(57)【要約】【課題】短時間で高品質な像形成が可能な機能的像形成手法を提供する。【解決手段】本発明は、多波長検出を用いた医用撮像又は製造プロセス制御のための装置を提供する。この装置は、異なる波長の光を生成するよう動作可能な光源を備え、該光は被験サンプルへ案内され、被験サンプルから光を検出するよう動作可能であり、第１の波長を含む光を検出する一方で第２の波長を含む光を遮断するフィルタ材料を備える複数の第１の領域と、前記第２の波長を含む光を検出するフィルタ材料を備える複数の第２の領域と、を備える造影器であって、該複数の第１の領域および第２の領域は該造影器の各々の画素に対応し、該第１の領域および第２の領域は所定パターンにインターリーブされる、造影器と、を備える。【選択図】図３
2005125092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多波長検出を用いた医用撮像又は製造プロセス制御のための装置であって、
異なる波長の光を生成するよう動作可能な光源を備え、該光は被験サンプルへ案内され、
前記被験サンプルから光を検出するよう動作可能であり、第１の波長を含む光を検出する一方で第２の波長を含む光を遮断するフィルタ材料を備える複数の第１の領域と、前記第２の波長を含む光を検出するフィルタ材料を備える複数の第２の領域と、を備える造影器であって、該複数の第１の領域および第２の領域は該造影器の各々の画素に対応し、該第１の領域および第２の領域は所定パターンにインターリーブされる、造影器と、
を備える装置。
【請求項２】
前記第２の領域が、前記第１の波長の光を含む光を遮断するフィルタ材料を含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記パターンが、前記第１の領域および前記第２の領域の規則的パターンを含む、請求項１記載の装置。
【請求項４】
正視画像は、前記第１の波長に対応する正視画像データと前記第２の波長に対応する正視画像データとを用いて出力される、請求項１記載の装置。
【請求項５】
利得係数は、前記第１の領域および前記第２の領域に選択的に適用される、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記第１の波長および第２の波長以外の波長を有する光を遮断するフィルタをさらに備える、請求項１記載の装置。
【請求項７】
多波長を用いる正視撮像装置であって、
第１の波長および第２の波長を含む複数の波長を有する光を用いて被験サンプルの正視画像を捕捉するよう適合される干渉計と、
前記干渉計に光学的に結合され、前記被験サンプルから反射された光を受光し、前記第１の波長を含む反射光を検出するよう動作可能な第１の要素と、
前記干渉計に光学的に結合され、前記被験サンプルにて反射された光を受光し、前記第２の波長を含む反射光を検出するよう動作可能な第２の要素と、を有し、
前記正視画像が、前記第１の波長に対応する正視画像データと前記第２の波長に対応する正視画像データを用いて出力される装置。
【請求項８】
前記第１の要素および前記第２の要素は、単一の造影器内に他の第１の要素および第２の要素と共にインターリーブされており、前記第１の要素および前記第２の要素は前記造影器の各々の画素に対応する、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記第１の要素は第１の造影器の一部であり、前記第２の要素は第２の造影器の一部であり、前記装置はさらに、
前記被験サンプルから反射された光を前記第１の造影器および前記第２の造影器へ案内するよう動作可能なビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと前記第１の造影器との間に配置され、前記第２の波長を除去するよう動作可能な第１のフィルタと、
前記ビームスプリッタと前記第２の造影器との間に配置され、前記第１の波長を除去するよう動作可能な第２のフィルタと、を備える請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の要素は第１の造影器の一部であり、前記第２の要素は第２の造影器の一部であり、前記装置はさらに前記被験サンプルから反射された光を受光する二色性ビームスプリッタを備え、該二色性ビームスプリッタは前記第１の波長の光を前記第１の造影器へ案内し、前記第２の波長の光を前記第２の造影器へ通過させるよう適合される、請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明実施形態は、概ね撮像分野に関する。より具体的には、本発明実施形態は機能的像形成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
機能的像形成（functional imaging）は、一般に画像に基づいたデータから生理的機能に関する定量的情報を抽出することを目的とする技法を指す技術用語である。光学式可干渉性断層撮影（ＯＣＴ；optical coherence tomography）は、超音波よりもずっと小さな特徴を解像することができ、かつ他の形態の光学的撮像を非常に困難なものとする人体組織における可視光及び近可視光の散乱に関連する問題を解決する撮像診断装置（imaging modality）である。
【０００３】
従来のファイバによるＯＣＴでは、被験サンプル（sample under test）の画像データの収集に干渉計を用いていた。図１は、マイケルソン干渉計を例示する従来技術の装置１０のブロック線図である。光源１２からの光は、シングルモード光ファイバを介してビームスプリッタ１７へ、一般には５０／５０ビームスプリッタへ進行する。ビームスプリッタ１７はシングルモード光ファイバのサンプルアーム（sample arm）沿いに被験サンプル１４へ光の一部を案内し、残りの光をシングルモード光ファイバの基準アーム（reference arm）沿いにミラー１８へ案内する。被験サンプル１４は、例えば光ファイバ装置または人体組織である。ミラー１８を有する遅延線は、基準アームの光学長を増大させる。ミラーを前後に（back and forth）移動させることで、反射データを被験サンプル１４内の異なる深度にて収集することができる。可動ミラー１８から反射される光と同じく、被験サンプル１４から反射される光は光子検出器１６にて受光される。光子検出器１６は、ただ一つの空間チャンネル（すなわち、単一の大画素）を有する。
【０００４】
画像を得るために、サンプルアームの光ファイバをサンプル内（またはその上）の所定場所に配置する。その場所において深度走査（depth scan）が行われる。続いて光ファイバを隣接場所へ移動させ、別の深度走査が行われる。このプロセスは、サンプルを横断して横方向に繰り返し、各横方向位置において深度走査を行なう。一つの線の走査を、横断走査（transverse scan）と呼ぶこともある。サンプル二次元画像を作成するため、サンプル領域にわたり横断走査を実行する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サンプル上での深度走査及び横断走査の実行プロセスは、時間を浪費することがある。各深度走査に０．０１秒を要し、サンプル領域全体に１０００×１０００深度の走査を実行する場合、そのときは計測の完了にほぼ３時間が必要である。
【０００６】
自由空間反射計（free-space reflectometer）とランプ光源を用いた正視撮像（en-face imaging）は、情報の収集を高速化する手法をもたらす。正視画像は、装置１０のような装置のサンプルアーム内の並列光チャンネルを用いて同時に捕捉されるサンプルの平面画像である。この場合、ビームスプリッタはバルク（bulk）光自由空間（optical free space）ビームスプリッタであり、光信号は光ファイバ内ではなく一部又は全部のアーム内の自由空間を伝搬することができる。基準アーム内で反射体の場所を移動することで、画像情報を収集する光学的深度が変化する。画像情報は、二つの次元で同時に収集でき、かくしてより迅速に収集することができる。しかしながら、隣接サンプル位置からの光子の横方向散乱がコントラストを低減することがある。かくして、画像収集を高速化しながらも正視撮像は画像品質を低減することがある。
【０００７】
従って、上記の問題に対処する機能的像形成システム及び／又は方法は価値のあるものとなろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、様々な実施形態において、多波長（multiple wavelength）を用いた正視撮像のための方法及び装置を提供する。一般に、像形成システムは被験サンプルにて反射された光を受光し、第１の波長の反射光と第２の波長の反射光とを識別する。像形成システムには、第２の波長の光を遮断しつつ第１の波長の光を検出する第１の領域と、第２の波長の光を検出する第２の領域を含めることができる。第１及び第２の各領域は、所定パターンにインターリーブされた（interleaved、交互配置された）単一の造影器（imager）の個別画素に対応しよう。あるいは、第１の領域を第１の造影器の一部とし、第２の領域を第２の造影器の一部とすることもできる。両波長の画像は、同時に収集される。
【０００９】
正視画像は、第１の波長に対応する正視画像データと第２の波長に対応する正視画像データを用いて出力される。正視画像は、例えば第１の波長に対応する正視画像と第２の波長に対応する正視画像データの差分を取ることで収集することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書に組み込まれてその一部を形成する添付図面は、本発明による実施形態を例示するものであり、記述内容と併せ本発明原理の説明に役立つものである。本説明内で参照する図面は、特記しない限り実寸にて描いたものと理解してはならない。
【００１１】
ここで、本発明の様々な実施形態を詳しく参照するが、その例は添付図面に図示してある。本発明はこれらの実施形態と併せ説明するものとするが、本発明をこれらの実施形態に限定する意図のないことは言うまでもない。それどころか、本発明は添付特許請求の範囲に規定した本発明の趣旨ならびに範囲内に含まれる代替例や修正例や等価物を包含することを意図するものである。さらに、本発明の以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供すべく多数の具体的な詳細が記載してある。他の例では、本発明の態様を不必要に不明瞭にしないよう、公知の方法や手順や構成要素や回路は詳細に説明してはいない。
【００１２】
図２は、本発明による一実施形態の多波長の光を用いて被験サンプル２４を正視撮像する装置２０のブロック線図である。正視画像は、同時捕捉されたサンプルの平面画像である。正視画像は、被験サンプル２４と交差する二次元平面にて生成される画像を表わすものと考えることができる。
【００１３】
図２の実施形態では、装置２０は光源２２と像形成システム（imaging system）２６とビームスプリッタ２７と光遅延線上のミラー（mirror on an optical delay line）２８を含む。装置２０は、造影器２６を含めるか又はこれに結合してある。装置２０には、ここに説明したものに加え、他の要素を含めることができる。
【００１４】
装置２０の態様（例えば、光源２２やビームスプリッタ２７や光遅延線上のミラー２８）は、マイケルソン干渉計等の反射計や干渉計にて実装することができる。これらの要素（例えば、光源２２やビームスプリッタ２７や光遅延線上のミラー２８）の概要を、以下に提示する。しかしながら、干渉計の要素及び動作のより詳細な説明は提示しない。何故なら干渉計の原理や特徴は従来技術に公知であるからである。
【００１５】
光源２２は、２以上の異なる波長で光を伝送する非可干渉性光源である。一実施形態では、光源２２は拡散板（diffuser）を組み合わせた白色光源を含む。何故ならこれが他種の光源に対し非可干渉性光の廉価な光源をもたらすからである。白色光源の使用は、用途に合わせ選択された波長以外の波長を除去または遮断する一又は複数のフィルタの使用を生じうる（図８を参照）。エッジ放射発光ダイオード（edge emitting light emitting diode、ＥＥＬＥＤ）や低可干渉性スーパールミネッセント発光ダイオード（superluminescent light emitting diode、ＳＬＤ）等の他種の光源を用いることができる。光源２２には、照準ビームを含めることができる。また、複数光源を用いることもできる。複数光源は、ビームスプリッタとファイバ合成器を用いるか、または一つの光源を集バンドルさせて別の光源を通過させるかすることで組み合わせることができる。
【００１６】
図２の実施形態では、光源２２からの光が自由空間を通ってビームスプリッタ２７へ進行する。一実施形態では、ビームスプリッタ２７は５０／５０ビームスプリッタ（50/50 beam splitter）である。一般に、ビームスプリッタ２７は光源２２からの光の一部を被験サンプル２４へ案内するよう機能し、残りの光を基準アーム沿いに光遅延線上のミラー２８へ自由空間内を通過させる。ビームスプリッタ２７がもたらす機能を他の機構を用いて実行できることは、言うまでもない。
【００１７】
本実施形態では、ビームスプリッタ２７から被験サンプル２４へ光を搬送するのに、数ｍｍ台の小直径を有する１以上のコンパクトな可干渉性光ファイババンドル（bundle）２５を用いる。複数ファイババンドルを干渉計に用いた場合、基準アームとサンプルアーム内の倍率だけでなく、各光ファイバの入力端と出力端の間の回転角度やバンドル内のファイバ位置もまた、各バンドルが収集する画像を適切に位置合わせすべく整合させる。
【００１８】
ファイババンドル内の各コア周りのクラッドがバンドル断面の重要な部分（fraction）を占めるため、ファイバのコアは被験サンプル２４上のスポット配列のみをサンプリングすることができる。横方向（すなわち横断方向）走査は、被験サンプルの残る領域にわたってコアを走査するのに用いることができる。この画像捕捉プロセスは完全バルク正視反射計（fully bulk en-face reflectometer）の単一深度走査よりも長くかかるが、サンプルの走査に単一ファイバを用いるほど緩慢ではない。何故なら走査変換の範囲が隣接ファイバ間の空間に制約されるからである。
【００１９】
被験サンプル２４は、装置又は人体組織とすることができるが、これに限定されるものではない。後者の場合、被験サンプル２４はインビボ（in vivo、生体内で）又はインビトロ（in vitro、試験管内で）とすることができる。例えば、インビボ計測は上述した一又は複数の可干渉性光ファイババンドルと併せ実行することができる。
【００２０】
光遅延線上のミラー２８は基準アームの光学長を増大させ、それによって基準アーム長を光が横断するのに必要な時間を増大させる。光遅延線上でミラー２８の操作（例えば、ミラーを前後に移動させて基準アームの光学長を増大させる）を通じ、被験サンプル２４内の異なる深度にて反射データを収集することができる。
【００２１】
像形成システム２６は一般に被験サンプル２４から反射された入射光を受光するとともに光遅延線上のミラー２８からの入射光を受光する１以上の造影器（imager）を含む。一般に、像形成システム２６は入射光に含まれる二つの（またはそれを超える）波長から正視画像データを生成するよう機能する。図２の実施形態では、被験サンプル２４と光遅延線上のミラー２８にて反射された光はビームスプリッタ２７から像形成システム２６へ自由空間内を移動する。
【００２２】
像形成システム２６の一又は複数の造影器には、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）造影器や相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）造影器を用いることができる。像形成システム２６には、回路網や像形成システムに関連する他の電子機器に限定されないものの、画像データ処理用処理能力や画像表示用表示能力や画像データや画像を記憶する記憶能力やデータ転送用電子機器等の他の要素を含めることができる。図示の如く、像形成システム２６には用途に合わせ選択した波長以外の波長を除去する一又は複数のフィルタを含めることもできる。
【００２３】
代替実施形態では、装置２０の自由空間の一部または全部をファイバ型（fiber-based）に代えてあることは、言うまでもない。１以上の干渉性のファイババンドルを用いたときに、被験サンプル２４から反射された光は、造影器２６に到達する前にビームスプリッタを通過することができる。
【００２４】
画像データは、二つの（又はそれを超える）波長にて収集される。後述する如く、像形成システム２６は被験サンプル２４の高コントラスト正視画像を生成すべく、使用する異なる波長それぞれを識別するよう構成されている。波長は、被験サンプル２４の正視画像のコントラストを増大させるよう選択することができる。例えば、一つの波長はより簡単に酸化ヘモグロビン（酸素と結合したヘモグロビン）を検出し、その一方で別の波長はより簡単に酸素の結合していないヘモグロビンを検出することができる。これら二つの波長を用いて生成した正視画像は、比較的良好なまたは比較的劣悪な血液酸素添加及び／又は環流領域の間により大きなコントラストを含む。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態になる正視撮像装置３０のブロック線図である。装置３０の像形成システム２６は、二つの（又はそれを超える）波長の画像情報を収集するよう構成した造影器３２を含む。一実施形態では、バルク（bulk、大量の）または大面積フィルタ３１を配置し、光が造影器３２に到達する前に入射光を遮断する。代替実施形態では、光源２２が光を発光する際に光を遮断するよう、フィルタ３１を配置してある。単一のバルクフィルタを図示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、複数のバルクフィルタを直列に用いることもできる。造影器３２をさらに図７と併せ説明し、フィルタ３１をさらに図８と併せ説明する。
【００２６】
動作時に、図３の装置３０は以下の如く例えば二つの波長に基づいて機能する。しかしながら、本発明はこれに限定するものではない。光源２２は、第１の波長と第２の波長を含む波長範囲を有する光を生成する。第１と第２の波長は、前述の如く選択可能である。この光は、光源２２から伝送される際に随意選択的なバルクフィルタ（例えば、図８にて説明されるバルクフィルタ）により濾波することができる。光源２２からの光の一部はビームスプリッタ２７により被験サンプル２４へ案内され、残りの光は光遅延線上のミラー２８を通過する。光は、被験サンプル２４と光遅延線上のミラー２８に対しほぼ一斉照光される。
【００２７】
図３の参照を続けるに、被験サンプル２４から反射された光は造影器３２が受光する。反射光は、光が造影器３２へ到達する前に随意選択的なフィルタ３１により濾波される。造影器３２は、さらに図７と併せ説明する如く、第１の波長の反射光と第２の波長の反射光とを識別する。第１の波長に対応する画像データと第２の波長に対応する画像データは、１以上の正視画像を生成するのに用いることができる。例えば、個別正視画像は異なる波長に対応させて生成することができ、または単一の正視画像は画像データの組み合わせに基づいて生成することができる（例えば、以下に説明する如く、画像データは区別することができる）。光遅延線上のミラー２８はそこで基準アームの光学長を増大させるのに用いることができ（例えば、ミラーは異なる位置へ移動させることができ）、このプロセスを反復して被験サンプル２４の異なる深度の正視画像を生成する。
【００２８】
上記考察は、光が自由空間を移動する実施形態を記述するものである。本願明細書に前述した如く、装置３０の全部又は一部をファイバ母体に代えることもできる。一実施形態では、図２と図３を参照するに、ビームスプリッタ２７からの光がファイババンドル２５を介して被験サンプル２４へ伝送される。被験サンプル２４からの反射光は、ファイババンドル２５を介して反射され、そこでビームスプリッタ２７を介して造影器３２へ戻される。ファイババンドル２５には、１以上の可干渉性光ファイババンドルを含めることができる。光源２２からの光は、光がファイババンドル２５へ入射する前に随意選択的なレンズを通過させることができる。光源２２とビームスプリッタ２７の間及び／又はビームスプリッタ２７とファイババンドル２５の間、さらにファイババンドル２５と被験サンプル２４の間に、レンズを配置することができる。
【００２９】
図４は、本発明の一実施形態の正視反射撮像（en-face reflective imaging）装置４０（ＯＣＴではない）のブロック線図である。動作時に、装置４０は例えば二つの波長に基づいて以下の如く機能する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。光源２２は、第１の波長と第２の波長を含む多波長を有する光を生成する。第１と第２の波長は、前記の如く選択可能である。光は、光源２２から伝送される際に随意選択的なバルクフィルタ（図８にて説明されるバルクフィルタ）により濾波されよう。光源２２からの光もまた、ビームスプリッタ２７へ到達する前及び／又はファイババンドル２５へ入射する前に随意選択的なレンズを通過させることができる。
【００３０】
光はファイババンドル２５を介して被験サンプル２４へ伝送され、そこでファイババンドル２５へ反射し戻される。ファイババンドル２５には、１以上の可干渉性光ファイババンドルを含めることができる。
【００３１】
被験サンプル２４からの反射光は、ビームスプリッタ２７を介して造影器３２へ案内される。反射光は、造影器３２へ到達する前に光レンズを通過しよう。反射光は、光が造影器３２に到達する前に随意選択的なフィルタ３１により濾波されよう。造影器３２は、図７を併せさらに説明する如く、第１の波長の反射光と第２の波長の反射光を識別する。第１の波長に対応する画像データと第２の波長に対応する画像データは、一つ以上の正視画像の生成に用いることができる。例えば、個別正視画像を異なる波長に対応させて生成するか、または単一の正視画像を画像データの組み合わせに基づいて生成することもできる（例えば、以下に説明する如く、画像データは区別することができる）。
【００３２】
図４は、光源２２と造影器３２を被験サンプルの外部に配置した応用例を示す。光源２２と造影器３２のいずれか一方又は両方は、本体内（例えば、内視鏡等の器具上）に配置することもできる。
【００３３】
図５は、本発明の一実施形態の正視反射撮像装置５０（ＯＣＴではない）のブロック線図である。動作時に、装置５０は例えば二つの波長に基づいて以下の如く機能する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。光源５２は、第１の波長と第２の波長を含む複数の波長を有する光を生成する。光源５２は二つの光源の構成として図示したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１と第２の波長は、前記の如く選択可能である。光は、光源５２から伝送される際に随意選択的なバルクフィルタにより濾波することができる。
【００３４】
被験サンプル２４からの反射光は、造影器３２上へ反射される。反射光は、光が造影器３２に到達する前に随意選択的なフィルタ３１により濾波されよう。造影器３２は、図７と併せさらに説明した如く、第１の波長の反射光と第２の波長の反射光とを識別する。第１の波長に対応する画像データと第２の波長に対応する画像データは、１以上の正視画像を生成するのに用いることができる。例えば、個別正視画像を異なる波長に対応させて生成するか、または単一正視画像を画像データの組み合わせに基づいて生成することができる（例えば、以下に説明する如く画像データは区別させることができる）。
【００３５】
図５は、光源５２と造影器３２を被験サンプル外部に配置した応用例を示す。光源５２と造影器３２のいずれか一方又は両方を、本体内（例えば、内視鏡等の器具上）に配置することもできる。
【００３６】
図６は、本発明の一実施形態の被験サンプル２４を介する正視透過撮像（en-face transmissive imaging）用の装置６０のブロック線図である。動作時に、装置６０は例えば二つの波長に基づいて以下の如く機能する。しかしながら、本発明はこれに限定はされない。光源２２は、第１の波長と第２の波長を含む多波長を有する光を生成する。第１と第２の波長は、前述の如く選択可能である。この光は、光源から伝送される際に随意選択的なバルクフィルタ（図８にて説明した如きバルクフィルタ）により濾波することができる。光は、被験サンプル２４上にほぼ一斉照光される。
【００３７】
光は被験サンプル２４を通って伝送され、ここでは光が通過する物質の特性に依存する量だけ吸収または減衰させられる。例えば、各波長の光の伝送は光が通過する皮膚や細胞や骨や血液や他の物質の肉厚と組成と構造の関数である。
【００３８】
図６の参照を続けるに、被験サンプル２４からの光は造影器３２により受光される。反射光は、光が造影器３２へ到達する前に随意選択的なフィルタ３１により濾波されよう。造影器３２は、図７と併せさらに説明する如く、第１の波長の反射光と第２の波長の反射光とを識別する。第１の波長に対応する画像データと第２の波長に対応する画像データは、１以上の正視画像の生成に用いることができる。例えば、個別正視画像を異なる波長に対応させて生成するか、又は単一の正視画像を画像データの組み合わせに基づいて生成することができる（例えば、以下に説明する如く、画像データは区別することができる）。
【００３９】
図６は、光源２２と造影器３２を被験サンプルの外部に配置した応用例を示すものである。光源２２と造影器３２のいずれか一方又は両方は、本体内（例えば、内視鏡等の器具上に）配置することもできる。
【００４０】
図７は、本発明の一実施形態の造影器３２を示すものである。図７は、２波長（λ１とλ２）と２種類のフィルタを用いる例を示す。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、造影器３２は３以上の波長及び／又は３種類以上のフィルタ用に構成することができる。造影器３２は、５×５の配列として図示してある。しかしながら、本発明はそれらの寸法に限定するものではない。
【００４１】
本実施形態では、造影器３２は幾つかの第１の領域と幾つかの第２の領域を含む。第１の領域は、第１の波長（λ１）の光を検出するためのものであり、第２の領域は第２の波長（λ２）の光を検出するためのものである。一実施形態では、第１の領域は第２の波長光を遮断（濾波）するフィルタ材料を含み、第２の領域は第１の波長の光を遮断するフィルタ材料を含む。各波長に対応する二つのフィルタを用いることで、異なる波長の検出が容易となる。しかしながら、まさに前述した如く動作する二つの異なるフィルタを用いる必要はない。すなわち、代替実施形態では、第１の領域が第１の波長の光を検出しつつ第２の波長の光を遮断（blocking）（濾波（filtering））し、その一方で第２の領域が両方の波長の光を検出するフィルタ材料を含む（すなわち、第２の領域は第１の波長の光を遮断するフィルタ材料を含まない）。
【００４２】
図７の実施形態では、造影器３２の表面上に格子模様（checkerboard）パターンが形成してある。しかしながら、他のパターンのフィルタ種／フィルタ材料を用いることもできる。例えば、３種類以上のフィルタを造影器３２へ組み込んだときに、格子模様以外のパターンを用いることもできる。フィルタ種のパターンは、実際に規則的又は不規則的とすることができる。また、造影器３２の各種の領域（各種のフィルタ及びフィルタ材料に対応）は、四角形状として図示してある。しかしながら、本発明はこれに限定するものではない。すなわち、不規則形状だけではなく四角以外の規則的な形状もまた用いることができる。一実施形態では、各領域は造影器３２の個々の画素に対応する。光学式可干渉性断層撮影（ＯＣＴ）では、画素感度と励起光源は波長λ１，λ２が光源のスペクトル内に存在するよう選択する。
【００４３】
フィルタは、多数ある方法のうちの任意の方法で作り出される半導体や金属や他の非有機材料や有機材料で出来た顔料または染料をドープ処理したポリマーや干渉フィルタや反射フィルタとして作り出すことができる。顔料ドープ処理または染料ドープ処理したポリマーフィルタ（例えば、着色フォトレジスト）が、廉価な解決策をもたらす。有機顔料または染料の直接の付着もまた、可能である。薄膜誘電フィルタの付着は、画素の横方向寸法に比し誘電体フィルタを過度に厚肉とはしないようにする適当な設計を用いた別の手法である。別個の帯域端挙動をもつ半導体材料の付着は、さらに別の手法をもたらす。
【００４４】
依然としてウェーハ形式をとる従来の付着及びフォトリソグラフィー工程を用いた造影器３２の個別層として（例えば、下敷き層の頂部に）フィルタを付着させ、製造への費用を低減することができる。加えて、またはこれに代え、フィルタ材料を造影器３２と入射光の間の個別要素として取り付け、光が造影器３２の表面に到達する前に光の濾波を可能にすることもできる。さらに別の実施形態では、波長感度を例えば格子模様パターンでもってシリコン画素内で変化させることができる。
【００４５】
二つの波長で収集した画像データを区別し、二つの波長での応答を比較することができる。波長を区別する前に、平均化技法を適用することができる。一般に、一つの領域に関する信号値は、同一波長の１以上の隣接領域からの信号値を用いて特定波長ごとに計算することができる。例えば、λ２に関する平均信号値は、領域７２，７３，７４，７５についてλ２信号値を平均化することで領域７６について割り出すことができる。領域７６でのλ２に関する計算信号値は、領域７６でのλ１に関する計測信号値と比較することができる。
【００４６】
画像データの処理（例えば、区別）の前に、造影器３２の異なる領域または画素から生成された信号に対し利得要素を適用し、各領域／画素の伝送特性間のあらゆる感度差の根拠とすることができる。造影器３２はバルクまたは大面積フィルタ（例えば、図３乃至図６の随意選択的なフィルタ３１）と組み合わせて用いることができ、その場合に造影器３２の感度における領域ごと（画素ごと）の差分に対するフィルタ３１の効果を考慮して利得係数を割り出すことができる。
【００４７】
まさにここに説明した画像データの処理は、オンボード撮像チップを用いて迅速に実行し、連続的な正視画像の素早い獲得を可能にすることができる。ビデオグラフィックス配列（ＶＧＡ）解像度の最新造影器にとって、毎秒１５フレームの収集レートは一般に達成可能である。隣接領域（例えば画素どうし）は比較できるため、バルク光効果に起因する画像歪（例えば、樽型歪）は最小化される。平均化技法を用いることで、同一領域（例えば、画素）に関する信号値は、前述の如く比較することができる。
【００４８】
上記の例を考察するに、ここでは二つの波長を選択して酸化ヘモグロビンと結合酸素無しのヘモグロビンを識別する。二つの波長に関する信号値の差分を取ることで、比較的良好と比較的劣悪の血液酸素添加領域どうしの区別が容易になる。換言すれば、正視画像は二組の画像データ間の差分に基づいて生成することができる。あるいは、正視画像は第１の波長に対応する画像データ集合に基づいて生成することができ、別の正視画像を第２の波長に対応する画像データ集合に基づいて生成することができる。
【００４９】
図８は、本発明によるフィルタ３１及び造影器３２（図３乃至図６）の透過特性対波長特性を示す。上の図７と併せ説明する如く、本実施形態では、造影器３２は第１の波長の光を含む光帯域を遮断する幾つかの領域と、第２の波長の光を含む光帯域を遮断する幾つかの他の領域を含む。図８の例では、造影器３２には、第１の波長（λ１）を含む光帯域を遮断するフォトレジストフィルタ１の材料を含む領域と、第２の波長（λ２）を含む光帯域を遮断するフォトレジストフィルタ２の材料を含む領域が含まれる。
【００５０】
フィルタ３１は、光を一又は複数の狭帯域内のみ伝送させるのに役立つ１以上の材料を含む。図８の例では、選択された第１の波長及び第２の波長（それぞれλ１とλ２）周りの比較的狭帯域（ピーク１とピーク２）内で光を透過し、帯域外の波長の光を遮断又は低減する。換言すれば、第１及び第２の波長周りの比較的狭帯域内の光だけが造影器３２へ向けフィルタ３１を通過する。しかしながら、その帯域は深度解像度を劣化させるほどに狭帯域ではない。従って、造影器３２による第１及び第２の波長の検出は容易となる。
【００５１】
バルク干渉フィルタは、一般に選択波長の整数分数調波（integral subharmonics）を共通に透過する。例えば、８００ｎｍの波長を透過するよう設計されたフィルタは４００ｎｍの波長光もまた透過する。フィルタ３１の一部として次数並べ替えフィルタを用い、第１及び第２の波長の分数調波である波長の光を摘出濾波することもできる。８００ナノメートル未満の光を遮断するフィルタ（例えば、６００ナノメートルの閾値を有するフィルタ）を用い、分数調波の波長の光を遮断することもできる。
【００５２】
図９は、本発明の一実施形態の正視撮像用の装置９０のブロック線図である。図３の装置３０に関連し、例えば装置９０は第２のビームスプリッタ９９と少なくとも二つの造影器を含む。すなわち、第１の造影器９３と第２の造影器９６である。第２のビームスプリッタ９９は、５０／５０ビームスプリッタまたは二色性（dichroic）ビームスプリッタとすることができる。第１の造影器９３は第１の波長の光を検出するためのものであり、第２の造影器９６は第２の波長の光を検出するためのものである。
【００５３】
フィルタ９１，９５は、装置９０内に随意選択的に含めてある。例えば、第２のビームスプリッタ９９を二色性ビームスプリッタとした場合、フィルタ９１，９５は使用しても使用しなくともよい。第２のビームスプリッタ９９を５０／５０ビームスプリッタとした場合、そのときは第２の波長が第１の造影器９３に到達するのを遮断するのにフィルタ９１を用い、第１の波長が第２の造影器９６に到達するのを遮断するのにフィルタ９５を用いることができる。
【００５４】
動作時に、図９の装置９０は例えば二つの波長に基づいて以下の如く機能する。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。光源９２は、第１と第２の波長を有する光を生成する。本願明細書に前記した如く、第１及び第２の波長は選択可能である。光源９２が伝送する光は、随意選択的なバルクフィルタ（例えば、図８に説明した如きバルクフィルタ）により濾波される。図８にて説明した如きバルクフィルタは、装置９０内の他の位置、例えばビームスプリッタ９９の前に随意選択的に配置することができる。
【００５５】
図９の参照を続けるに、光源９２からの光の一部はビームスプリッタ９７により被験サンプル９４へ案内され、残りの光は光遅延線上のミラー９８を通過する。この光は自由空間内の被験サンプル９４及び光遅延線上のミラー９８へほぼ一斉照光されるが、装置９０の自由空間部分の一部または全部をこれに代えてファイバ母体とすることもできる。
【００５６】
被験サンプル９４と光遅延線上のミラー９８で反射された光は、ビームスプリッタ９９により受光される。ビームスプリッタ９９を５０／５０ビームスプリッタとした場合、サンプルにて反射された光の半分は第１の造影器９３へ案内され、残りの反射光が第２の造影器９６へ案内される。フィルタ９１は第２の波長の光が第１の造影器９３へ到達するのを遮断するのに用いることができ、フィルタ９５は第１の波長が第２の造影器９６に到達するのを遮断するのに用いることができる。ビームスプリッタ９９を二色性ビームスプリッタとした場合、そのときは一方の波長（例えば、第２の波長）が第２の造影器９６へ向け反射され、他方の波長（例えば、第１の波長）が第１の造影器９３へ向け伝送されよう。
【００５７】
第１の造影器９３は第１の波長の光を検出し、第２の造影器９６が第２の波長の光を検出する。第１の波長に対応する画像データと第２の波長に対応する画像データは、そこで１以上の正視画像を生成するのに用いることができる。二つの造影器が生成する画像データは、区別することができる。個別造影器として、第１の造影器９３と第２の造影器９６は空間的に位置合わせするとともに時間的に同期させてあり、異なる波長の画像を同時に捕捉する。
【００５８】
図１０は、本発明の一実施形態において多波長を用いた正視撮像用の一方法のフローチャート１００である。フローチャート１００内には特定のステップだけを開示したが、かかるステップは例示的なものである。すなわち、本発明による実施形態は他の様々なステップやまたはフローチャート１００内に引用したステップの変形を実行するのに巧く適合させてある。フローチャート１００内のステップを提示したものとは異なる順序で実行したり、フローチャート１００内のステップを必ずしも全て実行しなくともよいことは、言うまでもない。
【００５９】
ステップ１０２では、少なくとも第１と第２の波長を有する光を用いて被験サンプルを捕捉し、正視画像とする。正視走査と撮像用に使用する波長は、応用例や収集対象情報の特性や供試題材の特性や他の要因に従って選択することができる。光源は、選択された波長以外の波長を有する一斉照光源とすることができる。一実施形態では、光源から伝送された光を濾波し、比較的狭帯域の選択波長の外部の波長を除去する。
【００６０】
ステップ１０４において、被験サンプルにて反射された光は、図３乃至図６の造影器３２等の単一造影器や図９の造影器９３，９６等の複数造影器を含む像形成システム内で受光する。反射光は、造影器に到達する前に濾波されよう。
【００６１】
図１０のステップ１０６では、第１の波長に対応する反射光と第２の波長に対応する反射光を互いに分離する。すなわち、例えば、造影器３２（図３乃至図６）等の造影器は、第１の波長の反射光を検出する領域と第２の波長の反射光を検出する他の領域を持たせることもできる。あるいは、第１の造影器（例えば、図９の造影器９３）は第１の波長で反射された光を検出するのに役立ち、第２の造影器（例えば、図９の造影器９６）は第２の波長の光を検出するのに役立つ。
【００６２】
図１０のステップ１０８において、造影器又は複数の造影器により生成した画像データに基づき正視画像を出力する。個別正視画像を、使用中の各波長ごとに出力することができる。あるいは、異なる波長に関する画像データを区別することも、画像データ集合間の差分を用いて正視画像を生成することもできる。
【００６３】
ここに記載したプロセスは、被験サンプルの異なる深度において正視画像を取得すべく反復する。
【００６４】
要約すると、本発明の実施形態により二次元造影器を用いて正視データの素早い収集が可能になる。多波長での同時撮像能力が備わることで、コントラストは増大する。可干渉性ファイババンドルを用いることで、生体条件外だけでなく生体条件内でもまた計測を実行することができる。
【００６５】
ここに説明した多波長正視撮像装置は、ＯＣＴや内視鏡として様々な医用撮像や計測応用分野に用いることができる。医用撮像応用分野には、冠状動脈及び脈管撮像や腫瘍学や歯科学や神経外科学や胃腸病科学や耳鼻咽喉科学や皮膚科学や眼科学や胸部外科学や泌尿器科学や整形外科学が含まれる。計測応用分野には、細胞撮像や製造工程計測学が含まれる。
【００６６】
本発明による実施形態は、蛍光タグを使用しているときに格別好都合とし得る。従来、患者は、例えば癌性細胞にそれ自体を付着させる蛍光媒体（例えば、蛍光染料）を注入される。複数（例えば、２）波長とここに説明した正視像形成システムを用いることで、「前」画像を採取し、染料を注入し、染料が効果を現わすのを待ち、続いて「後」画像を採取する必要はなくなる。その代わりに、染料を注入でき、この染料が効果を現わした後、その染料の蛍光を刺激する一つの波長とその特定の染料の蛍光を刺激しない別の波長とを用いて同時画像を採取することができる。画像の中で区別は、そこで蛍光を発する被験サンプルのハイライト領域に対して実行することができる。従来、染料が効果を現わすのを待つ間、（例えば、患者に麻酔を施した場合）患者は或る程度の不安や恐らくはある程度の危険にさらされよう。また、その時間期間中、造影器や患者を若干移動し、前画像と後画像をオフセットさせることができる。本発明により同時画像を撮像することで、これらの問題は克服される。
【００６７】
本発明は、このように様々な実施形態にて説明した。本発明は特定の実施形態にて説明してきたが、本発明はかかる実施形態にて限定すべきではなく、特許請求の範囲に従って解釈すべきであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】画像データ収集用の従来装置のブロック線図である。
【図２】本発明による正視像形成システムの一実施形態のブロック線図である。
【図３】本発明による正視像形成システムの第２実施形態のブロック線図である。
【図４】本発明による反射像形成システムの一実施形態のブロック線図である。
【図５】本発明による反射像形成システムの第２実施形態のブロック線図である。
【図６】本発明による透過像形成システムの一実施形態のブロック線図である。
【図７】本発明による造影器の一実施形態を示す図である。
【図８】本発明による実施形態に使用できる異なるフィルタの透過特性を示すグラフである。
【図９】本発明による正視像形成システムの別の実施形態のブロック線図である。
【図１０】本発明による多波長を用いた正視撮像方法の一実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１０  従来技術装置
１２  光源
１４  被験サンプル
１６  検出器
１８  光遅延線上のミラー
２０，３０，４０，５０，６０，９０  装置
２２  光源
２４  被験サンプル
２５  ファイババンドル（サンプルアーム）
２６  像形成システム
２７  ビームスプリッタ
２８  ミラー（干渉計）
３１  フィルタ
３２  造影器
５２  光源
７２，７３，７４，７５，７６  領域
９１  フィルタ
９２  光源
９３  造影器
９４  被験サンプル
９５  フィルタ
９６  造影器
９７  ビームスプリッタ
９８  光遅延線上のミラー（干渉計）
９９  ビームスプリッタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005125092.tif 000009
【図８】
2005125092.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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