特許 7483862 光ビームスプリッタアセンブリ、カメラヘッドおよび顕微鏡アセンブリ

(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】

(24)【登録日】2024-05-07

(45)【発行日】2024-05-15

(54)【発明の名称】光ビームスプリッタアセンブリ、カメラヘッドおよび顕微鏡アセンブリ

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/04 20060101AFI20240508BHJP

   G02B 21/36 20060101ALI20240508BHJP

   G02B 5/20 20060101ALI20240508BHJP

   G01N 21/64 20060101ALI20240508BHJP

【ＦＩ】

G02B5/04 C

G02B21/36

G02B5/04 A

G02B5/20

G02B5/20 101

G01N21/64 E

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022508838

(86)(22)【出願日】2020-08-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-18

(86)【国際出願番号】 EP2020072883

(87)【国際公開番号】W WO2021028576

(87)【国際公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-03-07

(31)【優先権主張番号】19191816.8

(32)【優先日】2019-08-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】516114695

【氏名又は名称】ライカ インストゥルメンツ （シンガポール） プライヴェット リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｌｅｉｃａ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ （Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ） Ｐｔｅ． Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２ Ｔｅｂａｎ Ｇａｒｄｅｎｓ Ｃｒｅｓｃｅｎｔ， Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ ６０８９２４， Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ウルリッヒ ヴァイガー

(72)【発明者】

【氏名】マーク ホッケ

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル ギュンタート

【審査官】吉川 陽吾

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２７５１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１５４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２０９０５０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／０４

Ｇ０２Ｂ ２１／３６

Ｇ０２Ｂ ５／２０

Ｇ０１Ｎ ２１／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも３つの異なるスペクトル部分（１１０，１２０，１３０）内の画像を捕捉および／または記録するための光ビームスプリッタアセンブリ（１００）であって、
前記光ビームスプリッタアセンブリ（１００）は、第１のビームスプリッタ（１５１）および第２のビームスプリッタ（１５２）ならびに第１の光路（１７１）、第２の光路（１７２）および第３の光路（１７３）を含み、
前記第１の光路（１７１）は、第１のスペクトル部分（１１０）の光を光入口部（１６０）から第１の光出力部（１６１）へガイドするように構成されており、
前記第２の光路（１７２）は、第２のスペクトル部分（１２０）の光を前記光入口部（１６０）から第２の光出力部（１６２）へガイドするように構成されており、
前記第２の光出力部（１６２）は、前記第１の光出力部（１６１）から離間して配置されており、
前記第３の光路（１７３）は、第３のスペクトル部分（１３０）の光を前記光入口部（１６０）から第３の光出力部（１６３）へガイドするように構成されており、
前記第３の光出力部（１６３）は、前記第１の光出力部（１６１）および前記第２の光出力部（１６２）から離間して配置されており、
前記第２の光路（１７２）は、前記第１のビームスプリッタ（１５１）を横断しており、前記第３の光路（１７３）は、前記第１のビームスプリッタ（１５１）および前記第２のビームスプリッタ（１５２）を横断しており、
前記光ビームスプリッタアセンブリ（１００）は、前記第１の光出力部（１６１）、前記第２の光出力部（１６２）および前記第３の光出力部（１６３）のうちの１つでの光を検出するための３つのカメラ（１８１，１８２，１８３）をさらに含み、１つのカメラ（１８１，１８２）は、モノクロカメラであり、２つのカメラ（１８１，１８２，１８３）は、ベイヤーフィルタ（１８８ａ，１８８ｂ）を含み、
前記第１の光出力部（１６１）および前記第２の光出力部（１６２）の一方に関連付けられたカメラ（１８１，１８２）は、前記ベイヤーフィルタを含むものであって、色空間内で色画像を記録するように構成されており、前記色空間は、所定の色チャネルのセットを有し、前記第１の光路（１７１）の前記スペクトル部分（１１０）は、２つのスペクトルサブ部分（１１１，１１２）を含み、第１のサブ部分は、前記色空間の第１の色チャネルと重なっており、前記色空間の第２の色チャネルとは重ならず、第２のサブ部分は、第２の色チャネルと少なくとも重なっており、
前記第１の光出力部（１６１）および前記第２の光出力部（１６２）の他方に関連付けられた前記モノクロカメラ（１８１，１８２）によって記録された、反射された前記スペクトル部分（１２０）は、それぞれ、前記第１の光出力部（１６１）または前記第２の光出力部（１６２）で記録された前記２つのスペクトルサブ部分（１１１，１１２）の間にある、
光ビームスプリッタアセンブリ（１００）。

【請求項2】

前記第１の光路（１７１）および前記第２の光路（１７２）によってガイドされる光の前記スペクトル部分（１１０，１２０）のうちの少なくとも１つは、互いに離間して配置されている２つのスペクトルサブ部分（１１１，１１２）を含む、
請求項１記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）。

【請求項3】

少なくとも１つのビームスプリッタ（１５１，１５２）は、プリズム（１９１，１９２，１９３）上のコーティング（１９５）を含む、
請求項１または２記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）。

【請求項4】

前記光ビームスプリッタアセンブリ（１００）は、前記光入口部（１６０）および前記第１の光出力部（１６１）を含む第１のプリズム（１９１）、前記第２の光出力部（１６２）を含む第２のプリズム（１９２）ならびに前記第３の光出力部（１６３）を含む第３のプリズム（１９３）のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１から３までのいずれか１項記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）。

【請求項5】

前記光ビームスプリッタアセンブリ（１００）は、ユニット式のブロック（１９９）を形成するために互いに接続された３つのプリズム（１９１，１９２，１９３）を含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）。

【請求項6】

前記第１のスペクトル部分（１１０）と前記第２のスペクトル部分（１２０）とは、重ならない、
請求項１から５までのいずれか１項記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）。

【請求項7】

前記光ビームスプリッタアセンブリ（１００）は、フルオレセイン、ＩＣＧおよび５－ＡＬＡを組み合わせて使用するように構成されている、
請求項１から５までのいずれか１項記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）。

【請求項8】

請求項１から７までのいずれか１項記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）を含む、顕微鏡用のカメラヘッド（１４０）。

【請求項9】

請求項１から７までのいずれか１項記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）と、画像処理デバイス（１４６）と、を含む顕微鏡アセンブリ（１４５）であって、
前記画像処理デバイス（１４６）は、３つの光出力部（１６１，１６２，１６３）からの３つの画像から単一の画像を作成するように構成されている、
顕微鏡アセンブリ（１４５）。

【請求項10】

顕微鏡アセンブリ（１４５）であって、
請求項１から７までのいずれか１項記載の光ビームスプリッタアセンブリ（１００）と、
第１の蛍光励起光（２０１）、第２の蛍光励起光（２０２）、第３の蛍光励起光（２０３）または広帯域光（２０４）のうちの少なくとも１つを制御するためのコントローラ（２２０）と、
を含む顕微鏡アセンブリ（１４５）。

【請求項11】

画像処理デバイス（１４６）は、カメラ（１８１，１８２，１８３）によって取得された画像に対してカラーバランス処理を実行して、カラーバランス処理された可視光画像を構築するように構成されている、
請求項１０記載の顕微鏡アセンブリ（１４５）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ビームスプリッタアセンブリ、カメラヘッドおよび顕微鏡アセンブリに関するものである。

【背景技術】

【0002】

光ビームスプリッタアセンブリは、例えば顕微鏡内、特に外科用顕微鏡で蛍光物質を使用して特徴的な組織をマークするときに使用することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の課題は、有利な光ビームスプリッタアセンブリを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0004】

この課題は、少なくとも３つの異なるスペクトル部分内の画像を記録するための光ビームスプリッタアセンブリによって解決される。光ビームスプリッタアセンブリは、第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタならびに第１の光路、第２の光路および第３の光路を含み、第１の光路は、第１のスペクトル部分の光を光入口部から第１の光出力部へガイドするように構成されており、第２の光路は、第２のスペクトル部分の光を光入口部から第２の光出力部へガイドするように構成されており、第２の光出力部は、第１の光出力部から離間して配置されており、第３の光路は、第３のスペクトル部分の光を光入口部から第３の光出力部へガイドするように構成されており、第３の光出力部は、第１の光出力部および第２の光出力部から離間して配置されており、第２の光路が、第１のビームスプリッタを横断し、第３の光路が、第１のビームスプリッタおよび第２のビームスプリッタを横断している。

【0005】

これにより、少なくとも３つの異なるスペクトル部分内の画像を捕捉および／または記録することができる。

【0006】

カメラヘッドおよび顕微鏡アセンブリは、このような光ビームスプリッタアセンブリを含む。

【0007】

上記の装置は、以下に記載する特徴の１つ以上を追加することによりさらに改善することができる。以下の特徴の各々は、他の特徴とは独立して装置に追加可能である。さらに、以下に記載するように、各特徴はそれぞれ独自の有利な技術的効果を有する。

【0008】

第１のビームスプリッタは、第１の光路に沿って第１のスペクトル部分の光を反射することができる。これにより、第１の光路に沿って第１のスペクトル部分の光をガイドすることができる。

【0009】

同様に、第２のビームスプリッタは、第２の光路に沿って第２のスペクトル部分の光を反射することができる。これにより、第２の光路に沿って第２のスペクトル部分の光をガイドすることができる。

【0010】

第１のビームスプリッタは、第２のスペクトル部分の光を透過させることができる。これにより、構成を簡素化することができる。

【0011】

第２のビームスプリッタは、第１のスペクトル部分の光を透過させることができる。繰り返しになるが、これにより、構成を簡素化することができる。

【0012】

別の実施形態においては、第２のビームスプリッタは、第１のスペクトル部分を透過させないものとすることができる。特に、第２のビームスプリッタに到達する光は、第１のスペクトル部分を含まないものとすることができる。このような場合、第２のビームスプリッタは、第１のスペクトル部分の光に対していかなる特定の特性をも有する必要はない。第２のビームスプリッタは、このような光を吸収または反射するはずだからである。

【0013】

第１の光路および第２の光路のうちの少なくとも１つについて、特徴的な組織または領域の画像を記録するために、蛍光物質の発光帯域は、対応するスペクトル部分と重なりうる。

【0014】

有利な実施形態では、少なくとも１つのビームスプリッタはダイクロイックミラーである。これにより、設定を簡素化することができる。ダイクロイックミラーは、特定の波長を所定の角度で反射するものとすることができる。ダイクロイックミラーは、定義された均一な厚さの層またはコーティングを含みうる。また、ダイクロイックミラーは、２つより多い波長を選択するための２つより多い層を含みうる。

【0015】

第１の光路および第２の光路によってガイドされる光の少なくとも１つのスペクトル部分は、互いに離間して配置されている２つのスペクトルサブ部分を含むことができる。これにより、１つの光出力部での２つの個別の信号の記録を容易にすることができる。

【0016】

光ビームスプリッタアセンブリは、少なくとも２つの蛍光物質を使用するように構成することができ、２つの蛍光物質の各々が異なる蛍光発光帯域を有し、各スペクトルサブ部分に関して、蛍光物質の蛍光発光帯域は、スペクトルサブ部分と重なり、かつ／またはスペクトルサブ部分内にある。これにより、２つの蛍光物質に関連付けられた画像を記録することができる。２つの蛍光物質は、フルオレセインおよびＩＣＧであってよい。

【0017】

光ビームスプリッタアセンブリは、第１の出力部、第２の出力部および第３の出力部のうちの１つにおいて光を検出するための少なくとも１つのカメラをさらに含むことができる。カメラは、イメージセンサを含みうる。カメラおよび／またはイメージセンサは、第１の出力部、第２の出力部および第３の出力部にそれぞれ配設可能である。

【0018】

少なくとも１つのカメラは、ベイヤーフィルタを含みうる。また、このようなカメラはカラーカメラとして指定可能である。これにより、特に対応するスペクトル部分が広いとき、かつ／または異なるスペクトル部分、例えば異なる蛍光発光帯域を区別する必要があるときに、画像を記録するのに役立ちうる。

【0019】

ベイヤーフィルタは、色ごとに標準波長範囲を有する傾向がある。実際には、緑色の蛍光（例えば５６０ｎｍ）と赤外の蛍光とを使用した場合、緑色の蛍光は緑色のチャネルでのみ見え、赤外の蛍光の信号はベイヤーフィルタを通過して全チャネル（ＲＧＢ）で検出される。こうした異なる応答により、２つの蛍光波長を識別することが可能となる。有利な実施形態では、ベイヤーフィルタのサブフィルタは、蛍光物質のうちの１つの蛍光発光帯域に一致するように選択される。これにより、信号強度が高まる。特に、サブフィルタの透過率の最大値は、蛍光発光帯域の最大値の５０ｎｍ以内に位置し、好ましくは波長の２０ｎｍ以内に位置しうる。例えば、１つのサブフィルタは、フルオレセインに一致する５６０ｎｍに透過率の最大値を有することができる。別のサブフィルタは、ＩＣＧ（インドシアニングリーン）に一致する８５０ｎｍに最大値を有することができる。

【0020】

蛍光発光帯域の最大値の波長におけるサブフィルタの透過率は、８０パーセントより大きく、好ましくは９０パーセントより大きく、特に９５パーセントより大きくすることができる。

【0021】

収率を最大化するために、蛍光物質は、その蛍光発光帯域がベイヤーフィルタのサブフィルタを透過したスペクトル部分と重なるように選択可能である。

【0022】

高い感度を実現するために、少なくとも１つのカメラはベイヤーフィルタを備えていないモノクロカメラであってよい。この場合、ベイヤーフィルタのサブフィルタが原因で起こる損失を回避することができる。モノクロカメラは、モノクロイメージセンサを含みうる。モノクロイメージセンサは、モノクロディスプレイに表示された場合にグレーの色調に相当する異なる強度を測定できることから、グレーイメージセンサとも呼ばれる。

【0023】

有利な実施形態では、光ビームスプリッタアセンブリは３つのカメラを含み、１つのカメラはベイヤーフィルタを備えていないモノクロカメラであり、２つのカメラはベイヤーフィルタを含む。ベイヤーフィルタを備えた２つのカメラが異なる波長間を区別することができるのに対して、モノクロカメラは例えば弱い信号に対して高い感度を提供することができる。

【0024】

一実施形態では、ベイヤーフィルタを備えていないモノクロカメラは、第２の光出力部に配設可能である。さらに、ベイヤーフィルタを備えたカメラは、第１の出力部および第３の出力部に配設可能である。

【0025】

別の実施形態では、モノクロイメージセンサを備え、かつベイヤーフィルタを備えていないカメラは、第１の光出力部に配設可能である。さらに、ベイヤーフィルタを備えたカメラは、第２の出力部および第３の出力部に配設可能である。

【0026】

好ましい発展形態においては、イメージセンサおよび／または第１の光出力部に関連付けられたカメラは、色空間内で色画像を記録するように構成されており、色空間は所定の色チャネルのセットを有し、第１の光路のスペクトル部分は２つのスペクトルサブ部分を含み、第１のサブ部分は、色空間の第１の色チャネルと重なっており、かつ色空間の第２の色チャネルとは重ならず、第２のサブ部分は、第２の色チャネルと少なくとも重なっている。これにより、色チャネルのうちの１つを簡易に選択することにより、信号の分離を容易に行うことができる。

【0027】

第１のサブ部分はフルオレセインに関連付け可能であり、第１の色チャネルは緑色のチャネルであってよい。緑色は、特に５００～５６５ｎｍの部分に関連することができる。

【0028】

第２のサブ部分はＩＣＧに関連付け可能であり、第２の色チャネルは赤色のチャネルであってよい。赤色は、特に６２５ｎｍを超える部分に関連することができる。

【0029】

波長を特定する場合、これは特に真空中での波長に関連しうる。媒体中では、波長はより短くなりうる。異なる媒体における周波数を同じままとし、波長と周波数との積をその媒体内の光の速度とすることができる。

【0030】

２つの色チャネルは、別の色チャネルによって分離されうる。これにより、色チャネル間のクロストークが最小限に抑えられるため、明瞭な画像を容易に記録することができる。

【0031】

利用しやすい構成では、色チャネルは原色である。特に、色空間は、原色である赤、緑および青を有するＲＧＢ色空間でありうる。

【0032】

好ましくは、光ビームスプリッタアセンブリは、第１の波長と第２の波長とを有する２つの蛍光発光帯域の光を第１の光出力部にガイドし、第１の波長と第２の波長の間の第３の波長を有する蛍光発光帯域の光を第２の光出力部にガイドするように構成される。この結果、第１の波長および第２の波長の減衰は最小となる。

【0033】

別の実施形態においては、第２の光出力部に関連付けられたイメージセンサおよび／またはカメラは、色空間内で色画像を記録するように構成可能であり、色空間は所定の色チャネルのセットを有し、第１の光路のスペクトル部分は２つのスペクトルサブ部分を含み、第１のサブ部分は、色空間の第１の色チャネルと重なっており、かつ色空間の第２の色チャネルとは重ならず、第２のサブ部分は、第２の色チャネルと少なくとも重なっている。第１のサブ部分は前述の場合と同様にフルオレセインに関連付け可能であり、第１の色チャネルは緑色のチャネルであってよい。第２のサブ部分はＩＣＧに関連付け可能であり、第２の色チャネルは赤色のチャネルでありうる。

【0034】

光ビームスプリッタアセンブリは、第１の波長と第２の波長とを有する２つの蛍光発光帯域の光を第２の光出力部にガイドし、第１の波長と第２の波長の間の第３の波長を有する蛍光発光帯域の光を第１の光出力部にガイドするように構成可能である。これにより、蛍光発光帯域の分離を良好に行うことができる。

【0035】

第２の光出力部に関連付けられたイメージセンサおよび／またはカメラによって記録されたスペクトル部分は、第１の光出力部で記録された２つのスペクトルサブ部分間に存在することができる。これにより、その部分の分離を良好に行うことができる。

【0036】

特に、光ビームスプリッタアセンブリは、白色光を第３の出力部にガイドするように構成することができる。白色光は、第１の部分および第２の部分がフィルタリングされたときに残る光の部分でありうる。白色光は、第３の部分とすることができる。この白色光を使用して、手術が行われる領域の概要を示す画像を作成することができる。

【0037】

少なくとも１つのビームスプリッタは、プリズム上のコーティングを含みうる。これにより、コンパクトな構成が得られる。

【0038】

有利な実施形態では、光ビームスプリッタアセンブリが、光入口部および第１の光出力部を含む第１のプリズム、第２の光出力部を含む第２のプリズムならびに第３の光出力部を含む第３のプリズム、のうちの少なくとも１つを含む。これにより、光ビームスプリッタアセンブリをコンパクトにできるという効果が得られる。

【0039】

第１のビームスプリッタは、立体的な構成を実現するために、第１のプリズムと第２のプリズムとの間に配置することができる。同様に、第２のビームスプリッタは、第２のプリズムと第３のプリズムとの間に配置することができる。

【0040】

省スペースで立体的な配置をもたらす別の発展形態において、光ビームスプリッタアセンブリは、ユニット式のブロックを形成するために互いに接続された３つのプリズムを含む。当該ブロックはモノリシックとすることができる。

【0041】

有利な実施形態では、第１のスペクトル部分と第２のスペクトル部分とは重ならない。したがって、信号強度が改善される。

【0042】

同様に、有利な実施形態では、第１のスペクトル部分、第２のスペクトル部分および第３のスペクトル部分は重ならない。

【0043】

光ビームスプリッタアセンブリは、フルオレセイン、ＩＣＧおよび５－ＡＬＡを組み合わせて使用するように構成することができる。これは、例えば、第１の部分および第２の部分の第１のサブ部分および第２のサブ部分が、各々、フルオレセイン、ＩＣＧおよび５－ＡＬＡのうちの１つの蛍光発光帯域と重なり、他の蛍光物質の蛍光発光帯域とは重ならないものであるときに実現することができる。

【0044】

顕微鏡アセンブリは、画像処理デバイスをさらに含むことができ、画像処理デバイスは、３つの光出力部からの３つの画像から単一の画像を作成するように構成されている。

【0045】

ビームスプリッタの配置は、３つの蛍光波長帯域を識別して、可視配置を生成するために使用されうる。基本的に、この配置は適切な照明を同時に用いて４つの画像全てに使用されうる。

【0046】

可視画像は、蛍光（ＦＬ）イメージングに使用されていない、いずれかのカメラからの出力から構築される。カラーバランス処理は、照明光の波長分布とプリズム／ビームスプリッタの配置のフィルタ特性とを認識することで実行することができる。

【0047】

有利な顕微鏡アセンブリにおいては、ユーザは蛍光モードを選択または指示することができる。照明源による照明は、コントローラによって制御されることで、適切な励起照明（第１の蛍光照明光、第２の蛍光照明光、第３の蛍光照明光のうちの１つまたは複数）と併せて、広帯域の「白色光」照明を提供することができる。システムは、どのカメラの信号が選択された蛍光に関連しているかを認識し、カラーバランス処理された可視画像を構築するためにどのカメラを使用するかを認識することができる。その結果、１つまたは複数の画像を代替のディスプレイに出力することができる。このようなカラーバランス処理は、画像処理デバイスで実行可能である。

【0048】

画像の記録の好適性は、画像の保存を必ずしも含むものではない。本発明の解決策は、画像が捕捉され、例えば処理されて、１つまたは複数のディスプレイにライブで表示されるが、その後保存されない場合であっても使用可能である。

【0049】

次に、いくつかの実施形態を、図面にも示されているサンプルの実施形態のみを使用して、例示の方法によってさらに説明する。図面では、機能および設計の少なくとも一方に関して互いに対応する特徴には、同じ参照番号が使用されている。

【0050】

添付の実施形態に示した特徴の組み合わせは説明のみを目的としており、変更可能である。例えば、特定の用途には必要のない技術的効果を有する実施形態の特徴は、省略されてもよい。同様に、この特徴に関連付けられた技術的効果が特定の用途に必要となる場合には、実施形態の一部として示されていない特徴を追加することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0051】

【図1】光ビームスプリッタアセンブリの一実施形態を含む顕微鏡アセンブリの一実施形態の概略図である。

【図2】可視光および蛍光が光入口部に入射したときの第１の光出力部に到達するスペクトル部分を表すグラフの図である。

【図3】可視光および蛍光が光入口部に入射したときの第２の光出力部に到達するスペクトル部分を表すグラフの図である。

【図4】可視光および蛍光が光入口部に入射したときの第３の光出力部に到達するスペクトル部分を表すグラフの図である。

【図5】光ビームスプリッタアセンブリの一実施形態を含む顕微鏡アセンブリの別の実施形態の概略図である。

【図6】顕微鏡アセンブリの別の実施形態を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0052】

図１には、ビームスプリッタアセンブリ１００を含む顕微鏡アセンブリ１４５が示されている。ビームスプリッタアセンブリ１００は、手術が行われる領域の画像を撮影して記録することができる。

【0053】

異なるスペクトル部分１１０，１２０，１３０の画像を記録するのに適した３つのカメラ１８１，１８２，１８３が存在する。これにより、異なる蛍光物質からの蛍光を別々に画像化することができる。このようにして取得された画像は、次に、顕微鏡アセンブリの画像処理デバイス１４６に入力され、所望のように組み合わせることができる。例えば、２つまたは３つの画像を重ね合わせて、外科医が特徴的な組織を見ることができる単一の画像に組み合わせることができる。また、蛍光物質の信号の強度を所望のように調整することで、例えば、簡単に区別できるように偽色で表示する場合もある。このような画像は、ディスプレイデバイス１４８に表示したり、ディスプレイシステムで観察したりすることができる。

【0054】

光ビームスプリッタアセンブリ１００は、第１のビームスプリッタ１５１と第２のビームスプリッタ１５２とを含む。２つのビームスプリッタ１５１，１５２は、光を第１の光路１７１、第２の光路１７２および第３の光路１７３に分割する役割を果たしている。

【0055】

第１の光路１７１は、第１のスペクトル部分１１０の光を、この光が光ビームスプリッタアセンブリ１００に入射する光入口部１６０から第１の光出力部１６１にガイドするように構成されている。

【0056】

同様に、第２の光路１７２は、第２のスペクトル部分１２０の光を光入口部１６０から第２の光出力部１６２にガイドするように構成されており、第２の光出力部１６２は、第１の光出力部１６１から離間して配置されている。

【0057】

最後に、第３の光路１７３は、第３のスペクトル部分１３０の光を光入口部１６０から第３の光出力部１６３にガイドするように構成されており、第３の光出力部１６３は、第１の光出力部１６１および第２の光出力部１６２から離間して配置されている。

【0058】

第２の光路１７２は第１のビームスプリッタ１５１を横断しており、第３の光路１７３は第１のビームスプリッタ１５１および第２のビームスプリッタ１５２を横断している。

【0059】

ビームスプリッタ１５１，１５２は、各々ダイクロイックミラー１５５として具現化することができる。各ダイクロイックミラー１５５は、ある角度の下で所定の波長を反射する少なくとも１つの薄層を含む。他の波長は透過させられうる。

【0060】

第１のビームスプリッタ１５１は、第１の光路１７１に沿って第１のスペクトル部分１１０の光を反射する。第１のビームスプリッタ１５１は、第２のスペクトル部分１２０の光と、第１のスペクトル部分１１０の一部ではない別の波長と、を透過させる。同様に、第２のビームスプリッタ１５２は、第２の光路１７２に沿って第２のスペクトル部分１２０の光を反射し、例えば他の波長を透過させることができる。第１のスペクトル部分１１０の光は第２のビームスプリッタ１５２にまったく到着しないか、またはほとんど到着しない。なお、第２のビームスプリッタ１５２が、第１のスペクトル部分１１０の光を反射することもある。

【0061】

光ビームスプリッタアセンブリ１００は、第１の出力部１６１、第２の出力部１６２および第３の出力部１６３において光を検出するための３つのイメージセンサ１８１ａ，１８２ａ，１８３ａを有する３つのカメラ１８１，１８２，１８３を含む。このため、３つのイメージセンサ１８１ａ，１８２ａ，１８３ａは、第１の出力部１６１、第２の出力部１６２および第３の出力部１６３にそれぞれ配置されている。任意選択的に、第１の出力部１６１、第２の出力部１６２および／または第３の出力部１６３にダミーガラス１７０を存在させ、光路長を増加させて、各カメラ１８１，１８２，１８３への光路長が同一であることを確実にすることができる。入射光が集束され、ダミーガラス１７０により、集束された画像がイメージセンサ１８１ａ，１８２ａ，１８３ａに位置することが確実となる。

【0062】

特徴的な組織および蛍光物質から到来する信号を記録するために、第１の光路１７１および第２の光路１７２のうちの少なくとも１つについて、蛍光物質の発光帯域がスペクトル部分１１０，１２０と重なるようにする。例えば、蛍光物質としては、フルオレセイン、５－ＡＬＡ、ＩＣＧのうちの少なくとも１つを使用することができる。

【0063】

図示の実施形態では、第１の光路１７１によってガイドされる光のスペクトル部分１１０は、互いに離間して配置されている２つのスペクトルサブ部分１１１，１１２を含む。これは、例えば、２つのスペクトルサブ部分を反射してこれらを第１の光出力部１６１に配置された第１のカメラ１８１の第１のイメージセンサ１８１ａへガイドする第１のビームスプリッタ１５１によって実現することができる。

【0064】

各スペクトルサブ部分１１１，１１２について、蛍光物質の蛍光発光帯域は、スペクトルサブ部分１１１，１１２と重なるか、またはスペクトルサブ部分１１１，１１２内にある。特に、この例では、フルオレセインに関連付けられた第１のスペクトルサブ部分１１１は、５４０ｎｍの典型的な蛍光発光波長の周辺に位置する。ＩＣＧに関連付けられた第２のスペクトルサブ部分１１２は、約７５０～９００ｎｍの波長を含む。

【0065】

第１のカメラ１８１は、ベイヤーフィルタ１８８ａを含む。ベイヤーフィルタ１８８ａは、赤、緑および青のうちの１つだけを選択的に各画素に透過させるための３つのサブフィルタを含む。緑色のサブフィルタの領域は、赤色のサブフィルタと青色のサブフィルタとの領域を組み合わせたものを含む。このようなベイヤーフィルタ１８８ａを使用することで、サブフィルタのうちの１つに関する画素の情報のみを用いて、２つの蛍光物質に関する２つのサブ部分１１１，１１２を容易に分離することができる。また、２つのサブ部分１１１，１１２は、その間のクロストークが最小になるように、互いに離間して配置されている。これは、自然な帯域幅を有する蛍光信号が他方のサブ部分に非常に小さな信号強度しか有さないか、または信号強度をまったく有さないことを意味する。

【0066】

ベイヤーフィルタ１８８ａのサブフィルタは、蛍光物質のうちの１つの蛍光発光帯域に一致するように選択されうる。特に、サブフィルタの透過率の最大値は、蛍光発光帯域の最大値の５０ｎｍ以内に位置し、好ましくは２０ｎｍ以内に位置しうる。蛍光発光帯域の最大値の波長においてサブフィルタの透過率は、８０パーセントより大きく、好ましくは９０パーセントより大きく、さらに好ましくは少なくとも９５パーセントより大きくすることができる。

【0067】

有利には、蛍光物質は、蛍光発光帯域がベイヤーフィルタ１８８ａのサブフィルタによって透過させられたスペクトル部分と重なるように選択される。

【0068】

高い感度を実現するために、第２のカメラ１８２はモノクロのイメージセンサ１８２ａを含むが、ベイヤーフィルタは備えていない。これは、例えば、弱い信号または低い量子効率を有する蛍光物質が使用されるときに有用でありうる。例えば、第２の光路１７２は、５－ＡＬＡの蛍光発光に関するスペクトル部分１２０に関連付けられうる。

【0069】

第３のカメラ１８３は、広いスペクトル範囲を有し、かつ白色光と称されうる残光の第３のスペクトル部分１３０を記録するために、ベイヤーフィルタ１８８ｂおよび第３のイメージセンサ１８３ａを含みうる。この第３のスペクトル部分１３０は、手術が行われる領域の全体像を示すために使用することができる。各画像の視野は、カメラ１８１，１８２，１８３の各々について同一とすることができる。「白色光」画像は、第３のカメラ１８３の出力のみからまたは第３のカメラ１８３からの出力と、これに加えて蛍光イメージングに使用されていないいずれかのカメラ１８１，１８２の出力と、の組み合わせから生成することができる。

【0070】

光ビームスプリッタアセンブリ１００は、合計で３つのカメラ１８１，１８２，１８３を含み、１つのカメラ１８２は、モノクロイメージセンサ１８９を備えたモノクロカメラであり、２つのカメラ１８１，１８３は、ベイヤーフィルタ１８８ａ，１８８ｂを含む。ベイヤーフィルタ１８８ａ，１８８ｂを含む２台のカメラ１８１，１８３は、ベイヤーフィルタ１８８ａ，１８８ｂの背後にモノクロイメージセンサ１８９を含むこともできる。また、２つのカメラ１８１，１８３は、色情報を有する画像を撮影することができるカラーカメラでありうる。

【0071】

図示の実施形態では、モノクロカメラ１８２のモノクロイメージセンサ１８２ａ，１８９が第２の光出力部１６２に配設されており、ベイヤーフィルタ１８８ａ，１８８ｂを備えたカメラ１８１，１８３のイメージセンサ１８１ａ，１８３ａが第１の光出力部１６１および第３の光出力部１６３に配設されている。他の実施形態では、第１のビームスプリッタ１５１によるいかなる損失も回避するために、モノクロイメージセンサ１８９および／またはモノクロカメラを第１の出力部１６１に配設することもできる。

【0072】

第１の光出力部１６１に関連付けられたカメラ１８１は、ＲＧＢ色空間でカラー画像を記録するように構成されており、色空間は、所定の色チャネルのセットを有する。第１の光路１７１のスペクトル部分１１０は、２つのスペクトルサブ部分１１１，１１２を含み、第１のサブ部分１１１、すなわちフルオレセインに関連付けられたサブ部分は、色空間の第１の色チャネルすなわち緑色と重なるが、色空間の第２の色チャネルすなわち赤色とは重ならない。第２のサブ部分１１２、すなわちＩＣＧに関するものは、少なくとも第２の色チャネルすなわち赤色と重なる。

【0073】

２つの色チャネルは、別の色チャネルによって分離されうる。

【0074】

カラーチャネルの各々は、例えば赤、緑、青の原色でありうる。

【0075】

換言すると、第２の光出力部１６２に関連付けられた第２のイメージセンサ１８２ａによって記録される反射されたスペクトル部分１２０は、第１の光出力部１６１で記録される２つのスペクトルサブ部分１１１，１１２の間にある。したがって、第１のスペクトル部分１１０と第２のスペクトル部分１２０とは重ならない。

【0076】

さらに、光ビームスプリッタアセンブリは、白色光または残光を第３の出力部１６３にガイドするように構成されている。光ビームスプリッタアセンブリ１００は、第１の波長と第２の波長とを有する２つの蛍光発光帯域の光を第１の光出力部１６１にガイドし、第１の波長と第２の波長との間の第３の波長を有する蛍光発光帯域の光を第２の光出力部１６２へガイドするように構成されている。

【0077】

図２～図４において、結果として得られるさまざまなスペクトル部分の分布を見ることができる。この場合、約９００ｎｍを下回る波長の光は、光入口部１６０を介して光ビームスプリッタアセンブリ１００に入射する。フルオレセイン帯域とＩＣＧ帯域とは、第１のビームスプリッタ１５１によって第１のカメラ１８１へ配向され、図２では、２つのピーク間に隔たりがあるスペクトル内の２つの異なるピークとして見ることができる。

【0078】

５－ＡＬＡピークは第１のビームスプリッタ１５１を透過し、第２のビームスプリッタ１５２によって第２のカメラ１８２に向かってガイドされる。第２のカメラ１８２には（ベイヤー）フィルタがないため、この弱い信号に対して高い感度を実現することができる。これは特に有利である。図３で見ることができるように、このピークは、第１の出力部で測定された２つのピーク間に位置している。このピークの空間的および／または非空間的な分離により、信号の良好な分離と信頼性の高い検出が可能になる。

【0079】

図４には、第３の出力部１６３に到達した光の部分が示されている。これは、入力部に入射する光であり、第１の出力部１６１に向かって偏向されることも、第２の出力部１６２に向かって偏向されることも、吸収されることもない。スペクトルの幅から、この部分は白色光と称することができる。

【0080】

異なる実施形態においては、第２の光出力部１６２に関連付けられたイメージセンサ１８２ａおよび／またはカメラ１８２は、色空間内で色画像を記録するように構成可能であり、色空間は所定の色チャネルのセットを有し、第２の光路１７２のスペクトル部分１２０は２つのスペクトルサブ部分を含み、第１のサブ部分は、色空間の第１の色チャネルと重なっており、かつ色空間の第２の色チャネルとは重ならず、第２のサブ部分は、少なくとも第２の色チャネルと重なっている。

【0081】

本実施例では、光ビームスプリッタアセンブリは、第１の波長と第２の波長とを有する２つの蛍光発光帯域の光を第２の光出力部１６２にガイドし、第１の波長と第２の波長との間の第３の波長を有する蛍光発光帯域の光を第１の光出力部１６１にガイドするように構成されている。

【0082】

２つのビームスプリッタ１５１，１５２の各々は、プリズム１９１，１９２，１９３上のコーティング１９５を含む。

【0083】

さらに、光ビームスプリッタアセンブリ１００は、光入口部１６０および第１の光出力部１６１を含む第１のプリズム１９１、第２の光出力部１６２を含む第２のプリズム１９２ならびに第３の光出力部１６３を含む第３のプリズム１９３を含む。

【0084】

第１のビームスプリッタ１５１は、第１のプリズム１９１と第２のプリズム１９２との間にある。さらに、第２のビームスプリッタ１５２は、第２のプリズム１９２と第３のプリズム１９３との間にある。

【0085】

光ビームスプリッタアセンブリ１００は、ユニット式のブロック１９９を形成するために、互いに接続された合計で３つのプリズム１９１，１９２，１９３を含む。これにより、取り扱いが簡易となりうる。特に、光ビームスプリッタアセンブリ１００は、顕微鏡アセンブリ１４５または顕微鏡のカメラヘッド１４０の一部とすることができる。

【0086】

光ビームスプリッタアセンブリ１００は、フルオレセイン、ＩＣＧおよび５－ＡＬＡを組み合わせて使用するように構成されている。これは、第１の部分１１０および第２の部分１２０の第１のサブ部分１１１および第２のサブ部分１１２が、各々、フルオレセイン、ＩＣＧおよび５－ＡＬＡのうちの１つの蛍光発光帯域と重なり、他の蛍光物質の蛍光発光帯域とは重ならないようになっているものとして実現される。

【0087】

図５には、別の実施形態が示されている。

【0088】

繰り返しになるが、異なるスペクトル部分１１０，１２０，１３０の画像を記録するのに適した３つのカメラ１８１，１８２，１８３が存在する。これを介して、異なる蛍光物質からの蛍光を別々に画像化することができる。このようにして取得された画像は、次に、顕微鏡アセンブリの画像処理デバイス１４６に入力され、所望のように組み合わせることができる。

【0089】

光ビームスプリッタアセンブリ１００は、第１のビームスプリッタ１５１と第２のビームスプリッタ１５２とを含む。２つのビームスプリッタ１５１，１５２は、光を第１の光路１７１、第２の光路１７２および第３の光路１７３に分割する役割を果たしている。

【0090】

第１のビームスプリッタ１５１の場合、平均反射率（Ｒ_ａｖｅ）は、４００ｎｍ～４８５ｎｍ、５６５ｎｍ～５９９ｎｍ、６７９ｎｍ～７９０ｎｍにおいて＞９０％、５０５ｎｍ～５４５ｎｍ、６１９ｎｍ～６５９ｎｍ、８１０ｎｍ～８５０ｎｍにおいて＜５％とすることができる。これは、平均反射率が、４００ｎｍ～４８５ｎｍ、５６５ｎｍ～５９９ｎｍおよび６７９ｎｍ～７９０ｎｍの区間では９０％より大きく、５０５ｎｍ～５４５ｎｍ、６１９ｎｍ～６５９ｎｍおよび８１０ｎｍ～８５０ｎｍの区間では５％より小さくなることを意味する。入射角はＦ８．０でありうる。

【0091】

第２のビームスプリッタの場合、平均反射率（Ｒ_ａｖｅ）は、４００ｎｍ～５９９ｎｍ、６７９ｎｍ～８５０ｎｍにおいて＞９０％、６１９ｎｍ～６５９ｎｍにおいて＜５％とすることができる。これは、平均反射率が、４００ｎｍ～５９９ｎｍおよび６７９ｎｍ～８５０ｎｍの区間では９０％より大きく、６１９ｎｍ～６５９ｎｍの区間では５％より小さくなることを意味する。入射角はＦ８．０でありうる。

【0092】

したがって、第１のビームスプリッタ１５１は、フルオレセイン、５－ＡＬＡおよびＩＣＧの３つの蛍光物質の信号を全て透過させる。その他の光は、第１のベイヤーフィルタ１８８ａを含む第１のカメラ１８１へと反射される。第２のビームスプリッタ１５２は、５－ＡＬＡ信号のみを透過させ、５－ＡＬＡ信号は、モノクロイメージセンサ１８９を含みベイヤーフィルタを備えていない第３のカメラ１８３に到達する。フルオレセインとＩＣＧとの信号は、ベイヤーフィルタ１８８ｂを含む第２のビームスプリッタによって、第２のカメラ１８２へと反射される。

【0093】

図６には、有利な顕微鏡アセンブリ１４５が示されている。ユーザは蛍光モードを選択または指示することができる。照明源２００による照明は、コントローラ２２０によって制御されることで、適切な励起照明（第１の蛍光照明光２０１、第２の蛍光照明光２０２、第３の蛍光照明光２０３のうちの１つまたは複数）と併せて、広帯域の「白色光」照明２０４を提供することになる。システムは、カメラ１８１，１８２，１８３のうちのどの信号が選択された蛍光に関連しているかを認識し、カラーバランス処理された可視画像を構築するためにどのカメラを使用するかを認識することになる。その結果、１つまたは複数の画像を代替のディスプレイ２４０に出力することができる。このようなカラーバランス処理は、画像処理デバイス１４６で実行されうる。

【0094】

いくつかの態様を装置の文脈において説明してきたが、これらの態様が、対応する方法の説明も表していることが明らかであり、ここではブロックまたは装置がステップまたはステップの特徴に対応している。同様に、ステップの文脈において説明された態様は、対応する装置の対応するブロックまたは項目または特徴の説明も表している。ステップの一部または全部は、例えば、プロセッサ、マイクロプロセッサ、プログラマブルコンピュータまたは電子回路等のハードウェア装置（またはハードウェア装置を使用すること）によって実行されてもよい。いくつかの実施形態では、極めて重要なステップのいずれか１つまたは複数が、そのような装置によって実行されてもよい。

【0095】

一定の実装要件に応じて、本発明の実施形態は、ハードウェアまたはソフトウェアで実装されうる。この実装は、非一過性の記録媒体によって実行可能であり、非一過性の記録媒体は、各方法を実施するために、プログラマブルコンピュータシステムと協働する（または協働することが可能である）、電子的に読取可能な制御信号が格納されている、デジタル記録媒体等であり、これは例えば、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ブルーレイ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭおよびＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはＦＬＡＳＨメモリである。したがって、デジタル記録媒体は、コンピュータ読取可能であってもよい。

【0096】

本発明のいくつかの実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法が実施されるように、プログラマブルコンピュータシステムと協働することができる、電子的に読取可能な制御信号を有するデータ担体を含んでいる。

【0097】

一般的に、本発明の実施形態は、プログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品として実装可能であり、このプログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときにいずれかの方法を実施するように作動する。このプログラムコードは、例えば、機械可読担体に格納されていてもよい。

【0098】

別の実施形態は、機械可読担体に格納されている、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのコンピュータプログラムを含んでいる。

【0099】

したがって、換言すれば、本発明の実施形態は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるときに本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

【0100】

したがって、本発明の別の実施形態は、プロセッサによって実行されるときに本明細書に記載のいずれかの方法を実施するために、格納されているコンピュータプログラムを含んでいる記録媒体（またはデータ担体またはコンピュータ読取可能な媒体）である。データ担体、デジタル記録媒体または被記録媒体は、典型的に、有形である、かつ／または非一過性である。本発明の別の実施形態は、プロセッサと記録媒体とを含んでいる、本明細書に記載されたような装置である。

【0101】

したがって、本発明の別の実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号シーケンスである。データストリームまたは信号シーケンスは、例えば、データ通信接続、例えばインターネットを介して転送されるように構成されていてもよい。

【0102】

別の実施形態は、処理手段、例えば、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するように構成または適合されているコンピュータまたはプログラマブルロジックデバイスを含んでいる。

【0103】

別の実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するために、インストールされたコンピュータプログラムを有しているコンピュータを含んでいる。

【0104】

本発明の別の実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためのコンピュータプログラムを（例えば、電子的にまたは光学的に）受信機に転送するように構成されている装置またはシステムを含んでいる。受信機は、例えば、コンピュータ、モバイル機器、記憶装置等であってもよい。装置またはシステムは、例えば、コンピュータプログラムを受信機に転送するために、ファイルサーバを含んでいてもよい。

【0105】

いくつかの実施形態では、プログラマブルロジックデバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ）が、本明細書に記載された方法の機能の一部または全部を実行するために使用されてもよい。いくつかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するためにマイクロプロセッサと協働してもよい。一般的に、有利には、任意のハードウェア装置によって方法が実施される。

【符号の説明】

【0106】

１００ ビームスプリッタアセンブリ
１１０ 第１のスペクトル部分
１１１ 第１のスペクトルサブ部分
１１２ 第２のスペクトルサブ部分
１２０ 第２のスペクトル部分
１３０ 第３のスペクトル部分
１４０ カメラヘッド
１４５ 顕微鏡アセンブリ
１４６ 画像処理デバイス
１４８ ディスプレイデバイス
１５１ 第１のビームスプリッタ
１５２ 第２のビームスプリッタ
１５５ ダイクロイックミラー
１６０ 光入口部
１６１ 第１の光出力部
１６２ 第２の光出力部
１６３ 第３の光出力部
１７０ ダミーガラス
１７１ 第１の光路
１７２ 第２の光路
１７３ 第３の光路
１８１ 第１のカメラ
１８１ａ 第１のイメージセンサ
１８２ 第２のカメラ
１８２ａ 第２のイメージセンサ
１８３ 第３のカメラ
１８３ａ 第３のイメージセンサ
１８８ａ ベイヤーフィルタ
１８８ｂ ベイヤーフィルタ
１８９ モノクロイメージセンサ
１９１ 第１のプリズム
１９２ 第２のプリズム
１９３ 第３のプリズム
１９５ コーティング
１９９ ブロック
２００ 光源
２０１ 第１の蛍光励起光
２０２ 第２の蛍光励起光
２０３ 第３の蛍光励起光
２０４ 広帯域光
２２０ コントローラ
２４０ ディスプレイ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】