JP2010520778A

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Publication number: JP2010520778A
Application number: JP2009552667A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．セイベルエリック; エス．ジョンストンリチャード; デイビッドメルビルチャールズ; エル．クロスマン−ボスワースジャネット
Original assignee: ユニヴァーシティオブワシントン
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2010-06-17
Also published as: WO2008111970A1; EP2120719A4; EP2120719A1

Abstract

Translated fromJapanese

光ファイバは、近位端の光源からの光を遠位端へと導き、その遠位端において、圧電材料チューブは光ファイバの遠位端に所望のパターンで走査を行わせる力を加える。光ファイバの遠位端からの光は、レンズ系を通過し、反射面によって少なくとも部分的に側視型スコープの側面に向かって反射されて、患者の身体内の組織を照明する。内部組織から受け取られた光は反射されて、近位側に配置された光検出器へと光を導く集光用光ファイバに、あるいは直接遠位側の光検出器に戻される。光検出器は、内部組織の画像を生成するのに使用することができる光の強度を示す電気信号を生成する。組織から受け取られた光は、照明光に応じて、散乱光、偏光、蛍光、又はろ過光のいずれかであり得る。 The optical fiber directs light from the light source at the proximal end to the distal end, where the piezoelectric material tube applies a force that causes the distal end of the optical fiber to scan in the desired pattern. Light from the distal end of the optical fiber passes through the lens system and is reflected at least partially toward the side of the side view scope by the reflecting surface to illuminate tissue within the patient's body. The light received from the internal tissue is reflected and returned to the collecting optical fiber that directs the light to the proximally located photodetector or directly back to the distal photodetector. The photodetector generates an electrical signal indicative of the intensity of light that can be used to generate an image of the internal tissue. The light received from the tissue can be either scattered light, polarized light, fluorescent light, or filtered light, depending on the illumination light.

Description

Translated fromJapanese

本発明は、患者の身体内部の領域を画像化する側視型スコープ及びその画像化方法に関し、より詳細には、患者の身体内部の領域を画像化する側視型光ファイバ内視鏡における側視型光ファイバ走査システム及びその画像化方法に関する。 The present invention relates to a side-viewing scope that images an area inside a patient's body and an imaging method thereof, and more particularly, to a side in a side-viewing optical fiber endoscope that images an area inside a patient's body. The present invention relates to a visual optical fiber scanning system and an imaging method thereof.

患者の身体内における内部部位の光学データを画像化して収集するのに使用される内視鏡及び他のタイプのスコープは、一般的に、前方方向で、即ちスコープの遠位端の下流側で画像化を行う。しかし、スコープの側方に対して身体の管腔又は体腔内における内部状態を見ることができることから、側視型スコープも場合によっては使用される。 Endoscopes and other types of scopes used to image and collect optical data of internal sites within a patient's body are generally in the forward direction, ie downstream of the distal end of the scope. Perform imaging. However, side view scopes are also used in some cases because the internal state of the body lumen or body cavity can be seen from the side of the scope.

前方視型スコープ（ｆｏｒｗａｒｄ−ｖｉｅｗｉｎｇｓｃｏｐｅ）又は側視型スコープ（ｓｉｄｅ−ｖｉｅｗｉｎｇｓｃｏｐｅ）どちらかの場合、従来のスコープの分解能は画像を作成するのに使用される画像化装置によって制限される。小径のスコープは、やはり比較的小さい身体の管腔又は空間に導入するのには特に望ましい。スコープの断面サイズがより小さくなるにつれて、従来のスコープの分解能も通常は減少するが、それは、束ねてまとめることができる光ファイバの数が、低減されたスコープのサイズによって制限されるためである。 In either a forward-viewing scope or a side-viewing scope, the resolution of a conventional scope is limited by the imaging device used to create the image. Small scopes are particularly desirable for introduction into a relatively small body lumen or space. As the cross-sectional size of the scope becomes smaller, the resolution of conventional scopes also usually decreases because the number of optical fibers that can be bundled together is limited by the reduced scope size.

例えば、小径のスコープの１つの用途は、患者の膵管の診断評価を実施することである。この作業に適したスコープは、直径が３ｍｍ未満であり、長さ２０ｍｍ以下の剛性の遠位先端を有するとともに、高い光学分割又は空間分解能で歪みのない二次元（２−Ｄ）走査焦点面を提供することができる、高周波数及び高振幅の走査を生成することができるものであるべきである。 For example, one use of a small diameter scope is to perform a diagnostic assessment of a patient's pancreatic duct. A suitable scope for this task is a two-dimensional (2-D) scanning focal plane that is less than 3 mm in diameter, has a rigid distal tip that is 20 mm or less in length, and is free of distortion with high optical resolution or spatial resolution. It should be able to produce high frequency and high amplitude scans that can be provided.

スコープは、また、これらの光学的基準を満たす側視能力を有し、それによって、比較的小径の膵管を通してスコープを前進させながら膵管の壁を評価することができるものであるべきである。前方視型スコープも、小径の身体管腔を画像化し、その診断評価を可能にすることができるものの、側視型スコープは、画像化及び他の光学的評価の際の歪みがより少なく、また同程度の焦点深度範囲での画像化を必要とすることなく実現できることから、より効率的にこの目的に使用することができる。しかし、従来の側視型スコープは、大きすぎ、非常に小径の身体管腔において許容可能な結果を達成するのに必要な分解能を提供することができない。 The scope should also be capable of side vision that meets these optical criteria, so that the wall of the pancreatic duct can be evaluated while the scope is advanced through a relatively small diameter pancreatic duct. Although an anterior scope can also image a small diameter body lumen and allow its diagnostic evaluation, a lateral scope has less distortion during imaging and other optical evaluations, and Since it can be realized without requiring imaging in a similar depth of focus range, it can be used more efficiently for this purpose. However, conventional side-viewing scopes are too large to provide the resolution necessary to achieve acceptable results in very small body lumens.

また、異なる偏光特性を有する光を使用して画像化することができる側視型スコープを使用して、患者の身体の身体管腔内の組織を評価することが望ましい。側視型スコープは、また、側視型スコープの側面において組織から受け取った散乱光又は蛍光を検出することが可能であるべきである。側視型スコープの他の望ましい特徴としては、低コストであること、比較的可撓性が高く、患者の身体内における比較的急なカーブを有する蛇行した通路を通して側視型スコープを容易に前進させることができること、また、側視型スコープの遠位端に近接した内部部位に対して診断用及び治療用の光学放射の画素精度の（ｐｉｘｅｌ−ａｃｃｕｒａｔｅ）伝達を提供する能力があることが挙げられる。 It is also desirable to evaluate tissue within the body lumen of a patient's body using a side-viewing scope that can be imaged using light having different polarization characteristics. The side-viewing scope should also be able to detect scattered light or fluorescence received from tissue on the side of the side-viewing scope. Other desirable features of the side-viewing scope include low cost, relatively flexible, and easy advancement of the side-viewing scope through a tortuous path with a relatively steep curve in the patient's body And the ability to provide pixel-accurate transmission of diagnostic and therapeutic optical radiation to an internal site proximate to the distal end of the side-viewing scope. It is done.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、患者の身体内部の領域を画像化する側視型スコープ及びその画像化方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a side-viewing scope that images a region inside a patient's body and an imaging method thereof.

患者の身体内部の領域を画像化するための代表的な側視型スコープが開発されており、それを以下に詳細に説明する。側視型スコープは、近位端と遠位端との間を延びる光ファイバを含んでいる。光ファイバの近位端は、外部光源に結合するように構成されて、外部光源によって生成される光を受け取り、光ファイバの遠位端に近接した領域を照明するのに使用するため、その光を光ファイバの遠位端に向かって導く。 Representative side-viewing scopes have been developed for imaging areas inside the patient's body, which are described in detail below. The side-viewing scope includes an optical fiber that extends between a proximal end and a distal end. The proximal end of the optical fiber is configured to couple to an external light source to receive light generated by the external light source and use it to illuminate a region proximate to the distal end of the optical fiber. To the distal end of the optical fiber.

走査装置は、光ファイバの遠位端に配置され、それに結合される。走査装置は自由端を有し、光ファイバを通して導かれた光はその自由端から第１の方向で放射される。走査装置の自由端を所望のパターンで動かすための駆動力を提供するアクチュエータが含まれる。反射面は、走査装置の自由端に隣接して配置され、自由端から放射された光の少なくとも一部分を、第１の方向にほぼ直交する第２の方向で反射するので、反射面から反射した光の部分は側視型スコープの側方に向かって方向付けられる。反射面から反射された光によって照明される、側視型スコープの側方にある領域からの光を検出する少なくとも１つの光検出器が提供される。１つ又は複数の光検出器は、領域の画像を生成するのに使用可能な信号を生成する。 A scanning device is disposed at and coupled to the distal end of the optical fiber. The scanning device has a free end, and light guided through the optical fiber is emitted from the free end in a first direction. An actuator is included that provides a driving force to move the free end of the scanning device in a desired pattern. The reflective surface is disposed adjacent to the free end of the scanning device and reflects at least a portion of the light emitted from the free end in a second direction substantially orthogonal to the first direction, and thus reflected from the reflective surface. The portion of light is directed toward the side of the side view scope. At least one photodetector is provided that detects light from a region lateral to the side-viewing scope that is illuminated by light reflected from the reflecting surface. One or more photodetectors generate a signal that can be used to generate an image of the region.

反射面は４つの異なる選択肢の１つであることができる。これらの選択肢としては、（１）走査装置によって放射された光を第２の方向で反射するミラー、（２）反射性であって、走査装置によって放射された光を反対方向で反射する２つの対向面を有し、反対方向のどちらかが第２の方向を含み、反対方向の他方が第３の方向を含む三角形要素、（３）反射面を有する軸対称ミラー面もしくは円錐、又は、反射性であって、走査装置によって放射された光を側視型スコープの側方に向かって異なる方向でそれぞれ反射する２つ以上の面を有する角錐形要素、あるいは、（４）走査装置によって放射された光の一部分を側視型スコープの側方に向かって反射し、残りの光を透過する部分反射ビームスプリッタが挙げられる。 The reflective surface can be one of four different options. These options include (1) a mirror that reflects light emitted by the scanning device in a second direction, and (2) two reflective elements that reflect light emitted by the scanning device in opposite directions. A triangular element having opposing surfaces, one of the opposite directions including the second direction and the other of the opposite directions including the third direction, (3) an axisymmetric mirror surface or cone having a reflecting surface, or reflecting A pyramidal element having two or more surfaces that respectively reflect light emitted by the scanning device in different directions toward the side of the side-viewing scope; or (4) emitted by the scanning device. A partially reflecting beam splitter that reflects a part of the light toward the side of the side-viewing scope and transmits the remaining light can be mentioned.

少なくとも１つの代表的実施形態では、部分反射ビームスプリッタは、走査装置によって放射された光の残りの部分を側視型スコープの遠位端に向かって透過して、別の領域を照明する。この別の領域は、側視型スコープの遠位端よりも前方に、かつそれに近接して位置するので、側視型スコープによる前方視が可能になる。 In at least one exemplary embodiment, the partially reflective beam splitter transmits the remaining portion of the light emitted by the scanning device toward the distal end of the side view scope to illuminate another region. This other region is located in front of and in the vicinity of the distal end of the side-viewing scope, so that the front-viewing by the side-viewing scope is possible.

側視型スコープは、近位端及び遠位端を有する少なくとも１つの集光用光ファイバをさらに含むことができる。反射面はまた、少なくとも１つの集光用光ファイバの近位端に向かって透過するため、側視型スコープの側面から受け取った光を反射して、少なくとも１つの集光用光ファイバの遠位端に戻すことができる。 The side view scope may further include at least one collection optical fiber having a proximal end and a distal end. The reflective surface also transmits toward the proximal end of the at least one concentrating optical fiber so that it reflects light received from the side of the side view scope and is distal to the at least one concentrating optical fiber. Can be returned to the end.

少なくとも１つの代表的な実施形態では、各集光用光ファイバの近位端は、少なくとも１つの特定のタイプの光を検出する対応する光検出器に結合するように構成されている。特定のタイプの光は、平行偏光、垂直偏光、組織から散乱してきた散乱光、組織によって放射された蛍光、又は組織から後方散乱したろ過光のいずれかであり得る。 In at least one exemplary embodiment, the proximal end of each collection optical fiber is configured to couple to a corresponding photodetector that detects at least one particular type of light. The particular type of light can be either parallel polarized light, vertically polarized light, scattered light scattered from the tissue, fluorescence emitted by the tissue, or filtered light back scattered from the tissue.

集光用光ファイバを含まない代替の代表的な実施形態の場合、側視型スコープの側方にある組織からの、また少なくとも別の代表的な実施形態では、側視型スコープの遠位先端の先にある組織からの光を受け取るため、１つ又は複数の光検出器が走査装置の遠位端に隣接して配置される。光検出器（１つ又は複数）によって生成される信号は、組織から受け取った光の強度に対応する。 In the case of an alternative exemplary embodiment that does not include a collecting fiber, the distal tip of the side-viewing scope from tissue that is lateral to the side-viewing scope, or at least another exemplary embodiment. One or more photodetectors are positioned adjacent the distal end of the scanning device to receive light from the tissue ahead of it. The signal generated by the photodetector (s) corresponds to the intensity of light received from the tissue.

少なくとも１つの代表的な実施形態では、側視型スコープは、遠位端及び近位端を有するリード線も含んでいる。リード線の遠位端は、少なくとも１つの光検出器によって生成される各信号を、処理装置に結合するリード線の近位端に導くため、光検出器に接続される。 In at least one exemplary embodiment, the side view scope also includes a lead having a distal end and a proximal end. The distal end of the lead is connected to the photodetector to direct each signal generated by the at least one photodetector to the proximal end of the lead that couples to the processing device.

アクチュエータは、走査装置の自由端に駆動力を加えて、自由端をその共振周波数付近で動かすように構成される。このアクチュエータは、走査装置を所望のパターンで動かして、いくつかの異なるタイプの走査の１つを実現することができる。これら異なるタイプの走査としては、線形走査、ラスタ走査、正弦走査（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｓｃａｎ）、環状走査（ｔｏｒｏｉｄａｌｓｃａｎ）、らせん走査、及びプロペラ走査（ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓｃａｎ）が挙げられる。 The actuator is configured to apply a driving force to the free end of the scanning device to move the free end near its resonant frequency. This actuator can move the scanning device in a desired pattern to achieve one of several different types of scanning. These different types of scans include linear scans, raster scans, sinusoidal scans, toroidal scans, helical scans, and propeller scans.

この新規な開発の他の実施態様は、患者の身体に導入されるように構成された側視型スコープの遠位端の側方にある領域を画像化する方法を対象とする。方法の諸段階は、全体として、上述の側視型スコープの構成要素によって実施される諸機能と一致する。 Another embodiment of this novel development is directed to a method of imaging a region lateral to the distal end of a side view scope configured to be introduced into a patient's body. The steps of the method are generally consistent with the functions performed by the components of the side-viewing scope described above.

この「発明の概要」は、「発明を実施するための形態」でさらに詳細に後述するいくつかの概念を簡潔に紹介するために提供したものである。ただし、この「発明の概要」は、請求する主題の主要な又は必須の特徴を特定するものではなく、また、請求する主題の範囲を決定する助けとして使用されるものでもない。 This "Summary of the Invention" is provided in order to briefly introduce some of the concepts described in more detail below in "DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION". However, this “Summary of the Invention” is not intended to identify key or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used to help determine the scope of the claimed subject matter.

１つ又は複数の代表的実施形態及びそれらの修正例の様々な態様とそれらに付随する利点は、添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照してさらに十分に理解されるにしたがって、より容易に認識されるであろう。 The various aspects of one or more exemplary embodiments and their modifications, and the advantages associated therewith, will become more apparent as they become more fully understood with reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Will be easily recognized.

前方視界及び側方視界の両方を可能にする側視型光ファイバ走査システムの可能なレンズ系設計の概略図である。1 is a schematic diagram of a possible lens system design for a side-viewing optical fiber scanning system that allows both forward and side views. FIG.側方視界を提供する側視型光ファイバ走査システムの別のレンズ設計の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of another lens design for a side-viewing optical fiber scanning system that provides a side view.図２Ａと類似の形式で側方視界を提供する、ただし像平面を内視鏡により近付けるため、レンズ間の間隔をより広くした側視型光ファイバ走査システムのレンズ設計の概略図である。2B is a schematic diagram of a lens design for a side-view fiber optic scanning system that provides a side view in a manner similar to FIG. 2A, but with a wider spacing between the lenses to bring the image plane closer to the endoscope.その非常に広い視野によって前方視界及び側方視界の両方を提供する側視型光ファイバ走査システムのレンズ設計の概略図である。1 is a schematic diagram of a lens design for a side-view fiber optic scanning system that provides both forward and side views with its very wide field of view. FIG.側視型光ファイバ走査システムの側方視界を提供する２つの反射面の構成の概略図である。1 is a schematic diagram of a configuration of two reflective surfaces that provide a side view of a side view optical fiber scanning system. FIG.側視型光ファイバ走査システムの側方視界を提供する４つの反射面の角錐構成の概略図である。1 is a schematic diagram of a pyramidal configuration of four reflective surfaces that provide a side view of a side view optical fiber scanning system. FIG.著しい画像歪みを有するが、身体管腔内での側視型スコープの軸方向位置における色及び蛍光などの一般的な組織状態を正確に識別することができる側視型光ファイバ走査システムの軸対称反射面の概略図である。Axisymmetric of a side-view fiber optic scanning system that has significant image distortion but can accurately identify common tissue conditions such as color and fluorescence at the axial position of the side-view scope within the body lumen It is the schematic of a reflective surface.６つの光検出器及びそれら検出器から出る６つのリード線を含む側視型光ファイバ走査システム内の環状検出器リングの概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of an annular detector ring in a side-view fiber optic scanning system including six photodetectors and six leads exiting from the detectors.側視型光ファイバ走査システム内で光を導く６つのマルチモードファイバを含む環状検出器リングの概略図である。1 is a schematic diagram of an annular detector ring that includes six multimode fibers that direct light within a side-view fiber optic scanning system. FIG.側視型光ファイバ走査システム内の走査機構及び走査されるシングルモードファイバの概略図である。1 is a schematic diagram of a scanning mechanism and a scanned single mode fiber in a side view optical fiber scanning system. FIG.第２のモードの共振で振動する、遠位先端にマイクロレンズを備えたシングルモードファイバの概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a single mode fiber with a microlens at the distal tip that vibrates at second mode resonance.本発明による、画像化、監視、及び診断付与のために光ファイバとともに使用可能な、システム内の信号の機能的フローを説明する代表的なブロック図である。FIG. 2 is an exemplary block diagram illustrating the functional flow of signals within a system that can be used with optical fibers for imaging, monitoring, and diagnostic delivery according to the present invention.内部部位からの光を集光するために単一のミラー及び集光用光ファイバを使用することを説明する、患者の体内で使用される側視型光ファイバ走査システムの部分の概略図である。1 is a schematic view of a portion of a side-viewing optical fiber scanning system used in a patient's body, illustrating the use of a single mirror and collecting optical fiber to collect light from an internal site. .側方視及び前方視の両方を提供するためにビームスプリッタを含み、側視型スコープの側方及び遠位側の両方にある内部組織からの光を検出する光検出器の環状リングを含む、側視型スコープの代表的な一実施形態を示す図である。Including a beam splitter to provide both lateral and forward viewing, including an annular ring of photodetectors for detecting light from internal tissue on both the lateral and distal sides of the side-viewing scope; It is a figure showing one typical embodiment of a side view type scope.内部部位における組織を走査するために軸対称の反射円錐面を使用することを説明する側視型光ファイバ走査システムに使用されるスコープの他の代表的な実施形態の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of another exemplary embodiment of a scope used in a side-view fiber optic scanning system illustrating the use of an axisymmetric reflective conical surface to scan tissue at an internal site.２つ以上の反射面を有するミラーアセンブリを使用するスコープの更に他の代表的な実施形態の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of yet another exemplary embodiment of a scope that uses a mirror assembly having two or more reflective surfaces.図１２Ａに類似しているが、内部部位の組織からの光を検出するため、マルチモード集光用ファイバの代わりに環状検出器リングを使用する、代替の代表的な実施形態の概略図である。FIG. 12B is a schematic diagram of an alternative exemplary embodiment similar to FIG. 12A but using an annular detector ring instead of a multimode collection fiber to detect light from tissue at an internal site. .図１２Ａに示されるスコープなどにおいて、走査用光ファイバの周りの環状リング内に配置された集光用光ファイバの遠位端の上に置かれたとき、側視型光ファイバ走査システムにおいて偏光を検出するのに使用することができる、代表的なワイヤグリッド偏光子の概略図である。In a scope such as the scope shown in FIG. 12A, polarization is achieved in a side-viewing optical fiber scanning system when placed over the distal end of a collecting optical fiber disposed in an annular ring around the scanning optical fiber. 1 is a schematic diagram of an exemplary wire grid polarizer that can be used to detect. FIG.

＜図面及び開示の実施形態は非限定的である＞
代表的な実施形態を参照図面に示す。本明細書に開示される実施形態及び図面は、限定目的ではなく説明目的のものと見なされるものとする。技術及びそれに付随する請求項の範囲に対する限定は、図面に示され、本明細書にて考察される実施例に帰属するものとする。<The embodiments of the drawings and disclosure are non-limiting>
Exemplary embodiments are shown in the reference drawings. The embodiments and drawings disclosed herein are to be regarded as illustrative rather than restrictive. Limitations to the technology and the scope of the claims appended hereto are attributed to the examples shown in the drawings and discussed herein.

＜代表的な側視型光ファイバ走査システム＞
図１は、前方視界及び側方視界の両方を可能にする側視型光ファイバ走査システムの可能なレンズ系設計の概略図である。側視型光ファイバ走査システムに使用するためのレンズ系１０は、４つのレンズ１２、１４、１６、及び１８と、４５°ビームスプリッタ２０とを含んでいる。ビームスプリッタ２０は、部分反射ミラー、ダイクロイックビームスプリッタ、又は偏光ビームスプリッタであることができる。レンズ系１０は、患者の身体内部にある所見領域（ＲＯＩ）の前方視界及び側方視界の両方を提供する。このＲＯＩは、食道、胆管、膵管、肺気道、又は他のそのような管状気管（いずれも図示なし）など、身体管腔内部の組織であってもよい。４５°ビームスプリッタ２０は、側視型光ファイバ走査システムによって走査される光の特定波長がレンズ系の側部に向かって反射され、他の波長はダイクロイックビームスプリッタを通してレンズ系の端部に向かって透過されるように構成される。<Typical side-view type optical fiber scanning system>
FIG. 1 is a schematic diagram of a possible lens system design for a side-view fiber optic scanning system that allows both forward and side views. Thelens system 10 for use in a side view optical fiber scanning system includes fourlenses 12, 14, 16 and 18 and a 45 °beam splitter 20. Thebeam splitter 20 can be a partially reflecting mirror, a dichroic beam splitter, or a polarizing beam splitter. Thelens system 10 provides both a front view and a side view of a finding region (ROI) within the patient's body. This ROI may be tissue inside the body lumen, such as the esophagus, bile duct, pancreatic duct, pulmonary airway, or other such tubular trachea (none shown). The 45 °beam splitter 20 reflects a specific wavelength of light scanned by the side-view type optical fiber scanning system toward the side of the lens system, and other wavelengths pass through the dichroic beam splitter toward the end of the lens system. Configured to be transparent.

前方視界を提供する３つのレンズ１２、１４、及び１６は、この代表的な実施形態では直径３．０ｍｍであり、レンズ１８は直径２．０ｍｍであり、レンズ１２及び１４ならびにダイクロイックビームスプリッタ２０が組み合わされて、身体の管腔又は管の側方視界を提供する。６３５ｎｍの波長で計算される、像平面２２における側方視界の概算空間分解能は１０ミクロンである。６７０ｎｍの波長で計算される、像平面２４における前方視界の概算空間分解能は２１ミクロンである。像平面２２の側方視界は直径１．５ｍｍの視野（ＦＯＶ）を有し、像平面２４の前方視界は直径５．２ｍｍのＦＯＶを有する。この代表的設計は、約２５ｍｍの内径を有する食道の内部、又は約５ｍｍの内径を有する胆管の内部を画像化することができる。この設計を修正することによって、約２ｍｍまでの内径を有する膵管などのより小さな身体管腔に適応させることができる。 The threelenses 12, 14, and 16 that provide the forward field of view are 3.0 mm in diameter in this exemplary embodiment, thelens 18 is 2.0 mm in diameter, and thelenses 12 and 14 and thedichroic beam splitter 20 are Combined to provide a side view of the body lumen or tube. The approximate spatial resolution of the lateral field of view in theimage plane 22 calculated at a wavelength of 635 nm is 10 microns. The approximate spatial resolution of the forward field of view in theimage plane 24 calculated at a wavelength of 670 nm is 21 microns. The lateral view of theimage plane 22 has a 1.5 mm diameter field of view (FOV), and the forward view of theimage plane 24 has a 5.2 mm diameter FOV. This exemplary design can image the interior of the esophagus having an inner diameter of about 25 mm, or the interior of a bile duct having an inner diameter of about 5 mm. By modifying this design, it can be adapted to smaller body lumens such as the pancreatic duct having an inner diameter of up to about 2 mm.

ビームスプリッタ２０は、波長又は偏光選択性ではない場合、レンズ１４を透過した光の一部分を像平面２２に向かって側方に反射し、その光の残りの部分を、レンズ１６を通して像平面２４に向かって透過する。ビームスプリッタ２０が偏光型である場合、それは、第１の方向で偏光された直線偏光は反射し、第１の方向に直交する第２の方向で偏光された直線偏光は透過する。 If thebeam splitter 20 is not wavelength or polarization selective, thebeam splitter 20 reflects a portion of the light transmitted through thelens 14 sideways toward theimage plane 22 and the remaining portion of the light through thelens 16 to theimage plane 24. Permeate toward. If thebeam splitter 20 is of the polarization type, it reflects linearly polarized light polarized in the first direction and transmits linearly polarized light polarized in the second direction orthogonal to the first direction.

図２Ａは、側方視界を提供する側視型光ファイバ走査システムの別のレンズ設計の概略図で、図２Ｂは、図２Ａと類似の形式で側方視界を提供する、ただし像平面を内視鏡により近付けるため、レンズ間の間隔をより広くした側視型光ファイバ走査システムのレンズ設計の概略図で、側視型光ファイバ走査システムの別のレンズ系２６の代表的な一実施形態を示している。 FIG. 2A is a schematic diagram of another lens design for a side-view fiber optic scanning system that provides side field of view, and FIG. 2B provides side field of view in a manner similar to FIG. FIG. 6 is a schematic diagram of a lens design of a side-view type optical fiber scanning system with a wider distance between the lenses to bring it closer to the endoscope, and shows a representative embodiment of anotherlens system 26 of the side-view type optical fiber scanning system. Show.

レンズ２８及び３０の先にある反射面３２（例えば、前面銀めっきミラー（ｆｒｏｎｔｓｉｌｖｅｒｅｄｍｉｒｒｏｒ））によって、レンズ系の光軸（レンズ２８及び３０の中心を通って延びる）に対して９０°の角度を向いた像平面３４が得られる。図２Ｂにおけるレンズ２８及び３０の間の間隔が大きくなるほど（即ち、図２Ａに示される対応する間隔に比べて大きい）、得られる像平面３４は図２Ａの場合よりも反射面３２に近くなる。図２Ｂに示されるより近い像平面によって、身体のより小径の管腔の側面に沿ったＲＯＩを見ることができるとともに、目的の組織の範囲をより拡大することができる。図２Ａのレンズ系は、６３５ｎｍの波長で計算された２７ミクロンの概算空間分解能を有し、この代表的実施形態における像平面３４は直径４．７ｍｍのＦＯＶを有する。図２Ｂのレンズ設計は、やはり６３５ｎｍの波長で計算された約９ミクロンの概算空間分解能を有し、図２Ｂの像平面３４は直径約１．６ｍｍのＦＯＶを有する。 90 ° angle to the optical axis of the lens system (extending through the center of thelenses 28 and 30) by a reflective surface 32 (eg, a front silvered mirror) ahead of thelenses 28 and 30 Is obtained. The greater the spacing between thelenses 28 and 30 in FIG. 2B (ie, greater than the corresponding spacing shown in FIG. 2A), the resultingimage plane 34 is closer to thereflective surface 32 than in FIG. 2A. The closer image plane shown in FIG. 2B allows the ROI along the side of the smaller diameter lumen of the body to be seen and the scope of the tissue of interest to be enlarged. The lens system of FIG. 2A has an approximate spatial resolution of 27 microns calculated at a wavelength of 635 nm, and theimage plane 34 in this exemplary embodiment has a FOV of 4.7 mm in diameter. The lens design of FIG. 2B also has an approximate spatial resolution of about 9 microns calculated at a wavelength of 635 nm, and theimage plane 34 of FIG. 2B has a FOV of about 1.6 mm in diameter.

図３は、その非常に広い視野によって前方視界及び側方視界の両方を提供する側視型光ファイバ走査システムのレンズ設計の概略図で、側方視界及び前方視界の両方を提供する側視型光ファイバ走査システムのレンズ系３６の一実施形態を示している。 FIG. 3 is a schematic diagram of a lens design for a side-viewing optical fiber scanning system that provides both forward and side views due to its very wide field of view, and provides a side view that provides both side and forward views. One embodiment of alens system 36 of an optical fiber scanning system is shown.

その広い走査範囲により、レンズ系３６は１３５°のＦＯＶを網羅する。ボールマイクロレンズ３８及びレンズ４０によって方向付けられた、走査された光線は、湾曲した像平面４２において広いＦＯＶを提供する。この代表的な実施形態の空間分解能は約１３ミクロンと概算される。より大きな角度偏向で、また、ボールマイクロレンズに近接した位置で光ファイバ内に配置された有効点光源を用いて光を導くのに使用される光ファイバは図示されていない。マイクロレンズ３８は、この光ファイバに融着されるか、又は別の方法で結合される。 Due to its wide scanning range, thelens system 36 covers a 135 ° FOV. Scanned rays directed by the ball microlens 38 andlens 40 provide a wide FOV in thecurved image plane 42. The spatial resolution of this exemplary embodiment is estimated to be about 13 microns. The optical fiber used to direct the light with a larger angle deflection and using an effective point light source located in the optical fiber at a location close to the ball microlens is not shown. Themicrolens 38 is fused or otherwise coupled to the optical fiber.

図４Ａは、側視型光ファイバ走査システムの側方視界を提供する２つの反射面の構成の概略図で、例えば、身体管腔の対向面に向かって、１８０°離れた方向で２つの側方視界を達成するため、側視型光ファイバ走査システムのレンズ系に隣接して位置付けることができる、２つのミラー４６及び４８の三角形要素４４の側面図を示している。 FIG. 4A is a schematic illustration of a configuration of two reflective surfaces that provide a side view of a side-view fiber optic scanning system, for example, two sides in adirection 180 degrees away from the opposing surface of a body lumen. FIG. 4 shows a side view of atriangular element 44 of twomirrors 46 and 48 that can be positioned adjacent to the lens system of a side-view fiber optic scanning system to achieve a square field of view.

側視型光ファイバ走査システム全体は、このミラー配置を含む内視鏡（この図には図示されない）を挿入する間及び／又は撤回する間回転させることができるので、内視鏡を挿入又は撤回しながら管腔壁全体を画像化することができ、あるいは、アセンブリ全体を回転させて、身体管腔内の静止位置において身体管腔のほぼ全３６０°を画像化することができる。管腔内で視界を回転させるには、単に近位端において軸体全体を回転させればよい。任意に、ミラー４６及び４８は、動力機械（図示なし）に結合された小さな軸体によってともに回転させることができるので、ミラーは、それらが互いにそこに沿って接触する線の中心を通って延びる共通の長手方向軸の周りを回転する。そのように回転されるので、ミラー４６及び４８は周辺の側方視界の全３６０°を画像化することができるようになる。図２Ａ及び２Ｂに示されるような、単一のミラーを含む側視型光ファイバ走査システムの代表的な一実施形態に関連して、同じ方策を使用して、管腔の内表面周囲のより大きな角度範囲又は全３６０°を見ることができる。 The entire side view fiber optic scanning system can be rotated while inserting and / or retracting an endoscope (not shown in this figure) that includes this mirror arrangement, so that the endoscope can be inserted or retracted. While the entire lumen wall can be imaged, or the entire assembly can be rotated to image almost the entire 360 ° of the body lumen in a rest position within the body lumen. To rotate the field of view within the lumen, simply rotate the entire shaft at the proximal end. Optionally, themirrors 46 and 48 can be rotated together by a small shaft coupled to a power machine (not shown) so that the mirrors extend through the center of the line they touch along each other. Rotate around a common longitudinal axis. As so rotated, mirrors 46 and 48 are able to image the entire 360 ° of the peripheral side view. In connection with an exemplary embodiment of a side-view fiber optic scanning system that includes a single mirror, as shown in FIGS. 2A and 2B, the same strategy can be used to A large angular range or a full 360 ° can be seen.

図４Ｂは、側視型光ファイバ走査システムの側方視界を提供する４つの反射面の角錐構成の概略図で、９０°離れて向けられた方向で４つの側方視界を達成するため、側視型光ファイバ走査システムの側視型スコープ内のレンズ系に隣接して配置することができる、４つのミラー５２、５４、５６、及び５８の代表的な角錐形要素５０を示している。これらのミラーもまた、周辺側方視界の周囲で全３６０°を見ることができるようにするため、動力機械（図示なし）によって、それらの共通の中心頂点を通って延びる中央軸体上で回転させることができる。 FIG. 4B is a schematic diagram of a pyramidal configuration of four reflective surfaces that provides a side view of a side-view fiber optic scanning system, and to achieve the four side views in directions oriented 90 ° apart, Shown is a representative pyramidal element 50 of fourmirrors 52, 54, 56, and 58 that can be positioned adjacent to a lens system in a side view scope of a viewing fiber optic scanning system. These mirrors also rotate on a central shaft that extends through their common central vertex by a power machine (not shown) to allow full 360 ° viewing around the peripheral side field of view. Can be made.

図５は、著しい画像歪みを有するが、身体管腔内での側視型スコープの軸方向位置における色及び蛍光などの一般的な組織状態を正確に識別することができる側視型光ファイバ走査システムの軸対称反射面の概略図で、軸対称の円錐反射面６２を使用して、側視型光ファイバ走査システムの光軸に垂直に見るための代表的な円錐形要素６０を示している。 FIG. 5 shows a side-viewing fiber optic scan that has significant image distortion but can accurately identify common tissue conditions such as color and fluorescence at the axial position of the side-viewing scope within the body lumen. A schematic view of the system's axisymmetric reflective surface shows an exemplaryconical element 60 for viewing perpendicular to the optical axis of a side-view fiber optic scanning system using an axisymmetric conicalreflective surface 62. .

この円錐反射面は、側視型スコープの周りの周辺を連続して３６０°見ることができるが、円錐反射面６２は平面ではないので、それが生成する画像は著しく歪むことになり、より具体的には大きな非点収差が生じる。円錐反射面の利点は、走査システムが、色及び蛍光など、身体管腔内の一般的な組織状態を正確に識別できるようになることであり、そのことは、所見領域の形状の詳細が特に重要ではない場合に十分であり得る。 This conical reflecting surface can continuously see 360 ° around the side-viewing scope, but since theconical reflecting surface 62 is not flat, the image it produces will be significantly distorted and more specific. In particular, large astigmatism occurs. The advantage of a conical reflective surface is that it allows the scanning system to accurately identify common tissue conditions within the body lumen, such as color and fluorescence, especially when details of the shape of the findings area It may be sufficient if it is not important.

図６Ａは、６つの光検出器及びそれら検出器から出る６つのリード線を含む側視型光ファイバ走査システム内の環状検出器リングの概略図で、フォトダイオードなどの６つの光検出器６６が取り付けられた代表的な環状リング６４を示している。 FIG. 6A is a schematic diagram of an annular detector ring in a side-view fiber optic scanning system that includes six photodetectors and six leads exiting them, with sixphotodetectors 66 such as photodiodes. A typicalannular ring 64 attached is shown.

光検出器６６は、環状リングの前面に埋め込むか、又は別の方法でそれに固着させることができる。環状リング６４は、側視型スコープの側方（ならびに、後述するように、いくつかの代表的な実施形態では側視型スコープの前方）にある患者の内部組織から受け取った光を検出して、組織を画像化できるようにするため、側視型光ファイバ走査システムに使用することができる。信号リード線６８は、光検出器が内部部位から受け取った入射光に応答して各検出器によって生成された信号を伝送するように光検出器６６に結合されるので、信号は走査システムの近位端に搬送される。 Thephotodetector 66 can be embedded in the front surface of the annular ring or otherwise secured thereto. Theannular ring 64 detects light received from the patient's internal tissue at the side of the side-viewing scope (as well as, in some exemplary embodiments, in front of the side-viewing scope, as described below). In order to be able to image tissue, it can be used in a side-view fiber optic scanning system. The signal leads 68 are coupled to thephotodetectors 66 so that the photodetectors transmit signals generated by each detector in response to incident light received from the internal site, so that the signals are near the scanning system. It is conveyed to the end.

図６Ｂは、側視型光ファイバ走査システム内で光を導く６つのマルチモードファイバを含む環状検出器リングの概略図で、６つのマルチモード集光用光ファイバ７０の遠位端が（図６Ａに示される光検出器の代わりに）環状リングに埋め込まれた、環状リング６４を示している。 FIG. 6B is a schematic diagram of an annular detector ring that includes six multimode fibers that direct light within a side-view optical fiber scanning system, with the distal ends of the six multimode collection optical fibers 70 (FIG. 6A). Anannular ring 64 is shown embedded in the annular ring (instead of the photodetector shown in FIG. 1).

したがって、これらの集光用光ファイバの遠位端は環状リング６４の上面上に露出して、より詳細に後述するように、側視型光ファイバ走査システムを用いて画像化されている患者の内部組織からの光を受け取る。集光用光ファイバ７２は、受け取った光を側視型光ファイバ走査システムのより近位側に配置された検出器に戻すため、環状リングの下方で近位側に延びる。例えば、光検出器（図示なし）は、側視型光ファイバ走査システムの近位端に隣接して、患者の身体外に配置することができ、あるいは、中間位置に配置することができる。 Thus, the distal ends of these concentrating optical fibers are exposed on the top surface of theannular ring 64 and are imaged using a side-viewing optical fiber scanning system, as will be described in more detail below. Receive light from internal tissues. The collecting optical fiber 72 extends proximally below the annular ring to return the received light to a detector located more proximal to the side-viewing optical fiber scanning system. For example, a photodetector (not shown) can be placed outside the patient's body, adjacent to the proximal end of the side view fiber optic scanning system, or can be placed in an intermediate position.

図７Ａは、側視型光ファイバ走査システム内の走査機構及び走査されるシングルモードファイバの概略図で、側視型光ファイバ走査システムの代表的な走査機構９０を示している。 FIG. 7A is a schematic diagram of a scanning mechanism in a side-viewing optical fiber scanning system and a single mode fiber to be scanned, showing arepresentative scanning mechanism 90 of the side-viewing optical fiber scanning system.

走査機構９０は、光ファイバの遠位端９６を駆動して所望の走査パターンで動かす役割を果たす、圧電材料のチューブ９４によって支持されるシングルモード光ファイバ９８を備える。遠位端９６は、一般に側視型スコープの中心の中でその遠位端に隣接して、圧電材料のチューブを越えて遠位側に延び、そこから一端が飛び出している。この圧電材料のチューブは、基部９２によって走査装置内に保持される。 Thescanning mechanism 90 comprises a single modeoptical fiber 98 supported by atube 94 of piezoelectric material that serves to drive and move thedistal end 96 of the optical fiber in a desired scanning pattern. Thedistal end 96 extends distally beyond the tube of piezoelectric material, generally adjacent the distal end within the center of the side-viewing scope, with one end protruding therefrom. This tube of piezoelectric material is held in the scanning device by abase 92.

四分割電極（ｑｕａｄｒａｎｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）１０２、１０４、及び１０６（ならびにこの図では見えていない他の１つ）は、圧電材料のチューブ上にめっきされ、光ファイバ９８の遠位端９６において２つの運動軸を作り出すため、印加電圧を用いて選択的に通電することができる。リード線１００は、四分割電極それぞれに電圧信号を伝達して、各運動軸に対して圧電材料に通電する。この代表的な実施形態では、２つの軸は互いにほぼ直交する。チューブ圧電材料の一方の軸に加えられる増幅された正弦波と、他方の軸に加えられる余弦波とによって円形走査が作り出されるが、当業者であれば、光ファイバ９８の遠位端９６を適切に動かすことによって、様々な異なる走査パターンを生成できる。 Quadrant electrodes 102, 104, and 106 (and another one not visible in this view) are plated on a tube of piezoelectric material and have two axes of motion at thedistal end 96 ofoptical fiber 98. Can be selectively energized using an applied voltage. Thelead wire 100 transmits a voltage signal to each of the four divided electrodes and energizes the piezoelectric material with respect to each motion axis. In this exemplary embodiment, the two axes are substantially orthogonal to each other. A circular scan is created by the amplified sine wave applied to one axis of the tube piezoelectric material and the cosine wave applied to the other axis, but those skilled in the art will appreciate that thedistal end 96 of theoptical fiber 98 is suitable. By moving to, a variety of different scan patterns can be generated.

四分割電極に加えられる電圧信号の振幅を適切に変調することによって、光ファイバの遠位端９６から放射される光を用いて画像化のための所望の領域塗りつぶし二次元パターンを作り出すことができる。達成することができる様々な走査パターンのいくつかの例としては、線形走査、ラスタ走査、正弦走査、環状走査、らせん走査、及びプロペラ走査が挙げられる。いくつかの代表的な実施形態では、遠位端は、光ファイバ９８の片持ちの遠位端の共振（又は近共振）周波数付近で動くように駆動され、それによって、加えられる所与の駆動信号に対してより大きな振幅を達成することができる。 By appropriately modulating the amplitude of the voltage signal applied to the quadrant electrode, the light emitted from thedistal end 96 of the optical fiber can be used to create a desired area-filled two-dimensional pattern for imaging. . Some examples of the various scan patterns that can be achieved include linear scans, raster scans, sine scans, annular scans, spiral scans, and propeller scans. In some exemplary embodiments, the distal end is driven to move near the resonant (or near resonant) frequency of the cantilevered distal end of theoptical fiber 98, thereby providing a given drive to be applied. Greater amplitudes can be achieved for the signal.

図７Ａは、光ファイバの片持ちの遠位端の横方向振動共振（ｌａｔｅｒａｌｖｉｂｒａｔｏｒｙｒｅｓｏｎａｎｃｅ）の第１モードを示しているが、図７Ｂに示される光ファイバスキャナ１８８は、片持ちの光ファイバ１９０が振動共振の第２モードで動くように駆動される。図７Ｂでは、第２のノードは、マイクロレンズ１９６に融着される片持ちの光ファイバ１９０の遠位端付近に配置される。 7A shows a first mode of lateral vibration resonance at the cantilevered distal end of the optical fiber, thefiber optic scanner 188 shown in FIG. Is driven to move in the second mode of vibrational resonance. In FIG. 7B, the second node is located near the distal end of the cantileveredoptical fiber 190 that is fused to themicrolens 196.

図７Ｂは、第２のモードの共振で振動する、遠位先端にマイクロレンズを備えたシングルモードファイバの概略図で、この実施形態では、片持ちの光ファイバ１９０を励起して、所望のパターン、所望の振幅、及び所望の周波数で動かすため、やはりチューブ９４の圧電材料（又は別の適切なアクチュエータ）が用いられる。破線は、片持ちの光ファイバが１８０°位相ずれしているときの、その対応する形状及び配置を示している。 FIG. 7B is a schematic view of a single mode fiber with a microlens at the distal tip that vibrates at a second mode of resonance, in this embodiment exciting a cantileveredoptical fiber 190 to produce the desired pattern. Again, the piezoelectric material of tube 94 (or another suitable actuator) is used to move at the desired amplitude and frequency. The broken line shows the corresponding shape and arrangement when the cantilevered optical fiber is 180 ° out of phase.

光は、片持ちの光ファイバ１９０のコア１９２を通して、マイクロレンズ１９６が付着されたその遠位端に向かって導かれる。マイクロレンズ１９６は、ドラム型（筒型）レンズ、屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ、又は回折光学部品を含むことができる。この代表的な実施形態では、そのように励起されたとき、片持ちの光ファイバは、有効光源１９８に実質的に近接した振動ノード（ｖｉｂｒａｔｏｒｙｎｏｄｅ）１９４を有する。有効光源１９８から振動ノード１９４が変位するため、主にマイクロレンズ１９６の回転によって、ただしマイクロレンズならびに片持ちの光ファイバ１９０の遠位端が並進することによっても走査が生じる。 Light is directed through thecore 192 of the cantileveredoptical fiber 190 toward its distal end to which themicrolens 196 is attached. Themicrolens 196 can include a drum-type (cylindrical) lens, a gradient index (GRIN) lens, or a diffractive optical component. In this exemplary embodiment, the cantilevered optical fiber has avibration node 194 that is substantially proximate to the effectivelight source 198 when so excited. Due to the displacement of thevibration node 194 from the effectivelight source 198, scanning occurs primarily by rotation of themicrolens 196, but also by translation of the microlens as well as the distal end of the cantileveredoptical fiber 190.

マイクロレンズ１９６から放射された光２０２はわずかに収束し、走査レンズ２００によって焦点が合わされて、焦点２０６へと収束する集光２０４が生成される。したがって、片持ちの光ファイバ１９０の移動により、有効光源１９８が並進距離２０８を進み、上側回転距離２１０ａ及び下側回転距離２１０ｂ（どちらも縮尺によらない）をほぼ通って集光が回転する。したがって、光ファイバスキャナ１８８の焦点２０６の走査は、主にマイクロレンズの回転によって、ただし、より少ない程度では有効光源の並進によっても得られる。本明細書にて説明するように、マイクロレンズによって放射された光は、側視型光ファイバスコープの１つ又は複数の側方に方向付けられて、ＲＯＩを、例えば、身体管腔の内表面組織を、ならびにいくつかの実施形態では側視型スコープの前方を照明する。 The light 202 emitted from themicrolens 196 converges slightly and is focused by thescanning lens 200 to produce alight collection 204 that converges to thefocal point 206. Accordingly, the movement of the cantileveredoptical fiber 190 causes the effectivelight source 198 to travel thetranslation distance 208, and the light collection rotates approximately through theupper rotation distance 210a and thelower rotation distance 210b (both are not to scale). Therefore, scanning of thefocal point 206 of thefiber optic scanner 188 is obtained primarily by rotation of the microlens, but to a lesser extent by translation of the effective light source. As described herein, the light emitted by the microlens is directed to one or more sides of the side-view fiber optic scope to produce the ROI, eg, the inner surface of a body lumen Illuminate the tissue as well as the front of the side view scope in some embodiments.

図８は、本発明による、画像化、監視、及び診断付与のために光ファイバとともに使用可能な、走査システム内の信号の機能的フローを説明する代表的なブロック図で、患者の身体内部にある側視型スコープの様々な構成要素によって生成される信号が、外部計測器によってどのように処理されるか、また、走査システムを制御して連続する走査フレームにおける走査パラメータ（１つ又は複数）を変化させるのに使用される信号が、患者の身体内部に位置付けられた、側視型光ファイバ走査システム上の構成要素にどのように入力されるかを示す、走査システム３５０を示している。 FIG. 8 is a representative block diagram illustrating the functional flow of signals within a scanning system that can be used with an optical fiber for imaging, monitoring, and diagnostic delivery according to the present invention, inside a patient's body. How the signals generated by the various components of a side-viewing scope are processed by an external instrument, and the scanning parameter (s) in successive scanning frames controlling the scanning systemA scanning system 350 is shown that shows how the signals used to change the signal are input to components on a side-view fiber optic scanning system positioned within the patient's body.

集積された画像化及び他の機能性を提供するため、走査システム３５０は、したがって、患者の身体外部に留まる構成要素と、内部で使用されるもの（即ち、破線３５２内の構成要素）とに分割される。ブロック３５４は、側視型光ファイバ走査システムの遠位端に含まれ得る、配置された機能性構成要素を列挙している（これらの構成要素の全てが側視型光ファイバ走査システムに実際に必要とは限らないことに留意のこと）。 In order to provide integrated imaging and other functionality, thescanning system 350 can therefore be used for components that remain external to the patient's body and those that are used internally (ie, components within the dashed line 352). Divided.Block 354 lists the deployed functional components that may be included at the distal end of the side-view fiber optic scanning system (all of these components are actually present in the side-view fiber optic scanning system). Note that this is not always necessary).

図面に示されるように、これらの代表的な構成要素としては、照明光学系及びスキャナ、１つ又は複数の電気機械的走査アクチュエータ、１つ又は複数の制御用スキャナセンサ、所望の部位を画像化する光子コレクタ及び／又は検出器、ならびに任意に、診断用ならびに治療及び監視用の追加の光子コレクタ及び／又は検出器を挙げることができ、それらの１つ又は複数は、異なる走査フレームの間に用いられる照明及び／又は走査パラメータを変化させることによって、同じ走査装置を使用して実現することができる。走査システム３５０に関して、特定の実施形態では、特定の用途に実際に必要な機能性構成要素のみが含まれてもよいことにも留意されたい。また、画像化以外の追加の機能は、診断、もしくは治療、又はそれらの機能の組み合わせであり得る。 As shown in the drawings, these representative components include illumination optics and a scanner, one or more electromechanical scanning actuators, one or more control scanner sensors, and an image of the desired site. Photon collectors and / or detectors, and optionally, additional photon collectors and / or detectors for diagnostic and therapeutic and monitoring purposes, one or more of which may be used during different scan frames. It can be realized using the same scanning device by changing the illumination and / or scanning parameters used. It should also be noted that with respect toscanning system 350, in certain embodiments, only functional components that are actually needed for a particular application may be included. Also, additional functions other than imaging can be diagnosis or treatment, or a combination of these functions.

外部的に、照明光学系及びスキャナ（１つ又は複数）は、ブロック３５６に示されるように、画像化光源及び変調器から光を供給される。光ファイバ系の遠位端に導かれるＲＧＢ光、ＵＶ光、ＩＲ光、偏光、及び／又は高強度光を生成するための外部光源系のいくつかの代表的な実施形態に関する更なる詳細は、当業者には明白になるであろう。走査を制御するスキャナセンサを使用することができ、またそれらは、スキャナアクチュエータ、照明源、及び変調器にフィードバックされる信号を生成して、ブロック３６０の信号処理後の走査制御を実現することができる。初期化に基づいて、共振及びオープンフィードバックシステムには温度が影響するため、センサは単に１つ又は複数の温度センサであってもよい。また、走査システムを通して伝達される大電力の治療用照明により、又は組織から放射されて戻る熱の間接的な結果として、温度上昇が生じることがある。多くの用途では、スキャナセンサは不要であり、省略することができる。 Externally, the illumination optics and scanner (s) are supplied with light from the imaging light source and modulator, as shown inblock 356. Further details regarding some exemplary embodiments of an external light source system for generating RGB light, UV light, IR light, polarized light, and / or high intensity light directed to the distal end of an optical fiber system can be found in It will be apparent to those skilled in the art. Scanner sensors that control scanning can be used, and they can generate signals that are fed back to the scanner actuators, illumination sources, and modulators to implement scanning control after the signal processing ofblock 360. it can. Based on initialization, the sensor may simply be one or more temperature sensors because temperature affects the resonant and open feedback system. Also, temperature increases may occur due to high power therapeutic illumination transmitted through the scanning system or as an indirect result of heat radiated back from the tissue. For many applications, the scanner sensor is unnecessary and can be omitted.

ブロック３６０では、画像化用光子コレクタ及び／又は検出器によって、また診断／治療及び監視の目的で用いられる他の光子コレクタ及び／又は検出器によって生成される電子信号を使用して、画像信号フィルタリング、バッファリング、走査変換、増幅、ならびに他の処理機能を実現することができる。ブロック３５６及び３６０は、各ブロックそれぞれによって行われる機能を容易にする信号を搬送するため、二方向的に相互接続される。同様に、これらのブロックはそれぞれブロック３６２と連通して二方向的に結合され、ブロック３６２では、コンピュータワークステーションのユーザインターフェースと、又は画像取得と処理に、関連プログラムの実行に、もしくは他の有用な機能の実施に用いられる他の演算装置と結合された、信号を処理するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）及びデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が提供される。 Inblock 360, image signal filtering using electronic signals generated by the imaging photon collector and / or detector and by other photon collectors and / or detectors used for diagnostic / therapeutic and monitoring purposes. Buffering, scan conversion, amplification, and other processing functions can be implemented.Blocks 356 and 360 are interconnected bi-directionally to carry signals that facilitate the functions performed by each block. Similarly, each of these blocks is bi-directionally coupled in communication withblock 362, where block 362 is used for the user interface of a computer workstation, or for image acquisition and processing, for the execution of related programs, or other useful. Analog / digital (A / D) and digital / analog (D / A) converters for processing signals are provided, coupled with other computing devices used to perform various functions.

コンピュータワークステーションからの制御信号は、ブロック３６２にフィードバックされ、適切であれば、ブロック３５６、３５８、及び３６０に提供された機能それぞれを制御又は作動するアナログ信号に変換される。ブロック３６２内のＡ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器はまた、データ格納が提供されるブロック３６４に、かつブロック３６６に二方向的に結合される。ブロック３６６は、患者の身体内の側視型光ファイバ内視鏡の端部を操作し、位置付け、かつ安定化するのを助けるユーザインターフェースを表す。 Control signals from the computer workstation are fed back to block 362 and, if appropriate, converted to analog signals that control or operate each of the functions provided inblocks 356, 358, and 360. The A / D converter and D / A converter inblock 362 are also bi-directionally coupled to block 364, where data storage is provided, and to block 366.Block 366 represents a user interface that assists in manipulating, positioning, and stabilizing the end of the side-viewing fiber optic endoscope within the patient's body.

ブロック３６４では、データ格納は、患者の身体内の検出器によって生成された画像データを格納し、走査光ファイバによって実現された画像化及び機能に関連する他のデータを格納するのに使用される。ブロック３６４も、コンピュータワークステーション３６８に、かつブロック３７０の対話型表示モニタ（１つ又は複数）に二方向的に結合される。ブロック３７０は、ブロック３６０からの入力を受け取って、ＲＯＩの画像を対話式で表示できるようにする。それに加えて、ブロック３７２に示されるように、１つ又は複数の受動映像表示モニタがシステム内に含まれてもよい。他のタイプの表示装置、例えば、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）システムを提供して、医療従事者が擬似ステレオ画像としてＲＯＩを見られるようにすることもできる。 Inblock 364, data storage is used to store image data generated by detectors within the patient's body and other data related to imaging and functionality achieved by the scanning optical fiber. .Block 364 is also bi-directionally coupled tocomputer workstation 368 and to interactive display monitor (s) atblock 370.Block 370 receives the input fromblock 360 and allows the ROI image to be displayed interactively. In addition, as shown inblock 372, one or more passive video display monitors may be included in the system. Other types of display devices, such as a head mounted display (HMD) system, may be provided to allow medical personnel to view the ROI as a pseudo-stereo image.

図９は、内部部位からの光を集光するために単一のミラー及び集光用光ファイバを使用することを説明する、患者の体内で使用される側視型光ファイバ走査システムの部分の概略図で、患者の体内で使用することができ、走査システムの遠位端の一方の側にある内部組織を画像化するために反射面３２を含む、代表的な側視型光ファイバ走査システム１２０の遠位部分の概略図である（図面は縮尺どおりに描かれておらず、全寸法について、特に図示される側視型スコープの直径に関して大幅に小さいことに留意のこと）。 FIG. 9 illustrates a portion of a side-view fiber optic scanning system used in a patient's body, illustrating the use of a single mirror and collection fiber to collect light from an internal site. 1 is a schematic side view optical fiber scanning system that can be used in a patient's body and includes areflective surface 32 for imaging internal tissue on one side of the distal end of the scanning system. 120 is a schematic view of the distal portion of 120 (note that the drawings are not drawn to scale and are significantly smaller in all dimensions, particularly with respect to the diameter of the side-viewing scope shown).

反射面３２は、裏面が反射性材料でコーティングされており、光が、裏面上の反射性コーティングから反射する前にガラスの厚さを通って移動せざるを得ない場合に起こる望ましくない反射を排除するため、この代表的な実施形態では前面反射ミラーを備える。この代表的な実施形態では、エンドキャップ１４２が反射面３２及びレンズ１３０を支持する。 Thereflective surface 32 has an undesirable reflection that occurs when the back surface is coated with a reflective material and light must travel through the thickness of the glass before reflecting off the reflective coating on the back surface. To eliminate, this exemplary embodiment includes a front reflecting mirror. In this exemplary embodiment,end cap 142 supportsreflective surface 32 andlens 130.

走査システムの近位端からの光は、照明用シングルモード光ファイバ９８によって方向付けられ、患者の身体内の所望の内部部位まで前進させることができる走査システムの遠位端まで光ファイバ内を移動する。シングルモード光ファイバの遠位端９６は、上述したように（図７Ａに関連して）、四分割電極に加えられる電気信号によって駆動される圧電材料のチューブ９４によって、所望の走査パターン、例えばらせんパターンで振動される。光ファイバの動いている遠位端を出る光は、レンズ系を通って移動し、反射面によって外向きに反射される。走査システムの遠位端の側面から出る光１３６は、例えば身体管腔の側面にあってもよい患者の内部組織１３２に衝突する。 Light from the proximal end of the scanning system is directed by the illuminating single modeoptical fiber 98 and travels within the optical fiber to the distal end of the scanning system that can be advanced to a desired internal site within the patient's body. To do. Thedistal end 96 of the single-mode optical fiber, as described above (in connection with FIG. 7A), has a desired scanning pattern, eg, a helix, by atube 94 of piezoelectric material driven by an electrical signal applied to the quadrant electrode Vibrated with pattern. Light exiting the moving distal end of the optical fiber travels through the lens system and is reflected outward by the reflective surface.Light 136 emerging from the side of the distal end of the scanning system impinges on the patient'sinternal tissue 132, which may be on the side of the body lumen, for example.

組織によって反射された光の一部は、遠位端が一般にレンズ１３０の周りの離間した位置に配置される、６つの集光用光ファイバ７０によって集光される。図９の側視型スコープでは、集光用光ファイバのうち２つのみが走査システムの遠位端に示されるが、近位端では６つ全てが概略的に示されている。 A portion of the light reflected by the tissue is collected by six collectingoptical fibers 70 whose distal ends are generally located at spaced locations around thelens 130. In the side-view scope of FIG. 9, only two of the collecting optical fibers are shown at the distal end of the scanning system, while all six are shown schematically at the proximal end.

集光用光ファイバのいずれかについてレンズ１３０付近で方向の急激な変化が必要な場合、ミラー７１（又は、光の内部全反射（ＴＩＲ）を呈するプリズムなどの他の光学部品）を使用して、戻ってくる光を集光用光ファイバの１つの隣接した遠位端内へと偏向することができる。 Use a mirror 71 (or other optical component such as a prism that exhibits total internal reflection (TIR) of light) if a sudden change in direction near thelens 130 is required for any of the concentrating optical fibers The returning light can be deflected into one adjacent distal end of the collecting optical fiber.

内部組織から受け取られた光は、集光用光ファイバに沿って走査システムの遠位端から近位端へと導かれる。外装１２２は、側視型光ファイバ走査システムの遠位端においてアセンブリ全体を支持し、走査システムを患者の管腔又は他の内部部位に挿入するのを容易にする。光ファイバ走査システム１２０を使用して、その周囲にある患者の内部組織からの散乱光、偏光、又は蛍光を集光することができる。患者の内部組織の画像を作り出すため、散乱光が集光されてもよい。赤色、緑色、及び青色（ＲＧＢ）レーザからの光を混合して白色光を生成し、それを、走査システムの近位端において照明用シングルモード光ファイバ内へと方向付けることができる。この光は、本明細書に記載されるような走査システムを通して導かれ、光の一部は、患者の内部組織によって散乱され、やはり上述したように、走査システムを通して戻される。 Light received from the internal tissue is directed along the collection optical fiber from the distal end to the proximal end of the scanning system. Thesheath 122 supports the entire assembly at the distal end of the side view fiber optic scanning system and facilitates insertion of the scanning system into the patient's lumen or other internal site. The fiberoptic scanning system 120 can be used to collect scattered light, polarized light, or fluorescence from the patient's internal tissue around it. Scattered light may be collected to create an image of the patient's internal tissue. Light from red, green, and blue (RGB) lasers can be mixed to produce white light that can be directed into the illumination single mode optical fiber at the proximal end of the scanning system. This light is directed through a scanning system as described herein, and a portion of the light is scattered by the patient's internal tissue and returned through the scanning system, also as described above.

光は、集光用光ファイバを通して走査システムの遠位端から走査システムの近位端へと移動し、次にそこでＲＧＢ光に分離される。次に、光の各色の強度が光検出器（この図には図示なし）によって測定され、患者の内部組織の画像をフルカラーで作り出すのに使用される。あるいは、単色光を使用して単色画像を生成することができ、又は、組織から散乱した白色光を、ＲＧＢ色成分に分割することなく検出して、内部組織のグレースケール画像を生成することができる。 The light travels through the collecting optical fiber from the distal end of the scanning system to the proximal end of the scanning system, where it is then separated into RGB light. The intensity of each color of light is then measured by a photodetector (not shown in this figure) and used to create a full color image of the patient's internal tissue. Alternatively, monochromatic light can be used to generate a monochromatic image, or white light scattered from the tissue can be detected without being divided into RGB color components to produce a grayscale image of the internal tissue. it can.

蛍光画像化の場合、走査システムの近位端において照明用シングルモード光ファイバ９８内へと方向付けられる光源からの光、即ち励起光は、単色であり、がん組織など、特定のタイプの組織が蛍光を放射するように選択された波長のものである。任意の見込まれるがん組織又は他の目的組織からの蛍光は、蛍光を励起するために走査システムに入力される単色の照明光よりも長い波長のものである。近位端において走査システム内へと方向付けられるこの単色光は、走査システムを通って移動し、光１３６として走査システムの遠位端を出る。 In the case of fluorescence imaging, the light from the light source that is directed into the illuminating single modeoptical fiber 98 at the proximal end of the scanning system, i.e., excitation light, is monochromatic and is a specific type of tissue, such as cancer tissue. Are of a wavelength selected to emit fluorescence. The fluorescence from any potential cancer tissue or other target tissue is of a longer wavelength than the monochromatic illumination light input to the scanning system to excite the fluorescence. This monochromatic light that is directed into the scanning system at the proximal end travels through the scanning system and exits the distal end of the scanning system aslight 136.

患者の内部組織からの蛍光の一部は、集光用光ファイバ７０内へと後方散乱し、それらのファイバを通して走査システムの近位端に導かれる。蛍光のみが光検出器によって検出されることを確保するため、励起光全てを減衰する放射フィルタを、任意に、走査システムの近位端における光検出器の前に配置することができる。 Some of the fluorescence from the patient's internal tissue is backscattered into the collectionoptical fiber 70 and is directed through these fibers to the proximal end of the scanning system. In order to ensure that only fluorescence is detected by the photodetector, a radiation filter that attenuates all of the excitation light can optionally be placed in front of the photodetector at the proximal end of the scanning system.

更なる代替例として、この走査システムによって、組織の表在層を画像化する偏光を集光することができる。光源からの光（レーザなどであるが、この図には図示されない）は偏光フィルタを通過し、結果として得られる偏光は、照明用光ファイバ９８の近位端内へと方向付けられる。この代表的な実施形態では、照明用光ファイバは偏波面保持シングルモード光ファイバである。偏光は、照明用光ファイバを通って移動し、所望の走査パターンで走査するように駆動される遠位端９６を出る。走査光は、走査システムの遠位端の側面で（即ち、側視型スコープの側面で）内部組織１３２に向かって反射される。内部組織によって反射又は散乱した光の一部は集光用光ファイバ７０に入る。 As a further alternative, the scanning system can collect polarized light that images the superficial layer of tissue. Light from the light source (such as a laser, but not shown in this figure) passes through a polarizing filter and the resulting polarized light is directed into the proximal end of the illuminationoptical fiber 98. In this exemplary embodiment, the illumination optical fiber is a polarization maintaining single mode optical fiber. The polarized light travels through the illuminating optical fiber and exits thedistal end 96 which is driven to scan with the desired scanning pattern. The scanning light is reflected towards theinternal tissue 132 at the side of the distal end of the scanning system (ie, at the side of the side view scope). Part of the light reflected or scattered by the internal tissue enters the collectingoptical fiber 70.

ワイヤグリッド偏光子１８０（その詳細は図１３に示され、後述される）などの偏光子は、走査システムの遠位端において、集光用光ファイバ７０の遠位端の上に位置付けられてもよい。偏光子は、内部組織から受け取られた光の平行及び垂直偏光成分を、集光用光ファイバ７０の異なる群に分離するので、特定の光ファイバを通して導かれた偏光の向きの強度は、走査システムの近位端に配置された光検出器（図示なし）によって検出することができる。 A polarizer such as a wire grid polarizer 180 (details of which are shown in FIG. 13 and described below) may be positioned over the distal end of the collectionoptical fiber 70 at the distal end of the scanning system. Good. The polarizer separates the parallel and vertical polarization components of the light received from the internal tissue into different groups of collectionoptical fibers 70 so that the intensity of the polarization direction guided through a particular optical fiber is determined by the scanning system. Can be detected by a photodetector (not shown) located at the proximal end of the.

図１０は、側方視及び前方視の両方を提供するためにビームスプリッタを含み、側視型スコープの側方及び遠位側の両方にある内部組織からの光を検出する光検出器の環状リングを含む、側視型スコープの代表的な一実施形態を示す図で、患者の体内で使用することができ、レンズ１２４、１２６、１３０、及び１３８、ならびに４５°ビームスプリッタ３２を含む、側視型光ファイバ走査システム１４０の一部の概略図である。 FIG. 10 illustrates an annular detector that includes a beam splitter to provide both lateral and forward viewing and detects light from internal tissue on both the lateral and distal sides of the lateral scope. FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a side-viewing scope including a ring, which can be used in a patient's body and includeslenses 124, 126, 130, and 138, and a 45 °beam splitter 32. 1 is a schematic view of a portion of a viewing opticalfiber scanning system 140. FIG.

ビームスプリッタ３２は、部分反射ミラー、ダイクロイックビームスプリッタ、又は偏光ビームスプリッタであることができる。側視型光ファイバ走査システム１４０のこの代表的実施形態は、図１に概略的に示したのと類似のやり方で、患者の身体内部にあるＲＯＩの前方視界及び側方視界の両方を提供する。レンズ１３０及び１３８は、マルチモード集光用ファイバ７０の代わりに光検出器６６を含む、環状検出器リング６４に取り囲まれている。 Thebeam splitter 32 can be a partially reflecting mirror, a dichroic beam splitter, or a polarizing beam splitter. This exemplary embodiment of a side-view fiberoptic scanning system 140 provides both a forward and side view of the ROI within the patient's body in a manner similar to that schematically illustrated in FIG. . Thelenses 130 and 138 are surrounded by anannular detector ring 64 that includes aphotodetector 66 instead of themultimode collection fiber 70.

上述したように、離間した光検出器６６（例えば、フォトダイオード）は、側視型スコープの側方に対して、ならびに前方から、内部組織１３２からの光１３４を受け取る。光検出器によって生成された信号は、検出器信号リード線６８を通して走査システムの近位端に導かれ、そこで内部部位の画像を生成するのに使用することができる。この走査システムを使用して、図９の走査システム１２０と関連して上述したのと同じように、周囲にある患者の内部組織からの散乱光、偏光、又は蛍光を集光することができる。他の参照番号は全て、図９の代表的な実施形態及び図７Ａの代表的走査機構９０と関連して上述した構成要素に関する。 As described above, the spaced photodetectors 66 (eg, photodiodes) receive light 134 from theinternal tissue 132 to the side of the side view scope as well as from the front. The signal generated by the photodetector is directed through thedetector signal lead 68 to the proximal end of the scanning system where it can be used to generate an image of the internal site. This scanning system can be used to collect scattered light, polarized light, or fluorescence from surrounding patient internal tissue, similar to that described above in connection with thescanning system 120 of FIG. All other reference numbers relate to components described above in connection with the exemplary embodiment of FIG. 9 andexemplary scanning mechanism 90 of FIG. 7A.

図１１は、内部部位における組織を走査するために軸対称の反射円錐面を使用することを説明する側視型光ファイバ走査システムに使用されるスコープの他の代表的な実施形態の概略図で、やはり患者の体内に位置付けることができる、側視型光ファイバ走査システム１５０の別の代表的な実施形態の遠位部分の概略図である。 FIG. 11 is a schematic diagram of another exemplary embodiment of a scope used in a side-view fiber optic scanning system illustrating the use of an axisymmetric reflective conical surface to scan tissue at an internal site. FIG. 4 is a schematic view of a distal portion of another exemplary embodiment of a side-view fiberoptic scanning system 150 that can also be positioned within a patient.

走査システム１５０は、軸対称の反射円錐面６２（図５に示されるような）を含む。円錐反射面は、３６０°の視界を提供するが、著しい画像の歪み及び非点収差も生じる。したがって、組織の正確な画像は、この円錐反射面を使用して容易には作り出されない。しかし、側視型光ファイバ走査システム１５０は、身体管腔又は患者の身体内の他の所望の部位内で、側視型スコープの軸方向位置における色及び蛍光などの一般的な組織状態を正確に識別することができる。走査システム１５０に使用される他の構成要素は、全体として、図９の側視型光ファイバ走査システム１２０について示されるものと同じであり、上述した構成要素及びそれらの機能性の説明は、光ファイバ走査システム１５０に等しく適用可能である。 Thescanning system 150 includes an axisymmetric reflective conical surface 62 (as shown in FIG. 5). The conical reflecting surface provides a 360 ° field of view, but also causes significant image distortion and astigmatism. Thus, an accurate image of the tissue is not easily created using this conical reflective surface. However, the side-viewing fiberoptic scanning system 150 accurately corrects general tissue conditions such as color and fluorescence at the axial position of the side-viewing scope within the body lumen or other desired site within the patient's body. Can be identified. The other components used in thescanning system 150 are generally the same as those shown for the side-view fiberoptic scanning system 120 of FIG. 9, and the description of the components and their functionality described above is optical It is equally applicable to thefiber scanning system 150.

図１２Ａは、２つ以上の反射面を有するミラーアセンブリを使用する側視型スコープの更に他の代表的な実施形態の概略図で、患者の体内で使用することができる、代表的な光ファイバ走査システム１６０の遠位部分の概略図である（図面は縮尺どおりに描かれておらず、全寸法について、特に図示される側視型スコープの直径に関して大幅に小さいことに留意のこと）。 FIG. 12A is a schematic diagram of yet another exemplary embodiment of a side-viewing scope that uses a mirror assembly having two or more reflective surfaces, and is a representative optical fiber that can be used in a patient's body. FIG. 4 is a schematic view of the distal portion of the scanning system 160 (note that the drawings are not drawn to scale and are significantly smaller in all dimensions, particularly with respect to the diameter of the side-viewing scope shown).

この実施形態は、代表的な走査機構９０を含むが、図７Ｂに示されるような走査機構１８８とほぼ類似のやり方で動作して、第２のモードの共振を生成する。光ファイバ走査システム１６０には、全て外装１２２内で支持される、レンズ１２６、１２８、及び１３０、ならびに反射面４６及び４８（図４Ａに示し、上述したもの）が含まれる。走査システムの近位端からの光は、照明用シングルモード光ファイバ９８によって方向付けられ、患者の身体内の所望の内部部位まで前進させることができる走査システムの遠位端へと光ファイバ内を移動する。 This embodiment includes anexemplary scanning mechanism 90, but operates in a manner substantially similar to thescanning mechanism 188 as shown in FIG. 7B to produce a second mode of resonance. The fiberoptic scanning system 160 includeslenses 126, 128, and 130, andreflective surfaces 46 and 48 (shown in FIG. 4A and described above), all supported within thesheath 122. Light from the proximal end of the scanning system is directed by the illuminating single-modeoptical fiber 98 and through the optical fiber to the distal end of the scanning system that can be advanced to a desired internal site within the patient's body. Moving.

シングルモード光ファイバの遠位端９６（ただし、ここではマイクロレンズ９５に融着される）は、振動するように駆動されて、上述したように（図７Ａ及び７Ｂに関連して）、四分割電極に加えられる電気信号によって通電される圧電材料のチューブ９４によって所望の走査パターン、例えば、らせんパターンが達成される。シングルモードカンチレバー９６の先端にはマイクロレンズ９５が融着され、それが、マイクロレンズ１９６（図７Ｂに示される）に関連して上述したように、レンズ１２６に衝突する照明の半平行光線を生成する。マイクロレンズ９５を通して光ファイバの動いている遠位端を出る光は、レンズ１２６を通って移動し、反射面４８及び４６それぞれによってレンズ１２８及び１３０を通して外向きに反射される。 Thedistal end 96 of the single mode optical fiber (but here fused to the microlens 95) is driven to oscillate and, as described above (in connection with FIGS. 7A and 7B), quadrants. A desired scanning pattern, for example a spiral pattern, is achieved by atube 94 of piezoelectric material that is energized by an electrical signal applied to the electrodes. Amicrolens 95 is fused to the tip of the single-mode cantilever 96, which produces a semi-parallel beam of illumination that impinges on thelens 126 as described above in connection with the microlens 196 (shown in FIG. 7B). To do. Light exiting the moving distal end of the optical fiber throughmicrolens 95 travels throughlens 126 and is reflected outwardly throughlenses 128 and 130 by reflectingsurfaces 48 and 46, respectively.

これら反射面の支持構造は、この代表的な実施形態に示されるように、図４Ａにも示されるような２つの反射面４６及び４８のみを有する三角形要素であってもよく、あるいは、図４Ｂに関連して上述したような、４つの反射面５２、５４、５６、及び５８を備えた角錐面５０を含んでもよい。支持構造１４０は、反射面ならびにレンズ１２８及び１３０を外装１２２の遠位端上の適所で保持する。更なる代替例として、図１１に示される側視型光ファイバ走査システム１５０の代表的な実施形態に関連して考察したように、平面の反射面の代わりに図５に示される円錐面が使用されてもよい。 These reflective surface support structures may be triangular elements having only tworeflective surfaces 46 and 48, as also shown in FIG. 4A, as shown in this exemplary embodiment, or FIG. 4B. May include a pyramidal surface 50 with fourreflective surfaces 52, 54, 56, and 58, as described above in connection with FIG.Support structure 140 holds the reflective surface andlenses 128 and 130 in place on the distal end ofsheath 122. As a further alternative, the conical surface shown in FIG. 5 is used in place of the planar reflective surface, as discussed in connection with the exemplary embodiment of the side-view fiberoptic scanning system 150 shown in FIG. May be.

図１２Ａの走査システムの遠位端の側面から出る光１３６は、例えば身体管腔の側面にあってもよい患者の内部組織１３２に衝突する。次に、光の一部は、散乱光１３４としてこの内部組織から走査システム内へと後方散乱されて、レンズ１３０を通って戻り、反射面から反射されてもよい。組織によって後方散乱又は反射された光の一部は、遠位端がレンズ１２６の周りの離間した位置に配置された６つの集光用光ファイバ７０によって集光される。内部組織から受け取られた光は、集光用ファイバに沿って走査システムの遠位端から近位端へと導かれる。外装１２２は、側視型光ファイバ走査システムの遠位端でアセンブリ全体を支持し、走査システムを患者の管腔又は他の内部部位に挿入するのを容易にする。 Light 136 exiting the side of the distal end of the scanning system of FIG. A portion of the light may then be backscattered from this internal tissue into the scanning system asscattered light 134, return through thelens 130, and be reflected from the reflective surface. Some of the light backscattered or reflected by the tissue is collected by six collectingoptical fibers 70 whose distal ends are located at spaced locations around thelens 126. Light received from the internal tissue is directed along the collection fiber from the distal end to the proximal end of the scanning system. Thesheath 122 supports the entire assembly at the distal end of the side-view fiber optic scanning system and facilitates insertion of the scanning system into the patient's lumen or other internal site.

図１２Ｂは、図１２Ａに類似しているが、内部部位の組織からの光を検出するため、マルチモード集光用ファイバの代わりに環状検出器リングを使用する、代替の代表的な実施形態の概略図で、患者の身体内で使用することができる代表的な側視型光ファイバ走査システム１７０の遠位部分の概略図である。 FIG. 12B is similar to FIG. 12A, but of an alternative exemplary embodiment that uses an annular detector ring instead of a multimode collection fiber to detect light from tissue at the internal site. FIG. 4 is a schematic diagram of a distal portion of a representative side-view fiberoptic scanning system 170 that can be used within a patient's body.

この走査システムは、システムの遠位端が、マルチモード集光用ファイバ７０の代わりに光検出器６６（図６Ａにも示される）を備えた環状検出器リング６４を使用して、内部組織１３２からの光１３４を受け取ること以外は、図１２Ａの側視型光ファイバ走査システム１６０に類似している。図１２Ａについて上述したように、光は走査システムを通して近位端から遠位端へと方向付けられ、やはり上述したように、光の一部は、患者の内部組織から散乱して、走査システムの遠位端内へと戻る。したがって、図１２Ｂの光ファイバ走査システム１７０の構成要素の多くは、図１２Ａの光ファイバ走査システム１６０のものと同一である。 This scanning system uses anannular detector ring 64 at the distal end of the system with a photodetector 66 (also shown in FIG. 6A) in place of themultimode collection fiber 70 to createinternal tissue 132. Is similar to the side-view fiberoptic scanning system 160 of FIG. As described above with respect to FIG. 12A, light is directed through the scanning system from the proximal end to the distal end, and also as described above, a portion of the light is scattered from the patient's internal tissue, Return into the distal end. Accordingly, many of the components of the fiberoptic scanning system 170 of FIG. 12B are identical to those of the fiberoptic scanning system 160 of FIG. 12A.

しかし、光が反射面４６又は４８から反射された後、集光用光ファイバ７０を通して光が組織から移動する代わりに、光は、図６Ａ及び１０に関連して上述したように、環状検出器リング６４の遠位面の周りで離間した光検出器６６上に衝突する。光検出器に結合された検出器リード線６８は、走査システムの遠位端にある環状検出器リング内の光検出器によって生成された信号を、走査システムの近位端に伝達し、そこで、患者の内部組織の画像を構築するのに情報が使用される。 However, instead of the light moving from the tissue through the collectingoptical fiber 70 after the light is reflected from thereflective surface 46 or 48, the light is detected as an annular detector as described above in connection with FIGS. It strikes on aphotodetector 66 spaced around the distal surface of thering 64. Adetector lead 68 coupled to the photodetector conveys the signal generated by the photodetector in the annular detector ring at the distal end of the scanning system to the proximal end of the scanning system, where Information is used to construct an image of the patient's internal tissue.

図９の代表的な実施形態について記載したように、側視型光ファイバ走査システムを使用して、周囲にある患者の内部組織からの散乱光、偏光、又は蛍光を集光することができる。蛍光を検出する場合、励起光の波長を減衰し、光検出器がフィルタを容易に透過する蛍光のみを検出できるようにするため、適切な放射フィルタ（図示なし）が、走査システムの遠位端で光検出器の上に置かれる。同様の形式で、偏光のみを検出するため、偏光子が、側視型光ファイバ走査システムの遠位端で光検出器の上に位置付けられる。 As described for the exemplary embodiment of FIG. 9, a side-view fiber optic scanning system can be used to collect scattered light, polarized light, or fluorescence from surrounding patient internal tissue. When detecting fluorescence, an appropriate emission filter (not shown) is used at the distal end of the scanning system to attenuate the wavelength of the excitation light and allow the photodetector to detect only fluorescence that is easily transmitted through the filter. Placed on top of the photodetector. In a similar manner, a polarizer is positioned over the photodetector at the distal end of the side-view fiber optic scanning system to detect only polarized light.

図１３は、図１２Ａに示されるスコープなどにおいて、走査用光ファイバの周りの環状リング内に配置された集光用光ファイバの遠位端の上に置かれたとき、側視型光ファイバ走査システムにおいて偏光を検出するのに使用することができる、代表的なワイヤグリッド偏光子の概略図で、図１３に示されるワイヤグリッド偏光子１８０などの偏光子を使用して、偏光を検出し、直線偏光の異なる向きを分離することができる。 FIG. 13 is a side view optical fiber scanning when placed on the distal end of a collection optical fiber disposed in an annular ring around the scanning optical fiber, such as in the scope shown in FIG. 12A. A schematic diagram of a typical wire grid polarizer that can be used to detect polarization in the system, using a polarizer such as thewire grid polarizer 180 shown in FIG. Different orientations of linearly polarized light can be separated.

偏光子１８０のこの代表的実施形態は、環状偏光子の一方の半分が、他方の半分に配置されたワイヤのグリッド（ｇｒｉｄｗｉｔｈｗｉｒｅｓ）１７６に垂直に向けられたワイヤのグリッド１７４を含む、円環１７２の形態である。この環状偏光子が、側視型光ファイバ走査システムの遠位端において集光用光ファイバ７０の遠位端の上（又は光検出器６６の上）に位置付けられる場合、集光用光ファイバ（又は光検出器）の半分は直線偏光の１つの向きを集光し、集光用光ファイバの他方の半分は、それに垂直な向きを有する直線偏光の光を集光する。同じ機能に役立つ他のタイプの偏光子が使用されてもよく、例えば、偏光の向きを集光用光ファイバ（又は光検出器）の一方の半分と他方の半分とで異なる向きにして、別個の光学偏光子を、各集光用光ファイバ（又は光検出器）の遠位端の上に嵌合することができる。 This exemplary embodiment of thepolarizer 180 is a circle in which one half of the annular polarizer includes a grid ofwires 174 oriented perpendicular to a grid ofwires 176 disposed in the other half. This is the form ofring 172. If this annular polarizer is positioned over the distal end of the collection optical fiber 70 (or over the photodetector 66) at the distal end of the side view optical fiber scanning system, the collection optical fiber ( Or the other half of the collecting optical fiber collects linearly polarized light having a direction perpendicular thereto. Other types of polarizers that serve the same function may be used, for example with different polarization orientations in one half and the other half of the collecting optical fiber (or photodetector) and separate The optical polarizer can be fitted over the distal end of each collection optical fiber (or photodetector).

本明細書に開示した概念を、それらを実施するのに好ましい形態及びその修正例に関して記載してきたが、当業者であれば、以下の請求項の範囲内でそれらに対する他の多くの修正を行うことができることを理解するであろう。したがって、これらの概念の範囲は、いかなる形でも上述の説明によって限定されるものではなく、その代わりに、以下の請求項を参照して全体が決定されるものとする。 Although the concepts disclosed herein have been described in terms of preferred forms for implementing them and modifications thereof, those skilled in the art will make many other modifications thereto within the scope of the following claims. You will understand that you can. Accordingly, the scope of these concepts is not to be limited in any way by the above description, but instead should be determined entirely with reference to the following claims.