JP2007327909A - Optical tomography apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低コヒーレンス光である測定光を測定対象に照射して測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置に関し、特に測定対象の表面および深部の微細構造情報を測定光の反射光に基づいて、画像化する光断層画像化装置に関する。 The present invention relates to an optical tomographic imaging apparatus for obtaining a tomographic image of a measurement target by irradiating the measurement target, which is low-coherence light, to the measurement target. The present invention relates to an optical tomographic imaging apparatus for imaging.
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、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計測のひとつとして、例えば特許文献1または特許文献2に示されるような、TD−OCT(Time domain 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TD−OCT計測は、光干渉計測の一種であり、二つに分けた光、すなわち測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉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。
Conventionally, as one method for acquiring a tomographic image of a measurement target such as a biological tissue, a method for acquiring an optical tomographic image by OCT (Optical Coherence Tomography) measurement has been proposed. As one of the OCT measurements, for example, a method of acquiring an optical tomographic image by TD-OCT (Time domain Optical Coherence Tomography) measurement as shown in
TD−OCT計測においては、参照光または測定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、光軸方向の1次元断層画像を取得するようになっている。例えば、特許文献1に記載されたTD−OCT装置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反射させる光学系を有し、このミラーを参照光の光軸方向に移動させて光路長の調整を行っている。また、測定対象へ当てる測定光の照射位置を、光軸と垂直な方向に走査することで、二次元の光反射強度の断層像が得られる。さらに、測定光の照射位置を、光軸方向と垂直な二次元方向に亘って走査することで、三次元の光反射強度の断層像を得ることができる。
In TD-OCT measurement, the measurement position (measurement depth) with respect to the measurement object is changed by changing the optical path length of the reference light or measurement light, and a one-dimensional tomographic image in the optical axis direction is acquired. Yes. For example, an optical path length adjustment mechanism of a TD-OCT apparatus described in
また、他のOCT計測方法として、例えば特許文献3に示されるような、SD−OCT(Spectral domain 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SD−OCT装置では、測定光と参照光に分割した広帯域の低コヒーレント光を、光路長をほぼ等しく合わせて干渉させた後、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器にて各光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉波形を計算機でフーリエ変換することにより、光路長の変更を物理的に行わずに光軸方向の一次元断層像元データを取得するようにしたものである。測定光の照射位置を光軸と垂直な方向に走査することで、二次元、さらには三次元の断層画像を得ることができる。
As another OCT measurement method, for example, a method of acquiring an optical tomographic image by SD-OCT (Spectral domain Optical Coherence Tomography) measurement as shown in
また、低コヒーレンス光の代わりに、時間的に周波数が変化するコヒーレンス光を射出して、干渉光の検出を行い、光周波数領域のインターフェログラムから所定の測定対象の深さ位置における反射強度を検出し、これを用いて断層画像を生成するSS−OCT(Swept Source Optical Coherence Tomography)計測により光断層画像を取得する方法も提案されている。 (たとえば特許文献4参照)。 In addition, instead of low-coherence light, coherence light whose frequency changes with time is emitted to detect interference light, and the reflection intensity at the depth position of a predetermined measurement target is determined from the interferogram in the optical frequency domain. A method of acquiring an optical tomographic image by SS-OCT (Swept Source Optical Coherence Tomography) measurement that detects and generates a tomographic image using this is also proposed. (For example, see Patent Document 4).
このようなOCT装置は、まず眼科用装置として開発が進められ、実用化されている。現在、眼科分野での実用化を受けて、内視鏡への応用を目指してさらに研究開発が進められている。開発当初においては、OCT装置の光源波長としては、主に0.8μm帯が用いられてきた(例えば非特許文献1参照)。これは生体における吸収特性を考慮した結果、選択された波長であり、る。図1(a)は、水、血液、メラニンおよび表皮の光の吸収係数を示すものであり、図1(b)は、波長帯域0.7μmから1.6μmまでの水の吸収係数を示すものである。この図1(b)から、0.98μmおよび1.2μmに水の吸収ピークがあることがわかる。また、図2中の破線は、これらの吸収係数に基づいて得られた生体の吸収損失を示すものである。この図2から、生体においては、0.8μm帯の光が、吸収損失が最も少ないことがわかる。このことから、開発当初においては、0.8μm帯の光が、生体の透過率が高く、そのために計測深度が深くなり、OCT装置には最も適していると考えられた。 Such an OCT apparatus is first developed as an ophthalmic apparatus and put into practical use. Currently, following practical application in the field of ophthalmology, further research and development is being carried out with the aim of applying to endoscopes. At the beginning of development, the 0.8 μm band has been mainly used as the light source wavelength of the OCT apparatus (see, for example, Non-Patent Document 1). This is the wavelength selected as a result of considering the absorption characteristics in the living body. FIG. 1 (a) shows the light absorption coefficient of water, blood, melanin, and epidermis, and FIG. 1 (b) shows the water absorption coefficient in the wavelength band from 0.7 μm to 1.6 μm. is there. From FIG. 1B, it can be seen that there are water absorption peaks at 0.98 μm and 1.2 μm. Moreover, the broken line in FIG. 2 shows the absorption loss of the living body obtained based on these absorption coefficients. As can be seen from FIG. 2, in the living body, light in the 0.8 μm band has the smallest absorption loss. From this, at the beginning of development, 0.8 μm band light was considered to be most suitable for the OCT apparatus because of its high biological transmittance and deep measurement depth.
しかしながら、近年、OCT装置では、生体内部の後方散乱反射光を検出するため、散乱特性も計測深度を律束することが明らかにされた。生体組織での主な散乱はレーリー散乱である。レーリー散乱では散乱強度は波長の4乗に逆比例する。図2中の点線は、生体における散乱損失を示すものである。OCT信号を取得する際の全損失は、吸収損失と散乱損失の和であり、この全損失を図2中に実線で示す。 However, in recent years, it has been clarified that in the OCT apparatus, the scattering characteristics also regulate the measurement depth in order to detect the backscattered reflected light inside the living body. The main scattering in living tissue is Rayleigh scattering. In Rayleigh scattering, the scattering intensity is inversely proportional to the fourth power of the wavelength. The dotted line in FIG. 2 shows the scattering loss in the living body. The total loss when acquiring the OCT signal is the sum of the absorption loss and the scattering loss, and this total loss is indicated by a solid line in FIG.
図2から全損失が最小となる波長帯域は、1.3μm帯であることが判る。このため、眼科用のOCT装置が実用化された後、より画像化深度が求められる内視鏡応用のOCT装置においては、光源波長として1.3μm帯の光を用いて研究開発が進められている(例えば非特許文献2参照)。 It can be seen from FIG. 2 that the wavelength band that minimizes the total loss is the 1.3 μm band. For this reason, after an ophthalmic OCT apparatus is put to practical use, research and development is being carried out using a 1.3 μm band light as a light source wavelength in an endoscope-applied OCT apparatus that requires a greater imaging depth. (For example, refer nonpatent literature 2).
一方、内視鏡へOCT装置を応用する際の目的は、生体内確定診断と、粘膜癌(m癌)と粘膜下層癌(sm癌)の識別の、癌の深達度診断である。以下簡単に癌の内視鏡下診断の手順について説明する。まず通常観察像で病変部を発見し、癌かその他疾患かを識別する。この第1次診断は医師の経験に基づく診断で、癌と推測した部位の組織を採取し病理検査により確定診断を行う。このため、現状では内視鏡検査中の確定診断は困難である。癌と確定診断された場合には、再度その後の治療方針を決定するため、内視鏡検査による癌の深達度診断が行われる。一般に癌は粘膜表皮から発生し、進行に伴って横方向へ拡がりながら深さ方向へも浸潤する。図3に示すように、胃壁の構造は表面から粘膜層(m層)、粘膜筋板(MM)、粘膜下層(sm層)、筋層、奨膜の5層から構成されている。粘膜層のみに留まっている癌をm癌、粘膜下層まで浸潤している癌をsm癌という。m癌とsm癌では治療法が異なる。粘膜下層にはリンパ系や血管系が存在するため、sm癌では転移の可能性が否定できないため、外科手術の適応となる。一方m癌であれば、転移はないため内視鏡下で癌の摘出が行われる。このためm癌かsm癌かの識別が重要となる。具体的には粘膜筋板(MM層)が層構造を保持しているか、破壊されているかを画像として評価できることが重要である。現在はこの深達度診断を目指して、超音波の適応が検討されている。しかし超音波では軸方向分解能が100μm程度であるためMM層の描出が不充分である。また進行度の高いm癌ではMM層下にリンパ濾胞が形成されるため、癌部位とリンパ濾胞とが一体に画像化されるため、m癌をsm癌と誤診断することになる。このため正確な深達度診断のために、軸方向分解能10μm以下の画像化法が切望されている。 On the other hand, the purpose of applying the OCT apparatus to an endoscope is in-vivo definitive diagnosis and cancer invasion diagnosis of discrimination between mucosal cancer (m cancer) and submucosal cancer (sm cancer). The procedure for endoscopic diagnosis of cancer will be briefly described below. First, a lesion is detected from a normal observation image to identify whether it is cancer or other disease. This primary diagnosis is a diagnosis based on the experience of a doctor. A tissue at a site estimated to be cancer is collected and a definitive diagnosis is performed by a pathological examination. For this reason, at present, definitive diagnosis during endoscopy is difficult. When a definitive diagnosis of cancer is made, in order to determine a subsequent treatment policy again, a cancer depth is diagnosed by endoscopy. In general, cancer originates from the mucosal epidermis and spreads in the depth direction while spreading laterally as it progresses. As shown in FIG. 3, the structure of the stomach wall is composed of five layers from the surface: a mucosal layer (m layer), a mucosal muscular plate (MM), a submucosal layer (sm layer), a muscular layer, and a schizophrenia. Cancer that remains only in the mucosal layer is called m cancer, and cancer that invades the submucosal layer is called sm cancer. Treatment is different for m cancer and sm cancer. Since the lymphatic system and vascular system are present in the submucosal layer, the possibility of metastasis cannot be denied in sm cancer, so it is indicated for surgery. On the other hand, in the case of m cancer, since there is no metastasis, the cancer is removed under an endoscope. For this reason, it is important to identify m cancer or sm cancer. Specifically, it is important to be able to evaluate as an image whether the mucosal muscle plate (MM layer) has a layer structure or is destroyed. At present, the application of ultrasound is being studied with the aim of diagnosing this depth of penetration. However, since the ultrasonic resolution is about 100 μm, the MM layer cannot be drawn sufficiently. In m cancer having a high degree of progression, lymphoid follicles are formed under the MM layer, and the cancer site and lymphoid follicle are imaged together, so that m cancer is misdiagnosed as sm cancer. For this reason, an imaging method with an axial resolution of 10 μm or less is eagerly desired for accurate depth measurement.
一方、TD−OCT装置およびSD−OCT装置では、光源のコヒーレンス長により光軸方向分解能が規定される、すなわち、通常は光源のコヒーレンス長より短い分解能は得られない。このため、光軸方向10μm以下の高分解能を実現するためには、コヒーレンス長10μm以下の光が必要である。低コヒーレンス光のコヒーレンス長Δzは、中心周波数の二乗に比例し、スペクトル幅に半比例するものであり、中心波長λcおよびスペクトル幅Δλとすると次式で表すことができる。 On the other hand, in the TD-OCT apparatus and the SD-OCT apparatus, the resolution in the optical axis direction is defined by the coherence length of the light source, that is, normally a resolution shorter than the coherence length of the light source cannot be obtained. For this reason, in order to realize a high resolution of 10 μm or less in the optical axis direction, light having a coherence length of 10 μm or less is required. The coherence length Δz of the low-coherence light is proportional to the square of the center frequency and half proportional to the spectrum width, and can be expressed by the following equation when the center wavelength λc and the spectrum width Δλ are assumed.
Δz=2ln2/π・(λc2/Δλ)
このため、コヒーレンス長を短くするためには、スペクトル幅Δλを広くしなければならない。一方、コヒーレンス光のスペクトル幅Δλを広くすると、分散の影響を考慮する必要がでてくることが分かった(非特許文献3参照)。
Δz = 2ln2 / π · (λc 2 / Δλ)
For this reason, in order to shorten the coherence length, the spectral width Δλ must be increased. On the other hand, it has been found that if the spectral width Δλ of the coherence light is widened, it is necessary to consider the influence of dispersion (see Non-Patent Document 3).
マイケルソン干渉計において、光が試料を伝搬すると位相シフトが生じ、その結果干渉信号波形が変化する。その干渉信号波形をφ(ω)、光源のスペクトル波形がガウス分布とすると、自己相関関数は
と表される。ここでσtは自己相関関数の1/e1/2幅、σt0はD=0時の自己相関関数の1/e1/2幅、σwは光のスペクトル1/e1/2幅、ω0は光スペクトルの中心周波数、Kは分散の影響によるブロード化比である。
It is expressed. Where σt is the 1 / e 1/2 width of the autocorrelation function, σt0 is the 1 / e 1/2 width of the autocorrelation function when D = 0, σw is the
図4は水を試料として、上記式(3)の計算結果(実線)と実測結果(▲)を示したものである。波長1.0μmで分散Dが零(零分散)であるのに対し、波長が1.0μmから離れるに従って、分散の影響が大きくなることが判る。 FIG. 4 shows the calculation result (solid line) and the actual measurement result (▲) of the above equation (3) using water as a sample. It can be seen that while the dispersion D is zero (zero dispersion) at a wavelength of 1.0 μm, the influence of dispersion increases as the wavelength goes away from 1.0 μm.
また、図5は波長1.32μm(スペクトル幅76nm)と波長0.94μm(スペクトル幅75nm)の低コヒーレント光が水中を伝播した場合の、水中伝播距離(水の厚さ)とブロード化比(劣化度)との関係の実測値およびシミュレーション結果を示す図である。 Fig. 5 shows the underwater propagation distance (water thickness) and broadening ratio (degradation degree) when low-coherent light having a wavelength of 1.32 µm (spectrum width of 76 nm) and a wavelength of 0.94 µm (spectrum width of 75 nm) propagates in water. FIG. 6 is a diagram illustrating an actual measurement value and a simulation result of a relationship with ().
上記非特許文献3では、低コヒーレンス光のコヒーレンス長が短い場合には、OCT装置においては、中心波長1.0μmの低コヒーレンス光を用いることが好ましいと結論付けている。
In the said
また、SS−OCT装置においても、光源から射出されるコヒーレンス光の波長掃引幅Δλにより、光軸方向分解能が規定される。このため、光軸方向の分解能を大きくするためには、コヒーレンス光の波長掃引幅Δλを広くしなければならない。一方、コヒーレンス光の波長掃引幅Δλを広くすると、上述のように、分散の影響を考慮する必要がでてくる。
しかしながら、低コヒーレンス光または時間的に周波数が変化するコヒーレンス光である測定光を用いたOCT装置を用いて、生体の光断層画像を取得する際に、測定光の波長帯域が生体における光吸収の大きい波長帯域を含む場合には、生体の光吸収により測定光(反射光)のスペクトル形状が変形し、このため、自己相関関数にサイドバンドあるいはサイドロープが現れ、その結果擬似信号が発生して、光断層画像のS/Nが低下するという問題がある。図1(b)に示すように、生体の主な構成物質である水には、波長1μm近傍では、0.98μmおよび1.2μmに吸収係数のピークが存在する。 However, when acquiring an optical tomographic image of a living body using an OCT apparatus that uses measuring light that is low-coherence light or coherence light whose frequency changes with time, the wavelength band of the measuring light is light absorption of the living body. When a large wavelength band is included, the spectral shape of the measurement light (reflected light) is deformed due to light absorption by the living body, and as a result, sidebands or sideropes appear in the autocorrelation function, resulting in the generation of pseudo signals. There is a problem that the S / N of the optical tomographic image is lowered. As shown in FIG. 1B, water, which is a main constituent of the living body, has absorption coefficient peaks at 0.98 μm and 1.2 μm near a wavelength of 1 μm.
図6は、中心波長1.0μm、波長帯域幅100nmのガウス分布の光が、水中を伝播した場合を想定したシミュレーション結果である。図6(A)は、スペクトル形状の変化を示し、図6(B)は、各スペクトル波形のフーリエ変換波形を示している。なお、実線は水を透過していない波形であり、一点破線は厚さ2mmの水を透過した場合の波形を、2点破線は厚さ4mmの水を透過した場合の波形を、点線は厚さ8mmの水を透過した場合の波形を示している。この図6から、波長1μm、波長帯域幅100nmの測定光が水中を透過した場合、0.98μmにおける吸収の影響により、スペクトル形状が大きく変形していることがわかる。この結果、自己相関波形にサイドバンドが現れ、擬似信号が発生して、光断層画像の画質が低下する。 FIG. 6 is a simulation result assuming a case where light having a Gaussian distribution with a center wavelength of 1.0 μm and a wavelength bandwidth of 100 nm propagates in water. FIG. 6A shows changes in the spectrum shape, and FIG. 6B shows the Fourier transform waveform of each spectrum waveform. Note that the solid line is a waveform that does not pass through water, the one-dot broken line is the waveform that passes through 2 mm thick water, the two-dot broken line is the waveform that passes through 4 mm thick water, and the dotted line is thick. The waveform when 8 mm of water is transmitted is shown. From FIG. 6, it can be seen that when the measurement light having a wavelength of 1 μm and a wavelength bandwidth of 100 nm is transmitted through water, the spectrum shape is greatly deformed due to the absorption at 0.98 μm. As a result, a side band appears in the autocorrelation waveform, a pseudo signal is generated, and the image quality of the optical tomographic image is degraded.
また、上記非特許文献3においては、中心波長1.1μm、スペクトル幅372nmの低コヒーレンス光を用いて、光断層画像を取得しているが、この場合には0.98μmのみならず、1.2μmにおける吸収ピークの影響も受けることになり、サイドバンドの発生による画質の低下はさらに大きくなるであろう。
In
なお、非特許文献3には、コヒーレンス長が略10μm(λc2/Δλが23)の低コヒーレンス光を用いて、光断層画像を取得する場合には、分散の影響を受けることが記載され、またλc2/Δλの値が小さくなり、分散の影響を受けるような場合には、低コヒーレンス光の中心波長を1.0μm近傍とすることが好ましいことは記載されているが、0.98μmおよび1.2μmにおける吸収の影響を受けない中心波長λcおよび波長帯域幅Δλについては、一切言及していない。
本発明はこうした問題を鑑みなされたもので、低コヒーレンス光または時間的に周波数が変化するコヒーレンス光である測定光を用いた光断層画像化装置において、生体組織の光吸収特性、散乱特性、分散特性から高分解能化に対しては最適な測定光の波長特性が存在することを明らかにし、この最適な波長特性を有する測定光を用いて、高分解能かつ高画質の光断層画像を取得する装置を実現することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of these problems. In an optical tomographic imaging apparatus using measurement light that is low-coherence light or coherence light whose frequency changes with time, light absorption characteristics, scattering characteristics, dispersion of biological tissue Clarification of the existence of the optimal wavelength characteristics of measurement light for high resolution from the characteristics, and the acquisition of high-resolution and high-quality optical tomographic images using the measurement light having the optimal wavelength characteristics It aims at realizing.
本発明の第1の光断層画像化装置は、低コヒーレンス光を射出する光源部と、
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記参照光または前記測定光の光路長を変更する光路長変更手段と、
前記測定対象に前記測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光の干渉光の光強度に基づいて、前記参照光の光路長と前記測定光および反射光の合計の光路長とが略一致する、前記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強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記参照光および反射光の中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλが、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであることを特徴とするものである。
A first optical tomographic imaging apparatus of the present invention includes a light source unit that emits low-coherence light,
Splitting means for splitting the low-coherence light into measurement light and reference light;
An irradiation optical system for irradiating the measurement object with the measurement light;
An optical path length changing means for changing an optical path length of the reference light or the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement object is irradiated with the measurement light;
The plurality of measurement targets, wherein the optical path length of the reference light and the total optical path length of the measurement light and the reflected light substantially coincide with each other based on the light intensity of the combined reflected light and the interference light of the reference light In an optical tomographic imaging apparatus comprising: an image acquisition unit that detects the intensity of reflected light at each depth position and acquires a tomographic image of a measurement object based on the intensity at each depth position;
The center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ of the reference light and the reflected light are
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
It is characterized by satisfying.
本発明の第2の光断層画像化装置は、低コヒーレンス光を射出する光源部と、
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記測定対象に前記測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光の干渉光の特性に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を算出し、これらの各深さ位置における強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記参照光および反射光の中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλが、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであることを特徴とするものである。
A second optical tomographic imaging apparatus of the present invention includes a light source unit that emits low-coherence light,
A light splitting means for splitting the low-coherence light into measurement light and reference light;
An irradiation optical system for irradiating the measurement object with the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement object is irradiated with the measurement light;
Based on the characteristics of the combined interference light of the reflected light and the reference light, the intensity of the reflected light at a plurality of depth positions of the measurement target is calculated, and the measurement is performed based on the intensity at each of these depth positions. In an optical tomographic imaging apparatus comprising an image acquisition means for acquiring a tomographic image of a target,
The center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ of the reference light and the reflected light are
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
It is characterized by satisfying.
また、前記画像取得手段は、前記干渉光の周波数毎の光強度を検出し、該検出した干渉光の周波数毎の光強度から、前記測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を算出するものであってもよい。 Further, the image acquisition means detects the light intensity for each frequency of the interference light, and calculates the intensity of the reflected light at a plurality of depth positions of the measurement target from the light intensity for each frequency of the detected interference light. You may do.
なお、ここで「測定対象からの反射光」とは、測定対象で反射された光、測定対象で後方散乱された光、または測定対象で反射および後方散乱された光を意味している。 Here, “reflected light from the measurement target” means light reflected by the measurement target, light back-scattered by the measurement target, or light reflected and back-scattered by the measurement target.
また、前記参照光および反射光は、実質的に同一中心波長、同一スペクトル半値全幅であればよい。なお実質的に同一とは、干渉光の光強度の測定に支障がでない程度に同一であることを意味している。 The reference light and the reflected light may have substantially the same center wavelength and the same spectrum full width at half maximum. Note that “substantially the same” means that they are the same to the extent that they do not hinder the measurement of the light intensity of the interference light.
前記光源部は、スーパールミネッセントダイオードを有するものであってもよい。また、スーパールミネッセントダイオードは、特に第1の導電性を有するGaAs基板に形成され、InGaAs活性層からなる光導波路と、該光導波路の後出射端面側に配置され、前記活性層よりもエネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前記第1の導電性とは逆の第2の導電性を有し、格子定数がGaAsの格子定数と±0.1%範囲内で格子整合するAlを含まない2元または3元の半導体材料からなるウインドウ領域層とを有するものであってもよい。前記ウインドウ領域層を形成する半導体層は、GaAsまたはInGaPからなるものであってもよい。 The light source unit may have a super luminescent diode. The super luminescent diode is formed on a GaAs substrate having a first conductivity, and is disposed on an optical waveguide composed of an InGaAs active layer and on the rear emission end face side of the optical waveguide, and has energy higher than that of the active layer. The gap is large, the refractive index is small, the second conductivity is opposite to the first conductivity, and the lattice constant does not include Al that lattice matches with the lattice constant of GaAs within ± 0.1%. It may have a window region layer made of an original or ternary semiconductor material. The semiconductor layer forming the window region layer may be made of GaAs or InGaP.
また、前記光源部は、近赤外蛍光色素を含有する発光体を有するものであってもよい。 The light source unit may have a light emitter containing a near-infrared fluorescent dye.
さらに、前記光源部は、Yb系パルスレーザ、Nd系パルスレーザまたはTi系パルスレーザを有するものであってもよい。なお、Yb系パルスレーザとしては、Yb:YAGレーザ、Yb:GlassレーザあるいはYb系ファイバレーザ等を使用することができる。また、Nd系パルスレーザとしては、Nd:YAGレーザ、Nd:GlassレーザあるいはNd系ファイバレーザ等を使用することができる。 Furthermore, the light source unit may include a Yb pulse laser, an Nd pulse laser, or a Ti pulse laser. As the Yb pulse laser, a Yb: YAG laser, Yb: Glass laser, Yb fiber laser or the like can be used. As the Nd-based pulse laser, an Nd: YAG laser, an Nd: Glass laser, an Nd-based fiber laser, or the like can be used.
さらに、本光断層画像化装置は、ガウス分布成形フィルターを備えたものであってもよい。なお、本光断層画像化装置が、ガウス分布成形フィルターを備えたものである場合には、該ガウス分布成形フィルターを透過した後の低コヒーレンス光が上記の条件を満たす範囲内であれば、光源そのものから射出される低コヒーレンス光の中心波長およびスペクトル半値全幅はいかなるものであってもよい。 Further, the optical tomographic imaging apparatus may include a Gaussian distribution shaping filter. In the case where the optical tomographic imaging apparatus is provided with a Gaussian distribution shaping filter, if the low coherence light after passing through the Gaussian distribution shaping filter is within a range satisfying the above conditions, a light source The center wavelength and the full width at half maximum of the low-coherence light emitted from itself may be anything.
本発明の第3の光断層画像化装置は、波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する光源と、
該光源から射出された前記レーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、
前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の各深さ位置における前記反射光の強度を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記各深さ位置における前記反射光の強度を用いて前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを有する光断層画像化装置において、
前記レーザ光の掃引中心波長λscおよび波長掃引幅Δλsが、
λsc2/Δλs≦15
λsc+(Δλs/2)≦1.2μm
λsc-(Δλs/2)≧0.98μm
を満たすものであってもよい。
A third optical tomographic imaging apparatus of the present invention includes a light source that emits laser light while sweeping a wavelength at a constant period;
A light splitting means for splitting the laser light emitted from the light source into measurement light and reference light;
Irradiating means for irradiating the measuring object with the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object of the measurement light and the reference light;
Interference light detection means for detecting the intensity of the reflected light at each depth position of the measurement object based on the frequency and intensity of the interference light between the reflected light and the reference light combined by the multiplexing means; ,
In an optical tomographic imaging apparatus comprising: an image acquisition unit that acquires a tomographic image of the measurement object using the intensity of the reflected light at each depth position detected by the interference light detection unit;
The laser beam sweep center wavelength λsc and wavelength sweep width Δλs are:
λsc 2 / Δλs ≦ 15
λsc + (Δλs / 2) ≦ 1.2 μm
λsc− (Δλs / 2) ≧ 0.98 μm
It may satisfy.
なお、前記干渉光検出手段は、InGaAs系の光検出器を有するものであってもよい。 The interference light detection means may include an InGaAs-based photodetector.
前述したように、生体の主な構成物質である水には、波長1μm近傍では、0.98μmおよび1.2μmに光吸収係数のピークが存在する。このため、透過率がよい1.1μm近傍の光を用いて、光断層画像を取得する際には、この0.98μmおよび1.2μmに存在する光吸収のピークの影響により、自己相関波形にサイドバンドが現れ、擬似信号が発生して、光断層画像の画質が低下する。したがって、参照光および反射光の中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλを、少なくともスペクトル半値全幅Δλの範囲内では、参照光及び反射光が0.98μmおよび1.2μmに存在する光吸収のピークにオーバーラップしないように設定する必要があり、下記式
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
が導入される。
As described above, water, which is a main constituent material of a living body, has light absorption coefficient peaks at 0.98 μm and 1.2 μm near a wavelength of 1 μm. For this reason, when acquiring an optical tomographic image using light near 1.1 μm with good transmittance, the sideband appears in the autocorrelation waveform due to the influence of the light absorption peaks at 0.98 μm and 1.2 μm. Appears, a pseudo signal is generated, and the image quality of the optical tomographic image is lowered. Therefore, the center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ of the reference light and the reflected light do not overlap at least within the range of the full width at half maximum Δλ with the light absorption peaks at which the reference light and the reflected light are present at 0.98 μm and 1.2 μm. The following formula λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
Is introduced.
すなわち、本発明の第1の光断層画像化装置は、低コヒーレンス光を射出する光源部と、前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する分割手段と、前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、前記参照光または前記測定光の光路長を変更する光路長変更手段と、前記測定対象に前記測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、反射光と前記参照光の干渉光の光強度に基づいて、前記参照光の光路長と前記測定光および反射光の合計の光路長とが略一致する、前記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強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記参照光および反射光の中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλが、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであるため、光の透過率もよく、かつ0.98μmおよび1.2μmに存在する光吸収のピークの影響も少なくなるので、高分解能かつ高画質の光断層画像を取得することができる。なお、図7は、上記の式を満たす中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλをグラフ化したものである。
That is, the first optical tomographic imaging apparatus of the present invention includes a light source unit that emits low-coherence light, a dividing unit that divides the low-coherence light into measurement light and reference light, and irradiates the measurement light with the measurement light. An irradiating optical system, an optical path length changing means for changing an optical path length of the reference light or the measuring light, reflected light from the measuring object and the reference light when the measuring object is irradiated with the measuring light Based on the intensity of the reflected light and the interference light of the reference light, the optical path length of the reference light and the total optical path length of the measurement light and the reflected light substantially coincide with each other, In an optical tomographic imaging apparatus comprising: an image acquisition unit that detects the intensity of reflected light at a plurality of depth positions of a measurement target and acquires a tomographic image of the measurement target based on the intensity at each depth position ,
The center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ of the reference light and the reflected light are
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
Therefore, the light transmittance is good, and the influence of light absorption peaks existing at 0.98 μm and 1.2 μm is reduced, so that a high-resolution and high-quality optical tomographic image can be obtained. FIG. 7 is a graph showing the center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ satisfying the above expression.
また、λc2/Δλが大きい場合、すなわちコヒーレンス長が長く、スペクトル半値全幅Δλが狭い場合には、水による分散の影響はほとんどないが、λc2/Δλが小さくなると、水による分散の影響が無視できなくなる。 Further, when λc 2 / Δλ is large, that is, when the coherence length is long and the spectrum full width at half maximum Δλ is narrow, there is almost no influence of dispersion by water, but when λc 2 / Δλ is small, the influence of dispersion by water is reduced. It cannot be ignored.
図5の結果からは、中心波長λcが1.32μm前後で、スペクトル幅Δλが76nm前後の低コヒーレンス光を用いて光断層画像を取得する場合には、分散の影響を受けることはわかるが、中心波長λcが1.1μm帯の低コヒーレンス光を用いて光断層画像を取得する場合いに生じる分散の影響と比較することは、中心波長λcとスペクトル幅Δλの2つのパラメータを考慮しなければならないため困難である。 From the results shown in FIG. 5, it can be seen that when an optical tomographic image is acquired using low coherence light having a center wavelength λc of around 1.32 μm and a spectral width Δλ of around 76 nm, it is affected by dispersion. To compare with the influence of dispersion that occurs when an optical tomographic image is acquired using low-coherence light having a wavelength λc of 1.1 μm, two parameters of the center wavelength λc and the spectral width Δλ must be considered. It is difficult.
そこで本発明者は、低コヒーレンス光のコヒーレンス長、すなわちλc2/Δλをパラメータとして、中心波長(λc)1.3μm帯の低コヒーレンス光を用いて光断層画像を取得する場合いに生じる分散の影響と中心波長(λc)1.1μm帯の低コヒーレンス光を用いて光断層画像を取得する場合いに生じる分散の影響とを実験的に比較した。 Therefore, the present inventor uses the coherence length of low-coherence light, that is, the influence of dispersion that occurs when an optical tomographic image is acquired using low-coherence light with a central wavelength (λc) of 1.3 μm as a parameter, λc 2 / Δλ. And the influence of dispersion that occurs when an optical tomographic image is acquired using low-coherence light with a center wavelength (λc) of 1.1 μm.
図5に開示されている中心波長λc=1.32μmで、スペクトル幅Δλ=76nm、すなわちλc2/Δλ=23の場合には、水中伝播距離2mmでのブロード化比(劣化度)は、1.03であり、水中伝播距離4mmでのブロード化比(劣化度)は、1.15であり、水中伝播距離10mmでのブロード化比(劣化度)は、1.65である。 When the center wavelength λc = 1.32 μm and the spectral width Δλ = 76 nm, that is, λc 2 / Δλ = 23, disclosed in FIG. 5, the broadening ratio (degradation degree) at an underwater propagation distance of 2 mm is 1. 03, the broadening ratio (degradation degree) at an underwater propagation distance of 4 mm is 1.15, and the broadening ratio (degradation degree) at an underwater propagation distance of 10 mm is 1.65.
また、図8の(B)に、中心波長λc=1.32μmで、スペクトル半置全幅Δλ=115nm、すなわちλc2/Δλ=15となる低コヒーレンス光(図8の(A)にそのスペクトルを示す)を用いて、厚さ2mm、4mmおよび10mmの水中を伝播する際の光軸方向分解能の劣化度を実測した結果を示す。この図8の(B)に示す様に、水中伝播距離2mmでの劣化度は18.2/15.2=1.2、水中伝播距離4mmでの劣化度は1.4、水中伝播距離10mmでの劣化度は1.97となり、光軸方向分解能の劣化が顕著に現れている。
FIG. 8B shows low-coherence light having a center wavelength λc = 1.32 μm and a spectral half-width λλ = 115 nm, that is, λc 2 / Δλ = 15 (the spectrum is shown in FIG. 8A). ) Is used to show the results of actually measuring the degree of degradation of the optical axis direction resolution when propagating through water of
さらに、中心波長λc=1.32μmで分解能劣化が顕著に現れるλc2/Δλ=15において、中心波長λc=1.15μmでの光軸方向の劣化度を実測した。図8の(D)に、中心波長λc=1.15μmで、スペクトル半置全幅Δλ=90nm、すなわちλc2/Δλ=14.7となる低コヒーレンス光(図8の(C)にそのスペクトルを示す)を用いて、厚さ2mm、4mmおよび10mmの水中を伝播する際の光軸方向分解能の劣化度を実測した結果を示す。この図8の(D)に示す様に、水中伝播距離2mmでの劣化度は1、水中伝播距離4mmでの劣化度は1、水中伝播距離10mmでの劣化度は1.14となり、光軸方向分解能の劣化は生じていない。
Further, at λc 2 / Δλ = 15 where the resolution degradation is noticeable at the center wavelength λc = 1.32 μm, the degree of degradation in the optical axis direction at the center wavelength λc = 1.15 μm was measured. FIG. 8D shows a low coherence light having a center wavelength λc = 1.15 μm and a spectral half-width Δλ = 90 nm, that is, λc 2 /Δλ=14.7 (the spectrum is shown in FIG. 8C). ) Is used to show the results of actually measuring the degree of degradation of the optical axis direction resolution when propagating through water of
以上から、λc2/Δλ≦15の範囲は、中心波長λc=1.32μm帯では分解能劣化が顕著に現れるが、中心波長λc=1.1μm帯では分解能劣化が生じない領域である。このことから、中心波長1.0μm帯が中心波長1.3μm帯に対して特に優位である範囲は、
λc2/Δλ≦15
と規定できる。
From the above, the range of λc 2 / Δλ ≦ 15 is a region in which resolution degradation appears remarkably in the central wavelength λc = 1.32 μm band, but resolution degradation does not occur in the central wavelength λc = 1.1 μm band. From this, the range in which the center wavelength of 1.0 μm band is particularly superior to the center wavelength of 1.3 μm band is
λc 2 / Δλ ≦ 15
Can be defined.
また、本光断層画像化装置用の光源として、スーパールミネッセントダイオードを用いることにより、安価かつ取り扱い容易な装置が実現できる。本発明者等は、本光断層画像化装置用の光源として、光導波路の端面にウインドウ構造を設けたスーパールミネッセントダイオードに着目し、試作を開始したが、従来知られているスーパールミネッセントダイオードの構成では望ましい素子寿命が得られなかった。本発明者らは、実験により、従来知られているウインドウ領域層の材料の条件に加え、考慮せねばならない重要な条件かいくつかあることを発見した。 Further, by using a super luminescent diode as a light source for the present optical tomographic imaging apparatus, an inexpensive and easy-to-handle apparatus can be realized. The inventors of the present invention have focused on a superluminescent diode having a window structure on the end face of an optical waveguide as a light source for the optical tomographic imaging apparatus, and have started trial production. The desired device lifetime could not be obtained with the structure of the cent diode. The inventors have found through experiments that there are several important conditions that must be considered in addition to the previously known window region layer material conditions.
まず、中心波長0.98μm以上かつ1.2μm以下のSL光を得るために、活性層の材料としてInGaAs活性層を用いる場合、InGaAsは650℃以上の温度では劣化してしまうため、活性層を形成した後の工程は、650℃以下の環境下で行うことが好ましい。上記のように、ウインドウ構造を有するスーパールミネッセントダイオードでは、ウインドウを形成する材料としてAlGaAsがしばしば使用される。しかしながら、Alを含む材料から半導体層を形成する場合には、高温環境下で形成することが好ましいことが知られている。これは、環境温度が低い場合には、酸素が多く取り込まれるためである(F.Bugge et al J.Cryustal Grouwh Vol.272(2004) P531-537)。 First, when an InGaAs active layer is used as the material of the active layer in order to obtain SL light having a center wavelength of 0.98 μm or more and 1.2 μm or less, InGaAs deteriorates at a temperature of 650 ° C. or higher. The step after the formation is preferably performed in an environment of 650 ° C. or lower. As described above, in a superluminescent diode having a window structure, AlGaAs is often used as a material for forming a window. However, it is known that when a semiconductor layer is formed from a material containing Al, it is preferable to form the semiconductor layer in a high temperature environment. This is because when the ambient temperature is low, a large amount of oxygen is taken up (F. Bugge et al J. Cryustal Grouwh Vol. 272 (2004) P531-537).
実験により、ウインドウ領域層を、650℃以下の温度でAlを含む材料、例えばAlGaAsで作製した場合、ウインドウ領域層に酸素が多く取り込まれ、これにより非発光再結合中心の増加が起こって、熱の発生が起きて、望ましい素子寿命を得ることが困難であることがわかった。 When the window region layer is made of an Al-containing material such as AlGaAs at a temperature of 650 ° C. or less by experiment, a large amount of oxygen is taken into the window region layer, thereby increasing non-radiative recombination centers and It has been found that it is difficult to obtain a desired device lifetime.
また通常、活性層は100Å前後の厚さであるが、ウインドウ領域層は、数百nm以上の厚さの膜を成長させる必要がある。実験により、GaAs基板に対し格子整合しない材料によりウインドウ領域層用の膜を成長させる際には、結晶膜質が劣化し、望ましい素子寿命を得ることが困難であることがわかった。例えば、In組成が活性層を形成するInGaAsよりも少ないInGaAsを用いてウインドウ領域層を形成した場合には、InGaAsはGaAs基板に対し格子整合しないため、良好な結晶膜質のInGaAs層が形成されず、望ましい素子寿命は得られなかった。 In general, the active layer has a thickness of about 100 mm, but the window region layer needs to grow a film having a thickness of several hundred nm or more. Experiments have shown that when a window region layer film is grown using a material that is not lattice-matched to the GaAs substrate, the crystalline film quality deteriorates and it is difficult to obtain a desired device lifetime. For example, when the window region layer is formed using InGaAs having an In composition lower than that of InGaAs forming the active layer, InGaAs does not lattice match with the GaAs substrate, so that an InGaAs layer having a good crystalline film quality is not formed. The desired device life could not be obtained.
また、GaAs基板と格子整合し、かつ活性層を形成するInGaAs層よりエネルギーギャップの大きい材料としてはInGaAsPがある。しかしながら、実験によりこのような4元の半導体材料を、ウインドウ領域層のような様々な結晶面に対し積層させる層の材料として用いると、4元材料比のバランスが崩れ易く結晶膜質が劣化することがわかった。また650℃以下の環境温度下で成長させると、ヒロックの増加や結晶膜質の劣化が起こり、さらに素子の信頼性を低下させることがわかった。 A material having a larger energy gap than the InGaAs layer forming the active layer and lattice-matched with the GaAs substrate is InGaAsP. However, if such a quaternary semiconductor material is used as a material of a layer to be laminated on various crystal planes such as a window region layer by experiment, the balance of the quaternary material ratio is liable to be lost and the crystal film quality is deteriorated. I understood. It was also found that growth at an ambient temperature of 650 ° C. or lower caused an increase in hillocks and deterioration of the crystalline film quality, and further lowered the reliability of the device.
従って、スーパールミネッセントダイオードとして、第1の導電性を有するGaAs基板に形成され、InGaAs活性層からなる光導波路と、該光導波路の後出射端面側に配置され、前記活性層よりもエネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、前記第1の導電性とは逆の第2の導電性を有し、格子定数がGaAsの格子定数と±0.1%範囲内で格子整合するAlを含まない2元または3元の半導体材料、例えばGaAsまたはInGaPからなるウインドウ領域層とを有するを有するものを用いれば、歪みのないビーム断面形状を有する低コヒーレンス光を、容易かつ低価格に、用いることができる。また、このようなスーパールミネッセントダイオードを有する光源部を用いることにより、光源部の信頼性が向上し、その結果、本光断層画像化装置全体の信頼性も向上する。 Accordingly, the superluminescent diode is formed on the GaAs substrate having the first conductivity, and is disposed on the rear emission end face side of the optical waveguide formed of the InGaAs active layer and the optical waveguide. Has a large refractive index and a low refractive index, has a second conductivity opposite to the first conductivity, and does not contain Al that has a lattice constant within ± 0.1% of the lattice constant of GaAs. Alternatively, if a ternary semiconductor material such as one having a window region layer made of GaAs or InGaP is used, low-coherence light having a distortion-free beam cross-sectional shape can be used easily and at low cost. Further, by using the light source unit having such a superluminescent diode, the reliability of the light source unit is improved, and as a result, the reliability of the entire optical tomographic imaging apparatus is also improved.
また、前記光源部が、近赤外蛍光色素を含有する発光体を有するものであれば、所望の波長帯域の低コヒーレンス光を用いることができる。 Moreover, if the said light source part has the light-emitting body containing a near-infrared fluorescent pigment | dye, the low coherence light of a desired wavelength band can be used.
前記光源部が、Yb系パルスレーザ、Nd系パルスレーザまたはTi系パルスレーザを有するものであれば、高出力の低コヒーレンス光を容易に用いることができる。 If the light source unit has a Yb-based pulse laser, an Nd-based pulse laser, or a Ti-based pulse laser, high-output, low-coherence light can be easily used.
また、本光断層画像化装置が、ガウス分布成形フィルターを備えたものであれば、光源そのものから射出される低コヒーレンス光の中心周波数およびスペクトル半値全幅はいかなるものであってもよく、光源の選択肢が広がる。また、該ガウス分布成形フィルターを透過した後の低コヒーレンス光のスペクトル形状がガウス分布型となり、より高画質の光断層画像を取得することができる。 In addition, as long as the optical tomographic imaging apparatus includes a Gaussian distribution shaping filter, the center frequency and the full width at half maximum of the spectrum of the low-coherence light emitted from the light source itself may be anything. Spread. In addition, the spectral shape of the low-coherence light after passing through the Gaussian distribution shaping filter becomes a Gaussian distribution type, and an optical tomographic image with higher image quality can be acquired.
本発明の第2の光断層画像化装置は、低コヒーレンス光を射出する光源部と、
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記測定対象に前記測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光の干渉光の特性に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を算出し、これらの各深さ位置における強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記参照光および反射光の中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλが、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであるため、光の透過率もよく、かつ0.98μmおよび1.2μmに存在する光吸収のピークの影響も少なくなるので、高分解能かつ高画質の光断層画像を取得することができる。また、λc2/Δλ≦15の範囲は、中心波長λc=1.32μm帯では分解能劣化が顕著に現れるが、中心波長λc=1.1μm帯では分解能劣化が生じない領域であり、中心波長1.0μm帯が中心波長1.3μm帯に対して特に優位である。
A second optical tomographic imaging apparatus of the present invention includes a light source unit that emits low-coherence light,
A light splitting means for splitting the low-coherence light into measurement light and reference light;
An irradiation optical system for irradiating the measurement object with the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement object is irradiated with the measurement light;
Based on the characteristics of the combined interference light of the reflected light and the reference light, the intensity of the reflected light at a plurality of depth positions of the measurement target is calculated, and the measurement is performed based on the intensity at each of these depth positions. In an optical tomographic imaging apparatus comprising an image acquisition means for acquiring a tomographic image of a target,
The center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ of the reference light and the reflected light are
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
Therefore, the light transmittance is good, and the influence of light absorption peaks existing at 0.98 μm and 1.2 μm is reduced, so that a high-resolution and high-quality optical tomographic image can be obtained. Further, the range of λc 2 / Δλ ≦ 15 is a region in which the resolution degradation is noticeable in the central wavelength λc = 1.32 μm band, but the resolution is not degraded in the central wavelength λc = 1.1 μm band, and the central wavelength is 1.0 μm band. Is particularly advantageous for the center wavelength band of 1.3 μm.
本発明の第3の光断層画像化装置は、波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する光源と、該光源から射出された前記レーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の各深さ位置における前記反射光の強度を検出する干渉光検出手段と、該干渉光検出手段により検出された前記各深さ位置における前記反射光の強度を用いて前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを有する光断層画像化装置において、前記レーザ光の掃引中心波長λscおよび波長掃引幅Δλsが、
λsc2/Δλs≦15
λsc+(Δλs/2)≦1.2μm
λsc-(Δλs/2)≧0.98μm
を満たすものであるため、光の透過率もよく、かつ0.98μmおよび1.2μmに存在する光吸収のピークの影響も少なくなるので、高分解能かつ高画質の光断層画像を取得することができる。またλsc2/Δλs≦15の範囲においては、掃引中心波長1.0μm帯の光が掃引中心波長1.3μm帯の光に対して特に優位である。
The third optical tomographic imaging apparatus of the present invention is a light source that emits laser light while sweeping the wavelength at a constant period, and light that divides the laser light emitted from the light source into measurement light and reference light Dividing means, irradiating means for irradiating the measurement light to the measurement object, combining means for combining the reflected light of the measurement light from the measurement object and the reference light, and combining by the combining means Further, based on the frequency and intensity of interference light between the reflected light and the reference light, interference light detection means for detecting the intensity of the reflected light at each depth position of the measurement object, and detection by the interference light detection means In an optical tomographic imaging apparatus having image acquisition means for acquiring the tomographic image of the measurement object using the intensity of the reflected light at each of the depth positions, the sweep center wavelength λsc and the wavelength sweep width of the laser light Δλs is
λsc 2 / Δλs ≦ 15
λsc + (Δλs / 2) ≦ 1.2 μm
λsc− (Δλs / 2) ≧ 0.98 μm
Therefore, the light transmittance is good, and the influence of light absorption peaks existing at 0.98 μm and 1.2 μm is reduced, so that a high-resolution and high-quality optical tomographic image can be obtained. In the range of λsc 2 / Δλs ≦ 15, light with a sweep center wavelength of 1.0 μm is particularly superior to light with a sweep center wavelength of 1.3 μm.
以下、本発明の具体的な第1の実施形態である光断層画像化装置について図9を参照して説明する。図9は本発明の第1の実施の形態である光断層画像化装置の概略構成図である。 The optical tomographic imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the optical tomographic imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図9に示す光断層画像化装置200は、測定対象の断層画像を前述のTD−OCT計測により取得するものであって、レーザ光Laを射出する光源10および集光レンズ11からなる光源ユニット210と、光源ユニット210から射出されて光ファイバFB1を伝搬するレーザ光Laを分割する光分割手段2と、ここを通過したレーザ光La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220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Sbに照射する光プローブ230と、該光プローブ230から測定光L1が測定対象Sb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240とを備えている。
An optical
光源ユニット210は、中心波長(λc)1.1μm、スペクトル半値全幅90nmの低コヒーレント光Laを射出するSLD(Super Luminescent Diode)10と、この光源10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11とを有している。なお、SLD10の詳細な構成は後述する。
The
上記光路長調整手段220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Sb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。光路長調整手段220により光路長の変更がなされた参照光L2が合波手段4に導波されるようになっている。
The optical path length adjusting means 220 is a mirror that is movable in the direction of arrow A in the figure so as to change the distance between the
光プローブ230は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒15と、このプローブ外筒15の内部空間に、該外筒15の軸方向に延びる状態に配設された1本の光ファイバ13と、光ファイバ13の先端から出射した光Lをプローブ外筒15の周方向に偏向させるプリズムミラー17と、光ファイバ13の先端から出射した光Lを、プローブ外筒15の周外方に配された被走査体としての測定対象Sbにおいて収束するように集光するロッドレンズ18と、プリズムミラー17を光ファイバ13の軸を回転軸として回転させるモータ14とを備えている。
The
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210から光ファイバFB1を介して導波した光La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、本例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。
The light splitting means 3 is composed of, for example, a 2 × 2 optical fiber coupler, and splits the light La guided from the
光ファイバFB2には、光プローブ230が光学的に接続されており、測定光L1は光ファイバFB2から光プローブ230へ導波する。光プローブ230は、例えば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタ31により光ファイバFB2に対して着脱可能に取り付けられている。
An
また合波手段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230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Sb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240側に射出するように構成されている。 Further, the multiplexing means 4 is composed of a 2 × 2 optical fiber coupler as described above, the reference light L2 that has been subjected to frequency shift and change of the optical path length by the optical path length adjusting means 230, and the reflected light L3 from the measurement target Sb. Are combined and emitted to the interference light detection means 240 side via the optical fiber FB4.
干渉光検出手段240は、干渉光L4の光強度を検出するものであり、干渉光L4の光強度を測定する光検出器40aおよび40bと、光検出器40aの検出値と光検出器40b の検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行う演算部41とを備えている。具体的には、測定光L1の全光路長と測定対象Sbのある点で反射、もしくは後方散乱された反射光L3の合計と、参照光L2の光路長差が光源のコヒーレンス長よりも短い場合にのみ、反射光量に比例した振幅の干渉信号が検出される。光路長調整手段220により光路長を走査することで、干渉信号が得られる測定対象Sbの反射点位置(深さ)が変わって行き、干渉光検出手段240は測定対象Sbの各測定位置における反射率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220から画像取得手段250へ出力されるようになっている。このミラー移動手段24における測定位置の情報と干渉光検出手段240により検出された信号とに基づいて、画像取得手段250により測定対象Sbの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。
The interference light detection means 240 detects the light intensity of the interference light L4. The
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。断層画像を取得する際には、まずミラー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Sb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210から光Laが射出され、この光La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は光プローブ230から体腔内に向けて射出され、測定対象Sbに照射される。
The operation of the optical
そして、測定対象Sbからの反射光L3は、において、反射ミラー22において反射した参照光L2と合波され、干渉光L4が発生する。 Then, the reflected light L3 from the measurement object Sb is combined with the reference light L2 reflected by the reflecting mirror 22 to generate interference light L4.
干渉光L4は、光分割手段3(合波手段4)で分割され、一方は光検出器40aに入力され、他方は光検出器40a に入力される。
The interference light L4 is split by the light splitting means 3 (multiplexing means 4), one is input to the
干渉光検出手段240では、光検出器40aの検出値と光検出器40b の検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行って、干渉光L4の光強度を検出し、画像取得手段250へ出力する。
The interference light detection means 240 adjusts the input balance between the detection value of the
この検出された干渉光L4の光強度に基いて、画像取得手段250において測定対象Sbの所定の深さにおける反射光強度情報が得られる。次に光路長調整手段330により、参照光L2の光路長を変更し、同様に干渉光L4の光強度を検出し、異なる所定の深さにおける反射光強度情報を取得する。このような動作を繰り返すことにより、測定対象Sbの深さ方向(1次元)の反射光強度情報を取得することができる。 Based on the detected light intensity of the interference light L4, the image acquisition means 250 obtains reflected light intensity information at a predetermined depth of the measurement object Sb. Next, the optical path length adjusting means 330 changes the optical path length of the reference light L2, similarly detects the light intensity of the interference light L4, and acquires reflected light intensity information at different predetermined depths. By repeating such an operation, the reflected light intensity information in the depth direction (one-dimensional) of the measuring object Sb can be acquired.
そして、光プローブ230のモータ14により、プリズムミラー17を回転させることにより、測定光L1を測定対象Sb上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Sbの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。このようにして取得された断層画像は、表示装置260に表示される。なお、例えば光プローブ230を図9の左右方向に移動させて、測定対象Sbに対して測定光L1を、上記走査方向に対して直交する第2の方向に走査させることにより、この第2の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
If the measurement light L1 is scanned on the measurement target Sb by rotating the
このようにして取得された断層画像は、表示装置260に表示される。なお、例えば光プローブ230を図9の左右方向に移動させて、測定対象Sbに対して測定光L1を、上記走査方向に対して直交する第2の方向に走査させることにより、この第2の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
The tomographic image acquired in this way is displayed on the
また、低コヒーレンス光Laとして、例えば、中心波長(λc)1.1μm、スペクトル半値全幅(Δλ)90nmの光を用いれば、測定光L1、参照光L2および反射光L3は、中心波長(λc)1.1μm、スペクトル半値全幅(Δλ)90nmとなるため、参照光L2および反射光L3のλc2/Δλは、13.9となり、分散の影響を考慮すると、中心波長1.3μm帯よりも中心波長1.0μm帯が特に優位である。また、中心波長λcとスペクトル半値全幅Δλとが、
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであるため、測定光L1は測定対象Sbにおける透過率もよく、さらに反射光L3においては0.98μmおよび1.2μmに存在する水の光吸収のピークの影響も少なくなるので、高分解能かつ高画質の光断層画像を取得することができる。
For example, if the light having the center wavelength (λc) of 1.1 μm and the spectrum full width at half maximum (Δλ) of 90 nm is used as the low coherence light La, the measurement light L1, the reference light L2, and the reflected light L3 have the center wavelength (λc) of 1.1. Since μm and the full width at half maximum (Δλ) of 90 nm, λc 2 / Δλ of the reference light L2 and the reflected light L3 are 13.9, and considering the influence of dispersion, the central wavelength is 1.0 μm from the central wavelength 1.3 μm band. The belt is particularly advantageous. Further, the center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ are
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
Therefore, the measurement light L1 has good transmittance in the measurement object Sb, and the reflected light L3 is less affected by light absorption peaks of water present at 0.98 μm and 1.2 μm. A high-quality optical tomographic image can be acquired.
なお、次に前述した光源ユニット210のSLD10について図10を用いて説明する。SLD10は、有機金属気相成長(MOCVD)法を用いて結晶成長を行って作成したSBR構造を有するスーパールミネッセントダイオードであり、図10はSLD10の構造断面図を示したものである。有機金属気相成長(MOCVD)法の原料ガスとしては、TEG(トリエチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、TMI(トリメチルインジウム)、AsH3(アルシン)、PH3(ホスフィン)等を用いている。また、ドーパントとしては、SiH4(シラン)、DEZ(ジエチル亜鉛)を用いている。
Next, the
SLD10は、光導波路部12と、該光導波路部12の光出射端と反対側に設けられたウインドウ部13とから構成されている。光導波路部12は、p型 GaAsエッチングストップ層108上に形成されたリッジ形状のp型In0.49Ga0.51P上部第2クラッド層109を光ガイドとするSBR構造を有している。
The
SLD10は、n型GaAs基板101上に、n型GaAsバッファ層102およびn型In0.49Ga0.51P下部クラッド層103が順に積層されている。光導波路部12では、n型In0.49Ga0.51P下部クラッド層103の上に、更にノンドープGaAs下部光ガイド層104、InGaAs多重量子井戸活性層105、ノンドープGaAs上部光ガイド層106、p型In0.49Ga0.51P上部第1クラッド層107、p型 GaAsエッチングストップ層108が順に積層されている。なお、InGaAs多重量子井戸活性層105の材料としては、In比X>0.3のInxGa1-xAsが用いられている。
In the
p型 GaAsエッチングストップ層108上には、リッジ形状のp型In0.49Ga0.51P上部第2クラッド層109が形成されている。このリッジ(p型In0.49Ga0.51P上部第2クラッド層109)の側面にはn-In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P電流ブロック層113が形成され、さらにリッジおよびn-In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P電流ブロック層113の上面にはp型GaAsキャップ層(0.1μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm-3)110、p型In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P上部第3クラッド層114およp-GaAsコンタクト層115が形成されている。
On the p-type GaAs
ウインドウ部13では、n型In0.49Ga0.51P下部クラッド層103の上に、p型GaAsウインドウ領域層111、ウインドウ領域層用エッチングストップIn0.49Ga0.51P層112、n-In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P電流ブロック層113、p型In0.49(Al0.12Ga0.88)0.51P上部第3クラッド層114およp-GaAsコンタクト層115が、順に積層されている。
In the
このような構成を有するSLD10では、InGaAs多重量子井戸活性層105中をウインドウ部13側へ導光してきた光は、p型GaAsウインドウ領域層111の中に放射されて、拡散する。このため、レーザ発振が抑制され、スペクトル半値幅の広いSLD(スーパールミネッセント)光が、光射出端から射出される。SLD10からは、中心波長1.1μm、半値幅90nm、30mWのSL光が射出される。
In the
SLD10は、InGaAs多重量子井戸活性層105よりもエネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、格子定数がGaAsの格子定数と±0.1%範囲内で格子整合し、Alを含まないp型GaAsによりウインドウ領域層111を形成するため、劣化のないInGaAs活性層105と良好な結晶膜質を有するウインドウ領域層111とを実現させているので、素子寿命が長く、かつ高出力で歪みのないビーム断面形状を有するスーパールミネッセント光を射出することができる。
The
また、SLD10は、InGaAs多重量子井戸活性層105が形成された後は、650℃より高い温度環境下には曝されていないため、InGaAs多重量子井戸活性層105が劣化することがないので、高出力を長時間維持することができる。
Since the
なお、SLD10の代わりに、p型In0.49Ga0.51Pを用いたウインドウ領域層111aを有するSLD10aを用いることもできる。p型In0.49Ga0.51P も、InGaAs多重量子井戸活性層105よりもエネルギーギャップが大きくかつ屈折率が小さく、格子定数がGaAsの格子定数と±0.1%範囲内で格子整合し、Alを含まない半導体材料であり、SLD10aも。波長1.1μm、半値幅90nmで、高出力かつ歪みのないビーム断面形状を有するスーパールミネッセント光を射出することができる。また、素子寿命を評価するため室温で連続駆動したところ、出力が初期の90%になったのは約5000時間経過後であった。
Instead of
さらに、SLD10の代わりに、図11に示す内部ストライプ構造を有するSLD10bを用いることもできる。図11に示すように、SLD10bは、光導波路部15と、該光導波路部15の光出射端と反対側に設けられたウインドウ部16とから構成されている。光導波路部15は、p型 GaAsエッチングストップ層108上に形成された幅3mmのストライプ構造により電流の流れが狭窄される内部ストライプ構造を有している。また、p型GaAsウインドウ領域層(0.5μm)118の上部にウインドウ領域層用n型(Al0.33Ga0.67)0.5As電流ブロック層(0.5μm厚、キャリア濃度7.0×1017cm-3)119が設けられている。その他の構成はほぼSLD10と同様である。またp型In0.49Ga0.51Pを用いたウインドウ領域層118aを有するSLD10cを用いることもできる。
Further, an
このようなSLDを有する光源ユニット210を用いることにより、光源ユニット210の信頼性が向上し、その結果、光断層画像化装置200の信頼性も向上する。
By using the
なお、SLD10および10aは、SBR構造を有するものであり、SLD10bおよび10cは、内部ストライプ構造を有するものであるが、SLDの構造はこれらの構造に限定されるものではなく、他のインデックスガイド構造やゲインガイド構造を有するSLDであってもよい。
The
なお、光源ユニット210の代わりに、図12に示すようなモード同期固体レーザを用いたパルス光源部141 、パルス圧縮部142 およびスペクトル成形部140をから構成される光源ユニット410を用いたものも考えられる。パルス光源部141 は、モード同期固体レーザ143 および該モード同期固体レーザ143 から射出されたパルス光をパルス圧縮部142 へ導入する集光レンズ144 とから構成されている。またパルス圧縮部142 は、負分散特性を有するフォトニッククリスタルファイバ145 および光コネクタ146 から構成されている。フォトニッククリスタルファイバは、構造分散値を選択可能であるため所望の波長帯域において、負分散特性を実現することができる。スペクトル成形部140 は、光コネクタ147と、パルス圧縮部142から出力された広帯域光のスペクトル形状がガウス分布となるように信号光を成形するガウス分布成形フィルター148と、成形された低コヒーレンスをファイバFB1へ導入する光コネクタ149とから構成されている。なお、ガウス分布成形フィルター148は、中心波長λcとスペクトル半値全幅Δλとの関係が、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすように、低コヒーレンス光のスペクトルを成形するものである。
Instead of the
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
The spectrum of low-coherence light is shaped so as to satisfy the above.
さらに、光源ユニット210の代わりに、図13に示すような、近赤外蛍光色素を含有する発光体を有する光源ユニット420を有するものも考えられる。
Further, instead of the
光源ユニット420は、近赤外蛍光色素を含有する発光体であるキャピラリー153と、該キャピラリー153の励起用のYb:YAGレーザ151と、励起光カットフィルタ156と、レンズ152、155および157とから構成されている。キャピラリー153には、1.0〜1.2μmで励起可能な色素が溶媒とともに封入されている。例えば色素1,2,3の吸収スペクトルを図15に示す。これをYb:YAGレーザ151から射出された波長1.03μm光で励起する。蛍光強度は3種の色素でほぼ同等となるように、各色素濃度を調整すると、図14に示すような蛍光が得られる。3種色素からの蛍光の加算は図15の破線のような1000nm〜1200nm帯のスペクトルとなる。こうして発光した広帯域光はレンズ155、励起光カットフィルタ156およびレンズ157を透過して、低コヒーレンス光L1として、光ファイバFB1に導光される。なお、励起光カットフィルタ156は、Yb:YAGレーザから射出された励起光が光ファイバFB1へ入射することを防止するものである。
The
蛍光色素としては、図16に示すようなピリリウム系色素を用いることができる。色素の組み合わせにより、励起用レーザとしては、発振波長が1.04μmのNd:YLFレーザや発振波長が1.064μmのNd:YAGレーザなど適宜最適波長のものを組み合わせればよい。 As the fluorescent dye, a pyrylium dye as shown in FIG. 16 can be used. Depending on the combination of dyes, an excitation laser having an optimum wavelength such as an Nd: YLF laser with an oscillation wavelength of 1.04 μm or an Nd: YAG laser with an oscillation wavelength of 1.064 μm may be combined.
また、本実施の形態のさらに他の変型例として、光源ユニット210の代わりに、図17に示すようなYb系パルスレーザ、Nd系パルスレーザまたはTi系パルスレーザを光源431として用いた光源ユニット430を用いてもよい。なお、Yb系パルスレーザとしては、Yb:YAGレーザ、Yb:GlassレーザあるいはYb系ファイバレーザ等を使用することができる。また、Nd系パルスレーザとしては、Nd:YAGレーザ、Nd:GlassレーザあるいはNd系ファイバレーザ等を使用することができる。
As still another modification of the present embodiment, a
なお、上記各光源ユニット210、420、430においても、光源ユニット410と同様に、ガウス分布成形フィルター148を有するスペクトル成形部140を備えてもよい。また、ガウス分布成形フィルター148を有するスペクトル成形部140は、参照光L2と反射光L3が合波される前であれば、その光路のいかなる部位に配置してもよい。例えば図18に示すように、参照光L2の光路中に、光コネクタ147a、ガウス分布成形フィルター148aおよび光コネクタ149aを有するスペクトル成形部140aを配置し、測定光L2(反射光L3)の光路中に光コネクタ147b、ガウス分布成形フィルター148bおよび光コネクタ149bを有するスペクトル成形部140bを配置してもよい。
Note that each of the
このようなガウス分布成形フィルターを備える場合には、該ガウス分布成形フィルターを透過した後の光において、中心波長λcとスペクトル半値全幅Δλとの関係が、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすもものであればよい。すなわち、ガウス分布成形フィルターを備える場合には、該ガウス分布成形フィルターを透過した後の低コヒーレンス光が上記の条件を満たす範囲内であれば、例えばSLD、モード同期固体レーザ、近赤外蛍光色素を含有する発光体あるいはパルスレーザ等の光源の中心波長およびスペクトル半値全幅は、いかなるものであってもよい。なお、ガウス分布成形フィルター148aおよびガウス分布成形フィルター148bの2つのガウス分布成形フィルターを備える場合には、そのフィルタ特性は略同一であることが好ましいが、干渉光L4の光強度の測定に支障がでない程度であれば異なっていてもよい。
In the case of providing such a Gaussian distribution shaping filter, in the light after passing through the Gaussian distribution shaping filter, the relationship between the center wavelength λc and the full width at half maximum of the spectrum Δλ is
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
Anything that satisfies the requirements is acceptable. That is, when a Gaussian distribution shaping filter is provided, if the low coherence light after passing through the Gaussian distribution shaping filter is within the range satisfying the above conditions, for example, SLD, mode-locked solid-state laser, near-infrared fluorescent dye The center wavelength and the full width at half maximum of the light source such as a light-emitting body containing a light source or a pulse laser may be arbitrary. When two Gaussian
さらに、図19に示すように、参照光L2の光路中(光ファイバFB3)に、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位相変調器440を配置してもよい。この場合には、干渉光検出手段340において、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ことができる。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。このビート信号を検出することにより、高精度に干渉光L4の光強度を検出することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 19, a
次に、本発明の具体的な第2の実施形態である光断層画像化装置について図20を参照して説明する。図20は本発明の第2の実施の形態である光断層画像化装置の概略構成図である。なお、図20においては、図9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ない限り省略する。 Next, an optical tomographic imaging apparatus that is a specific second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a schematic configuration diagram of an optical tomographic imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 20, the same elements as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly necessary.
本光断層画像化装置500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前述のSD−OCT計測により取得するものであって、低コヒーレンス光Laを射出する光源ユニット210と、光源ユニット210から射出された光Laを測定光L1と参照光L2とに分割する光分割手段53と、光分割手段53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520と、光分割手段53により分割された測定光L1を測定対象Sbに照射する光プローブ230と、こうして測定対象Sbに測定光L1が照射されたとき該測定対象Sbで反射した反射光L3と参照光L2とを合波する合波手段54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540とを有している。
The optical
光分割手段53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210から光ファイバFB51を介して導波した光Laを測定光L1と参照光L2とに分割する。この光分割手段53は、2本の光ファイバFB52、FB53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FB52を導波し、参照光L2は光ファイバFB53を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段53は、合波手段54としても機能するものである。
The light splitting means 53 is composed of, for example, a 2 × 2 optical fiber coupler, and splits the light La guided from the
光ファイバFB52には、光プローブ230が光学的に接続されており、測定光L1は光ファイバFB52から光プローブ230へ導波する。
An
一方、光ファイバFB53の参照光L2の射出側には光路長調整手段520が配置されている。光路長調整手段520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FB53から射出された参照光L2を反射させる反射ミラー522と、反射ミラー522と光ファイバFB53との間に配置された第1光学レンズ521aと、第1光学レンズ521aと反射ミラー522との間に配置された第2光学レンズ521bとを有している。
On the other hand, optical path length adjusting means 520 is arranged on the side of the optical fiber FB53 where the reference light L2 is emitted. The optical path
第1光学レンズ521aは、光ファイバFB53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522により反射された参照光L2を光ファイバFB53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521bは、第1光学レンズ521aにより平行光にされた参照光L2を反射ミラー522上に集光するとともに、反射ミラー522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521aと第2光学レンズ521bとにより共焦点光学系が形成されている。
The first
したがって、光ファイバFB53から射出した参照光L2は、第1光学レンズ521aにより平行光になり、第2光学レンズ521bにより反射ミラー522上に集光される。その後、反射ミラー522により反射された参照光L2は、第2光学レンズ521bにより平行光になり、第1光学レンズ521aにより光ファイバFB53のコアに集光される。
Therefore, the reference light L2 emitted from the optical fiber FB53 is converted into parallel light by the first
さらに光路長調整手段520は、第2光学レンズ521bと反射ミラー522とを固定した基台23と、該基台23を第1光学レンズ521a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。
Further, the optical path length adjusting means 520 has a base 23 on which the second
また合波手段54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520により光路長が変更された参照光L2と、測定対象Sb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540側に射出するように構成されている。 The multiplexing means 54 is composed of a 2 × 2 optical fiber coupler as described above, and combines the reference light L2 whose optical path length has been changed by the optical path length adjusting means 520 and the reflected light L3 from the measuring object Sb. The light is emitted to the interference light detection means 540 side through the optical fiber FB4.
一方、干渉光検出手段540は、合波手段54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541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542と、分光手段542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544とを有している。
On the other hand, the interference
分光手段542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544に向けて射出する。また光検出手段544は、例えば1次元もしくは2次元に光センサが配列されてなるCCDアレイから構成され、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。
The spectroscopic means 542 is composed of, for example, a diffraction grating element or the like. The spectroscopic interference light L4 incident on the spectroscopic means 542 is split and emitted toward the
上記光検出手段544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なる画像取得手段550に接続され、この画像取得手段550はCRTや液晶表示装置等からなる表示装置560に接続されている。
The light detection means 544 is connected to an image acquisition means 550 made up of a computer system such as a personal computer, and this image acquisition means 550 is connected to a
以下、上記構成を有する光断層画像化装置500の作用について説明する。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Sb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210から光Laが射出され、この光Laは光分割手段53により測定光L1と参照光L2とに分割される。測定光L1は光プローブ230から体腔内に向けて射出され、測定対象Sbに照射される。このとき、前述したように作動する該光プローブ230により、そこから出射した測定光L1が測定対象Sbを1次元に走査する。そして、測定対象Sbからの反射光L3が反射ミラー522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540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550において適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換されることにより、測定対象Sbの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。
Hereinafter, the operation of the optical
そして、光プローブ230のモータ14により、プリズムミラー17を回転させることにより、測定光L1を測定対象Sb上で走査させれば、この走査方向に沿った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、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。このようにして取得された断層画像は、表示装置560に表示される。なお、例えば光プローブ230を図20の左右方向に移動させて、測定対象Sbに対して測定光L1を、上記走査方向に対して直交する第2の方向に走査させることにより、この第2の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
If the measurement light L1 is scanned on the measurement target Sb by rotating the
また、低コヒーレンス光Laとして、例えば、中心波長(λc)1.1μm、スペクトル半値全幅(Δλ)90nmの光を用いれば、λc2/Δλは、13.9となり、分散の影響を考慮すると、中心波長1.3μm帯よりも中心波長1.0μm帯が特に優位である。また、中心波長λcとスペクトル半値全幅Δλとが、
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであるため、測定光L1は、測定対象Sbにおける透過率もよく、反射光L3においてはさらに0.98μmおよび1.2μmに存在する水の光吸収のピークの影響も少なくなるので、高分解能かつ高画質の光断層画像を取得することができる。
For example, if light having a center wavelength (λc) of 1.1 μm and a spectrum full width at half maximum (Δλ) of 90 nm is used as the low coherence light La, λc 2 / Δλ is 13.9. The center wavelength 1.0 μm band is particularly superior to the wavelength 1.3 μm band. Further, the center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ are
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
Therefore, the measurement light L1 has a good transmittance in the measurement object Sb, and the reflected light L3 is further less affected by the light absorption peaks of water present at 0.98 μm and 1.2 μm. In addition, a high-quality optical tomographic image can be acquired.
なお、本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、光源ユニット210の代わりに、図12に示す、パルス光源部141 と、モード同期固体レーザ143 と、パルス圧縮部142と、モード同期固体レーザ143 から射出されたパルス光をへ導入する集光レンズ144 とから構成されている光源ユニット410、あるいは図13に示す、近赤外蛍光色素を含有する発光体を有する光源ユニット420を用いることもできる。また、図17に示すYb系パルスレーザ、Nd系パルスレーザまたはTi系パルスレーザを光源431として用いた光源ユニット430を用いてもよい。なお、Yb系パルスレーザとしては、Yb:YAGレーザ、Yb:GlassレーザあるいはYb系ファイバレーザ等を使用することができる。また、Nd系パルスレーザとしては、Nd:YAGレーザ、Nd:GlassレーザあるいはNd系ファイバレーザ等を使用することができる。また、図18に示すように、参照光L2の光路中に、光コネクタ147a、ガウス分布成形フィルター148aおよび光コネクタ149aを有するスペクトル成形部140aを配置し、測定光L2(反射光L3)の光路中に光コネクタ147b、ガウス分布成形フィルター148bおよび光コネクタ149bを有するスペクトル成形部140bを配置してもよい。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, instead of the
以下、本発明の具体的な第3の実施形態である光断層画像化装置について図21を参照して説明する。図21は本発明の第3の実施の形態である光断層画像化装置の概略構成図である。なお、図21においては、図20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ない限り省略する。 Hereinafter, an optical tomographic imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a schematic configuration diagram of an optical tomographic imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 21, the same elements as those in FIG. 20 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly necessary.
図21に示す光断層画像化装置600は、測定対象の断層画像を前述のSS−OCT計測により取得するものであって、光Lsを射出する光源ユニット610と、光源ユニット610から射出された光Lsを測定光Ls1と参照光Ls2とに分割する光分割手段63と、光分割手段63により分割された参照光Ls2の光路長を調整する光路長調整手段520と、光分割手段63により分割された測定光Ls1を測定対象Sbに照射する光プローブ630と、こうして測定対象Sbに測定光Ls1が照射されたとき該測定対象Sbで反射した反射光Ls3と参照光Ls2とを合波する合波手段64と、合波された反射光Ls3と参照光Ls2との間の干渉光Ls4を検出する干渉光検出手段640とを有している。
An optical
光源ユニット610は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Lsを射出するものである。レーザ光Lsの周波数fは、図22に示すように、中心周波数fc であって所定の周波数掃引幅Δfの範囲において周期的に掃引するようになっている。従って、周波数fは、周波数f0(fc-Δf/2)〜周波数fc+Δf/2の間で鋸波状に掃引する。
The
なお、説明の便宜上、レーザ光Lsの周波数fの変化に着目して説明しているが、周波数f=光速c/波長λであるため、レーザ光Lsの周波数fを一定の周期で掃引させることはレーザ光Lsの波長λを一定の周期で掃引させることと同義であり、図22におけるレーザ光Lsの中心周波数fcは、波長λを掃引させたさせたときの中心波長λscであり、周波数掃引幅Δfは波長掃引幅Δλsである。また、図22においては、周波数が鋸波状に掃引する場合について例示しているが、波状に掃引するものであってもよい。 For convenience of explanation, the description is made by paying attention to the change in the frequency f of the laser light Ls. However, since the frequency f = the speed of light c / wavelength λ, the frequency f of the laser light Ls is swept at a constant period. Is synonymous with sweeping the wavelength λ of the laser beam Ls at a constant period, and the center frequency fc of the laser beam Ls in FIG. 22 is the center wavelength λsc when the wavelength λ is swept, and the frequency sweep The width Δf is the wavelength sweep width Δλs. Further, although FIG. 22 illustrates the case where the frequency is swept in a sawtooth shape, the frequency may be swept in a wave shape.
また、レーザ光Lsの中心波長λscおよび波長掃引幅Δλsが、
λsc2/Δλs≦15
λsc+(Δλs/2)≦1.2μm
λsc-(Δλs/2)≧0.98μm
を満たすように、レーザ光Lsの中心周波数fc および周波数掃引幅Δfは設定されている。
The center wavelength λsc and the wavelength sweep width Δλs of the laser light Ls are
λsc 2 / Δλs ≦ 15
λsc + (Δλs / 2) ≦ 1.2 μm
λsc− (Δλs / 2) ≧ 0.98 μm
The center frequency fc and the frequency sweep width Δf of the laser light Ls are set so as to satisfy the above.
光源ユニット610は、半導体光増幅器(半導体利得媒質)611と光ファイバFB70とを有しており、光ファイバFB70が半導体光増幅器611の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器611は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバFB70の一端側に射出するとともに、光ファイバFB70の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器611に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器611および光ファイバFB70により形成される光共振器により鋸波状のレーザ光Lsが光ファイバFB61へ射出されるようになっている。
The
さらに、光ファイバFB70には光分岐器612が結合されており、光ファイバFB70内を導波する光の一部が光分岐器612から光ファイバFB71側へ射出されるようになっている。光ファイバFB71から射出した光はコリメータレンズ613、回折格子614、光学系615を介して回転多面鏡(ポリゴンミラー)616において反射される。そして反射された光は光学系615、回折格子614、コリメータレンズ613を介して再び光ファイバFB71に入射される。
Further, an optical branching
ここで、この回転多面鏡616は矢印R1方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系615の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子614において分光された光のうち、特定の周波数域の光だけが再び光ファイバFB71に戻るようになる。この光ファイバFB71に戻る光の周波数は光学系615の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバFB71に入射した特定の周波数域の光が光分岐器612から光ファイバFB70に入射され、結果として特定の周波数域のレーザ光Lsが光ファイバFB61側に射出されるようになっている。
Here, the rotating
したがって、回転多面鏡616が矢印R1方向に等速で回転したとき、再び光ファイバFB71に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。こうして光源ユニット610からは、波長掃引されたレーザ光Lsが光ファイバFB61側に射出される。
Therefore, when the
光分割手段63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610から光ファイバFB61を介して導波した光Lsを測定光Ls1と参照光Ls2とに分割する。この光分割手段63は、2本の光ファイバFB62、FB63にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ls1は光ファイバFB62を導波し、参照光Ls2は光ファイバFB63を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段63は、合波手段64としても機能するものである。
The light splitting means 63 is composed of, for example, a 2 × 2 optical fiber coupler, and splits the light Ls guided from the
光ファイバFB62には、光プローブ630が光学的に接続されており、測定光Ls1は光ファイバFB62から光プローブ630へ導波する。
An
光プローブ630は、例えば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタ631により光ファイバFB62に対して着脱可能に取り付けられている。光プローブ630は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒635と、このプローブ外筒635の内部空間に、該外筒635の軸方向に延びる状態に配設された1本の光ファイバ633と、光ファイバ633の先端から出射した光Lsをプローブ外筒635の周方向に偏向させるプリズムミラー637と、光ファイバ633の先端から出射した光Lsを、プローブ外筒635の周外方に配された被走査体としての測定対象Sbにおいて収束するように集光するロッドレンズ638と、光ファイバ633を光軸方向を軸として回転させるモータ634とを備えている。
The
一方、光ファイバFB63の参照光Ls2の射出側には光路長調整手段520が配置されている。光路長調整手段520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Ls2の光路長を変更するものであって、光ファイバFB63から射出された参照光Ls2を反射させる反射ミラー523と、反射ミラー523と光ファイバFB63との間に配置された第1光学レンズ521aと、第1光学レンズ521aと反射ミラー523との間に配置された第2光学レンズ521bとを有している。
On the other hand, optical path length adjusting means 520 is arranged on the side of the optical fiber FB63 where the reference light Ls2 is emitted. The optical path
第1光学レンズ521aは、光ファイバFB63のコアから射出された参照光Ls2を平行光にするとともに、反射ミラー523により反射された参照光Ls2を光ファイバFB63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521bは、第1光学レンズ521aにより平行光にされた参照光Ls2を反射ミラー523上に集光するとともに、反射ミラー523により反射された参照光Ls2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521aと第2光学レンズ521bとにより共焦点光学系が形成されている。
The first
したがって、光ファイバFB63から射出した参照光Ls2は、第1光学レンズ521aにより平行光になり、第2光学レンズ521bにより反射ミラー523上に集光される。その後、反射ミラー523により反射された参照光Ls2は、第2光学レンズ521bにより平行光になり、第1光学レンズ521aにより光ファイバFB63のコアに集光される。
Therefore, the reference light Ls2 emitted from the optical fiber FB63 is converted into parallel light by the first
さらに光路長調整手段520は、第2光学レンズ521bと反射ミラー523とを固定した基台523と、該基台523を第1光学レンズ521a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523が矢印A方向に移動することにより、参照光Ls2の光路長が変えられるようになっている。
Further, the optical path length adjusting means 520 has a base 523 to which the second
また合波手段64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520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Ls2と、測定対象Sbからの反射光Ls3とを合波し、光ファイバFB64を介して干渉光検出手段640側に射出するように構成されている。 Further, the multiplexing means 64 is composed of a 2 × 2 optical fiber coupler as described above, the reference light Ls2 that has been subjected to frequency shift and change of the optical path length by the optical path length adjusting means 520, and the reflected light Ls3 from the measurement target Sb. Are combined and emitted to the interference light detection means 640 side via the optical fiber FB64.
干渉光検出手段640は、合波手段64により合波された反射光Ls3と参照光Ls2との干渉光Ls4を検出するものであり、干渉光Ls4の光強度を測定するInGaAs系の光検出器642aおよび642bと、光検出器642aの検出値と光検出器642b の検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行う演算部641とを備えている。なお、干渉光Ls4は光分割手段63において二分され光検出器642aと642bにおいて検出される。
The interference light detection means 640 detects the interference light Ls4 between the reflected light Ls3 and the reference light Ls2 combined by the multiplexing means 64, and an InGaAs-based photodetector that measures the light intensity of the interference light Ls4. 642a and 642b, and a
画像取得手段650は、干渉光検出手段640により検出された干渉光Ls4をフーリエ変換することにより、測定対象Sbの各深さ位置における反射光Ls3の強度を検出し、測定対象Sbの断層画像を取得する。そして、この取得された断層画像が表示装置660に表示される。
The
ここで、干渉光検出手段640および画像取得手段650における干渉光Ls4の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、2003、Vol.41、No.7、p426−p432」に詳しい記載がなされている。 Here, the detection of the interference light Ls4 and the generation of the image in the interference light detection means 640 and the image acquisition means 650 will be briefly described. Details of this point are described in “Mitsuo Takeda,“ Optical Frequency Scanning Spectrum Interference Microscope ”, Optical Technology Contact, 2003, Vol. 41, No. 7, p426-p432”.
測定光Ls1が測定対象Sbに照射されたとき、測定対象Sbの各深さからの反射光Ls3と参照光Ls2とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差lに対する干渉縞の光強度をS(l)とすると、干渉光検出手段640において検出される光強度I(k)は、
I(k)=∫0 ∞S(l)[1+cos(kl)]dl
で表される。ここで、kは波数、lは光路長差である。上式は波数k=ω/cを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段250において、干渉光検出手段640が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換を行い、干渉光Ls4の光強度S(l)を決定することにより、測定対象Sbの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。
When the measurement object Lb is irradiated with the measurement light Ls1, interference fringes with respect to each optical path length difference l when the reflected light Ls3 and the reference light Ls2 from each depth of the measurement object Sb interfere with each other with various optical path length differences. S (l) is the light intensity I (k) detected by the interference light detection means 640,
I (k) = ∫ 0 ∞ S (l) [1 + cos (kl)] dl
It is represented by Here, k is the wave number, and l is the optical path length difference. It can be considered that the above equation is given as an interferogram in the optical frequency domain with the wave number k = ω / c as a variable. For this reason, in the image acquisition means 250, the spectral interference fringes detected by the interference light detection means 640 are subjected to Fourier transform, and the light intensity S (l) of the interference light Ls4 is determined, so that from the measurement start position of the measurement object Sb. Distance information and reflection intensity information can be acquired, and a tomographic image can be generated.
以下、上記構成を有する光断層画像化装置600の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台523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Sb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610から光Lsが射出され、この光Lsは光分割手段63により測定光Ls1と参照光Ls2とに分割される。測定光Ls1は光プローブ630から体腔内に向けて射出され、測定対象Sbに照射される。このとき、前述したように作動する該光プローブ630により、そこから出射した測定光Ls1が測定対象Sbを1次元に走査する。そして、測定対象Sbからの反射光Ls3が反射ミラー523において反射した参照光Ls2と合波され、反射光Ls3と参照光Ls2との干渉光Ls4が干渉光検出手段640によって検出される。この検出された干渉光Ls4が画像取得手段250において適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換されることにより、測定対象Sbの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。
Hereinafter, the operation of the optical
そして、光プローブ630のモータ634により、光ファイバ633を回転させることにより、測定光Ls1を測定対象Sb上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Sbの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。このようにして取得された断層画像は、表示装置660に表示される。なお、例えば光プローブ630を図21の左右方向に移動させて、測定対象Sbに対して測定光Ls1を、上記走査方向に対して直交する第2の方向に走査させることにより、この第2の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
Then, by rotating the
このようにして取得された断層画像は、表示装置660に表示される。なお、例えば光プローブ630を図21の左右方向に移動させて、測定対象Sbに対して測定光Ls1を、上記走査方向に対して直交する第2の方向に走査させることにより、この第2の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
The tomographic image acquired in this way is displayed on the
また、レーザ光Lsとして中心波長λscおよび波長掃引幅Δλsが、
λsc2/Δλs≦15
を満たすレーザ光が用いられているため、中心波長1.3μm帯よりも中心波長1.0μm帯が優位である。
Further, the center wavelength λsc and the wavelength sweep width Δλs as the laser light Ls are as follows:
λsc 2 / Δλs ≦ 15
Since the laser beam satisfying the above is used, the center wavelength of 1.0 μm band is superior to the center wavelength of 1.3 μm band.
さらに、λsc+(Δλs/2)≦1.2μm
λsc-(Δλs/2)≧0.98μm
を満たすものであるため、測定光Ls1は測定対象Sbにおける透過率もよく、さらに反射光Ls3においては0.98μmおよび1.2μmに存在する水の光吸収のピークの影響も少なくなるので、高分解能かつ高画質の光断層画像を取得することができる。
Furthermore, λsc + (Δλs / 2) ≦ 1.2 μm
λsc− (Δλs / 2) ≧ 0.98 μm
Therefore, the measurement light Ls1 has a good transmittance in the measurement object Sb, and the reflected light Ls3 is less affected by the light absorption peaks of water present at 0.98 μm and 1.2 μm. A high-quality optical tomographic image can be acquired.
なお、レーザ光Lsの中心波長λcが0.98μm以上かつ1.2μm以下の場合、本実施形態のように、干渉光検出手段640の光検出器642aおよび642bとしては、InGaAs系の光検出器を用いることが好ましい。これにより、図23のInGaAs系の光検出器の感度特性が示すように、レーザ光Lsの干渉光を確実に検出することができる。
When the center wavelength λc of the laser light Ls is 0.98 μm or more and 1.2 μm or less, as in the present embodiment, the
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、図21における光断層画像化装置600において、レーザ光Ls、測定光Ls1、参照光Ls2、反射光Ls3、干渉光Ls4はそれぞれ光ファイバ中を伝搬している場合について例示しているが、大気中もしくは真空中を伝搬させるようにしてもよい。
The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the optical
3,53,63 光分割手段
4,54,64 合波手段
10,10a,10b,10c SLD
140,140a,140b スペクトル成形部
148,148a,148b ガウス分布成形フィルター
210,410,420,430 光源ユニット
230,530 光路長調整手段
230,630 光プローブ
240,540,640 干渉光検出手段
250、550,650 画像取得手段
260,560,660 表示装置
3,53,63 Light splitting means
4,54,64 multiplexing means
10,10a, 10b, 10c SLD
140,140a, 140b Spectral shaping part
148,148a, 148b Gaussian filter
210,410,420,430 Light source unit
230,530 Optical path length adjustment means
230,630 Optical probe
240,540,640 Interference light detection means
250, 550,650 Image acquisition means
260,560,660 Display device
Claims (11)
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記参照光または前記測定光の光路長を変更する光路長変更手段と、
前記測定対象に前記測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光の干渉光の光強度に基づいて、前記参照光の光路長と前記測定光および反射光の合計の光路長とが略一致する、前記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強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記参照光および反射光の中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλが、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであることを特徴とする光断層画像化装置。 A light source that emits low coherence light;
Splitting means for splitting the low-coherence light into measurement light and reference light;
An irradiation optical system for irradiating the measurement object with the measurement light;
An optical path length changing means for changing an optical path length of the reference light or the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement object is irradiated with the measurement light;
The plurality of measurement targets, wherein the optical path length of the reference light and the total optical path length of the measurement light and the reflected light substantially coincide with each other based on the light intensity of the combined reflected light and the interference light of the reference light In an optical tomographic imaging apparatus comprising: an image acquisition unit that detects the intensity of reflected light at each depth position and acquires a tomographic image of a measurement object based on the intensity at each depth position;
The center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ of the reference light and the reflected light are
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
An optical tomographic imaging apparatus characterized by satisfying the above.
前記低コヒーレンス光を測定光と参照光に分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記測定対象に前記測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光の干渉光の特性に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を算出し、これらの各深さ位置における強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記参照光および反射光の中心波長λcおよびスペクトル半値全幅Δλが、
λc2/Δλ≦15
λc+(Δλ/2)≦1.2μm
λc-(Δλ/2)≧0.98μm
を満たすものであることを特徴とする光断層画像化装置。 A light source that emits low coherence light;
A light splitting means for splitting the low-coherence light into measurement light and reference light;
An irradiation optical system for irradiating the measurement object with the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement object is irradiated with the measurement light;
Based on the characteristics of the combined interference light of the reflected light and the reference light, the intensity of the reflected light at a plurality of depth positions of the measurement target is calculated, and the measurement is performed based on the intensity at each of these depth positions. In an optical tomographic imaging apparatus comprising an image acquisition means for acquiring a tomographic image of a target,
The center wavelength λc and the full width at half maximum Δλ of the reference light and the reflected light are
λc 2 / Δλ ≦ 15
λc + (Δλ / 2) ≦ 1.2 μm
λc− (Δλ / 2) ≧ 0.98 μm
An optical tomographic imaging apparatus characterized by satisfying the above.
該光源から射出された前記レーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、
前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の各深さ位置における前記反射光の強度を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記各深さ位置における前記反射光の強度を用いて前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを有する光断層画像化装置において、
前記レーザ光の掃引中心波長λscおよび波長掃引幅Δsλが、
λsc2/Δλs≦15
λsc+(Δλs/2)≦1.2μm
λsc-(Δλs/2)≧0.98μm
を満たすものであることを特徴とする光断層画像化装置。 A light source that emits laser light while sweeping the wavelength at a constant period;
A light splitting means for splitting the laser light emitted from the light source into measurement light and reference light;
Irradiating means for irradiating the measuring object with the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object of the measurement light and the reference light;
Interference light detection means for detecting the intensity of the reflected light at each depth position of the measurement object based on the frequency and intensity of the interference light between the reflected light and the reference light combined by the multiplexing means; ,
In an optical tomographic imaging apparatus comprising: an image acquisition unit that acquires a tomographic image of the measurement object using the intensity of the reflected light at each depth position detected by the interference light detection unit;
The sweep center wavelength λsc and the wavelength sweep width Δsλ of the laser light are as follows:
λsc 2 / Δλs ≦ 15
λsc + (Δλs / 2) ≦ 1.2 μm
λsc− (Δλs / 2) ≧ 0.98 μm
An optical tomographic imaging apparatus characterized by satisfying the above.
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