JP2006204429A

JP2006204429A - 断層画像取得装置

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Publication number: JP2006204429A
Application number: JP2005018345A
Authority: JP
Inventors: Tomonari Sendai; 知成千代
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】反射光から取得した光断層画像と蛍光から取得した蛍光断層画像との対比あるいは重畳が容易であり、使い勝手のよい断層画像取得装置を提供する。
【解決手段】被検部で反射された測定光Ｌｓ’（反射光）は、ミラー１８、レンズ１４、ファイバー１５を介してファイバー４２に帰還せしめられ、カプラ３９において、参照光Ｌｒと合波され、干渉光Ｌｃとして、光検出器４７へ入射する。腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が付与されている被検部から発せられた蛍光Ｌｂは、ミラー１８、レンズ１４、ファイバー１５、ダイクロイックミラー５７を介して、光検出器５５へ入射する。測定光Ｌｓ’がプローブ１０へ入射する際の光路と、蛍光Ｌｂがプローブ１０へ入射する際の光路とが同一であるため、被検部の同一領域から光断層画像と蛍光断層画像とを取得することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、断層画像取得装置に関し、特に、光断層画像および蛍光断層画像の両者を取得する断層画像取得装置に関するものである。

近年、光を用いて被検部の光断層画像を取得する光断層画像取得装置が医療診断の分野に使用されている。従来、共焦点光学系の光断層画像取得装置あるいは時間分解計測系の光断層画像取得装置あるいは周波数分解計測系の光断層画像取得装置などが実用化されている。

また、近年、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）装置の実用化もすすめられている。ＯＣＴ装置は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などから成る光源から出射された低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割し、ピエゾ素子等により参照光または測定光の周波数を僅かにシフトさせ、測定光を被検部に入射させて被検部の所定の深度で反射した反射光と参照光とを干渉させ、その干渉光の光強度をヘテロダイン検波により測定し、断層情報を取得するものであり、参照光の光路上に配置した可動ミラーなどを微少移動させ、参照光の光路長を僅かに変化させることにより、参照光の光路長と測定光の光路長が一致した被検部の深度での情報を得ることができる。

また、被検部へ励起光を照射し、発せられる蛍光を検出して蛍光断層画像を取得する共焦点光学系の蛍光断層画像取得装置が、共焦点顕微鏡として実用化されている。また、時間分解計測系の蛍光断層画像取得装置あるいは周波数分解計測系の蛍光断層画像取得装置も知られている（特許文献１参照）。
特表２００２−５０５９００号公報

上記の光断層画像は、被検部の細胞の形態あるいは組織層や筋膜の形態等の形態情報を反映するものである。また、上記の蛍光断層画像は、例えば被検部に腫瘍親和性の蛍光薬剤が投与されている場合等に、腫瘍の位置あるいは腫瘍の大きさ等の形態情報を反映するものである。

被検部の状態を正確に知るためには、被検部から光断層画像と、蛍光断層画像の両断層画像を取得し、観察することが好ましい。光断層画像取得装置と蛍光断層画取得装置の両者を揃えることにより、被検部から光断層画像と蛍光断層画像とを取得することは可能であるが、両者の画像の対応が不明であるため、２枚の画像を対比して観察することが難しく、さらに画像を重畳して観察することなども困難であるという問題がある。また、このような装置は光学系が複雑化する場合が多く、使い勝手が良くないという問題もある。

本発明は、上記問題に鑑み、被検部から光断層画像と、蛍光断層画像の両断層画像を取得することができ、かつ使い勝手がよく、さらに光断層画像と蛍光画像との対比あるいは重畳が容易である断層画像取得装置を提供することを目的とするものである。

本発明の断層画像取得装置は、被検部へ光を照射し、前記被検部で反射した反射光に基づいて前記被検部の光断層画像を取得する光断層画像取得手段と、前記被検部へ励起光を照射し、前記被検部から発せられた蛍光に基づいて前記被検部の蛍光断層画像を取得する蛍光断層画像取得手段とを有する断層画像取得装置において、前記被検部からの前記反射光および前記励起光をひとつのプローブで検出するものであり、前記反射光を前記プローブで検出する際の光路と前記蛍光を前記プローブで検出する際の光路とが略同一であることを特徴とするものである。

なお、光を被検部へ照射するタイミングと励起光を被検部へ照射するタイミングとは、同一であってもよいし、時間差を有してもよい。

なお、「前記反射光および前記励起光をひとつのプローブで検出する」とは、光断層画像の取得に寄与する反射光と、蛍光断層画像の取得に寄与する蛍光とを１つのプローブで受光することを意味している。反射光および蛍光は、プローブ内で光検出されてもよいし、あるいはファイバー等の導光部材により離れた場所まで導光された後に光検出されてもよい。また、「前記反射光および前記蛍光を検出する光路が略同一である」とは、光断層画像の取得に寄与する反射光がプローブへ入射する際の光路と、蛍光断層画像の取得に寄与する蛍光がプローブへ入射する際の光路とが略同一であることを意味している。なお、光路が略同一であるとは、完全に光路が一致している場合に加え、光断層画像と蛍光断層が像とを重畳した場合に、蛍光を発する部位の大きさや位置が視認可能な程度に光路が一致している場合をも含むものである。

反射光や蛍光が、一旦プローブへ入射した後に、ハーフミラーやダイクロイックミラー等により光路が分割された場合には、光路は異なるものであってもよい。例えば、反射光および蛍光がファイバーによりプローブ内を導光される場合であれば、同一のファイバーにより導光されてもよいし、コア系の異なるファイバーにより導光されてもよい。

このプローブは、内視鏡の鉗子口に挿通されるものであってもよい。

前記光断層画像取得手段は、ＯＣＴ装置であってもよいし、あるいは共焦点光学系を用いる装置、あるいは時間分解計測系を用いる装置であってもよい。また、前記蛍光断層画像取得手段は、共焦点光学系を用いた断層画像取得手段、時間分解計測系を用いた断層画像取得手段あるいは周波数分解計測系を用いた断層画像取得手段であってもよい。

前記光の光源は、前記励起光の光源を兼ねるものであってもよい。

前記被検部は、予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が付与された被検部であってもよい。なお、前記蛍光薬剤が、波長帯域７００nm以上８００nm以下に含まれる励起光を照射された場合に、７５０ｎｍ以上９００nm以下に含まれる蛍光を発する蛍光薬剤であれば、前記被検部へ照射される前記励起光の波長帯域は７００nm以上８００nm以下を含んでいればよい。

前記光の波長帯域は、前記蛍光の波長帯域とは異なるものであってもよい。

本発明による断層画像取得装置では、被検部へ光を照射し、前記被検部で反射した反射光に基づいて前記被検部の光断層画像を取得する光断層画像取得手段と、前記被検部へ励起光を照射し、前記被検部から発せられた蛍光に基づいて前記被検部の蛍光断層画像を取得する蛍光断層画像取得手段とを有する断層画像取得装置において、前記被検部からの前記反射光および前記励起光をひとつのプローブで検出するものであり、前記反射光を前記プローブで検出する際の光路と前記蛍光を前記プローブで検出する際の光路とが略同一であるため、被検部の略同領域から光断層画像および蛍光断層画像を取得でき、光断層画像と蛍光画像との対比あるいは重畳が容易化する。

また、プローブを内視鏡の鉗子口などへ挿通することにより、本断層画像取得装置の機能を従来の内視鏡へ付与することができ、装置の利便性が向上する。

前記光断層画像取得手段が、ＯＣＴ装置であれば、数ｍｍの深度までの断層画像を高解像度で取得することができる。

前記蛍光断層画像取得手段が、共焦点光学系を用いた断層画像取得手段であれば、容易に高解像度の蛍光断層画像を取得することができる。

前記蛍光断層画像取得手段が、時間分解計測系あるいは周波数分解計測系を用いた断層画像取得手段であれば、容易に深い深度までの蛍光断層画像を取得することができる。

前記光の光源が、前記励起光の光源を兼ねるものであれば、装置の小型化および低価格化が実現できる。

前記被検部が、予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤を付与された被検部であれば、蛍光断層画像を観察することにより、腫瘍の位置あるいは大きさ等を知ることができる。

前記光の波長帯域が、前記蛍光の波長帯域とは異なるものであれば、ダイクロイックミラー等を用いることにより、容易に反射光と蛍光とを分離できる。このため、光断層画像と蛍光断層画像とを同時に取得することも可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。図１は本発明による断層画像取得装置の第１の実施の形態の概略構成を示す図である。

本実施の形態による断層画像取得装置は、図１に示すように内視鏡の鉗子口へ挿通可能なプローブ１０と、該プローブと接続された光学ユニット３０と、プローブ１０および光学ユニット３０と接続された信号処理ユニット６０と、該信号処理ユニット６０と接続されたモニタ６９とを備えている。また、本断層画像取得装置は、光断層画像を取得するＯＣＴ機能と、共焦点光学系を用いて蛍光断層画像を取得する蛍光断層画像取得機能とを有し、各断層画像および各断層画像を重畳した重畳断層画像をモニタへ表示するものである。なお、被検者には、予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が投与されている。この蛍光薬剤は、波長７５０nmの励起光が照射された場合には、波長帯域７７０nm〜９００nmの蛍光を発するものである。

プローブ１０の中心には、ファイバー１５が配設されており、ファイバー１５の周囲には、可撓性の外筒１６が設けられている。外筒１６は、可撓性のシース１１に覆われている。また外筒１６の先端部分は、回転シース１２に覆われ、複数のベアリング２１により軸支される。回転シース１２の基端部はセンタレスモータ２２に接続される。センタレスモータ２２は、ロータリエンコーダの機能を有しており、センタレスモータ２２の回転角度検出部により検出された回転角度を示す信号が、信号線２３により制御部６２に送られる。

ファイバー１５の先端には、ファイバー１５により導光された光を被検部へ集光し、被検部により反射された反射光あるいは後述する蛍光Ｌｂをファイバー１５のコア部へ集光するレンズ１４と、該レンズ１４を光軸方向へ移動させるアクチュエータ１７と、各光を直角方向に反射するミラー１８が設けられている。アクチュエータ１７は、ライン２０により後述する蛍光断層画像情報生成部６１と接続されている。なお、ミラー１８は、回転シース１２に固着され、回転シース１２の回転により回転する。また、回転シース１２の先端には、ミラー１８により反射された光が、射出する光学窓２６が設けられている。さらに、ファイバー１５の基端側には、集光レンズ１９が設けられている。

またシース１１の基端部には、リニア駆動装置２４が設けられている。このリニア駆動装置２４は、不図示の内視鏡の鉗子口に対して、プローブ１０をプローブ１０の長手方向に並行に移動するものである。リニア駆動装置２４は、リニアエンコーダの機能を有しており、リニアエンコーダの移動距離検出部により検出された移動距離を示す信号が、信号線２５により制御部６２に送られる。

光学ユニット３０は、波長１０００nmの低コヒーレンス光Ｌを出射する光源部３１、光源部３１より射出された低コヒーレンス光の参照光Ｌｒおよび測定光Ｌｓへ分割および合成を行うファイバー結合光学系３２、参照光Ｌｒの光路上に配され、参照光Ｌｒの光路長を変化させる光路遅延部３３および被検部の所定の深度で反射された測定光Ｌｓ’と参照光Ｌｒとの干渉光Ｌｃの光強度を検出する光検出部３４とからなるＯＣＴ部と、波長７５０nmの励起光Ｌａを射出する光源部３５および蛍光Ｌｂの光強度を検出する蛍光検出部３６とからなる蛍光断層画像部とを備えている。

光源部３１は、ＳＬＤなどからなり波長１０００nmの低コヒーレンス光を出射する光源３７と、光源３７から出射された低コヒーレンス光を集光する集光レンズ３８とを備えている。

ファイバー結合光学系３２は、光源３７から出射された低コヒーレンス光を測定光Ｌｓと参照光Ｌｒとに分割し、また、測定光Ｌｓの被検部の所定の深部からの反射光である測定光Ｌｓ’と参照光Ｌｒを合波し、干渉光Ｌｃを得るファイバーカプラ３９と、参照光Ｌｒに僅かな周波数シフトを生じさせるピエゾ素子４０と、ファイバーカプラ３９を介して光源部３１と光路遅延部３３を繋ぐファイバー４１と、ファイバーカプラ３９を介して光検出部３４と回転シース１２の間を導光するファイバー４２とを備えている。

光路遅延部３３は、ファイバー４１から射出された参照光Ｌｒを平行光に変換し、また反射された参照光Ｌｒをファイバー４１へ入射させる集光レンズ４４と、図１における水平方向への移動により参照光Ｌrの光路長を変化させる参照光ミラー４５と、参照光ミラー４５を水平方向への移動させる駆動部４６とを備えている。

光検出部３４は、干渉光Ｌｃの光強度を検出する光検出器４７と、該光検出器４７の前に配置される集光レンズ４９とを備えている。

光源部３５は、ＬＤなどからなり波長７５０nmの励起光Ｌａを出射する光源５１と、光源５２から出射された光を集光する集光レンズ５３１と、波長７６５nm以下の光は直角に反射し、波長７６５nm以上の光は透過するダイクロイックミラー５４を備えている。

光検出部３６は、蛍光Ｌｂの光強度を検出する光検出器５５と、該光検出器５２の前に配置される集光レンズ５６と、波長９００nm以下の光は直角に反射し、波長９００nm以上の光は透過するダイクロイックミラー５４を備えている。なお、光検出器５２としては、アパランシェフォトダイオードが用いられている。

信号処理ユニット６０の光断層情報生成部６４では、光検出器４７で検出された干渉光Ｌｃの光強度に基づいて、光断層情報を生成し、制御部６２へ出力する。蛍光断層情報生成部６５では、光検出器５５で検出された蛍光Ｌｂの強度に基づいて蛍光断層情報を生成して、制御部６２へ出力する。

次に、以上のように構成された本実施の形態による断層画像取得装置における各断層画像の取得と、重畳断層画像の生成と、各断層画像の表示動作について説明する。

患者の体腔内を観察する際には、内視鏡の鉗子口にプローブ１０を挿通し、内視鏡を患者の体腔内に挿入し、内視鏡のモニタに表示される画像を基に、目視により内視鏡の挿入部先端を所望の部位まで誘導する。

まず、光断層画像を取得して表示する際の動作について説明する。本実施の形態では、光断層画像取得手段としてＯＣＴ装置が搭載されている。制御部６２の制御により、波長１０００nmの低コヒーレンス光が光源部３１から射出される。光源３７から出射された低コヒーレンス光は、集光レンズ３８により集光され、ファイバー４１に導入される。

ファイバー４１を透過した低コヒーレンス光は、ファイバーカプラ３９で、ファイバー４１内を光路遅延部３３の方向へ進行する参照光Ｌｒと、ファイバー４２内をシース１２の方向へ進行する測定光Ｌｓとに分割される。参照光Ｌｒは光路上に設けられたピエゾ素子４０により変調され、参照光Ｌｒと測定光Ｌｓには、僅かな周波数差△ｆが生じる。

ファイバー４２に導光された測定光Ｌｓは、レンズ１９を介してファイバー１５に入射され、ファイバー１５内を伝播し、ファイバー１５先端から射出され、ロッドレンズ１７およびミラー１８を介して被検部へ入射される。被検部に入射された測定光Ｌｓのうち被検部の所定の深度で、かつ入射方向と逆方向へ反射された測定光Ｌｓ’、すなわち光断層画像の取得に寄与する測定光Ｌｓ’は、ミラー１８、ロッドレンズ１７、ファイバー１５、レンズ１９を介してファイバー４２に帰還せしめられる。ファイバー４２に帰還せしめられた測定光Ｌｓ’は、ファイバーカプラ３９において、後述するファイバー４１に帰還せしめられた参照光Ｌｒと合波される。

一方、ピエゾ素子４０で変調された後の参照光Ｌｒは、ファイバー４１を通過し光路遅延部３３の集光レンズ４４を介して、参照光ミラー４５に入射し、この参照光ミラー４５で反射され再度集光レンズ４４を透過して、ファイバー４１に帰還せしめられる。ファイバー４１に帰還せしめられた参照光Ｌｒはファイバーカプラ３９で、上述した測定光Ｌｓ’と合波される。

ファイバーカプラ３９で合波された測定光Ｌｓ’および参照光Ｌｒは、再び同軸上に重なり、測定光Ｌｓ’と参照光Ｌｒが干渉して干渉光Ｌｃと、ファイバー４１から射出され、レンズ４９およびダイクロイックミラー４８を介して、光検出器４７ａへ入射する。

参照光Ｌｒおよび測定光Ｌｓ’は、可干渉距離の短い低コヒーレンス光であるため、低コヒーレンス光が測定光Ｌｓと参照光Ｌｒに分割されたのち、測定光Ｌs（Ｌｓ’）がファイバーカプラ３９に到達するまでの光路長が、参照光Ｌｒがファイバーカプラ３９に到達するまでの光路長に等しい場合に両光が干渉し、この干渉する両光の周波数差（△ｆ）で強弱を繰り返すビート信号が発生する。

光検出器４７ａでは、干渉光Ｌｃから上記ビート信号の光強度を検出し、ヘテロダイン検出を行い、被検部の所定深度より反射された測定光Ｌｓ’の強度を検出し、光断層情報生成部５４へ出力する。

光断層情報生成部５４では、測定光Ｌｓ’の強度に基づいて、光断層情報を生成し、制御部６２へ出力する。その後、参照光ミラー４５は、駆動部４６により、その光軸方向（図中水平方向）に移動され、参照光Ｌｒがファイバーカプラ３９に到達するまでの光路長が変化する。このため参照光Ｌｒと干渉する測定光Ｌｓ（Ｌｓ’）の光路長も変化するので、被検部の断層情報を取得する深度も変化する。このように深度を僅かずつ変化させながら、光断層情報を繰り返し取得する。各照射点において、被検部の表面から深さ２ｍｍまで光断層情報を取得する。なお、光路遅延部３３の駆動部４６は、制御部６２へ接続され、光路長の情報は逐次制御部へ出力されている。

１点における光断層情報の取得が終了すると、センタレスモータ２４により回転シース１２を僅かに回転させることにより測定光Ｌｓの照射方向を移動させ、再度その照射点における光断層情報を取得する。このようにして、ファイバー１５の長手方向を軸としたラジアル走査を行い、被検部を輪切りにした状態の光断層画像を取得する。

制御部６２では、光路長と、センタレスモータ２２の回転角度と、光断層画像生成部５４から出力される光断層情報に基づいて、ラジアル光断層画像を生成し、モニタ６９へ出力する。モニタ６９には、図２の（Ａ）に示すような被検部の表面から深さ２ｍｍまでの光断層画像が表示される。解像度は、光源３７から射出される低コヒーレンス光の波長およびコヒーレンス長により変化するが、必要であれば数μｍまで上げることができる。

次に、蛍光断層画像を取得して表示する際の動作について説明する。本実施の形態では、共焦点光学系の蛍光断層画像取得手段が用いられている。制御部９２の制御により、波長７５０nmの励起光Ｌａ（レーザ光）が光源部３５の光源５１から射出される。光源５１から出射された励起光Ｌａは、レンズ５２により集光され、ダイクロイックミラー５３で反射され、レンズ１９を介してファイバー１５へ入射する。

励起光Ｌａは、ファイバー１５内を伝播して、先端から射出され、レンズ１４で集光されて、ミラー１８で反射され、被検部へ照射される。被検部には予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が付与されているため、被検部からは波長帯域７７０nm〜９００nmの蛍光が発せられる。被検部から発せられた蛍光のうち、励起光Ｌａの入射方向と逆方向へ発せられた蛍光、すなわち蛍光断層画像の取得に寄与する蛍光Ｌｂは、ミラー１８で反射され、レンズ１４により集光されて、ファイバー１５のコア部へ入射する。ファイバー１５内を伝播し、基端部から射出された蛍光は、波長７６５nm以上の光を透過するダイクロイックミラー５３を透過し、波長９００nm以下の光を直角に反射するダイクロイックミラー５７で反射して、レンズ５６で集光され、光検出器５５へ入射する。光検出器５５では、被検部の所定深度より発せられた蛍光Ｌｂの光強度を検出し蛍光断層情報生成部６５へ出力する。

なお、ファイバー１５のコア部の径は、非常に小さいため、ファイバー１５のコア部は、共焦点光学系におけるピンホールとして機能する。このため、被検部のレンズ１４によりファイバー１５のコア部へ集光される深度から発せられた蛍光Ｌｂのみが、ファイバー１５へ入射する。レンズ１４の光軸方向の位置をアクチュエータ１７により、光軸方向へ僅かに移動させながら、蛍光断層情報を繰り返し取得することにより、被検部の表面から所定の深度まで、順次発せられる蛍光Ｌｂの強度を検出することができる。なお、アクチュエータ１７は、ケーブル２３により制御部６２へ接続され、レンズ１４の位置情報は逐次制御部６２へ出力されている。

１点における蛍光断層情報の取得が終了すると、センタレスモータ２４により回転シース１２を僅かに回転させることにより、励起光Ｌａの照射方向を移動させ、再度その照射点における蛍光断層情報を取得する。このようにして、ファイバー１５の長手方向を軸としたラジアル走査を行い、被検部を輪切りにした状態の蛍光断層画像を取得する。

制御部６２では、レンズ１７の位置情報と、センタレスモータ２２の回転角度と、蛍光断層画像生成部５５から出力される蛍光断層情報に基づいて、ラジアル蛍光断層画像を生成し、モニタ６９へ出力する。モニタ６９には、図２の（Ｂ）に示すような被検部の表面から深さ２ｍｍまでの蛍光断層画像が表示される。通常の共焦点顕微鏡に比べ、ファイバー１５のコア部の径、すなわちスリットの径が大きいため、解像度は多少下がるが、深い深度までの蛍光断層画像を取得することができる。なお、レンズ１４としては、ＮＡの大きい、すなわち焦点深度の浅いレンズを用いることが好ましい。蛍光断層画像では、被検部に腫瘍がある場合には、その腫瘍の位置や大きさ等が画像化される。

さらに、制御部６２は、光断層画像と蛍光断層画像とを重畳させ、図３に示すような重畳画像を生成し、モニタ６９へ表示することもできる。なお、このように光断層画像と蛍光断層画像を重畳する場合には、測定光Ｌｓと励起光Ｌａを同時に被検部へ照射し、平行して光断層画像情報と蛍光断層情報を取得することが好ましい。この場合には、光断層情報の取得深度を決定するミラー４５の移動に合わせて、蛍光断層情報の取得深度を決定するレンズ１４を移動させ、常に光断層情報を取得する深度と、レンズ１４の焦点、すなわち蛍光断層情報を取得する深度とを一致させることにより、順次、同じ深度からの断層情報を取得することができる。また、光断層画像を取得するための測定光Ｌｓと、蛍光断層画像を取得するための励起光Ｌａとは、共にファイバー１５内を伝播し、プローブ１０から同じ光路により射出され、被検部の同じ点へ照射されている。また測定光Ｌｓの反射光のうち光断層画像の取得へ寄与する反射光である測定光Ｌｓ’と、被検部から発せられる蛍光のうち、蛍光断層画像の取得へ寄与する蛍光である蛍光Ｌｂは、被検部から同一の光路によりプローブ１０へ入射して、ファイバー１５を導光し、各々の被光検出部まで導光される。このため、プローブ１０を回転させずに、あるいは同一タイミングで測定光Ｌｓ’および蛍光Ｌｂの強度を検出することにより、被検部の同領域から光断層画像情報と蛍光断層情報とを取得することができる。したがって、取得した光断層画像と蛍光断層画像との位置合わせが容易化され、図３に示すような視認性のよい重畳画像を生成し、表示することができる。なお、上記のように光断層情報を取得する深度と、レンズ１４の焦点、すなわち蛍光断層情報を取得する深度とが一致する場合には、光断層情報を取得する際の光軸に対して垂直な方向の解像度が向上する、すなわち光断層画像の解像度が向上するという効果も同時に得られる。

以上の説明で明らかなように、本発明による断層画像取得装置では、光断層画像を取得するための測定光Ｌｓと蛍光断層画像を取得するための励起光Ｌａが同一の光路でプローブ１０から被検部へ向けて射出され、また、被検部で反射された、光断層画像の取得に寄与する測定光Ｌｓ’（反射光）と、被検部から発せられた、蛍光断層画像の取得に寄与する蛍光Ｌｂが同一の光路でプローブ１０へ入射され、プローブ１０内を導光されるため、被検部の同領域から光断層画像および蛍光断層画像を取得でき、光断層画像と蛍光画像との対比あるいは重畳が容易化する。

また、プローブを内視鏡の鉗子口へ挿通することにより、本断層画像取得装置の機能を従来の内視鏡へ付与することができ、装置の利便性が向上する。

さらに、光断層画像取得手段としてＯＣＴ装置を用いたため、被検部の表面から数ｍｍの深度までの断層画像を高解像度で取得することができる。また、蛍光共焦点光学系を用いた蛍光断層画像取得手段により、蛍光断層画像を取得したため、容易に高解像度の蛍光断層画像を取得することができる。

また、光断層画像を取得するための測定光Ｌｓの波長帯域が１０００nmであり、蛍光Ｌｂの波長帯域が７７０nm〜９００ｎｍであるため、ダイクロイックミラーを用いることにより、容易に測定光Ｌｓ’（反射光）と蛍光Ｌｂとを分離できる。このため、光断層画像と蛍光断層画像とを同時に取得することができ、断層画像を取得するために必要な時間が短縮できる。

なお、本実施の形態においては、励起光Ｌａをプローブ１０を介して被検部へ照射したが、これに限られるものではない。例えば、プローブ１０の先端に光源を設けて、励起光を射出させもよいし、あるいは内視鏡本体に設けられた照明光を導光するファイバーを用いて励起光を導光してもよい。

また、本実施の形態においては、光断層画像の取得に寄与する反射光（測定光Ｌｓ’）がプローブ１０へ入射する際の光路と、蛍光断層画像の取得に寄与する蛍光Ｌｂがプローブ１０へ入射する際の光路とが同一となる構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、光断層画像と蛍光断層画像を重畳した重畳画像において、腫瘍の大きさや位置等が視認可能である程度であれば、反射光（測定光Ｌｓ’）がプローブ１０へ入射する際の光路と、蛍光Ｌｂがプローブ１０へ入射する際の光路とにずれが生じていてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態である断層画像取得装置について説明する。図４は、第２の実施の形態の概略構成を示す図である。なお、図４においては、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。

本実施の形態による断層画像取得装置は、図４に示すように内視鏡の鉗子口へ挿通可能なプローブ７０と、該プローブと接続された光学ユニット８０と、プローブ７０および光学ユニット８０接続された信号処理ユニット９０と、該信号処理ユニット９０と接続されたモニタ６９とを備えている。また、本断層画像取得装置は、光断層画像を取得するＯＣＴ機能と、時間分解計測系を用いて蛍光断層画像を取得する蛍光断層画像取得機能とを有し、各断層画像および各断層画像を重畳した重畳断層画像をモニタへ表示するものである。なお、被検者には、予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が投与されている。この蛍光薬剤は、波長７５０nmの励起光が照射された場合には、波長帯域７７０nm〜９００nmの蛍光を発するものである。

プローブ７０の中心には、ファイバー１５が配設されており、ファイバー１５の周囲には、可撓性の外筒７１が設けられている。外筒７１は、可撓性のシース１１に覆われている。また外筒７１の先端部分は、回転シース１２に覆われ、複数のベアリング２１により軸支される。回転シース１２の基端部はセンタレスモータ２２に接続される。センタレスモータ２２は、ロータリエンコーダの機能を有しており、センタレスモータ２２の回転角度検出部により検出された回転角度を示す信号が、信号線２３により制御部９２に送られる。

ファイバー１５の先端には、ファイバー１５により導光された光を被検部へ集光し、被検部により反射された反射光あるいは後述する蛍光をファイバー１５のコア部へ集光するレンズ７２と、各光を直角方向に反射するミラー１８が設けられている。レンズ７２は、外筒７１内に固定されている。なお、ミラー１８は、回転シース１２に固着され、回転シース１２の回転により回転する。

光学ユニット８０は、波長７５０nmの低コヒーレンス光Ｌを出射する光源部８１と、ファイバー結合光学系３２と、光路遅延部３３と、被検部の所定の深度で反射された測定光Ｌｓ’と参照光Ｌｒとの干渉光Ｌｃの光強度を検出する光検出部８２と、被検部から射出された蛍光の強度を時間分解して検出する光検出部８３とを備えている。

光源部８１は、ＳＬＤなどからなり波長７５０nmの低コヒーレンス光を出射する光源８４と、集光レンズ３８とを備えている。

光検出部８２は、干渉光Ｌｃの光強度を検出する光検出器８５と集光レンズ４９とを備えている。光検出器８３は、蛍光の強度を時間分解して検出する光検出器８６と、集光レンズ８７と、波長７６５nm以下の光は透過し、波長７６５nm以上の光は直角方向へ反射するダイクロイックミラー８８とを備えている。なお、光検出器８６としては、高速アパランシェフォトダイオードが用いられている。

信号処理ユニット９０は、各部位と接続されて動作タイミングを制御し、また各断層画像および重畳断層画像を生成する制御部９２と、光検出器８５で検出された干渉光Ｌｃの光強度に基づいて、光断層情報を生成し、制御部９２へ出力する光断層情報生成部９４と、光検出器５５で検出された蛍光の強度に基づいて蛍光断層情報を生成して、制御部９２へ出力する蛍光断層情報生成部９５とを備えている。

次に、以上のように構成された第２の実施の形態による断層画像取得装置における蛍光断層画像の取得と、重畳断層画像の生成および表示動作について説明する。なお、光断層画像の取得および表示動作は第１の実施形態とほぼ同様であるため説明を省略する。

本実施の形態では、蛍光断層画像取得手段として時間分解計測系の蛍光断層画像取得手段が用いられている。これらは、被検部へ短パルス光を照射して、被検部から発せられる蛍光を短時間間隔で検出し、その検出結果に基づいて、被検部の各深度から発せられた蛍光の強度を求めるものである。

まず、制御部９２の制御により、波長７５０nm、１００ｆｓのパルス励起光Ｌｐが光源部８１の光源８４から射出される。光源８４から出射された励起光Ｌｐはレンズ３７により集光されファイバー４１、ホトカプラー３９、ファイバー４２を伝播し、レンズ１９を介してファイバー１５へ入射する。

さらに、励起光Ｌｐは、ファイバー１５内を伝播して、先端から射出され、レンズ７２で集光されて、ミラー１８で反射され、被検部へ照射される。被検部には予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤が付与されているため、被検部からは波長帯域７７０nm〜９００nmの蛍光Ｌｄが発せられる。被検部から発せられた蛍光Ｌｄは、ミラー１８で反射され、レンズ７２により集光されて、ファイバー１５のコア部へ入射する。

ファイバー１５内を伝播し、基端部から射出された蛍光Ｌｄ（波長７７０nm〜９００nm）は、波長７６５nm以上の光を反射するダイクロイックミラー５３で反射され、高速アパランシェフォトダイオードである光検出器８６へ入射する。光検出器８６では１０ps毎に蛍光Ｌｄの強度を検出して、蛍光断層情報生成部９５へ出力する。なお、第２の実施形態における蛍光Ｌｂは、レンズ１４の焦点位置により規定される被検部の所定の深度から発せられる蛍光であったが、本実施の形態における蛍光Ｌｄは、被検部の表面から発せられる蛍光から深部へ発せられる蛍光までが、連続的に重畳された蛍光である。

蛍光断層情報生成部９５には、光検出器８６から図５に示すような信号が入力される。この信号は、被検部の各深度から発せられた蛍光の強度を反映するものであり、解析処理を施すことにより、被検部の各深度から発せられた蛍光の蛍光断層情報を求めることができる。

１点における蛍光断層情報の取得が終了すると、センタレスモータ２４により回転シース１２を僅かに回転させることにより、励起光Ｌｐの照射方向を移動させ、再度その照射点における蛍光断層情報を取得する。このようにして、ファイバー１５の長手方向を軸としたラジアル走査を行い、被検部を輪切りにした状態の蛍光断層画像を取得する。

制御部９２では、センタレスモータ２２の回転角度と、蛍光断層画像生成部９５から出力される蛍光断層情報に基づいて、ラジアル蛍光断層画像を生成し、モニタ６９へ出力する。モニタ６９には、図２（Ｂ）に示すような被検部の表面から深さ２ｍｍまでの蛍光断層画像が表示される。光検出器８６の応答速度を高速化して、蛍光強度の検出間隔を短くすることにより奥行き方向の解像度を上げることができる。あるいは、図５に示すグラフにおいて、測定点間の値を補完処理により算出することにより、奥行き方向の解像度を上げることもできる。なお、レンズ７２としては、焦点深度の大きいレンズを用いることが好ましい。蛍光断層画像では、被検部に腫瘍がある場合には、その腫瘍の位置や大きさ等が画像化される。

さらに、制御部９２は、光断層画像と蛍光断層画像とを重畳させ、重畳画像を生成し、図３に示すような重畳断層画像をモニタ６９へ表示することもできる。なお、このように光断層画像と蛍光断層画像を重畳する場合には、光断層画像取得用の測定光Ｌｓと、パルス励起光Ｌｐとを交互に被検部へ照射して、順次光断層画像情報と蛍光断層情報を取得することが好ましい。

以上の説明で明らかなように、本実施の形態における断層画像取得装置では、第１の実施の形態における効果に加え、時間分解計測系を用いた蛍光断層画像取得手段を用いたため、容易に深い深度までの蛍光断層画像を取得することができる。また、光断層画像の取得用の測定光Ｋｓの光源が、蛍光断層画像の取得用のパルス励起光Ｌｐの光源を兼ねているため、装置の小型化および低価格化が実現できる。

なお、本実施の形態の変形例として、図６に示すような光断層画像取得用の測定光Ｌｓと、蛍光画像取得用のパルス励起光Ｌｐと、反射光である測定光Ｌｓ’とを伝送するシングルモードファイバー１００と、蛍光Ｌｄを伝送するマルチモードファイバー１０１、ミラー１０２と、ダイクロイックミラー１０３と備えたプローブを用いることもできる。ダイクロイックミラー１０３は、波長７６５nm以下の光は透過し、波長７６５nm以上の光は直角方向へ反射するものである。

この場合には、ファイバー１００と、ファイバー１０１と、ミラー１０２と、ミラー１０３とを一体的に構成し、ファイバー１００を回転軸として回転させることにより、光断層画像および蛍光断層画像を取得することができる。なお、蛍光検出用の光検出部は、ファイバー１０１から射出された蛍光を検出するように配置されている。径の太いマルチモードファイバー１０１により蛍光を伝送することができ、蛍光検出の感度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、蛍光断層画像取得手段として時間分解計測系の断層画像取得装置を用いたが、周波数分解計測系の断層画像取得装置を用いてもよい。

なお、上記実施の形態においては、ラジアル合成断層画像を生成したが、リニア走査により各断層画像を取得して、リニア合成断層画像を取得して表示してもよい。また、ラジアル走査とリニア走査を組み合わせることにより３次元断層画像を取得して、３次元重畳断層画像を生成してもよい。

さらに、本実施の形態においてはプローブへ各断層画像の取得手段を組み込んだが、内視鏡挿入部本体に、各断層画像の取得手段を組み込んだものとすることもできる。

また、上記各実施の形態では、光断層画像取得手段としてＯＣＴ装置を用いたが、これに限定されるものではなく、共焦点光学系の断層画像取得装置あるいは時間分解計測系の断層画像取得装置あるいは周波数分解計測系の断層画像取得装置を用いてもよい。

本発明による第１の実施形態である断層画像取得装置の概略構成図光断層画像および蛍光断層画像の説明図重畳断層画像の説明図本発明による第２の実施形態である断層画像取得装置の概略構成図時間分解計測系における光検出器の出力の説明図プローブの変形例の説明図

符号の説明

１０、７０プローブ
１２回転シース
１４、７２レンズ
１５ファイバー
１６外筒
１７アクチュエータ
１８ミラー
２１ベアリング
２２センタレスモータ
２４リニア駆動装置
３０、８０光学ユニット
３１、３５、８１光源部
３２ファイバー結合光学系
３３光路遅延部
３４、３６、８２、８３光検出部
６０、９０信号処理ユニット
６２、９２制御部
６４、９４光断層情報生成部
６５、９５蛍光断層情報生成部
６９モニタ

Claims

被検部へ光を照射し、前記被検部で反射した反射光に基づいて前記被検部の光断層画像を取得する光断層画像取得手段と、前記被検部へ励起光を照射し、前記被検部から発せられた蛍光に基づいて前記被検部の蛍光断層画像を取得する蛍光断層画像取得手段とを有する断層画像取得装置において、
前記被検部からの前記反射光および前記蛍光をひとつのプローブで検出するものであり、前記反射光および前記蛍光を検出する光路が略同一であることを特徴とする断層画像取得装置。
前記プローブが、内視鏡の鉗子口に挿通されるものであることを特徴とする請求項１または２記載の断層画像取得装置。
前記光断層画像取得手段が、ＯＣＴ装置であることを特徴とする請求項１または２記載の断層画像取得装置。
前記蛍光断層画像取得手段が、共焦点光学系を用いた断層画像取得手段であることを特徴とする請求項１から３いずれか1項記載の断層画像取得装置。
前記蛍光断層画像取得手段が、時間分解計測系または周波数分解計測系を用いた断層画像取得手段であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の断層画像取得装置。
前記光の光源が、前記励起光の光源を兼ねるものであることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の断層画像取得装置。
前記被検部が、予め腫瘍親和性を有する蛍光薬剤を付与された被検部であることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の断層画像取得装置。
前記蛍光薬剤が、波長帯域７００nm以上８００nm以下に含まれる励起光を照射された場合に、７５０ｎｍ以上９００nm以下に含まれる蛍光を発する蛍光薬剤であり、前記被検部へ照射される前記励起光の波長帯域が７００nm以上８００nm以下に含まれることを特徴とする請求項７記載の断層画像取得装置。
前記光の波長帯域が、前記蛍光の波長帯域とは異なるものであることを特徴とする請求項１から８いずれか1項記載の断層画像取得装置。