特許 6148557 走査型共焦点内視鏡用指標ユニットおよび画像取得方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6148557

(24)【登録日】2017年5月26日

(45)【発行日】2017年6月14日

(54)【発明の名称】走査型共焦点内視鏡用指標ユニットおよび画像取得方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/00 20060101AFI20170607BHJP

   G02B 23/24 20060101ALI20170607BHJP

   H04N 7/18 20060101ALI20170607BHJP

【ＦＩ】

   A61B1/00 300T

   G02B23/24 B

   H04N7/18 M

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-153022(P2013-153022)

(22)【出願日】2013年7月23日

(65)【公開番号】特開2015-20032(P2015-20032A)

(43)【公開日】2015年2月2日

【審査請求日】2016年5月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000113263

【氏名又は名称】ＨＯＹＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078880

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100169856

【弁理士】

【氏名又は名称】尾山 栄啓

(72)【発明者】

【氏名】山邉 俊明

(72)【発明者】

【氏名】人形 洋一

(72)【発明者】

【氏名】鳥海 駿介

【審査官】 荒井 隆一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１４３２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５２２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００６８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２４８９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ １／００− １／３２

Ｇ０２Ｂ ２３／２４−２３／２６

Ｈ０４Ｎ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被写体に励起光を照射し、該励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、該走査型共焦点内視鏡が受光した前記蛍光に基づいて画像を生成するプロセッサと、からなる走査型共焦点内視鏡システムの画像評価に用いられる指標ユニットであって、
前記蛍光に相当する波長の光を発光可能なＬＥＤと、
前記ＬＥＤの発光面に取り付けられたコリメートレンズと、
前記コリメートレンズに取り付けられ、前記画像評価のための指標が形成されたチャートと、からなり、
前記ＬＥＤからの光が、前記コリメートレンズを通って前記チャートを照射することにより、前記指標が発光する、または前記チャートの前記指標以外の部分が発光することを特徴とする、指標ユニット。

【請求項2】

前記ＬＥＤ、前記コリメートレンズ、および前記チャートを収納するハウジングをさらに備え、
前記ハウジングは、前記走査型共焦点内視鏡に装着可能なキャップ形状を有していることを特徴とする、請求項１に記載の指標ユニット。

【請求項3】

前記コリメートレンズおよび前記チャートには、反射防止加工が施されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の指標ユニット。

【請求項4】

前記チャートは、ガラスもしくは石英からなることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の指標ユニット。

【請求項5】

前記ＬＥＤは、発光する光の波長を変更可能であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の指標ユニット。

【請求項6】

被写体に励起光を照射し、該励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、該走査型共焦点内視鏡が受光した前記蛍光に基づいて画像を生成するプロセッサと、からなる走査型共焦点内視鏡システムの画像評価に用いられる画像の取得方法であって、
ＬＥＤから前記蛍光に相当する波長の光を発光し、前記画像評価のための指標が形成されたチャートを照射するステップと、
前記照射による前記指標の発光、または前記チャートの前記指標以外部分の発光を、前記走査型共焦点内視鏡によって受光するステップと、
前記プロセッサによって、前記走査型共焦点内視鏡が受光した前記発光に基づいて、前記指標の画像を生成するステップと、を含むことを特徴とする、画像取得方法。

【請求項7】

前記走査型共焦点内視鏡における前記励起光の照射を停止するステップをさらに含む、請求項６に記載の画像取得方法。

【請求項8】

前記プロセッサにおける受光量に基づいて、前記走査型共焦点内視鏡の焦点位置を検出するステップをさらに含む、請求項６または７に記載の画像取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、生体組織の蛍光画像を取得するための走査型共焦点内視鏡用の指標ユニットおよび画像取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光ファイバによって導光される光を観察部位に対して渦巻状に走査させ、観察部位からの反射光を受光して画像化する走査型内視鏡システムが知られている（例えば、特許文献１）。このような走査型内視鏡システムでは、シングルモード型の光ファイバを内視鏡内部に備えており、その基端部は、二軸アクチュエータによって片持ち梁状に保持される。二軸アクチュエータは、振動の振幅を変調および増幅させながら、ファイバ先端部を固有振動数に従って２次元的に振動させて（共振させて）、光ファイバの先端部を渦巻状に駆動させる。その結果、光ファイバによって光源から導光された照明光が観察部位を渦巻状に走査（スキャン）し、当該観察部位からの戻り光に基づきその照射領域（走査領域）の画像が取得される。

【0003】

また、近年、特許文献１に記載されているような走査型内視鏡システムを走査型共焦点内視鏡システムに適用することも提案されている（例えば、特許文献２）。走査型共焦点内視鏡システムは、薬剤（蛍光剤）が投与された生体組織にレーザ光（励起光）を照射し、その生体組織から発せられる蛍光のうち、共焦点光学系の焦点位置と共役の位置に配置されたピンホールを介した成分のみを抽出することにより、その生体組織を、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像より高倍率で観察可能にするものである。特許文献２に記載の走査型共焦点内視鏡システムは、生体組織の特定の狭小領域をレーザ光で２次元又は３次元に走査することで、通常の内視鏡光学系によって得られる観察像の倍率では観察できないような微小な対象物を観察したり、生体組織の断層部を観察したりすることができるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００８−５１４３４２号公報

【特許文献2】特開２０１１−２５５０１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１および２に記載されるような走査型内視鏡システムにおいては、走査領域（観察部位）からの反射光又は蛍光を所定周期のタイミング（以下、「サンプリング点」という。）で受光し、各サンプリング点での輝度情報をモニタの表示座標系（内視鏡画像の画素位置）に割り当てて、二次元の内視鏡画像を表示している。従って、歪みの無い再現性の高い内視鏡画像を生成するためには、各サンプリング点の走査位置をモニタの表示座標系に正確に合わせる必要がある。そこで、この種の走査型内視鏡システムにおいては、実際の走査パターン（走査軌跡）をモニタしながら、理想的な走査パターンが得られるように較正（キャリブレーション）している。詳しくは、特許文献１に記載のシステムでは、光ファイバから射出される照明光をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）によって受光し、走査パターン（走査軌跡）中の照射スポットの位置を検出しながら、二軸アクチュエータへの印加電圧の振幅、位相、周波数等を調整し、理想的な走査パターンが得られるようにキャリブレーションしている。

【0006】

また、キャリブレーションの一つとして、走査型内視鏡システムによってロッド状の真鍮部材に貼り付けられたグリッド（格子模様）などの指標の画像を取得し、取得された画像の歪みを測定して、画像の評価や歪み補正を行うことも可能である。ここで、従来、特許文献２に記載されるような走査型共焦点内視鏡システムにおいて、画像の評価を行う場合には、指標として用いるグリッドに蛍光塗料を塗布して、得られる蛍光画像に基づいて評価を行っている。しかしながら、グリッドに塗布した蛍光塗料は、時間経過や照射されるレーザ光量によって退色してしまうため、頻繁に蛍光塗料を塗り直す必要があり、大変煩雑である。また、蛍光塗料を塗布する際に濃淡にムラが発生してしまうこともあり、このような場合には、システムに起因する画像の歪みを適切に判定できなくなってしまう。さらに、蛍光塗料の退色や濃淡のムラが発生することにより、取得される画像に再現性がなく、安定した評価を行うことも困難であるといった問題もある。

【0007】

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、走査型共焦点内視鏡システムにおいて、蛍光塗料を用いることなく、容易かつ安定してキャリブレーションに用いるための画像を取得することを可能とする指標ユニットおよび画像取得方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するため、本発明により、被写体に励起光を照射し、該励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、該走査型共焦点内視鏡が受光した蛍光に基づいて画像を生成するプロセッサと、からなる走査型共焦点内視鏡システムの画像評価に用いられる指標ユニットが提供される。また、本発明の指標ユニットは、蛍光に相当する波長の光を発光可能なＬＥＤと、ＬＥＤの発光面に取り付けられたコリメートレンズと、コリメートレンズに取り付けられ、画像評価のための指標が形成されたチャートと、からなり、ＬＥＤからの光が、コリメートレンズを通ってチャートを照射することにより、指標が発光する、またはチャートの指標以外の部分が発光することを特徴とする。

【0009】

このように、ＬＥＤからの蛍光に相当する波長の光によって指標を発光させることで、指標に対して蛍光塗料を塗布する必要がない。そのため、蛍光塗料の退色による塗り直しなどの手間や、濃淡ムラによる画像のひずみが解消され、キャリブレーションにおける画像評価のための画像を、容易にかつ安定して取得することができる。

【0010】

また、上記指標ユニットは、ＬＥＤ、コリメートレンズ、およびチャートを収納するハウジングをさらに備え、ハウジングは、走査型共焦点内視鏡に装着可能なキャップ形状を有する構成であっても良い。このように構成することにより、従来のような大掛かりなキャリブレーション装置に比べて、手軽にキャリブレーションを行うことが可能になるとともに、指標と走査型共焦点内視鏡との位置決めを容易に行うことが可能となる。

【0011】

また、コリメートレンズおよび記チャートには、反射防止加工が施されていても良い。さらに、チャートは、ガラスもしくは石英からなるものであっても良い。このように構成することにより、ＬＥＤからの光を効率よつ走査型共焦点内視鏡に入射することが可能となる。

【0012】

また、ＬＥＤは、発光する光の波長を変更可能であっても良い。このように構成することにより、走査型共焦点内視鏡システムにおいて、任意の波長の光の画像を取得して、評価を行うことが可能となる。

【0013】

さらに、本発明により、被写体に励起光を照射し、該励起光によって励起された蛍光を受光する走査型共焦点内視鏡と、該走査型共焦点内視鏡が受光した蛍光に基づいて画像を生成するプロセッサと、からなる走査型共焦点内視鏡システムの画像評価に用いられる画像の取得方法であって、ＬＥＤから蛍光に相当する波長の光を発光し、画像評価のための指標が形成されたチャートを照射するステップと、照射による指標の発光、またはチャートの指標以外部分の発光を、走査型共焦点内視鏡によって受光するステップと、プロセッサによって、走査型共焦点内視鏡が受光した発光に基づいて、指標の画像を生成するステップと、を含むことを特徴とする、画像取得方法が提供される。

【0014】

また、本発明の画像取得方法は、走査型共焦点内視鏡における励起光の照射を停止するステップをさらに含んでも良い。このように構成することで、指標の画像のノイズを軽減することが可能となる。

【0015】

さらに、本発明の画像取得方法は、プロセッサにおける受光量に基づいて、走査型共焦点内視鏡の焦点位置を検出するステップをさらに含んでも良い。このように構成することで、走査型共焦点内視鏡の位置決めを簡素化することが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の指標ユニットおよび画像取得方法を用いることにより、蛍光塗料を用いることなくキャリブレーションのための画像を取得することができるため、煩雑な作業を必要とせずに、再現性のある安定した画像評価を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る走査型共焦点内視鏡システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係る共焦点光学ユニットの概略構成を示す側断面図である。

【図3】ＸＹ近似面上における光ファイバの先端の回転軌跡を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係る指標ユニットの外観図である。

【図5】本発明の実施形態に係るチャートのパターンを示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係る画像取得方法の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【0019】

図１は、本発明の実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１の構成を示すブロック図である。本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１は、共焦点顕微鏡の原理を応用して設計されたシステムであり、高倍率かつ高解像度の被写体を観察するのに好適に構成されている。図１に示されるように、走査型共焦点内視鏡システム１は、システム本体１００、共焦点プローブ２００、およびモニタ３００を有している。走査型共焦点内視鏡システム１を用いた共焦点観察は、可撓性を有する管状の共焦点プローブ２００の先端面を被写体に当て付けた状態で行う。

【0020】

システム本体１００は、光源１０２、光分波合波器（フォトカップラ）１０４、ダンパ１０６、ＣＰＵ１０８、ＣＰＵメモリ１１０、光ファイバ１１２、フィルタ１１３、受光器１１４、映像信号処理回路１１６、画像メモリ１１８、および映像信号出力回路１２０を有している。共焦点プローブ２００は、光ファイバ２０２、共焦点光学ユニット２０４、サブＣＰＵ２０６、サブメモリ２０８、走査ドライバ２１０を有している。

【0021】

まず、走査型共焦点内視鏡システム１による通常観察について以下に説明する。光源１０２は、ＣＰＵ１０８の駆動制御に従い、患者の体腔内に投与された薬剤を励起する励起光（波長：４８８ｎｍ）を射出する。励起光は、光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４のポートの一つには、光コネクタ１５２が結合している。光分波合波器１０４の不要ポートには、光源１０２から射出された励起光を無反射終端するダンパ１０６が結合している。前者のポートに入射した励起光は、光コネクタ１５２を通過して共焦点プローブ２００内に配置された光学系に入射する。

【0022】

光ファイバ２０２の一端（以下、「基端」という。）は、光コネクタ１５２を通じて光分波合波器１０４と結合している。光ファイバ２０２の他端（以下、「先端」という。）は、共焦点プローブ２００の先端部に組み込まれた共焦点光学ユニット２０４内に収められている。光分波合波器１０４から射出された励起光は、光コネクタ１５２を通過して光ファイバ２０２の基端に入射後、光ファイバ２０２を伝送して光ファイバ２０２の先端から射出される。

【0023】

図２（ａ）は、共焦点光学ユニット２０４の構成を概略的に示す図である。以下、共焦点光学ユニット２０４を説明する便宜上、共焦点光学ユニット２０４の長手方向をＺ方向と定義し、Ｚ方向に直交しかつ互いに直交する二方向をＸ方向、Ｙ方向と定義する。図２（ａ）に示されるように、共焦点光学ユニット２０４は、各種構成部品を収容する金属製の外筒２０４Ａを有している。外筒２０４Ａは、外筒２０４Ａの内壁面形状に対応する外壁面形状を持つ内筒２０４Ｂを同軸（Ｚ方向）にスライド自在に保持している。光ファイバ２０２は、外筒２０４Ａ、内筒２０４Ｂの各基端面に形成された開口を通じて内筒２０４Ｂに収容支持されており、光ファイバ２０２の先端（以下、符号「２０２ａ」を付す。）は、走査型共焦点内視鏡システム１の二次的な点光源として機能する。点光源である先端２０２ａの位置は、ＣＰＵ１０８による制御に基づいて周期的に変化する。なお、図２（ａ）中、中心軸ＡＸは、Ｚ方向に配置された光ファイバ２０２の軸心を示しており、光ファイバ２０２の先端２０２ａが振動していない状態（初期状態）のとき、中心軸ＡＸは、光ファイバ２０２の光路と一致する。

【0024】

図１に戻って、サブメモリ２０８は、共焦点プローブ２００の識別情報や各種プロパティ等のプローブ情報を格納している。サブＣＰＵ２０６は、システム起動時にサブメモリ２０８からプローブ情報を読み出して、システム本体１００と共焦点プローブ２００とを電気的に接続する電気コネクタ１５４を介してＣＰＵ１０８に送信する。ＣＰＵ１０８は、送信されたプローブ情報をＣＰＵメモリ１１０に格納する。ＣＰＵ１０８は、格納したプローブ情報を必要時に読み出して共焦点プローブ２００の制御に必要な信号を生成して、サブＣＰＵ２０６に送信する。サブＣＰＵ２０６は、ＣＰＵ１０８から送信された制御信号に従って走査ドライバ２１０に必要な設定値を指定する。

【0025】

走査ドライバ２１０は、指定された設定値に応じたドライブ信号を生成して、先端２０２ａ付近の光ファイバ２０２の外周面に接着固定された二軸アクチュエータ２０４Ｃを駆動制御する。図２（ｂ）は、二軸アクチュエータ２０４Ｃの構成を概略的に示す図である。図２（ｂ）に示されるように、二軸アクチュエータ２０４Ｃは、走査ドライバ２１０と接続された一対のＸ軸用電極（図中「Ｘ」、「Ｘ´」）及びＹ軸用電極（図中「Ｙ」、「Ｙ´」）を圧電体上に形成した圧電アクチュエータである。

【0026】

走査ドライバ２１０は、所定の周波数を有する交流電圧Ｘを二軸アクチュエータ２０４ＣのＸ軸用電極間に印加して圧電体をＸ方向に振動させると共に、交流電圧Ｘと同一の周波数を有し、位相が直交する交流電圧ＹをＹ軸用電極間に印加して圧電体をＹ方向に振動させる。交流電圧Ｘ、Ｙはそれぞれ、振幅が時間に比例して線形に増加して、時間（Ｘ）、（Ｙ）かけて実効値（Ｘ）、（Ｙ）に達する電圧として定義される。光ファイバ２０２の先端２０２ａは、二軸アクチュエータ２０４ＣによるＸ方向、Ｙ方向への運動エネルギーが合成されることにより、Ｘ−Ｙ平面に近似する面（以下、「ＸＹ近似面」と記す。）上において中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように回転する。先端２０２ａの回転軌跡は、印加電圧に比例して大きくなり、実効値（Ｘ）、（Ｙ）の交流電圧が印加された時点で最も大きい径を有する円の軌跡を描く。図３に、ＸＹ近似面上の先端２０２ａの回転軌跡を示す。

【0027】

励起光は、二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加開始直後から印加停止までの期間中、光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出される。以下、説明の便宜上、この期間を「サンプリング期間」と記す。上述したように、二軸アクチュエータ２０４Ｃへ交流電圧が印加されると、光ファイバ２０２の先端２０２ａは、中心軸ＡＸを中心に渦巻状のパターンを描くように回転する。そのため、サンプリング期間中、光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出した励起光は、中心軸ＡＸを中心とした所定の円形の走査領域を渦巻状に走査する。サンプリング期間が経過して二軸アクチュエータ２０４Ｃへの交流電圧の印加が停止すると、光ファイバ２０２の振動が減衰する。ＸＹ近似面上における先端２０２ａの円運動は、光ファイバ２０２の振動の減衰に伴って収束し、光ファイバ２０２の振動は、所定時間後に略ゼロとなる（すなわち、先端２０２ａは、中心軸ＡＸ上でほぼ停止する）。以下、説明の便宜上、サンプリング期間が終了してから先端２０２ａが中心軸ＡＸ上にほぼ停止するまでの期間を「ブレーキング期間」と記す。ブレーキング期間の経過後、さらに所定時間の経過を待って、次のサンプリング期間が開始される。以下、説明の便宜上、ブレーキング期間が終了してから次のサンプリング期間の開始までの期間を「セトリング期間」と記す。セトリング期間は、光ファイバ２０２の先端２０２ａを中心軸ＡＸ上に完全に停止させるための待機時間であり、セトリング時間を設けることにより、先端２０２ａを精確に走査させることが可能となる。また、一フレームに対応する期間は、一つのサンプリング期間と一つのブレーキング期間で構成されており、セトリング期間を調整することによって、フレームレートを調整することができる。つまり、セトリング期間は、光ファイバ２０２の先端２０２ａが完全に停止するまでの時間とフレームレートとの関係から適宜設定することができるようになっている。なお、ブレーキング期間を短縮するため、ブレーキング期間の初期段階に二軸アクチュエータ２０４Ｃに逆相電圧を印加して制動トルクを積極的に加えてもよい。

【0028】

光ファイバ２０２の先端２０２ａの前方には、対物光学系２０４Ｄおよびカバーガラス２０４Ｇが設置されている。対物光学系２０４Ｄは、複数枚の光学レンズで構成されており、図示省略されたレンズ枠を介して外筒２０４Ａに保持されている。レンズ枠は、外筒２０４Ａの内部において、内筒２０４Ｂと相対的に固定され支持されている。そのため、レンズ枠に保持された光学レンズ群は、外筒２０４Ａの内部を内筒２０４Ｂと一体となってＺ方向にスライドする。カバーガラス２０４Ｇは、外筒２０４Ａの先端を覆うように固定されている。

【0029】

内筒２０４Ｂの基端面と外筒２０４Ａの内壁面との間には、圧縮コイルばね２０４Ｅ及び形状記憶合金２０４Ｆが取り付けられている。圧縮コイルばね２０４Ｅは、自然長からＺ方向に初期的に圧縮狭持されている。形状記憶合金２０４Ｆは、Ｚ方向に長尺な棒形状を持ち、常温下で外力が加わると変形して、一定温度以上に加熱されると形状記憶効果で所定の形状に復元する性質を有している。形状記憶合金２０４Ｆは、形状記憶効果による復元力が圧縮コイルばね２０４Ｅの復元力より大きくなるように設計されている。走査ドライバ２１０は、サブＣＰＵ２０６が指定した設定値に応じたドライブ信号を生成して、形状記憶合金２０４Ｆを通電し加熱して伸縮量を制御する。形状記憶合金２０４Ｆは、伸縮量に応じて内筒２０４Ｂを光ファイバ２０２ごとＺ方向に進退させる。

【0030】

光ファイバ２０２の先端２０２ａから射出された励起光は、対物光学系２０４Ｄおよびカバーガラス２０４Ｇを透過して被写体の表面又は表層でスポットを形成する。スポット形成位置は、点光源である先端２０２ａの進退に応じてＺ軸方向に変位する。すなわち、共焦点光学ユニット２０４は、二軸アクチュエータ２０４Ｃによる先端２０２ａのＸＹ近似面上の周期的な円運動とＺ方向の進退を併せることで、被写体を三次元走査する。

【0031】

光ファイバ２０２の先端２０２ａは、対物光学系２０４Ｄの前側焦点位置に配置されているため、共焦点ピンホールとして機能する。先端２０２ａには、励起光により励起された被写体の散乱成分（蛍光：ピーク波長５１５ｎｍ）のうち先端２０２ａと光学的に共役な集光点からの蛍光のみが入射する。蛍光は、光ファイバ２０２を伝送後、光コネクタ１５２を通過して光分波合波器１０４に入射する。光分波合波器１０４は、入射した蛍光を光源１０２から射出される励起光と分離して光ファイバ１１２に導く。また、光ファイバ２０２の先端２０２ａには、蛍光とともに励起光の反射光も入射し、光ファイバ１１２に導かれる。励起光の反射光は、蛍光画像を生成する際のノイズとなるため、受光器１１４の手前に設けられたフィルタ１１３によってカットされ、蛍光のみが受光器１１４で検出される。受光器１１４は、微弱な光を低ノイズで検出するため、例えば光電子増倍管等の高感度光検出器としてもよい。

【0032】

検出信号は、映像信号処理回路１１６に入力する。映像信号処理回路１１６は、ＣＰＵ１０８の制御下で動作して、検出信号を一定のレートでサンプルホールド及びＡＤ変換してデジタル検出信号を得る。ここで、サンプリング期間中の光ファイバ２０２の先端２０２ａの位置（軌跡）が決まると、当該位置に対応する観察領域（走査領域）中のスポット形成位置、当該スポット形成位置からの戻り光を検出してデジタル検出信号を得る信号取得タイミングがほぼ一義的に決まる。本実施形態においては、予め、校正治具等を用いた実測結果を参考に信号取得タイミングからスポット形成位置が推定され、推定位置に対応する画像上の位置が決定されている。ＣＰＵメモリ１１０には、決定された信号取得タイミングと画素位置（画素アドレス）とを関連付けたリマップテーブルが格納されている。

【0033】

映像信号処理回路１１６は、リマップテーブルを参照して、各デジタル検出信号により表現される点像の画素アドレスへの割り当てを信号取得タイミングに応じて行う。以下、説明の便宜上、上記の割り当て作業をリマッピングと記す。映像信号処理回路１１６は、リマッピング結果に従って、各点像の空間的配列によって構成される画像の信号を画像メモリ１１８にフレーム単位でバッファリングする。バッファリングされた信号は、所定のタイミングで画像メモリ１１８から映像信号出力回路１２０に掃き出されて、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）やＰＡＬ（Phase alternating Line）等の所定の規格に準拠した映像信号に変換されてモニタ３００に出力される。モニタ３００の表示画面には、高倍率かつ高解像度の被写体の三次元の共焦点蛍光画像が表示される。

【0034】

続いて、本実施形態の走査型共焦点内視鏡システム１のキャリブレーションについて説明する。より詳しくは、走査型共焦点内視鏡システム１によって取得される画像を評価するための画像の取得方法について説明する。図４は、本実施形態の画像評価のための画像取得に用いられる指標ユニット４００の概略構成を示す側断面図である。図４に示すように、指標ユニット４００は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）４１０、ＬＥＤ駆動基板４１５、コリメートレンズ４２０、チャート４３０、およびこれらを収納する円筒形のキャップ状のハウジング４５０からなる。

【0035】

ＬＥＤ４１０は、所定の面積において均一の光を発光する面発光の緑色ＬＥＤである。別の実施形態では、複数の小型のＬＥＤを用いて面発光させる構成としても良い。ＬＥＤ４１０は、ＬＥＤ駆動基板４１５に実装され、ＬＥＤ駆動基板４１５の駆動制御に従って、蛍光に相当する緑色の光（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）を発光する。ＬＥＤ駆動基板４１５は、ＬＥＤ４１０に安定電流を供給するための定電流回路や電源などを備え、指標ユニット４００に設けられた操作ボタン（不図示）の操作などに応じてＬＥＤ４１０の駆動制御を行う。

【0036】

コリメートレンズ４２０は、ＬＥＤ４１０の発光面に装着され、ＬＥＤ４１０が発光する光を平行光に変換する。コリメートレンズ４２０の共焦点プローブ２００側（光の出射側）の面には、ＬＥＤ４１０からの光が効率よく共焦点プローブ２００に入射するように、ＡＲ（Anti Reflection：反射防止）コートが施されている。なお、コリメートレンズ４２０の共焦点プローブ２００側のＬＥＤ４１０側（光の入射側）の面には、一般的に、ＡＲコートが施されている。

【0037】

チャート４３０は、走査型共焦点内視鏡システム１の画像評価に用いられる指標であり、コリメートレンズ４２０に接着固定されている。チャート４３０の共焦点プローブ２００側の面（コリメートレンズ４２０に接着された面と反対の面）には、画像評価の目的に応じた様々なパターンがエッチングなどによって形成されている。本実施形態では、ＬＥＤ４１０からの光がコリメートレンズ４２０を通ってチャート４３０の背面から照射されることにより、チャート４３０のパターンニングが発光（ネガ）または、パターンニング以外が発光（ポジ）する。これにより、共焦点プローブ２００によって、チャート４３０に形成されるパターンの画像が取得される。

【0038】

図５に、チャート４３０のパターン例を示す。図５（ａ）は、グリッド（格子）パターンであり、図５（ｂ）は、縦横ラインパターンである。図５（ａ）および図５（ｂ）は、主に画像の歪みを評価する場合に用いられる。また、図５（ｃ）は、光ファイバ２０２の走査領域を確認するためのパターンであり、図５（ｄ）は、解像度を確認するためのパターンである。本実施形態の共焦点プローブ２００の光ファイバ２０２は、円の軌跡を描くように走査されるため、図５（ｃ）および図５（ｄ）のパターンは円形状となっている。これら４種類のパターンは、それぞれ別々のチャートに形成されても良いが、これら４種類のパターン全てを一枚のチャート上に形成しても良い。

【0039】

また、チャート４３０はＬＥＤ４１０からの光を効率良く導くために、ガラス（青板）もしくは石英ベースで作成される。好適には、チャート４３０をクロムチャートで作成することによってキズを防ぐことができ、パターンが劣化することなく長期間使用することが可能となる。また、チャート４３０のコリメートレンズ４２０との接着面には、ＬＥＤ４１０からの光を反射しないようにＡＲコートが施されている。さらに、チャート４３０の厚さはＬＥＤ４１０からの光を効率良く共焦点プローブ２００に導くため可能な限り薄く構成される。

【0040】

ハウジング４５０は、生体適合性を有するポニフェレンエーテル（ＰＰＥ）またはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂を用いて形成される。ハウジング４５０には、共焦点光学ユニット２０４の外筒２０４Ａの外径に対応する内径を有する装着孔４５５が形成される。共焦点プローブ２００を装着孔４５５に挿入することで、チャート４３０（指標）に対する共焦点光学ユニット２００のＸ方向およびＹ方向の位置決めを容易に行うことができる。また、指標ユニット４００が共焦点プローブ２００に装着されていない場合に、ＬＥＤ４１０の光がハウジング４５０からもれるのを防ぐため、装着孔４５５の入口４５５ａにシャッタ（不図示）を設けても良い。シャッタは、共焦点プローブ２００が装着孔４５５に押し込まれると開き、抜きとられると自動的に閉じる構成であっても良い。

【0041】

次に、図６を参照して、本実施形態におけるキャリブレーションのための画像取得の流れを説明する。まず、共焦点プローブ２００の先端に指標ユニット４００を装着する（Ｓ１）。続いて、キャリブレーションの開始の指示に従って、ＣＰＵ１０８の制御の下、光源１０２からの励起光をＯＦＦにする（Ｓ２）。キャリブレーションの開始の指示は、ユーザ（術者、介助者など）による操作ボタン（不図示）の操作、または、指標ユニット４００が共焦点プローブ２００に装着されたことを自動的に検出して判断される。

【0042】

続いて、指標ユニット４００の操作ボタン（不図示）を操作するなどしてＬＥＤ４１０を駆動する（Ｓ３）。これにより、ＬＥＤ４１０から蛍光に相当する波長の光が発光される。続いて、共焦点プローブ２００のサブＣＰＵ２０６によって、共焦点光学ユニット２０４の内筒２０４ＢをＺ方向に進退させるよう、走査ドライバ２１０を制御する（Ｓ４）。このとき、ＣＰＵ１０８は、受光器１１４における受光量をモニタリングし、受光量が最大となるＺ位置（焦点位置）を検出する。そして、受光量が最大となるＺ位置を発見した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、当該Ｚ位置を共焦点プローブ２００のサブメモリ２０８に記憶する（Ｓ６）。このように共焦点プローブ２００が備えるＺ方向への移動機構を利用することで、焦点位置を容易に検出することができる。そのため、指標ユニット４００を共焦点プローブ２００に取り付ける際に、チャート４３０に対する共焦点プローブの先端部のＺ方向の位置決めを厳密に行う必要がない。

【0043】

その後、記憶したＺ位置において、上述した通常観察時と同様の方法で、チャート４３０の画像を取得する（Ｓ７）。ここでは、光源１０２からの励起光はＯＦＦされているため、ＬＥＤ４１０から発光される光（蛍光）に基づいたチャート４３０の画像（蛍光画像）が取得される。このようにして取得された画像に基づいて、画像の歪みや解像度などの評価が行われる。

【0044】

このように、本実施形態では、キャリブレーションを行う際に使用する指標に蛍光塗料を塗布する必要がないため、蛍光塗料の退色や濃淡ムラによる影響を受けることなく、容易に安定した画像の取得および評価を行うことができる。また、ＬＥＤを指標として用いることで、電流制御によって光量を容易にかつ安定して制御できるため、いつでも同じ光量の画像を取得することができ、再現性の高い評価を行うことができる。

【0045】

また、画像評価のための指標をキャップ形状の部材とすることで、従来のようなマイクロステージを備えた大がかりなキャリブレーション装置を必要とすることなく、手軽にキャリブレーションを行うことができる。さらに、チャート４３０においてミクロンオーダーのパターンニングが可能となるため、従来の金属グリッドでは不可能だった解像度などの評価を行うことも可能となる。また、ＬＥＤを用いることで、受光効率を評価することも可能となる。

【0046】

以上が本発明の実施形態の説明であるが、本発明は、上記の各実施形態における構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な組み合わせおよび変形が可能である。まず、上記実施形態は、観察対象を渦巻状に走査する走査型共焦点内視鏡システムに適用した場合について説明したが、本発明は、その他の走査型共焦点内視鏡システムにも適用することが可能である。例えば、走査領域の水平方向を往復走査するラスタスキャン方式や、走査領域を正弦波的に走査するリサージュスキャン方式等を採用する走査型内視鏡システムにも本発明を適用することが可能である。この場合は、走査による軌跡の形状に応じたチャート４３０のパターンが用いられる。また、本実施形態の共焦点プローブ２００は、電子内視鏡の鉗子チャネルを介して、患者の体内（例えば消化管内）に挿入されるプローブタイプのものとして説明したが、共焦点プローブ２００は、電子内視鏡と一体に構成されてもよい。その場合、指標ユニット４００の装着孔４５５の内径は電子内視鏡の外径に対応するよう形成され、チャート４３０は、共焦点光学ユニット２０４によって画像を取得できる位置に適宜固定される。

【0047】

また、ＬＥＤ４１０は、緑色ＬＥＤに限定されるものではなく、少なくとも蛍光に相当する波長の光を含む、白色ＬＥＤであっても良い。さらに、ＬＥＤ４１０は、少なくとも蛍光に相当する波長の光を発光可能な、波長を変更可能なＬＥＤであってもよい。この場合、蛍光以外の画像（例えば赤色光による画像）を取得することが可能となり、評価の幅を広げることができる。

【0048】

また、上記実施形態では、指標ユニット４００を独立したユニットとして構成する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、指標ユニット４００をシステム本体１００に内蔵する構成としても良い。

【符号の説明】

【0049】

１ 走査型共焦点内視鏡システム
１００ システム本体
１０２ 光源
１０４ 光分波合波器
１０６ ダンパ
１０８ ＣＰＵ
１１０ ＣＰＵメモリ
１１２ 光ファイバ
１１４ 受光器
１１６ 映像信号処理回路
１１８ 画像メモリ
１２０ 映像信号出力回路
１２２ 光源制御回路
２００ 共焦点プローブ
２０２ 光ファイバ
２０４ 共焦点光学ユニット
２０４Ｃ 二軸アクチュエータ
２０６ サブＣＰＵ
２０８ サブメモリ
２１０ 走査ドライバ
４００ 指標ユニット
４１０ ＬＥＤ
４２０ コリメートレンズ
４３０ チャート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】