JP2015027531A - Optical measurement device - Google Patents
Optical measurement device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015027531A JP2015027531A JP2014188811A JP2014188811A JP2015027531A JP 2015027531 A JP2015027531 A JP 2015027531A JP 2014188811 A JP2014188811 A JP 2014188811A JP 2014188811 A JP2014188811 A JP 2014188811A JP 2015027531 A JP2015027531 A JP 2015027531A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical
- optical fiber
- distal end
- information
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 131
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 28
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 86
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 38
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 description 18
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 17
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 14
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005311 autocorrelation function Methods 0.000 description 3
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- 239000004812 Fluorinated ethylene propylene Substances 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004813 Perfluoroalkoxy alkane Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 229920009441 perflouroethylene propylene Polymers 0.000 description 1
- 229920011301 perfluoro alkoxyl alkane Polymers 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Endoscopes (AREA)
Abstract
Description
本発明は、光干渉断層撮像(Optical Coherence Tomography: OCT)の手法を用いて測定する光学的測定装置に関するものである。 The present invention relates to an optical measurement apparatus that performs measurement using an optical coherence tomography (OCT) technique.
血管などの管腔形状の対象物の内腔の断層構造を測定する手法として光干渉断層撮像(OCT)が知られており、また、このOCT測定のために対象物の内腔に挿入されて使用される光プローブも知られている(特許文献1参照)。OCT測定は、シングルモード光ファイバの先端(遠位端)に接続されたグレーデッドインデックス光ファイバをレンズとして機能させて、ワーキングディスタンスが1mmより長く、スポットサイズが100μmより小さくなるように構成することで、1mmより大きな内半径を持つ対象物を100μmより細かい空間分解能で光学的に測定することができる。 Optical coherence tomography (OCT) is known as a technique for measuring the tomographic structure of the lumen of a luminal object such as a blood vessel, and is inserted into the lumen of the object for this OCT measurement. An optical probe to be used is also known (see Patent Document 1). For OCT measurement, a graded index optical fiber connected to the tip (distal end) of a single-mode optical fiber is made to function as a lens so that the working distance is longer than 1 mm and the spot size is smaller than 100 μm. Thus, an object having an inner radius larger than 1 mm can be optically measured with a spatial resolution finer than 100 μm.
OCT測定は、血管内の病変を診断して治療方法を選択する際に用いられる。病変をOCT測定すると、病変の断層画像が得られる。断層画像では、病変の内部において光を強く散乱する部位は明るく、光を弱くしか散乱しない部位は暗い階調で、単色の画像で表示される。この画像の明暗の分布のパタンは病変によって異なるので、画像の明暗パタンから病変の種類を或る程度推定できることが知られている(非特許文献1参照)。 OCT measurement is used when diagnosing a lesion in a blood vessel and selecting a treatment method. When the lesion is subjected to OCT measurement, a tomographic image of the lesion is obtained. In the tomographic image, a site that strongly scatters light within the lesion is bright, and a site that scatters light only weakly is displayed in a single tone with a dark gradation. Since the pattern of the light / dark distribution of this image varies depending on the lesion, it is known that the type of lesion can be estimated to some extent from the light / dark pattern of the image (see Non-Patent Document 1).
従来の光プローブを用いたOCT装置では、病変の種類の識別が困難である場合があり、例えば脂質病変(lipid-rich plaque)と石灰化病変(fibrocalcificplaque)との識別が困難であることを、本発明者は見出した。 In an OCT apparatus using a conventional optical probe, it may be difficult to identify the type of lesion. For example, it is difficult to identify a lipid lesion (lipid-rich plaque) and a calcified lesion (fibrocalcificplaque). The inventor found.
非特許文献1にも記載されているように、脂質病変は暗い階調と明瞭でない輪郭を特徴とし、石灰化病変は暗い階調と明瞭な輪郭を特徴とする。しかし、階調の明暗は相対的なものであるので、個体差や測定条件などによるばらつきが加わると、判断が難しい。また、輪郭の明瞭さについても、実際の病変は様々な形のパタンがあるので、これも判断が難しい場合が多い。 As described in Non-Patent Document 1, lipid lesions are characterized by dark gradations and unclear outlines, and calcified lesions are characterized by dark gradations and clear outlines. However, since the gradation of the gradation is relative, it is difficult to make a judgment if there are variations due to individual differences or measurement conditions. Also, regarding the clarity of the outline, since there are various patterns of actual lesions, it is often difficult to judge this.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、血管内の脂質の分布を測定するのに好適な光学的測定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical measurement device suitable for measuring the distribution of lipids in blood vessels.
本発明の光学的測定装置は、(1) 近位端と遠位端との間で光を伝送する光ファイバと、前記近位端において前記光ファイバと接続されている光コネクタと、前記遠位端において前記光ファイバと接続され、前記光ファイバの前記遠位端から出射される光を集光する集光光学系と、前記遠位端において前記光ファイバと接続され、前記光ファイバの前記遠位端から出射される光を偏向する偏向光学系と、前記光ファイバを包囲して前記光ファイバに沿って延び、前記光ファイバ,前記光コネクタ,前記集光光学系および前記偏向光学系に対して回転自在であるジャケットチューブとを備える光プローブと、(2) 波長帯域1.6μm〜1.8μmにおいて光を発生させる光源と、(3) 前記光源から発せられた光を2分岐して照明光および参照光として出力する光分岐部と、(4)前記波長帯域において光を検出する光検出器と、(5) 前記波長帯域において光減衰スペクトルを分析して当該分析結果を画像情報として取得する分析部とを含み、(6) 前記光分岐部から出力された照明光を前記光ファイバの前記近位端に入射させ前記遠位端から出射させて対象物に照射し、その照射に伴い前記対象物で生じた後方反射光を前記光ファイバの前記遠位端に入射させ前記近位端から出射させて前記光検出器に導くとともに、前記光分岐部から出力された参照光をも前記光検出器に導いて、前記後方反射光と前記参照光とによる干渉光を前記光検出器により検出し、前記分析部により前記後方反射光のスペクトルを分析することにより、前記対象物の断層構造情報と前記対象物内部における物質の分布情報とを生成し、前記断層構造情報と前記物質の分布情報とを合わせて解析することで、前記対象物内部における前記物質の分布を表示した断層画像を計算する。 The optical measurement device of the present invention includes (1) an optical fiber that transmits light between a proximal end and a distal end, an optical connector connected to the optical fiber at the proximal end, and the far end. A condensing optical system for condensing light emitted from the distal end of the optical fiber, connected to the optical fiber at the distal end, and connected to the optical fiber at the distal end; A deflecting optical system for deflecting light emitted from the distal end; and extending along the optical fiber so as to surround the optical fiber; and to the optical fiber, the optical connector, the condensing optical system, and the deflecting optical system. An optical probe including a jacket tube that is rotatable with respect to the light source; (2) a light source that generates light in a wavelength band of 1.6 μm to 1.8 μm; and (3) a light that is emitted from the light source is split into two. Output as illumination light and reference light And (4) a photodetector that detects light in the wavelength band, and (5) an analysis unit that analyzes a light attenuation spectrum in the wavelength band and acquires the analysis result as image information. (6) Illumination light output from the light branching unit is incident on the proximal end of the optical fiber and emitted from the distal end to irradiate the object, and the object is generated along with the irradiation. Back-reflected light is incident on the distal end of the optical fiber, is emitted from the proximal end, is guided to the photodetector, and the reference light output from the optical branching unit is also guided to the photodetector. The interference light caused by the back reflected light and the reference light is detected by the light detector, and the spectrum of the back reflected light is analyzed by the analyzing unit, so that the tomographic structure information of the object and the inside of the object are detected. And distribution information of substances in Then, the tomographic image displaying the distribution of the substance in the object is calculated by analyzing the tomographic structure information and the distribution information of the substance together.
前記光ファイバが1.53μmより短いカットオフ波長を有するのが好適である。前記分析部により、前記後方反射光のスペクトルのうち波長範囲1.70〜1.75μmに吸収ピークを持つスペクトル成分を抽出し、前記スペクトル成分に基づいて脂質の分布情報と断層構造情報とを生成し、前記脂質の分布情報と前記断層構造情報とを合わせて解析することで、脂質を分布表示した断層画像を計算するのが好適である。また、前記分析部において、前記対象物内部における前記所定の物質の散乱強度の情報を保持し、前記所定の物質の分布に関する複数の解の中から、前記散乱強度の情報に最も整合する解を選択するのが好適である。 It is preferred that the optical fiber has a cut-off wavelength shorter than 1.53 μm. The analysis unit extracts a spectrum component having an absorption peak in a wavelength range of 1.70 to 1.75 μm from the spectrum of the back reflected light, and generates lipid distribution information and tomographic structure information based on the spectrum component. It is preferable to calculate a tomographic image displaying lipid distribution by analyzing the lipid distribution information and the tomographic structure information together. In the analysis unit, the information on the scattering intensity of the predetermined substance in the object is held, and a solution that most closely matches the information on the scattering intensity is selected from a plurality of solutions related to the distribution of the predetermined substance. It is preferable to select.
本発明によれば、従来技術では測定が難しかった血管内の脂質の分布を測定することができる。 According to the present invention, it is possible to measure the distribution of lipids in blood vessels, which was difficult to measure with the prior art.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態の光プローブ10を備えるOCT装置(光学的測定装置)1の構成を示す図である。OCT装置1は、光プローブ10および測定部30を備え、対象物3の光干渉断層画像を取得する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an OCT apparatus (optical measurement apparatus) 1 including an
光プローブ10は、近位端11aと遠位端11bとの間で光を伝送する光ファイバ11と、近位端11aにおいて光ファイバ11と接続されている光コネクタ12と、遠位端11bにおいて光ファイバ11と光学的に接続されている集光光学系13および偏向光学系14と、光ファイバ11を包囲して光ファイバに沿って延びるサポートチューブ15およびジャケットチューブ16と、ジャケットチューブの内腔に充填された緩衝流体17と、を備える。光コネクタ12は測定部30に光学的に接続される。光ファイバ11は1.53μmより短いカットオフ波長を有する。光ファイバ11,集光光学系13,偏向光学系14,ならびに,光ファイバ11の基底モードに結合する光路上にある緩衝流体17およびジャケットチューブ16は、波長帯域1.6μm〜1.8μmにおいて−2dB〜0dBの光透過率を有する。
The
光ファイバ11は、1〜2mの長さを有し、石英ガラスで構成される。光ファイバ11は、波長範囲1.6μm〜1.8μmにおいて2dB以下、好ましくは1dB以下の伝送損失を有し、1.53μm以下のカットオフ波長を有し、上記波長範囲においてシングルモードで動作する。そのような光ファイバとしては、ITU−TG.652,G.654、G.657に準拠した光ファイバが好適である。特にITU−TG.654AまたはCに準拠した光ファイバは、波長1.55μmにおいて伝送損失が0.22dB/km以下と低く、典型的には純シリカガラスのコアを有し、非線形光学係数が低く、自己位相変調などの非線形光学効果による雑音を低減できるので特に好適である。 The optical fiber 11 has a length of 1 to 2 m and is made of quartz glass. The optical fiber 11 has a transmission loss of 2 dB or less, preferably 1 dB or less in the wavelength range of 1.6 μm to 1.8 μm, has a cutoff wavelength of 1.53 μm or less, and operates in a single mode in the wavelength range. . As such an optical fiber, an optical fiber based on ITU-TG.652, G.654, and G.657 is preferable. In particular, an optical fiber compliant with ITU-TG.654A or C has a transmission loss as low as 0.22 dB / km or less at a wavelength of 1.55 μm, typically has a pure silica glass core, and has a low nonlinear optical coefficient. This is particularly preferable because noise due to nonlinear optical effects such as self-phase modulation can be reduced.
光ファイバ11の遠位端11bには、集光光学系13としてのグレーデッドインデックス(GRIN)レンズと偏向光学系14としてのミラーとが直列的に融着接続されて設けられている。集光光学系13は、光ファイバ11の遠位端11bから出射される光を集光する。偏向光学系14は、光ファイバ11の遠位端11bから出射される光を径方向へ偏向する。
At the
レンズ(集光光学系13)およびミラー(偏向光学系14)は、石英ガラスまたはホウケイ酸ガラスで構成され、波長1.6μm〜1.8μmの波長範囲において2dB以下の伝送損失を有する。ミラーは、円柱形のガラスに、軸に対して35〜55度の角度をなす平坦な反射面を形成した構造をとる。この平坦な反射面はそのままでも光を反射させることができるが、さらに反射面にアルミニウムまたは金を蒸着することで、波長1.6〜1.8μmにおける反射率を高めることが好適である。 The lens (condensing optical system 13) and mirror (deflection optical system 14) are made of quartz glass or borosilicate glass, and have a transmission loss of 2 dB or less in the wavelength range of 1.6 μm to 1.8 μm. The mirror has a structure in which a flat reflecting surface forming an angle of 35 to 55 degrees with respect to an axis is formed on a cylindrical glass. Although this flat reflective surface can reflect light as it is, it is preferable to increase the reflectance at a wavelength of 1.6 to 1.8 μm by further depositing aluminum or gold on the reflective surface.
光ファイバ11はサポートチューブ15の内腔に収納されている。サポートチューブ15は、光ファイバ11の少なくとも一部分および光コネクタ12に固定されている。その結果、光コネクタ12を回転させると、それと共にサポートチューブ15も回転し、さらに回転トルクが光ファイバ11に伝達され、光ファイバ11、集光光学系13、偏向光学系14およびサポートチューブ15が一体となって回転する。それにより、光ファイバ11だけを回転させた場合に比べて、光ファイバ21に負荷されるトルクが低減され、トルクによる光ファイバ11の破断を防ぐことができる。
The optical fiber 11 is accommodated in the lumen of the support tube 15. The support tube 15 is fixed to at least a part of the optical fiber 11 and the
サポートチューブ15は、0.15mm以上の厚さを持つと共に、ステンレスと同等程度の100〜300GPaのヤング率を持つことが望ましい。サポートチューブ15は、必ずしも周方向に連結していなくともよく、5〜20本程度の線を撚り合わせた構造とし、それによって柔軟性を調整しても良い。そのようなサポートチューブは特許文献2に開示されている。
It is desirable that the support tube 15 has a thickness of 0.15 mm or more and a Young's modulus of 100 to 300 GPa equivalent to that of stainless steel. The support tube 15 does not necessarily have to be connected in the circumferential direction, and may have a structure in which about 5 to 20 wires are twisted to adjust flexibility. Such a support tube is disclosed in
光ファイバ11、集光光学系13、偏向光学系14およびサポートチューブ15は、ジャケットチューブ16の内腔に収納され、その中で回転することができる。それにより、回転する部分が対象物3に接触して対象物3が破損することが防止される。照明光は偏向光学系14から出射され、ジャケットチューブ16を透過して、対象物3へ照射される。ジャケットチューブ16は、FEP、PFA、PTFE、PETまたはナイロンで構成され、10〜50μmの厚さを有し、波長1.6〜1.8μmにおける透過損失が2dB以下となる透明度を有する。
The optical fiber 11, the condensing
ジャケットチューブ16の内腔は緩衝流体17が充填される。緩衝流体17は、回転するサポートチューブ15の外面とジャケットチューブ16の内面との間の摩擦を低減するとともに、偏向光学系14とジャケットチューブ16との間の光路における屈折率変化量を調整する。緩衝流体17は、生理食塩水、デキストラン水溶液またはシリコーンオイルであり、波長1.6〜1.8μmにおいて2dB以下の透過損失を有する。
The lumen of the jacket tube 16 is filled with a buffer fluid 17. The buffer fluid 17 reduces the friction between the outer surface of the rotating support tube 15 and the inner surface of the jacket tube 16 and adjusts the amount of change in the refractive index in the optical path between the deflection
測定部30は、光を発生させる光源31と、光源31から発せられた光を2分岐して照明光および参照光として出力する光分岐部32と、光分岐部32から到達した光を検出する光検出器33と、光分岐部32から到達した参照光を出力する光端末34と、光端末34から出力された参照光を光端末34へ反射させる反射鏡35と、光検出器33により検出された光のスペクトルを分析する分析部36と、分析部36による分析の結果を出力する出力ポート37と、を備える。
The measuring
測定部30において光源31から出力された光は、光分岐部32により2分岐され照明光および参照光として出力される。光分岐部32から出力された照明光は、光コネクタ12を経て光ファイバ11の近位端11aに入射され、光ファイバ11により導光されて遠位端11bから出射されて、集光光学系13および偏向光学系14を経て対象物3に照射される。その対象物3への照明光の照射に応じて生じた後方反射光は、偏向光学系14および集光光学系13を経て光ファイバ11の遠位端11bに入射され、光ファイバ11により導光されて近位端11aから出射されて、光コネクタ12および光分岐部32を経て光検出器33に結合される。
The light output from the
光分岐部32から出力された参照光は、光端末34から出射されて反射鏡35で反射され、光端末34および光分岐部32を経て検出器33に結合される。対象物3からの後方反射光と参照光とは光検出器33において干渉し、この干渉光が光検出器33により検出される。干渉光のスペクトルは分析部36に入力される。分析部36において、干渉光のスペクトルの解析が行われ、対象物3の内部の各点における後方反射効率の分布が計算される。その計算結果に基づいて対象物3の断層画像が計算され、画像信号として信号出力ポート37から出力される。
The reference light output from the optical branching
なお、光ファイバ11の遠位端11bから出射された照明光が対象物3を経由して再び光ファイバ11の遠位端11bに戻るメカニズムとしては、厳密には反射や屈折や散乱がある。しかし、それらの違いは本発明にとっては本質的でないので、簡潔化のために本明細書ではこれらを総称して後方反射と呼ぶ。
Strictly speaking, the illumination light emitted from the
本実施形態においては、測定部30において、光源31は、波長1.6μm〜1.8μmの波長範囲にわたってスペクトルが連続的に広がった広帯域の光を発生させる。この波長範囲では、図2に示すように、脂質病変は、波長1.70〜1.75μmに吸収ピークを持っており、この点で正常血管と異なる。純粋な脂質であるラードも同様の吸収ピークを持つことから、この吸収ピークは脂質による寄与であるといえる。したがって、脂質を含む対象物3を測定すると、干渉光のスペクトルは、脂質による吸収の影響を受け、波長1.70〜1.75μmにおいて隣接波長帯に比べて大きな減衰を示す。
In the present embodiment, in the
さらに、干渉光のスペクトルは対象物3の断層構造の情報をも有していることから、物質の吸収の影響が少ない波長帯域を選択してスペクトルをフーリエ解析することにより、対象物3の断層構造の情報が得られる。断層構造情報と脂質吸収情報とを合わせて解析することで、脂質を分布表示した断層画像を計算することができる。
Furthermore, since the spectrum of the interference light also has information on the tomographic structure of the
この計算は、脂質自体の吸収および脂質の分布の双方がスペクトルに影響することから、1つのスペクトルに対応する脂質の分布は複数あり得る。しかし、非特許文献1に記載されているように脂質は正常血管に比べて散乱強度が低い特徴を有することなどが知られているので、この既知の情報に最も整合するような解を選択することにより、脂質の分布を求めることができる。 In this calculation, since both the absorption of the lipid itself and the lipid distribution affect the spectrum, there can be a plurality of lipid distributions corresponding to one spectrum. However, as described in Non-Patent Document 1, it is known that lipids have a characteristic that the scattering intensity is lower than that of normal blood vessels. Therefore, a solution that best matches this known information is selected. Thus, the lipid distribution can be determined.
光ファイバ11、集光光学系13、偏向光学系14、緩衝流体17およびジャケットチューブ16は、全てが同じ物質ではないので、屈折率が必ずしも等しくなく、相互の間の界面で光が反射し得る。このような光プローブ10の界面で生じる反射光は、対象物3からの後方反射光と混合されて検出されるので、雑音ともなり得る。しかし、本実施形態においては、光プローブ10の界面で生じる反射光を測定系の校正に用いる。
Since the optical fiber 11, the condensing
OCT測定において、対象物3からの後方反射光と参照光とは、互いに異なる光路を経由するので、光路上の波長分散も互いに異なり得る。波長分散が異なると、光の群遅延時間が波長によって異なる。OCT測定では、波長の関数であるスペクトルをフーリエ解析することで自己相関関数を群遅延時間の関数として計算し、それに基づいて断層画像を生成するので、波長によって群遅延時間が異なると断層画像の空間分解能が低下することが知られている。この問題は、対象物3を測定する前に、対象物3に替えて鏡などの基準物体を測定して波長分散の影響を測定しておき、その結果に基づいて分散を補償するデータ処理を行うことで解決できることが知られている。
In the OCT measurement, the back reflected light from the
しかし、本実施形態では、断層画像の取得だけでなく物質分布の推定の際にもスペクトル情報を用いるので、従来のOCTに比べて波長分散の影響に対してより敏感となる。それ故、対象物3を測定する前に分散補償処理を行う従来の方法では、測定中に生じ得る測定系の機械的変動や温度変動による波長分散変動によって、物質分布の推定に影響が生じ得る。そこで、測定中、測定直前または測定直後に遠位端11bにおける光プローブ10の界面での反射を測定して分散補償処理を行うことが好適である。
However, in the present embodiment, spectral information is used not only for acquisition of tomographic images but also for estimation of material distribution, so that it is more sensitive to the influence of chromatic dispersion than conventional OCT. Therefore, in the conventional method in which the dispersion compensation process is performed before measuring the
具体的には、遠位端11bにおける光プローブ10の界面で生じる反射光と参照光とを干渉させて光検出器33により検出し、分析部36により、限定された複数の波長帯域で波長スペクトルをフーリエ解析して自己相関関数を計算し、その自己相関関数上の反射ピークの位置が、解析に用いる波長帯域によって変化しないような波長分散の値を推定し、その推定された波長分散を相殺するように数値的に分散を加えることで分散補償処理を行うことが好適である。
Specifically, the reflected light generated at the interface of the
この目的を達成するためには、遠位端11bにおいて光プローブ10の1箇所の界面において、観測可能かつ光検出器33を飽和させない強さの反射光が生じることが望ましい。OCT測定では典型的に−100〜−50dBの範囲の反射率を測定することが可能である。そこで、光ファイバ11と集光光学系13との界面、集光光学系13と偏向光学系14との界面、偏向光学系14と緩衝流体17との界面、緩衝流体17とジャケットチューブ16との界面、および、ジャケットチューブ16と外部媒質との界面、のいずれか1つにおいて、−100〜−50dBかつ他の界面に比べて10dB以上高い反射が生じることが望ましい。
In order to achieve this object, it is desirable that reflected light having an intensity that can be observed and does not saturate the photodetector 33 is generated at one interface of the
ここで、界面での反射率は、遠位端11bにおける光ファイバ11のコアから出射して界面に入射した光パワーに対する、該界面で反射されて光ファイバ11のコアに再結合した光パワーの比率である。従って、界面での反射率は、界面における屈折率変化だけでなく界面の形状にも依存する。偏向光学系14と緩衝流体17との界面、緩衝流体17とジャケットチューブ16との界面、および、ジャケットチューブ16と外部媒質との界面は、いずれも円柱状であるので、その形状の効果で反射率が0〜30dB程度低下する。ジャケットチューブ16の外側に存在する外部媒質は、対象物3が血管である場合は、血液または生理食塩水であることが典型的であり、屈折率(典型的な屈折率評価波長である波長589nmでの値、以下同じ。)は1.33である。
Here, the reflectance at the interface is the optical power reflected from the interface and recombined with the core of the optical fiber 11 with respect to the optical power emitted from the core of the optical fiber 11 at the
そこで、一つの好適な組み合わせは、ジャケットチューブ16をFEPまたはPFA(屈折率1.34)で構成し、緩衝流体17を生理食塩水(屈折率1.33)とし、光ファイバ11、集光光学系13および偏向光学系14を石英ガラスで構成する組み合わせである。このとき、光ファイバ11と集光光学系13との界面での比屈折率差は0%となり、集光光学系13と偏向光学系14との界面での比屈折率差は0%となり、偏向光学系14と緩衝流体17との界面での比屈折率差は8.99%となり、緩衝流体17とジャケットチューブ16との界面での比屈折率差は0.82%となり、ジャケットチューブ16と外部媒質との界面での比屈折率差は0.82%となる。なお、界面の両側の媒質の屈折率をn1、n2としたとき、その界面での比屈折率差は2(n1−n2)/(n1+n2) なる式で定義される。
Therefore, one suitable combination is that the jacket tube 16 is made of FEP or PFA (refractive index 1.34), the buffer fluid 17 is physiological saline (refractive index 1.33), the optical fiber 11, and the condensing optics. This is a combination in which the
この場合、偏向光学系14と緩衝流体17との界面での比屈折率差8.99%は、他の界面に比べて11倍となる。界面における反射率は比屈折率差の2乗に比例するので、偏向光学系14と緩衝流体17との界面での反射率は、他の界面での反射率に比べて21dB以上高い。なお、光ファイバ11、集光光学系13および偏向光学系14それぞれの屈折率が一致しているので、これらの間の界面での反射率は無視できる。この結果、複数の界面での反射がOCT断層画像上で重なることがなく、偏向光学系14と緩衝流体17との界面での反射ピークを明瞭に観測することができ、この反射ピークを用いて波長分散の校正を行うことが可能となる。
In this case, the relative refractive index difference of 8.9% at the interface between the deflection
1…OCT装置(光学的測定装置)、3…対象物、10…光プローブ、11…光ファイバ、11a…近位端、11b…遠位端、12…光コネクタ、13…集光光学系、14…偏向光学系、15…サポートチューブ、16…ジャケットチューブ、17…緩衝流体、30…測定部、31…光源、32…光分岐部、33…光検出器、34…光端末、35…反射鏡、36…分析部、37…出力ポート。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... OCT apparatus (optical measuring device), 3 ... Object, 10 ... Optical probe, 11 ... Optical fiber, 11a ... Proximal end, 11b ... Distal end, 12 ... Optical connector, 13 ... Condensing optical system, DESCRIPTION OF
本発明の光学的測定装置は、(1) 近位端と遠位端との間で光を伝送する光ファイバと、前記近位端において前記光ファイバと接続されている光コネクタと、前記遠位端において前記光ファイバと接続され、前記光ファイバの前記遠位端から出射される光を集光する集光光学系と、前記遠位端において前記光ファイバと接続され、前記光ファイバの前記遠位端から出射される光を偏向する偏向光学系と、前記光ファイバを包囲して前記光ファイバに沿って延び、前記光ファイバ,前記光コネクタ,前記集光光学系および前記偏向光学系に対して回転自在であるジャケットチューブとを備える光プローブと、(2) 波長帯域1.6μm〜1.8μmにおいて光を発生させる光源と、(3) 前記光源から発せられた光を2分岐して照明光および参照光として出力する光分岐部と、(4) 前記波長帯域において光を検出する光検出器と、(5) 前記波長帯域において光減衰スペクトルを分析して当該分析結果を画像情報として取得する分析部とを含み、(6) 前記光分岐部から出力された照明光を前記光ファイバの前記近位端に入射させ前記遠位端から出射させて対象物に照射し、その照射に伴い前記対象物で生じた後方反射光を前記光ファイバの前記遠位端に入射させ前記近位端から出射させて前記光検出器に導くとともに、前記光分岐部から出力された参照光をも前記光検出器に導いて、前記後方反射光と前記参照光とによる干渉光を前記光検出器により検出し、前記分析部により前記干渉光のスペクトルを分析することにより、前記対象物の断層構造情報と前記対象物内部における脂質の分布情報とを生成し、前記断層構造情報と前記脂質の分布情報とを合わせて解析することで、前記対象物内部における前記脂質の分布を表示した断層画像を計算する。 The optical measurement device of the present invention includes (1) an optical fiber that transmits light between a proximal end and a distal end, an optical connector connected to the optical fiber at the proximal end, and the far end. A condensing optical system for condensing light emitted from the distal end of the optical fiber, connected to the optical fiber at the distal end, and connected to the optical fiber at the distal end; A deflecting optical system for deflecting light emitted from the distal end; and extending along the optical fiber so as to surround the optical fiber; and to the optical fiber, the optical connector, the condensing optical system, and the deflecting optical system. An optical probe including a jacket tube that is rotatable with respect to the optical axis; (2) a light source that generates light in a wavelength band of 1.6 μm to 1.8 μm; Output as illumination light and reference light An optical branching unit, (4) a photodetector for detecting light in the wavelength band, and (5) an analysis unit for analyzing a light attenuation spectrum in the wavelength band and acquiring the analysis result as image information. (6) Illumination light output from the light branching unit is incident on the proximal end of the optical fiber and emitted from the distal end to irradiate the object, and the object is generated along with the irradiation. Back-reflected light is incident on the distal end of the optical fiber, is emitted from the proximal end, is guided to the photodetector, and the reference light output from the optical branching unit is also guided to the photodetector. The interference light caused by the back reflected light and the reference light is detected by the photodetector, and the spectrum of the interference light is analyzed by the analysis unit, so that the tomographic structure information of the object and the inside of the object are detected. to generate and distribution information of lipid The fault structure information and the By together with distribution information of lipid analysis, calculates a tomographic image displaying the distribution of the lipid inside the object.
前記光ファイバが1.53μmより短いカットオフ波長を有するのが好適である。前記分析部により、前記干渉光のスペクトルのうち波長範囲1.70〜1.75μmに吸収ピークを持つスペクトル成分を抽出し、前記スペクトル成分に基づいて脂質の分布情報と断層構造情報とを生成し、前記脂質の分布情報と前記断層構造情報とを合わせて解析することで、脂質を分布表示した断層画像を計算するのが好適である。また、前記分析部において、前記対象物内部における前記脂質の散乱強度の情報を保持し、前記脂質の分布に関する複数の解の中から、前記散乱強度の情報に最も整合する解を選択するのが好適である。
It is preferred that the optical fiber has a cut-off wavelength shorter than 1.53 μm. The analysis unit extracts a spectrum component having an absorption peak in a wavelength range of 1.70 to 1.75 μm from the spectrum of the interference light , and generates lipid distribution information and tomographic structure information based on the spectrum component. It is preferable to calculate a tomographic image showing lipid distribution by analyzing the lipid distribution information and the tomographic structure information together. In the analysis unit, the information on the scattering intensity of the lipid inside the object is held, and a solution that most closely matches the information on the scattering intensity is selected from a plurality of solutions related to the lipid distribution. Is preferred.
本発明の光学的測定装置は、(1) 近位端と遠位端との間で光を伝送する光ファイバと、前記近位端において前記光ファイバと接続されている光コネクタと、前記遠位端において前記光ファイバと接続され、前記光ファイバの前記遠位端から出射される光を集光する集光光学系と、前記遠位端において前記光ファイバと接続され、前記光ファイバの前記遠位端から出射される光を偏向する偏向光学系と、前記光ファイバを包囲して前記光ファイバに沿って延び、前記光ファイバ,前記光コネクタ,前記集光光学系および前記偏向光学系に対して回転自在であるジャケットチューブとを備える光プローブと、(2) 波長帯域1.6μm〜1.8μmにおいて光を発生させる光源と、(3) 前記光源から発せられた光を2分岐して照明光および参照光として出力する光分岐部と、(4) 前記波長帯域において光を検出する光検出器と、(5) 前記波長帯域において光減衰スペクトルを分析して当該分析結果を画像情報として取得する分析部とを含み、(6) 前記光分岐部から出力された照明光を前記光ファイバの前記近位端に入射させ前記遠位端から出射させて対象物に照射し、その照射に伴い前記対象物で生じた後方反射光を前記光ファイバの前記遠位端に入射させ前記近位端から出射させて前記光検出器に導くとともに、前記光分岐部から出力された参照光をも前記光検出器に導いて、前記後方反射光と前記参照光とによる干渉光を前記光検出器により検出し、前記分析部により前記干渉光のスペクトルをフーリエ解析することにより前記対象物の断層構造情報を生成するとともに、前記干渉光のスペクトルにおける光の吸収を分析することにより前記対象物内部における脂質の分布情報を生成し、前記断層構造情報と前記脂質の分布情報とを合わせて解析することで、前記対象物内部における前記脂質の分布を表示した断層画像を計算する。
The optical measurement device of the present invention includes (1) an optical fiber that transmits light between a proximal end and a distal end, an optical connector connected to the optical fiber at the proximal end, and the far end. A condensing optical system for condensing light emitted from the distal end of the optical fiber, connected to the optical fiber at the distal end, and connected to the optical fiber at the distal end; A deflecting optical system for deflecting light emitted from the distal end; and extending along the optical fiber so as to surround the optical fiber; and to the optical fiber, the optical connector, the condensing optical system, and the deflecting optical system. An optical probe including a jacket tube that is rotatable with respect to the optical axis; (2) a light source that generates light in a wavelength band of 1.6 μm to 1.8 μm; Output as illumination light and reference light An optical branching unit, (4) a photodetector for detecting light in the wavelength band, and (5) an analysis unit for analyzing a light attenuation spectrum in the wavelength band and acquiring the analysis result as image information. (6) Illumination light output from the light branching unit is incident on the proximal end of the optical fiber and emitted from the distal end to irradiate the object, and the object is generated along with the irradiation. Back-reflected light is incident on the distal end of the optical fiber, is emitted from the proximal end, is guided to the photodetector, and the reference light output from the optical branching unit is also guided to the photodetector. Detecting interference light caused by the backward reflected light and the reference light by the photodetector, and generating tomographic structure information of the object by Fourier-analyzing the spectrum of the interference light by the analysis unit ; Interference light spectrum Definitive by analyzing the absorption of light to generate distribution information of lipids in the interior of the object, the tomographic structure information and said by by combining the distribution information of the lipid analysis, the distribution of the lipid inside the object The tomographic image displaying is displayed.
Claims (4)
波長帯域1.6μm〜1.8μmにおいて光を発生させる光源と、
前記光源から発せられた光を2分岐して照明光および参照光として出力する光分岐部と、
前記波長帯域において光を検出する光検出器と、
前記波長帯域において光減衰スペクトルを分析して当該分析結果を画像情報として取得する分析部と
を含み、
前記光分岐部から出力された照明光を前記光ファイバの前記近位端に入射させ前記遠位端から出射させて対象物に照射し、その照射に伴い前記対象物で生じた後方反射光を前記光ファイバの前記遠位端に入射させ前記近位端から出射させて前記光検出器に導くとともに、前記光分岐部から出力された参照光をも前記光検出器に導いて、前記後方反射光と前記参照光とによる干渉光を前記光検出器により検出し、前記分析部により前記後方反射光のスペクトルを分析することにより、前記対象物の断層構造情報と前記対象物内部における物質の分布情報とを生成し、前記断層構造情報と前記物質の分布情報とを合わせて解析することで、前記対象物内部における前記物質の分布を表示した断層画像を計算する、
光学的測定装置。 An optical fiber for transmitting light between a proximal end and a distal end; an optical connector connected to the optical fiber at the proximal end; and an optical fiber connected to the optical fiber at the distal end; A condensing optical system that collects light emitted from the distal end of the fiber, and a deflection that is connected to the optical fiber at the distal end and deflects light emitted from the distal end of the optical fiber Light comprising: an optical system; and a jacket tube that surrounds the optical fiber and extends along the optical fiber, and is rotatable with respect to the optical fiber, the optical connector, the condensing optical system, and the deflection optical system A probe,
A light source that generates light in a wavelength band of 1.6 μm to 1.8 μm;
A light branching unit that splits the light emitted from the light source into two to output as illumination light and reference light;
A photodetector for detecting light in the wavelength band;
An analysis unit that analyzes a light attenuation spectrum in the wavelength band and acquires the analysis result as image information,
Illumination light output from the light branching unit is incident on the proximal end of the optical fiber and emitted from the distal end to irradiate the object. The light is incident on the distal end of the optical fiber, is emitted from the proximal end, is guided to the photodetector, and the reference light output from the optical branching unit is also guided to the photodetector, and the back reflection is performed. The interference light by the light and the reference light is detected by the photodetector, and the tomographic structure information of the object and the distribution of the substance in the object are analyzed by analyzing the spectrum of the back reflected light by the analysis unit. Generating information and calculating the tomographic image displaying the distribution of the substance in the object by analyzing the tomographic structure information and the distribution information of the substance together,
Optical measuring device.
請求項1に記載の光学的測定装置。 The optical fiber has a cutoff wavelength shorter than 1.53 μm;
The optical measuring device according to claim 1.
請求項1または2に記載の光学的測定装置。 The analysis unit extracts a spectrum component having an absorption peak in a wavelength range of 1.70 to 1.75 μm from the spectrum of the back reflected light, and generates lipid distribution information and tomographic structure information based on the spectrum component. Then, by analyzing the lipid distribution information and the tomographic structure information together, the tomographic image displaying the lipid distribution is calculated.
The optical measuring device according to claim 1 or 2.
請求項1または2に記載の光学的測定装置。 In the analysis unit, information on the scattering intensity of the predetermined substance in the object is held, and a solution that most closely matches the information on the scattering intensity is selected from a plurality of solutions related to the distribution of the predetermined substance. ,
The optical measuring device according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014188811A JP5700165B2 (en) | 2014-09-17 | 2014-09-17 | Optical measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014188811A JP5700165B2 (en) | 2014-09-17 | 2014-09-17 | Optical measuring device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012193316A Division JP5708599B2 (en) | 2012-09-03 | 2012-09-03 | Optical probe |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015027531A true JP2015027531A (en) | 2015-02-12 |
JP5700165B2 JP5700165B2 (en) | 2015-04-15 |
Family
ID=52491688
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014188811A Active JP5700165B2 (en) | 2014-09-17 | 2014-09-17 | Optical measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5700165B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000097846A (en) * | 1998-09-21 | 2000-04-07 | Olympus Optical Co Ltd | Optical scanning probe device |
JP2003121347A (en) * | 2001-10-18 | 2003-04-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | Method and apparatus for measuring glucose concentration |
JP2010529465A (en) * | 2007-06-08 | 2010-08-26 | プレサイエント メディカル, インコーポレイテッド | Optical catheter configuration combining Raman spectroscopy with fiber optic low coherence reflectometry |
JP2012010776A (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Fujifilm Corp | Tomographic image processing apparatus and method, and optical interference tomographic image diagnostic apparatus |
-
2014
- 2014-09-17 JP JP2014188811A patent/JP5700165B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000097846A (en) * | 1998-09-21 | 2000-04-07 | Olympus Optical Co Ltd | Optical scanning probe device |
JP2003121347A (en) * | 2001-10-18 | 2003-04-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | Method and apparatus for measuring glucose concentration |
JP2010529465A (en) * | 2007-06-08 | 2010-08-26 | プレサイエント メディカル, インコーポレイテッド | Optical catheter configuration combining Raman spectroscopy with fiber optic low coherence reflectometry |
JP2012010776A (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Fujifilm Corp | Tomographic image processing apparatus and method, and optical interference tomographic image diagnostic apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5700165B2 (en) | 2015-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5120509B1 (en) | Optical probe and optical measurement method | |
JP6770109B2 (en) | Omnidirectional visual device | |
US9435956B1 (en) | Spectroscopic imaging probes, devices, and methods | |
US8804115B2 (en) | Systems and methods for performing optical spectroscopy using a self-calibrating fiber optic probe | |
JP5522305B1 (en) | Optical measurement system and method of operating the same | |
US20130100439A1 (en) | Smart fiber optic sensors systems and methods for quantitative optical spectroscopy | |
US10357161B1 (en) | Infrared otoscope for characterization of effusion | |
JP5959652B2 (en) | Scattered light measuring device | |
WO2017165511A1 (en) | Multi-channel optical fiber rotary junction | |
US8687928B2 (en) | Optical characteristic measuring probe | |
US9128249B2 (en) | Optical probe and optical measuring method | |
JP2006300801A (en) | Optical coherent tomography unit | |
WO2015025932A1 (en) | Optical probe and optical measurement method | |
JP2006191937A (en) | Variable wavelength light generator for light interference tomography for tooth and light interference tomographic apparatus for tooth | |
JP5700165B2 (en) | Optical measuring device | |
JP5545423B1 (en) | Optical measuring device | |
JP5708599B2 (en) | Optical probe | |
JP5505553B2 (en) | Optical measuring device | |
US20220225881A1 (en) | Infrared otoscope for characterization of effusion | |
US20170188834A1 (en) | Imaging and/or pressure measurement catheter and method for use thereof | |
US20150159991A1 (en) | Oct device | |
JP7401527B2 (en) | Integrated fiber for optical shape sensing and spectral tissue sensing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141106 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141202 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141217 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150120 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150202 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5700165 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
S534 | Written request for registration of change of nationality |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313534 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |