JP2009201969A - Ｏｃｔ用光プローブおよび光断層画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体内に挿入されるＯＣＴ用光プローブにおいて、プローブのロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現する。
【解決手段】
略円筒形のシース１１内の長手方向に光ファイバ１２を配置し、軸支部１４を光ファイバ１２の先端近傍で一体的に固定する。光ファイバ１２から出射した光Ｌ１を、先端光学系１５により被検体に向けて偏向させる。先端光学系１５を軸支部１４に対して回転自在に軸支させる保持部１６を、シース１１内で光ファイバ１２を被覆する可撓性シャフト１３の先端に固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＯＣＴ用光プローブおよび光断層画像化装置に関し、より詳しくは、ＯＣＴ用光プローブの長軸の周方向に光走査する機能を備えたＯＣＴ用光プローブ、およびこのＯＣＴ用光プローブを用いてＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により測定対象の光断層画像を取得する光断層画像化装置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、ＯＣＴ計測により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、光干渉計の一種であり、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に分割した後、この測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、この反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方光散乱光をまとめて反射光という。

上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ計測とＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ計測の２種類が存在する。

ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。

一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＦＤ−ＯＣＴ計測は、ＴＤ−ＯＣＴ計測に依存する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。

ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置で代表的なものとしては、ＳＤ（Spectral Domain）−ＯＣＴ装置とＳＳ（Swept Source）−ＯＣＴ装置の２種類が挙げられる。

ＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器等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は波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、断層画像を構成するようにしたものである。

一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザ等を光源に用い、干渉光の光周波数の時間的変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより断層画像を構成するようにしたものである。

また、従来、上記各方式の光断層画像化装置を内視鏡と組み合わせて生体内計測へ応用することが検討されており、内視鏡の鉗子チャンネル内に挿通可能なＯＣＴ用光プローブが知られている。

このようなＯＣＴ用光プローブは、体腔内に挿入される先端部と、測定対象のある面に沿った断層画像を取得するため、先端部から射出された光を少なくとも１次元方向に走査させる基端部から構成されている。

特許文献１には、被検体の内部に挿入されるシースと、このシースの内部で、長手方向に延びる軸回りに回転可能とされた可撓性シャフトと、この可撓性シャフトに被覆された光ファイバと、この光ファイバから出射した光を長手方向に略直角に偏向する先端光学系とを有し、可撓性シャフトを基端に配設されたモータによりギアを介して回転させ、先端光学系を軸回りに回動させるＯＣＴ用光プローブが示されている。

非特許文献２には、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴い、シースの内部で、ＯＣＴ用光プローブの先端近傍にＭＥＭＳモータを設け、先端光学系をＭＥＭＳモータの出力軸に固定し、先端光学系を軸回りに回動させるＯＣＴ用光プローブが示されている。
特許３１０４９８４号公報 Optics Express, Vol. 15, Issue 16, pp. 10390-10396（2007）

しかしながら、特許文献１に示される従来のＯＣＴ用光プローブは、図１５に示すように、体腔内に挿入される先端部と射出された光を走査させる基端部の間にロータリージョイントを有している。ロータリージョイントにおいては、光ファイバが回転した状態で、先端部側の光ファイバと基端部側の光ファイバを光学接続させる構造であるため、光軸の位置ずれ等による光挿入損失および光反射損失により、測定精度の劣化が発生する虞がある。具体的には、市販のロータリージョイントを使用した場合、このロータリージョイントによる感度の劣化は１０〜２０ｄＢになる。

非特許文献１に示されるＯＣＴ用光プローブは、図１６に示すように、ロータリージョイントは使用することなく、先端部からの光を偏向走査することが可能であるが、ＭＥＭＳモータは、高価であるともに、小型化も困難であり、内視鏡の鉗子チャネル径に挿通させるのが困難な場合が生じる。また、先端部のＭＥＭＳモータへの駆動電源の供給には、人体への感電を防ぐため、絶縁処理も必要となり、さらにＭＥＭＳモータ用駆動ケーブルが先端部からの光を遮断し、画像取得に影響を及ぼす虞も生じる。

本発明の目的は、上記事情に鑑み、ロータリージョイントにおける先端部側の光ファイバと基端部側の光ファイバ同士の光学接続での、光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるＯＣＴ用光プローブおよびこれを用いた光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明によるＯＣＴ用光プローブは、被検体内に挿入される略円筒形のシースと、このシースの内部空間に長手方向に配設された光ファイバと、光ファイバの先端近傍で、光ファイバと一体的に固定された軸支部と、光ファイバの先端から出射した光を被検体に向けて偏向させる先端光学系と、この先端光学系を軸支部に回転自在に軸支させる保持部と、光ファイバを前記内部空間で被覆する可撓性シャフトとを備え、保持部が、可撓性シャフトの先端に固定されていることを特徴とする。ここで、「略円筒形」とは、必ずしも直線の軸を中心として端から端まで厳密な円筒を意味するものではなく、シースの先端が半球状のように緩やかな曲線を有する形状をも含むものである。さらに、断面形状は数学的に厳密な円である必要はなく、楕円等をも含むものである。上記「先端」とは、必ずしも可撓性シャフトの先端を意味するものでなく、先端の近傍位置をも含む意味である。

本発明によるＯＣＴ用光プローブの軸支部は、保持部を回転自在に支持する軸受部を備えてもよい。

さらに、光ファイバと可撓性シャフトとの間に、光ファイバを長手方向に被覆するファイバシースを備えてもよい。

本発明によるＯＣＴ用光プローブの光ファイバの先端は、この光ファイバの光軸の垂直面に対して所定角度だけ傾いてもよい。

本発明によるＯＣＴ用光プローブは、さらに、カバーガラスを備え、このカバーガラスの基端は、光ファイバの先端に密着し、カバーガラスの先端は、光軸に対して垂直な平坦面であってもよい。

本発明によるＯＣＴ用光プローブは、さらに、カバーガラスを備え、このカバーガラスの基端は、光ファイバの先端に密着し、カバーガラスの先端は、この先端から出射した光を光軸に対して平行にする凸形状であってもよい。

本発明による光断層画像化装置は、先に説明したような各計測方法の光断層画像化装置に、本発明によるＯＣＴ用光プローブを用いたことを特徴とするものである。すなわち、本発明による光断層画像化装置は、光を射出する光源手段と、この光源手段から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、測定光を測定対象に照射する照射光学系と、測定対象に測定光が照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波された反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における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断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、照射光学系が、本発明のＯＣＴ用光プローブを含むものであることを特徴とする。

本発明のＯＣＴ用光プローブは、先端光学系が、光ファイバの先端部で一体的に固定されている軸支部に対して保持部を介して可撓性シャフトにより回転させることで、光源手段からの光が、光ファイバを導波し、この光ファイバの先端から直接的に先端光学系に入射することなる。

これにより、ＯＣＴ用光プローブの、先端部と基端部との間にロータリージョイントを設ける必要がなく、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失が発生しない。また、先端近傍にＭＥＭＳモータ等の駆動手段を設けていないため、ＯＣＴ用光プローブの外径の大型化、およびＭＥＭＳモータ用駆動ケーブルにより画像取得への影響等の問題も発生しない。

したがって、本発明によるＯＣＴ用プローブは、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できる。

また、本発明による光断層画像化装置も、上述した通りの本発明によるＯＣＴ用プローブが適用されたものであるから、ロータリージョイントでの光挿入損失、光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるものとなる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、光断層画像化装置の概略について説明する。図１は、本発明のＯＣＴ用光プローブ１が適用された光断層画像化装置の全体斜視図である。

本光断層画像化装置は、ＯＣＴ用光プローブ１を含む内視鏡５０と、この内視鏡５０が接続される光源装置５１と、ビデオプロセッサ５２と、および光断層処理装置５３とビデオプロセッサ５２に接続されたモニタ５４とを備えている。

光源装置５１は、後述するように断層画像Ｐが取得される測定対象Ｓｂの部分に測定光Ｌ１を照射するためのものである。

内視鏡５０は、可撓性を有する細長の挿入部５５と、この挿入部５５の基端に連設された操作部５６と、この操作部５６の側部から延出されたユニバーサルコード５７とを備えている。このユニバーサルコード５７の端部には、光源装置５１に着脱自在に接続されている光源コネクタ５８が設けられている。この光源コネクタ５８からは信号ケーブル５９が延出され、この信号ケーブル５９の端部に、ビデオプロセッサ５２に着脱自在に接続される信号コネクタ６０が設けられている。

挿入部５５は、例えば体腔内に挿入されるものであり、測定対象Ｓｂの観察に用いられる。この挿入部５５の先端は、湾曲可能に形成されており、操作部５６には、挿入部５５の先端を湾曲操作するための操作ノブ６１が設けられている。挿入部５５の内部には、その長手方向に沿ってＯＣＴ用光プローブ１や鉗子等の処置具を挿通させるための、図中破線で示す管路である鉗子チャンネル６４が設けられている。この鉗子チャンネル６４の一端は、挿入部５５の先端で開口して先端開口部６４ａとなり、他端は操作部５６上方で鉗子挿入口６４ｂとなっている。この鉗子挿入口６４ｂに、ＯＣＴ用光プローブ１を挿入し、鉗子チャンネル６４を挿通し、先端開口部６４ａに先端を突出させることにより、測定対象Ｓｂに測定光Ｌ１を照射することができる。なお、挿入部５５の先端には、図示しない、測定対象Ｓｂを観察するための観察窓、照明光を照射する照明窓、汚物等を除去する送気、送水ノズル等も設けられている。

ＯＣＴ用光プローブ１は、可撓性を有する長尺の先端部１０と、この先端部１０の基端に連接された基端部２０と、光ファイバ１２とから構成されている。

先端部１０は、前述の通り、図中破線で示す鉗子チャンネル６４を挿通し、体腔内に挿入されるものであり、３ｍ程度の長さを有するものである。

光ファイバ１２は、一端が光断層コネクタ６２により光断層処理装置５３に着脱自在に接続され、もう一端は、基端部２０および先端部１０を挿通し、この先端部１０の先端近傍まで延出している。

本発明のＯＣＴ用光プローブ１について詳細に説明する。

図２は、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０の実施形態を示す図である。ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０は、可撓性を有する略円筒状のシース１１と、このシース１１の中に長手方向に延びて収容された光ファイバ１２と、この光ファイバ１２の先端近傍で一体的に固定された軸支部１４と、光ファイバ１２先端から出射した光を被検体に向けて集光する先端光学系１５と、この先端光学系１５を軸支部１４に対して回転自在に軸支させる保持部１６と光ファイバ１２を被覆する可撓性シャフト１３等とを有している。シース１１先端は、キャップ１１ａにより閉塞された構造を有している。

光ファイバ１２は、接着材により軸支部１４に挿通固着されている。この光ファイバ１２の先端から出射した測定光Ｌ１は、先端光学系１５に入射するとともに、この先端光学系１５から出射した反射光Ｌ３は、光ファイバ１２の先端に入射する。

ここで、光ファイバ１２および先端光学系１５からの不要な反射光を防止する構造とすることにより、干渉信号の感度の向上が可能であり好適である。例えば、光ファイバ１２の先端を斜めにカットすることで、光ファイバ１２の先端での反射光量を減衰することができる。また、先端光学系１５の光入力面が曲面形状であると反射光が再び光ファイバ１２に入射する量を低減できる。その他にも、光ファイバ１２の先端と先端光学系１５の入射面との間に、光ファイバ１２と屈折率マッチングし、先端が光軸ＬＰに対して垂直な平坦面となるカバーガラスを設け、このカバーガラスの基端を光ファイバ１２の先端とを接着剤により密着させる方法もある。すなわち、上記方法によれば、光ファイバ１２の先端での反射は屈折率マッチングにより低減されるとともに、測定光Ｌ１の広がりによりカバーガラス先端での反射の光ファイバ１２への再入射が低減され、光ファイバ１２への再入射光量が減少する。また、カバーガラスの先端はＡＲコートされていることが望ましい。また、上記方法は光ファイバ１２の先端が平坦な場合、光ファイバ１２の先端が斜めカットされている場合のいずれの場合であっても適用可能である。なお、これらに限定されない反射光量を低下させる構造とすることも可能である。

先端光学系１５は、略球状の形状を有しており、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を偏向させるともに、測定対象Ｓｂに対し集光し、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を偏向するとともに、集光し、光ファイバ１２に入射させる。ここで、先端光学系１５の焦点距離は、例えば光ファイバ１２の光軸ＬＰからシース１１の径方向に向かって距離Ｄ＝３ｍｍ程度の位置に形成されている。先端光学系１５から出射した測定光Ｌ１は、光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度傾いている。この先端光学系１５は、接着材により保持部１６に固定されている。

軸支部１４の側周に設けられた溝１４ａ上の複数のベアリング１４ｂが、保持部１６の側周に設けられた複数の孔１６ａ内に配置されるように、保持部１６を軸支部１４へ嵌合させて軸受部１７を形成する。これにより、保持部１６は軸支部１４に対して光軸ＬＰ回りに回転自在に保持される。

軸受部１７について詳細に説明する。図３ＡはＯＣＴ用光プローブ１の軸受部１７の第１の実施形態、図３ＢはＯＣＴ用光プローブ１の軸受部１７の第２の実施形態を示す。図３Ａ及び図３Ｂにおいては、軸受部１７の側断面図（下図）および正面図（上図）を示すものとする。第１の実施形態は、図３Ａに示すように、リング１６ｂを保持部１６の外周に形成された溝に嵌め合せることにより、ベアリング１４ｂの落下が防止されている。リング１６ｂは保持部１６と完全に固定されている必要はなく、溝内を回動できる状態でもよい。さらに、リング１６ｂを隣接するベアリング１４ｂ同士の衝突を防止するリテーナ構造としてもよい。第２の実施形態は、図３Ｂに示すように、ベアリング１４ｂの径が保持部１６の厚みに比して大きい場合は、リング１６ｂの内周と保持部１６の外周を接着剤等で固定することにより、ベアリング１４ｂの落下を防止できる。ベアリング１４ｂが保持部１６の外周から突出する場合は、リング１６ｂの内周に溝を設けてもよい。ここで、第１の実施形態および第２の実施形態において、リング１６ｂはベアリング１４ｂの回転を妨げないものとする。さらに軸受部１７は、保持部１６に無給油ブッシュ等を用いることにより、ベアリング１４ｂを設けずに軸支部１４に対して光軸ＬＰ回りに摺動する構造としてもよい。

再び図２に基づいて説明する。金属線材を密巻き螺状に巻回した密着コイルからなる可撓性シャフト１３の先端は保持部１６と固定され、可撓性シャフト１３と保持部１６は、軸支部１４に対して光軸ＬＰ回りに回転自在となっている。なお、保持部１６は、厳密に可撓性シャフト１３の先端に固定されている必要はなく、先端近傍であってもよい。また、光ファイバ１２と可撓性シャフト１３との間にファイバシース１９を設け、回動する可撓性シャフト１３との摩擦による光ファイバ１２の光軸ＬＰ回りの回動を低減させている。また、ファイバシース１９を軸支部１４に接着することにより、回動する可撓性シャフト１３の摩擦に対しての耐久性を向上させることもできる。なお、ファイバシース１９の代わりに、可撓性シャフト１３を外側シャフトと内側シャフトが独立する２重構造シャフトとすることも可能である。

先端光学系の他の実施形態について説明する。図４は、反射部材を有するＯＣＴ用光プローブ１を示す図である。なお、図中の同一部材には同一番号を付し、その説明は省略する。

本実施形態では、先端光学系は、凹面を有する反射部材１５であり、保持部１６に固定されている。図４では、製造上の便宜から保持部材１６を２部品で構成しているが、これに限定されるものではない。すなわち、反射部材１５を保持するキャップ１６ｃを保持部材１６に嵌合させている。凹面は、光ファイバ１２から出射した測定光Ｌ１を偏向させるともに、測定対象Ｓｂに対し集光して測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を偏向させるとともに、集光して光ファイバ１２に入射させる。本実施形態は、光ファイバ１２から出射した測定光Ｌ１が測定対象Ｓｂに照射される間の反射部分が凹面のみであり、不要な反射光を発生させる反射面を低減できる。

また、図４では、保持部１４の反射部材１５側の端面を光ファイバ１２の先端とともに研磨することで、光ファイバ１２の先端は光軸ＬＰの垂直面に対して所定の傾斜角度θ１を有している。これにより、上述のとおり、光ファイバ１２の先端での不要な反射光が低減される。この傾斜角度θ１は、一例としてＡＰＣ（Angled PC）研磨規格に基づいて７度とするが、限定されるものではない。また、上述の光ファイバ１２を保持部１４とともに研磨することは製造上の便宜のためであり、限定されるものではない。なお、光ファイバ１２の先端を光軸ＬＰの垂直面に対して傾斜させることは、図２に示す略球状の先端光学系１５を用いた実施形態においても適用可能である。

図５Ａおよび図５Ｂは、カバーガラスを有するＯＣＴ用光プローブ１を示す図である。光ファイバ１２の先端が光軸ＬＰの垂直面に対して傾斜角度θ１を有する場合、測定光Ｌ１の出射方向は光軸ＬＰに対して出射角度θ２を有することになる。一般的に傾斜角度θ１が７度のときには出射角度は４度になる。このため、保持部１６が回転することにより、図５Ａに示すように、測定対象Ｓｂの図中上部を照射した場合と図中下部を照射した場合とはフォーカス位置ＦＰが光軸ＬＰ方向にずれる虞がある。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、カバーガラス３０は、光ファイバ１２と屈折率マッチングするものであり、光ファイバ１２の先端と略球状の先端光学系１５もしくは反射部材１５との間に配置される。また、カバーガラス３０は保持部１４に保持されるとともに、その基端は光ファイバ１２の先端に接着され、その先端３０ａは、光軸に対して垂直な平坦面である。なお、カバーガラスの先端３０ａは、ＡＲコートされることが望ましい。この光ファイバ１２と屈折率マッチングするカバーガラスを配置することにより、測定光Ｌ１の出射角度θ２は、カバーガラス３０を使用せずに測定光Ｌ１が空気中を導波する場合に比較して低減される。具体的に、カバーガラス３０を配置することにより、出射角度θ２を略０度とすることが可能である。

図６Ａおよび図６Ｂは、カバーガラスの先端を凸面としたＯＣＴ用光プローブ１を示す図である。ベアリング１４ｂと軸支部１６の外周に設けられた複数の孔１６ａとのクリアランスにより、保持部１６は軸支部１４に対して光軸ＬＰ方向に相対移動するため、光ファイバ１２の先端と先端光学系１５もしくは反射部材１５の入射面との距離が変動し、フォーカス位置ＦＰでのスポット径の変動が生じる虞がある。具体的に、ベアリング１４ｂと孔１６ａとの間のクリアランスは、一例として１００μｍ程度である。

図６Ａおよび図６Ｂでは、カバーガラス３０の先端３０ａを凸面とすることにより、先端３０ａから出射する測定光Ｌ１を光軸ＬＰに対して平行にしている。これにより、フォーカス位置ＦＰでのスポット径は、光ファイバ１２の先端から凸面３０ａまでの距離ＦＤ１と先端光学系１５または反射部材１５からフォーカス位置ＦＰまでの距離ＦＤ２との比率により決定されるため、上述の光ファイバ１２の先端から先端光学系１５または反射部材１５の入射面までの距離変動によるフォーカス位置ＦＰでのスポット径への影響が低減される。カバーガラス３０を屈折率分布型レンズとすることで、光ファイバ１２の先端から凸面３０ａまでの距離ＦＤ１を屈折率一定のレンズよりも短くすることが可能となる。

本発明のＯＣＴ用光プローブ１の第１の実施形態について説明する。図７は、ＯＣＴ用光プローブ１の第１の実施形態を示す図である。

第１の実施形態において、シース１１はハウジング２５に嵌合固着され、ハウジング２５の内部には、シャフトベアリング２２が配設されている。可撓性シャフト１３は、シャフト支持部材２１に固定され、このシャフト支持部材２１は、シャフトベアリング２２を介してハウジング２５に対して回転自在に保持されている。光ファイバ１２はハウジング２５に固定されている。シャフト支持部材２１の外周に従動歯車２３が固定され、この従動歯車２３に噛合するように駆動歯車２４が配置されている。この駆動歯車２４は、ハウジング２５内に配設されたモータ２６の出力軸に固定されている。モータ２６は回転角度を検出するエンコーダ２７を有している。モータ２６への制御信号ＭＣ、およびエンコーダ２７からの回転信号ＲＳは、図示しない制御ケーブルにより伝達される。この回転信号ＲＳには、具体的に、モータ２６が一回転した場合の回転クロック信号Ｒ_ＣＬＫ、回転角度信号Ｒposがある。

第１実施形態の動作について説明する。モータ２６が矢印Ｒ２方向に回動することにより、従動歯車２３および駆動歯車２４を介してシャフト支持部材２１と、このシャフト支持部材２１に固着されている可撓性シャフト１３とが、ハウジング２５に対して矢印Ｒ３方向に回動する。これにより、可撓性シャフト１３先端の保持部１６に固定された先端光学系１５も、軸受部１７を介して軸支部１４に対して一体的に光軸ＬＰ回りの矢印Ｒ１方向に回動する。したがって、ＯＣＴ用光プローブ１は、測定対象Ｓｂに対し、先端光学系１５から射出される測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りの矢印Ｒ１方向に、シース１１の外周方向に走査しながら照射する。具体的に、回転周波数は１０Ｈｚから３０Ｈｚ程度となるが、これに限定されるものではない。後述する断層画像処理手段１５０の処理速度が速い場合は、さらに高速にすることが可能である。また、回転周波数は一定に限定されず、測定対象Ｓｂの動作速度や解像度に応じて変更させることも可能である。具体的には、動作の速い測定対象Ｓｂや高解像度を要しない測定対象Ｓｂに対しては高速にし、動作の遅い測定対象Ｓｂや高解像度を要する測定対象Ｓｂに対しては低速にすることも可能である。

また、回転信号ＲＳに基づいて、制御信号ＭＣによりモータ２６の回転方向を制御することにより、先端光学系１５を所定角度の範囲で光軸ＬＰ回りに揺動させることも可能である。揺動角度は、測定対象Ｓｂの形状に基づいて所望の範囲に設定できるものである。例えば、気管支等の円筒形状を有する測定対象Ｓｂの場合は長手方向の軸線回りに対して略全周が範囲となり、胃壁等の平坦形状の測定対象Ｓｂの場合は長手方向の軸線回りに対して１８０度程度の範囲であればよく、これに限定されるものではない。また、揺動周波数は、上述の全周方向に回動する場合と同様であり、さらに、この揺動周波数が、可撓性シャフト１３の固有振動数に等しい場合には、可撓性シャフト１３が共振駆動され、駆動力の低減が可能となる。

本発明のＯＣＴ用光プローブ１の第２の実施形態について説明する。図８は、本発明の第２の実施形態を示す図である。図８において、第１の実施形態と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。具体的に、第２の実施形態の異なる構成について説明する。

第２の実施形態においては、図８に示すように、可撓性シャフト１３の外周に永久磁石１８が配設され、内視鏡５０の挿入部５５の鉗子チャンネル６４の外周に電磁石６５が配設されている。また、光ファイバ１２の回転角度を検出するため永久磁石１８の外周に図示しない磁気センサを配設することも可能である。電磁石６５への制御信号ＭＣ、および磁気センサの回転信号ＲＳは、図示しない制御ケーブルにより伝達される。この回転信号ＲＳには、具体的に、可撓性シャフト１３が一回転した場合の回転クロック信号Ｒ_ＣＬＫ、回転角度信号Ｒposがある。

第２の実施形態の動作について説明する。電磁石６５を励磁することにより、この電磁石６５と永久磁石１８が相互作用し、いわゆるブラシレスモータのステータとロータとの関係となり、この永久磁石１８を介して、可撓性シャフト１３が光軸ＬＰ回りの矢印Ｒ３方向に回動する。

また、回転信号ＲＳに基づいて、制御信号ＭＣにより電磁石６５の励磁順序を制御することで、光ファイバ１２の回動方向を反転させ、先端光学系１５を所定角度の範囲で光軸ＬＰ回りに揺動させることも可能である。

なお、本発明の第２の実施形態においては、可撓性シャフト１３の外周に電磁石６５、鉗子チャンネル６４の外周に永久磁石１８を配設することも可能ある。この場合、先端部１０は、可撓性シャフト１３の外周の電磁石６５を励磁することによる人体の感電等の影響を生じさせないため、絶縁処理が施されている。

可撓性シャフト１３の回動による作用は、第１の実施形態と同一であり、説明を省略する。なお、揺動角度、回転および揺動の周波数も第１の実施形態と同一であり、説明を省略する。

次に、本発明によるＯＣＴ用光プローブ１が適用される光断層画像化装置について説明する。図９は、本発明のＯＣＴ用光プローブ１が適用される光断層画像化装置１００の概略構成図である。

光断層画像化装置１００は、ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置であり、レーザ光Ｌを射出する光源手段１１０と、この光源手段１１０から射出されたレーザ光Ｌを分割する光ファイバカプラ２と、この光ファイバカプラ２により分割された光から周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫを出力する周期クロック生成手段１２０と、光ファイバカプラ２により分割された一方の光を測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、この光分割手段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１３０と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓｂまで導波するＯＣＴ用光プローブ１と、このＯＣＴ用光プローブ１からの測定光Ｌ１が測定対象Ｓｂに照射されたときの測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、この合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段１４０と、この干渉光検出手段１４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象Ｓｂの断層画像Ｐを取得する断層画像処理手段１５０と、断層画像Ｐを表示する表示手段１６０とを有している。

本装置における光源手段１１０は、波長を一定周期Ｔ０で掃印させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的に、光源手段１１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイブＦＢ１０が半導体光増幅器１１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１１は、駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０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１１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌが、光ファイバＦＢ０へ射出される。

さらに、光ファイバＦＢ１０にはサーキュレータ１１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内を導波する光の一部がサーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出される。この光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１１３、回折光学素子１１４、光学系１１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１１６において反射される。この反射された光は、光学系１１５、回折光学素子１１４、コリメータレンズ１１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。

ここで、この回転多面鏡１１６は矢印Ｒ１方向に例えば３万ｒｐｍ程度の高速で回転するものであって、各反射面の角度が光学系１１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１１４において分光された光のうち、特定の波長域からなる光だけが、再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の波長は光学系１１５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ＦＢ１１に入射した特定の波長域からなる光が、サーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の波長域からなるレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ０側に射出される。

したがって、回転多面鏡１１６が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長λは、時間の経過にともなって、一定周期で変化することになっている。図１０に示すように、光源手段１１０は、最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで一定周期Ｔ０（例えば約５０μｓｅｃ）で掃引したレーザ光Ｌを射出する。

この波長掃引されたレーザ光Ｌは、光ファイバＦＢ０側に射出され、そのレーザ光Ｌはさらに光ファイバカプラ２により、分岐して光ファイバＦＢ１、ＦＢ５にそれぞれ入射される。光ファイバＦＢ５に射出された光は、周期クロック生成手段１２０に導波される。

周期クロック生成手段１２０は、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長が１周期掃引される毎に１つの周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫを出力するものである。この周期クロック生成手段１２０は、光学レンズ１２１、１２３、光学フィルタ１２２、光検出部１２４を備えている。そして、光ファイバＦＢ５から射出されたレーザ光Ｌが光学レンズ１２１を介して光学フィルタ１２２に入射される。この光学フィルタ１２２を透過したレーザ光Ｌが、光学レンズ１２３を介して光検出部１２４により検出され、周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫを断層画像処理手段１５０に出力する。

図１１（Ａ）に示すように、光学フィルタ１２２は設定波長λｒｅｆのレーザ光Ｌのみを透過し、それ以外の波長帯域の光を遮光する機能を有している。また、光学フィルタ１２２は、複数の透過波長を有している。そして、光学フィルタ１２２は、複数の透過波長のうち波長帯域λmin〜λmax内においては、一の透過波長が設定されるような光透過周期ＦＳＲ（フリースペクトルレンジ）を有している。よって、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長が掃引される波長帯域λmin〜λmax内において設定された設定波長λｒｅｆのレーザ光Ｌのみを透過し、それ以外の波長帯域のレーザ光Ｌを遮光することになる。

図１１（Ｂ）に示すように、光源手段１１０から周期的に波長が掃引されたレーザ光Ｌが射出され、レーザ光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆになったとき、周期クロック信号ＴCLKが出力されることになる。このように、実際に光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌを用いて周期クロック信号ＴCLKを生成し出力することにより、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌが波長の掃引開始から所定の光強度になるまでの時間が各周期毎に変わってしまう場合であっても、設定波長λｒｅｆから一定周期Ｔ０（図１０参照）の波長帯域の干渉信号ＩＳを取得することができる。よって、断層画像処理手段１５０において想定されている波長帯域の干渉信号ＩＳを取得するタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力することができ、分解能の劣化を抑えることができる。

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、光源手段１１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。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により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３により導波される。なお、本実施形態における光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。

ＯＣＴ用光プローブ１は、光ファイバＦＢ２と光学的に接続されており、測定光Ｌ１はＯＣＴ用光プローブ１へ導波される。このＯＣＴ用光プローブ１は、先端部１０から測定対象Ｓｂに測定光Ｌ１を照射し、反射光Ｌ３は、再びＯＣＴ用光プローブ１を介して光ファイバＦＢ２により導波される。

光路長調整手段１３０は、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側に配置されている。この光路長調整手段１３０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１３２と、反射ミラー１３２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ１３１ａと、この第１光学レンズ１３１ａと反射ミラー１３２との間に配置された第２光学レンズ１３１ｂとを有している。

第１光学レンズ１３１ａは、光ファイバＦＢ３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１３２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３に集光する機能を有している。

第２光学レンズ１３１ｂは、第１光学レンズ１３１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー１３２に集光するとともに、反射ミラー１３２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。

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１３１ａにより平行光になり、第２光学レンズ１３１ｂにより反射ミラー１３２に集光される。その後、反射ミラー１３２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ１３１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ１３１ａにより光ファイバＦＢ３に集光される。

さらに光路長調整手段１３０は、第２光学レンズ１３１ｂと反射ミラー１３２とを固定した基台１３３と、この基台１３３を第１光学レンズ１３１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段１３４とを有している。そして基台１３３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。

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１３０により光路長の調整が施された参照光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１４０に射出するように構成されている。

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を検出し、干渉信号ＩＳを出力するものである。なお、本装置においては、干渉光Ｌ４を光分割手段３で二分し、光検出器１４０ａ、１４０ｂに導き、これを演算し、バランス検波を行う機構を有している。この干渉信号ＩＳは、断層画像処理手段１５０に出力される。

図１２は、断層画像処理手段１５０の概略構成図である。断層画像処理手段１５０は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像プログラムをコンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。この断層画像処理手段１５０は、干渉信号取得手段１５１、干渉信号変換手段１５２、干渉信号解析手段１５３、断層情報生成手段１５４、画像補正手段１５５、回転制御手段１５６を有している。

干渉信号取得手段１５１は、周期クロック生成手段１２０から出力される周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫに基づいて、干渉光検出手段１４０により検出された１周期分の干渉信号ＩＳを取得するものである。この干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫの出力タイミングの前後の波長帯域ＤＴ（図１１（Ｂ）参照）の干渉信号ＩＳを取得する。なお、干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫの出力タイミングを基準として１周期分の干渉信号ＩＳを取得するものであればよく、周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫの出力タイミングは、掃引される波長帯域内であれば、波長の掃引開始直後、あるいは波長掃引終了直前に設定してもよい。

干渉信号変換手段１５２は、干渉信号取得手段１５１により所得された干渉信号ＩＳを波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列するものである。図１３Ａは、干渉信号取得手段１５１に入力される干渉信号ＩＳを示す図である。図１３Ｂは、再配列された干渉信号ＩＳを示す図である。具体的には、干渉信号変換手段１５２は、光源手段１１０の時間−波長掃引特性データテーブル若しくは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間等において、等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。

干渉信号解析手段１５３は、干渉信号変換手段１５２により信号変換された干渉信号ＩＳを例えばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術により、断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。

回転制御手段１５６は、モータ２６または電磁石６５への制御信号ＭＣに出力するとともに、エンコーダ２７または磁気センサからの回転信号ＲＳが入力される。前述の通り、この回転位置信号ＲＳには、モータ２６または可撓性シャフト１３が一回転した場合の回転クロック信号Ｒ_ＣＬＫ、回転角度信号Ｒposがある。

断層情報生成手段１５４は、干渉信号解析手段１５３により取得された１周期分（１ライン分）の断層情報ｒ（ｚ）を、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０のラジアル方向走査（図中Ｒ１方向）について取得し、図１４に示すような断層画像Ｐを生成するものである。この断層情報生成手段１５４は、順次取得される１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａに記憶する。

ここで、断層情報生成手段１５４は、回転制御手段１５６に入力された回転クロック信号ＲCLKに基づいて、断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａからｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を一括して読み込み断層画像Ｐを生成できる。

また、断層情報生成手段１５４は、回転制御手段１５６に入力された回転角度信号Ｒｐｏｓに基づいて、断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａから逐次読み込み断層画像Ｐを生成することもできる。

画質補正手段１５５は、断層情報生成手段１５４により生成された断層画像Ｐに鮮鋭化処理、平滑化処理等を施すものである。

表示手段１６０は、画質補正手段１５５により鮮鋭化処理、平滑化処理等が施された断層画像Ｐを表示するものである。

したがって、本発明のＯＣＴ用光プローブ１および、ＯＣＴ用光プローブ１を用いた光断層画像化装置１００では、ロータリージョイントを設けずに光ファイバ１２の先端から出射した光が直接的に先端光学系１５に入射されるため、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できる。

また、本発明による光断層画像化装置１００も、上述した通りの本発明によるＯＣＴ用プローブ１が適用されたものであるから、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるものとなる。

なお、上記説明では、本発明のＯＣＴ用光プローブ１を適用する光断層画像化装置の実施形態としてＳＳ−ＯＣＴ装置を例に挙げて説明したが、ＳＤ−ＯＣＴ装置およびＴＤ−ＯＣＴ装置に適用することも可能である。

本発明のＯＣＴ用光プローブ１が適用された光断層画像化装置の全体斜視図 本発明のＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０を示す図 本発明のＯＣＴ用光プローブ１の軸受部１７の第１の実施形態を示す図 本発明のＯＣＴ用光プローブ１の軸受部１７の第２の実施形態を示す図 反射部材を有する本発明のＯＣＴ用光プローブ１を示す図 カバーガラスを有する本発明のＯＣＴ用光プローブ１を示す図 カバーガラスを有する本発明のＯＣＴ用光プローブ１を示す図 カバーガラスの先端を凸面とした本発明のＯＣＴ用光プローブ１を示す図 カバーガラスの先端を凸面とした本発明のＯＣＴ用光プローブ１を示す図 本発明のＯＣＴ用光プローブ１の基端部２０を示す図 本発明のＯＣＴ用光プローブ１の基端部２０の揺動を示す図 本発明のＯＣＴ用光プローブ１が適用される光断層画像化装置１００の概略構成図 光源手段１１０から射出させる光の波長の掃引を示す図 周期クロック生成手段１２０により生成される周期クロック信号を示す図 断層画像処理手段１５０の概略構成図 干渉信号取得手段１５１に入力される干渉信号ＩＳを示す図 再配列された干渉信号ＩＳを示す図 断層情報生成手段１５４により生成された断層画像Ｐを示す図 従来のＯＣＴ用光プローブを示す模式図 ＭＥＭＳモータを用いたＯＣＴ用光プローブを示す模式図

符号の説明

Ｌ レーザ光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
Ｓｂ 測定対象
θ１ 傾斜角度
１ ＯＣＴ用光プローブ
３ 光分割手段
４ 合波手段
１１ シース
１２ 光ファイバ
１３ 可撓性シャフト
１４ 軸支部
１５ 先端光学系、反射部材
１６ 保持部
１７ 軸受部
１９ ファイバシース
３０ カバーガラス
３０ａ 先端
１００ 光断層画像化装置
１１０ 光源手段
１４０ 干渉光検出手段
１５０ 断層画像処理手段

Claims (7)

1. 被検体内に挿入される略円筒形のシースと、
   該シースの内部空間に長手方向に配設された光ファイバと、
   該光ファイバの先端近傍で、該光ファイバと一体的に固定された軸支部と、
   前記光ファイバの先端から出射した光を前記被検体に向けて偏向させる先端光学系と、
   該先端光学系を前記軸支部に回転自在に軸支させる保持部と、
   前記光ファイバを前記内部空間で被覆する可撓性シャフトとを備え、
   前記保持部が、前記可撓性シャフトの先端に固定されていることを特徴とするＯＣＴ用光プローブ。
2. 前記軸支部が、前記保持部を回転自在に支持する軸受部を備えていることを特徴とする請求項１記載のＯＣＴ用光プローブ。
3. さらに、前記光ファイバと前記可撓性シャフトとの間に、前記光ファイバを被覆するファイバシースを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のＯＣＴ用光プローブ。
4. 前記光ファイバの先端が、該光ファイバの光軸の垂直面に対して所定角度だけ傾いていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＯＣＴ用光プローブ。
5. さらに、カバーガラスを備え、該カバーガラスの基端は、前記光ファイバの先端に密着し、前記カバーガラスの先端は、前記光軸に対して垂直な平坦面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＯＣＴ用光プローブ。
6. さらに、カバーガラスを備え、該カバーガラスの基端は、前記光ファイバの先端に密着し、前記カバーガラスの先端は、該先端から出射した光を前記光軸に対して平行にする凸形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＯＣＴ用光プローブ。
7. 光を射出する光源手段と、
   該光源手段から射出された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光学系と、
   前記測定対象に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との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
   前記検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における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断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
   前記照射光学系が、請求項１から６のいずれか１項記載のＯＣＴ用光プローブを含むものであることを特徴とする光断層画像化装置。

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