(57)【要約】  【解決手段】  本開示は、内視鏡などの術中医用デバイスと共に用いることができる医用撮像システムを提供する。一般的に、開示される医用撮像システムは生体試料を照明するための照明光子を生成するように構成された照明源を含む。光信号変調器が、照明光子および前記生体試料と相互作用した光子の１若しくはそれ以上を第１の複数の通過帯域波長を有する第１の光信号と第２の複数の通過帯域波長を有する第２の光信号に分離するように構成されている。少なくとも１つの検出器が、前記第１の光信号および前記第２の光信号の１若しくはそれ以上を検出し、少なくとも１つの画像データセットを生成するように構成されている。プロセッサが前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されている。いくつかの実施形態において、前記プロセッサは、尿管と周囲組織との間など、前記生体試料の構造間を区別するように構成されている。  【選択図】      図１
2021526035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
術中デバイスであって、
撮像システムであって、
複数の照明光子を生成して、生体試料を照明し複数の相互作用した光子を生成するように構成された照明源と、
前記複数の照明光子および前記複数の相互作用した光子の１若しくはそれ以上を受け取り、第１の光学成分および第２の光学成分を生成するように構成された光信号変調器と、
前記第１の光学成分および前記第２の光学成分の１若しくはそれ以上を検出し、少なくとも１つの画像データセットを生成するように構成された少なくとも１つの検出器と、
前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されたプロセッサと
を含む撮像システムを有する
術中デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記照明源は、ハロゲン光源、メタルハライド光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＥＤアレイ、パルスＬＥＤ、パルスＬＥＤアレイ、レーザー、およびパルスレーザーのうちの１若しくはそれ以上を含むものである、デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記光信号変調器は、複数のコンフォーマルフィルター、液晶チューナブルフィルター、多重共役フィルター、複数の多変量光学素子、および音響光学チューナブルフィルターのうちの１若しくはそれ以上を有するものである、デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記検出器は、ＣＣＤ検出器、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）検出器、およびテルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）検出器の１若しくはそれ以上を有するものである、デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記少なくとも１つの検出器は、第１の画像データセット（Ｔ１）と第２の画像データセット（Ｔ２）とを生成するように構成されている、デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載のデバイスにおいて、前記プロセッサは、前記第１の画像データセット（Ｔ１）および前記第２の画像データセット（Ｔ２）の１若しくはそれ以上に光学計算を適用することによって前記少なくとも１つのデータセットを分析するように構成されている、デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記プロセッサはさらに、前記少なくとも１つの画像データセットにデジタル染色を適用するように構成されている、デバイス。
【請求項８】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記プロセッサは前記少なくとも１つの画像データセットを分析して前記生体試料の構造を区別するように構成されている、デバイス。
【請求項９】
請求項８に記載のデバイスにおいて、前記構造は尿管と周囲組織とを含むものである、デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記プロセッサは、多変量曲線分解分析、主成分分析（ＰＣＡ）、部分的最小二乗判別分析（ＰＬＳＤＡ）、ｋ平均クラスタリング分析、バンド標的エントロピー分析、適応部分空間検出器分析、コサイン相関分析、ユークリッド距離分析、部分最小二乗回帰分析、スペクトル混合解像度分析、スペクトル角マッパーメトリック分析、スペクトル情報発散メトリック分析、マハラノビス距離メトリック分析、およびスペクトル非混合分析からなる群から選択される１若しくはそれ以上のケモメトリックス技術を適用することにより、前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されている、デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記少なくとも１つの画像データセットはハイパースペクトル画像を含むものである、デバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記第１の光学成分は第１の複数の通過帯域波長を有するものであり、前記第２の光学成分は第２の複数の通過帯域波長を有するものである、デバイス。
【請求項１３】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記光信号変調器は前記複数の相互作用した光子を受け取るように構成された、パターン化されたエタロンフィルター配置を有するものである、デバイス。
【請求項１４】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記光信号変調器は前記複数の照明光子を変調するように構成されている、デバイス。
【請求項１５】
請求項１４に記載のデバイスにおいて、前記光信号変調器は、二重偏光配置の複数のコンフォーマルフィルターおよび複数の多変量光学素子のうちの１若しくはそれ以上を有するものである、デバイス。
【請求項１６】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記光信号変調器は複数の相互作用した光子を変調するように構成されている、デバイス。
【請求項１７】
請求項１６に記載のデバイスにおいて、前記光信号変調器は、コンフォーマルフィルター、液晶チューナブルフィルター、多重共役フィルター、音響光学フィルター、複数のマルチ光学素子、およびパターン化されたエタロンフィルターのうちの１若しくはそれ以上を有するものである、デバイス。
【請求項１８】
請求項１に記載のデバイスにおいて、前記少なくとも１つの検出器は、前記第１の光学成分を検出するように構成された第１の検出器と、前記第２の光学成分を検出するように構成された第２の検出器とを有するものである、デバイス。
【請求項１９】
内視鏡装置であって、
管状本体であって、当該管状本体を通るルーメンを有し、基端部と操作可能端部とを有するものである、前記管状本体と、
前記操作可能端部に光学的に結合され生体試料を照明して複数の相互作用した光子を生成するように構成された照明源と、
前記操作可能端部に配置された収集光学系と、
前記収集光学系に光学的に結合され、前記複数の相互作用した光子を受け取り当該複数の相互作用した光子を第１の光学成分と第２の光学成分に分離するように構成された光信号変調器と、
前記第１の光学成分および前記第２の光学成分の１若しくはそれ以上を検出し、少なくとも１つの画像データセットを生成するように構成された少なくとも１つの検出器と、
前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されたプロセッサと
を有する内視鏡装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置において、前記照明源は、ハロゲン光源、メタルハライド光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＥＤアレイ、パルスＬＥＤ、パルスＬＥＤアレイ、レーザー、およびパルスレーザーのうちの１若しくはそれ以上を含むものである、装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の装置において、前記光信号変調器は、二重偏光配置の複数のコンフォーマルフィルターおよび複数の多変量光学素子のうちの１若しくはそれ以上を有するものである、装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出器は、ＣＣＤ検出器、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）検出器、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）検出器のうちの１若しくはそれ以上を有するものである、装置。
【請求項２３】
請求項１９に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出器は、第１の画像データセット（Ｔ１）と第２の画像データセット（Ｔ２）とを生成するように構成されている、装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、前記プロセッサは、前記第１の画像データセット（Ｔ１）および前記第２の画像データセット（Ｔ２）に光学計算を適用することによって前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されている、装置。
【請求項２５】
請求項１９に記載の装置において、前記プロセッサはさらに、前記少なくとも１つの画像データセットにデジタル染色を適用するように構成されている、装置。
【請求項２６】
請求項１９に記載の装置において、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの画像データセットを分析して前記生体試料の構造を区別するように構成されている、装置。
【請求項２７】
請求項１９に記載の装置において、前記構造は尿管と周囲組織とを含むものである、装置。
【請求項２８】
請求項１９に記載の装置において、前記プロセッサは、多変量曲線分解分析、主成分分析（ＰＣＡ）、部分的最小二乗判別分析（ＰＬＳＤＡ）、ｋ平均クラスタリング分析、バンド標的エントロピー分析、適応部分空間検出器分析、コサイン相関分析、ユークリッド距離分析、部分最小二乗回帰分析、スペクトル混合解像度分析、スペクトル角マッパーメトリック分析、スペクトル情報発散メトリック分析、マハラノビス距離メトリック分析、およびスペクトル非混合分析からなる群から選択される１若しくはそれ以上のケモメトリックス技術を適用することにより、前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されている、装置。
【請求項２９】
請求項１９に記載の装置において、前記少なくとも１つの画像データセットはハイパースペクトル画像を含むものである、装置。
【請求項３０】
請求項１９に記載の装置において、前記第１の光学成分は第１の複数の通過帯域波長を有するものであり、前記第２の光学成分は第２の複数の通過帯域波長を有するものである、装置。
【請求項３１】
請求項１９に記載の装置において、前記光信号変調器はパターン化されたエタロンフィルター配置を有するものである、装置。
【請求項３２】
請求項１９に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出器は、前記第１の光学成分を検出するように構成された第１の検出器と、前記第２の光学成分を検出するように構成された第２の検出器とを有するものである、装置。
【請求項３３】
内視鏡装置であって、
管状本体であって、当該管状本体を通るルーメンを有し、基端部と操作可能端部とを有するものである、前記管状本体と、
複数の照明光子を生成するように構成された照明源と、
前記複数の照明光子を受け取り、当該複数の照明光子を第１の光学成分と第２の光学成分に分離するように構成された光信号変調器と、
前記ルーメンを通じて前記第１の光学成分および前記第２の光学成分を前記操作可能端部に伝送して生体試料を照明するように構成された光ファイバと、
前記操作可能端部に配置された収集光学系と、
前記収集光学系に光学的に結合され、前記第１の光学部品および前記第２の光学成分の１若しくはそれ以上を検出し、少なくとも１つの画像データセットを生成するように構成された少なくとも１つの検出器と、
前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されたプロセッサと
を有する内視鏡装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の装置において、前記照明源は、ハロゲン光源、メタルハライド光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＬＥＤアレイ、パルスＬＥＤ、パルスＬＥＤアレイ、レーザー、およびパルスレーザーのうちの１若しくはそれ以上を含むものである、装置。
【請求項３５】
請求項３３に記載の装置において、前記光信号変調器は、二重偏光配置の複数のコンフォーマルフィルターおよび複数の多変量光学素子のうちの１若しくはそれ以上を有するものである、装置。
【請求項３６】
請求項３３に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出器は、ＣＣＤ検出器、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）検出器、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）検出器、およびテルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）検出器の１若しくはそれ以上を有するものである、装置。
【請求項３７】
請求項３３に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出器は第１の画像データセット（Ｔ１）と第２の画像データセット（Ｔ２）とを生成するように構成されている、装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置において、前記プロセッサは、前記第１の画像データセット（Ｔ１）および前記第２の画像データセット（Ｔ２）に光学計算を適用することにより前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されている、装置。
【請求項３９】
請求項３３に記載の装置において、前記プロセッサはさらに、前記少なくとも１つの画像データセットにデジタル染色を適用するように構成されている、装置。
【請求項４０】
請求項３３に記載の装置において、前記プロセッサは前記少なくとも１つの画像データセットを分析して前記生体試料の構造を区別するように構成されている、装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の装置において、前記構造は尿管と周囲組織とを含むものである、装置。
【請求項４２】
請求項３３に記載の装置において、前記プロセッサは、多変量曲線分解分析、主成分分析（ＰＣＡ）、部分的最小二乗判別分析（ＰＬＳＤＡ）、ｋ平均クラスタリング分析、バンド標的エントロピー分析、適応部分空間検出器分析、コサイン相関分析、ユークリッド距離分析、部分最小二乗回帰分析、スペクトル混合解像度分析、スペクトル角マッパーメトリック分析、スペクトル情報発散メトリック分析、マハラノビス距離メトリック分析、およびスペクトル非混合分析からなる群から選択される１若しくはそれ以上のケモメトリックス技術を適用することにより、前記少なくとも１つの画像データセットを分析するように構成されている、装置。
【請求項４３】
請求項３３に記載の装置において、前記少なくとも１つの画像データセットはハイパースペクトル画像を含むものである、装置。
【請求項４４】
請求項３３に記載の装置において、前記第１の光学成分は第１の複数の通過帯域波長を有するものであり、前記第２の光学成分は第２の複数の通過帯域波長を有するものである、装置。
【請求項４５】
請求項３３に記載の装置において、前記少なくとも１つの検出器は、前記第１の光学成分を検出するように構成された第１の検出器と、前記第２の光学成分を検出するように構成された第２の検出器とを有するものである、装置。
【請求項４６】
生体試料の解剖学的構造を区別する方法であって、
複数の相互作用した光子を生成するため前記生体試料を複数の照射光子で照明する工程と、
前記複数の照明光子および前記複数の相互作用した光子のうちの１若しくはそれ以上を第１の光学成分と第２の光学成分に変調する工程と、
検出する工程であって、前記第１の光学成分および前記第２の光学成分のうちの１若しくはそれ以上を検出して、少なくとも１つの画像データセットを生成するものである、前記検出する工程と、
分析する工程であって、前記少なくとも１つの画像データセットを分析して前記解剖学的構造を区別するものである、前記分析する工程と
を有する方法。
【請求項４７】
請求項４６に記載の方法において、変調する工程は、前記複数の照明光子および前記複数の相互作用した光子のうちの１若しくはそれ以上を、複数のチューナブルコンフォーマルフィルター、複数の多変量光学素子、液晶チューナブルフィルター、多重共役フィルター、音響光学フィルター、複数の多変量光学素子、およびパターン化されたエタロンフィルターのうちの１若しくはそれ以上に通過させる工程を有するものである、方法。
【請求項４８】
請求項４６に記載の方法において、検出する工程は第１の画像データセット（Ｔ１）と第２の画像データセット（Ｔ２）とを生成する工程を有するものである、方法。
【請求項４９】
請求項４８に記載の方法において、分析する工程は前記第１の画像データセット（Ｔ１）および前記第２の画像データセット（Ｔ２）に光学計算を適用する工程を有するものである、方法。
【請求項５０】
請求項４６に記載の方法において、分析する工程は前記少なくとも１つの画像データセットにデジタル染色を適用する工程を有するものである、方法。
【請求項５１】
請求項４６に記載の方法において、解剖学的構造を区別することは尿管を周囲組織から区別することを含むものである、方法。
【請求項５２】
請求項４６に記載の方法において、分析する工程は、多変量曲線分解分析、主成分分析（ＰＣＡ）、部分的最小二乗判別分析（ＰＬＳＤＡ）、ｋ平均クラスタリング分析、バンド標的エントロピー分析、適応部分空間検出器分析、コサイン相関分析、ユークリッド距離分析、部分最小二乗回帰分析、スペクトル混合解像度分析、スペクトル角マッパーメトリック分析、スペクトル情報発散メトリック分析、マハラノビス距離メトリック分析、およびスペクトル非混合分析からなる群から選択される１若しくはそれ以上のケモメトリックス技術を前記少なくとも１つの画像データセットに適用する工程を有するものである、方法。
【請求項５３】
請求項４６に記載の方法において、前記第１の光学成分を検出する工程は、第１の複数の通過帯域波長を検出する工程を有するものであり、前記第２の光学成分を検出する工程は第２の複数の通過帯域波長を検出する工程を有するものである、方法。
【請求項５４】
請求項４６に記載の方法において、前記変調する工程は前記複数の照明光子を変調する工程を有するものである、方法。
【請求項５５】
請求項４６に記載の方法において、前記変調する工程は前記複数の相互作用した光子を変調する工程を有するものである、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
人体に外科手術を行う場合、外科医が、臓器、通路、または尿道や尿管などのその他の解剖学的構造を誤って切断したり、損傷したりしないことが不可欠である。血液、脂肪、動脈、静脈、筋肉若しくは筋膜などの介在組織、およびその他の高度に点在し吸収する媒体の存在は、手術部位のすぐ近くにあるそのような臓器、通路、解剖学的構造を高い正確さで特定することを非常に困難にする可能性がある。発光カテーテルが管、血管または臓器の不規則性を検出するのに用いられており、外科医が対象の解剖学的構造を特定して外科処置の適切な遂行を可能にするのを支援している。しかしながら、手術部位周辺の組織に損傷を与えることなく外科医が繊細な手術を行うのを支援するに際し、解剖学的構造のリアルタイム検出が可能な改良された術中撮像ツールが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００２】
本開示は医用撮像システムを提供する。医用撮像システムは内視鏡と共に用いることができる。一般的に、医用撮像システムは照明光子を生成するように構成された照明源を含む。照明光子は１若しくはそれ以上のフィルターに伝送されるものであり、当該１若しくはそれ以上のフィルターは、第１の複数の照明光子をフィルターし、第１の通過帯域波長を有する第１の複数のフィルターされた光子と第２の通過帯域波長を有する第２の複数のフィルターされた光子とを生成するように構成されている。次いで、試料が前記第１の複数のフィルターされた光子および前記第２の複数のフィルターされた光子で照明されて第１の複数の相互作用した光子および第２の複数の相互作用した光子を生成する。１若しくはそれ以上の検出器は、前記第１の複数の相互作用した光子および第２の複数の相互作用した光子を検出し、１若しくはそれ以上の画像データセットを生成するように構成されている。
【０００３】
他の一実施形態において、前記撮像システムは、試料を照明し相互作用した光子を生成するように構成された照明源を含む。１若しくはそれ以上のフィルターは、第１の複数の相互作用した光子の１若しくはそれ以上をフィルターし第１の通過帯域波長を伝送し、第２の複数の相互作用した光子の１若しくはそれ以上をフィルターし第２の通過帯域波長を伝送するように構成されている。前記第１および第２の通過帯域波長は１若しくはそれ以上の検出器に伝送されるものであり、当該１若しくはそれ以上の検出器は前記第１の通過帯域波長および前記第２の通過帯域波長を検出し１若しくはそれ以上の画像データセットを生成するように構成されている。
【０００４】
更なる他の一実施形態では、撮像システムは、照明源であって、第１の複数の相互作用した光子を生成するための第１の波長を有する第１の複数の照明光子および第２の複数の相互作用した光子を生成するための第２の波長を有する第２の複数の照明光子の１若しくはそれ以上で試料を照明するように構成された前記照明源を特徴とする。１若しくはそれ以上の検出器は、前記第１の複数の相互作用した光子および前記第２の複数の相互作用した光子を検出して、１若しくはそれ以上の画像データセットを生成するように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、一実施形態による、二重偏光構成の複数のコンフォーマルフィルターを有する撮像システムを有する内視鏡を示す。
【図１Ａ】図１Ａは、図１の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施形態による、ＣＣＤ検出器を有するパターン化されたコンフォーマルフィルター構成を示す。
【図２】図２は、一実施形態による、複数の多変量光学素子（ＭＯＥ）フィルターを有する撮像システムを有する内視鏡を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、図２の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２の実施形態による内視鏡の先端部の断面図である。
【図３】図３は、一実施形態による、コンフォーマルフィルターを有する撮像システムを有する内視鏡を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、図３の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図４】図４は、一実施形態による、光源照明変調のための二重偏光構成の複数のコンフォーマルフィルターを有する撮像システムを有する内視鏡を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、図４の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４の実施形態による内視鏡の代替的な実施形態の端面図である。
【図５】図５は、一実施形態による、音響光学フィルターを有する撮像システムを有する内視鏡を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、図５の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図６】図６は、一実施形態による、ＭＯＥフィルターホイールを有する撮像システムを有する内視鏡を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、図６の実施形態による内視鏡の端面図である。
【図７】図７は、一実施形態による、パターン化されたエタロンフィルター配置を有する撮像システムを有する内視鏡を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本開示は、様々な医療処置において外科医を支援することができる術中医用撮像システムを特徴とする。本明細書に開示されるシステムは、スタンドアロンのデバイスとしての使用に適しており、またはロボットプラットフォームなどの他の医用撮像デバイスに組み込むことができる。一実施形態において、本明細書に開示されるシステムは内視鏡と共に使用され得る。本明細書に開示される医用撮像システムは、内視鏡手術中に腫瘍および解剖学的構造のリアルタイム検出を提供することができる。一般的に、本明細書に開示されるシステムは、生体試料を照明し、当該試料と相互作用した光子を収集し、前記相互作用した光子を検出して試料の画像データセットを生成し、画像データセットを分析する。相互作用した光子は、試料によって吸収された光子、試料によって反射された光子、試料によって散乱された光子、および試料によって放出された光子のうちの１若しくはそれ以上を有し得る。一実施形態において、医用撮像システムは多変量撮像を提供する。多変量撮像は、第１画像データセット（Ｔ１）と第２画像データセット（Ｔ２）に対応する２若しくはそれ以上の波長を生成するよう機能する。これら第１の画像データセットおよび第２の画像データセットは光学計算を用いて分析され得る。多変量撮像により、画像のコントラストが向上し、標的と背景との間の識別が強化される。特定の実施形態では、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットはハイパースペクトル画像データを特徴とする。他の一実施形態では、医用画像システムは、>１０Ｈｚ（ハイパーキューブ／秒）の画像フレームレートを特徴とする。
【０００７】
本明細書に開示されるシステムは、組織、臓器、解剖学的構造、生理学的システム、細胞、血液、脂肪、神経、筋肉などの様々な生体試料で用い得る。特定の実施形態において、前記システムは身体の様々な領域に用いられてもよく、それは本開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。例えば、前記システムは胃腸管の調査および／または手術を行うのに使用され得る。そのような用途では、前記システムは、食道、胃、十二指腸、小腸、大腸／結腸、胆管、直腸、肛門などのいずれかに用い得る。前記システムはさらに、これらに限定されないが鼻、副鼻腔および下気道を含む気道の構造に用いられてもよい。他の実施形態では、本明細書に開示されるシステムは、膀胱、尿管、腎臓などの尿路を含む構造の調査および／または手術を行うのに用いられてもよい。更なる他の実施形態では、前記システムは、子宮頸部、子宮、卵管などの女性の生殖システムを含む構造に用いられてもよい。さらに、前記システムは、羊膜および胎児の医療処置を調査および／または実施するためなど、妊娠中に実施される医療処置に用いられてもよい。他の一実施形態では、本明細書に記載のシステムは、筋骨格系を含む構造、すなわち、硬膜外腔、滑液包、筋肉、靭帯、結合組織などを含む、手、膝、肘、肩、脊椎の構造を含む整形外科に関する構造を調査および／または実施するのに用いられてもよい。
【０００８】
さらに、前記システムは２若しくはそれ以上の異なる生体試料を区別するように構成され得る。例えば、本明細書に開示のシステムは尿管と周囲組織および脂肪とを区別するように構成され得る。一実施形態において、本明細書に開示のシステムは、癌を正常組織から区別し、癌の病期、癌の進行および癌のグレードのうちの１若しくはそれ以上を決定するのに用いることができる。他の一実施形態では、前記システムは、生体試料に見られる癌組織または腫瘍を除去する外科処置中に用いることができる。更なる他の一実施形態では、本明細書に記載のシステムを用いて、解剖学的構造をそのような解剖学的構造に関連する体液を特定することにより区別することができる。体液には、例えば、尿、唾液、痰、血液、糞便、粘液、膿、精液、リンパ液、創傷滲出液、乳房液、膣液などが挙げられる。関連する体液を有する解剖学的構造は当業者には明らかであろう。本明細書に開示されるように、本開示のシステムは生体組織に照明を提供する。このような照明は、波長や組織の種類に応じて生体試料に数センチメートルまで浸透する可能性があることが知られている。したがって、そのような照明浸透は、解剖学的構造の内部に含まれる体液の撮像を可能にする。さらに、体液は、それらの存在が解剖学的構造または他の生体試料の外側に存在する場所で直接的に撮像することができる。他の一実施形態では、本明細書に開示のシステムを用いて尿管の中または周囲の尿を検出することにより尿管を特定することができる。
【０００９】
他の一実施形態では、本システムは１若しくはそれ以上の造影増強剤の使用と共に用いることができる。造影増強剤は１若しくはそれ以上の染料（ｓｔａｉｎ）または染色剤（ｄｙｅ）を含み得る。染料または染色剤を１つだけ使用する場合、その手順は染色という。複数の染色には、複数の染料または染色剤の使用が含まれる。本明細書で用いる場合、「染料」または「染色剤」は、生体試料中の物質に結合して色を誘発することができる任意の化学的または生物学的化合物である。例えば、染料または染色剤は、特定の細胞または生化学構造（例えば、細胞膜、細胞小臓器、核酸、タンパク質）に結合して、本明細書に記載のシステムを用いて見たときにコントラストを生じさせることができる。いくつかの実施形態において、染料または染色剤は、励起されると（すなわち、蛍光）、１若しくはそれ以上の波長で電磁放射を放出することにより色を生じさせることができる。
【００１０】
１若しくはそれ以上の染料または染色剤は、例えば生体内または生体外で用いることができる。いくつかの実施形態において、染料または染色剤は細胞を殺さない生物／個体での使用に適した任意の染料または染色剤、すなわち生物学的染料である。生物学的染料の例としては、これらに限定されないが、アゾ染料、アリールメタン染料、シアニン染料、チアジン染料、キサンテン染料（例えば、エオシン）、天然染料（例えば、アリザリンレッド）、ステロイド、トリパンブルー、ジャヌスグリーン、インドシアニングリーン、アリザリンレッド、ヨウ化プロピジウム、エリスロシン、７−アミノチノマイシンＤ、ナイルブルーが挙げられる。一実施形態において、造影増強剤は蛍光造影増強剤である。一実施形態において、造影増強剤は蛍光物質を含むことができる。好適な蛍光物質には、免疫蛍光化合物、好塩基性化合物、好酸性化合物、中性染料、および天然発光分子が含まれる。
【００１１】
本明細書に記載のシステムおよび方法とともに１若しくはそれ以上の染料または染色剤を用いる場合、使用者（例えば、外科医）は、生体試料中またはその周りの組織、病理、形態、位置、化学物質、および化学反応を手術中に特定することができる。例えば、いくつかの（１若しくはそれ以上の）生物学的染料は外科医が腫瘍を切除できるように癌性細胞を特定することができる。また、他の生物学的染料も生きている細胞（組織）と生きていない細胞とを識別することができる。本開示に記載されるようなスペクトル画像を得るため、造影増強剤が生体試料に適用されると、その適用された造影増強剤の照明波長範囲内の波長を有する光子で当該試料が照射され得る。
【００１２】
他の一実施形態では、造影増強剤は対象により摂取されてもよく、その場合、造影増強剤は体液中に現れることとなる。一実施形態において、造影増強剤は、本開示を考慮すれば当業者に明らかであるように、ＩＶを介して、または他の手段を介して経口的に摂取され得る。造影増強剤が摂取されると、標的生体試料は本明細書に開示のシステムによって検査することができる。前記システムは、体液中の造影増強剤を検出して体液を含む構造と周囲組織などの周囲の生体試料との間にコントラストをもたらすように構成され得る。例えば、患者は、造影増強剤を含む溶液を経口摂取することができ、その後、特定の時間で造影増強剤が患者の尿中に現れる。本開示によるシステムを用いて患者の腎臓領域に対し内視鏡処置を行うことができる。前記システムは、尿管にある尿中に存在する造影増強剤を検出して尿管と他の周囲組織とを区別するように構成されている。
【００１３】
他の一実施形態では、生体組織は本開示によるシステムを用いて生体外で撮像することができる。そのような用途では、生体試料は手術部位の外に取り出され分析されてもよい。切除された組織に従来の染色法を適用して、試料の１若しくはそれ以上の生物学的特性を決定することができる。生体外技術は当技術分野で知られており、この開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。
【００１４】
他の一実施形態では、試料にデジタル染色を適用することにより生体試料を増強することができる。アルゴリズムを用いてデジタル染色を画像データセットに適用する。デジタル染色の使用により、生体試料に物理的および／または化学的染色を適用する必要がなくなる。本明細書に開示のシステムを介して得られる画像データセットのいずれにもデジタル染色を適用することができる。ラマンデータのセットへのデジタル染色の適用の一例は、２０１１年９月３０日にＤｒａｕｃｈ等により米国特許出願第１３／２００，７７９号として出願され、ペンシルバニア州ピッツバーグのケムイメージ社に譲渡された、「デジタル染色による肺癌のラマン化学分析のためのシステムおよび方法」と題する米国特許出願公開第２０１２／００８３６７８号において見ることができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１５】
本開示を限定する意図はないが、本開示は内視鏡を介して尿管を分析することに関する。他の医療撮像装置および他の種類の生体試料の検出が、本開示によってさらに企図され、また本開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。
【００１６】
本明細書に開示される医用撮像装置は、１若しくはそれ以上の検出器を用いて多変量信号を生成することにより、リアルタイムの多変量撮像を提供する。検出器は多変量信号を検出して、１若しくはそれ以上の画像データセットを生成する。ここでは、この結果を実現する２つの方法を示す。そのような方法の１つは、試料を照明する工程と、試料と相互作用した光子を収集する工程と、信号を検出器に送る前に収集された信号を変調する工程とを含む。第２の方法は、試料との相互作用の前に照明源信号を変調する工程と、変調された信号の相互作用した光子を収集する工程と、当該信号の相互作用した光子を検出する工程とを含む。どちらのプロセスも変調信号を提供し、コントラストが強化された多変量化学画像をリアルタイムで生成し、繊細な医療処置を行う外科医を支援する。本明細書に含まれる実施形態はさらに、立体視で表示されるリアルタイム画像を提供するように構成することができる。このような構成はこの開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。立体視は内視鏡処置などの医用撮像技術を用いる医療処置に必要な奥行き知覚を提供することにより、外科医をさらに支援する。本明細書に記載のシステムおよび方法は、本開示の例示的な実施形態を提供するものであり、本開示を特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
【００１７】
以下に示す実施形態では、同様の参照文字は同様の部品を示す。
【００１８】
収集した光信号の変調
以下の実施形態は試料と相互作用した光子の収集後に光信号を変調することを特徴とする。
【００１９】
二重偏光配置のコンフォーマルフィルターを有するシステム
ここで図１を参照すると、生体試料１００が照明源１０３によって照明および／または励起され得る。一実施形態において、照明源１０３は、石英タングステンハロゲン光源を有し得る。他の実施形態では、照明源は、メタルハライド光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）、一定の波長範囲で放出する均一に選択されたエミッタを有するＬＥＤアレイ、または多様な波長範囲にわたって放出する複数のエミッタを有するＬＥＤアレイ、パルスＬＥＤ、パルスＬＥＤアレイ、レーザー、パルスレーザー、および／または広帯域照明光源などを有し得る。照明源１０３は照明光子を生成するものであり、当該照明光子は、照明源１０３から光ファイバ束１０４を介して内視鏡１０２の先端部へ方向付けられる。内視鏡１０２は、生体試料１００と相互作用した光子１０１を偏光ビームスプリッタ１０７へ方向付けるよう構成されている。２つの独立して調整可能なコンフォーマルフィルター１０５ａ、１０５ｂは、偏光ビームスプリッタ１０７から出現する直交偏光成分をフィルターするために別個の直交ビーム経路に沿って配置される。本開示での使用に好適なコンフォーマルフィルターとしては、２０１３年１月４日にＰｒｉｏｒｅ等により出願され、ケムイメージ社に譲渡された、「コンフォーマルフィルターおよびその使用方法」と題する米国特許出願公開第２０１３／０１７６５６８号に開示されたものが挙げられる。
【００２０】
この配置では、フィルターされたビームの経路は、コンフォーマルフィルター１０５ａ、１０５ｂを通じて平行ではないが、適切な反射器、すなわちミラー１０９ａ、１０９ｂによってビームコンバイナ１１１に方向付けられる。代替的な実施形態において、ビームコンバイナは、偏光キューブまたは偏光ビームスプリッタとすることができる。他の一実施形態では、直交成分は、同じまたは異なる複数の通過帯域波長（ｍｕｌｔｉ−ｐａｓｓｂａｎｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ）Σλ１およびΣλ２を有し得る。例示的な実施形態において、コンフォーマルフィルター１０５ａは偏光された複数の通過帯域波長Σλ１を生成するように構成され、コンフォーマルフィルター１０５ｂは偏光された複数の通過帯域波長Σλ２を生成するように構成されている。例示的な実施形態において、複数の通過帯域波長Σλ１およびΣλ２は（不図示の）レンズアセンブリを介して検出器１１５に方向付けられる。他の一実施形態では、複数の通過帯域波長Σλ１およびΣλ２は、それらが検出器１１５に方向付けられるように結合され得る。いくつかの実施形態において、偏光ビームスプリッタ１０７からビームコンバイナ１１１へのビーム経路は、例えば無限遠補正光学系の必要性を回避するために対称にし得る。
【００２１】
図示の検出器１１５はＣＣＤ検出器を有する。しかしながら、本開示により、検出器１１５が、例えば、相補型金属酸化膜半導体、（ＣＭＯＳ）検出器、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）検出器、、アンチモン化インジウム（「ＩｎＳｂ」）検出器、テルル化水銀カドミウム（「ＨｇＣｄＴｅ」）検出器、またはこれらの組み合わせを含む、その他の好適な検出器を有し得ることが企図される。引き続き図１を参照すると、２つのコンフォーマルフィルター１０５ａおよび１０５ｂは、コントローラ１１７を用いて同じ複数の通過帯域波長（Σλ１＝Σλ２）に同時に調整され得る。他の一実施形態では、コントローラ１１７は、入力の直交成分をそれぞれ処理するため、複数の通過帯域波Σλ１およびΣλ２を各々独立して調整するように構成されていてもよい。したがって、適切な制御によって、コンフォーマルフィルター１０５ａおよび１０５ｂは、同じ複数の通過帯域波長または２つの異なる複数の通過帯域波長（Σλ１≠Σλ２）に同時に調整され得る。コントローラ１１７は、使用者が所望のように各コンフォーマルフィルターを選択的に調整することを可能にするようにプログラム可能であり、またはソフトウェアで実施され得る。図１の実施形態では、（不図示の）高速スイッチング機構を設けて、検出器１１７により収集された各コンフォーマルフィルター１０５ａおよび１０５ｂからのスペクトルデータに対応する２つの図（またはスペクトル画像）間を切り替えることができる。代替的に、２つのそのようなスペクトル図またはスペクトル画像は、コントラスト若しくは強度を高めるために、または比較の目的で、組み合わされ又は重ね合わされて単一の画像にされてよい。図１の例示的な実施形態は、コンフォーマルフィルター１０５ａおよび１０５ｂから受信したフィルターされた信号を取得する単一のＣＣＤ検出器１１５を有する。
【００２２】
図１Ｂは、本開示の代替的なの実施形態を示す。この実施形態では、ビームコンバイナ１１１およびミラー１０９ａが除去されてもよく、また２つの検出器が使用されてもよい。第１のコンフォーマルフィルター１０５ａはフィルターしＴ１状態に対応する第１の複数の通過帯域波長を第１の検出器１１５ａに伝送するように構成されており、この第１の検出器１１５ａは第１の複数の通過帯域波長を検出し第１画像データセット（Ｔ１）を生成する。同様に、第２のコンフォーマルフィルター１０５ｂはフィルターしＴ２状態に対応する第２の複数の通過帯域波長を第２の検出器１１５ｂに伝送するように構成されており、この第２の検出器１１５ｂは第２の複数の通過帯域波長を検出し第２の画像データセット（Ｔ２）を生成する。
【００２３】
２０１４年１月１５日にＴｒｅａｄｏ等により出願され、ケムイメージ社に譲渡された、「コンフォーマルフィルターおよび二重偏光を用いて分析物を評価するシステムおよび方法」と題する米国特許出願公開第２０１４／０１９８３１５号は、上述のような二重偏光構成におけるコンフォーマルフィルターの使用を開示する。この参照文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２４】
図１Ａは内視鏡１０２の先端部の端面図を示す。先端部は、相互作用した光子１０１を収集するレンズ１１９と、生体試料１００を照明して相互作用した光子１０１を生成する光ファイバ束１０３のファイバ端１２１とを特徴とする。検出器１１５は、コンフォーマルフィルター１０５ａおよび１０５ｂから複数の通過帯域波長を検出し、１若しくはそれ以上の画像データセットを生成するように構成されている。画像データセットは、第１の複数の通過帯域波長Σλ１に対応するＴ１画像と、第２の複数の通過帯域波長Σλ２に対応するＴ２画像とを有し得る。一実施形態において、画像データセットはラマン画像データセットを有する。検出器１１５によって生成された１若しくはそれ以上の画像データセットは、以下で述べるようにさらに分析され得る。
【００２５】
ＭＯＥフィルター配置を有するシステム
図２は、収集された光信号を変調することを特徴とする他の一実施形態を示す。図２において、照明源１０３は、光ファイバ束１０４に沿って内視鏡１０２を通り、（図２Ａに示す）内視鏡１０２の先端部の一連のファイバ端１２１で終わる照明光子を生成する。ファイバ端１２１は照明光子を放出して試料１００を照明し、複数の相互作用した光子１０１を生成する。相互作用した光子は、第１の収集光学系２３１および第２の収集光学系２３３によって集光される。第１の収集光学系２３１は、相互作用した光子１０１のうち第１の部分を収集し、これらの光子を第１の多変量光学素子「（Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＭＯＥ」フィルター２３７に渡す。この「ＭＯＥ」フィルターは、相互作用した光子１０１の前記第１の部分をフィルターして、フィルターされた光子の第１の部分を生成する。当該フィルターされた光子の第１の部分は第１の検出器２４１によって検出される。さらに、第２の収集光学系２３３は、相互作用した光子１０１のうち第２の部分を収集し、これらの光子を、フィルターされた光子の第２の部分を生成するため第２のＭＯＥフィルター２３８に渡す。フィルターされた光子の第２の部分は第２の検出器２３９によって検出される。一実施形態において、第１の検出器２３９および第２の検出器２４１はＣＣＤ検出器である。他の実施形態では、検出器２３９および検出器２４１は、例えば、相補型金属酸化膜半導体、（ＣＭＯＳ）検出器、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）検出器、ケイ化白金（ＰｔＳｉ）検出器、アンチモン化インジウム（「ＩｎＳｂ」）検出器、テルル化水銀カドミウム（「ＨｇＣｄＴｅ」）検出器、またはこれらの組み合わせを含むその他の適切な検出器を有し得る。
【００２６】
一実施形態において、第１のＭＯＥフィルター２３７は第１のフィルターされた通過帯域を生じるように構成されていてよい。一実施形態において、第１のＭＯＥフィルター２３７は、ランダム化された標的または背景と一致する第１のフィルターされた通過帯域を生じるように構成されている。一実施形態において、第２のＭＯＥフィルター２３８は、標的または試料１００と一致する第２のフィルターされた通過帯域を生じるように構成されていてよい。第１のＭＯＥフィルター２３１がランダム化された標的または背景に対応する第１のフィルターされた通過帯域を生成するように構成される実施形態では、第２のＭＯＥフィルター２３８は標的または試料に対応する第２のフィルターされた通過帯域を生成するように構成されていてよい。この種の実施形態は標的と背景の両方の識別を可能にする。
【００２７】
ＭＯＥは一般的に当技術分野で知られている。ＭＯＥは、標的に特化した用途固有の回帰（またはパターン）でエンコードされた広帯域の光干渉フィルターを特徴とする。ＭＯＥは、フィルターのパターンに基づいて光学計算を実行することにより多変量光学計算を提供する。すなわち、ＭＯＥは、異なる波長で複数の測定値を取得して標的の完全なスペクトルを推定し、当該スペクトルに多変量統計を適用することによりこの情報を処理するのではなく、フィルターの多変量解析を用いることで測定が必要なパターンに一意に調整される。したがって、ＭＯＥは従来のフィルターよりもスループットや効率を向上させ、分析速度を向上させることができる。この開示を考慮すれば、好適なＭＯＥは当業者には明らかであろう。
【００２８】
第１の検出器２４１は第１のＭＯＥフィルター２３７からの第１のフィルターされた通過帯域を検出して第１の画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成され、第２の検出器２３９は第２のＭＯＥフィルター２３８から第２のフィルターされた通過帯域を検出して第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成されている。以下で述べるように、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットはさらに分析されてもよい。
【００２９】
照明源信号の変調
以下の実施形態は、試料との相互作用の前に照明源信号を変調することを特徴とする。
【００３０】
コンフォーマルフィルター配置を有するシステム
図３は、フィルター３０５を透過する照明光子を生成するように構成された照明源１０３を示す。一実施形態において、フィルター３０５は本明細書に開示されるようにコンフォーマルフィルターを有する。他の一実施形態では、フィルター３０５は、液晶チューナブルフィルター（"Ｌｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＬＣＴＦ」）、または本開示を考慮すれば当業者には明らかなフィルターなどのその他のフィルターを有してもよい。一実施形態において、フィルター３０５は多重共役フィルターを含み得る。フィルター３０５は、第１の複数の通過帯域波長（Σλ１）を通過させるようにフィルター構成を切り替え、次に第２の複数の通過帯域波長（Σλ２）を通過させるように当該フィルターを構成するように切り替えられるよう構成された（不図示の）コントローラによって制御される。一実施形態において、コントローラが２つの状態間で切り替わる速度はミリ秒のオーダーである。フィルター３０５は、各複数の通過帯域波長Σλ１およびΣλ２を光ファイバ束３０９を介して内視鏡１０２の先端部に伝送し、そこで、図３Ａに示すように、各複数の通過帯域波長はファイバ端３２１を介して内視鏡１０２の先端部を出て、試料１００を照明し相互作用した光子３２９を生成する。相互作用した光子３２９は、内視鏡１０２の先端部に配置された第１の検出器３３１および第２の検出器３３５によって収集される。図示の実施形態の検出器３３１および３３５はＣＣＤ検出器を有する。しかしながら、本明細書に開示されるようなその他の検出器が用いられてもよい。第１の検出器３３１は実質的に第１の複数の通過帯域波長のみを検出するように構成され得る。一実施形態において、第１の検出器３３１は、フィルター３０５が第１の複数の通過帯域波長を伝送するのと同時に当該第１の複数の通過帯域波長を検出するようにタイミングを合わせる、すなわちオフオンすることができる。同様に、第２の検出器３３５は実質的に第２の複数の通過帯域波長のみを検出するように構成され得る。一実施形態において、第２の検出器３３５は、フィルター３０５が第２の複数の通過帯域波長を伝送するのと同時に第２の複数の通過帯域波長を検出するようにタイミングを合わせる、すなわちオフオンすることができる。他の一実施形態では、第１の複数の通過帯域波長と第２の複数の通過帯域波長間の変調のタイミングシーケンスと、対応する検出器による第１の複数の通過帯域波長と第２の複数の通過帯域波長の検出は、（不図示の）コントローラによって制御することができる。第１の検出器２３１は第１の複数の通過帯域波長を検出して第１の画像データセット（Ｔ１）を生成し、第２の検出器は第２の複数の通過帯域波長を検出して第２の画像データセット（Ｔ２）を生成する。一実施形態において、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットは以下に述べるようにさらに分析されてもよい。
【００３１】
二重偏光配置のコンフォーマルフィルターを有するシステム
図４は照明源変調の他の一実施形態を示す。この実施形態において、照明源１０３は偏光ビームスプリッタ４０５へ伝送される光信号を生成し、偏光ビームスプリッタ４０５は当該光信号を第１の偏光信号および第２の偏光信号に分割する。第１の偏光信号は第１のフィルター４０９に伝送され、第２の偏光信号は第２のフィルター４１１に伝送される。一実施形態において、第１のフィルター４０９および第２のフィルター４１１はそれぞれ、本明細書で説明するコンフォーマルフィルターを有する。他の一実施形態では、第１のフィルター４０９および第２のフィルター４１１はＬＣＴＦを有する。一実施形態において、第１のフィルター４０９および第２のフィルター４１１はそれぞれ、多共役フィルターを有してもよい。第１のフィルター４０９は、第１の偏光信号をフィルターし第１の複数の通過帯域波長（ｍｕｌｔｉ−ｐａｓｓｂａｎｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ）（Σλ１）を透過するように構成され、第２のフィルター４１１は第２の偏光信号をフィルターし第２の複数の通過帯域波長（Σλ２）を透過するように構成されている。第１の複数の通過帯域波長および第２の複数の通過帯域波長は、それぞれのフィルター４０９、４１１から、第１の光ファイバ束４１７および第２の光ファイバ束４１９を介して内視鏡１０２の先端部に伝送される。一実施形態において、第１の光ファイバ束４１７および第２の光ファイバ束４１９は偏光保持型光ファイバ束を有する。
【００３２】
図４Ａおよび図４Ｂは、内視鏡１０２の先端部の異なる実施形態を示す。第１のファイバ束４１７および第２のファイバ束４１９は内視鏡１０２を通って先端部まで横断する。第１のファイバ束４１７は第１のファイバ端４２３で終端し、第２のファイバ束４１７は第２のファイバ端４２５で終端する。図４Ａは第２のファイバ端４２５に対する第１のファイバ端４２３の配置の一例を示す。この実施形態において、第１のファイバ端４２３は内視鏡１０２の先端部の片側にまとめて分配され、第２のファイバ端４２５は内視鏡１０２の先端部の反対側にまとめて分配される。図４Ｂには、第１のファイバ端４２３および第２のファイバ端４２５が内視鏡１０２の先端部周りで交互になっている他の一実施形態が示されている。ファイバ端の好適な配置はこの開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。試料１００は、第１のファイバ端４２３および第２のファイバ端４２５からそれぞれ放出される第１の複数の通過帯域波長および第２の複数の通過帯域波長により照明されて、相互作用した光子４３５を生成する。相互作用した光子４３５は、内視鏡１０２の先端部に配置された第１の検出器４３７および第２の検出器４４１によって検出される。図示の実施形態では、第１の検出器４３７および第２の検出器４４１はＣＣＤ検出器である。しかしながら、本明細書に開示されているような他の好適な検出器を用いてもよく、そのような検出器は本開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。一実施形態において、第１のファイバ束４１７および第２のファイバ束４１９は偏光維持型ファイバ束を有する。そのような実施形態では、（不図示の）偏光子が検出器４３７および検出器４４１の前に配置されてよく、それらは立体視のために配置され、偏光に基づいてＴ１状態とＴ２状態との間を区別するように構成されている。一実施形態において、第１の検出器４３７は実質的に第１の複数の通過帯域波長から生成された相互作用した光子のみを検出するように構成され、第２の検出器４４１は実質的に第２の複数の通過帯域波長から生成された相互作用した光子のみを検出するように構成される。したがって、第１の検出器４３７および第２の検出器４４１に対する第１のファイバ端部４２３および第２のファイバ端部４２５の位置は、第１の検出器４３７による第１の複数の通過帯域波長に対応する相互作用した光子の検出および第２の検出器４４１による第２の複数の通過帯域波長に対応する相互作用した光子の検出を最適化するように構成することができる。第１の検出器４３７および第２の検出器４４１が相互作用した光子４３５を検出すると、第１検出器４３７は第１画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成され、第２の検出器４４１は第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成されている。一実施形態において、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットはさらに分析されてもよい。
【００３３】
音響光学フィルター配置を有するシステム
図５は、音響光学チューナブルフィルター（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｆｉｌｔｅｒ：ＡＯＴＦ）を用いる本開示の実施形態を示す。この実施形態は試料１００を照明するための照明光子を生成する照明源１０３を特徴とする。フィルター５０７は照明源１０３から放出された光子をフィルターするように構成されている。一実施形態において、フィルター５０７はＡＯＴＦを有し、この場合、ＡＯＴＦは単一の通過帯域波長を透過させる。１０ｆｐｓを超えるサンプリングレートを実現するために、ＡＯＴＦは標的の通過帯域波長と背景の通過帯域波長間ですばやく切り替えられる。他の一実施形態では、フィルターはＡＯＴＦ技術に基づくコンフォーマルフィルターを有するものであり、その場合、ＡＯＴＦが複数の通過帯域波長を同時に伝送する。Ｔ１状態とＴ２状態を切り替えるには、コンフォーマルフィルターＡＯＴＦをマイクロ秒の切り替え速度で直列に切り替える。他の実施形態では、Ｔ１状態およびＴ２状態が同時に選択される複数のコンフォーマルＡＯＴＦを用いてもよい。複数の音響光学フィルターを用いる実施形態では、各フィルターは様々な波長に調整することができ、各フィルターは異なる複数の通過帯域波長を同時に伝送する。
【００３４】
音響光学フィルターは当技術分野で知られており、一般的に光源光のビームを基板、通常は石英に通過させることによって動作する。基板は圧電トランスデューサ変調器によって振動される。ＲＦ周波数が変調器に適用され、それにより基板が振動する。光源光または放射が振動する基板を通過し、それにより、基板を通過する光源光が回折し、したがって光源光のためのフィルター勾配が生成される。音響光学フィルターから放射された光源光は圧電トランスデューサに適用されるＲＦ周波数によって所望の通過帯域波長にフィルター処理することができる。音響光学フィルターの動作の詳細は、Ｔｕｒｎｅｒ，Ｊｏｈｎ  Ｆ、およびＴｒｅａｄｏ，Ｐａｔｒｉｃｋ  Ｊ．による「近赤外音響光学チューナブル・フィルター・アダマール変換分光法」応用分光法、５０．２（１９９６）、２７７−２８４に記載されており、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００３５】
フィルター５０７から伝送された通過帯域波長は光ファイバ束５１５を通じて内視鏡１０２の先端部に伝送される。図５Ａは、内視鏡１０２の先端部を示し、光ファイバ束５１５からの複数のファイバ端５１９を特徴とする。ファイバ端５１９は試料１００を照明して相互作用した光子５２１を生成するようフィルター５０７からの通過帯域波長を伝送するものであり、相互作用した光子５２１は内視鏡１０２の先端部に位置する第１の検出器５２５および第２の検出器５２９によって検出される。一実施形態において、１つの検出器、すなわち第１の検出器５２５のみを用いて複数の相互作用した光子５２１を検出する。他の一実施形態では、相互作用した光子５２１は検出器５２５および検出器５２９の両方によって検出される。他の一実施形態では、複数の音響光学フィルターが用いられ、第１の通過帯域波長および第２の通過帯域波長を生成する。第１の検出器５２５は第１の通過帯域波長を検出して第１の画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成することができ、第２の検出器５２９は第２の通過帯域波長を検出して第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成することができる。一実施形態において、第１の画像データセットおよび第２の画像データセットは以下に述べるようにさらに分析されてもよい。
【００３６】
ＭＯＥフィルターホイール配置を有するシステム
図６は、本開示による他の一実施形態を示す。照明源１０３は照明光子を生成するものであり、当該照明光子は、フィルターホイール６０５に伝送され、そこでフィルターされてフィルターされた光子を生成する。フィルターホイール６０５は複数のフィルター要素６０９を有する。一実施形態において、各フィルター要素６０５はＭＯＥを有する。本開示の使用に適したＭＯＥは当業者に知られており、また本明細書に記載されている。各フィルター要素６０９は、異なっていてもよく、異なる通過帯域波長をフィルターし透過するように構成されていてもよい。例えば、フィルター要素６０９ａは特定の種類の組織または解剖学的構造など背景に対応する波長を透過するように構成することができ、また、フィルター要素６０９ｂは組織の癌性腫瘍など組織試料の異常に対応する通過帯域波長を透過するように構成することができる。この種の実施形態では、外科医が正常組織を癌性組織から区別するのを支援するために外科処置中にフィルターホイール６０５を回転させることができる。他の一実施形態では、フィルター要素６０９は複数の異なる試料を検出するように構成されている。一実施形態において、フィルター要素６０９は尿管などの解剖学的構造から背景組織を識別するように構成されている。
【００３７】
フィルターされた光子は、光ファイバ束６０３を介して内視鏡１０２の先端部に伝送され、図６Ａに示されるような複数のファイバ端６２１を通って内視鏡の先端部を出る。フィルターされた光子は、試料１００を照明し、複数の相互作用した光子６０１を生成する。相互作用した光子６０１は１若しくはそれ以上の検出器６１９によって検出され、１若しくはそれ以上の検出器６１９は画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成されている。一実施形態において、画像データセットは以下に述べるようにさらに分析されてもよい。
【００３８】
パターン化されたエタロンフィルター配置を有するシステム
図７は本開示の他の一実施形態を示す。照明源１０３は照明光子を生成し、当該照明光子は光ファイバ束１０４を介して内視鏡１０２の先端部へ、ファイバ端１２１へ伝達される。照明光子は、ファイバ端１２１を出て試料１００を照明し、試料１００から相互作用した光子１０１を生成する。相互作用した光子１０１は内視鏡１０２の先端部に配置された第１の検出器７０５および第２の検出器７０７によって検出される。一実施形態において、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７はハイパースペクトルカメラを有する。一実施形態において、検出器７０５および検出器７０７は、検出器の各ピクセル上に配置されたファブリーペロー干渉（パターン化されたエタロン）フィルター構成を備える。パターン化されたエタロンフィルター配置および関連する検出器の好適な例は、Ｘｉｍｅａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。各ピクセルのフィルターは各ピクセルに対して１若しくはそれ以上の通過帯域波長を透過させるように構成されている。一実施形態において、第１の検出器７０５は、モザイクスナップショット配置においてパターン化されたエタロンフィルター配置を有する。モザイクスナップショットは１０８８×２０４８ピクセルにわたり取得することができる。一実施形態において、モザイクスナップショットは１６個の波長帯域を有する４×４モザイクを有する。他の一実施形態では、モザイクスナップショットは１１ｎｍ間隔で４６５ｎｍ〜６３０ｎｍの試料のスナップショットを有する。他の一実施形態では、モザイクスナップショットは約６００ｎｍ〜１，０００ｎｍの波長範囲にわたり２５個の帯域を有する５×５モザイクを有してもよい。モザイクスナップショットには、約５１２×２７２の帯域あたりの空間解像度と最大２メガピクセルの補間が含まれてもよく、最大１７０データキューブ／秒を収集し得る。
【００３９】
他の一実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７は、スナップショットタイル構成を取得するためのパターン化されたエタロンフィルター配置を有してもよい。一実施形態において、前記スナップショットタイル構成は各ピクセルで或る通過帯域波長を伝送する。パターン化されたエタロン・スナップショット・タイル・フィルター構成は最大１０８８×２０４８ピクセルを取得することができる。一実施形態において、タイル状スナップショットは、最大３２帯域のスペクトル分解能を有し、６００ｎｍ〜１，０００ｎｍの範囲の波長を１２個の増分ステップで検出することができる。他の一実施形態では、帯域ごとの空間解像度は約２５６×２５６である。他の一実施形態では、上記タイル状スナップショットは最大１７０データキューブ／秒を検出することができる。パターン化されたエタロンフィルター配置はまた、分析されるべき試料および所望の結果に基づいて所定の応答を生じるようにカスタマイズされ得る。このようなカスタマイズはこの開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。
【００４０】
一実施形態において、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７はＩＭＥＣモザイクフィルター配置を有する。そのような実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７のパターン化されたエタロンモザイクフィルター配置は、各ピクセルで１若しくはそれ以上の異なる波長帯域を透過するように構成されている。他の一実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７はパターン化されたエタロンタイル状フィルター配置を有する。そのような実施形態では、第１の検出器７０５および第２の検出器７０７のパターン化されたタイル状エタロンフィルター配置は、各ピクセルで異なる波長帯域を検出するように構成されている。他の一実施形態では、第２の検出器が排除され、その実施形態は、スナップショットモザイクのパターン化されたエタロンフィルター配置またはスナップショットタイル状のパターン化されたエタロンフィルター配置のいずれかを有する第１の検出器７０５を用いる。
【００４１】
検出器７０５および検出器７０７は、上記フィルター配置から伝送される各通過帯域波長について１若しくはそれ以上の画像データセットを生成するように構成されている。一実施形態において、検出器７０５および検出器７０７は第１の画像データセット（Ｔ１）および第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成されている。一実施形態において、画像データセットは以下に述べるようにさらに分析されてもよい。
【００４２】
更なる他の一実施形態では、照明源は特定の波長で照明光子を生成するように構成されていてもよい。例えば、照明源は複数のＬＥＤを有することができ、その場合、試料を照明するため、ＬＥＤの第１の部分は第１の波長を生成するように構成され、ＬＥＤの第２の部分は第２の波長を生成するように構成されている。そのような実施形態では、第１の検出器は第１の波長から相互作用された光子を検出して第１の画像データセット（Ｔ１）を生成するように構成することができ、また、第２の検出器は第２の波長から相互作用された光子を検出して第２の画像データセット（Ｔ２）を生成するように構成することができる。複数の波長で照明光子を生成することができるその他の照明源または照明配置が用いられてもよい。一実施形態において、照明源は複数の波長を生成することができる変調レーザーを有する。
【００４３】
本明細書に記載の画像データセットは、紫外（ＵＶ）画像データセット、蛍光画像データセット、可視（ＶＩＳ）画像データセット、ラマン画像データセット、近赤外（ＮＩＲ）画像データセット、短波赤外（ＳＷＩＲ）データセット、中赤外（ＭＩＲ）データセット、および長波赤外（ＬＷＩＲ）データセットの１若しくはそれ以上を有し得る。他の一実施形態では、画像データセットはハイパースペクトル画像データセットを有する。本開示の画像データセットはさらに分析されてもよい。一実施形態において、本明細書に開示されるシステムは、ファイバ・アレイ・スペクトル変換器（ＦＡＳＴ）を含み得る。好適なＦＡＳＴデバイスは、Ｎｅｌｓｏｎ等により２０１０年４月１３日に出願され、ケムイメージ社に譲渡された、「空間的およびスペクトル的に平行化されたファイバ・アレイ・スペクトル変換器システムおよび使用方法」と題する米国特許第８，０９８，３７３号に開示されており、その開示は参照によりその全体が組み込まれる。
【００４４】
一実施形態において、本明細書に開示されるシステムは、プロセッサと、当該プロセッサと動作可能に通信する非一時的なプロセッサ可読記憶媒体とを有し得る。記憶媒体は、実行時にプロセッサに画像データセットを分析させる１若しくはそれ以上のプログラミング命令を含むことができる。一実施形態において、分析は光学計算をデータセットに適用する工程を有し得る。他の一実施形態では、光学計算は、１若しくはそれ以上のＴ１、および（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ２）を有し得る。当技術分野で知られている他の光学計算を適用してもよい。一実施形態において、分析は１若しくはそれ以上のケモメトリックス技術を画像データセットに適用する工程を有し得る。ケモメトリック分析は、多変量曲線分解分析、主成分分析（ＰＣＡ）、部分最小二乗判別分析（ＰＬＳＤＡ）、ｋ平均クラスタリング分析、バンド標的エントロピー分析、適応部分空間検出器分析、コサイン相関分析、ユークリッド距離分析、部分最小二乗回帰分析、スペクトル混合解像度分析、スペクトル角マッパーメトリック分析、スペクトル情報発散メトリック分析、マハラノビス距離メトリック分析、およびスペクトル非混合分析の１若しくはそれ以上を有し得る。いくつかの実施形態において、プロセッサはシステムの動作を制御するように構成されてもよい。例えば、チューナブルフィルターが用いられる実施形態では、プロセスは、コントローラがチューナブルフィルターに電圧を印加させて所望の通過帯域の透過をもたらすように構成することができる。さらに、プロセッサは、特定の照明に対して正しい検出器が動作するよう照明源および検出器のタイミングを制御するように構成されてもよい。他のプロセッサ構成が企図されるものであり、それはこの開示を考慮すれば当業者には明らかであろう。
【００４５】
本開示によるシステムはさらにディスプレイを含み得る。いくつかの実施形態において、ディスプレイは１若しくはそれ以上の検出器からの１若しくはそれ以上の結果を含み得る。他の一実施形態では、ディスプレイはプロセッサによる分析からの１若しくはそれ以上の結果を含み得る。一実施形態において、ディスプレイは１若しくはそれ以上の検出器からの１若しくはそれ以上の結果、およびプロセッサによる分析からの１若しくはそれ以上の結果を含み得る。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年4月2日(2021.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
人体に外科手術を行う場合、外科医が、臓器、通路、または尿道や尿管などのその他の解剖学的構造を誤って切断したり、損傷したりしないことが不可欠である。血液、脂肪、動脈、静脈、筋肉若しくは筋膜などの介在組織、およびその他の高度に点在し吸収する媒体の存在は、手術部位のすぐ近くにあるそのような臓器、通路、解剖学的構造を高い正確さで特定することを非常に困難にする可能性がある。発光カテーテルが管、血管または臓器の不規則性を検出するのに用いられており、外科医が対象の解剖学的構造を特定して外科処置の適切な遂行を可能にするのを支援している。しかしながら、手術部位周辺の組織に損傷を与えることなく外科医が繊細な手術を行うのを支援するに際し、解剖学的構造のリアルタイム検出が可能な改良された術中撮像ツールが必要とされている。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１）  米国特許出願公開第２０１２／００８３６７８号明細書
（特許文献２）  米国特許出願公開第２０１６／０２１３２５２号明細書
（特許文献３）  米国特許第８，１６７，７９４号明細書
（特許文献４）  米国特許第９，０４１，９３２号明細書
（特許文献５）  米国特許出願公開第２０１８／０１１６４９４号明細書
（特許文献６）  米国特許第１０，７７９，７１３号明細書
（特許文献７）  米国特許出願公開第２００２／００１６５３３号明細書
（特許文献８）  米国特許出願公開第２０１３／０１７６５６８号明細書
（特許文献９）  米国特許出願公開第２０１５／０１９８７９３号明細書
（特許文献１０）  米国特許出願公開第２０１８／０２６３４７５号明細書
（特許文献１１）  国際公開第２００１／０５０９５５号
（特許文献１２）  国際公開第２０１４／０７４５６９号
（特許文献１３）  国際公開第２０１９／２１２４７２号
（非特許文献）
（非特許文献１）  ＷＡＮＧ  ｅｔ  ａｌ．"Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ｕｒｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，"  Ｕｒｏｌｏｇｙ，２２  Ｊａｎｕａｒｙ  ２０１１  （２２．０１．２０１１），  Ｖｏｌ．７７，ｌｓｓ．５，Ｐｇｓ．１２５４−１２５８．
（非特許文献２）  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅａｒｃｈ  Ｒｅｐｏｒｔ  ａｎｄ  Ｗｒｉｔｔｅｎ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０３０１５５，ｄａｔｅｄ  Ｊｕｌｙ  ９，２０１８．
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【国際調査報告】
2021526035.tif 000019