(57)【要約】内視鏡、マルチコア内視鏡ファイバ、ならびに構成および操作方法が提供される。ファイバは、数百または数千のコアを有することができ、場合によっては作業チャネル（単数または複数）および追加のファイバを組み込む。ファイバは、遠位先端で組織および対象物の画像を捕捉し、解像度、視野、被写界深度、波長範囲などの画像の広範囲の光学特性を向上させるために、様々な光学的構成で使用されうる。内視鏡で遠視野撮像だけでなく近視野撮像が実施されることができ、撮像を最適化するためにそれぞれの光学的特徴を利用することができる。遠位ファイバ先端で光学素子が使用されてもよく、または遠位ファイバ先端はレンズレスであってもよい。診断および光治療フィードバックループが実施されることができ、フルカラー画像、深度推定、向上した視野および／または被写界深度、ならびに追加の診断データをもたらすように照明が適合されることができる。【選択図】図１Ｅ
2020501813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠位先端と近位先端とを有する内視鏡であって、前記内視鏡は、
１／４より小さいフィルファクタで分布する少なくとも百個のコアを含む少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールと、
前記少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールによる撮像に使用される照明を送達するように構成された照明源と、
前記遠位先端の、前記コアと光通信する少なくとも１つの光学素子と、
前記近位先端の、前記コアと光通信する検出器と、
前記検出器から画像を受信するように構成されたプロセッサと、
を含み、
前記内視鏡は、前記コア間のピッチ距離にわたるマイクロスキャニングによる超解像撮像を実施するように構成され、
前記内視鏡は、前記コアを内部を通って送達される放射に関してグループ単位で取り扱うことによって３次元センシングを実施するように、ならびに、
前記少なくとも１つの光学素子を構成することによって、前記内視鏡の視野を前記遠位先端で前記コアに面する領域を越えて向上させる、および、
前記少なくとも１つの光学素子を構成することによって、前記内視鏡の被写界深度を前記遠位先端と一致する領域を越えて向上させる、
のうちの少なくとも１つを行うように構成される、
内視鏡。
【請求項２】
前記照明源は、スペックルパターンを低減するために、Ｂａｒｋｅｒコードに基づく前記照明のコヒーレンス変調を適用するように構成される、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項３】
前記照明源は、複数の狭帯域波長を有するように構成される、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記照明の様々な波長での測定値から診断データを導出するように構成される、請求項３に記載の内視鏡。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記複数の狭帯域波長に対する波長多重化を用いて前記実施される超解像撮像を向上させるように構成される、請求項３に記載の内視鏡。
【請求項６】
前記照明源は、少なくとも１つの狭帯域源のスペクトル拡幅をもたらすように選択された少なくとも１つのゼロ分散点を有するＰＣＦ（フォトニック結晶ファイバ）を用いて広帯域白色照明を提供するように構成される、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項７】
前記照明源は、構造化光照明を提供するように構成され、前記プロセッサは、検出されたパターンから３Ｄ（３次元）データを導出するように構成される、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項８】
前記プロセッサは、時間多重化超解像度アプローチを適用することによって前記構造化光照明を使用して前記実施される超解像撮像を向上させるようにさらに構成される、請求項７に記載の内視鏡。
【請求項９】
前記少なくとも１つの光学素子は、前記送達される照明をビーム整形するようにさらに構成される、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光学素子は、必要に応じて前記少なくとも１つの光学素子上の曇りを防止し、曇りを除去するために導電性被覆を介して前記少なくとも１つの光学素子を加熱するように構成された電気回路に接続された前記導電性被覆によって被覆される、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１１】
前記内視鏡によって撮像される組織を治療するように構成されたレーザ治療源をさらに含む、請求項１に記載の内視鏡。
【請求項１２】
１／４より小さいフィルファクタで分布する少なくとも百個のコアを含む少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールから内視鏡を構成するステップと、
前記コア間のピッチ距離にわたるマイクロスキャニングによる超解像撮像を実施するステップと、
前記コアを内部を通って送達される放射に関してグループ単位で取り扱うことによって３次元センシングを実施するステップと、
前記内視鏡の視野および被写界深度のうちの少なくとも１つを前記ファイバの先端に面しそれと一致する領域を越えて向上させるために、前記内視鏡の遠位先端の少なくとも１つの光学素子を構成するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールによる撮像に使用される照明のコヒーレンス変調を最適化するためにＢａｒｋｅｒコードを使用することによってスペックルパターンを低減するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールによる撮像に使用される照明を、複数の狭帯域波長を有するように構成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記照明の様々な波長での測定値から診断データを導出するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数の狭帯域波長に対する波長多重化を用いて前記超解像撮像を実施するステップを向上させるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの狭帯域源のスペクトル拡幅をもたらすように選択された少なくとも１つのゼロ分散点を有するＰＣＦを用いて、前記少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールに広帯域白色照明を提供するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールによる撮像および対応する処理に使用される構造化光照明を使用して３Ｄデータを導出するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記構造化光照明を使用して前記超解像撮像を実施するステップを向上させるステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記遠位先端で前記少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールによる撮像に使用される照明をビーム整形するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの光学素子の加熱された導電性被覆を介して、必要に応じて前記少なくとも１つの光学素子上の曇りを防止し、前記少なくとも１つの光学素子の曇りを除去するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記内視鏡によって、前記少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールによって撮像される組織をレーザ治療するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条の下で２０１４年７月２４日に出願された米国特許仮出願第６２／０２８，３４６号および２０１５年２月２４日に出願された米国特許仮出願第６２／１１９，８３２号に対する優先権を主張する、２０１５年７月２２日に出願された米国特許出願第１４／８０５，９１５号の一部継続出願である。
【０００２】
１．技術分野
本発明は内視鏡検査の分野に関し、特にマルチコアファイバ内視鏡に関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術の説明
様々な構成の内視鏡は、アクセスが限られた様々な状況を取り扱うための手段だけでなく、一連の医学的問題の効率的な治療を可能にする。内視鏡操作は、照明、検出および治療が長く狭い操作モードに制限される点で困難である。ファイバオプティクステクノロジーは、そのような技術の中心的成功要因であり、ファイバベースの内視鏡は絶え間なく改良されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下は、本発明の最初の理解を提供する簡単な概要である。この概要は、必ずしも主要な要素を特定するものでも本発明の範囲を限定するものでもなく、以下の説明への序論として役立つにすぎない。
【０００５】
本発明の一態様は、遠位先端と近位先端とを有する内視鏡であって、１／４より小さいフィルファクタで分布する少なくとも百個のコアを含む少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールと、少なくとも１つのマルチコアファイバモジュールに連結され、そこに照明を送達するように構成された照明源と、遠位先端の、コアと光通信する少なくとも１つの光学素子と、近位先端の、コアと光通信する検出器と、検出器から画像を受信するように構成されたプロセッサとを含み、コア間のピッチ距離にわたるマイクロスキャニングによる超解像撮像を実施するように構成され、コアを内部を通って送達される放射に関してグループ単位で取り扱うことによって３次元センシングを実施するように、ならびに少なくとも１つの光学素子を構成することによって、内視鏡の視野を遠位先端でコアに面する領域を越えて向上させる、および少なくとも１つの光学素子を構成することによって、内視鏡の被写界深度を遠位先端と一致する領域を越えて向上させる、のうちの少なくとも１つを行うように構成される、内視鏡を提供する。
【０００６】
本発明のこれらの、追加の、および／またはその他の態様および／または利点は、以下の詳細な説明に記載され、場合によっては詳細な説明から推測可能であり、および／または本発明の実施により習得可能である。
【０００７】
本発明の実施形態のより良い理解のため、および本発明がどのように実施されうるかを示すために、ここで添付の図面を純粋に例として参照するが、図面中類似の数字は全体で対応する要素またはセクションを示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】本発明の一部の実施形態による内視鏡構成の高レベル概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一部の実施形態による内視鏡構成の高レベル概略図である。
【図１Ｃ】本発明の一部の実施形態による内視鏡構成の高レベル概略図である。
【図１Ｄ】本発明の一部の実施形態による内視鏡構成の高レベル概略図である。
【図１Ｅ】本発明の一部の実施形態による内視鏡構成の高レベル概略図である。
【図２Ａ】本発明の一部の実施形態による、電磁伝搬領域（単数または複数）内に多数のコアを有するファイバ断面の高レベル概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一部の実施形態による、電磁伝搬領域（単数または複数）内に多数のコアを有するファイバ断面の高レベル概略図である。
【図２Ｃ】本発明の一部の実施形態による、電磁伝搬領域（単数または複数）内に多数のコアを有するファイバ断面の高レベル概略図である。
【図２Ｄ】本発明の一部の実施形態による、ファイバモジュールをパッキングすることによるファイバ製造の高レベル概略図である。
【図２Ｅ】本発明の一部の実施形態による、ファイバモジュールをパッキングすることによるファイバ製造の高レベル概略図である。
【図３Ａ】本発明の一部の実施形態による、作業チャネルと治療または照明ファイバのための追加のチャネル位置とを有するファイバの高レベル概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明の一部の実施形態による、作業チャネルと治療または照明ファイバのための追加のチャネル位置とを有するファイバの高レベル概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明の一部の実施形態による、作業チャネルと治療または照明ファイバのための追加のチャネル位置とを有するファイバの高レベル概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明の一部の実施形態による、フロントレンズが組み立てられたファイバの高レベル概略図である。
【図３Ｅ】本発明の一部の実施形態による、曇り除去機構およびその効果の高レベル概略図である。
【図３Ｆ】本発明の一部の実施形態による、曇り除去機構およびその効果の高レベル概略図である。
【図３Ｇ】本発明の一部の実施形態による、曇り除去機構およびその効果の高レベル概略図である。
【図４Ａ】本発明の一部の実施形態による、中央空隙を補償する遠位先端の光学素子を有する中空内視鏡ファイバの高レベル概略図である。
【図４Ｂ】本発明の一部の実施形態による、中央空隙を補償する遠位先端の光学素子を有する中空内視鏡ファイバの高レベル概略図である。
【図４Ｃ】本発明の一部の実施形態による、中央空隙を補償する遠位先端の光学素子を有する中空内視鏡ファイバの高レベル概略図である。
【図４Ｄ】本発明の一部の実施形態による、中央空隙を補償する遠位先端の光学素子を有する中空内視鏡ファイバの高レベル概略図である。
【図５Ａ】本発明の一部の実施形態による、光学素子の高レベル概略図である。
【図５Ｂ】本発明の一部の実施形態による、光学素子の高レベル概略図である。
【図５Ｃ】本発明の一部の実施形態による、光学素子の高レベル概略図である。
【図６Ａ】本発明の一部の実施形態による、コアの構成が異なるファイバ断面の高レベル概略図である。
【図６Ｂ】本発明の一部の実施形態による、コアの構成が異なるファイバ断面の高レベル概略図である。
【図６Ｃ】本発明の一部の実施形態による、フルコアファイバおよび中空コアファイバの比較実験結果を示した図である。
【図７−１】本発明の一部の実施形態による方法を示した高レベル概略フローチャートである。
【図７−２】本発明の一部の実施形態による方法を示した高レベル概略フローチャートである。
【図７−３】本発明の一部の実施形態による方法を示した高レベル概略フローチャートである。
【図７−４】本発明の一部の実施形態による方法を示した高レベル概略フローチャートである。
【図７−５】本発明の一部の実施形態による方法を示した高レベル概略フローチャートである。
【図７−６】本発明の一部の実施形態による方法を示した高レベル概略フローチャートである。
【図８Ａ】本発明の一部の実施形態による、バンドルファイバの実験撮像結果の高レベル概略図である。
【図８Ｂ】本発明の一部の実施形態による、バンドルファイバの実験撮像結果の高レベル概略図である。
【図８Ｃ】本発明の一部の実施形態による、バンドルファイバの実験撮像結果の高レベル概略図である。
【図８Ｄ】本発明の一部の実施形態による、バンドルファイバの実験撮像結果の高レベル概略図である。
【図８Ｅ】本発明の一部の実施形態による、バンドルファイバの実験撮像結果の高レベル概略図である。
【図９Ａ】本発明の一部の実施形態による、内視鏡の性能の例を提供する画像である。
【図９Ｂ】本発明の一部の実施形態による、内視鏡の性能の例を提供する画像である。
【図９Ｃ】本発明の一部の実施形態による、内視鏡の性能の例を提供する画像である。
【図９Ｄ】本発明の一部の実施形態による、内視鏡の性能の例を提供する画像である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
詳細な説明を記載する前に、本明細書の以下で使用されるある用語の定義を記載することが有用であろう。
【００１０】
本出願で使用されるところの「遠位」および「近位」という用語は、内視鏡の両端を指す。内視鏡のインタフェース（検出器または眼）から遠く、撮像組織およびその周囲に近い内視鏡の端および関連部分は遠位端と呼ばれる一方、内視鏡のインタフェースに近く、撮像組織から遠隔の、通常は体外にある内視鏡の端および関連部分は近位端と呼ばれる。本出願で使用されるところの「反射される」という用語は、１つ以上の撮像対象物または組織に衝突する照明波面の方向の変化を指す。「反射」という用語は、対象物（単数または複数）および／または組織（単数または複数）によって反射される照明源に関わらず、ファイバによって集められる任意の放射として広く理解される。
【００１１】
本出願で使用されるところの「近視野撮像」という用語は、内視鏡ファイバの遠位端での、通常はファイバの先端での（撮像対象物、組織および／またはそれらの周囲の）画像の形成を指す。撮像されたものはその後、通常はファイバを通して検出器に、場合によっては近位光学素子を通して伝達される。「近視野撮像」という用語は、撮像対象物または組織とファイバ先端との間に光学素子を用いない直接撮像を含む様々な種類の光学システム、ならびにレンズなどの光学素子（単数または複数）を通した撮像に関しうる。
【００１２】
本出願で使用されるところの「遠視野撮像」という用語は、内視鏡ファイバの遠位端（例えば内視鏡ファイバの遠位端は光学システムの開口または瞳面にある）での、通常はファイバの先端での撮像対象物、組織および／またはそれらの周囲のフーリエ変換の形成を指す。撮像対象物、組織および／またはそれらの周囲の画像は、内視鏡ファイバの近位端で、通常はファイバの近位先端でまたは直接検出器上に、場合によっては近位光学素子を通して形成されうる。「遠視野撮像」という用語は、様々な種類の光学システムに関しうる。一例では、「遠視野撮像」は、撮像対象物または組織と、ファイバに入る放射をファイバに沿ってファイバの近位端の検出器に送達する遠位ファイバ先端との間に光学素子が使用されないという意味で直接的でありうる。別の例では、「遠視野撮像」は、撮像対象物または組織と遠位ファイバ先端との間に光学要素を配置して、遠位ファイバ先端が少なくともほぼ光学素子のフーリエ面（異なる状況では開口面および瞳面とも呼ばれる）にある状態で、実行されてもよい。
【００１３】
ここで具体的に図面を詳しく参照するが、図示された詳細は例示であり、本発明の好ましい実施形態の例示的な説明を目的としたものにすぎず、本発明の原理および構想的態様の最も有用で容易に理解される説明と考えられるものを提供するために提示されることが強調される。この点に関して、本発明の基本的な理解のために必要である以上に詳細に本発明の構造的詳細を示すことは試みられておらず、図面とあわせた説明が、本発明のいくつかの形態が実際にどのように具体化されうるかを当業者に明らかにする。
【００１４】
本発明の少なくとも１つの実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、その応用が以下の説明に記載されるかまたは図面に示される構造の詳細および構成要素の配置に限定されないことが理解されねばならない。本発明は他の実施形態にも応用可能であり、または様々なやり方で実施もしくは実行される。また、本明細書で採用される表現および用語は説明を目的としたものであり、限定とみなされてはならないことが理解されねばならない。
【００１５】
内視鏡、マルチコア内視鏡ファイバ、ならびに構成および操作方法が提供される。ファイバは、数百または数千のコアを有することができ、場合によっては作業チャネル（単数または複数）および追加のファイバを組み込む。ファイバは、遠位先端で組織および対象物の画像を捕捉し、解像度、視野、被写界深度、波長範囲などの画像の広範囲の光学特性を向上させるために、様々な光学的構成で使用されうる。内視鏡で遠視野撮像だけでなく近視野撮像が実施されることができ、撮像を最適化するためにそれぞれの光学的特徴を利用することができる。遠位ファイバ先端で光学素子が使用されてもよく、または遠位ファイバ先端はレンズレスであってもよい。以下に開示するように、診断および光治療フィードバックループが実施されることができ、フルカラー画像、深度推定、向上した視野および／または被写界深度、ならびに追加の診断データをもたらすように照明が適合されることができる。
【００１６】
以下では、マルチコア内視鏡ファイバの様々な実施形態が開示される。記載される実施形態は、以下の特質に関係するグループでおおまかに非排他的に記載される。ある内視鏡の実施形態は遠視野撮像を実施することができ（以下の図１Ａを参照）、例えば内視鏡ファイバの近位端で画像が形成され、その一方である内視鏡の実施形態は近視野撮像を実施することができ（以下の図１Ｂを参照）、例えば内視鏡ファイバの遠位端で画像が形成される。遠視野および近視野のいずれの実施態様も、撮像対象物もしくは組織と遠位ファイバ先端との間の遠位光学素子を有してもよく（以下の図１Ｃ参照）、またはそのような遠位光学素子を用いずに動作してもよい（以下の図１Ｄ参照）。４つの組み合わせ（遠位光学素子を用いたまたは用いない遠視野および遠位光学素子を用いたまたは用いない近視野）のそれぞれは、表１に例示されるように異なる特徴、利点および欠点を有し、特定の実施態様のシナリオにしたがって選択されうる。異なる構成タイプの利点を組み合わせるために、組み合わせの変更が応用の合間にまたはリアルタイムで実行されうる。内視鏡は、いくつかの組み合わせを有するように、例えばファイバ面の一部（またはあるファイバモジュール）が遠方の対象物を撮像するために遠位光学系を有し、ファイバ面の別の部分（または他のファイバモジュール）は顕微鏡撮像のために遠位光学系を欠くように設計されうることにさらに留意されたい。
【００１７】
【表１】
2020501813.tif 000003
【００１８】
ある実施形態は、遠位ファイバ先端が光学素子を欠くレンズレスの実施形態を含む。レンズレスの実施形態は、遠視野または近視野撮像のいずれかを実施することができ、コア間の相互干渉を低減しながら、光学的解像度を高め、超解像方法を適用し、波面情報を取得するために構造的特徴を利用しうる。
【００１９】
内視鏡の実施形態は、全先端の断面、または様々な構成および用途、追加のファイバの一体化などを特徴とする撮像ファイバ内の作業チャネル（単数または複数）を有することができ、作業チャネルを有する場合には、コアおよび光学素子は、作業チャネルの組み込みに起因する視野の減少を克服するように構成されうる。
【００２０】
以下では、ファイバ間の相互干渉の低減、材料損失の克服、様々な方法による向上した解像度の達成、必要な機械的特性の提供、および内視鏡ファイバの撮像性能の最適化などの様々な問題に対する解決策を提供する、ファイバ内の多数のコアの様々な構成が開示される。開示された内視鏡は様々な目的を果たすことができ、例えば腹腔鏡または尿管鏡として設計されうる。一部の実施形態に関連して開示された要素は必ずしもこれらの実施形態に限定されず、他の実施形態の中でも実施されうることに留意されたい。
【００２１】
図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の一部の実施形態による内視鏡構成の高レベル概略図である。提案されるマイクロ内視鏡１０５は多数のコア（例えば百コア以上、数百コア、数千コア、ある実施形態ではファイバまたはファイバモジュールあたり数万または数十万コアであり、あるファイバ内視鏡では百万以上のコアに達する）から構築され、そのそれぞれが単一または多数の空間自由度の伝達を担い、そこから出力すなわち近位端（患者の体外の端）で高解像度カラー画像が構築されうる。マルチコアファイバ１００は、以下に例示されるようにその光学設計に高度の柔軟性があり、これが特定の用途のために、例えば大きな作業チャネルおよび小さな外径を有する尿管鏡のために、または小さな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利用および適合されうる。
【００２２】
内視鏡１０５は、遠視野撮像、近視野撮像、または遠視野撮像と近視野撮像との組み合わせを実行するように構成されうる。撮像モードに関わらず、内視鏡１０５は、ファイバ１００の遠位先端１０１に１つ以上の光学素子１４０を有するように、または先端１０１と撮像組織（単数または複数）または対象物（単数または複数）７０との間に光学素子を有しないように構成されうる。ある実施形態は、先端１０１の取り外し可能もしくは再構成可能な光学素子１４０、および／または遠位先端１０１の表面の一部（例えばコアのサブグループ（単数または複数））のみに影響する光学素子１４０を含みうる。
【００２３】
ある実施形態は、それぞれが１／４未満、またはさらには１／９未満のフィルファクタで分布した少なくとも百のコアを有する一緒にグループ化された複数のファイバ１００と、少なくとも１つのフォトニック照明ファイバと、内視鏡１０５の視野および／または被写界深度をファイバ１００の先端に面しそれに一致する領域を越えて向上させるように構成されうる（以下の詳細参照）ファイバ１００の遠位先端の少なくとも１つの光学素子とを有する内視鏡１０５を含む。内視鏡１０５は、コアを内部を通って送達される放射に関してグループ単位で取り扱うことによって３次元センシングを実施するようにさらに構成されうる（以下の詳細参照）。内視鏡１０５は、コア間のピッチ距離にわたるマイクロスキャニングによる超解像撮像のためにさらに構成されうる（以下の詳細参照）。内視鏡１０５は、照明源として先端１０１に位置するＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）光源を含むようにさらに構成されうる。
【００２４】
図１Ａは遠視野撮像を概略的に示し、（組織または対象物７０から反射された任意の種類の電磁信号を示す）画像７３が先端１０１およびファイバ１００を通して送達されて、検出器９１上に画像７５をもたらす。先端１０１は、画像７３のフーリエ変換７４がファイバ１００に入るフーリエ面（開口面または瞳面とも呼ばれる）でありうる。本発明の様々な実施形態において、フーリエ面は、ファイバ１００の遠位または近位だけでなく、ファイバ１００に沿ってどこに位置してもよく、検出器９１上の画像７５に光学的に変換されうることに留意されたい。代替的または補足的に、非限定的な例として、フーリエ画像７４またはその派生物が検出器９１で測定され、および／または解像度、視野および焦点深度などの画像パラメータを向上させるために操作されうる。先端１０１に入る放射および検出器９１に当たる放射をそれぞれ修正または操作するために、ファイバ１００の遠位または近位に光学素子が導入されうる。
【００２５】
図１Ｂは近視野撮像を概略的に示し、画像７３がファイバ先端１０１で画像７５をもたらす。その後、画像７５は、場合によっては光学素子を通して、ファイバ１００を通して検出器９１に送達される。画像７５はファイバ１００内で形成され、必ずしもちょうど先端１０１で形成されなくてもよいことに留意されたい。非限定的な例として、ファイバ１００を介して送達された画像７５は検出器９１で測定され、および／または解像度、視野および焦点深度などの画像パラメータを向上させるために操作されうる。先端１０１に入る放射および検出器９１に当たる放射をそれぞれ修正または操作するために、ファイバ１００の遠位または近位に光学素子が導入されうる。
【００２６】
図１Ｃは、ファイバ１００の遠位端の撮像組織７０の近傍に１つ以上の光学素子１４０を有する光学的構成を概略的に示す。光学素子（単数または複数）１４０は先端１０１に取り付けられてもよく、または先端１０１からやや遠位に離れていてもよい（例えばスペーサによって先端１０１からある距離に保持される）。各光学素子１４０は、それぞれのコアまたはそれぞれのコアのグループと光通信しうる。近位では、照明源１６０によって照明８５がファイバ１００に送達され、（例えば遠視野もしくは近視野または中間面の）反射照明が、例えばビームスプリッタ９０を介して、コアから検出器９１に向けられる。レンズ８４、９４によって以下にそれぞれ符号化されるように（図１Ｄ）、照明８５および反射照明を操作するために近位の光学素子が設定および使用されうる。１つ以上のプロセッサ１７０が、照明を制御するためおよび／または検出された照明を処理するため、ならびに光学経路内に制御可能素子が存在する場合に照明および画像ビームを制御するために構成されうる。
【００２７】
図１Ｄは、ファイバ１００の遠位端の光学素子（単数または複数）を有さず、ファイバ先端１０１が撮像組織７０との間で照明を送達および受容するために直接使用されるようになった光学的構成（以下では「レンズレス」構成とも呼ばれる）を概略的に示す。例えばレンズのような光学素子８４を介して、近位で照明８５がファイバ１００へ送達され、反射照明が、別の光学素子９４、例えばレンズを介して検出器９１に向けられる。１つ以上のプロセッサ１７０が、照明を制御するためおよび／または検出された照明を処理するため、ならびに光学経路内に制御可能素子が存在する場合に照明および画像ビームを制御するために構成されうる。ある実施形態では、レンズレス構成は、コアのサイズによって決定される内視鏡解像度をもたらすように、「接触モード」で、例えばファイバ先端が検分組織に対して接近した状態で画像を生成するように構成されうる。
【００２８】
ある実施形態では、近位光学素子９４（および場合によっては光学素子８４も）は可変とすることができ、遠視野撮像構成において、特にレンズレス構成において捕捉画像の面および焦点深度を調節するために使用されうる。
【００２９】
図１Ｅは、本発明の一部の実施形態による内視鏡構成を示す高レベル概略ブロック図である。様々な実施形態が示されるが、これらは独立した実施形態であっても、またはこれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。特に、照明源１６０およびプロセッサ１７０の構成の様々な実施形態が提示され、これらを、特に超解像アルゴリズムを用いる際に空間解像度を改善し、ビーム品質を改善し、および／または内視鏡１０５の機能をその医療用途および画像品質に関して向上させるために使用しうる。図１Ｅに示される実施形態は、本明細書に記載の内視鏡１０５の任意の実施形態に適用されうる。照明源１６０は、照明８５を１つ以上の専用照明ファイバ１０２を通しておよび／またはマルチコアファイバ１００を通して送達するように構成されうることに留意されたい。例えば、照明ファイバ（単数または複数）１０２は、マルチコアファイバ１００に関連する、例えばマルチコアファイバ１００に取り付けられるかまたはマルチコアファイバ１００のキャビティ内に配置された、場合によってはガラスファイバで作製された、マルチモードファイバ（単数または複数）でありうる。代替的または補足的に、照明ファイバ（単数または複数）１０２は、場合によってはマルチコアファイバ１００との機械的関連がない、マルチコアファイバ１００に対する任意の他の空間的関係で組織７０を照射するように配置されうる。ある実施形態では、照明ファイバ（単数または複数）１０２の１つ以上は、シングルモードファイバでありうる。照明ファイバ（単数または複数）１０２とマルチコアファイバ１００との間の空間的関係は、具体的な使用条件に応じて組織７０から反射されるおよび／または組織７０を透過する（照明ファイバ（単数または複数）１０２によって照射された）放射をマルチコアファイバ１００に受け取らせるように構成されうることに留意されたい。
【００３０】
一部の実施形態では、照明源１６０は、プロセッサ１７０が超解像結果１７２を改善するためのアルゴリズムを実施することを可能にするように構成されたコヒーレンス変調器１６２を含みうる。例えば、コヒーレンス変調器１６２は、ランダムな従来技術の変調ではなくＢａｒｋｅｒコードを使用してコヒーレンスを変調することによってスペックルパターンを低減する照明８５のコヒーレンス変調を用いるように構成されうる。Ｂａｒｋｅｒコードの使用は、Ｂａｒｋｅｒコード間の直交性およびそれらの定義の他の特性に起因して所与のスペックルパターンの低減のために必要な変調ステップの数を低減しうるのが有利である。特定のＢａｒｋｅｒコードがそれらの適用を最適化するために選択されうる。
【００３１】
一部の実施形態では、照明源１６０は、以下により詳細に記載される１つ以上の波長の組み合わせを使用した診断１７４を提供するように構成された、および／または改善された超解像結果１８０を達成するために特定の波長間（例えば狭帯域赤、緑および青源６２の間）の比率を変更することによって波長多重化超解像１７６を実施するように構成されたプロセッサ１７０で使用されうる複数の狭帯域波長６２（例えば指定の波長周辺の狭帯域スペクトル範囲）を含みうる。
【００３２】
一部の実施形態では、照明源１６０は、１つ以上のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）１６４を含みうる。１つ以上のＰＣＦ１６４は、ＰＣＦ１６４に送達される狭帯域赤、緑および青源６２による照明よりも自然の広帯域照明に近い組織の白色照明を提供するために、例えばスーパーコンティニューム効果（非線形効果による広帯域化）を利用して、広帯域白色スペクトル１７７を専用照明ファイバ（単数または複数）１２０および／またはマルチコアファイバ１００に送達するように構成される。ＰＣＦ１６４は１つ以上の狭帯域源６２に連結され、スペクトル拡幅をもたらすために源（単数または複数）６２の波長でゼロ分散点（単数または複数）を有するように設計されうる。源（単数または複数）６２の拡幅スペクトルの組み合わせおよび併合を通じて、いくつかの複数の狭帯域波長６２の使用により広帯域白色スペクトル１７７が提供されうる。改善された白色スペクトル１７７は、内視鏡１０５により正確な撮像色を提供するために有利でありうる。
【００３３】
一部の実施形態では、照明源１６０は、組織上の照射パターンを分析することによって３Ｄセンシング１７８を、および／または時間的に変化する空間的に投影された照明のパターン１６８のパラメータを利用して時間多重化超解像１７９を実施することによって改善された超解像結果１８０を提供するように構成されたプロセッサ１７０で使用されうる構造化光パターン化照明１６８を含みうる。
【００３４】
一部の実施形態では、照明源１６０は、照明源１６０内の１つ以上のレーザ源６４（場合によっては狭帯域源６２）と、照明８５を改善するために最適化されたビームプロファイル１８４を生成するように構成されたマルチコアファイバ１００の遠位端の少なくとも１つのビーム整形素子１８２とを含む。例えば、ビームプロファイル１８４は、空間内の均一な照度分布または矩形の均一なプロファイル（トップハット照度分布）を含みうるが、これらは得られる画像の様々なパラメータに関して従来技術のガウス照度分布に対して有利である。ビーム整形素子１８２によって照明ビーム８５を効率的に整形するために、レーザ源（単数または複数）６４のコヒーレンスが用いられうる。一部の実施形態では、少なくとも１つのビーム整形素子１８２がマルチコアファイバ１００の近位端に設定されうる。
【００３５】
一部の実施形態では、照明源１６０は、内視鏡１０５によって指定の治療６７を例えば組織に施すように構成された１つ以上のレーザ治療源６６を含みうる。例えば、治療６７は、以下により詳細に記載されるように、尿管鏡として設計された内視鏡１０５において腎臓結石に施されうる。
【００３６】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の一部の実施形態による、電磁伝搬領域（単数または複数）１１０内に多数のコア１１５を有するファイバ断面の高レベル概略図である。ファイバ（単数または複数）１００は、中央または偏心光学コア（１１０）を含むことができ、および／またはエネルギー送達、吸引、照明、薬物送達などの治療に使用されうる中空、中央または偏心領域（単数または複数）（１１２）を有することができる。照明手段（専用照明ファイバ（単数または複数）１０２など）が、マルチコアファイバ１００内に様々なやり方で一体化されうる。近視野構成または遠視野構成の選択、ならびに光学素子１４０が先端の遠位に挿入されるか否かおよびいずれの光学素子１４０が挿入されるかの選択は、異なる応用間のトレードオフに配慮して実行されうる（例えば表１および以下の他の例を参照）。例えば、内視鏡１０５を広範囲の性能およびデバイス要件に合わせて最適化するために、製造、用途、光学特性およびアルゴリズムのパラメータに関する配慮が、異なる実施形態で異なってバランスされうる。
【００３７】
図２Ａに示されるファイバ１００は、任意の形態の断面、例えば非限定的に図示された正方形、円形、六角形、楕円形などの断面を有しうる。図２Ａは、ファイバ１００の中実断面を示すが、図２Ｂは、以下に開示されるように様々な目的（例えばツールを挿入するかまたは吸引を実行するための作業チャネルとして、追加のファイバを組み込むためなど）で使用されうるファイバ１００内の空隙１１２を有する中空の内視鏡を示す。ファイバ１００は、正方形、円形であるかまたは他の任意の形態を有することができ、空隙１１２もファイバ１００内で任意の形状および任意の位置を有することができ、空隙（単数または複数）１１２およびファイバ１００は任意の寸法（Ｒｉ、ＲＯ、Ｄ、Ｗなど）を有することができ、空隙は複数であってもよく（例えばファイバ１００は２つ以上の空隙を囲みうる）、すべて内視鏡の要件にしたがって設計される。図２Ｃは、以下に説明するようにレンズレス構成において波面をセンシングするように構成されうる「スーパーコア」グループ１１６にコア１１５がグループ化されたマルチコアファイバ１００を概略的に示す。
【００３８】
マルチコアファイバ１００は、医療用途の場合には生体適合性材料、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）およびＰＳ（ポリスチレン）などのポリマーで作製されてもよく、可撓性であってもよい。ファイバ１００は、工業用途の場合には非適合性材料で作製されてもよく、可撓性または剛性であってもよい。ファイバ１００は、１０ＧＰａより小さいヤング率を特徴とする可撓性を有し、使い捨てであるように構成されうる。したがって、ファイバ１００はガラスファイバ（約６５ＧＰａのヤング率を有する）よりも可撓性であり得、ＰＭＭＡの可撓性（１．８〜３．１ＧＰａの間のヤング率）またはより高い可撓性に達しうる。
【００３９】
様々な実施形態は、いずれも以下に非限定的様式で例示されるファイバ材料、コアおよび間隙の構成、コアの数およびサイズ、異なるファイバ部分の材料改質、コア１１５内の伝搬モード数の制御、ファイバ１００の両側のレンズまたはプリズムなどの光学的手段ならびにそれらの構成、様々なタイプの照明の設計および応用、ならびにアルゴリズム的解法などの手段を用いてガラスファイバに対するポリマーファイバの透明性の低下を補償する。以下の開示は、コア１１５間の相互干渉（例えば隣接するコア１１５内を伝播する放射間の相互作用効果）を制御するやり方、および情報内容を改善し、検出画像の治療関連情報を向上させるやり方も扱う。
【００４０】
照明は、コヒーレント光またはインコヒーレント光、任意のスペクトルパターン（広波長範囲または狭波長範囲、連続範囲または離散範囲）、（様々なパターンの）偏光または非偏光光、および可視範囲または赤外範囲の様々な範囲を含みうる。コア間の材料の差異、間隙および外側クラッドは、以下により詳細に説明するように、異なる材料、空気コアまたは空気間隙の使用、任意のファイバ領域の屈折率に影響を与えるためのドーピングを含みうる。以下に提示される任意の実施形態は、矛盾のない限り本明細書に記載される他の任意の実施形態で使用されうることに留意されたい。特に、任意の実施形態に関連して記載される計算方法、光学的方法およびファイバ設計の考慮事項は、他の実施形態にも適用されうる。
【００４１】
図２Ｄおよび図２Ｅは、本発明の一部の実施形態による、ファイバモジュールをパッキングすることによるファイバ製造の高レベル概略図である。マルチコアファイバ１００は、ファイバモジュールまたはユニット１１７を使用して製造されうる。各ファイバモジュール１１７はそれ自体がマルチコアファイバであり、場合によっては均一な寸法を有するように構成される。このような実施形態はバンドルファイバと呼ばれ、任意の数のファイバモジュール１１７を任意の構成（例えば２×２モジュール、３×３モジュールなど）で束ねうる。ファイバモジュール１１７は、正方形、矩形、円形または楕円形のような任意の形態を有することができ、広範囲な形態および構成を有するファイバ１００にパッキングされうる。コアまたはコアグループとファイバ１００全体との間の中間の寸法を有するファイバモジュール１１７（各モジュール１１７が例えば数十、数百または数千のコアを有しうる）を導入することにより、ファイバモジュール１１７からファイバ１００を形成する際のより簡単な製造およびより高い柔軟性が可能になる。例えば、図２Ｄに示されるように、矩形に設けられた正方形のファイバモジュール１１７から、例えばパッケージサポート１１８Ａとそれぞれの取り付け可能カバー１１８Ｂとを使用して、矩形のファイバ１００が組み立てられうる。ファイバモジュール１１７は、ファイバ１００に沿ったある領域でパッケージサポート１１８Ａならびにカバー１１８Ｂによって単純に機械的に保持されてもよいし、および／またはファイバモジュール１１７は、少なくともある領域で一緒に接着されるかもしくはその他の方法で取り付けられてもよい。図２Ｅに示された別の例では、ファイバモジュール１１７Ａ、１１７Ｂが空隙１１２の周りに設けられうる。ある実施形態では、ファイバモジュール１１７Ａ、１１７Ｂは、それらの観察角度および／またはファイバ先端１１０で取り付けられる光学素子１４０が異なるように設けられうる（例えば以下の図４Ａ〜図４Ｄ参照）。例えば、ファイバユニット１１７Ａは空隙１１２の前の視野をカバーするように構成されうる（例えば内方に傾斜されるかまたはそれぞれの光学素子を有する）一方で、ファイバユニット１１７Ｂは先端１０１を側方に越えた視野をカバーするように構成されうる（例えば外方に傾斜されるかまたはそれぞれの光学素子を有する）。例えば、非限定的な傾斜角度は内方に５〜２０°および外方に１０〜５０°でありうる。ファイバモジュール１１７Ａ、１１７Ｂをそれぞれの位置および角度で固定するために、それぞれのパッキングまたは取り付け構成が適用されうる。ある実施形態では、ファイバの遠位端でファイバモジュール１１７Ａ、１１７Ｂが環状に設けられうる一方で、ファイバの近位端ではファイバモジュール１１７Ａ、１１７Ｂが分離され、例えば単一の矩形の検出器の面をカバーするように矩形形態に、異なって設け直されうる。このように、製造および用途の柔軟性が達成され、これによりファイバ１００の両端でのファイバモジュールの空間分布の独立した最適化が可能になり、近位端での検出および処理だけでなく遠位端での光センシングも向上する。
【００４２】
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の一部の実施形態による、作業チャネル１１２と治療または照明ファイバ１０２のためのチャネル位置１２０とを有するファイバ１００の高レベル概略断面図である。ファイバ１００内の空隙１１２として描かれた作業チャネル１１２は、電磁伝搬マルチコアファイバ領域１１０により取り囲まれる。治療および／または照明ファイバ（単数または複数）１０２が、１つのファイバを使用した組み合わされた撮像および治療、治療の即時画像フィードバックなどを可能にするやり方で内視鏡のファイバ１００に一体化されうる。このような組み合わせは、例えば尿道鏡または他の任意のタイプの内視鏡として使用されうる。ある実施形態では、作業チャネル１１２の近くのチャネル１２０への追加のファイバの配置は、作業チャネル１１２を通って流れる液体によってファイバ（例えば治療ファイバ）を冷却するように構成されうる。
【００４３】
図示の例では、治療または照明ファイバ１０２が、例えば作業チャネル１１２と流体連通するマルチコア撮像領域１１０の内壁の、例えば空隙１１２の外周上の（図３Ａ、チャネル直径は例えば約２５０μｍ）、ファイバ１００の周囲と流体連通するマルチコア撮像領域１１０の外壁の、例えばファイバ１００の外周上の（図３Ｂ、チャネル直径は例えば約２５０μｍ）、マルチコア撮像領域１１０内の（図３Ｃ、チャネル直径は例えば約２００μｍ）、またはこれらの可能性の組み合わせの、示された位置１２０（例えば溝またはチャネル）で挿入されうる。治療または照明ファイバ１０２の一体化は、ファイバ１００の製造前、製造中、または製造後に実行されうる。ある実施形態では、ポリマーファイバ１００を抜いた後にガラス治療または照明ファイバ１０２が溝１２０に挿入されうる。
【００４４】
ある実施形態では、治療または照明ファイバは、所望の照明および／または治療を達成するために集合的に、同時にまたは順番に動作するように構成および制御されうる。例えば、治療チャネルは、より細いチャネルおよび各チャネルを通したより低い出力送達を有するように、いくつかの低出力チャネル１２０に分割されうる。こ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を可能にするが、これは例えば尿道鏡の分野において、非常に重要である。さらに、外部照明ファイバまたは治療ファイバを挿入するための中空チャネル１２０の使用は、自己整列を呈するデバイス構成を提供する。
【００４５】
図３Ｄは、本発明の一部の実施形態による、レンズ１１９が組み立てられたファイバ１００の高レベル概略図である。特徴を均一なファイバに組み込むよりも簡単な様式でファイバ１００に組み込むために、ファイバモジュール１１７の一部を改変するためにファイバ１００のモジュール式構造（例えば図２Ｄ、図２Ｅ参照）が使用されうる。ファイバモジュール１１７Ｄは、内視鏡の形態および機能に関して多様な断面編成を形成するために、モジュール式のビルディングブロックスタイルの様式で構成されうる。ある実施形態の図示の例では、２つの隣接していないファイバモジュール１１７Ｄが導体（例えば金属）で被覆されうる一方で、残りのファイバモジュール１１７Ｃは被覆なし（かつ絶縁する）とすることができる。このような構成は、ファイバ先端１０１に電気を送達するために使用されうる。例えば、電磁信号または電磁放射が、ファイバモジュール１１７Ｄを介して隣接組織または関連するデバイスもしくは構成要素（例えば点検機器または内視鏡器具）に送達されうる。図示の例では、身体に入ったときの曇りを防止するために遠位レンズ１１９を加熱するために、電磁エネルギーが遠位レンズ１１９に送達されうる。ある実施形態では、接点を用いずにレンズ１１９を加熱するために電磁放射を受けるアンテナ構造体（図示せず）がレンズ１１９上に設計されうる。ある実施形態では、ファイバモジュール１１７Ｄの導電性被覆を介してファイバ先端１０１を取り囲む組織または対象物に高周波（ＲＦ；ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）治療が施されうる。
【００４６】
図３Ｅ〜図３Ｆは、本発明の一部の実施形態による、曇り除去機構１２１およびその効果の追加の高レベル概略図である。図３Ｅは、必要に応じて曇りを防止しレンズ１１９の曇りを除去するために被覆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に接続された導電性被覆１２２によって被覆されたレンズ１１９を示す。図３Ｆは、曇りの蓄積による画像劣化を例示し、上の画像（Ａ）は曇りの蓄積開始から短時間で撮影され、下の画像（Ｂ）はさらに後で撮影され、矢印でマークされた対象物がほとんど見えない状態である。図３Ｇは、曇り除去後の画像を示し、対象物および照明スポットの両方が再び鮮明になっている。内視鏡１０５は高解像度画像を提供しながら非常に細く設計することができ（例えば直径０．５ｍｍ）、遠位レンズ１１９も非常に薄くすることができることが強調される。本開示の曇り除去機構は、曇りを防止し、重要な従来技術の制限を克服するために、少量の電力を用いてレンズ１１９の温度の有効な制御を提供する。
【００４７】
ある実施形態では、内視鏡１０５は、外部光学系（患者の体外の光学系、例えば光学素子８４、９４）の焦点距離を内視鏡の遠位先端からの治療組織７０の作動距離に適切に適合させることによって、遠視野（図１Ａ）または近視野（図１Ｂ）で操作されうる。ファイバ１００は、遠視野撮像を利用することによって、例えば中央のブロックされた開口を有するように適合された撮像レンズ９４を使用して、撮像面の中央に作業チャネル１１２があってもフル画像を送達するように構成されうる。
【００４８】
レンズレスのファイバ先端１０１を有する遠視野撮像構成では、得られる画像は、コア１１５の数とは無関係のある数の画素を有することができ、近視野の実施形態に対して画像解像度が向上する。例えば、ある実施形態は、波面または検査組織７０の３Ｄトポグラフィをセンシングできる一体型撮像センサを検出器９１として使用することを含む。このような実施形態では、コア１１５は、シャックハルトマン干渉計または波面センサに類似して少数の可能な空間モードを有するように構成されうる。
【００４９】
ある実施形態では、コア１１５は、それぞれが隣接するコア１１５のグループを含む「スーパーコア」１１６（図２Ｃ参照）にグループ化されうる。各「スーパーコア」１１６は、各「スーパーコア」１１６内の個々のコアメンバー１１５を通して伝播する放射を比較すること（またはライトフィールドセンシング、例えば近距離およびマルチモードで動作する異なるコアでの光の方向を比較すること）によって波面に関する情報を送達する単一の波面センシング素子として取り扱われうる。コア１１５の「スーパーコア」１１６へのグループ化は、ファイバ１００の面全体にわたって均一であってもよいし、または可変であり、一部のコアグループが他のコアグループより大きくてもよい（例えば図２Ｃの相対的に大きな中央コアグループを参照）。
【００５０】
コア１１５のグループ化は、例えばファイバ１１０にわたるコア１１５の均等（または不均等）な分布に基づいて、撮像性能の選好にしたがって後に変更されうる。このような構成では、深度測定値と解像度との間にトレードオフが存在することに留意されたい。各「スーパーコア」１１６内のコア１１５の数が多いほど、より詳細な波面を使用することによって撮像領域の３次元構造についてのより多くの詳細が提供される一方で、グループ１１６あたりより少数のコア１１５およびグループ化なしでは、より高い解像度が提供される。したがって、コア１１５のグループ化は、空間的および時間的に変化する撮像要件にしたがって設計または修正されうる。補足的に、コア１１５は、各グループ１１６を波面センサとして実施するために、コア１１５を通って送達される放射に関してプロセッサ１７０によってグループ単位で取り扱われうる。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１７０によって動的に実行されうる。加えて、グループ化の考慮事項は、解像度および／または深度測定値を向上させるために提案される技術などの撮像性能に関する他の考慮事項を伴いうる。
【００５１】
ある実施形態では、近視野の実施態様は、（マルチモードで動作する）コア間のライトフィールドセンシング、例えば３Ｄ撮像をもたらすための放射の指向性成分の測定を含みうる。ライトフィールドセンシングは、コアのグループ化に関してグループ単位で実行されうる。
【００５２】
ある実施形態では、内視鏡ファイバ１００は、等距離で配置されず不均等に離間された複数のコア１１５を含みうる（図２Ａの概略図を参照）。コア１１５の不均等な（不規則な）分布（例えば検出器９１上の画素の空間分布と一致しない空間分布）は、遠視野条件で作業する際に、開口面（フーリエ面）におけるコア１１５のサンプリングが均一でなく、したがって開口面でのサンプリングが視野に影響せずまたは画像面において可視的限界を生成しないため、超解像画像を得ることを可能にする。ファイバ１００にわたるコア１１５および間隙の分布は、アルゴリズム技術および光学技術を用いて解像度の向上を最適化するように設計されうる。実際に、コア１１５間の距離を増加させることにより、マイクロスキャニングおよび他の超解像技術の適用からより大きな利益が提供されうる。
【００５３】
ある実施形態では、ファイバ先端１０１の光学設計は、先端の断面内に中央ではなく非対称に配置された（撮像チャネルと同心ではない）作業チャネル１１２を有するように構成されうる。作業チャネル１１２の形状は、光学伝達関数（ＯＴＦ；ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）をよりよくエンコードするために、（例えば楕円形、細長、多角形など）円形とは異なるように構成されうる。作業チャネルの形状は、超解像画像をもたらすためにＯＴＦの反転および画像後処理を介した画像のアルゴリズム補正を改善するように構成されうる。
【００５４】
ある近視野撮像の実施形態では、組織７０に対して異なる先端位置で捕捉された画像から、生成画像の各画素ごとに最も高いコントラストを提供しうる最善の焦点位置を選択することによって、レンズレスの実施形態において増加した焦点深度が達成されうる。異なる先端位置で捕捉された複数の画像から、各画素についての最善の焦点が選択されうる。
【００５５】
ある実施形態では、光学素子１４０が（組織７０に面する）遠位ファイバ先端１００で取り付けられるかまたは製造されうる。光学素子１４０は、遠視野撮像および近視野撮像の両方において撮像を向上させるために使用されうる。例えば、（設計された作業チャネル空隙１１２の場合に）視野を制御して先端１０１の縁部を外方および／または内方に越えて視野を増加させるために、光学素子１４０が使用されうる。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｄは、本発明の一部の実施形態による、中央空隙を補償する遠位先端１０１の光学素子１４０を有する中空内視鏡ファイバ１００の高レベル概略図である。先端１０１でのファイバ１００の断面に空隙（単数または複数）１１２を有する実施形態では、コア１１５に面する領域７１に加えて（または代えて）空隙に面するエリア７２を撮像するための様々な解決策が以下に提示される。例えば組織、特定の解剖学的器官、体液、様々な結石または閉塞物、腫瘍、異物など、任意の種類のターゲット７０が撮像されうることに留意されたい。
【００５７】
ある実施形態では、内視鏡１０５の照明源１６０および光学素子の少なくともいくつか（例えば先端光学素子１４０、近位光学素子８４、９４）が、空隙（単数または複数）１１２に面するエリア（例えば空隙に面するエリア７２）の少なくとも一部を、先端１０１に面する残りの領域（例えばコアに面する領域７１）とは異なって撮像するように構成されうる。撮像の差異は、偏光、波長、波長範囲、および／または照明のタイミングのいずれかにありうる。非限定的な例を以下に提示する。
【００５８】
複数のコア１１５を使用してフル画像を生成し、中空領域１１２内のコアの欠如を克服し、作業チャネル１１２の真向かいの組織７０（空隙に面するエリア７２）の撮像（および照明）を提供しうる。例えば、内視鏡１０５は、ファイバ１００の９０°の視野を提供するように構成されうる。図４Ａは、環状に設けられた光学素子１４０を有する環状マルチコア領域１１０（内側半径Ｒｉおよび外側半径ＲＯ）を非限定的な様式で概略的に示す。ファイバ先端１００の任意の幾何学的構成、例えばその任意の形態、空隙（単数または複数）１１２の任意の位置および形態のなどに類似の原理が適用されうる。
【００５９】
ある実施形態では、光学素子１４０は、指定の角度でカットされ、マイクロ内視鏡１０５の先端１０１で接着された屈折率分布型（ＧＲＩＮ；ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｎｄｅｘ）レンズを含みうる。カットされたＧＲＩＮ１４０はそれぞれ、ＧＲＩＮ１４０の数に各ＧＲＩＮ１４０のＦＯＶを乗算したものに等しくなるようにファイバの視野（ＦＯＶ）を向上させる（または補足的もしくは代替的に、異なる被写界深度からの放射を送達するようにＧＲＩＮ１４０のいくつかを構成することによって被写界深度を向上させる）ために、異なる方向に面するようにカットおよび配置されうる。ＧＲＩＮレンズ１４０の縁部のカットは、視野の異なる所定のセクタからその特定のＧＲＩＮへ光をカップリングするプリズムを実現しうる。ＧＲＩＮレンズの代わりに非球面レンズが光学素子１４０として使用されてもよい。
【００６０】
図４Ｂ〜図４Ｄは、本発明の一部の実施形態による、３つの可能な構成を概略的に示す。大きな円は、コアに面する撮像領域（７１）の境界であるファイバ先端１０１の全ＦＯＶの外周を概略的に表す一方で、小さな円は、非限定的な例示的場合において等しいものとみなされる個々の光学素子１４０、１４１の視野を表す。例えば、先端ＦＯＶ（領域７１と空隙に面するエリア７２）は、それぞれが外周領域１４５を撮像する等間隔の（図４Ｂでは８個の）光学素子１４０によってカバーされることができ、追加の光学素子１４１が中央領域１４６を撮像するように構成されることができる。したがって、空隙に面するエリア７２は領域１４６によって中央がカバーされ、その外周は領域１４５によってカバーされる。別の例では、より多数の（図４Ｃでは２１個の）光学素子１４０が、いくつかの同心の円形の撮像領域のセットで、図示の例では１２の外周領域１４５、８つの中間領域１４６および１つの中央領域で先端ＦＯＶをカバーする角度を有するように構成されうる。別の例では、環状に設けられた光学素子１４０（図４Ｄでは２５個）が、個々の領域１４５が部分的に重なり合って先端ＦＯＶをカバーし、場合によってはより広いエリアに広がって先端ＦＯＶを格子状にカバーする角度を有するように構成されうる。この開示された方法は、要求される視野をもたらすためにファイバ先端の光学素子１４０を適合させる際の高い柔軟性を提供する。
【００６１】
ある実施形態では、光学素子１４０は、全ＦＯＶからの光を環状レンズに向ける環状プリズムに連結された環状レンズを含みうる。
【００６２】
ある実施形態では、場合によっては上述の光学素子の輪を用いずに、選択的照明を使用してＦＯＶの中央が撮像されうる。照明がＦＯＶの外周ではなく中央に向けられることができ、付随するアルゴリズムが、（例えばプロセッサ１７０によって）ＦＯＶ中央の画像を導出するために検出信号を処理するように構成されうる。
【００６３】
ある実施形態では、検出信号が偏光の差によって空間的にエンコードされ、全ＦＯＶの画像を作成するためにデコードされうるように、中央ＦＯＶ（例えば空隙に面するエリア７２）とＦＯＶの外周（例えばコアに面する領域７１）とで異なる偏光を有する照明が使用されうる（以下のより詳細な説明を参照）。光学素子１４０は、異なる偏光の照明を異なる幾何学的エリアに向けるために複屈折性でありうる。
【００６４】
ある実施形態では、空隙１１２は、中央のコアがＦＯＶの中央を直接撮像する余地を残して、偏心しているかまたは偏心空隙に分割されうる。
【００６５】
ある実施形態では、コア１１５は、例えばコア１１５の位置が体外に配置された検出器９１の画素の均一な空間的サンプリングマトリックスと一致しないように、ファイバ１００内で不等または不均一に間隔が置かれうる。捕捉画像の品質を向上させるために幾何学的超解像アルゴリズムを適用するために、２つの格子間の一致の欠如を利用しうる（マイクロスキャニング技術にある意味で類似する）。
【００６６】
ある実施形態は、空間的コア構成を介してマイクロスキャニングを実施しうる。例えば、ファイバ１００は、低いフィルファクタを有するマルチコア設計を呈しうる（フィルファクタはコア面積とコア間の距離の二乗との比であり、コア間の距離はピッチと呼ばれる）。例えば、ある範囲の低いフィルファクタ（１／（ピッチ／コア直径）２）、例えば１／４〜１／１６の間のフィルファクタをもたらすために、コア直径は０．４〜２．５μｍの範囲であり得、ピッチは２〜１０μｍの範囲でありうる。フィルファクタが低いときには（例えば１／４未満、１／９未満、例えば１／１６）、マイクロ内視鏡の先端１０１の単純な移動（例えば移動振幅は少なくともピッチに等しい、例えば数ミクロン）により、デバイスの幾何学的解像度を大幅に増加させるためのマイクロスキャニングの構想の実施が可能になる。（大きなフィルファクタでの撮像の場合には、サンプリング画素／コア自体の点広がり関数（ＰＳＦ；ｐｏｉｎｔ  ｓｐｒｅａｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が空間的ローパスとして得られる解像度を制限するため、マイクロスキャニング手順によって画像の幾何学的解像度を増加させることはできず、むしろ画像のオーバーサンプリングが行われるだけであることに留意されたい。）ある実施形態では、本開示による空間的スキャニング方法と時間的スキャニング方法とが組み合わせられ、撮像要件に適合されうる。
【００６７】
ある実施形態では、照明チャネル８５は、照明スポットの空間的スキャニングを実現する時変光学系を有しうる。空間的照明スキャニングは、先端が検査組織に対して近視野にあったとしても先端の中央に配置された作業チャネルによって影響されない大きな視野を有する広視野画像を構築するために使用されうる。
【００６８】
実施形態のいずれにおいても、プロセッサ１７０は、撮像領域からコア１１５を通して検出器９１に送達される放射を画像に処理し、場合によっては検出された放射に対して超解像アルゴリズムを実施するように構成されうる。
【００６９】
ある実施形態では、検査組織７０は、照明源１６０としての（例えばレーザ源６４としての）波長可変レーザによって照射されうる。各画像が異なる波長に対応する組織７０の空間画像のセットが捕捉されうる。結果として得られるハイパースペクトル画像は、撮像を向上させるために特定の種類の組織（例えば癌性組織）の識別に使用されうる。したがって、ファイバ内視鏡１０５は、特定の目的に使用され、必ずしも撮像照明に使用されない（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など、指定の診断波長範囲内の）様々な波長を使用して実行される診断の可能性を提供しうる。例えば、プロセッサ１７０によって１つ以上の波長の組み合わせ１７４を用いて診断を提供するために、複数の狭帯域波長６２が使用されうる。このような組み合わせは、固定スペクトル範囲を有する源および／または照明８５のスペクトル組成を時間的に変化させるために調節可能な源（単数または複数）を使用することによって達成されうる。波長の組み合わせ１７４によって達成されうる診断の例には、例えば様々な非常に特定の波長での反射率を測定することによる、生検（除去された組織の診断）およびｉｎ  ｓｉｔｕでの生体組織の特徴付けを含む。非限定的な例には、ＨｂＯ２およびＨｂの異なるスペクトル吸収曲線を利用して、例えば２つの異なる波長（範囲）６２としての６００〜７５０ｎｍ（例えば６６０ｎｍ）および８５０〜１０００ｎｍ（例えば９１０ｎｍ）の波長での吸収比を測定することによって抽出されうるパルスオキシメトリを含む。
【００７０】
波長および波長帯域の選択は、手順の間に手動でまたは自動で、例えば空間的または時間的パラメータ、遭遇部位および組織などに関して手順の様々な段階および様々な撮像要件に適合するように変更されうる。一例では、導出される情報を向上させるために、単一の波長帯域が個別に照射および分析されうる。より詳細な空間情報をもたらすために、所与の波長帯域が様々な方向からターゲットを照射するために使用されうる。
【００７１】
ある実施形態では、大きな腎臓結石を吸い出し、吸引によって内視鏡の先端１０１に結石を付着させるために、尿管鏡として構成された内視鏡１０５の作業チャネル１１２が使用されうる。次に、医学的治療の間に吸引が結石を安定させて動き回るのを防ぐ間に、結石を砕くために治療レーザ（場合によってはファイバ１００に組み込まれる、図３Ａ〜図３Ｃ参照）が使用されうる。作業チャネル１１２を通して吸引が加えられてもよく、吸引および治療の効率に関するフィードバックを提供するために撮像が用いられうる。例えば、集中治療によって吸引が克服され、付着した結石が解放される傾向がありうる。ファイバ先端１０１からの結石の離脱の発生を検出するため、ならびに、吸引および／または印加エネルギーを調節するためにそれぞれ撮像が用いられうる。これに関連して、上述のようにエネルギーの印加をいくつかのファイバに分割することにより、結石のいずれの一点でもより低いエネルギー集中を用いた結石のより均一な治療が提供されうる。吸引からの結石の離脱を回避するために、エネルギー源のそれぞれでエネルギー印加強度が調整されうる。
【００７２】
ある実施形態では、画像中の各画素ごとに最も鮮鋭な可能な画像を製造するために有効に先端１０１でのレンズ１４０の焦点距離が変更され、焦点スキャンが実現されうるように、液体を注入し、ファイバ１００の光学的条件をわずかに変更するために尿管鏡の作業チャネル１１２が使用されうる。
【００７３】
内視鏡１０５は任意の種類の内視鏡として構成されることができ、任意の種類の身体結石または他の閉塞物を、例えばレーザ治療源６６によって処置するために使用されることができる。
【００７４】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の一部の実施形態による、光学素子１４０の高レベル概略図である。ある実施形態では、ファイバ１００（図５Ａ）の端に、マイクロ内視鏡の先端１０１の撮像レンズ（単数または複数）１４０（例えばＧＲＩＮレンズ、非球面レンズ）に加えて、偏光光学素子１５０（例えばグラントムソンプリズム）が実施されうる。偏光光学素子１５０は、偏光多重化によってＦＯＶを光学素子（単数または複数）１４０の限界を越えて増加させるように構成されうる。異なる視野１３０Ａ、１３０Ｂが偏光エンコードされ、内視鏡ファイバ１００に折り込まれ、（例えば検出器９１、９２に到達する前に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）９３を使用して）出力で分離されうる。偏光エンコーディングは、（例えば間が４５°の）異なる直線偏光方向、円偏光などを用いて実行されうる。ファイバ１００および光学系の構成に応じて撮像エリアを横方向または中央のいずれかに増加させるために（上記参照）、偏光多重化が用いられうる。偏光多重化は視野の時間的スキャニングと組み合わせられうる。視野の拡大に代わってまたは加えて３次元深度撮像を向上させるために偏光多重化が用いられうる。両方の偏光タイプが検出される領域で追加の情報を提供するために、検出器９１、９２の信号に様々な処理アルゴリズムが適用されうる。偏光多重化のための照明源１６０は、非偏光である（偏光成分の分離が光学的に実行される）か、または偏光され両成分を有しうる。
【００７５】
図５Ｂおよび図５Ｃは、ファイバ先端１０１の光学素子１４０、１５０、すなわち角度偏向素子１５０（例えばプリズム）および撮像光学素子１４０（図５Ｂ）、ならびにファセットＧＲＩＮレンズ１４０を用いた組み合わせ構成（図５Ｃ）の実施形態を概略的に示す。
【００７６】
ある実施形態では、光学的三角測量、例えば先端１０１および組織領域からの距離測定を可能にするために、ＦＯＶのある部分が異なる光学素子１４０（およびそれぞれのコア１１５）によって撮像されうる。このような実施形態は、ＦＯＶを深度情報とトレードオフすることを可能にし、したがって撮像リソース（例えばＦＯＶ−視野、ＤＯＦ−被写界深度）を状況による必要性に応じて動的に割り当てる。ある実施形態では、偏光の使用により（上に説明したように）ＦＯＶが広げられるのに代わってまたは加えて深度情報が向上するように、同じ領域を撮像する異なる光学素子１４０によって異なる偏光が用いられうる。操作中にファイバ１００の光学性能を変更するために、偏光の動的変動が用いられうる。ある実施形態では、（例えば上に説明した波長可変レーザを使用した）波長多重化の使用により（上に説明したように）ＦＯＶが広げられるのに代わってまたは加えて深度情報が向上するように、同じ領域を撮像する異なる光学素子１４０によって異なる波長が使用されうる。
【００７７】
操作中にファイバ１００の光学性能を変更するために、色割り当ての動的変化が用いられうる。例えば、様々な波長を有する（例えば複数の狭帯域波長６２を有する）複数のレーザ源、例えばうち３つがカラー撮像をもたらすために使用され、第４チャネルが三角測量を介して画像深度情報を導出するために使用される４つのチャネルが、照明源１６０として使用されうる。ある実施形態では、三角測量計算を促進または単純化するために、第４チャネルに使用される波長は他の３つのチャネルのうちの１つに使用される波長と同一でありうる。
【００７８】
ある実施形態では、内視鏡１０５は、追加の被写界深度または視野の情報を提供するように選択される少なくとも１つの撮像されない波長範囲を使用するように構成されうる。ある実施形態では、組織領域の立体視を可能にするために、組織領域を様々な方向から撮像するために偏光、波長または空間多重化が用いられうる。プロセッサ１７０は、ステレオ撮像を導出および提供するように構成されうる。
【００７９】
さらに、照明８５は、上で開示したように、その白色光スペクトル１７７およびビームプロファイル１８４などの様々な点で品質が改善されうる。
【００８０】
ある実施形態では、内視鏡１０５は、２つ以上のレベルの解像度を提供し、視野情報と被写界深度情報とのバランスをとることを可能にし、または本明細書に開示された照明および／もしくは画像処理手順を適合させることによって任意の他の画像パラメータ間のバランスをとることを可能にするように構成されうる。
【００８１】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の一部の実施形態による、コアの構成が異なるファイバ断面の高レベル概略図である。図６Ｃは、本発明の一部の実施形態による、フルコアファイバおよび中空コアファイバの比較実験結果を示した図である。
【００８２】
コアの構成（寸法、材料、間隙）は、コア１１５間の相互干渉を低減し、そのバンディングによってより影響されにくくするように設計されうる。例えば、相互干渉低減は、製作プロセスにおいて、コア間に物理的障壁を生成することによって、または相互干渉防止層（単数または複数）を使用することによって達成されうる。コアの間隔は、隣接するコア１１５間の相互干渉を指定の閾値未満に低減するように選択されうる。例えば、相互干渉は、コアを離間させることによって（例えばコア間が少なくとも４μ）、およびコアとクラッドとの間の屈折率差を増加させることによって低減されうる。コアは、空気孔または（例えばナノ粒子が組み込まれた）ドープポリマー材料などの構造体によって離間されうる。コア１１５は、中空であっても、ポリマー材料で作製されても、および／または屈折率を制御するためにナノ粒子を含んでもよい。ある実施形態では、外部孔アレイを有するハードウェアを置くことによってコントラストが向上されうる。ある実施形態では、ファイバ１００の出力と撮像システムとの間に光学素子（例えば光学素子９４）が追加され、クラッド１１３から来る出力をブロックし、したがって光学コア１１５から出る情報だけを伝達するように構成されうる。光学素子は、コアからのすべての情報のみを検出器９１に伝播させるために、すべてのコア位置について１の値およびすべてのクラッド位置について０の値を有する強度マスクを含みうる。
【００８３】
ある実施形態では、コア１１５とクラッド１１３との間の屈折率の差が十分に大きくなるように設計されてもよく、および／または異なるコア１１５内を伝播する放射間の相互作用を低減するために中間素子１１１が導入されてもよい。コア１１５および／またはクラッド１１３および／または素子１１１は、ナノ粒子が組み込まれたポリマーを含みうる。特定の波長でのナノ粒子のプラズモン共鳴に起因して、ドープ材料について有効な増加した屈折率が得られる。照明源１６０（例えば３つまたは４つのカラーレーザ６２および／または６４）の波長帯域に近くなるように（例えば数ｎｍ以内、例えば最大±５ｎｍ）特定の波長が選択されうる。プラズモン共鳴および照明レーザの帯域幅のいずれも狭いため、これらは照明波長でナノ粒子によって有効に増加された屈折率をもたらすように整合されうることに留意されたい。
【００８４】
ある実施形態では、それを通して光結合が得られない中空コアが、コア１１５の間の中間素子１１１として織り交ぜられうる（図６Ａ参照）。光結合中実コア１１５とそれらの周囲の媒体１１３との間の有効屈折率差を低減するために、中空コア１１１が使用されうる。
【００８５】
ある実施形態では、コア１１５は中空であり（図６Ｂ）、ドープまたはノンドープ固体ポリマーによって隔離されうる。中空コア１１５（空気孔）は材料損失を非常に大きく低減することが示されたため（図６Ｃ）、ガラスファイバと比較して比較的大きな損失を特徴とするポリマーファイバ１００を使用するときに特に有利である。ポリマーファイバの主な利点はそれらの可撓性であり、ある内視鏡用途（例えば上に提示したような腎臓結石の治療）で必要とされる強い曲げを可能にする。
【００８６】
（クラッド１１３および存在する場合には中間素子１１１のための）ファイバ材料およびドーピングは、ファイバ１００の必要な屈折率および機械的性質にしたがって選択されることができ、場合によっては屈折率に影響を与えるためにナノ粒子をドープした、様々な種類の生体適合性（または例えば非医療用途では生体適合性でない）ポリマーを含むことができる。コアを通した放射伝達を最適化するために屈折率の変化を最適化するために、照明波長範囲とナノ粒子の種類のいずれか一方または両方が選択されうる。実施形態のいずれにおいても、コア直径Ｄ１、中間素子の直径Ｄ２、およびコア間の距離Ｌは、指定の光学性能パラメータを達成するように構成されうる。
【００８７】
図７は、本発明の一部の実施形態による方法２００を示した高レベル概略フローチャートである。データ処理段階および制御段階はそれぞれのプロセッサによって実施されることができ、アルゴリズムはコンピュータ使用可能プログラムコードが有形に具現化されたコンピュータ使用可能媒体を含むそれぞれのコンピュータプログラム製品（単数または複数）によって実施されることができ、コンピュータ使用可能プログラムコードは、それぞれの段階の少なくとも一部を実行するように構成される。
【００８８】
方法２００は、例えば外部検出器のためにファイバに沿って反射照明を送達するように構成されたマルチコア撮像領域またはマルチコア先端を有する、少なくとも数百のコアを備えたファイバから内視鏡を構成するステップ（段階２１０）を含む。方法２００は、近視野撮像（ファイバ先端でのターゲット撮像）を実施するステップ（段階２１２）および／または遠視野撮像（ファイバ先端のフーリエ面）を実施するステップ（段階２１４）を含みうる。
【００８９】
ある実施形態では、方法２００は、それぞれが１／４未満、またはさらには１／９未満のフィルファクタで分布した少なくとも百のコアを有する一緒にグループ化された複数のファイバと、少なくとも１つのフォトニック照明ファイバとから内視鏡を構成するステップと、コアを内部を通って送達される放射に関してグループ単位で取り扱うことによって３次元センシングを実施するステップと、コア間のピッチ距離にわたるマイクロスキャニングによる超解像撮像を実施するステップと、内視鏡の視野および／または被写界深度をファイバの先端に面しそれと一致する領域を越えて向上させるようにファイバの遠位先端の少なくとも１つの光学素子を構成するステップとを含みうる。
【００９０】
方法２００は、損失および／またはコア間の相互干渉を低減するために、以下の段階、クラッド内に照明（および撮像）波長に近いプラズモン共鳴を有するナノ粒子を組み込むステップ（段階２２０）と、コアと例えば０．１異なる屈折率を有する（場合によってはナノ粒子を組み込んだ）中間素子によってコアを離間するステップ（段階２３０）と、空孔によってコアを離間するステップ（段階２３５）と、コアを空孔として構成するステップ（段階２４０）とのうちの少なくとも１つを含むことができ、隣接するコアを離間することによって隣接するコア間の相互干渉を低減するステップ（段階２４５）を含むことができる。
【００９１】
ある実施形態では、方法２００は、治療、吸引および／または照明のための作業チャネル（単数または複数）としてファイバ内に１つ以上の空隙を組み込むステップをさらに含みうる（段階２５０）。
【００９２】
ある実施形態では、方法２００は、治療および／または照明を集合的に動作する複数のファイバに分割するステップ（段階２６０）、および／またはファイバまたは空隙（単数または複数）の外周で追加のファイバを組み込むステップ（段階２６５）をさらに含みうる。方法２００は、作業チャネルを通して組み込まれたファイバを冷却するステップ（段階２６７）を含みうる。ある実施形態では、方法２００は、治療中に光入力を用いて治療および／または吸引を光学的または自動的に制御するステップ（段階２７０）、ならびに内視鏡によって身体結石を、例えば尿管鏡構成で腎臓結石を治療するステップ（段階２７５）をさらに含みうる。
【００９３】
方法２００は、遠位光学素子なしでレンズレスの構成を使用するステップ（段階２７７）、ならびに／または、例えばファイバ先端に光学素子（単数または複数）を取り付けるかまたは製造すること（段階２８０）によって、視野、被写界深度を制御し、画像多重化を実施しおよび／もしくは撮像パラメータを決定するために遠位光学素子を使用するステップ（段階２８２）をさらに含みうる。方法２００は、内視鏡の視野および／または被写界深度をファイバの先端に面しそれと一致する領域を越えて向上させるステップ（段階２８５）を含みうる。方法２００は、例えばブロックされた開口を有するレンズを使用して（段階２９２）、空隙に面するエリアを撮像するように光学素子を構成するステップ（段階２９０）と、コアと光通信する複数のプリズムを使用するステップ（段階２９５）および空隙に面するエリアを撮像するようにプリズムを構成するステップ（段階３００）、例えば各プリズムを１つ以上のコアに関連させるステップ（段階３０５）と、前者では偏光多重化のために複屈折光学素子を使用して（段階３１５）、異なる偏光、波長、波長範囲および／または照明のタイミングを用いて空隙に面するエリアを撮像するステップ（段階３１０）と、を含みうる。
【００９４】
ある実施形態では、方法２００は、解像度、視野および／または被写界深度を向上させるために（検出された放射に対して）超解像アルゴリズムを実施するステップ（段階３２０）をさらに含みうる。
【００９５】
ある実施形態では、方法２００は、コヒーレンス変調を最適化するためにＢａｒｋｅｒコードを使用することによってスペックルパターンを低減するステップ（段階３１７）をさらに含みうる。方法２００は、構造化光照明および処理を用いて３Ｄデータを導出するステップ（段階３１９）と、例えば時間多重化超解像コンセプトにおいて行われるように、場合によってはパターン化照明を使用して超解像処理を向上させるステップ（段階３２２）とをさらに含みうる。方法２００は、遠位先端で照明をビーム整形するステップ（段階３２４）をさらに含みうる。
【００９６】
ある実施形態では、方法２００は、コアを（検出器画素の整列に対して）不規則に先端断面に分布させるステップ（段階３３２）、コアを小さなフィルファクタで分布させるステップ（段階３３４）、および先端に面する領域のマイクロスキャニングを実施するステップ（段階３３６）のいずれかをさらに含みうる。ある実施形態では、方法２００は、例えば異なる先端位置で捕捉された複数の画像から各画素について最善の焦点を選択し、選択された最善の焦点での画素から向上した画像を構成することによって、異なる先端位置にわたって画素焦点を最適化することによって画像を向上させるステップ（段階３３８）を含みうる。
【００９７】
ある実施形態では、方法２００は、各グループによる波面センシングを実施するために、場合によってはコアのグループへの動的割り当てを用いて、コアをグループ単位で取り扱うステップ（段階３４０）を含みうる。方法２００は、例えば近視野およびマルチモードで動作する異なるコアでの光の方向を比較するなど、ライトフィールドセンシングを実施するステップを含みうる。
【００９８】
ある実施形態では、方法２００は、追加の視野および／または被写界深度情報を提供するために撮像されない波長を使用するステップ（段階３５０）をさらに含みうる。方法２００は、場合によっては撮像されない、診断波長範囲を使用して診断データを収集するステップ（段階３６０）を含みうる。実施形態のいずれにおいても、方法２００は、内視鏡を腹腔鏡または尿管鏡として構成するステップ（段階３７０）を含みうる。
【００９９】
ある実施形態では、方法２００は、複数の狭帯域波長を有するように照明を構成するステップ（段階３６２）、および場合によっては異なる波長での測定値から診断データ導出するステップ（段階３６４）、ならびに／または複数の狭帯域源に対する波長多重化を用いて超解像処理を向上させるステップ（段階３６６）をさらに含みうる。ある実施形態では、方法２００は、スペクトル拡幅をもたらすように選択されたゼロ分散点（単数または複数）を有するＰＣＦを使用して広帯域白色照明を提供するステップ（段階３６８）をさらに含みうる。
【０１００】
方法２００は、標準化されたファイバモジュールからファイバを製造するステップ（段階３８０）をさらに含みうる。ある実施形態では、方法２００は、ファイバモジュールを所望のファイバ断面形態または構成にパッケージングするステップ（段階３８２）を含む。方法２００は、例えばファイバの遠位先端でのファイバモジュールの周方向配設および近位先端でのファイバモジュールのコンパクト配設を有するように、ファイバに沿ってファイバモジュールの空間的関係を変更するステップ（段階３８５）を含みうる。
【０１０１】
ある実施形態では、方法２００は、例えばファイバ先端、ファイバ先端に関連する素子および／またはファイバ先端の周囲を加熱するために、例えば導電性被覆を介して電磁エネルギーをファイバ先端に送達する（段階３９０）ために、他のファイバモジュールを絶縁体としていくつかのファイバモジュールに導電性被覆を施すステップ（段階３８７）をさらに含みうる。方法２００は、光学素子の加熱された導電性被覆を介して、必要に応じて少なくとも１つの光学素子の曇りを防止し、曇りを除去するステップをさらに含みうる。
【０１０２】
図８Ａ〜図８Ｅは、本発明の一部の実施形態による、バンドルファイバの実験撮像結果の高レベル概略図である。撮像構成は図１Ｂに概略的に示される。提示された結果は、上述の画像処理アルゴリズムを適用する前の生データを表す。図８Ａ〜図８Ｃは、（一辺が４５０μでありファイバモジュール当たり約２３，０００のコアを有する１つのファイバモジュールからそれぞれ受信される４つのサブ画像から明らかであるように）２×２バンドルファイバを使用した３つの異なるターゲットの撮像を示す。ターゲットはそれぞれ、解像度ターゲット、人物（人および人形）ならびにアナトミーモデルである。図８Ｄは、直径１．８ｍｍで約５００，０００のコアを有する単一のマルチコアファイバによる撮像を示す。いずれの構成も、現在のファイバによっては得られない非常に高い解像度を達成する。図８Ｅは、捕捉画像に適用される画像向上アルゴリズムを適用することによって達成される結果を示す。
【０１０３】
図９Ａ〜図９Ｄは、本発明の一部の実施形態による、内視鏡１０５の性能の例を提供する画像である。図９Ａは、ファイバ１００のマルチコア構成の一例を示し、図示の非限定的なケースでは、ファイバ１００は、０．４５ｍｍの外径を有し、８０，０００を上回るコアと一体化された照明チャネルとを含む。下の画像は、上の画像でマークされたセクションの拡大図である。図９Ｂは、指の爪（ａ）、口（ｂ）、歯（ｃ）および指先（ｄ）の内視鏡１０５による画像例を示す。これらの画像は、８０，０００を上回るコアを含む０．４５ｍｍの外径のファイバ１００を用いて撮影され、上に開示されたように処理された。図９Ｃおよび図９Ｄは、処理ステップの例、すなわちアーティファクトおよびコアトレースの除去（図９Ｃに示す）ならびに解像度および倍率の改善（結果の品質改善の例が図９Ｄに示される）を示す。例えば、開示された画像処理アルゴリズムは、３００，０００画素の解像度で図９Ｄの鮮明化された画像を提供する。マルチコアファイバ１００から得られる画像は安定し、ファイバの曲げによって影響されず、従来技術のマルチモードファイバの性能を上回るのが有利である。非常に細い内視鏡１０５が、高い操作性および多数の医学的状況への対応と組み合わせて高解像度の医療用撮像を提供するのが有利である。
【０１０４】
以上の説明において、実施形態は本発明の例または実施態様である。「一実施形態」、「実施形態」、「ある実施形態」または「一部の実施形態」の様々な出現は、必ずしもすべてが同じ実施形態をさすとは限らない。
【０１０５】
本発明の様々な特徴が単一の実施形態に関連して説明されうるが、これらの特徴は別々にまたは任意の適切な組み合わせで提供されてもよい。逆に、本発明は本明細書において明確のために別々の実施形態に関連して説明されうるが、本発明は単一の実施形態で実施されてもよい。
【０１０６】
本発明のある実施形態は、上に開示された異なる実施形態からの特徴を含むことができ、ある実施形態は、上に開示された他の実施形態からの要素を組み込むことができる。特定の実施形態に関連する本発明の要素の開示は、それらの用途を特定の実施形態のみに限定するものとして解釈されてはならない。
【０１０７】
さらに、本発明は様々なやり方で実行または実践されることができ、本発明は以上の説明で概説したもの以外のある実施形態で実施されうることを理解されたい。
【０１０８】
本発明は、これらの図または対応する説明に限定されない。例えば、流れは、図示された各ボックスまたは状態を通って、または図示および説明されたのと全く同じ順序で進む必要はない。
【０１０９】
本明細書で使用される技術的および科学的用語の意味は、別段の定めがない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものとする。
【０１１０】
本発明が限られた数の実施形態に関して説明されているが、これらは本発明の範囲に対する限定として解釈されてはならず、むしろ好ましい実施形態のいくつかの例示として解釈されねばならない。他の可能な変形、修正、および応用もまた本発明の範囲内である。したがって、本発明の範囲は、記載されているものによって限定されてはならず、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物によって限定されるべきものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【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】
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【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】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図７−４】
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【図７−５】
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【図７−６】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【国際調査報告】
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