JP5022845B2 - 光断層画像化装置 - Google Patents
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このOCT計測は、光干渉計測の一種であり、光源から射出された光を測定光と参照光との2つに分け、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。
特許文献1の光断層画像化装置は、測定部の光ファイバが、ロータリージョイントで回転可能に接続されており、光ファイバを回転させつつ断層画像を取得することで2次元の断層像を取得する。つまり、光ファイバを回転させつつ、測定点の周辺の複数点の断層画像を取得することで、二次元画像を取得する。
また、前記回転設定ステップは、前記測定部が前記接触領域を往復するように前記測定部の回転速度に加え、前記測定部の回転方向を算出し、設定することが好ましい。
また、前記回転設定ステップは、前記接触領域検出ステップで検出した前記接触領域に加え、設定された前記断層画像の解像度に基づいて、算出と設定を行うことが好ましい。
さらに、前記断層画像取得ステップは、複数の干渉信号をそれぞれ処理し画像信号を取得した後、前記画像信号にノイズ抑制処理をして前記断層画像を取得することが好ましい。
ここで、前記断層画像取得ステップは、前記接触領域の前記測定対象の反射光から生成した干渉信号のみを処理し断層画像を取得することが好ましい。
また、前記測定対象位置検出ステップは、前記光プローブ外周よりも外側で前記反射光の強度が一定の敷居値を越えたピークの位置を測定対象の表面として検出することが好ましい。
さらに、前記測定対象と接触していると判断する距離を設定する距離設定ステップを有することが好ましい。
さらに、前記取得した断層画像に回転及び拡大の少なくとも一方の処理を施し、画面上に表示させる表示ステップを有することが好ましい。
または、前記駆動部は、さらに、前記測定部の回転方向も変化させ、前記測定部を双方に回動させて前記接触領域の測定対象の反射光を取得させることも好ましい。
さらに、前記接触検出部で検出された前記接触領域の範囲及び位置に基づいて、前記駆動部が回転させる前記測定部の回転速度及び回転位置を設定する駆動制御部を有することが好ましい。
また、前記駆動制御部は、さらに、設定された前記断層画像の解像度に基づいて、前記測定部の回転速度及び回転位置を設定することが好ましい。
また、前記断層画像取得部は、前記接触領域の前記干渉信号のみを処理して断層画像を取得することが好ましい。
さらに、前記接触検出部は、前記干渉信号から前記光プローブと前記測定対象との距離を算出し、前記距離から前記光プローブと前記測定対象との接触領域を検出することが好ましい。
また、前記接触検出部は、算出した前記光プローブと前記測定対象との距離が一定以下の領域を、接触している状態として検出し、検出した結果から前記接触領域を検出することが好ましい。
さらに、前記接触検出部で検出された接触領域を変更する操作部を有することが好ましい。
さらに、前記参照光の光路上に設けられ前記参照光の光路長を調整する光路長調整部を有し、前記光路長調整手段により前記参照光の光路長を変化させることで、測定対象の深さ方向の位置毎の干渉光を生成することが好ましい。
さらに、前記干渉光検出部は、光のスペクトル成分毎に干渉信号を検出し、前記接触検出部は、前記干渉信号を周波数解析し、解析結果から前記光プローブと前記測定対象との距離を算出し、前記断層画像取得部は、前記干渉信号を周波数解析し、解析結果から断層画像を取得することが好ましい。
また、接触領域とそれ以外の領域とで、測定部の回転速度を変化させることで、位置に応じて、取得する干渉信号の数を調整することができる。これにより、位置に応じて、取得する断層画像の画質を調整することができる。
また、測定部と測定対象との接触の有無を検出し、優先度が低く信頼性の低い断層画像となる領域の情報を処理せず、高分解能な断層画像を取得できる領域の情報を選択的に処理することで、処理情報量を減らし、かつ、診断、検査等に好適に用いることができる高分解能で高品質な断層画像を読み取ることができる。
さらに、断層画像を取得しない領域は測定部を高速で回転させる、もしくは、断層画像を取得する領域に対して測定部を回動させることで、スキャン速度を向上させることができ、短時間若しくは高い頻度で、高精度な断層画像を取得することができる。
以下、各部について詳細に説明する。
このように、半導体光増幅器40および光ファイバFB10で光路のループを形成することで、半導体光増幅器40および光ファイバFB10が光共振器となり、半導体光増幅器40に駆動電流が印加されることで、パルス状のレーザ光が生成される。
コリメータレンズ44は、光ファイバFB11の他端、つまり光ファイバFB10と接続していない端部に配置され、光ファイバFB11から射出された光を平行光にする。
回折格子素子46は、コリメータレンズ44で生成された平行光の光路上に所定角度傾斜して配置されている。回折格子素子46は、コリメータレンズ44から射出される平行光を分光する。
光学系48は、回折格子素子46で分光された光の光路上に配置されている。光学系48は、複数のレンズで構成されており、回折格子素子46で分光された光を屈折させ、屈折させた光を平行光にする。
回転多面鏡50は、光学系48で生成された平行光の光路上に配置され、平行光を反射する。回転多面鏡50は、図1中R1方向に等速で回転する回転体であり、回転軸に垂直な面が正八角形であり、平行光が照射される側面(八角形の各辺を構成する面)が照射された光を反射する反射面で構成されている。
回転多面鏡50は、回転することで、各反射面の角度を光学系48の光軸に対して変化させる。
ここで、上述したように、回転多面鏡50の反射面の角度が光学系48の光軸に対して変化するため、回転多面鏡50が光を反射する角度は時間により変化する。このため、回折格子素子46により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FB11に入射する。ここで、光ファイバFB11に入射する特定の周波数域の光は、光学系48の光軸と回転多面鏡50の反射面との角度により決まるため、光ファイバFB11に入射する光の周波数域は、光学系48の光軸と回転多面鏡50の反射面との角度により変化する。
ここで、回転多面鏡50が矢印R1方向に等速で回転しているため、再び光ファイバFB11に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化する。これにより、光ファイバFB1に射出されるレーザ光Laの周波数も、時間の経過に伴った一定の周期で変化する。
分岐合波部14は、光源ユニット12から光ファイバFB1を介して入射した光Laを測定光L1と参照光L2とに分割し、測定光L1を光ファイバFB2に入射させ、参照光L2を光ファイバFB3に入射させる。
さらに、分岐合波部14は、光ファイバFB3に入射され、後述する光路長調整部18により周波数シフトおよび光路長の変更が施された後、光ファイバFB3を戻り、分岐合波部14に入射した参照光L2と、後述する光プローブで取得され、光ファイバFB2から分岐合波部14に入射した測定対象Sからの反射光L3とを合波し、光ファイバFB4に射出する。
この光プローブ16は、図2に示すように、プローブ外筒52と、キャップ54と、光ファイバ56と、バネ58と、固定部材60と、光学レンズ62とを有する。
キャップ54は、プローブ外筒52の先端(光ファイバFB2が配置されている側とは反対側の端部)に設けられ、プローブ外筒52の先端を閉塞している。
ここで、光ファイバ56と光ファイバFB2とは、ロータリージョイント等で接続されており、光ファイバ56の回転が光ファイバFB2に伝達しない状態で、光学的に接続されている。また、光ファイバ56は、プローブ外筒52に対して回転自在な状態で配置されている。
バネ58は、光ファイバ56の外周に固定されている。また、光ファイバ56及びバネ58は、回転駆動部26に接続されている。
光学レンズ62は、光ファイバ56から射出した測定光L1を測定対象Sに対し照射し、測定対象Sからの反射光L3を集光し光ファイバ56に入射する。
固定部材60は、光ファイバ56と光学レンズ62との接続部の外周に配置されており、光学レンズ62を光ファイバ56の端部に固定する。ここで、固定部材による光ファイバ56と光学レンズ62の固定方法は特に限定されず、接着剤により、固定部材と光ファイバ56及び光学レンズ62を接着させて固定させても、ボルト等を用い機械的構造で固定してもよい。
また、回転駆動部26は、回転エンコーダを備え(図示せず)、回転エンコーダからの信号に基づいて光学レンズ62の位置情報(角度情報)から測定光L1の照射位置を検出する。つまり、回転している光学レンズ62の回転方向における基準位置に対する角度を検出して、測定位置を検出する。
これにより、プローブ外筒52の円周方向の各位置において、測定対象Sを反射した反射光L3を取得することができる。
光路長調整部18は、光ファイバFB3から射出された光を平行光にする第1光学レンズ64と、第1光学レンズ64で平行光にされた光を集光する第2光学レンズ66と、第2光学レンズ66で集光された光を反射する反射ミラー68と、第2光学レンズ66及び反射ミラー68を支持する基台70と、基台70を光軸方向に平行な方向に移動させるミラー駆動機構72とを有し、第1光学レンズ64と第2光学レンズ66との距離を変化させることで参照光L2の光路長を調整する。
第2光学レンズ66は、第1光学レンズ64により平行光にされた参照光L2を反射ミラー68上に集光するとともに、反射ミラー68により反射された参照光L2を平行光にする。このように、第1光学レンズ64と第2光学レンズ66とにより共焦点光学系が形成されている。
また、反射ミラー68は、第2光学レンズ66で集光される光の焦点に配置されており、第2光学レンズ66で集光された参照光L2を反射する。
ミラー移動機構72で、基台70を矢印A方向に移動させることで、第1光学レンズ64と第2光学レンズ66との距離を変更することができ、参照光L2の光路長を調整することができる。
ここで、光断層画像化装置10は、光ファイバFB1から光ファイバFB5にレーザ光Laを分岐する光ファイバカプラ28と、光ファイバカプラ28から分岐させた光ファイバFB5に設けられ、分岐されたレーザ光Laの光強度を検出する検出器30aと、光ファイバFB4の光路上に干渉光L4の光強度を検出する検出器30bとを有する。
干渉光検出部20は、検出器30a及び検出器30bの検出結果に基づいて、光ファイバFB4から検出する干渉光L4の光強度のバランスを調整する。
図3に示すように、処理部22は、干渉信号取得手段80と、A/D変換手段82と、接触領域検出手段84と、断層画像生成手段86と、画像補正手段88とを有する。
ここで、図4は、光プローブの測定位置の位置情報を説明するための説明図である。
本実施形態では、光学レンズ62の回転速度と、測定光L1の周波数を掃引させる周期とから、光学レンズ62の1回転あたりの測定回数が決定する。本実施形態では、後述する接触領域検出時は、光学レンズ62が1回転する間に干渉信号を1024回取得する。また、接触領域検出時の光学レンズ62の回転速度と、干渉信号の取得間隔(つまり測定光L1の掃引の周期)は、一定である。
したがって、図4に示すように、測定光L1の位置、つまり測定位置は、n=1から順に回転中心を中心として所定角度ずつ移動していく。このように干渉信号を取得した位置は、所定角度ずつ移動するため、それぞれの干渉信号の測定位置にライン番号nを対応付けることができる。また、光学レンズ62は回転しているため、n=1024の測定位置とn=1の測定位置とは隣接している。
測定位置の位置情報が対応付けられた干渉信号は、A/D変換手段82に送られる。
測定位置の位置情報が対応付けられ、デジタル変換された干渉信号は、接触領域検出手段84及び断層情報精生成手段86に送られる。
まず、任意の1ライン分の干渉信号にFFTをかけて取得した周波数成分と強度との関係の情報をさらに処理し、深さ方向と強度との関係の情報を取得する。図5は、干渉信号にFFTをかけて取得した計算結果の模式的な一例を示すグラフである。ここで、図5では、横軸を深さ方向とし、縦軸を強度とした。
図5に示すように、強度が高くなっている部分や、強度のピーク(以下単に「ピーク」という。)を検出している位置が、物性が変わっている位置となる。つまり、空気と物質または、物質と他の特性の物質との境界位置となる。ここで、ピークの定義は、特に限定されず、強度が一定以上の値となった場合、また、強度の変化量が一定以上となった場合等種々の設定とすることができる。
ここで、光学レンズ62から射出された測定光L1が、最も近い位置で反射する物質がプローブ外筒52であるため、最初のピーク位置、つまり、光学レンズ62に最も近い位置で検出されたピーク(図5では、ピークP1)が、プローブ外周の位置となる。
また、光学レンズ62とプローブ外筒52は、回転中心を中心として同心円状に配置されている。このため、光学レンズ62の回転中心とプローブ外周の位置は、測定位置によらず一定距離となるため、1つのラインで検出したプローブ外周の位置を、全周のプローブ外周の位置とすることができる。
このようにして、接触領域検出手段84は、プローブ外周の位置を検出する。
検出結果は、図5に示すグラフと同様に、深さ方向に複数のピークが検出される。
この複数検出されたピークのうち、最初のピーク(図5では、ピークP1)が、プローブ外筒を検出したピークであり、このプローブ外筒を検出したピークに最も近い位置のピーク(図5では、ピークP2)が、測定対象の表面となる。つまり、回転中心に2番目に近い位置(2番目に浅い位置)のピークの位置が測定対象Sの表面の位置となる。
このような、判定をライン毎に行い、測定領域の全周で、測定対象Sとプローブ外周との接触状態を判定する。
図6を用いて、具体的に説明する。図6(A)及び(B)は、接触領域の検出方法を説明するための説明図である。ここで、図6(A)及び(B)に示す円C1は、プローブ外周を示す円である。
図6(A)に示すように、全周のピークを検出することで、測定対象Sの表面S1、S2が検出される。ここで、表面S1は、プローブ外筒52と測定対象Sとが接触している部分があり、表面S2を含むその他の領域は、プローブ外筒52から離れた位置にある。
このような場合、接触領域検出手段84は、図6(B)に示すように、表面S1の接触している部分を中心とした一定範囲の領域D1をプローブ外筒52と測定対象Sとの接触領域として検出する。
検出したプローブ外筒52と測定対象Sとの接触領域を断層情報生成手段86に送る。
ここで、断層情報取得部86は、接触領域検出手段88から送られた接触領域情報から、接触領域と判断された位置情報の干渉信号のみの断層画像を取得し、接触領域以外の位置情報の干渉信号は断層画像の取得を行わず、つまりFFTやFFTをかけた結果からの画像取得処理を行わず、マスク処理をする。
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、断層情報取得手段86において、干渉光検出部20で検出したスペクトル干渉縞に高速フーリエ変換を施し、干渉光L4の光強度S(l)を決定することにより、測定対象S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。
さらに、画像補正手段88は、断層画像に対し、鮮鋭化処理、平滑化処理等を施すことにより画質を補正する。
画像補正手段88は、画質補正が施された断層画像を表示部24に送信する。
ここで、断層画像の送信タイミングは特に限定されず、1ラインの処理が終わる毎に表示部に送信し、1ライン毎に書き換えて表示させてもよく、全ラインの処理(つまり、光学レンズを1周させて取得した画像の処置)が終了し1枚の円形の断層画像を形成した段階で送信してもよい。
操作制御部32は、キーボード、マウス等の入力手段と、入力された情報に基づいて各種条件を管理する制御手段とを有し、処理部22、表示部24及び回転駆動部26と接続されている。操作制御部32は入力力手段からの入力されたオペレータの指示に基づいて、処理部22の上述した閾値や処理条件等の入力、設定、変更や、表示部24の表示設定の変更、回転駆動部26が回転させる光プローブ16の光学レンズ62の回転速度、さらに必要に応じて回転方向の算出、設定等を行う。操作制御部32は、操作画面を表示部24に表示させても、別途表示部を設けてもよい。また、操作制御部32で、光源ユニット12、光路長調整部18、干渉光検出部20及び検出部30a、30bの動作制御、各種条件の設定を行うようにしてもよい。
光断層画像化装置10は、基本的に以上のような構成である。
まず、測定対象Sを測定した干渉光及び干渉信号の取得方法について説明する。
まず、ミラー駆動機構72で基台70を矢印A方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Sが位置するように光路長を調整し、設定する。
そして、測定対象Sの各深さ位置で反射された光が、反射光L3として光プローブ10に入射する。この反射光L3は、光プローブ16及び光ファイバFB2を介して分岐合波部14に入射される。
一方、参照光L2は光ファイバFB3を介して光路長調整部18に入射される。そして、光路長調整部18により光路長が調整された参照光L2が再び光ファイバFB3を導波し分岐合波部14に入射される。
そして、分岐合波部14で測定対象Sからの反射光L3を光路長調整部18により光路長が調整された参照光L2と合波する。反射光L3と参照光L2との干渉光L4が生成される。干渉光は、干渉光検出部20によって干渉信号として検出される。
干渉光及び干渉信号は、以上のようにして検出する。
図7は、プローブ外周の位置の検出方法を示すフロー図であり、図8は、接触領域の検出方法を示すフロー図であり、図9は、検出した接触領域に基づいて断層画像を取得する方法を示すフロー図である。
まず、任意の1ライン分の干渉信号を取得する(ステップS10)。具体的には、上述した方法で参照光L2と反射光L3とを合波されて生成された干渉光L4を、干渉信号として干渉光検出部20で検出する。
次に、検出した干渉信号をA/D変換する(ステップS12)。具体的には、A/D変換手段82で、アナログ信号の干渉信号をデジタル信号に変換する。
次に、A/D変換した干渉信号にFFTをかけて周波数成分と強度との関係の情報を取得し、さらに処理して深さ方向と強度との関係を取得することで、ピーク位置を検出する(ステップS14)。ここで、上述したようにピーク位置は、光を反射した位置となり、基本的に物質の境界面となる。
検出したピーク位置からプローブ外周の位置を検出する(ステップS16)。
具体的には、ピーク位置のうち、光学レンズ62に最も近い位置で検出されたピークを、プローブ外周の位置として検出する。
このようにして、プローブ外周の位置を検出する。
まず、ライン番号nをn=1とする(ステップS20)。ここで、ライン番号とは、任意の1ラインを基準として干渉信号の測定位置の順番に付されている番号である。したがって、光学レンズ62が一回転する間に干渉信号を1024回検出する本実施形態では、1から1024まで番号が付されたラインが等間隔に配列されている(上述の図4参照)。
取得した干渉信号のライン番号がnでない場合は、ライン番号nの干渉信号が検出されるまで、干渉信号の取得を繰り返す。
次に、A/D変換した干渉信号にFFTをかけ、ピーク位置を検出する(ステップS26)。ここで、上述したようにピーク位置は、光を反射した位置となり、基本的に物質の境界面となる。
ここで、測定対象Sと光プローブ16との間に、他の物体は、基本的に介在しないので、ステップS16で検出したプローブ外筒を検出した位置に最も近い位置のピーク、つまり、回転中心に2番目に近い位置(2番目に浅い位置)のピークの位置を測定対象Sの表面の位置として検出する。
検出した距離が閾値X以下の場合は、測定対象Sとプローブ外周とが接触状態である判定(ステップS32)してステップS36に進み、検出した距離が閾値Xより大きい場合は、測定対象Sとプローブ外周とが非接触状態であると判定(ステップS34)してステップS36に進む。
ここで、Nは、ラインの合計数(つまり、全ラインの数)であり、本実施形態ではN=1024である。
ライン番号nがNである場合は、各ラインの接触判定は終了し、接触範囲テーブルを作成する(ステップS40)。
ここで、接触範囲テーブルは、接触していると判定した領域を中心とした所定範囲の領域を接触領域として検出する。例えば、ライン番号(a+10)から(b−30)までが接触していると判定されている場合は、ライン番号aからライン番号bまでを接触領域とする。なお、接触範囲テーブルの設定方法は予め入力されている設定条件に基づいて決定される。
このようにして、接触範囲テーブルを作成し、処理終了となる。
プローブ外周と測定対象との接触領域は、以上のようにして検出する。
図9は、光学レンズ62を回転させる回転速度、回転方向、及び干渉信号と測定位置との関係を算出する方法の一例を示すフロー図であり、図10は、図9で算出した光学レンズ32の回転動作と接触領域との関係を説明するための説明図である。
次に、読み出した接触範囲テーブル及び断層画像の解像度から光学レンズ62を高速回転させる範囲と低速回転させる範囲を算出する(ステップS44)。
具体的には、図10に示すように接触領域D1を、低速回転範囲とし、接触領域以外の領域D2を高速回転領域とする。
次に、光学レンズ62の回転速度を算出する(ステップS46)。
具体的には、接触領域D1通過時は、設定された解像度を満たす数の干渉信号を取得できる低速V1に設定し、接触領域以外の領域D2通過時は、接触領域D1通過時よりも早い速度(以下「高速」ともいう。)V2に設定する。
次に、算出した回転速度及び回転領域に基づいて、接触領域内のライン数、ライン位置を再計算する(ステップS48)。
具体的には、光学レンズ62の回転速度及び回転領域(さらには、回転位置)に基づいて、光学レンズ62で反射光を取得し生成する干渉信号と、測定した位置との対応関係を算出し、干渉信号に付されるライン番号と測定する位置とを対応付ける。
このように、断層画像取得時に、取得した干渉信号の位置を特定できるように、回転駆動部26による光学レンズ62の回転動作と各干渉信号の取得位置との関係を算出する。また、接触領域の測定対象Sに反射された反射光から生成される干渉信号のライン番号nの範囲(本実施形態では、a’≦n≦b’)を算出する。
操作制御部32の算出結果に基づいて、回転駆動部26は、接触領域D1は低速V1で、接触領域以外の領域D2は、高速V2で光学レンズ62を回転させる。
まず、任意のライン番号の干渉信号を取得する(ステップS50)。具体的には、上述した方法で参照光L2と反射光L3とを合波されて生成された干渉光L4を、干渉信号として干渉光検出部20で検出する。
次に、干渉信号のライン番号nを検出する(ステップS53)。具体的には、干渉信号取得手段80で干渉信号に対応付けられたライン番号nを読み取り、干渉信号のライン番号nを特定する。
次に、ライン番号nがステップS40で作成した接触領域に含まれるか、つまり、接触領域であるライン番号a’からライン番号b’の間に含まれるか否かを判定する(ステップS54)。つまり、a’≦n≦b’であるか否かを判定する。
次に、FFTをかけた結果から、ライン番号nの断層画像を取得する(ステップS58)。
ここで、断層画像は、上述したようにFFTの結果に基づいて、所定の処理を施し画像を取得する。
断層画像を取得したら、ステップS62に進む。
ここで、マスク化処理とは、FFT及び断層画像を取得するための処理を行わず、ライン番号nの画像を、黒画像または一定の決まった画像とする。
マスク化処理が終了したら、ステップS62に進む。
終了指示がない場合は、ステップS50に進む。ステップS50に進むことで、次の干渉信号の処理を行う。
終了指示がある場合は、処理を終了する。
以上のようにして測定対象の断層画像を取得する。
また、接触領域に基づいて、光プローブと離れていて、分解能が低く画像が不鮮明で断層画像として用いることが困難な領域の測定対象の画像処理を取得せず、分解能が高く、実際に必要とする領域である接触領域の断層画像は取得しているため、断層画像を有効に利用することができる。また、画像処理を行う領域を接触領域のみに限定することで、全体の情報処理量を増加させることなく、断層画像により高度な画像処理を施すことも可能となる。
さらに、断層画像を取得する接触領域は、光プローブを低速で回転させ、それ以外の領域は、光プローブを高速で回転させることで、スキャン速度を向上させることができ、短時間若しくは高い頻度で、高精度な断層画像を取得することができる。
また、回転速度が調整できることで、必要な解像度に応じて、単位領域あたりに取得する干渉信号を調整することができる。
図12は、光学レンズ62を回転させる回転速度、回転方向、及び干渉信号と測定位置との関係を算出する方法の他の一例を示すフロー図であり、図13は、図12で算出した光学レンズ32の回転動作と接触領域との関係を説明するための説明図である。
なお、図12のフロー図では、上述した図9のフロー図と同様のステップには、同様の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、読み出した接触範囲テーブル及び断層画像の解像度から、光学レンズ62の回転方向(円周方向)において、断層画像を取得するために光学レンズ62を一定速度で回転させる範囲と、光学レンズ62の回転方向を切り換えるために、光学レンズ62の回転速度を変化させる範囲と、回転の折り返し点を算出する(ステップS45)。
具体的には、図12に示すように接触領域D1を、一定速度範囲とし、接触領域以外の領域のうち、接触範囲D1の両端に隣接する所定角度領域(以下「加減速領域」という。)D3、D4を、それぞれ加減速範囲とする。また、加減速領域D3の接触領域D1と接していない側の端部が折り返し点T1とし、加減速領域D4の接触領域D1と接していない側の端部を折り返し点T2とする。
この折り返し点T1、T2で光学レンズ62の回転方向が逆転するため、領域D5には、光学レンズ62が回転されず、この領域には、測定光が照射されない。
次に、光学レンズ62の回転速度を算出する(ステップS46)。
具体的には、接触領域D1通過時は、設定された解像度を満たす数の干渉信号を取得できる一定速度の低速に設定し、加減速領域D3、D4は、光学レンズ62の回転方向を切り換え、接触領域D1に到達時に一定速度となるように、減速、折り返し点T1またはT2で停止、逆方向へ加速する速度に設定する。
次に、算出した回転速度、回転方向及び回転領域に基づいて、接触領域内のライン数、ライン位置を再計算する(ステップS48)。
具体的には、光学レンズ62の回転速度、回転方向及び回転領域(さらには、回転位置)に基づいて、光学レンズ62で反射光を取得し生成する干渉信号と、測定した位置との対応関係を算出し、干渉信号に付されるライン番号と測定する位置とを対応付ける。
このように、断層画像取得時に、取得した干渉信号の位置を特定できるように、回転駆動部26による光学レンズ62の回転動作と各干渉信号の取得位置との関係を算出する。また、接触領域の測定対象Sに反射された反射光から生成される干渉信号のライン番号nの範囲を算出する。
これにより、光学レンズ62は、接触領域D1、加減速領域D3、接触領域D1、加減族領域D4の順に回転する。
さらに、光学レンズ62を回転(正確には回動)させつつ取得した反射光から、干渉信号を生成し、図9に示した方法と同様の方法で処理することで、接触領域の断層画像を取得することができる。
このように、上述と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態のように、双方向で断層画像を取得した場合でもライン番号を位置情報とを対応付けておくことで、各干渉信号から取得した画像を正確な位置に配置した断層画像を表示部に表示することができる。
複数の隣接する画像を用いて平均化処理し、ノイズを抑制することで、より高画質で精度の高い断層画像を取得することができる。
このように接触領域以外の領域から断層画像を取得する場合も、処理する干渉信号の数を少なくできるため、全周を一定速度で回転させる場合よりも、情報の処理量を少なくすることができ、かつ、接触領域は、高画質で高分解能な画像を取得することができる。
また、本実施形態では、接触領域を1つの領域としたが、複数の接触領域を検出することもでき、この場合も接触領域となるライン番号の範囲は複数に分かれるが、上述と同様の処理を行うことができる。
さらに、プローブ外筒と測定対象が接触しているか否かを判断する閾値も任意の値でよく、オペレータの入力や、条件に応じて設定を変更できるようにしてもよい。
増加指示部により接触領域を増加可能とすることで、オペレータが現状で取得している断層画像の周辺部を確認したい場合にも対応することができ、オペレータが所望する情報を好適に提供することができる。
また、操作制御部は、断層画像を取得する領域を変更、増加できることが好ましい。
これにより、接触領域の検出結果に加え、オペレータの希望が所望する領域の断層画像を取得することができる。
また、本実施形態では、ライン番号n=1から処理を開始したが、プローブ外周の全周を検出することができれば、その開始位置は特に限定されない。
また、本実施形態では、プローブの外周を1ラインの検出結果のみで算出したが、複数ラインで検出し、算出結果の平均値をプローブの外周の位置としてもよい。
ここで、光学レンズ及び光ファイバを一定回数回転させる毎に接触領域を検出することで、自動的に高分解能領域を認識することができ、接触領域が変化した場合にも迅速に対応することができる。
このように断層画像を回転、拡大させる処理を行い、表示部に表示させることでオペレータが断層画像を確認しやすくすることができる。
ここで、図14に示す光断層画像化装置100は、SD−OCT(spectral domain−OCT)計測により、測定対象の断層画像を取得し、測定対象との接触領域を検出する点を除いて、他の構成は光断層画像化装置10と同様であるので、同様の構成の部分には、同一の符号を付しその詳細な説明は省略し、以下、光断層画像化装置100に特有の点について説明する。
光源110は、低コヒーレント光を射出する光出装置であり、例えばSLD(Super Luminescent Diode)やASE(Amplified Spontaneous Emission)、超短パルスレーザ光を非線形媒質に照射させて広帯域光を得るスーパーコンティニューム等を用いることができる。
光学系112は、光源110から射出される光の光路上に配置され、光源110から射出された光を集光し、光ファイバFB1内に入射させる。
また光検出手段128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等の素子から構成され、各光センサが、上述のように分光された干渉光L4を波長帯域毎にそれぞれ干渉信号として検出する。
干渉光検出部104は、検出した干渉信号を処理部22に送る。
処理部22の接触領域検出手段86及び断層画像生成手段88は、分光された干渉光L4毎にFFTにかけることで、ライン毎の周波数成分と強度との関係を算出することができ、この周波数成分と強度との関係をさらに処理し深さ方向と強度との関係を取得することで、光断層画像化装置10と同様に、深さ方向のピーク位置や、強度分布を得ることができる。
接触領域検出手段86は、検出した深さ方向のピーク位置や、強度分布からプローブの外周と測定対象との接触領域を検出し、断層画像生成手段88は、断層画像を取得する。
ここで、図15に示す光断層画像化装置200は、TD−OCT(time domain−OCT)計測により、測定対象の断層画像を取得し、測定対象との接触領域を検出する点を除いて、他の構成は光断層画像化装置10と同様であるので、同様の構成の部分には、同一の符号を付しその詳細な説明は省略し、以下、光断層画像化装置100に特有の点について説明する。
光源208は、所定波長のレーザ光Laを射出する光出装置である。
光学系112は、光源208から射出される光の光路上に配置され、光源110から射出されたレーザ光Laを集光し、光ファイバFB1内に入射させる。
光路長調整部204は、ミラー移動機構216によりミラー212を移動させることでミラー212とコリメータレンズ21との距離を伸縮させ、参照光L2の光路長を変える。光路長調整部204は、ミラー212を移動させ、参照光L2の光路長を変えることで、深さ方向における測定対象S内の測定位置を変化させる。
また、位相変調器207は、参照光L2の光路中(光ファイバFB3)に配置されており、参照光L2に対しわずかな周波数シフトを与える。
光路長調整手段204により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光L2は、分岐合波部14に導波される。
また、上述したように分岐合波部14は、参照光L2と反射光L3とを合波し、干渉光L4を生成する。
したがって、干渉光検出部206は、光路長調整部204により光路長が変更されて測定対象Sの測定位置(深さ)変化している干渉光L4から、測定位置毎にそれぞれビート信号、つまり干渉信号を検出する。ここで、この測定位置は、参照光の光路長により決定する。したがって、ミラーの位置から測定位置を算出することができる。光路長調整手段204は、ミラー位置から測定位置を算出する算出部を有し、算出した測定位置を干渉光検出部204及び処理部22へ出力する。
接触領域検出手段86は、検出した深さ方向のピーク位置や、強度分布からプローブの外周と測定対象との接触領域を検出し、断層画像生成手段88は、断層画像を取得する。
12 光源ユニット
14 分岐合波部
16 光プローブ
18 光路長調整部
20 干渉光検出部
22 処理部
24 表示部
26 回転駆動部
28 光ファイバカプラ
30a、30b 検出部
32 操作部
40 半導体光増幅器
42 光分岐器
44 コリメータレンズ
46 回折格子素子
48 光学系
50 回転多面鏡(ポリゴンミラー)
52プローブ外筒
54 キャップ
56 光ファイバ
58 バネ
60 固定部材
62 光学レンズ
64 第1光学レンズ
66 第2光学レンズ
68 反射ミラー
70 基台
72 ミラー駆動機構
80 干渉信号取得手段
82 A/D変換手段
84 接触状態検出手段
86 断層情報生成手段
88 画像補正手段
S 測定対象
Claims (13)
- 光源と、
前記光源から射出された光を測定光と参照光に分岐する分岐部と、
前記測定光を伝達する光ファイバ、前記光ファイバの先端部に配置され、測定対象に光を照射し、その反射光を取得する測定部、前記光ファイバ及び測定部の外周を覆い、前記測定部から光が射出される領域は透明な材料で形成されている外筒を備える光プローブと、
前記測定部及び前記光ファイバを回転させる駆動部と、
前記測定部で検出された反射光と、前記参照光を合波して干渉光を生成する合波部と、
前記干渉光から干渉信号を検出する干渉光検出部と、
前記光プローブと前記測定対象との接触領域を検出する接触検出部と、
少なくとも前記接触領域の前記干渉信号を処理して断層画像を取得する断層画像取得部とを有し、
前記駆動部は、前記接触領域と前記接触領域以外の領域とで、前記駆動部による前記測定部の回転速度を変化させる光断層画像化装置。 - 前記駆動部は、前記接触領域の反射光の取得時における前記測定部の回転速度を、前記接触領域以外の領域の反射光の取得時における前記測定部の回転速度よりも低速として前記測定部を回転させ、前記測定対象の反射光を取得させる請求項1に記載の光断層画像化装置。
- 前記駆動部は、さらに、前記測定部の回転方向も変化させ、
前記測定部を双方に回動させて前記接触領域の測定対象の反射光を取得させる請求項1に記載の光断層画像化装置。 - さらに、前記接触検出部で検出された前記接触領域の範囲及び位置に基づいて、前記駆動部が回転させる前記測定部の回転速度及び回転位置を設定する駆動制御部を有する請求項1〜3のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記駆動制御部は、さらに、設定された前記断層画像の解像度に基づいて、前記測定部の回転速度及び回転位置を設定する請求項4に記載の光断層画像化装置。
- 前記断層画像取得部は、前記接触領域の前記干渉信号のみを処理して断層画像を取得する請求項1〜5のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記接触検出部は、前記駆動部により前記測定部及び前記光ファイバが所定回数回転される毎に、前記接触領域を検出する請求項1〜6のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記接触検出部は、前記干渉信号から前記光プローブと前記測定対象との距離を算出し、前記距離から前記光プローブと前記測定対象との接触領域を検出する請求項1〜7のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記接触検出部は、算出した前記光プローブと前記測定対象との距離が一定以下の領域を、接触している状態として検出し、検出した結果から前記接触領域を検出する請求項8に記載の光断層画像化装置。
- さらに、前記断層画像取得部で取得した断層画像を表示する表示部を有する請求項1〜9のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- さらに、前記接触検出部で検出された接触領域を変更する操作部を有する請求項1〜10のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- さらに、前記参照光の光路上に設けられ前記参照光の光路長を調整する光路長調整部を有し、
前記光路長調整手段により前記参照光の光路長を変化させることで、測定対象の深さ方向の位置毎の干渉光を生成する請求項1〜11のいずれかに記載の光断層画像化装置。 - 前記干渉光検出部は、光のスペクトル成分毎に干渉信号を検出し、
前記接触検出部は、前記干渉信号を周波数解析し、解析結果から前記光プローブと前記測定対象との距離を算出し、
前記断層画像取得部は、前記干渉信号を周波数解析し、解析結果から断層画像を取得する請求項1〜12のいずれかに記載の光断層画像化装置。
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