JP2015129741A - 光干渉断層撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＣＴ画質低下および部品コスト増加を抑制することができてスキャントリガ信号を発生させることができる光干渉断層撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の光干渉断層撮像装置は、レーザ発振波長および出力パワーが時間とともに変化するレーザ光を出力する光源と、前記光源から出力される第１レーザ光を測定光と参照光に分岐し、前記測定光を前記対象物に照射するために出力し、前記参照光を参照光路に伝搬させ、前記対象物から後方散乱された測定光と前記参照光路を伝搬した参照光とを合波して出力し、透過率が前記光源の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有する干渉光学系と、前記干渉光学系から出力された測定光と参照光とが干渉してなる干渉光を検出して、その干渉光強度に応じた値の第１電気信号を発生させるＯＣＴ検出器と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光の干渉を用いて対象物の断層像を撮影する光干渉断層撮像装置に関するものである。

血管などの生体組織の断層像を撮影する技術として、光干渉断層撮像（ＯＣＴ：Opticalcoherence tomography）が知られている。ＯＣＴは、対象物に測定光を照射して反射された光と、参照光路を経由した光とを干渉させ、その干渉光を検出して解析することにより、測定光の光路上の光学反射率の分布を測定する技術である。

光ファイバを内蔵したカテーテルを用いて、血管の内腔から血管壁に測定光を照射してＯＣＴ測定を行い、さらに血管内壁を測定光で走査することにより、血管の断面内の光学反射率の分布を２次元または３次元で測定することができる。血管を構成する内膜、中膜、外膜や、プラーク病変を構成する脂質、石灰質、繊維質は、それぞれ異なった反射率分布を有するので、ＯＣＴによる血管断層画像から、プラークの組成を識別することができる。

ＯＣＴを実現する方式の一つとして波長掃引光源型ＯＣＴ（ＳＳ-ＯＣＴ：Swept Source Optical Coherence Tomography）が知られている。これは、レーザ発振波長が時間の関数として周期的に変化する波長掃引光源を用い、この波長掃引光源からの出力光を２分岐して測定光および参照光とし、測定光が対象物に照射されて該対象物で反射された測定光と参照光路を伝搬した参照光とが干渉してなる干渉光を光検出器で検出して電気信号に変換する。そして、この電気信号を時間の関数として記録することで干渉光のスペクトルを取得し、このスペクトルを周波数解析することで測定光の光路上の光学反射率の分布を得ることができる。

ＳＳ-ＯＣＴにおいては、時間の関数として記録された電気信号を波数（波長の逆数に相当）の関数に変換する必要があり、そのためには光源の発振波長と時間との関係を測定することが必要である。特に、波長の掃引が一定の位相に達したことを検出してスキャントリガ信号を生成し、このスキャントリガ信号を用いることで時間の関数としての電気信号を波長の関数へ変換することが必要である。

スキャントリガ信号を発生させる方法として、特許文献１に記載されているように、特定波長の光を選択的に反射するＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用い、このＦＢＧを経由させて光源の出力光を検出することで、発振波長が特定波長に達したタイミングを検出する方法が知られている。また、光源からの出力光のパワーをモニタして一定閾値に達したタイミングを検出する方法も知られている。後者の方法は、波長掃引光源が波長の変化に付随して出力パワーの変化も伴うことを利用するものである。

特開２０１２−２３９５１４号公報

しかしながら、ＦＢＧを用いる方法は、ＦＢＧの反射波長が温度や歪みによって変動することで誤差が生じる問題があり、また、ＦＢＧにより装置の部品コストが増える問題もある。

光源の出力パワーをモニタする方法は、上記のようなＦＢＧ特有の問題が生じず、構成が簡便である。ただし、閾値に達したタイミングを高い精度で検出するためには、光源の波長変化に伴うパワーの変化が大きいことが好ましいが、パワーの変化を大きくすると、干渉光のパワーも波長によって大きく変化することとなり、一部の波長でＳＮ比が低下するか検出器が飽和することで、ＯＣＴの画質が低下する問題がある。

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、ＯＣＴ画質低下および部品コスト増加を抑制することができてスキャントリガ信号を発生させることができる光干渉断層撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の光干渉断層撮像装置は、光の干渉を用いて対象物の断層像を撮影する光干渉断層撮像装置であって、レーザ発振波長および出力パワーが時間とともに変化するレーザ光を出力する光源と、前記光源から出力される第１レーザ光を測定光と参照光に分岐し、前記測定光を前記対象物に照射するために出力し、前記参照光を参照光路に伝搬させ、前記対象物から後方散乱された測定光と前記参照光路を伝搬した参照光とを合波して出力し、透過率が前記光源の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有する干渉光学系と、前記干渉光学系から出力された測定光と参照光とが干渉してなる干渉光を検出して、その干渉光強度に応じた値の第１電気信号を発生させるＯＣＴ検出器と、前記光源から出力され、前記第１レーザ光の光強度と実質的に比例関係にある光強度を有する第２レーザ光を検出して、その光強度に応じた値の第２電気信号を発生させるモニタ検出器と、前記第２電気信号に基いて定められた期間に亘って前記第１電気信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を周波数解析して光干渉断層画像データを生成する分析部と、を備える。

本発明の光干渉断層撮像装置では、前記光源は、レーザ光を出力する時間範囲の少なくとも一部の時間範囲において、出力するレーザ光のレーザ発振波長および出力パワーが時間とともに単調に変化するとともに、前記一部の時間範囲に出力される波長範囲において出力パワーが波長に対して第１の符号で単調に変化し、前記干渉光学系は、前記波長範囲において前記第１の符号と逆の第２の符号で透過率が波長に対して単調に変化する透過率を有し、前記ＡＤ変換器は、前記一部の時間範囲において前記第２レーザ光の光強度が閾値に達することを検出して前記ＯＣＴ電気信号のデジタル信号への変換の開始のタイミングを決定するのが好適である。なお、第１の符号および第２の符号のうち一方は正であり、他方は負である。

本発明の光干渉断層撮像装置は、前記干渉光学系から出力された前記測定光および参照光が合波されてなる出力光の光強度を検出する出力光モニタ検出器をさらに備え、前記分析部は、前記出力光の光強度の変化を分析することで、前記レーザ発振波長の中心値の変化を検出するのが好適である。

本発明によれば、ＯＣＴ画質低下および部品コスト増加を抑制することができてスキャントリガ信号を発生させることができる。

第１実施形態の光干渉断層撮像装置１の構成を示す図である。 遠位端１１ｂにおけるＯＣＴカテーテル１０の断面を示す図である。 第１実施形態の光干渉断層撮像装置１の動作を説明する図である。 第１実施形態の光干渉断層撮像装置１の動作を説明する図である。 比較例の光干渉断層撮像装置の動作を説明する図である。 比較例の光干渉断層撮像装置の動作を説明する図である。 第２実施形態の光干渉断層撮像装置２の構成を示す図である。 第２実施形態の光干渉断層撮像装置２の動作を説明する図である。

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。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、第１実施形態の光干渉断層撮像装置１の構成を示す図である。光干渉断層撮像装置１は、ＯＣＴカテーテル１０および測定部３０を備え、対象物３の光干渉断層画像を撮影し取得する。

ＯＣＴカテーテル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、集光光学系１３および偏向光学系１４を包囲するキャップ１５と、光ファイバ１１を包囲して延びるサポートチューブ１６およびジャケットチューブ１７と、を備える。ジャケットチューブ１７の内腔には媒質１８が満たされている。コネクタ１２は、測定部３０の一部であるプローブ回転移動機構４４に光学的および電気的に接続される。

光ファイバ１１は、１〜３ｍ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１.２〜１.４μｍまたは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、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１１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。

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）レンズが融着接続されている。さらに、GRINレンズの先端は傾斜端面が形成されており、この傾斜端面が光を反射させることで偏向光学系１４として機能する。集光光学系１３および偏向光学系１４を光が経由することにより、光が径方向に収束しながら出射する。

GRINレンズ（集光光学系１３および偏向光学系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１.２μｍ〜１.４μｍまたは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。図２に示すように、ミラーは、円柱形のガラスに、GRINレンズの軸に対して３５〜４４度の角度θ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反射率を高めることが好適である。

キャップ１５は、ウレタンアクリレート樹脂またはエポキシ樹脂で構成され、１.２μｍ〜１.４μｍまたは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。キャップ１５は、集光光学系１３および偏向光学系１４を機械的に保護するとともに、偏向光学系１４のミラーの界面に接するように空気を閉じ込め、全反射によるミラーを実現する機能を有する。

光ファイバ１１はサポートチューブ１６の内腔に収納されている。サポートチューブ１６は、光ファイバ１１の先端部およびコネクタ１２に固定されている。その結果、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１６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、キャップ１５およびサポートチューブ１６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１１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。

サポートチューブ１６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１６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。

光ファイバ１１、集光光学系１３、偏向光学系１４、キャップ１５およびサポートチューブ１６は、ジャケットチューブ１７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、キャップ１５、媒質１８およびジャケットチューブ１７を透過して、対象物３へ照射される。

ジャケットチューブ１７は、ポリアミド（例として、ナイロン、ポリエーテルブロックアミド）、フッ素樹脂（例として、ＦＥＰ、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリオレフィン（例として、ポリエチレン、ポリプロピレン）のいずれかの材料で構成され、３０〜１００μｍの厚さを有し、波長１.２μｍ〜１.４μｍまたは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。ＯＣＴ測定では、空間分解能は通常は３０μｍ以下であり、ジャケットチューブ１７の内面および外面の反射を区別して検出し、これを分散補償などの校正のために用いるので、ジャケットチューブ１７の厚さはＯＣＴ測定の空間分解能よりも厚いことが望ましい。

ジャケットチューブ１７の内腔に満たされた媒質１８は液体または気体である。媒質１８は、ジャケットチューブ１７と異なる屈折率を有するように選択される。それにより、ジャケットチューブ１７と媒質１８との界面において、光を部分的に反射する。部分的に反射された光は、対象物３において後方散乱された光と同様に測定部３０で検出される。それにより、光ファイバ１１が光を伝達していることを確認するために使用することができる。媒質１８としては、シリコーンオイル、生理食塩水、デキストラン水溶液、空気、窒素ガス、炭酸ガスなどが上記の目的に適しており好ましい。

測定部３０は、レーザ発振波長および出力パワーが時間とともに変化するレーザ光を２つのポートから出力する光源３１と、光源３１の第１ポートから出力された第１レーザ光を測定光と参照光と分岐して伝搬させたのち出力する干渉光学系４０と、測定光と参照光とが干渉してなる干渉光を検出してＯＣＴ電気信号を出力するＯＣＴ検出器３２と、光源３１の第２ポートから出力され、第1レーザ光と実質的に比例関係にある第２レーザ光を検出してモニタ電気信号を出力するモニタ検出器３３と、モニタ電気信号に基づいてＯＣＴ電気信号の必要区間をデジタル化してデジタル信号を出力するＡＤ変換器３４と、デジタル信号に対して周波数解析などの信号処理を行なって対象物３の断層像を生成して断層像の画像データを出力する分析部３５と、画像データを表示や記録のために外部へ出力する出力部３６と、を備える。

なお、光源３１の２つの出力ポートは、レーザ共振器の中の別個の２つの部位それぞれから共振器内の光の一部を分岐させて構成することができる。また、光源３１の２つの出力ポートは、共振器の共通の１つの部位から分岐させた光を更に２つに分岐させても良い。また、光源３１およびモニタ検出器３３は光源システムとして１つの筐体に収納されていても良い。この場合は、光源システムは第１レーザ光およびモニタ電気信号を出力する。また、出力されるモニタ電気信号は、第２レーザ光の光パワーに対応するアナログ信号であっても良いが、それに対して閾値処理などを施したデジタル信号であっても良く、それによって雑音の影響を低減することができる。

干渉光学系４０は、光源３１の第１ポートから出力された光を第１ポート４１ａに入力して該入力光を測定光と参照光とに分岐し該測定光および該参照光を別個のポートから出力する光カプラ４１と、測定光をＯＣＴカテーテル１０のコネクタ１２内の光ファイバ１１に結合するプローブ回転移動機構４４と、参照光を装置内の空間に出力する参照光ポート４２と、その出力された参照光を所定の光路長だけ参照光路を伝搬させた後に反射して再び参照光ポートに結合する参照鏡４３とを有する。

プローブ回転移動機構４４から出力された測定光は、コネクタ１２により光ファイバ１１の近位端１１ａに結合され、光ファイバ１１により導光されて遠位端１１ｂから出射され、集光光学系１３、偏向光学系１４、キャップ１５を経て対象物３に照射される。対象物３において後方散乱された測定光は、キャップ１５，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から出力され、コネクタ１２によりプローブ回転移動機構４４に結合され、光カプラ４１を通過して光カプラ４１の第２ポート４１ｂから出力されてＯＣＴ検出器３２に導光される。参照鏡４３で反射された参照光は、参照光ポート４２に結合され、光カプラ４１を通過して光カプラ４１の第２ポート４１ｂから出力されてＯＣＴ検出器３２に導光される。対象物３で後方散乱された測定光と参照光とが干渉してなる干渉光は、ＯＣＴ検出器３２により検出され、干渉光のパワーに応じた値のＯＣＴ電気信号がＯＣＴ検出器３２で生成される。

モニタ検出器３３は、光源３１の第２ポートから出力された光を検出し、その光のパワーに応じた値のモニタ電気信号がモニタ検出器３３で生成される。ＯＣＴ検出器３２で生成されたＯＣＴ電気信号、および、モニタ検出器３３で生成されたモニタ電気信号は、分析部３５に入力される。分析部３５により、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光学的な後方散乱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、ＯＣＴ画像信号として出力部３６から出力される。

本実施形態では、干渉光学系４０の透過率は、光源３１の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有する。ここで、干渉光学系４０の透過率とは、測定光の透過率または参照光の透過率である。干渉光学系４０における測定光の透過率および参照光の透過率のうち少なくとも一方が、光源３１の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有する。測定光の透過率は、光カプラ４１の第１ポート４１ａからプローブ回転移動機構４４までの透過率と、プローブ回転移動機構４４から光カプラ４１の第２ポート４１ｂまでの透過率との積である。また、参照光の透過率は、光カプラ４１の第１ポート４１ａから参照鏡４３を経由して光カプラ４１の第２ポート４１ｂに至る光路の透過率である。また、波長依存性が逆であるとは、必ずしも厳密に互いに逆数の関係にあることを必要とせず、光源３１の発振波長範囲において線形近似したときの波長依存性の傾きの符号が互いに逆であれば良い。

本実施形態では、測定光および参照光がＯＣＴ検出器３２に入射し、測定光パワー、参照光パワー、測定光と参照光とが干渉してなる干渉光パワーの和に比例した電気信号が発生する。このとき、参照光パワーを測定光パワーよりも十分に大きくすることが好ましく、それによって、測定光路中の多重反射によるＯＣＴ画像上の雑音の発生を低減できる。したがって、参照光の透過率は、光源３１の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有することが望ましい。

図３および図４は、第１実施形態の光干渉断層撮像装置１の動作を説明する図である。図３は、(a) 光源３１の発振波長、(b) 光源３１の出力パワー、(c) ＯＣＴ検出器３２から出力されるＯＣＴ電気信号、(d) モニタ検出器３３から出力されるモニタ電気信号、(e) ＡＤ変換器３４におけるスキャントリガ信号、および、(f) ＡＤ変換器３４から出力されるデジタル信号、それぞれの時間変化を示す。図４は、(a) 光源３１の出力パワー、(b) 干渉光学系４０の透過率、および、(c) 干渉光学系４０の透過パワー、それぞれの波長依存性を示す。

図３（ａ）に示すように、光源３１の発振波長は、時間の関数として周期的に鋸歯状に掃引される。波長掃引の周期はＴ0であり、各周期Ｔ0において、期間Ｔ1は長波長方向への掃引であり、期間Ｔ2は短波長方向への掃引である。掃引方向によってコヒーレンス長や雑音などの光源３１の性能が変わりうるので、長波長方向への掃引のみ（または、短波長方向への掃引のみ）をＯＣＴ測定に用いるのが好適である。ただし、本発明は両方向の掃引を用いることも可能である。光源３１の出力パワーは図４（ａ）に示すように波長依存性を持つ。それ故、図３（ｂ）に示すように、光源３１の出力パワーも波長の掃引に付随して時間の関数として周期的に変化する。

本実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、干渉光学系４０の透過率は、光源３１の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有する。このような透過スペクトルを干渉光学系４０が持つことで、干渉光学系４０の透過パワーは図４（ｃ）に示すように波長依存性が低減される。なお、干渉光学系４０の透過パワーは、光源３１の出力パワーと干渉光学系４０の透過率との積となる。

参照光の場合、透過光パワーは、光カプラ４１の第２ポート４１ｂにおける参照光パワーに等しい。これに対して、測定光の場合は、ＯＣＴカテーテル１０の透過率および対象物３の透過率が含まれないので、透過光パワーは、必ずしも光カプラ４１の第２ポート４１ｂにおける測定光パワーに一致しない。しかし、後者の場合、ＯＣＴカテーテル１０の透過率や対象物３の透過率はランダムに変動しうるので、光カプラ４１の第２ポート４１ｂにおける測定光パワーの波長依存性は統計的には低減される。

図４（ｃ）のように干渉光学系４０の透過パワーの波長依存性が低減されることにより、図３（ｃ）に示すように、ＯＣＴ検出器３２から出力されるＯＣＴ電気信号は、光源３１の出力パワーの変動に起因する時間的変動が抑制される。

一方で、光源３１の出力パワーは、波長の掃引に同期して周期的に変動し、長波長方向への掃引の開始からＴｂの時間においては時間に対して単調に増加する。それにより、図３（ｄ）に示すように、モニタ検出器３３から出力されるモニタ電気信号は、時間の関数として周期的に変動し、同様に時間Ｔｂにわたって時間に対して単調に増加する。ＡＤ変換器３４は、モニタ電気信号が所定の閾値を所定の方向に越えて変化した際に、図３（ｅ）に示すように変換開始トリガ（スキャントリガ信号）を発生させ、変換開始トリガが発生すると取り込み時間Ｔａに亘ってＯＣＴ電気信号をデジタル変換して記録する。閾値は時間Ｔａにおけるモニタ電気信号の変動範囲内となるように設定される。また、取り込み時間Ｔａは掃引時間Ｔ1から所定のマージンを減じた時間に設定される。その結果、図３（ｆ）に示すようにデジタル信号が得られる。このデジタル信号を周波数解析することで、ＯＣＴ画像データが得られる。なお、所定の取り込み時間Ｔａに亘ってデジタル信号を取得する代わりに、所定の取り込みサンプル数Ｎのデジタル値を取得することでも良く、また、モニタ電気信号にもう一つの閾値を設定して変換終了トリガを発生させても良い。

光源３１の出力パワーは、波長の掃引に同期して変動しうるが、それとは別の要因で光環境温度などによってゆるやかに変化することがある。そのような変化は、上記の方法で生成されるスキャントリガのタイミングにおける誤差の原因となる。このような誤差を低減するために、光源３１は、波長掃引の周期よりも長い時間における出力パワーの平均値が一定となるよう制御されることが望ましい。そのような制御は、光源３１の出力パワーをモニタ検出器３３により計測して、その計測値が所定値から差分を生じた場合に、その差分に基づいて光源３１の内部のゲインを調整するなどの方法で実現できる。

ここで、上述した本実施形態と対比されるべき比較例について説明する。図５および図６は、比較例の光干渉断層撮像装置の動作を説明する図である。図５は、(a) 光源３１の発振波長、(b) 光源３１の出力パワー、および、(c) ＯＣＴ検出器３２から出力されるＯＣＴ電気信号、それぞれの時間変化を示す。図６は、(a)光源３１の出力パワー、(b) 干渉光学系４０の透過率、および、(c)干渉光学系４０の透過パワー、それぞれの波長依存性を示す。

図５（ａ）に示すように、光源３１の発振波長は時間とともに掃引され、図６（ａ）に示すように、光源３１の出力パワーは波長依存性を持っているので、図５（ｂ）に示すように、光源３１の出力パワーも時間とともに変化する。しかし、比較例では、図６（ａ），（ｂ）に示すように、干渉光学系４０の透過率は、光源３１の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有しておらず、波長に依らず略一定である。したがって、図６（ｃ）に示すように、干渉光学系４０の透過パワーも時間と共に大きく変化する。その結果、図５（ｃ）に示すように、ＯＣＴ検出器３２から出力されるＯＣＴ電気信号は時間とともに大きく変動する。

そして、比較例では、一部の期間においてＯＣＴ電気信号の値がＡＤ変換器３４の飽和レベルを超えることになる。飽和レベルを超えたＯＣＴ電気信号はＡＤ変換器３４により正しくデジタル化されないので、このような場合のデジタル信号から生成されたＯＣＴ画像データは画質が低下する。ＯＣＴ電気信号を減衰させれば飽和を避けることは可能であるが、その場合はＯＣＴ電気信号のレベルの低い部分がさらに減衰されるのでＳＮ比が低下し、やはりＯＣＴ画像データの画質は低下する。

このような問題が比較例では存在するのに対して、本実施形態では、光源３１の出力パワーの時間変化に基いて掃引のタイミングを取得することができるとともに、ＯＣＴ電気信号の時間変化を抑制することができる。本実施形態では、ＯＣＴ画質低下および部品コスト増加を抑制することができてスキャントリガ信号を発生させることができる。本実施形態では、ＯＣＴ検出器３２の飽和やＳＮ比の低下によるＯＣＴ画像データの画質の低下を防ぐことができる。

また、本発明の第２実施形態として、図１に示す構成に替えて、図７に示す光干渉断層撮像装置２を用いることも好適である。図７は、第２実施形態の光干渉断層撮像装置２の構成を示す図である。図１に示す構成と比較すると、図７に示す構成は、干渉光学系４０に替えてバランス型干渉光学系５０を備える点で相違し、ＯＣＴ検出器３２に替えてバランス型ＯＣＴ検出器６０を備える点で相違する。

干渉光学系５０は、第１光カプラ５１，第２光カプラ５２，光サーキュレータ５３，第１参照光ポート５４，参照鏡５５および第２参照光ポート５６を含む。第１光カプラ５１は、光源３１の第１ポートから出力された光を第１ポート５１ａに入力して、該入力光を測定光と参照光とに分岐し、該測定光および該参照光を別個のポートから出力する。光サーキュレータ５３は、第１光カプラ５１からの測定光をプローブ回転移動機構４４に結合するとともに、プローブ回転移動機構４４からの測定光を第２光カプラ５２に結合する。

また、第１光カプラ５１からの参照光は、第１参照光ポート５４から空間に出射され、所定の光路長だけ参照光路を伝搬させた後に参照鏡５５で折り返されて第２参照光ポート５６に結合する。第２参照光ポート５６に結合した参照光は、第２光カプラ５２に結合する。第２光カプラ５２は、測定光と参照光とを干渉させて第１出力ポート５２ａおよび第２出力ポート５２ｂから出力する。第１および第２の出力ポート５２ａ，５２ｂから出力された測定光および参照光は、バランス型ＯＣＴ検出器６０により検出される。

バランス型ＯＣＴ検出器６０は、第１光検出器６１、第２光検出器６２および差分回路６３を含む。第１光検出器６１は、第１出力ポート５２ａから出力された測定光および参照光を検出する。第２光検出器６２は、第２出力ポート５２ｂから出力された測定光および参照光を検出する。差分回路６３は、２つの光検出器６１および６２それぞれで検出された電気信号の差分を取り、その差分を増幅することでＯＣＴ電気信号を生成し、第１電気出力ポート６４から出力する。出力されたＯＣＴ電気信号はＡＤ変換器３４でデジタイズされる。また、１つの光検出器６２からは干渉光学系５０からの出力光のパワーに対応する出力モニタ電気信号が生成され、その出力モニタ電気信号が第２電気出力ポート６５から出力される。出力モニタ電気信号は、第２ＡＤ変換器３７でデジタイズされ、分析部３５で解析される。

図８は、第２実施形態の光干渉断層撮像装置２の動作を説明する図である。図８は、(a) 光源３１の発振波長、(b) 光源３１の出力パワー、(c) バランス型ＯＣＴ検出器６０から出力されるＯＣＴ電気信号、(d) モニタ検出器３３から出力されるモニタ電気信号、(e) ＡＤ変換器３４におけるスキャントリガ信号、および、(f) ＡＤ変換器３４から出力されるデジタル信号、それぞれの時間変化を示す。光源３１の出力パワー、干渉光学系５０の透過率および干渉光学系５０の透過パワーそれぞれの波長依存性は、図４に示すものと同じである。

図８（ａ）に示すように、光源３１の発振波長は、時間の関数として周期的に三角波状に掃引される。波長掃引の周期はＴ0であり、各周期Ｔ0において、期間Ｔ1は長波長方向への掃引であり、期間Ｔ2は短波長方向への掃引である。掃引方向によってコヒーレンス長や雑音などの光源３１の性能が変わりうるので、長波長方向への掃引のみ（または、短波長方向への掃引のみ）を光源３１から出力してＯＣＴ測定に用い、短波長方向への掃引は出力しない。光源３１の出力パワーは図４（ａ）に示すように波長依存性を持つ。それ故、図８（ｂ）に示すように、光源３１の出力パワーも波長の掃引に付随して時間の関数として周期的に変化する。

本実施形態においては、ＯＣＴ電気信号の振幅は参照光および測定光それぞれの振幅の積に比例することから、干渉光学系５０の測定光の透過率と参照光の透過率との相乗平均で表される透過率は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、光源３１の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有することが好適である。このとき、干渉光学系５０から出力される参照光と測定光とのパワーの相乗平均として表される透過パワーは、図４（ｃ）に示すように波長依存性が低減される。

図４（ｃ）のように干渉光学系５０の透過パワーの波長依存性が低減されることにより、図８（ｃ）に示すように、バランス型ＯＣＴ検出器６０から出力されるＯＣＴ電気信号は、光源３１の出力パワーの変動に起因する時間的変動が抑制される。

その結果、図３（ｄ）〜（ｆ）に示されたのと同様に、モニタ電気信号、変換開始トリガ（スキャントリガ信号）、デジタル信号が得られる。

本実施形態では、測定光および参照光をバランス検出することで、測定光パワーおよび参照光パワーの変動によるＯＣＴ電気信号の変動への影響が低減されるので、ＯＣＴ電気信号の飽和によるＯＣＴ画像の乱れを低減することができ、反射率が大きく変動する対象物でも乱れのないＯＣＴ画像を撮影することが可能となる。

光源３１の出力パワーのゆるやかな変化によるスキャントリガのタイミングの誤差を低減するために、光源３１は、波長掃引の周期よりも長い時間における出力パワーの平均値が一定となるよう制御されることが望ましい。一方で、周期的に掃引される発振波長の中心値も、環境温度などによってゆるやかに変動する場合がある。このような中心波長の変化は、測定光と参照光との干渉光のスペクトルを解析して対象物中の物質を検出する解析を行なう場合に解析エラーの原因となりうる。

本実施形態では、干渉光学系から出力される光のパワーに対応する出力モニタ電気信号は、第２ＡＤ変換器３７でデジタイズされ分析部３５で解析される。分析部３５では、光源３１における波長掃引の周期よりも長い時間に渡って、出力モニタ電気信号を平均化して平均値を算出する。この平均値は、干渉光学系５０から出力される測定光および参照光のパワーの平均値を表している。本実施形態では、光源３１からの出力パワーは平均値が一定となるように制御され、さらに、図４（ｂ）に示すように測定光および参照光の透過率は波長に対して単調な変化を有していることから、出力モニタ電気信号の平均値の変化を検出することで、光源３１の発振波長の中心値の変化を検出することができる。モニタ検出器３３の出力と第２ＡＤ変換器３７の出力との比から、中心波長が測定光および参照光の透過率が大きな方向に動いたか小さな方向に動いたかを検出することができる。検出された波長の変化に基いてスペクトル解析を行なうことで、光源３１の発振波長の中心値が変化する場合においてもスペクトル解析の精度を維持することが可能である。

１，２…光干渉断層撮像装置、３…対象物、１０…ＯＣＴカテーテル、１１…光ファイバ、１１ａ…近位端、１１ｂ…遠位端、１２…コネクタ、１３…集光光学系、１４…偏向光学系、１５…キャップ、１６…サポートチューブ、１７…ジャケットチューブ、１８…媒質、３０…測定部、３１…光源、３２…ＯＣＴ検出器、３３…モニタ検出器、３４…ＡＤ変換器、３５…分析部、３６…出力部、３７…第２ＡＤ変換器、４０…干渉光学系、４１…光カプラ、４２…参照光ポート、４３…参照鏡、４４…プローブ回転移動機構、５０…バランス型干渉光学系、５１…第１光カプラ、５２…第２光カプラ、５３…光サーキュレータ、５４…第１参照光ポート、５５…参照鏡、５６…第２参照光ポート、６０…バランス型ＯＣＴ検出器、６１…第１光検出器、６２…第２光検出器、６３…差分回路、６４…第１電気出力ポート、６５…第２電気出力ポート。

Claims (3)

1. 光の干渉を用いて対象物の断層像を撮影する光干渉断層撮像装置であって、
   レーザ発振波長および出力パワーが時間とともに変化するレーザ光を出力する光源と、
   前記光源から出力される第１レーザ光を測定光と参照光に分岐し、前記測定光を前記対象物に照射するために出力し、前記参照光を参照光路に伝搬させ、前記対象物から後方散乱された測定光と前記参照光路を伝搬した参照光とを合波して出力し、透過率が前記光源の出力パワーの波長依存性と逆の波長依存性を有する干渉光学系と、
   前記干渉光学系から出力された測定光と参照光とが干渉してなる干渉光を検出して、その干渉光強度に応じた値のＯＣＴ電気信号を発生させるＯＣＴ検出器と、
   前記光源から出力され、前記第１レーザ光の光強度と実質的に比例関係にある光強度を有する第２レーザ光を検出して、その光強度に応じた値のモニタ電気信号を発生させるモニタ検出器と、
   前記モニタ電気信号に基いて定められた期間に亘って前記ＯＣＴ電気信号をデジタル信号に変換して出力するＡＤ変換器と、
   前記デジタル信号を周波数解析して断層画像データを生成する分析部と、
   を備える光干渉断層撮像装置。
2. 前記光源は、レーザ光を出力する時間範囲の少なくとも一部の時間範囲において、出力するレーザ光のレーザ発振波長および出力パワーが時間とともに単調に変化するとともに、前記一部の時間範囲に出力される波長範囲において出力パワーが波長に対して第１の符号で単調に変化し、
   前記干渉光学系は、前記波長範囲において前記第１の符号と逆の第２の符号で透過率が波長に対して単調に変化する透過率を有し、
   前記ＡＤ変換器は、前記一部の時間範囲において前記第２レーザ光の光強度が閾値に達することを検出して前記ＯＣＴ電気信号のデジタル信号への変換の開始のタイミングを決定する、
   請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。
3. 前記干渉光学系から出力された前記測定光および参照光が合波されてなる出力光の光強度を検出する出力光モニタ検出器をさらに備え、
   前記分析部は、前記出力光の光強度の変化を分析することで、前記レーザ発振波長の中心値の変化を検出する、
   請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。

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