(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位端と近位端を有する内視鏡であって、該内視鏡は、
１／４より小さいフィルファクターで分配される少なくとも１００個のコアを有する少なくとも１つのファイバーモジュールと、
前記遠位端において前記コアと光通信する少なくとも１つの光素子と、
前記近位端において前記コアと光通信する検出器と、を備え、
前記内視鏡は、前記コア間のピッチ距離に亘ってマイクロ走査することにより超解像撮像を実現するように構成され、
前記内視鏡は、
それによって伝えられる放射線に関して前記コアをグループ単位で取り扱うことにより三次元検知を実現するように、
前記遠位端において、少なくとも１つの光素子を構成することにより、前記コアに面する領域を超えて前記内視鏡の視野を高めるように、
前記少なくとも１つの光素子を構成することにより、前記遠位端に一致する領域を超えて前記内視鏡の被写界深度を高めること、の内の少なくとも１つを実現するように、
構成され、
前記複数のファイバーは、モジュール式に配置される複数のファイバーモジュールにグループ分けされ、前記内視鏡は、少なくとも３つのファイバーモジュールを備え、さらに、対応する、少なくとも２つの隣接しないファイバーモジュールに施される少なくとも２つの導電性被膜を備え、前記内視鏡は、前記遠位端を加熱し、曇りをとるために、前記導電性被膜を介して該遠位端に電磁エネルギーを送ることができるように構成されている、内視鏡。
【請求項２】
１０ＧＰａより小さいヤング率を有し、使い捨て可能に構成されている請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光素子は特定の視野及び被写界深度の要求に応じた複数のプリズムセットを備え、該プリズムセットは前記遠位端に直接設けられるか或いは該遠位端に取り付けられるレンズに設けられる請求項１に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記内視鏡の遠位端を照明するように構成される少なくとも１つのフォトニック照明ファイバー、又は前記遠位端に配置されるＬＥＤ光源をさらに備えている請求項１に記載の内視鏡。
【請求項５】
少なくとも１つのフォトニック照明ファイバーは前記先端に面する領域の別の部分とは異なる該先端に面する領域の一部分を照明するように構成され、その差異は、偏光、波長、照明の波長範囲及びタイミングの少なくとも１つにある請求項４に記載の内視鏡。
【請求項６】
前記内視鏡を通過し、少なくとも１つの照明素子と処理中の画像入力による少なくとも１つの処理素子及び吸引のうちの少なくとも１つの内視鏡の遠位端における導入を可能にする作業路として構成される、少なくとも１つの穴をさらに備えている請求項１に記載の内視鏡。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光素子は少なくとも１つの閉塞された開口及び複数のプリズムを有する少なくとも１つのレンズを備え、穴に面する領域から前記コアに放射するように構成され、前記プリズムは前記遠位端で直接又は該遠位端に取り付けられる１つ以上のレンズにセットされる請求項６に記載の内視鏡。
【請求項８】
尿道鏡として構成されている請求項６に記載の内視鏡。
【請求項９】
前記コアは前記検出器の画素分布に関して前記遠位端の断面で不規則に分布されている請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記コアはグループ単位で取り扱われ、面センサとして各グループを実施する請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１１】
コア空間は特定の閾値以下の隣接したコア間のクロストークを削減するように選択される請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１２】
前記コアとは異なる屈折率を有する素子をさらに備えている請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１３】
さらに少なくとも１つの非撮像波長の範囲を使用するように構成され、拡大された視野、拡大された被写界深度、及び特定の診断データのうちの少なくとも１つを与えるように選択される請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１４】
腹腔鏡として構成されている請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１５】
遠位端と近位端を有する内視鏡であって、該内視鏡は、
それぞれが１／４より小さいフィルファクターで分配される少なくとも１００個のコアを有する複数のファイバーモジュールと、
前記近位端において前記コアと光通信する検出器と、を備え、
前記内視鏡は、前記コア間のピッチ距離に亘ってマイクロ走査することにより超解像撮像を実現するように構成され、それによって伝えられる放射線に関して前記コアをグループ単位で取り扱うことにより三次元検知を実現するように構成され、
前記複数のファイバーは、モジュール式に配置される複数のファイバーモジュールにグループ分けされ、前記内視鏡は、少なくとも３つのファイバーモジュールを備え、さらに、対応する、少なくとも２つの隣接しないファイバーモジュールに施される少なくとも２つの導電性被膜を備え、前記内視鏡は、前記遠位端を加熱し、曇りをとるために、前記導電性被膜を介して該遠位端に電磁エネルギーを送ることができるように構成され、
前記内視鏡は、１０ＧＰａより小さいヤング率を有し、使い捨て可能に構成されている、内視鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内視鏡の分野に関し、特に、多芯ファイバー内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種構成の内視鏡は、限られたアクセスで異なる状況を操作するための手段と同様に、医療問題の範囲における有効な処理を可能としている。内視鏡の作業は、照明、検出、及び処理が長く狭い作業状態に制限される点で難しい。ファイバー光技術はそのような技術及びファイバーに基づく内視鏡の体験継続的な改善を可能とする中心となるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
以下は発明を最初に理解するための簡略化された要約である。要約は必ずしも本質的な要素を特定するものではなく、本発明の範囲を限定するものでもないが、単に以下の説明の導入部分として有用である。
【０００４】
本発明の１つの特徴は、遠位端と近位端を有する内視鏡であって、該内視鏡は、１／４より小さいフィルファクターで分配される少なくとも１００個のコアを有する少なくとも１つのファイバーモジュールと、前記遠位端において前記コアと光通信する少なくとも１つの光素子と、前記近位端において前記コアと光通信する検出器と、を備えている。前記内視鏡は前記コア間のピッチ距離上をマイクロ走査することにより超解像画像を実現するように構成され、（ｉ）それによって伝えられる放射線に関して前記コアをグループ単位で取り扱うことにより三次元検知を実現することと、（ｉｉ）前記遠位端において、少なくとも１つの光素子を構成することにより、前記コアに面する領域を超えて前記内視鏡の視野を高めることと、（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの光素子を構成することにより、前記遠位端に合致する領域を超えて前記内視鏡の被写界深度を高めること、の内の少なくとも１つを実現するように構成されている。
【０００５】
本発明のこれらのさらなる及び又は他の特徴及び又は利点は、以下の詳細な説明に示され、該詳細な説明から推察され、及び又は本発明の実施により学習可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の実施例をより良く理解するため及び同じことをどのように行うのかを示すため、対応する要素又は部分を符号で示す添付図面は、単に例示の目的で、参照されるであろう。
【図１Ａ】本発明の幾つかの実施例による、内視鏡の構成の高度な概略図である。
【図１Ｂ】本発明の幾つかの実施例による、内視鏡の構成の高度な概略図である。
【図１Ｃ】本発明の幾つかの実施例による、内視鏡の構成の高度な概略図である。
【図１Ｄ】本発明の幾つかの実施例による、内視鏡の構成の高度な概略図である。
【図２Ａ】本発明の幾つかの実施例による、電磁気の伝達領域に多数のコアを有するファイバー断面の高度な概略図である。
【図２Ｂ】本発明の幾つかの実施例による、電磁気の伝達領域に多数のコアを有するファイバー断面の高度な概略図である。
【図２Ｃ】本発明の幾つかの実施例による、電磁気の伝達領域に多数のコアを有するファイバー断面の高度な概略図である。
【図２Ｄ】本発明の幾つかの実施例による、ファイバーモジュールを詰め込むことで作られたファイバーの高度な概略図である。
【図２Ｅ】本発明の幾つかの実施例による、ファイバーモジュールを詰め込むことで作られたファイバーの高度な概略図である。
【図３Ａ】本発明の幾つかの実施例による、処理又は照明のファイバーのために作業路及びさらなる経路配置を有するファイバーの高度な概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明の幾つかの実施例による、処理又は照明のファイバーのために作業路及びさらなる経路配置を有するファイバーの高度な概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明の幾つかの実施例による、処理又は照明のファイバーのために作業路及びさらなる経路配置を有するファイバーの高度な概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明の幾つかの実施例による、組立てられた正面レンズの高度な概略図である。
【図３Ｅ】本発明の幾つかの実施例による、防曇機構及びその効果の高度な概略図である。
【図３Ｆ】本発明の幾つかの実施例による、防曇機構及びその効果の高度な概略図である。
【図４Ａ】本発明の幾つかの実施例による、中心の穴を埋める遠位端の光素子を有する中空の内視鏡のファイバーの高度な概略図である。
【図４Ｂ】本発明の幾つかの実施例による、中心の穴を埋める遠位端の光素子を有する中空の内視鏡のファイバーの高度な概略図である。
【図４Ｃ】本発明の幾つかの実施例による、中心の穴を埋める遠位端の光素子を有する中空の内視鏡のファイバーの高度な概略図である。
【図４Ｄ】本発明の幾つかの実施例による、中心の穴を埋める遠位端の光素子を有する中空の内視鏡のファイバーの高度な概略図である。
【図５Ａ】本発明の幾つかの実施例による、光素子の高度な概略図である。
【図５Ｂ】本発明の幾つかの実施例による、光素子の高度な概略図である。
【図５Ｃ】本発明の幾つかの実施例による、光素子の高度な概略図である。
【図６Ａ】本発明の幾つかの実施例による、コアの異なる構成を有するファイバー断面の高度な概略図である。
【図６Ｂ】本発明の幾つかの実施例による、コアの異なる構成を有するファイバー断面の高度な概略図である。
【図６Ｃ】本発明の幾つかの実施例による、中実コアと中空コアの比較実験結果を示している。
【図７Ａ】本発明の幾つかの実施例による方法を示す高度な概略フローチャートである。
【図７Ｂ】本発明の幾つかの実施例による方法を示す高度な概略フローチャートである。
【図７Ｃ】本発明の幾つかの実施例による方法を示す高度な概略フローチャートである。
【図７Ｄ】本発明の幾つかの実施例による方法を示す高度な概略フローチャートである。
【図７Ｅ】本発明の幾つかの実施例による方法を示す高度な概略フローチャートである。
【図８Ａ】本発明の幾つかの実施例による、バンドルファイバーの実験の撮像結果の高度な概略図である。
【図８Ｂ】本発明の幾つかの実施例による、バンドルファイバーの実験の撮像結果の高度な概略図である。
【図８Ｃ】本発明の幾つかの実施例による、バンドルファイバーの実験の撮像結果の高度な概略図である。
【図８Ｄ】本発明の幾つかの実施例による、バンドルファイバーの実験の撮像結果の高度な概略図である。
【図８Ｅ】本発明の幾つかの実施例による、バンドルファイバーの実験の撮像結果の高度な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
詳細な説明をする前に、以下に使用される用語の定義を示すことが有用であろう。
【０００８】
この出願で使用される「遠位」及び「近位」という用語は内視鏡の端部に関するものである。内視鏡の境界面（検出器又は目）から遠く、撮像された組織及びその周囲から近い内視鏡の端部及びその関連部分は遠位端と呼び、内視鏡の境界面から近く、通常身体の外側で撮像された組織から離れた内視鏡の端部及びその関連部分は近位端と呼ばれる。この出願で使用される「反射される」という用語は、１以上の撮像された物体又は組織に衝突する照明の波面の方向の変化に関する。「反射」という用語は、物体及び又は組織により反射された照明源には関係なく、ファイバーにより集められた放射線として広く理解される。
【０００９】
「近視野画像」という用語は、通常はファイバーの先端である内視鏡ファイバーの遠位端における（撮像された物体、組織、及び又はそれらの周囲の）画像の形成に関する。その後、撮像されたものは、可能な限り近位の光素子を通り、通常、ファイバーを通って検出器に送られる。「近視野画像」という用語は、レンズのような光素子を通って撮像するのと同様に、撮像された物体又は組織とファイバーの先端との間に光素子のない直接撮像を含み、異なるタイプの光システムに関するものでもよい。
【００１０】
「遠視野」という用語は、通常はファイバーの先端である内視鏡ファイバーの遠位端（すなわち、内視鏡ファイバーの遠位端は光システムの開口又は瞳面にある）の撮像された物体、組織及び又はそれらの周囲のフーリエ変換の形成に関する。撮像された物体、組織及び又はそれらの周囲の画像は、可能な限り近位の光素子を通り、通常はファイバーの近位端又は検出器に直接、内視鏡ファイバーの近位端で形成される。「遠視野画像」という用語は異なるタイプの光システムに関する。一例では、「遠視野画像」は、撮像された物体又は組織と遠位ファイバー端の間で光素子が使用されない意味で直接的であり、ファイバーの近位端でファイバーに沿って該ファイバーを検出器に入れる放射線を送る。別の例では、「遠視野画像」は撮像された物体又は組織と遠位ファイバー端の間に配置された光素子で行われてもよく、遠位ファイバー端は少なくともほぼ光素子のフーリエ面（異なる状況では開口面及び瞳面と呼ばれる）にある。
【００１１】
図面を詳細に参照すると、例示の目的及び本発明の好適な実施例の説明の目的のためにのみ特定されたものが示され、最も有用で容易に理解される発明の主義及び概念的な特徴の説明であると信じられるもののために示されることが強調される。この点において、発明の根本的な理解のために必要である以上に詳細に発明の構造的な詳細を示すことを試みるものではなく、図面を参照する説明は発明のいくつかの形式が実際にどのように具現化されるについて当業者に明らかにするものである。
【００１２】
本発明の少なくとも１つの実施例を詳細に説明する前に、発明は以下の説明又は図面に示された詳細な構造及び構成配置にその適用が限定されるものではないことを理解すべきである。発明は各種方法で実施又は実行される他の実施例に適用可能である。また、ここで用いられる専門用語は説明の目的のためであり、限定するものとみなされるべきでないことを理解すべきである。
【００１３】
内視鏡、多芯内視鏡ファイバー及び構成及び動作方法が与えられる。ファイバーは数百又は数千のコアを有し、可能な限り作動路とさらなるファイバーを統合する。ファイバーは遠位端で組織及び物体の画像を取得すると共に、解像度、視野、被写界深度、波長範囲等のような画像の広範囲の光特性を向上させるため、異なる光学的構成を使用されてもよい。遠視野画像と同様に近視野画像は内視鏡で実施され、それぞれの光学的な特徴は画像を最適化するために利用される。光素子は遠位ファイバー端で使用されてもよく、又は遠位ファイバー端はレンズなしであってもよい。診断及び光処理フィードバックループが実施されてもよく、照明は、フルカラー画像、奥行き推定、改善された視野及び又は被写界深度、及びさらなる診断データをもたらすように適応されてもよい。
【００１４】
以下において、多芯内視鏡ファイバーが開示される。説明される実施例は以下の特徴に関連するグループで概略的及び非独占的に説明される。特定の内視鏡の実施例は遠視野画像を実施し（図１Ａ参照）、すなわち、視鏡ファイバーの近位端で形成される画像を有する一方、特定の内視鏡の実施例は近視野画像を実施し（図１Ｂ参照）、すなわち、内視鏡ファイバーの遠位端で形成される画像を有する。遠視野及び近視野の両方の実施は、撮像される物体又は組織と遠位ファイバー端の間の遠位光素子を有していてもよく（図１Ｃ参照）、或いはそのような遠位端の光素子なしで動作してもよい（図１Ｄ参照）。４つの組み合わせのそれぞれは（遠位光素子のある遠視野又はそれのない遠視野と、遠位光素子のある近視野又はそれのない近視野）は、表１に例示されているように、異なる特徴、利点及び欠点を有し、特定の実施概要に従って選択されてもよい。組み合わせの変形は適用又は実時間で実行され、異なるタイプの構成の利点を組み合わせてもよい。内視鏡は幾つかの組み合わせ、例えば、遠い物体を撮像するための遠位光学を有するファイバー面の一部分（又は特定のファイバーモジュール）と顕微鏡画像のための遠位光学のないファイバー面の別の部分（又は他のファイバーモジュール）を有するように設計されてもよい。
【００１５】
【表１】
0006794352.tif 000002
【００１６】
特定の実施例は遠位ファイバー端が光素子を欠いているレンズのない実施例を備えている。レンズのない実施例は遠視野画像又は近視野画像のいずれかで実施してもよく、コア間でのクロストークを削減しながら、光学解像度を向上させ、超解像方法を適用し、波面情報を回収する構造的特徴を利用してもよい。
【００１７】
内視鏡の実施例は完全な先端断面を有していてもよく、或いは異なる構成及び使用、さらなるファイバーの統合により特徴付けられた撮像ファイバー内の作業路を有していてもよく、その場合、コア及び光素子は作業路の結合による視野の減少に打ち勝つように構成されていてもよい。
【００１８】
以下において、ファイバーの多数のコアの各種構成が開示され、ファイバー間のクロストークを削減し、材料ロスを克服し、異なる方法により改善された解像度を達成し、要求される機械的特性を与え、内視鏡ファイバーの画像性能を最適化するように、各種問題を解決する。開示された内視鏡は異なる目的に有用であり、例えば、腹腔鏡又は尿道鏡として設計されてもよい。幾つかの実施例の説明で開示される要素は必ずしもこれらの実施例に限定されるものではなく、他の実施例において実施されてもよい。
【００１９】
図１Ａ〜１Ｄは本発明のいくつかの実施例による内視鏡の構成の高度な概略図である。提案されているマイクロ内視鏡１０５は多数のコア（例えば、１００個のコア又はそれ以上、数百のコア、数千のコア、ある実施例では、ファイバー又はファイバーモジュール当り数十又は数百又は数千のコア、あるファイバー内視鏡では百万を超えるコア）から構成され、それぞれが出力される近位端（患者の身体の外部のもの）で、高解像度のカラー画像が構成される一つ又は多数の空間自由度を運ぶ責任を有している。多芯コアファイバー１００は以下に例示するようにその光学設計において高度な柔軟性を示し、例えば、大きな作業路及び小さな外径を有する尿道鏡又は小さい外径で得られる非常に高い解像度を有する腹腔鏡のために特定の適用に利用及び適応されてもよい。
【００２０】
内視鏡１０５は遠視野画像、近視野画像又は遠視野画像と近視野画像の組み合わせを実行するように構成されていてもよい。画像モードに関係なく、内視鏡１０５はファイバー１００の遠位端１０１で１以上の光素子１４０を有するか或いは先端１０１と撮像された組織又は物体７０との間に光素子を有しないように構成されてもよい。ある実施例は先端１０１で取り外し可能又は再構成可能な光素子１４０及び又は遠位端１０１の表面部分（例えば、コアのサブグループ）にだけ影響を及ぼす光素子１４０を備えていてもよい。
【００２１】
ある実施例は一緒にグループ化される複数をファイバー１００を有する内視鏡１０５を備え、それぞれは、１／４又は１／９より小さいフィルファクターで分配される少なくとも１００個のコア、少なくとも１つのフォトニック照明ファイバー、及びファイバー１００の遠位端の少なくとも１つの光素子を有し、ファイバー１００の先端に面してそれに一致する領域を超えて内視鏡１０５の視野及び又は被写界深度を高めるように構成されている（以下の詳細参照）。内視鏡１０５はそこから伝達される放射線に関してコアをグループ単位で処理することにより三次元検知を実行するようにさらに構成されていてもよい（以下の詳細参照）。内視鏡１０５はコア間のピッチ距離上をマイクロ走査することで非常解像された画像を形成するようにさらに構成されてもよい（以下の詳細参照）。内視鏡１０５は照明源として遠位端１０１に配置されるＬＥＤ（発光ダイオード）の光源を備えるようにさらに構成されてもよい。
【００２２】
図１Ａは遠視野画像を概略的に示しており、（組織又は物体７０から反射された電磁気信号の種類を示す）画像７３は先端１０１及びファイバー１００を通って運ばれ、検出器９１に画像７５を形成する。先端１０１はフーリエ面（開口面又は瞳面とも呼ばれる）であってもよく、そこでフーリエ変換された画像７３がファイバー１００に入る。発明の異なる実施例では、フーリエ面はファイバー１００に遠い又は近いのと同様に、ファイバー１００に沿ったどこに配置されてもよく、検出器９１で画像７５に光学的に変換されることに注目すべきである。代わりに又は補足的に、フーリエ画像７４又はその関数は検出器９１で測定され、及び又は非限定的な実施例として、解像度、視野、及び焦点深度のような画像パラメータを高めるように操作されてもよい。光素子はファイバー１００から遠く又は近くに導入され、それぞれ、放射線入口先端１０１及び検出器９１に向かっていく放射線を修正又は操作してもよい。
【００２３】
図１Ｂは近視野画像を概略的に示しており、画像７３はファイバー先端１０１で画像７５を形成する。その後、画像７５は、可能な限り光素子を通り、ファイバー１００を通って検出器９１に送られる。画像７５はファイバー１００内であれば必ずしも先端１０１に正確に形成されなくてもよいことに注意すべきである。ファイバー１００を経由して送られた画像７５は検出器９１で測定され、及び又は非限定的な実施例として、解像度、視野、及び焦点深度のような画像パラメータを高めるように操作されてもよい。光素子はファイバー１００から遠く又は近くに導入され、それぞれ、放射線入口先端１０１及び検出器９１に向かっていく放射線を修正又は操作してもよい。
【００２４】
図１Ｃは、撮像された組織７０の近くで、ファイバー１００の遠位端に１以上の光素子を有する光学的構成を概略的に示している。光素子１４０は先端１０１に取り付けられてもよく、又は先端１０１から遠くに移されてもよい（例えば、スペーサによってそこから少し離れて保持されてもよい）。各光素子１４０は各コア又は各グループのコアと光通信してもよい。近くに、照明８５はファイバー１００に送られ、（例えば、遠視野又は近視野で）反射された照明は、例えばビームスプリッター９０を介して、コアから検出器９１に向けられる。近い光素子は、符号で示されている（図１Ｄ）ように、それぞれレンズ８４，９４により照明８５及び反射された照明を操作するように設定及び使用されてもよい。１つ以上のプロセッサー９９は、光路中に制御可能な素子がある場合に照明及び画像ビームを制御するのと同様に、照明を制御及び又は検出された照明を処理するように構成されてもよい。
【００２５】
図１Ｄは、ファイバー１００の遠位端に光素子を有しない光学的構成（以下「レンズなし」の構成とも呼ばれる）を概略的に示しており、ファイバー先端１０１が撮像された組織７０との間で照明を送受するように直接使用されるようになっている。照明８５は、例えばレンズのような光素子８４を介して、ファイバー１００に近接して送られ、反射した照明は、例えばレンズのような別の光素子を介して検出器９１に向けられる。１つ以上のプロセッサー９９は、光路中に制御可能な素子がある場合に照明及び画像ビームを制御するのと同様に、照明を制御及び又は検出された照明を処理するように構成されてもよい。ある実施例では、レンズなしの構成は、「接触モード」、すなわち、検査された組織にファイバー先端を近づけて、画像を生成し、コアのサイズによって決定される内視鏡の解像度をもたらすように構成されていてもよい。
【００２６】
ある実施例では、近接した光素子９４（及び可能な限り光素子８４も）は変形可能であり、特にレンズなしの構成では、遠視野の画像構成で取得した画像の面及び焦点深度を調整するように使用されてもよい。
【００２７】
図２Ａ〜２Ｃは、発明の幾つかの実施例による、電磁気の伝播領域１１０に多数のコア１１５を有するファイバー横断面の高度な概略図である。ファイバー１００は中心又は偏心の光コア（１１０）を備え、エネルギー送出、吸込み、照明、薬剤送出等のような処理に使用される中空の中心又は偏心領域（１１２）を有していてもよい。照明手段は多芯コア１００内において各種方法で統合されてもよい。光素子１４０が先端の遠くに挿入される場合の断面と同様に、近視野又は遠視野の構成の断面は、異なる適用間でのトレードオフの考慮の下に実行されてもよい（例えば、表１及び以下の他の例を参照）。例えば、製造、使用、光学的特性、及びアルゴリズムのパラメータは、異なる実施例で異なってバランスを保たれ、内視鏡１０５を広範囲な性能及び装置の要求に最適化されてもよい。
【００２８】
図２Ａに示されたファイバー１００は、例えば、非限定的な方法で示されるような正方形、円形、六角形、長円形等の如何なる形状の横断面を有していてもよい。図２Ａはファイバー１００の中実な横断面を示しており、図２Ｂは、以下に示されるような（例えば、さらなるファイバーを組み込むために工具を挿入または吸込みを行うための作業路等）異なる目的のために使用されるファイバー１００内の穴１１２を有する中空な内視鏡を示している。ファイバー１００は、正方形、円形、又は他の形状を有していてもよく、穴１１２はまたファイバー１００内で如何なる形状及び配置を有していてもよく、穴１１２及びファイバー１００は如何なる寸法（Ｒi、Ｒo、Ｄ、Ｗ等）を有していてもよく、穴は複数あってもよく（すなわち、ファイバー１００は２つ又はそれ以上の穴を有していてもよい）、内視鏡からの要求に応じてすべてが設計される。図２Ｃは、以下に説明されるように、レンズなしの構成で波面を検知するように構成される「超コア」グループ１１６にグループ分けされるコア１１５を有する多芯ファイバー１００を概略的に示している。
【００２９】
多芯ファイバー１００は、医療使用の場合、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）及びＰＳ（ポリスチレン）のようなポリマーの生体適合性材料により製造されていてもよく、柔軟性を有していてもよい。ファイバー１００はまた非互換性材料により製造されてもよく、工業使用の場合には柔軟又は硬くてもよい。ファイバー１００は１０ＧＰａより小さいヤング率によって特徴付けられる柔軟性を有し、使い捨て式に構成されていてもよい。したがって、ファイバー１００は（約６５ＧＰａのヤング率を有する）ガラス繊維より柔軟であり、ＰＭＭＡの柔軟性（１．８と３．１ＧＰａの間のヤング率）又はそれより高い柔軟性を有していてもよい。
【００３０】
各種実施例は、非限定的な方法で以下に例示される、ファイバー材料、コア及び空間の構成、コアの数及び寸法、異なるファイバー部分の材料の変更、コア１１５の伝播モードの数上の制御、ファイバー１００とそれらの構成のいずれかの側でのレンズ又はプリズムのような光学的手段、異なるタイプの照明及びアルゴリズム的解法の設計及び適用のような手段を使用して、ガラス繊維に関してポリマー繊維の減少した透明性を補償する。以下の開示はまた、コア１１５間のクロストーク（すなわち、隣接するコア１１５に伝播する放射線間の相互の影響）を制御する方法、及びその情報の内容を改善すると共に検出された画像の処理関連情報を向上させる方法を扱う。
【００３１】
照明は、コヒーレント光又はインコヒーレント光、スペクトルパターン（広い又は狭い波長範囲、連続又は分離した範囲）、（各種パターンで）偏光又は非偏光、及び視界又は赤外線範囲の異なる範囲を備えていてもよい。コア間の材料の差異、空間、及び外側クラッディングは、以下により詳細に説明するように、空気コア又は空間を使用すると共に、屈折率に影響を与えるいずれかのファイバー領域をドーピングする、異なる材料を備えていてもよい。以下に示す実施例は、それらが互換性を有する限り、ここに説明する他の実施例のいずれかで使用されてもよいことに注意すべきである。特に、実施例の文脈で説明される計算方法、光学的方法、及びファイバー設計は他の実施例で適用されてもよい。
【００３２】
図２Ｄ及び２Ｅは、発明の幾つかの実施例による、ファイバーモジュールを詰め込むことによるファイバー形成の高度な概略図である。多芯コアファイバー１００はファイバーモジュールまたはユニット１１７を使用して製造されてもよい。各ファイバーモジュール１１７はそれ自体が多芯ファイバーであり、可能な限り一定の寸法を有するように構成されている。そのような実施例はバンドルファイバーと呼ばれており、幾つかの構成（例えば、２×２モジュール、３×３モジュール等）において複数のファイバーモジュール１１７を束ねている。ファイバーモジュール１１７はまた、正方形、長方形、円形、長円形のような如何なる形状を有していてもよく、広範囲な形状及び構成を有するファイバー１００に詰め込まれていてもよい。コア又はコアグループと全体ファイバー１００との間に中間の寸法を有するファイバーモジュール１１７（各モジュール１１７は、例えば、数十、数百、又は数千のコアを有していてもよい）を導入することにより、ファイバーモジュール１１７からファイバー１００を形成することでより簡単な製造及びより高い柔軟性を得ることができる。例えば、図２Ｄに示されているように、長方形のファイバー１００は、例えば、パッケージサポート１１８Ａ及びそれぞれ取り付け可能なカバー１１８Ｂを使用して、長方形状に配置された四角ファイバーモジュール１１７から組み立てられてもよい。ファイバーモジュール１１７はファイバー１００に沿った一定の領域でパッケージサポート１１８Ａ及びカバー１１８Ｂにより機械的に簡単に保持され、ファイバーモジュール１１７は少なくとも一定の領域で一緒に接着され或いは他の方法で取り付けられてもよい。図２Ｅに示されている別の実施例では、ファイバーモジュール１１７Ａ，１１７Ｂは穴１１２の周りに配置されてもよい。ある実施例では、ファイバーモジュール１１７Ａ，１１７Ｂは、それらの観察角度及び又はファイバー先端１１０に取り付けられる光素子１４０で異なるように配置されてもよい（例えば、図４Ａ〜４Ｄ参照）。例えば、ファイバーユニット１１７Ａは穴１１２の前で視野を覆うように構成され（例えば、内側に傾けられ或いは各光素子を有する）、ファイバーユニット１１７Ｂは先端１０１を超えて横方向に視野を覆うように構成されてもよい（例えば、外側に傾けられ或いは各素子を有する）。例えば、非限定的な傾斜角度は内側に５〜２０°で外側に１０〜５０°であってもよい。それぞれの詰め込む又は取り付ける構成はそれらのそれぞれの位置及及び角度でファイバーモジュール１１７Ａ，１１７Ｂを固定させるように適用されてもよい。ある実施例では、ファイバーの遠位端でファイバーモジュール１１７Ａ，１１７Ｂの環状の配置がなされ、ファイバーの近位端でファイバーモジュール１１７Ａ，１１７Ｂが分離されると共に、例えば１つの長方形の検出器の面を覆うように長方形状に異なって再配置されてもよい。これにより、製造及び使用の柔軟性が達成され、ファイバー１００のいずれかの端部でファイバーモジュールの空間の分配の独立した最適化を可能とし、近位端での検出及び処理と同様に遠位端での光検出の両方を向上させることができる。
【００３３】
図３Ａ〜３Ｃは、発明の幾つかの実施例による、処理又は照明ファイバーのための作業路及び作業位置１２０を有するファイバー１００の高度な概略横断面図である。ファイバー１００内の穴１１２として描かれている作業路１１２は電磁気を伝播する多芯コアのファイバー領域１００により取り囲まれている。処理及び照明ファイバーは、結合画像及び１つのファイバーを使用する処理を可能にする方法で、処理の中間画像のフィードバック等を内視鏡のファイバー１００に統合させてもよい。そのような組み合わせは、例えば、尿道鏡又は他のタイプの内視鏡として使用されてもよい。ある実施例では、作業路１１２の近くの経路１２０にさらなるファイバーを配置することが、作業路１１２を流通する液体によりファイバー（例えば、処理ファイバー）を冷却するために形成されていてもよい。
【００３４】
示された例では、処理又は照明ファイバーは、示された位置１２０（例えば、溝又は管）に、例えば、作業路１１２と流体流通する多芯画像領域１１０の内壁、すなわち、穴１１２の周囲（図３Ａでは、例えば約２５０μｍの管径）に、ファイバー１００の周りで流体流通する多芯コア画像領域１１０の外壁、すなわち、ファイバー１００の周囲（図３Ｂでは、例えば約２５０μｍの管径）に、多芯コア画像領域１１０内（図３Ｃでは例えば約２００μｍの管径）に、又はこれらの可能なものの組み合わせに、挿入されていてもよい。処理及び照明ファイバーの統合は、ファイバー１００の製造前、製造中、又は製造後に行われてもよい。ある実施例では、ガラス処理又は照明ファイバーはポリマーファイバー１００を引っ張った後に溝１２０に挿入されてもよい。
【００３５】
ある実施例では、処理又は照明ファイバーは、まとめて、同時に、又は順番に作業するように構成されると共に制御され、所望な照明及び又は処理を達成する。例えば、その処理路は幾つかの低出力路１２０に分けられ、各路を通ってより薄い路及び低出力の送出を有してもよい。そのような構成は内視鏡の機械的柔軟性を増加させることができ、例えば尿道鏡の分野において、非常に重要である。さらに、外部照明ファイバー又は処理ファイバーを挿入するための中空路１２０の使用は、セルフアライメントを示す装置構成を提供する。
【００３６】
図３Ｄは、発明の幾つかの実施例による、組立てられたレンズ１１９を有するファイバー１００の高度な概略図である。ファイバー１００のモジュール構造（例えば、図２Ｄ、２Ｅ参照）は幾つかのファイバーモジュール１１７を変更するために使用され、これらの特徴を一定のファイバーに組み入れるより簡単な方法でファイバー１００に特徴を組み入れる。ファイバーモジュール１１７Ｄは、モジュール積み木式の方法で構成され、内視鏡の形式及び機構に関して各種の横断面組織を形成する。ある実施例の示された例では、２つの隣接しないファイバーモジュール１１７Ｄが伝導体（例えば、鉄）で被覆され、ファイバーモジュール１１７Ｃの残りは被覆（及び断熱）されなくてもよい。そのような構成はファイバー先端１０１に電気を送るために使用されてもよい。例えば、電磁気信号又は電磁気放射線がファイバーモジュール１１７Ｄを介して隣接する組織又は関連の装置又は構成（例えば、検査装置又は内視鏡の器具）に送られてもよい。示された例では、電磁気エネルギーは遠位のレンズ１１９に送られ、それを加熱し、体内に入ることによる曇りを防ぐ。ある実施例では、アンテナ構造（図示せず）がレンズ１１９で設計され、接触を使用することなくレンズ１１９を加熱する電磁気放射線を受け取る。ある実施例では、無線周波数（ＲＦ）処理が、ファイバーモジュール１１７Ｄの伝導性被覆を介してファイバー先端１０１の周りの組織又は物体に施されてもよい。
【００３７】
図３Ｅ〜３Ｆは、発明の幾つかの実施例による、デフロスト機構１２１及びその効果のさらなる高度な概略図である。図３Ｅは被覆１２２を介してレンズ１１９を加熱するように構成された電気回路１２３に接続される伝導性被覆１２２により被覆され、要求された時に曇りを防ぎ、レンズ１１９の曇りをとるレンズ１１９を示している。図３Ｆは曇りの蓄積による画像の悪化を具体的に示しており、上方の画像（Ａ）は曇りの蓄積の初期後の短時間経過後のものであり、下方の画像（Ｂ）はその後に撮られ、矢印で示された物体がほとんど視認できない。図３Ｇはデフロストの後に物体と照明箇所の両方が再度明瞭になった画像を示している。
【００３８】
ある実施例では、内視鏡１０５は内視鏡の遠位端から治療された組織７０の作業距離に（患者の体の外側のもの、例えば光素子８４、９４）外部光の焦点長を適切に適応することにより、遠視野（図１Ａ）又は近視野（図１Ｂ）で作業されてもよい。ファイバー１００は、遠視野画像を使用することにより、例えば、中央の閉塞された開口を有するように適応された画像レンズ９４を使用することにより、画像表面の中間に作業路１１２を有する完全画像を送るように構成されてもよい。
【００３９】
レンズのないファイバー先端１０１を有する遠視野画像の構成では、取得された画像はコア１１５の数に関係しない画素数を有し、近視野の実施例に関して画像解像度を高める。例えば、ある実施例は、検査された組織７０の波面又は３Ｄ形状を検知することのできるインテグラル画像センサを検出器９１として使用することを含んでいる。そのような実施例では、コア１１５はシャックハルトマン干渉計又は波面センサに似ている少数の可能な空間モードを有するように構成されてもよい。
【００４０】
ある実施例では、コア１１５は「超コア」１１６（図２Ｃ参照）にグループ分けされ、それぞれは隣接するコア１１５のグループを備えている。各「超コア」１１６は１つの波面検知素子として取り扱われ、各「超コア」１１６（又は明視野検知、すなわち、近視野及びマルチモードで操作する異なるコアで光方向を比較する）内の個々のコア部材１１５を通して伝播する放射線を比較することにより波面についての情報を送る。コア１１５の「超コア」１１６へのグループ化はファイバー１００の面に亘って一定又は可変であってもよく、幾つかのコアグループは他より大きい（例えば、図２Ｃの大きい中心のコア部ループを参照）。
【００４１】
コア１１５のグループ化は、ファイバー１１０に亘るコア１１５の均一（又は不均一）な分布に基づき、画像性能の選択によりちょうど良い時に変更される。そのような構成において、トレードオフは深度の測定と解像度の間に存在することに注意すべきである。各「超コア」１１６の多数のコア１１５はより詳細な波面を使用することにより画像領域の三次元構造についてより詳細に与え、グループ１１５毎の少数のコア１１５及びまったくグループ化されていないものはより高い解像度を与える。したがって、コア１１５のグループ化は空間的及び時間的に変化する画像要求によって設計又は変更される。相補的に、コア１１５はそこから送られる放射線に関してプロセッサー９９によってグループ単位で処理され、波面センサとして各グループ１１６を実行する。コアグループ１１６へのコア１１５の割り当ては、例えばプロセッサー９９によって動的に行われてもよい。さらに、グループ化は、解像度及び又は深度の測定のために提案された技術のような画像性能に関する他の考察を伴ってもよい。
【００４２】
ある実施例では、近視野の実施は（マルチモードで動作する）コア間の明視野を検知すること、すなわち、３Ｄ画像をもたらす放射線の指向性構成要素を測定することを含んでいる。明視野検知はコアのグループ化に関してグループ単位で行われてもよい。
【００４３】
ある実施例では、内視鏡ファイバー１００は等しい距離で配置されないが不均等に間隔を空けて配置される多数のコア１１５を備えている（概略図の図２Ａ参照）。コア１１５の不均等（不規則）な配分（例えば、検出器９１の画素の空間配分と一致しない空間配分）は、開口面（フーリエ面）でのコア１１５のサンプリングが均一ではなく、開口面でのサンプリングが画像面において視野に影響を与えなかったり或いは可視限界を生み出したりすることがないため、遠視野状態で動作する時、超解像画像を取得することを可能にする。コア１１５の配分及びファイバー１００に亘る空間はアルゴリズム的及び光学的な技術を使用して解像度の向上を最適化するように設計されていてもよい。実際に、コア１１５間の距離の増大は他の超解像技術のマイクロ走査及び適用からより大きな利点を提供する。
【００４４】
ある実施例では、ファイバー先端１０１の光学的設計は先端の横断面内に非対称的で中心ではない位置（画像路と同心ではない）に配置される作業路を有するように構成されてもよい。作業路１１２の形状は、光学的伝達関数（ＯＴＦ）をより良く符号化するため、円形とは異なるように構成されてもよい（例えば、長円形、長尺、多角形等）。作業路は、超解像画像を創り出すため、画像後工程を介してＯＴＦ及び画像のアルゴリズム修正を改善するように構成されてもよい。
【００４５】
ある近視野画像の実施例では、増加した焦点深度は、組織７０に関して異なる先端位置で取得された画像から、生成された画像の各画素毎に明確なコントラストを与える最良の焦点位置を選択することによりレンズのない実施例で達成されてもよい。各画素の最良の焦点は異なる先端位置で取得される複数の画像から選択されてもよい。
【００４６】
ある実施例では、光素子１４０は（組織７０に面する）遠位端のファイバー先端１００に取り付けられ又はそこで製造される。光素子１４０は遠視野画像と近視野画像の両方で画像を改善するために使用されてもよい。例えば、光素子１４０は視野を制御するために使用され、（設計された作業路の穴１１２の場合に）外側及び又は内側で先端１０１の縁部を超えてそれを増加させる。
【００４７】
図４Ａ〜４Ｄは、発明の幾つかの実施例による、中心の穴を補償する遠位端１０１に光素子１４０を有する中空の内視鏡ファイバー１００の高度な概略図である。先端１０１でのファイバー１００の横断面に穴１１２を有する実施例では、コア１１５に面する領域７１に加えて（又はその代わりに）穴に面する領域７２を撮像するために各種解法が以下に示されている。例えば、組織、解剖学的な部材、体液、各種石又は障害物、腫瘍、異物等の、如何なる目標も撮像可能であることに注目すべきである。
【００４８】
ある実施例では、内視鏡１０５の照明源８５及び少なくとも幾つかの光素子（例えば、先端光素子１４０、近位光素子８４，９４）は先端に面する領域１０１（すなわち、コアに面する領域７１）の残りと異なる穴に面する領域１１２（すなわち、穴に面する領域７２）の少なくとも一部分を撮像するように構成されてもよい。その撮像の差異は、偏光、波長、波長範囲、及び又は照明のタイミングにある。非限定的な例が以下に示されている。
【００４９】
多数のコア１１５が完全な画像を生成するために使用され、中空領域１１２のコアの欠如を克服し、作業路１１２に正反対（穴に面する領域７２）の組織７０の画像（及び照明）を与える。例えば、内視鏡１０５はファイバー１００の９０°視野を与えるように構成されてもよい。図４Ａは、環状に配置された光素子１４０を有する（内径Ｒi及び外径Ｒoを有する）環状の多芯領域１１０を非限定的に概略的に示している。同様の原理はファイバー先端１００の幾何学的構成、例えば、その形状、穴１１２の位置及び形状等に適用可能である。
【００５０】
ある実施例では、光素子１４０は特定の角度で切断されてマイクロ内視鏡１０５の先端で接着された屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズを備えていてもよい。各切断されたＧＲＩＮ１４０は、各ＧＲＩＮ１４０の視野（ＦＯＶ）により掛けられたＧＲＩＮ１４０の数に等しいファイバーの視野（ＦＯＶ）を高める（又は、相補的に又は代わりに、異なる被写界深度から放射線ように幾つかのＧＲＩＮ１４０を構成することにより被写界深度を高める）ため、異なる方向に面するように切断及び配置される。ＧＲＩＮレンズ１４０の縁部の切断は視野の異なる所望な部分から特定のＧＲＩＮに光合成プリズムを実現することができる。非球面レンズは光素子１４０のようなＧＲＩＮレンズの代用品を使用してもよい。
【００５１】
図４Ｂ〜４Ｄは、発明の幾つかの実施例による、３つの可能な構成を概略的に示している。大きい円形はファイバー先端１０１の全ＦＯＶの外周を概略的に示しており、それはコアに面する画像領域（７１）の境界であり、小さい円形は個々の光素子１４０，１４１の視野を示しており、非限定的に示されている場合と等しい。例えば、先端ＦＯＶ（領域７１プラス穴に面する領域７２）は周辺領域１４５をそれぞれ撮像する光素子１４０と等しく空間を空けること（図４Ｂでは８個）により覆われ、さらなる光素子１４１は中心領域１４６を撮像するように構成されていてもよい。これにより、穴に面する領域７２は領域１４６によって中心を覆われ、その周囲は領域１４５によって覆われる。別の実施例では、多数（図４Ｃでは２１個）の光素子１４０は、幾つかの同心円形セットの撮像領域で、例示では、２０個の外周領域１４５、８個の中間領域１４６、及び１個の中心領域で、先端ＦＯＶを覆う角度を有するように構成されていてもよい。別の実施例では、環状に配置された光素子１４０（図４Ｄでは２５個）は、先端ＦＯＶに部分的に重なると共に覆い、可能な限り大きい領域に延びる格子状の個々の領域１４５で先端ＦＯＶを覆う角度を有するように構成されていてもよい。この開示された方法は要求された視野をもたらすためファイバー先端の光素子１４０に適応することで高い柔軟性を提供する。
【００５２】
ある実施例では、光素子１４０は全ＦＯＶから環状レンズに光を向ける環状プリズムに結合される環状レンズを備えていてもよい。
【００５３】
上述した光素子のリングのない、ある実施例では、ＦＯＶの中心は選択された照明を使用して撮像される。照明はＦＯＶの中心であってその周辺でない方向に向けられ、付随的なアルゴリズムは検出した信号を処理し、（例えば、プロセッサー９９によって）ＦＯＶの中心の画像を得るように構成されてもよい。
【００５４】
ある実施例では、異なる偏光を有する照明は、中心のＦＯＶ（例えば、穴に面する領域７２）のため、及びＦＯＶの周囲（例えば、コアに面する領域７１）のために使用され、検出された信号が偏光が異なることで空間に符号化されるようになっており、全ＦＯＶの画像を生成するように複合化されてもよい（以下のより詳細な説明参照）。光素子１４０は、異なる幾何学領域に直接異なって偏光される照明に複屈折してもよい。
【００５５】
ある実施例では、穴１１２は偏心又は偏心した穴に分割され、ＦＯＶの中心を直接撮像するために腹側（ventral）コアに余裕を残してもよい。
【００５６】
ある実施例では、コア１１５はファイバー１００内に不均等又は不均一の空間を空け、例えば、コア１１５の位置が体外に配置された検出器９１の画素の一定の空間サンプリングマトリクスと一致しないようになっていてもよい。２つの格子間の不一致は幾何学的な超解像アルゴリズムを適用し、取得画像の品質を向上するために利用されてもよい（ある意味でマイクロ走査技術に似ている）。
【００５７】
ある実施例は、空間コアの構成を介してマイクロ走査を実施する。例えば、ファイバー１００は低フィルファクターを有する多芯設計を示している（フィルファクターはコア領域間とコア間の距離の二乗との割合であり、後者はピッチと呼ばれる）。例えば、コアの直径は低フィルファクターの範囲を生み出す０．４〜２．５μｍの間の範囲であり、例えば、フィルファクターは１／４と１／１６の間である。フィルファクターが低い（例えば、１／４以下、１／９以下、１／１６）の時、マイクロ内視鏡の先端１０１の単純動作（例えば、運動振幅は少なくともピッチに等しく、すなわち、数ミクロン）は、マイクロ走査の装置の発想を実現することができ、幾何学解像度を著しく増加させることができる（大きいフィルファクターで撮像する場合、サンプリング画素／コア自体の点広がり関数（ＰＳＦ）が空間のローパスとして取得可能な解像度を制限するため、マイクロ走査手順は画像の幾何学解像度を増加させることができないが、画像のオーバーサンプリングを行うだけであることに注意すべきである）。ある実施例では、本開示による空間走査方法及び時間走査方法は画像要求に結合され、適応されてもよい。
【００５８】
ある実施例では、照明路８５は照明点の空間走査を実現する時間変化光学を有してもよい。空間照明走査は大きい視野を有する広視野画像を作るために使用され、その画像は、先端が検査される組織に関して近視野の場合でさえ、先端の中心に配置される作業路によって影響されない。
【００５９】
いずれかの実施例では、プロセッサー９９はコア１１５を通って画像領域から検出器に送られる放射線を画像に処理するように構成され、可能な限り検出された放射線に超解像アルゴリズムを実施する。
【００６０】
ある実施例では、検査される組織は照明源として波長可変レーザーにより照明されてもよい。組織７０の空間画像セットが取得され、各画像は異なる波長に対応している。その結果、ハイパースペクトル画像が特定のタイプの組織（例えば，がん組織）の識別に使用され、画像を向上させる。これにより、ファイバー内視鏡１０５は、特定の目的であり、必ずしも画像照明のために使用されるとは限らない（ヘモグロビン酸化を測定するために使用される赤外線波長のような、特定の診断波長範囲の）異なる波長を使用して行われる診断の可能性を与える。波長及び波長帯の選択は手動又は自動で処理中に変更され、例えば、空間又は時間のパラメータ、遭遇した場所及び組織に関して、手順の異なる段階及び異なる画像要求に適応する。一例では、単一波長帯は別々に照明及び分析され、得られる情報を高める。波長帯の付与は異なる方向から目標を照明し、より詳細な空間情報をもたらすために使用されてもよい。
【００６１】
ある実施例では、尿道鏡として構成される内視鏡１０５の作業路１１２は内視鏡の先端１０１に吸込みにより大きな腎臓結石を吸い出してその石をくっつけるために使用されてもよい。その後、処理レーザー（可能な限りファイバー１００に組み込まれる。図３Ａ〜３Ｃ参照）は石を破壊するために使用され、吸込みは石を固定させ、医療処置の間にそれらが動き回るのを防止する。吸込みは作業路１１２を通して行われ、画像は吸込みと処置の効率に関してフィードバックを与えるために使用される。例えば、強い処置は吸い込みに打ち勝ち、くっ付いた石を解放しがちである。画像はファイバー先端１０１から石の解放の進展を検出し、吸込みを及び又は加えられたエネルギーをそれぞれ調整するために使用される。この文脈では、上述したように幾つかのファイバーへのエネルギーの分割は、石のいずれかの箇所に低いエネルギー集中をさせるといった一定の処置を石に与える。エネルギーの強度はそれぞれのエネルギーで調整され、吸込みからの石の解放を防止する。
【００６２】
ある実施例では、尿道鏡の作業路１１２は、液体を注入し、ファイバー１００の光学的状態を僅かに変更するために使用され、先端１０１のレンズ１４０焦点長さは有効に変更され、焦点走査は画像の各画素毎の最も鮮明な可能な画像を生成するために行われる。
【００６３】
内視鏡１０５はいずれかのタイプの内視鏡として構成され、如何なるタイプの体内の石又は他の障害物を取り扱うために使用されてもよい。
【００６４】
図５Ａ〜５Ｃは、発明の幾つかの実施例による、光素子１４０の高度な概略図である。ある実施例では、偏光する光素子５０（例えば、グラントムソンプリズム）は、マイクロ内視鏡（例えば、ＧＲＩＮレンズ、非球面レンズ）の先端１０１の画像レンズ１４０に加えてファイバー１００（図５Ａ）の端部で実施されてもよい。偏光する光素子１５０は光素子１４０の限界を超えて偏波多重によりＦＯＶを増加させるように構成されてもよい。異なる視野１３０Ａ，１３０Ｂは、（例えば、検出器９１，９２に届く前に偏光分離素子（ＰＢＳ）を使用して、）内視鏡ファイバー１００に折り重ねられて出力で分離される、偏波符号化であってもよい。偏波符号化は、異なる直線偏光方向（例えば、その間で４５°）、円形偏光等を使用して行われてもよい。偏波多重は、ファイバー１００の構成及び光学的構成によって、横方向又は中心方法のいずれかに画像領域を増やすように使用されてもよい（上記参照）。偏波多重は視野の時間走査で結合されてもよい。偏波多重は視野の拡大の代わりに又はそれに加えて三次元深度画像を高めるために使用されてもよい。異なる処理アルゴリズムは検出器９１，９２の信号に適用され、両方の偏光タイプが検出される領域でさらなる情報を与える。偏波多重のための照明源８５は（光学的に実行される偏光要素と分離して）偏光されていないか、或いは偏光されており、両方の要素を備えていてもよい。
【００６５】
図５Ｂ及び５Ｃは、ファイバー先端１０１の光素子１４０，１５０、すなわち、角度偏向素子１５０（例えば、プリズム）、画像光素子１４０（図５Ｂ）、及びファセットＧＲＩＮレンズ１４０（図５Ｃ）のための実施例を概略的に示している。
【００６６】
ある実施例では、ＦＯＶのある部分は異なる光素子１４０（及び各コア１１５）によって撮像され、光学三角測量、すなわち、先端１０１及び組織領域からの距離測定を可能にする。そのような実施例により、要求に依存する状態により、ＦＯＶを深度情報とトレードオフし、それにより画像リソース（例えば、ＦＯＶ−視野、ＤＯＦ−被写界深度）を動的に割り当てることができる。ある実施例では、異なる偏光が同じ領域を撮像する異なる光素子１４０によって使用され、偏光の使用が（上述したように）ＦＯＶの拡大の代わり又はそれに加えて深度情報を高めるようになっている。偏光の動的な変形は作業中にファイバー１００の光学性能を変更するために使用されてもよい。ある実施例では、異なる波長が同じ領域を撮像する異なる光素子１４０により使用され、波長多重の使用（例えば、上述したような波長可変レーザーの使用）は（上述したように）ＦＯＶの拡大の代わり又はそれに加えて深度情報を高めるようになっている。色配分の動的な変形は作業中にファイバー１００の光学性能を変更するために使用されてもよい。例えば、異なる波長を有する多重レーザー源は照明源８５として使用され、例えば、４路で、そのうちの３つがカラー画像をもたらすために使用され、４つ目が三角測量の計算を介して画像の深度情報を引き出すために使用されてもよい。ある実施例では、４路で使用される波長は他の３路の１つで使用される波長と同一であってもよく、三角測量の計算を容易又は簡略化する。
【００６７】
ある実施例では、内視鏡１０５は、さらなる被写界深度又は視野の情報を提供するために選択される、少なくとも１つの非撮像波長範囲を使用するために構成されてもよい。ある実施例では、偏光、波長又は空間多重化が異なる方向から組織領域を撮像するために使用され、組織領域の立体視を可能にする。プロセッサー９９は立体映像を取得すると共に供給するように構成されてもよい。
【００６８】
ある実施例では、内視鏡１０５は２つ以上のレベルの解像度を与えるように構成され、視野情報と被写界深度情報の調和、又は照明及び又はここに説明される画像処理手順を適応することによって他の画像パラメータ間の調和を可能にする。
【００６９】
図６Ａ及び６Ｂは、発明の幾つかの実施例による、コアの異なる構成を有するファイバー横断面の高度な概略図である。図６Ｃは、発明の幾つかのジッシ例による、中実なコア及び中空なコアのファイバーの比較した実験結果を示している。
【００７０】
コアの構成（寸法、材料、空間）はコア１１５間のクロストークを削減すると共にその結束による影響を減少させるように設計されてもよい。例えば、クロストーク野「削減は、コア間に物的障壁を作ること又は反クロストーク層を使用することによって製造過程で達成されてもよい。コア空間は特定の閾値以下の隣接するコア１１５間のクロストークを削減するために選択されてもよい。例えば、クロストークはコアの間隔を空けること（例えば、コア間に少なくとも４マイクロ）及びコアとクラッディングの間の屈折率を増加させることにより削減可能である。コアは空気穴又は（組み込まれたナノ粒子で）ドープされたポリマー材料のような構造により空間を空けられてもよい。コア１１５は中空で、ポリマー材料製であり及び又はナノ粒子を含んで屈折率を制御する。ある実施例では、コントラストはハードウェアを外部のホールアレイで置換することにより向上させてもよい。ある実施例では、光素子（例えば、光莉素子）は、ファイバー１００の近位端での出力と画像システムとの間に追加され、クラッディング１１３から来る出力をブロックし、それにより光コア１１５から出て行く情報だけを送るように構成されてもよい。光素子はすべてのコア配置のための１の値とすべてのクラッディング配置のためのゼロの値を有する強度マスクを備え、検出器９１に伝播するコアからのすべて及び唯一の情報を作る。
【００７１】
ある実施例では、コア１１５とクラッディング１１３との間の屈折率の差が十分大きくなるように設計され、及び又は中間素子１１１は異なるコア１１５に伝播する放射線間の相互作用を減少させるように導入されていてもよい。コア１１５及び又はクラッディング１１３及び又は素子１１１は組み込まれたナノ粒子を有するポリマーを備えていてもよい。特定の波長のナノ粒子のプラズモン共鳴により、有効な増加した屈折率はドープされた材料を得られてもよい。特定の波長は照明源８５（例えば、３個又はは４個のカラーレーザー）の波長帯域（例えば、数ｎｍ以内、例えば、最大で±５ｎｍ）に近くなるように選択されてもよい。プラズモン共鳴と照明レーザーの帯域幅の両方ともに狭いので、それらは照明波長のナノ粒子により有効に増加した屈折率をもたらすように調和されてもよいことに注意すべきである。
【００７２】
ある実施例では、光結合が得られない中空なコアはコア１１５間に中間素子１１１として組み合わせられてもよい（図６Ａ参照）。中空なコア１１１は光が伝導する中実なコア１１５とそれらを取り囲む媒体１１３と間の有効な屈折率の差を減少させるために使用されてもよい。
【００７３】
ある実施例では、コア１１５は中空であり（図６Ｂ）、ドープされた又はドープされていない固体ポリマーにより隔離されていてもよい。中空なコア１１５（空気穴）は材料ロスを非常に著しく減少させるように示され（図６Ｃ）、これにより、ガラス繊維に比較して大きいロスのあるポリ間＾ファイバー１００を使用する時、非常に有利である。ポリマーファイバーの主な利点は、それらが柔軟性を有し、ある内視鏡の適用下（例えば、上述したような腎臓結石の処置）において要求される強い屈曲を可能することである。
【００７４】
（クラッディング１１３及び中間素子１１１のための）ファイバー材料及びドーピングはファイバー１００の要求される屈折率及び機械特性により選択されてもよく、各種タイプの生体適合性（又は、例えば医療使用でない場合の生体適合性でない）ポリマーを備え、可能な限り屈折率に影響を与えるナノ粒子によりドープされる。照明波長範囲とナノ粒子のタイプのいずれか又は両方は屈折率の変化を最適化するために選択され、コアを介する放射線伝達を最適化する。いずれかの実施例では、コアの直径Ｄ１、中間素子Ｄ２の直径、及びコア間の距離Ｌは、特定の光学的性能パラメータを達成するために構成されてもよい。
【００７５】
図７は、発明の幾つかの実施例による、方法２００を示す高度な概略フローチャートである。データ処理段階及び制御段階は各プロセッサーにより実行され、アルゴリズムは、そこに明白に具体化されているコンピュータで使用可能なプログラムコードを有するコンピュータで使用可能な媒体を備える各コンピュータプログラム製品により実行され、コンピュータで使用可能なプログラムコードは各段階の少なくとも一部分を実行するように構成される。
【００７６】
方法２００は少なくとも数百のコアを有するファイバーから内視鏡を構成することを含み（段階２１０）、例えば、外部の検出器のファイバーに沿って反射された照明を送るように構成される多芯画像領域又は多芯先端を有する。方法２００は、近視野画像（ファイバー先端での目標画像）を実行し（段階２１２）、及び又は遠視野画像（ファイバー先端でのフーリエ面）を実行する（段階２１４）ことを含んでいる。
【００７７】
ある実施例では、方法２００は一緒にグループ化された複数のファイバーから内視鏡を構成することを含み、それぞれは、１／４より小さい、又は１／９以下のフィルファクターで分配される少なくとも百個のコアと、少なくとも１個のフォトニック照明ファイバーと、を有し、そこから送られた放射線に関してコアをグループ単位で取り扱うことで三次元検知を行い、コア間のピッチ距離上でのマイクロ走査により超解像撮像を実行し、ファイバーの遠位端に先端に少なくとも１つの光素子を構成し、ファイバーの先端に面してそれに一致する領域を超えて視野及び又は被写界深度を高める。
【００７８】
方法２００はコア間のロス及び又はクロストークを減少させるために以下の段階の少なくとも１つを備えている。該段階は、照明（及び画像）波長に近いプラズモン共鳴を有するナノ粒子をクラッディングに組み込むこと（段階２２０）と、（可能な限り、ナノ粒子を組み込む）コアと異なる屈折率を有する中間素子によりコアに空間を空けること（段階２３０）、例えば０．１により、と、空気穴によりコアに空間を空けて（段階２３５）空気穴としてコアを構成すること（段階２４０）と、を含み、それらの空間を空けることにより隣接するコア間のクロストークを減少させること（段階２４５）を含んでいる。
【００７９】
ある実施例では、方法２００は、処置、吸込み、及び又は照明のための作業路としてファイバーに１つ以上の穴を組み込むことをさらに含んでいる（段階２５０）。
【００８０】
ある実施例では、方法２００は処置及び又は照明をまとめて作業する幾つかのファイバーに分割すること（段階２６０）及び又はファイバー又は穴の周囲にさらなるファイバーを組み込むこと（段階２６５）をさらに含んでいてもよい。方法２００は作業路を介して組み込まれたファイバーを冷却することを含んでいてもよい（段階２６７）。ある実施例では、方法２００は、処置中に光入力を使用して光学的又は自動的に処置及び又は吸込みを制御すること（段階２７０）と、内視鏡により体内の石、例えば、尿道鏡の構成で腎臓結石を処置すること（段階２７５）をさらに含んでいてもよい。
【００８１】
方法２００は、遠位端の光素子を有しないレンズなしの構成を使用すること（段階２７７）及び又は遠位端の光素子を使用して視野、被写界深度を制御すること、例えば、ファイバー先端に光素子を取り付け又は製造すること（段階２８０）により、画像多重化を実行し及び又は画像パラメータを決定すること（段階２８２）をさらに含んでいてもよい。方法２００は、ダイバーの先端に面してそれに一致する領域を超えて内視鏡の視野及び又は被写界深度を高めることを含んでいてもよい（段階２８５）。方法２００は、穴に面する領域を撮像するように光素子を構成し（段階２９０）、閉塞された開口を有するレンズを使用し（段階２９２）、コアと光通信する多数のプリズムを使用し（段階２９５）、穴に面する領域を撮像するようにプリズムを構成し（段階３００）、例えば、各プリズムを１つ以上のコアに結びつけ（段階３０５）、異なる偏光、波長、波長範囲、及び又は照明のタイミングを使用して穴に面する領域を撮像し（段階３１０）、前者の場合に偏光多重化のため複屈折光素子を使用すること（段階３１５）を含んでいてもよい。
【００８２】
ある実施例では、方法２００は、（検出された放射線上で）超解像アルゴリズムを実行し、解像祖、視野及び又は被写界深度を高めることをさらに含んでいてもよい（段階３２０）。
【００８３】
ある実施例では、方法２００は、先端の横断面上で（検出器の画素順序に関して）不規則にコアを分配すること（段階３３２）と、小さいフィルファクターにコアを分配すること（段階３３４）と、先端に面する領域のマイクロ走査を実行すること（段階３３６）のいずれかをさらに含んでいてもよい。ある実施例では、方法２００は、異なる先端位置上で画素焦点を最適化すること（段階３３８）により、例えば、異なる先端位置で取得された複数の画像から各画素の最良の焦点を選択すると共に、それらの選択された最良の焦点の画素から改善された画像を構成することにより、画像を高めることを含んでいてもよい。
【００８４】
ある実施例では、方法２００は、可能な限りグループに対するコアの動的割り当てにより、コアをグループ単位で取り扱い、各グループにより波面検知を実施することを含んでいてもよい（段階３４０）。方法２００は、明視野検知を実行すること、すなわち、近視野およびマルチモードで作業する異なるコアで光方向を比較することを含んでいてもよい。
【００８５】
ある実施例では、方法２００は、非画像波長を使用してさらなる視野及び又は被写界深度の情報を提供することをさらに含んでいてもよい（段階３５０）。方法２００は、可能な限り非画像、診断波長範囲を使用して診断データを収集することを含んでいてもよい（段階３６０）。実施例の幾つかでは、方法２００は腹腔鏡又は尿道鏡として内視鏡を構成することを含んでいてもよい（段階３７０）。
【００８６】
方法２００は、標準化されたファイバーモジュールからファイバーを製造することをさらに含んでいてもよい（段階３８０）。ある実施例では、方法２００は、ファイバーモジュールを所望なファイバーの横断面の形式又は構成に詰め込むことを含んでいる（段階３８２）。方法２００は、ファイバーに沿ってファイバーモジュールの空間的環形を変更することを含み、例えば、遠位端にファイバーモジュールの周囲の配置を有し、ファイバーの近位端にファイバーモジュールのコンパクトな配置を有している。
【００８７】
ある実施例では、方法２００は、絶縁体として他のファイバーモジュールで、幾つかのファイバーモジュールに伝導性被覆を施すことをさらに含み、例えば、伝導性被服を介してファイバー先端に電磁気エネルギーを送り、例えば、ファイバー先端を加熱し（段階３９０）、ファイバー先端及び又はファイバー先端の周囲に関連する素子を加熱する。
【００８８】
図８Ａ〜８Ｅは、発明の幾つかの実施例による、バンドルファイバーのための実験撮像結果の高度な概略図である。画像構成は図１Ｂに概略的に示されている。表示された結果は上述した画像処理アルゴリズムの適用前の生データを示している。図８Ａ〜８Ｃは２×２のバンドルファイバーを使用する３つの異なる目標の画像を示している（４つの副画像で明らかなように、それぞれは１つのファイバーモジュールから受け取り、ファイバーモジュール当り４５０μの側部と約２３０００コアを有している）。目標はそれぞれ、解像度の目標、性質（人と人形）、及び解剖モデルである。図８Ｄは、約５０００００コアを有して直径１．８ｍｍの１つの多芯ファイバーによる画像を示している。両方の構成は現在のファイバーにより達成できない非常に高い解像度を達成する。図８Ｅは取得画像に適用される画像向上アルゴリズムを使用することで達成される結果を示している。
【００８９】
上記説明では、実施例は発明の例示又は実例である。「一実施例（one embodiment）」、「一実施例（an embodiment）」、「ある実施例（certain embodiment）」又は「幾つかの実施例（some embodiment）」の各種表現は幾つかの実施例にすべて関連しているとは限らない。
【００９０】
発明の各種特徴が一つの実施例の文脈で説明されているが、その特徴は別個に又は適切な組み合わせで与えられてもよい。反対に、発明は明瞭にするため別個の実施例の文脈でここに説明されているが、発明は一つの実施例で実行されてもよい。
【００９１】
発明のある実施例は上述した異なる実施例からの特徴を含んでいてもよく、ある実施例は上述した他の実施例からの要素を組み込んでもよい。特定の実施例の文脈における発明の要素の説明は特定の実施例だけでの使用に限定されるものではない。
【００９２】
さらに、発明は各種方法で実行又は実施されることができ、発明は上記説明で概説されたもの以外のある実施例で実施することも可能であることは理解されるべきである。
【００９３】
発明はそれらの図又は対応する説明に限定されるものではない。例えば、流れはそれぞれ示されたボックスまたは状態を通して、又は示されて説明されたものと丁度同じ順番で動作される必要はない。
【００９４】
ここに使用される技術的及び科学的用語の意味は、別に定義されない限り、発明の属する当業者によって通常理解されるものである。
【００９５】
発明は限定された数の実施例に関して説明されているが、これらは発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、むしろ好適な幾つかの実施例の例示であると解釈されるべきである。他の可能な変形、修正、及び適用も本発明の範囲で可能である。したがって、発明の範囲は、説明されたものによって限定されるべきではなく、添付した請求項及びそれらの法的な同等物によるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0006794352.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
0006794352.tif 000007
【図２Ｂ】
0006794352.tif 000008
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
0006794352.tif 000011
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
0006794352.tif 000013
【図３Ｃ】
0006794352.tif 000014
【図３Ｄ】
0006794352.tif 000015
【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0006794352.tif 000020
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
0006794352.tif 000026
【図６Ｂ】
0006794352.tif 000027
【図６Ｃ】
0006794352.tif 000028
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
0006794352.tif 000032
【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
0006794352.tif 000035
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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