JP2007101250A - 光断層画像化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光軸方向、横方向双方について高分解能化が可能で、しかも高速で画像データを収集できる光断層画像化方法を得る。
【解決手段】光源１１１から射出された低コヒーレント光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割し、測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されて戻って来る反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波し、合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を干渉光検出手段１４０により検出し、この検出された干渉光Ｌ４からＳＤ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得する方法において、参照光Ｌ２の光路長さを段階的に変化させて測定光Ｌ２の測定対象Ｓに対する合焦範囲を変え、この合焦範囲が変わる毎に反射光強度を示すデータを得、それらのデータの中から、測定光Ｌ１が合焦範囲にある深さ位置に関するデータを抽出し、該抽出されたデータに基づいて断層画像を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＣＴ(Optical Coherence Tomography)計測、より詳しくはＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）計測により光断層画像を取得する光断層画像化方法に関するものである。

従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法の一つとして、例えば特許文献１、２に示されるように、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により光断層画像を取得する方法が提案されている。このＯＣＴ計測は、測定光および反射光と参照光との光路長が一致したときに干渉光が検出されることを利用した計測方法である。すなわちこの方法において、光源から射出された低コヒーレント光は測定光と参照光とに分割され、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導かれる。一方、参照光は、測定対象内の測定深さを変更するために、光路長の変更が施された後に合波手段に導かれる。そして、合波手段により反射光と参照光とが合波され、合波されたことによる干渉光がヘテロダイン検波等により測定される。

上記ＯＣＴ装置においては、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）を変更し断層画像を取得するようになっており、この手法は一般にＴＤ−ＯＣＴ（Time domain OCT）計測と称されている。より具体的に、特許文献１の参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をミラーに集光する光学系を有し、ミラーのみを参照光のビーム軸方向に移動させて光路長の調整を行っている。また特許文献２に示された参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をレンズによって平行光化し、平行光になった参照光を再び光路長調整レンズにより集光して光ファイバに入射させ、そして、光路長調整レンズを参照光のビーム軸方向に進退させて光路長の調整を行っている。

他方、上述した参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する装置として、ＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）計測による光断層画像化装置が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光をマイケルソン型干渉計を用いて測定光と参照光とに分割した上で、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光との干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに断層画像を構成するようにしたものである。

ところでＯＣＴの特徴の一つは、深さ方向つまり光軸方向の分解能が、測定光を絞って測定対象に照射する光学系のＮＡ（開口数）に律束されない点にある。すなわちこの光軸方向の分解能Δｚは、測定光の中心波長をλ、測定光のスペクトル半値全幅をΔλとすると以下の（数１）式で規定される。

したがって、例えば図４に示すように低ＮＡの光学系においても、一例としてλ＝１．３μｍ、Δλ＝３５ｎｍとすると、ほぼΔｚ＝２０ｎｍと高い光軸方向分解能が実現できる。

なお、それに対して測定光の収束位置における集光ビーム径Δｘ、および焦点深度ｂは、レンズ焦点距離をｆ、レンズ系をｄとして、それぞれ以下の（数２）、（数３）式で規定される。

ここで図５は、断層画像の横方向分解能を決定する測定光の収束位置における集光ビーム径Δｘが種々の値を取るとき、光軸方向の位置が変化することによって該ビーム径がどのように変化するかを示したものである。なお、図中の１，２，３，４，５および６の曲線がそれぞれΔｘ＝１μｍ、３μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍおよび１００μｍの場合のものである。また光軸方向位置０が、ビーム収束位置を示す。ここに示される通り、例えばΔｘ＝２０μｍであれば、ビーム収束位置から７５０μｍ程度光軸方向に離れた位置でも殆どビーム径は変化せず、よって焦点深度ｂ＝１．５ｍｍの範囲でほぼΔｘ＝２０μｍが保持されることが分かる。

ＯＣＴは多くの場合、光軸方向３ｍｍ、横方向（光軸と直交する方向）５ｍｍ程度の領域を、Δｘ＝Δｚ＝２０μｍ程度の分解能で断層画像化するもので、最初は眼科用として実用化された。その代表的なＴＤ−ＯＣＴ装置の一例を図６に示す。このＴＤ−ＯＣＴ装置２００は、レーザ光Ｌを射出する光源１１１および集光レンズ１１２からなる光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０から射出されて光ファイバＦＢ１を伝搬するレーザ光Ｌを分割する光分割手段２と、ここを通過したレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割されて光ファイバＦＢ３を伝搬した参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段２０と、光分割手段３により分割されて光ファイバＦＢ２を伝搬した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに照射するプローブ３０と、プローブ３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４（光分割手段３が兼ねている）と、合波手段４により合波されて反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０とを備えている。

上記光路長調整手段２０は、光ファイバＦＢ３から出射した参照光Ｌ２を平行光化するコリメータレンズ２１と、このコリメータレンズ２１との距離を変えるように図中矢印Ａ方向に移動可能とされたミラー２３と、このミラー２３を移動させるミラー移動手段２４とから構成されて、測定対象Ｓ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。さらに、参照光Ｌ２の光路中（光ファイバＦＢ３）に位相変調器２１０が配置されており、参照光Ｌ２に対しわずかな周波数シフトを与える機能を有している。そして、光路長調整手段２０により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光Ｌ２が合波手段４に導波されるようになっている。

干渉光検出手段２４０は、合波手段４から光ファイバＦＢ２を伝搬して来た干渉光Ｌ４の光強度を、たとえばヘテロダイン検波により検出する。具体的には、測定光Ｌ１の全光路長と反射光Ｌ３の全光路長との合計が、参照光Ｌ２の全光路長と等しいときに、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３との差周波数で強弱を繰り返すビート信号が発生する。光路長調整手段２０により光路長が変更されて行くにつれて、測定対象Ｓの測定位置（深さ）が変わって行き、干渉光検出手段２４０は各測定位置における複数のビート信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段２０から画像取得手段へ出力されるようになっている。そして、干渉光検出手段２４０により検出されたビート信号と、ミラー移動手段２４における測定位置の情報とに基づいて光断層画像が生成されるようになっている。

このような、従来のＯＣＴ装置においては、断層画像の取得に当たって、ミラー２３の光軸方向への移動と、測定光Ｌ１の横方向への走査は、通常、所望される分解能の１／４程度のピッチでなされる。つまり、前述したようにΔｘ＝Δｚ＝２０μｍ程度の分解能が求められる場合は、光軸方向、横方向に共に５μｍ程度のピッチでそれぞれミラー移動、光走査がなされる。

現在、ＯＣＴ装置は、眼科以外の分野への応用を目指して、高分解能化、高感度化、高速化を実現すべく研究開発が進められている。より具体的には、現在のΔｘ＝Δｚ＝２０μｍ程度の分解能をそれぞれ１０μｍ以下まで高める高分解能化、さらには５μｍ以下まで高める超高分解能化が望まれている。

ここで、Δｘ＝Δｚ＝１０μｍとすると、前述した図５より、Δｘ＝１０μｍが保持される光軸方向距離は２００μｍ程度であることが分かる。またΔｘ＝Δｚ＝５μｍとすると、同様にΔｘ＝５μｍが保持される光軸方向距離は５０μｍ程度である。したがって、横方向分解能を保持したまま、望ましいビーム径範囲が保持される光軸方向長さ以上の領域を断層画像化すると、深い領域あるいは浅い領域において横方向分解能が劣化するという問題が避けられない。

このような問題を避けるための方法として、例えば非特許文献１に示される方法が知られている。この方法は、参照光の光路長調整と同期させて測定光の収束位置を変化させることにより、常に測定光の合焦位置における画像データを取得できるようにしたものであり、ダイナミックフォーカスＯＣＴと称されている。
特開平６−１６５７８４号公報 特開２００３−１３９６８８号公報 OPTICS LETTERS /Vol.28,No.3/February 1,2003,p182-184

しかし上述したダイナミックフォーカスＯＣＴでは、測定光の走査機構を光軸方向に細かくピッチ送りすることが必須であるため、断層画像構成のための画像データ収集に長時間を要するという問題がある。そうであると、生体から摘出したような試料の計測はできるものの、体動が有る生体に対するいわゆるin vivoな計測は不可能である。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、光軸方向、横方向双方について高分解能化が可能で、しかも高速で画像データを収集できる光断層画像化方法を提供することを目的とする。

本発明による光断層画像化装置は、先に説明したＳＤ−ＯＣＴ計測を適用したものであって、
光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割し、
前記測定光をレンズ系により集光して測定対象に照射し、該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波し、
合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出し、
この検出された干渉光の各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ解析することにより、測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を検出し、
これらの各深さ位置における前記反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する光断層画像化方法において、
前記参照光の光路長さを段階的に変化させることにより、前記レンズ系により集光された測定光の測定対象に対する合焦範囲内に光路長を合わせ、
この合焦範囲の位置が変わる毎に前記複数の深さ位置における反射光の強度を示すデータを得、
それらの反射光強度を示すデータの中から、前記測定光が合焦範囲にある深さ位置に関するデータを抽出し、
これらの抽出されたデータに基づいて断層画像を取得することを特徴とするものである。

なおこの光断層画像化方法においては、前記参照光の光路長さを段階的に変化させる操作を、測定対象における測定光の合焦範囲が、該範囲と同じ程度変化するピッチで行うことが特に望ましい。

ＳＤ−ＯＣＴ計測は、光軸方向（深さ方向）に亘る複数位置に関する画像データを一度に取得できるという利点がある。そこで、本発明の方法におけるように、測定対象の反射光強度を示すデータを光軸方向に亘る複数位置に関して一度に取得し、それらの中から、測定光が合焦範囲にある深さ位置に関するデータを抽出するようにすれば、光軸方向に亘る複数位置に関するデータを、測定光走査機構のピッチ送りはしなくても一度に取得できるようになる。そしてそのような操作を、参照光の光路長さを段階的に変化させて、測定光の合焦範囲を変える毎に行っているので、各回の操作で得たデータを繋ぎ合わせて、合焦範囲を超える領域についての断層画像を形成可能となる。

本発明の光断層画像化方法において、参照光の光路長さを段階的に変化させる操作を、測定対象における測定光の合焦範囲が、該範囲と同じ程度変化するピッチで行うようにした場合は、上述の各回の操作で得たデータを繋ぎ合わせる上で、データが欠落して繋ぎ合わせが不正になされることを防止でき、その一方、参照光の光路長さを段階的に変化させる操作が必要以上に細かくなされることも防止できるから、断層画像形成の高速化の点でも有利となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置を示す模式図である。本実施形態の光断層画像化装置１は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、光Ｌを射出する光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段２０と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓに照射する光走査部４０と、こうして測定対象Ｓに測定光Ｌ１が照射されたとき該測定対象Ｓで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との間の干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段１４０とを有している。

光源ユニット１１０は、低コヒーレント光Ｌを射出する例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の光源１１１と、光源１１１から射出された光を光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系１１２とを有している。なお本実施形態の光断層画像化装置１は、体腔内の生体部位を測定対象Ｓとして断層画像を取得するものであるので、光源１１１としては、測定対象Ｓ内を透過するときの散乱・吸収による光の減衰を最小限に抑えることができる、例えば広スペクトル帯域の超短パルスレーザ光源等を用いるのが好ましい。

光分割手段３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット１１０から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。この光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２を導波し、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３を導波する。なお、本実施形態におけるこの光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。

光ファイバＦＢ２には光走査部４０が接続されている。この光走査部４０は、光ファイバＦＢ２から出射した測定光Ｌ１を平行光化するコリメータレンズ４１と、このコリメータレンズ４１から出射した測定光Ｌ１を反射させる走査ミラー４２と、この走査ミラー４２で反射した測定光Ｌ１を反射させる走査ミラー４３と、この走査ミラー４３で反射した測定光Ｌ１を測定対象Ｓ内で収束するように集光する集光レンズ４４とから構成されている。

一方、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。図２はこの光路長調整手段２０の一例を示す模式図であり、以下、この図２も参照して説明する。光路長調整手段２０は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー２２と、反射ミラー２２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ２１ａと、第１光学レンズ２１ａと反射ミラー２２との間に配置された第２光学レンズ２１ｂとを有している。

第１光学レンズ２１ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ２１ｂは、第１光学レンズ２１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー２２上に集光するとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。つまり、第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂとにより共焦点光学系が形成されている。

したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ２１ａにより平行光になり、第２光学レンズ２１ｂにより反射ミラー２２上に集光される。その後、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ２１ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。

さらに光路長調整手段２０は、第２光学レンズ２１ｂと反射ミラー２２とを固定した基台２３と、該基台２３を第１光学レンズ２１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段２４とを有している。そして基台２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられるようになっている。

また、図１に示す合波手段４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段２０により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌ２と、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するように構成されている。

一方、干渉光検出手段１４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から出射した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ１４１と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光する分光手段１４２と、分光された干渉光Ｌ４を集光するレンズ１４３と、分光手段１４２により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出する光検出手段１４４とを有している。

分光手段１４２は例えば回折格子素子等から構成されており、そこに入射した干渉光Ｌ４を分光して、光検出手段１４４に向けて射出する。また光検出手段１４４は、例えば１次元に光センサが配列されてなるＣＣＤ等の素子から構成され、各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。

上記光検出手段１４４は画像取得手段５０に接続され、この画像取得手段５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置６０に接続されている。また光検出手段１４４は、記憶手段７０にも接続されている。画像取得手段５０および記憶手段７０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムから構成されている。

以下、上記構成を有する光断層画像化装置１の作用について説明する。まずここでは、説明を容易にするために、特に高解像度を必要としない場合の一般的な断層画像取得について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台２３を矢印Ａ方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１１０から光Ｌが射出され、この光Ｌは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光走査部４０から体腔内に向けて射出され、測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段１４０によって検出される。この検出された干渉光Ｌ４が画像取得手段５０において周波数解析されることにより、測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られる。

そして、例えば光走査部４０の走査ミラー４２，４３、集光レンズ４４を平行移動することにより、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１をＸ方向およびそれと直交するＹ方向に走査させれば、この２次元的走査領域の各部分において測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この２次元領域内のＸ、Ｙ双方向についての断層画像を取得することができる。

ここで、光路長の調整を行うために基台２３を矢印Ａ方向に移動させたとき（図２参照）、第１光学レンズ２１ａの焦点位置は光ファイバＦＢ３のコアから移動することがない。さらに、第２光学レンズ２１ｂの焦点位置は反射ミラー２２上から移動することがない。よって、光路長調整手段２０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ３に入射する際に、参照光Ｌ２の光量が減少することを防止でき、光路長調整の度に干渉光Ｌ４の強度が変化してしまうことによる画質の劣化を防止することができる。

干渉光検出手段１４０の光検出手段１４４においては、測定光Ｌ１のスペクトルに反射情報の関数をフーリエ変換したものを加えた干渉光Ｌ４が観測される。そこで、干渉光検出手段４０において検出された干渉光Ｌ４を画像取得手段５０において周波数解析することにより深さ位置における反射情報を取得することができる。

この深さ位置における反射情報の取得について、さらに詳しく説明する。生体組織等の測定対象Ｓの反射情報をＲ（τ）とすると、光源からの波動Ｖ^（ｒ） _Ｔ（ｔ）に対する反射の波動は、

で表すことができる。したがって、干渉光波の自己相関は以下のようになる。

ここで、第４項は無視でき、第３項はｔ＋τ→ｔの置換を行うことにより、マイナス時間の積分となり、実際では０となる。したがって、

となる。式（４）を時間領域で考えると、光源自身の自己相関と測定対象Ｓの反射情報に光源自身の自己相関関数（コヒーレンス関数）を畳み込み積分した波形が観測されることになる。

また、スペクトル領域で考えると、式（４）をフーリエ変換の形式で標記して、

となる。なお、式（５）において、畳み込み積分のフーリエ変換は自明として省略している。これにより、図７（ａ）に示すような、光源２のスペクトルに反射情報の関数がフーリエ変換されたものが加えられたものを観測することができる。干渉光検出手段１４０において図７（ａ）のように検出された干渉光Ｌ４を、画像取得手段５０において周波数解析することにより、図７（ｂ）に示すような深さ位置ｚにおける反射情報を取得することができる。この周波数解析は、光検出手段１４４の出力に基づいて得られる図７（ａ）に示すような波形を示す干渉信号を例えばフーリエ変換することによってなされる。すなわち、そのフーリエ変換により、例えば図７（ｂ）に示すように深さ位置ｚ₀に反射界面が存在することを示す信号が得られる。

以上のように、スペクトル干渉を用いて断層画像を取得することにより、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との光路長を変更して測定深さ位置を変更するＯＣＴ装置に必要な機械的可動部が不要となり、断層画像の取得を高速に行うことができる。

次に、特に高分解能の断層画像を取得する場合について説明する。この場合は、例えば光走査部４０の集光レンズ４４として高ＮＡのものが適用される等により、測定対象Ｓ内の収束位置における測定光Ｌ１の集光ビーム径Δｘは、例えば前述の５μｍ程度に設定される。その場合、Δｘ＝５μｍが保持される光軸方向距離は図５を参照すれば５０μｍ程度である。したがって、横方向分解能を保持したまま、望ましいビーム径範囲が保持される光軸方向長さ以上の領域を断層画像化すると、深い領域あるいは浅い領域において横方向分解能が劣化するという問題が生じる。

そこで本実施形態においては、上述したようにして測定対象Ｓのある点についての深さ方向（Ａライン）情報を得た後、光走査部４０による光走査には入らずに、光路長調整手段２０の反射ミラー２２が移動されて、参照光Ｌ２の光路が所定長さ変更される。そしてこの状態で、上述と同様にして、測定対象Ｓの同一点についてのＡライン情報が取得される。この参照光Ｌ２の光路長変更は段階的に複数回行われ、その都度測定対象Ｓの同一点についてのＡライン情報が取得される。

以上のように参照光Ｌ２の光路長変更がなされると、図２の（１）、（２）、（３）に示すように、測定対象Ｓ内における測定光Ｌ１の合焦範囲ｚｆが光軸方向に変化して行く。干渉光検出手段１４０の光検出手段１４４としては、データ集積ボード（図示せず）を搭載したものが適用され、上記Ａライン情報はすべてそこに一時的に蓄積される。測定対象Ｓのある点について、参照光Ｌ２の光路長変更ならびにＡライン情報の取得が所定回繰り返されると、次に光走査部４０により、測定光Ｌ１を測定対象Ｓに照射する位置が変えられ、その位置で上述と同様の操作が繰り返される。

コンピュータシステムから構成されている画像取得手段５０は、上記データ集積ボードからＡライン情報を読み出し、そのデータの中から、測定光Ｌ１が合焦範囲にある深さ位置に関するデータを抽出し、これらの抽出されたデータを繋ぎ合わせてより長い深さ方向位置についてのＡライン情報を得、その情報に基づいて断層画像を構成する。こうすることにより、光軸方向、横方向双方について分解能が高い断層画像を構成可能となる。

また本実施形態では、１回のＡライン情報取得操作により、光軸方向に亘る複数位置に関するデータを取得しているので、測定光照射機構をピッチ送りするような場合と比べて、より高速でデータの取得ができ、ひいては断層画像をより短時間で構成可能となる。以下、その点についてより具体的に説明する。

例えば従来のＴＤ−ＯＣＴにより高分解能（Δｘ＝Δｚ＝１０μｍ）で、光軸方向走査ピッチをΔｚ／４＝２．５μｍとして、光軸方向３ｍｍ、横方向５ｍｍの領域を画像化すると仮定すると、１つのＡラインで３ｍｍ／２．５μｍ＝１２００点の計測となる。それに対して本実施形態の場合、図５を参照すればΔｘ＝１０μｍでは焦点深度がほぼ２００μｍであるから、合焦Ａラインデータを収集するには３ｍｍ／０．２ｍｍ＝１５点の計測となり、従来装置と比べて８０倍の高速でデータ収集可能となる。

次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。なおこの図３においては、ａ部およびｂ部にそれぞれ、光走査部４０′および干渉光検出部の部分平面形状を併せて示してある。

本実施形態の方法を実施する装置は、いわゆるバルクのマイケルソン干渉計を適用したものであり、光源１１１から射出された低コヒーレント光Ｌは、ビームエキスパンダ１１４によって所定の径まで拡径された後、ビームスプリッタ７０により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。そして、測定対象Ｓで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがビームスプリッタ７０で合波され、それによって生じた干渉光Ｌ４が光検出手段によって検出される。

なお本実施形態では、第１の実施形態における１次元分光手段１４２および１次元光検出手段１４４に代わるものとして、２次元分光手段１４２′および２次元光検出手段１４４′が適用され、また第１の実施形態における集光レンズ４４および１４３に代わるものとして、コリメータレンズ４４′および１４３′が用いられている。このような構成を採用することにより、走査対象Ｓのある１次元方向に関するＡライン情報が一括して取得されるので、走査対象Ｓの２次元領域に関する断層画像を取得する場合、光走査部４０′による測定光Ｌ１の走査は、１次元方向に行うだけで済むことになる。

本実施形態による高速化の効果を、第１の実施形態で挙げた具体例に添って説明する。この場合は、横方向（Ｂライン）のデータを一括収集できるが、それに対して従来のＴＤ−ＯＣＴを用いる場合、Ｂライン方向については５ｍｍ／２．５μｍ＝２０００点の計測となる。それに併せて、本実施形態でも、合焦Ａラインデータを収集する上で前述の通り８０倍の高速化が実現されるから、全体では１６０００倍の高速化が達成される。このような高速化が達成されれば、体動が有る生体に対するいわゆるin vivoな計測も十分可能となる。

本発明の第１実施形態の方法を実施する光断層画像化装置を示す概略構成図 図１の光断層画像化装置における測定光の収束位置の変化を説明する図 本発明の第２実施形態の方法を実施する光断層画像化装置を示す概略構成図 測定光のビーム形状を説明する図 測定光のビーム径毎に、光軸方向位置に対するビーム径の変化特性を示すグラフ 従来の光断層画像化装置の一例を示す概略図 図１の装置において得られる干渉信号の波形（Ａ）と、それをフーリエ変換して得られる信号の波形（Ｂ）を示すグラフ

符号の説明

１ 光断層画像化装置
３ 光分割手段
４ 合波手段
１１０ 光源ユニット
２０ 光路長調整手段
３０ プローブ
４０、４０′ 光走査部
１４０ 干渉光検出手段
５０ 画像取得手段
６０ 表示装置
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｓ 測定対象

Claims (2)

1. 光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割し、
   前記測定光をレンズ系により集光して測定対象に照射し、該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波し、
   合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出し、
   この検出された干渉光の各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ解析することにより、測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を検出し、
   これらの各深さ位置における前記反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する光断層画像化方法において、
   前記参照光の光路長さを段階的に変化させることにより、前記レンズ系により集光された測定光の測定対象に対する合焦範囲内に光路長を合わせ、
   この合焦範囲の位置が変わる毎に前記複数の深さ位置における反射光の強度を示すデータを得、
   それらの反射光強度を示すデータの中から、前記測定光が合焦範囲にある深さ位置に関するデータを抽出し、
   これらの抽出されたデータに基づいて断層画像を取得することを特徴とする光断層画像化方法。
2. 前記参照光の光路長さを段階的に変化させる操作を、測定対象における測定光の合焦範囲が、該範囲と同じ程度変化するピッチで行うことを特徴とする請求項１記載の光断層画像化方法。

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