JP2010511432A

JP2010511432A - 多重集光器を利用した走査ビーム撮像装置および内視鏡

Info

Publication number: JP2010511432A
Application number: JP2009539384A
Authority: JP
Inventors: エイウイクロフ，クリストファー; ピーワイヤー，マイケル
Original assignee: マイクロビジョン，インク．
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2010-04-15
Also published as: US20070244357A1; EP2088915A1; WO2008070298A1; US7476197B2

Abstract

【課題】
多重集光器を利用した走査ビーム撮像装置および走査ビーム内視鏡の装置および方法を提供する。
【解決手段】
多重集光器を利用した走査ビーム撮像装置および走査ビーム内視鏡の装置および方法を開示している。一態様では、走査ビーム撮像装置を開示している。走査ビーム撮像装置は、対象物の関心領域上にビームを走査するように動作可能な走査ビーム源を含んでいる。走査ビーム撮像装置は、関心領域から反射された光を収集するように構造化された第１集光器と、走査先端部に対して位置決め可能な第２集光器とをさらに含んでいる。第２集光器は、関心領域を透過した光を収集するように構造化されている。
【選択図】図２

Description

本発明は走査ビームシステム、より詳しくは走査ビーム撮像装置および内視鏡に関する。

１９８０年代以来、人体の内部を観察するためにビデオ内視鏡が一般に使用されている。内視鏡は一般的に、光を収集し、光を電子信号に変換するように構成されたデジタルカメラまたは走査ビーム撮像装置などの撮像ユニットを含んだ内視鏡先端部を有した可撓性または剛性のデバイスである。電子信号が可撓性管からコンソールに送られて、表示と医師や看護師などの医療専門者による観察とを実現する。

性能を向上させるため、特殊内視鏡がその目的とする機能を最も良く達成するように開発されてきた。例えば、食道、胃、および十二指腸を検査するために上部内視鏡が使用され、結腸を検査するために結腸内視鏡が使用され、血管を検査するために血管内視鏡が使用され、気管支を検査するために気管支鏡が使用され、腹膜腔を検査するために腹腔鏡が使用され、関節腔を検査するために関節鏡が使用されている。可撓性Ｓ字結腸鏡として知られている、直腸およびＳ字結腸を検査するための機器も開発されている。本明細書における内視鏡についての議論は一般的に、これらおよび他のタイプの内視鏡に当てはまり、本明細書で使用する「内視鏡」という言葉は、これらおよび他のこのようなデバイスの全てを網羅する。

走査ビーム内視鏡は極めて最近の革新技術であり、走査ビーム内視鏡の一例が、「走査内視鏡」という名称の米国特許出願第１０／８７３５４０号（「‘５４０出願」）明細書に開示されている。この明細書は参照により本明細書の一部を構成している。図１は‘５４０出願明細書に開示された走査ビーム内視鏡１０を示している。走査ビーム内視鏡１０は制御モジュール１２とモニタ１４を含んでおり、それらは全てカート２２に取り付けられることができ、まとめてコンソール２０と呼ばれている。走査ビーム内視鏡１０は内視鏡先端部３０をさらに含んでいる。内視鏡先端部３０は、視野（ＦＯＶ）にわたってビームを走査するように構成された走査モジュールを備えた走査先端部３２と、ＦＯＶから反射光を収集し、さらなる処理をするために、信号を光信号として、または光信号から電気信号への変換器を使用して走査先端部３２で変換される場合は電気信号として、コンソール２０に伝送する検出用光ファイバ（図示せず）とを有している。

制御モジュール１２は、走査先端部３２からのビームの走査を制御する走査先端部制御装置１６と、走査先端部３２から受信した、ＦＯＶの特徴を示した画像データ信号を処理する画像処理装置１８とを含んでいる。コンソール２０は、コネクタ２４を介してコンソール２０に接続された外部ケーブル２８によってハンドピース２６と連絡している。ハンドピース２６は内視鏡先端部３０に動作可能に連結されて、使用者が内視鏡先端部３０の位置と画像収集機能とを操作できるようにしている。

米国特許出願第１０／８７３５４０号

内視鏡先端部３０とその走査先端３２とは、体腔の内部表面を撮像するように体腔の中に挿入されるように構成されている。動作中、走査先端３２はＦＯＶにわたって光ビームを走査し、体腔内部から反射光を検出用光ファイバ（図示せず）によって収集し、内部表面の画像を表した画像データ信号を、画像処理のために画像処理装置１８に伝送する。ＦＯＶのビデオ画像が、画像処理装置１８によって光ビームが走査される時系列パタンに従って生成される。画像処理装置１８によって生成された画像はモニタ１４上に表示され、医療専門者によって診断される。走査ビーム内視鏡１０は効果的な内視鏡であるが、走査先端部３２の検出用光ファイバ（図示せず）は、ＦＯＶからの反射光を収集するためにしか使用することができない。その結果、検査中の組織または器官についての情報が限定される。

多重集光器を利用した走査ビーム撮像装置および走査ビーム内視鏡のための装置および方法をここに開示する。一態様では、走査ビーム撮像装置を開示する。前記走査ビーム撮像装置は、対象物の関心領域にビームを走査するように動作可能な走査ビーム源を含んでいる。前記走査ビーム撮像装置は、前記関心領域から反射された光を収集するように構造化された第１集光器と、前記走査先端に対して位置決め可能な第２集光器とをさらに含んでいる。前記第２集光器は前記関心領域を透過した光を収集するように構造化されている。

他の態様では、第１側面と対向した第２側面とを有した対象物の関心領域の画像を捕らえる方法を開示している。走査ビーム源が設けられている。前記対象物の前記第１側面から反射された光を受信するように第１集光器が位置決めされている。前記関心領域と前記対象物の前記第２側面とを透過した光を受信するように第２集光器が位置決めされている。前記関心領域の中で前記対象物の前記第１側面にビームが走査される。前記第１側面から反射された光の少なくとも一部分が前記第１集光器で収集される。前記関心領域と前記第２側面とを透過した光の少なくとも一部分が前記第２集光器で収集される。収集された光に基づいて前記関心領域の特徴を示した画像が生成される。又、他の態様では、走査ビーム内視鏡を開示している。走査ビーム内視鏡は、対象物の関心領域にビームを走査するように動作可能な走査先端を含んでいる。前記走査ビーム内視鏡は、前記関心領域から反射された光を収集するように構造化された第１集光器と、前記走査先端部に対して位置決め可能な第２集光器とをさらに含んでいる。前記第２集光器は、前記関心領域を透過した光を収集するように構造化されている。

さらに他の態様では、走査ビーム内視鏡を備えた内視鏡検査を実施する方法を開示している。走査ビーム内視鏡の走査先端が体腔の中に導入される。前記体腔内部に第１集光器が位置決めされることができる。前記体腔の外部に第２集光器が位置決めされることができる。前記走査先端部から発されたビームが前記体腔内の関心領域上に走査される。前記関心領域に反射した光の少なくとも一部分が前記第１集光器によって収集され、前記関心領域を透過した光の少なくとも一部分が前記第２集光器で収集される。

従来技術による走査ビーム内視鏡の概略図である。一実施形態による、対象物の関心領域から反射された光を収集する第１集光器と関心領域を透過した光を収集する第２集光器とを含んだ走査ビーム撮像装置の機能ブロック図である。対象物の関心領域から反射された光を収集し、関心領域を透過した光を収集する、多重集光器を含んだ走査ビーム撮像装置であって、各集光器は他の実施形態による対応した光検出器を有している走査ビーム撮像装置の機能ブロック図である。一実施形態による図２および３Ａ〜３Ｂの走査ビーム撮像装置の教示を組み込んだ走査ビーム内視鏡の概略図である。図４に示した走査先端部の概略部分等角図である。図５の走査モジュールの概略部分垂直断面図である。さらに他の実施形態による複数の集光器を利用した走査ビーム内視鏡の概略図である。一実施形態による、体腔の関心領域を撮像するために使用されている図４の走査ビーム内視鏡を示した概略断面図である。さらに他の実施形態による、集光器としてのトロカールハウジングの使用を示した概略断面図である。

多重集光器を利用した走査ビーム撮像装置および走査ビーム内視鏡のための装置および方法をここに開示する。特定の実施形態について多くの具体的な詳細を以下の記述および図面に示して、このような実施形態に対する充分な理解を実現するようにする。しかし、当業者であれば、さらなる実施形態が存在してよいこと、あるいはここに開示する実施形態を以下の記述で述べる詳細のうちのいくつかを備えずに実践してもよいことを理解するであろう。以下に続く図面および記述では、同様の要素および特徴物は、同様または類似の参照数字によって識別する。

図２は、反射光と透過光の両方から画像情報を受信するように動作可能な走査ビーム撮像装置４０の一実施形態の機能ブロック図である。したがって、走査ビーム撮像装置４０は、ＦＯＶ内の関心領域の色素沈着性と透過性の違いを識別し、包含物、実質的に薄い壁厚、または光の関心領域の透過性に影響を及ぼす他の物理的または光学的特徴などの、関心領域の表面下の特徴を識別する能力がある。走査ビーム撮像装置４０は走査ビーム源４２を含んでおり、走査ビーム源４２は、第１側面３４と対向した第２側面３６とを有した対象物６２の関心領域に、ビーム４４をＦＯＶにわたって走査するように動作可能である。走査ビーム源４２は、ＦＯＶにわたってビームを走査するように動作可能な微小電子機械（ＭＥＭＳ）走査器、アクチュエータを使用して選択された走査パタンで移動する光ファイバ、または他の適切な走査ビーム源を含むことができる。さらに、走査ビーム源４２は、選択された偏光状態を有したビームを走査するように構成されることができる。

走査ビーム撮像装置４０は、走査ビーム源４２とは独立して位置決めされることができかつ対象物６２上の関心領域に反射した光を収集するように構成されることができる集光器５０ａをさらに含んでいる。一つまたは複数のフォトダイオードなどの光検出器５２ａが集光器５０ａに光学的に連結されることによって、集光器５０ａによって収集された反射光が集光器５２によって受信され、電気画像データ信号に変換されることができるようにする。走査ビーム撮像装置４０は、走査ビーム源４２とは独立して位置決めされることができかつ対象物６２の関心領域および第２側面３６を透過した光を収集するように構成されることができる他の集光器５０ｂをさらに含んでいる。集光器５２ｂが集光器５０ｂに光学的に連結されることによって、集光器５０ｂによって収集された透過光が光検出器５２ｂによって受信することができるようにする。集光器５０ａおよび５０ｂはレンズ、光ファイバまたは光ファイバ束、あるいは反射光４６と透過光４８を案内、集束、および／またはコリメートするように構成された他の適切な構造物であってもよい。

走査ビーム４４が対象物６２の第１側面３４上の画素を照射する間、照射走査ビーム４４の一部分が対象物６２の特性によって画素で反射されて（鏡面反射光、ならびに散乱光とも呼ばれる拡散反射光など）、反射光４６を作り出す。また、関心領域にわたって走査された走査ビーム４４の一部分は、対象物６２の第２側面３６から透過され、透過光４８として表され、集光器５０ｂによって収集されることができる。

走査ビーム源４２と光検出器５０ａおよび５０ｂとに制御システム５４が連結されている。制御システム５４は、走査ビーム源４２に連結されて走査ビーム源４２のビーム４４の走査を制御するように構成された走査ビーム源制御装置５６を含んでいる。制御システム５４は、光検出器５２ａおよび５２ｂに連結された画像処理装置５８をさらに含んでいる。画像処理装置５８は、集光器５０ａおよび５０ｂそれぞれによって受信した反射光４６と透過光４８のタイミングおよび明暗度に対応した電気画像データ信号を光検出器５２ａおよび５２ｂから受信する。画像処理装置５８は、電気画像データ信号に基づいて関心領域のデジタル表現を生成し、それらを伝送して、モニタ６０における表示および／またはさらなる処理、デコード、記録保管、印刷、またはインタフェース５６を介した他の取扱いまたは使用を行えるようにする。関心領域の画像は、画像処理装置５８によって、光検出器５２ａおよび５２ｂから受信した電気画像データ信号を、対象物６２の関心領域上の特定の画素がビーム４４で走査される時間と、特定の走査パタンにおける画素の位置とに相関させることによって生成されることができる。

図２では光検出器５２と集光器５０を別々に示しているが、集光器５０は省略されてもよい。このような実施形態では、ＰＩＮフォトダイオードまたは他のタイプの電気‐光変換器などの光検出器５２ａおよび５２ｂは、受信した光を収集し、電気画像データ信号に変換する働きをする。

一部の実施形態では、増幅器（図示せず）を光検出器５２ａおよび５２ｂに連結して、電気画像データ信号を画像処理装置５８に伝送する前にそれらを増幅することができる。増幅器はトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）または他の適切な増幅器であってもよい。一部の実施形態では、増幅器および／または光検出器を、集光器５０ａおよび５０ｂのそれぞれと物理的に一体化することができる。

走査ビーム撮像装置４０は、反射光と透過光の両方から画像情報を収集することができる。したがって、走査ビーム撮像装置４０は、対象物６２の第１側面３４上の特定の画素が、それが暗く着色されている（即ちビーム４４を吸収している）ことから暗いのか、第１側面３４上の特定の画素が走査ビーム４４のエネルギーに対して近隣画素よりも高透過性であることから暗いのかを識別する能力がある。例えば、対象物６２上の関心領域の一部分が走査ビーム４４を実質的に吸収することに起因して走査ビーム４４が実質的に反射されないことから特定の画素が暗く見える場合もあるが、関心領域上の特定の画素が走査ビーム４４に対して実質的に透過性であることから他の画素が暗く見える場合もある。関心領域上の特定画素が実質的に透過性である場合、関心領域を通った透過光４８は集光器５０ｂによって収集され、光検出器５２ｂによって検出される。したがって、関心領域を透過した光を検出する走査ビーム撮像装置４０の能力によって、特定の画素が走査ビーム４４を吸収するのか、走査ビーム４４の少なくとも一部分を透過するのかを識別することが可能になる。

画像観察者に対して関心領域の特定セクションの物理的および／または光学的特性同士に差異がある場合があることを注意喚起するように、撮像中の関心領域を透過した光（即ち図２の光４８）に関連付けられた情報が多様な形で表示されることができる。一実施形態では、光を透過させる撮像中の関心領域のセクションがモニタ６０上に示されることができる。様々な実施形態において、画像処理装置５８によって生成された画像は、相当量の光を透過させる関心領域のセクションを画定した赤い境界線、相当量の光を透過させる関心領域のセクションを取り囲んだ円、または観察者に注意を喚起する他の適切な指示などの指示を含んでいる。他の実施形態では、相当量の光を透過させる関心領域のセクションは、そのセクションをある画像枠では明るく、他の画像枠では顕著に暗く示すことによってモニタ６０上に表示されることができる。

他の実施形態では、光検出器５２ａおよび５２ｂは、集光器５０ａおよび５０ｂから受信した光の偏光状態に対して感受性を示すことができる。このような実施形態では、走査ビーム源４２によって走査されたビーム４４は、選択された偏光状態を有している。光検出器５２ａおよび５２ｂは偏光状態に対して感受性を示すことから、光検出器５２ａおよび５２ｂは、集光器５０ａおよび５０ｂによって収集された光が第１側面３４からの反射光４６であるか、または第２側面３６を透過した透過光４８であるのかを判定することが可能である。

図３は、他の実施形態による走査ビーム撮像装置８０の機能ブロック図である。走査ビーム撮像装置８０は、図２の走査ビーム撮像装置４０内に含まれた構成要素と同じものを多数有している。したがって、簡略にするために、二つの走査ビーム撮像装置４０と８０の互いに対応した構成要素には同じまたは類似の参照数字を設けており、それらの構造および動作についての説明は繰り返さない。走査ビーム撮像装置８０では、集光器５０はそれぞれ光検出器５２の一つに連結されている。動作中、集光器５０_１〜５０_５のうちの一つが関心領域上の特定の画素から比較的弱い光信号を受信することができ、集光器５０_１〜５０_５のうちの他の一つが関心領域上の同じ画素から比較的強い光信号受信することができる。したがって、集光器５０_１〜５０_５のうちの一つの位置によって結果的に弱いまたは存在しない光信号を受信することになる場合に、多重集光器５０_１〜５０_５の使用は収集源を多様化する。集光器５０_１〜５０_５の数を図３で示した数から変えてよいことが強調されるべきである。さらに、走査ビーム撮像装置４０と同様に、集光器５０_１〜５０_５はそれぞれ走査ビーム源４２とは無関係に位置決め可能である。

走査ビーム撮像装置８０では、画像処理装置５８は、反射光を受信する関心領域の第１側面３４上の光検出器５２のそれぞれから受信した電気画像データ信号同士を比較し、画像データ信号を平均化し、または特定の画像データ信号を選択的に増量化することができる。例えば、一実施形態では、画像処理装置５８は関心領域から特に強い反射信号を廃棄することができる。他の実施形態では、画像処理装置５８は、対象物６２の第１側面３４上の光検出器５２からの電気画像データ信号同士を組み合わせ、対象物６２の第２側面３６上の電気画像データ信号同士を組み合わせることができる。さらに、画像処理装置５８は、関心領域から集光器５０へと透過した光を受信する光検出器５２から伝送された画像データ信号に対して、同じタイプの信号処理を実施することができる。

走査ビーム撮像装置４０および８０についての教示を走査ビーム内視鏡において実装することができる。図４から６は、このような教示を組み込んだ一実施形態による走査ビーム内視鏡１００を示している。図４で示しているように、走査ビーム内視鏡１００は制御モジュール１０２およびモニタ１０４を含んでいるが、それら全てがカート１２６上に取り付けられることができ、全体としてコンソール１２４と呼ぶことができる。制御モジュール１０２は、走査端部１２０の動作を制御する制御装置１０６と、撮像中の関心領域から反射されおよび／または透過した光に関連付けられた画像データ信号を処理する画像処理装置１０８と、制御装置１０６に連結された光源１１０と、光検出モジュール１１２とを含んでいる。使用者が内視鏡先端部１１８の位置と画像収集機能とを操作することを可能にするように、ハンドピース１１４が制御モジュール１０２に外部ケーブル１１６によって動作可能に連結されている。

内視鏡先端部１１８は走査先端部１２０、ならびにハンドピース１１４に取り付けられた近位端部１２３と走査先端部１２０に取り付けられた遠位端部１２５とを有した空洞の細長い本体１２２を含んでいる。空洞の細長い本体１２２は、走査先端部１２０に関連付けられた光ファイバおよび電線などの光学的および電気的構成要素を被覆している。内視鏡の用途に応じて、細長い本体１２２は可撓性または剛性であってもよい。走査先端部１２０は、ＦＯＶにわたってビームを走査するように構成された走査モジュール１３４（図５および６）と、ＦＯＶ内の関心領域から反射された光を収集して光信号を光検出モジュール１１２に伝送する複数の検出光ファイバ１３２（図５）とを含んでいる。

走査ビーム内視鏡１００は一つまたは複数の集光器５０をさらに含んでいる。集光器５０は、走査先端部１２０とは独立して位置決め可能であり、空洞の細長い本体１２８によって被覆された一つまたは複数の光ファイバを介して光検出モジュール１１２に光学的に連結されている。光検出モジュール１１２は、走査先端部１２０および集光器５０から受信した光信号を電気画像データ信号に変換し、電気画像データ信号を画像処理装置１０８に伝送するように動作可能である。上述の走査ビーム撮像装置の実施形態と同様に、光検出モジュール１１２は、関心領域から受信した光を電気画像データ信号に変換する一つ以上のフォトダイオードを含むことができる。光検出モジュール１１２を制御モジュール１０２内に位置付けて示しているが、他の実施形態では、一つ以上のフォトダイオードが集光器５０と物理的に一体化されることができ、それによって変換された電気画像データ信号が画像処理装置１０８に伝送されることができ、光ファイバではなく電線を介して処理することができる。一部の実施形態では、ＴＩＡなどの増幅器が集光器５０と物理的に一体化され、または制御モジュール１０２内に位置付けられて、電気画像データ信号を増幅してから画像処理装置１０８に伝送することもできる。

図５および６はそれぞれ、走査先端部１２０と走査先端部１２０の走査モジュール１３４とをより詳しく示している。図５を参照すると、走査先端部１２０は、走査モジュール１３４と、検出光ファイバ１３２と、ハウジング１３０の端部に取り付けられた端部キャップ１３５とを被覆および担持したハウジング１３０を含んでいる。検出光ファイバ１３２は、ハウジング１３０の中で走査モジュール１３４のまわりで周囲方向に配設されて関心領域から受信した反射光を光検出モジュール１１２に伝送することができる。図６を参照すると、走査モジュール１３４は、ＭＥＭＳ走査器１４２および関連した構成要素を被覆かつ支持したハウジング１３８と、ハウジング１３８にフェルール１５０によって取り付けられて光源１１０に連結された照射光ファイバ１５２と、ビーム成形光素子１４６とを有している。走査モジュール１３４の繊細な構成要素を保護するために、ハウジング１３０の端部にドーム１４０が取り付けられ、そこに密閉されることができる。一部の実施形態では、光源１１０は偏光を出力することができ、ドーム１４０は、走査ビーム１４４が選択された偏光状態を示すときのみそれを伝送するように構造化されることができる。

走査先端部１２０の実施形態では、ＦＯＶから受信した光を収集するために、検出光ファイバ１３２または他の収集光学部品が使用されることができる。しかし、他の実施形態では、検出光ファイバ１３２、集光器５０、またはそれらのいずれもが省略され、代わりに、ＰＩＮフォトダイオードなどの光検出器、または受信した光を収集して電気画象データ信号に変換してこのような信号を制御モジュール１０２の画象処理装置１０８に伝送する働きをする他のタイプの電気‐光変換器を使用することができる。

動作中、器官または組織の関心領域を撮像するために走査先端部１２０が体腔の中に挿入される。集光器５０は、体腔を画定した壁の外部上または外部付近に位置決めされる。照射光ファイバ１５２が光源１１０から光を受信し、ビーム１４８を出力する。ビーム１４８は、選択されたビーム形状を有した成形ビーム１３６を形成するようにビーム成形光素子１４６によって成形される。成形ビーム１３６は、ＭＥＭＳ走査器１４２の中央部のアパチャまたはＭＥＭＳ走査器１４２内の他の開口部から伝送され、ドーム内部の第１反射表面１３８から走査器１４２の正面へと反射され、次いで走査器１４２から走査ビーム１４４としてドーム１４０を通して反射されることができる。走査ビーム１４４はＦＯＶにわたって走査され、体腔の関心領域から反射される。反射光（鏡面反射光、ならびに散乱光とも呼ばれる拡散反射光など）の少なくとも一部分が走査先端部１２０の検出光ファイバ１３２によって収集され、光検出モジュール１１２に伝送され、続いて画像処理装置１０８に伝送される。独自に位置決め可能な集光器５０は関心領域を透過した光も収集し、使用中の集光器５０の個々の構成に応じて光信号または電気信号のいずれかを画像処理装置１０８に伝送する。画像処理装置１０８は、走査先端部１２０および集光器５０から受信した画像信号を処理して、撮像中の関心領域の特徴を示した画像を生成する。

図４には、集光器５０を一つだけ備えた走査ビーム内視鏡１００を表している。図７に示した他の実施形態では、走査ビーム内視鏡１６０は、走査先端部１６２とは独立して位置決めされることができる複数の集光器５０を含んでいる。図４および５の走査先端部１２０とは異なって、走査先端部１６２は走査モジュール１３４と走査モジュール１３４を覆った外部シースなどの他の関連した構成要素とだけを含んでいる場合があり、したがって走査先端部１２０の集光能力に欠いている。一実施形態では、集光器５０はそれぞれ、図３に示した走査ビーム撮像装置８０と同様のやり方で光検出器に連結されることができる。他の実施形態では、集光機能が一体化された走査先端部１２０が多重集光器５０と組み合わせて使用されて、関心領域からの反射光を検出することができる。また、関心領域からの透過光を収集するために追加の集光器５０が使用されてもよい。多重集光器と光検出器が使用される場合、画像処理装置１０８は走査ビーム撮像装置８０と同様のやり方で電気画像データ信号同士を比較することができる。

図８は、一実施形態による走査ビーム内視鏡１００を使用する方法の概略図を示している。図８を参照して述べるこの方法は、一方端部に食道１８６、他方端部に小腸１８８を有したヒトの胃１７０を撮像するために走査ビーム内視鏡１００を使用しているところを示している。しかし、この方法は、任意の体腔あるいは器官壁または他の組織壁を撮像するために使用されることもできる。走査先端部１２０は、内部表面１７８と外部表面１８０を備えた胃壁１８２によって画定された胃腔１７２を有した胃１７０の中に食道１８６を通して挿入されることができる。集光器５０は、胃１７０を取り囲んだ空間内で、胃壁１７２の外部表面１８０上または外部表面１８０付近に位置決めされることもできる。走査先端部１２０はビーム１７４を内部表面１７８上に走査する。胃壁１７２の内部表面１７８は、反射光１７６として示した、走査先端部１２０で収集された走査ビーム１７４の一部分を反射することができる。走査ビーム１７４からの光の一部が胃壁１７２から透過され、胃１７０の外部上に位置決めされた集光器５０で収集されることができる。

走査ビーム内視鏡１００は、反射されて分析中の組織を透過した光の量に基づいて、身体異常および異なった疾患状態に対して感受性を有することができる。例えば、胃壁１７２内の流体充填内包物が、流体充填内包物が無い場合よりも走査ビーム１７４からの光をより多く透過させることから検出される場合がある。さらに、走査ビーム内視鏡１００は、器官または他の組織内の関心領域を透過した光を検出するように構成されているので、組織の厚みが判定されることができる。

図７の走査ビーム内視鏡１６０が使用されて、例えば図８に示した胃１７０を検査するとき、集光器の数を増やすように胃腔１７２の内部に集光器５０がもう一つ位置決めされることによって、それら集光器のうちの少なくとも一部が胃１７０の内部表面１７８から反射された光を受信するようにすることができ、集光器の数を増やすように一つ以上の集光器５０が胃１７０の外部表面１８０上または外部表面１８０付近に位置決めされて、胃壁１８２を通して透過した光を受信するようにすることができる。

一実施形態では、集光器５０はそれぞれ複数の光ファイバをトロカールハウジングの中に位置決めして含むことができ、あるいはトロカールハウジングが透過光１８４の波長に対して少なくとも部分的に透過性である材料から形成され、したがって集光器として機能するようにしてもよい。当技術分野で周知のように、トロカールはトロカールハウジングと、トロカールハウジングに取り付けられて穴を有したカニューレアセンブリと、穴を通って滑動して被検物内に切開口を作成する塞栓子とを含むことができる。図９を参照すると、一実施形態では、撮像中の主体腔（胃１７０の胃腔１７８など）を取り囲んだ体腔１９８の内部にアクセスを得るために、組織１９６の中にトロカールハウジング２００が挿入されてよい。次いで外科用メス２０４または鉗子、あるいは個々の集光器５０などの手術道具をトロカールハウジング２００内の穴２０２から挿入することができるが、トロカールハウジング２００は、透過光１８４を収集するために使用することもできる。一部の実施形態では、トロカールハウジング２００のうちの一つを使用して周囲体腔１９８にアクセスして透過光１８４を収集することに加えて、またはその代替方法として、反射光１７６を収集するために、撮像中の胃腔１７８などの主体腔へのアクセスを得るようにトロカールハウジング２００が使用されることができる。当然ながら、走査ビーム１７４を提供し、および／または反射光１７６を収集するために、走査先端部１２０または１６２、手術道具、あるいは個々の集光器５０がトロカールハウジング２００の穴２０２から挿入されてよい。

身体的な異常があるかもしれないことを、画像を分析している人に注意喚起するために、検査中の組織を通して透過した光（図８の光１８４など）に関連付けられた情報が多様な異なったやり方で表示されることができる。一実施形態では、光を透過させる撮像中の関心領域のセクションがモニタ１０４上に表示されることができる。様々な実施形態において、画像処理装置１０８によって生成された画像は、相当量の光を透過させる関心領域のセクションを画定した赤い境界線、相当量の光を透過させる関心領域のセクションを囲んだ円、または観察者に注意を喚起する他の適切な指示などの指示を含んでいる。他の実施形態では、相当量の光を透過させる関心領域のセクションが、そのセクションをある画像枠では明るく、他の画像枠では顕著に暗く示すことによってモニタ１０４上に表示されることができる。したがって、本明細書に開示した観察者に指示を提供するための様々な実施形態は、観察者に対して関心領域の特定のセクションが周囲のセクションとは異なった光学的および／または物理的特性を有していることを示して、その組織が罹患している、または周囲のセクションより実質的に薄い、または流体充填内包物を有している、またはそれらの組み合わせであるかもしれないことを示す。

以上から、例証する目的で本発明の具体的な実施形態を本明細書に述べたが、本明細書の精神および範囲から逸脱せずに様々な修正形態を実施することができることは明白である。したがって、本発明はここに添付する請求の範囲以外には限定されない。

Claims

対象物の関心領域上にビームを走査するように動作可能な走査先端部と、
前記関心領域から反射された光を収集するように構造化された第１集光器と、
前記走査先端部に対して位置決め可能な、前記関心領域を透過した光を収集するように構造化された第２集光器と、
を備える、走査ビーム内視鏡。
前記第１集光器は前記反射光を電気信号に変換するように動作可能な第１光検出器を備え、
前記第２集光器は前記透過光を電気信号に変換するように動作可能な第２光検出器を備える、
請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２光検出器の少なくとも一方は少なくとも一つのフォトダイオードを備える、請求項２に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２光検出器の少なくとも一方は光の偏光状態を検出するように動作可能である、請求項２に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２集光器の少なくとも一方は、前記関心領域から光を受信しかつ前記受信した光を前記対応した光検出器に伝送するように構成された集光素子を備える、請求項２に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２集光器の少なくとも一方は、前記関心領域から実質的に直接光を受信するように位置合わせされている、請求項２に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１集光器に連結されてそこから前記反射光を受信する、前記反射光を電気信号に変換するように動作可能な第１光検出器と、
前記第２集光器に連結されてそこから前記透過光を受信する、前記透過光を電気信号に変換するように動作可能な第２光検出器と、
をさらに備える、請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２光検出器の少なくとも一方は少なくとも一つのフォトダイオードを備える、請求項７に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２光検出器の少なくとも一方は光の偏光状態を検出するように動作可能である、請求項７に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１集光器は、前記関心領域から反射された光を収集して前記関心領域から反射された前記光に対応した第１画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第１集光素子を備え、
前記第２集光器は、前記関心領域を透過した光を収集して前記関心領域を透過した前記光に対応した第２画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第２集光素子を備え、
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号を比較するように動作可能な画像処理装置をさらに備える、
請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
前記画像処理装置は、前記第１集光素子から受信した前記第１画像データ信号と前記第２集光素子から受信した前記第２画像データ信号との少なくとも一部を平均化するように動作可能な、請求項１０に記載の走査ビーム内視鏡。
前記画像処理装置は、前記第１集光素子から受信した前記第１画像データ信号と前記第２集光素子から受信した前記第２画像データ信号との少なくとも一部を選択的に増量化するように動作可能である、請求項１０に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第２集光器は、前記走査先端部に対して位置決め可能であって前記関心領域を透過した光を収集するように構造化された複数の集光器を備える、請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
前記走査先端部は、前記関心領域上に前記ビームを走査するように動作可能な走査モジュールを備え、さらに前記第１集光器は複数の検出光ファイバを前記走査モジュールのまわりに位置決めして備える、請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
前記走査モジュールは、前記ビームを走査するように動作可能な微小電子機械（ＭＥＭＳ）走査器を備える、請求項１４に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２集光器はそれぞれ以下、即ち光ファイバ、光ファイバ束、およびレンズのうちの少なくとも一つを備える、請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
少なくとも一つの光検出器と、
前記少なくとも一つの光検出器に連結されて前記反射光および透過光の特徴を示した画像データ信号を受信する画像処理装置であって、前記関心領域の特徴を示した画像を生成するように動作可能であり、前記画像は前記関心領域内の前記ビームの高透過性領域を示す指示を含んでいる画像処理装置と、
前記画像処理装置に連結されて前記画像を表示するように動作可能な表示器と、
をさらに備える、請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
前記走査先端部に偏光を供給するように動作可能な偏光源をさらに備える、請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
前記第１および第２集光器の少なくとも一方はトロカールハウジングとして構成される、請求項１に記載の走査ビーム内視鏡。
走査ビーム内視鏡で内視鏡検査を実施する方法であって、
前記走査ビーム内視鏡の走査先端部を体腔の中に導入することと、
前記体腔の内部に第１集光器を位置決めすることと、
前記体腔の外部に第２集光器を位置決めすることと、
前記走査先端部から発されたビームを前記体腔の中の関心領域上に走査することと、
前記関心領域に反射した光の少なくとも一部分を前記第１集光器で収集することと、
前記関心領域を透過した光の少なくとも一部分を前記第２集光器で収集することと、
を備える方法。
前記走査先端部は前記第１集光器を含み、前記体腔の内部に第１集光器を位置決めする前記動作は前記体腔の中に前記走査先端部を位置決めすることを備える、請求項２０に記載の方法。
前記第１集光器によって収集された前記反射光と前記第２集光器によって収集された前記透過光とに基づいて画像を生成することをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
前記第１集光器によって収集された前記反射光と前記第２集光器によって収集された前記透過光とに基づいて画像を生成する前記動作は、前記関心領域中の前記ビームの高透過性領域の指示を含んだ前記画像を表示することを備える、請求項２２に記載の方法。
前記第２集光器はトロカールハウジングとして構成され、
前記体腔の外部に前記第２集光器を位置決めする前記動作は、前記体腔を取り囲んだ組織の中に前記トロカールハウジングを挿入することを備える、請求項２０に記載の方法。
前記第１集光器はトロカールハウジングとして構成され、
前記体腔の内部に第１集光器を位置決めする前記動作は、前記体腔の壁の中に前記トロカールハウジングを挿入することを備える、請求項２０に記載の方法。
前記走査ビーム内視鏡の走査先端部を体腔の中に導入する前記動作は、前記走査先端部を前記トロカールハウジング内の穴から挿入することを備える、請求項２０に記載の方法。
前記第１集光器は、前記関心領域から反射された光を収集して前記関心領域から反射された前記光に対応した第１画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第１集光素子を備え、前記第１集光器は、前記関心領域から反射された光を収集して前記関心領域を透過した前記光に対応した第１画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第２集光素子を備え、
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号の少なくとも一部を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号の少なくとも一部を比較することをさらに備える、
請求項２０に記載の方法。
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号の少なくとも一部を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号の少なくとも一部を比較する前記動作は、前記第１および第２画像データ信号の少なくとも一部を選択的に増量化することを備える、請求項２７に記載の方法。
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号の少なくとも一部を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号の少なくとも一部を比較する前記動作は、前記第１および第２画像データ信号の少なくとも一部を平均化することを備える、請求項２７に記載の方法。
前記反射光と透過光を評価することによって罹患状態を検出することをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
前記反射光と透過光を評価することによって前記体腔の壁内の不連続部を検出することをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
対象物の関心領域上にビームを走査するように動作可能な走査ビーム源と、
前記関心領域から反射された光を収集するように構造化された第１集光器と、
前記走査先端部に対して位置決め可能な、前記関心領域を透過した光を収集するように構造化された第２集光器と、
を備える、走査ビーム撮像装置。
前記第１集光器は、前記反射光を電気信号に変換するように動作可能な第１光検出器を備え、
前記第２集光器は、前記透過光を電気信号に変換するように動作可能な第２光検出器を備える、
請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１および第２光検出器は少なくとも一つのフォトダイオードを備える、請求項３３に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１および第２光検出器の少なくとも一方は光の偏光状態を検出するように動作可能である、請求項３３に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１および第２集光器の少なくとも一方は、前記関心領域から光を受信して前記受信した光を前記対応した光検出器に伝送するように構成された集光素子を備える、請求項３３に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１および第２集光器の少なくとも一方は、前記関心領域から実質的に直接光を受信するように位置合わせされている、請求項３３に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１集光器に連結されてそこから前記反射光を受信する、前記反射光を電気信号に変換するように動作可能な第１光検出器と、
前記第２集光器に連結されてそこから前記透過光を受信する、前記透過光を電気信号に変換するように動作可能な第２光検出器と、
をさらに備える、請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１および第２光検出器の少なくとも一方は少なくとも一つのフォトダイオードを備える、請求項３８に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１および第２光検出器の少なくとも一方は、光の偏光状態を検出するように動作可能である、請求項３８に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１集光器は、前記関心領域から反射された光を収集して前記関心領域から反射された前記光に対応した第１画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第１集光素子を備え、
前記第２集光器は、前記関心領域を透過した光を収集して前記関心領域を透過した前記光に対応した第２画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第２集光素子を備え、
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号を比較するように動作可能な画像処理装置をさらに備える、
請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
前記画像処理装置は、前記第１集光素子から受信した前記第１画像データ信号と前記第２集光素子から受信した前記第２画像データ信号との少なくとも一部を平均化するように動作可能である、請求項４１に記載の走査ビーム撮像装置。
前記画像処理装置は、前記第１集光素子から受信した前記第１画像データ信号と前記第２集光素子から受信した前記第２画像データ信号との少なくとも一部を選択的に増量化するように動作可能である、請求項４１に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第２集光器は、前記走査先端部に対して位置決め可能であって前記関心領域を透過した光を収集するように構造化された複数の集光器を備える、請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
前記走査ビーム源は、前記ビームを走査するように動作可能な微小電子機械（ＭＥＭＳ）走査器を備える、請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
前記走査ビーム源は、光ファイバの光源と前記光ファイバの光源の端部を走査パタンで移動させるように動作可能なアクチュエータとを備える、請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
前記第１および第２集光器はそれぞれ以下、即ち光ファイバ、光ファイバ束、およびレンズのうちの少なくとも一つを備える、請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
少なくとも一つの光検出器と、
前記少なくとも一つの光検出器に連結されて前記反射光および前記透過光の特徴を示した画像データ信号を受信する画像処理装置であって、前記関心領域の特徴を示した画像を生成するように動作可能であり、前記画像は前記関心領域内の前記ビームの高透過性領域を示す指示を含んでいる、画像処理装置と、
前記画像処理装置に連結されて前記画像を表示するように動作可能な表示器と、
をさらに備える、請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
前記走査先端部に偏光を供給するように動作可能な偏光源をさらに備える、請求項３２に記載の走査ビーム撮像装置。
第１側面と対向した第２側面とを有した対象物の関心領域の画像を撮像する方法であって、
走査ビーム源を供給することと、
前記対象物の前記第１側面から反射された光を受信するように第１集光器を位置決めすることと、
前記関心領域と前記対象物の前記第２側面とを透過した光を受信するように第２集光器を位置決めすることと、
前記関心領域の中の前記対象物の前記第１側面上にビームを走査することと、
前記第１側面から反射された前記光の少なくとも一部分を前記第１集光器で収集することと、
前記関心領域と前記第２側面を透過した前記光の少なくとも一部分を前記第２集光器で収集することと、
前記収集された光に基づいて前記関心領域の特徴を示した前記画像を生成することと、
を備える方法。
前記収集された光に基づいて前記関心領域の特徴を示した前記画像を生成する前記動作は、前記関心領域中のビームの高透過性領域の指示を含んだ前記画像を表示することを備える、請求項５０に記載の方法。
前記第１集光器は、第１光検出器に共通に連結された複数の第１集光素子を備え、前記第２集光器は、第２光検出器に共通に連結された複数の第２集光素子を備える、請求項５０に記載の方法。
前記第１集光器は、前記関心領域から反射された光を収集して前記関心領域から反射された前記光に対応した第１画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第１集光素子を備え、前記第１集光器は、前記関心領域から反射された光を収集して前記関心領域から透過された前記光に対応した第１画像データ信号を出力するようにそれぞれが構造化された複数の第２集光素子を備え、
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号の少なくとも一部を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号の少なくとも一部を比較することをさらに備える、
請求項５０に記載の方法。
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号の少なくとも一部を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号の少なくとも一部を比較する前記動作は、前記第１および第２画像データ信号の少なくとも一部を増量化することを備える、請求項５３に記載の方法。
前記第１集光素子からの前記第１画像データ信号の少なくとも一部を比較し、前記第２集光素子からの前記第２画像データ信号の少なくとも一部を比較する前記動作は、前記第１および第２画像データ信号の少なくとも一部を平均化することを備える、請求項５３に記載の方法。