JP5451485B2 - Optical coherence tomography apparatus and method for operating the same - Google Patents

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Description

本発明は、光干渉断層像形成装置及びその制御方法に関するものである。   The present invention relates to an optical coherence tomographic image forming apparatus and a control method therefor.

従来、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテル、ステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために光干渉断層像形成装置(OCT:Optical Coherent Tomography)が使用されている。   Conventionally, optical coherent tomography (OCT) for diagnosis of arteriosclerosis, preoperative diagnosis during endovascular treatment with high-function catheters such as balloon catheters and stents, and confirmation of postoperative results Is used.

光干渉断層像形成装置では、先端に光学レンズおよび、光学ミラーを取付けた光ファイバーを内蔵したカテーテルを血管内に挿入し、光学ミラーを回転させながら血管内に光を照射し、生体組織からの反射光を受光するラジアル走査を行う。そして、このラジアル走査により得られた反射光をもとに、血管の断面画像を描出するものである。より具体的には、光干渉断層像形成装置は、装置内部で光源から出力される光を測定光と参照光に分割する。測定光は、上記光ファイバを介して体腔内で出射され、生体組織から反射された散乱光(反射光)が同じ光ファイバを介して受光される。この反射光を装置内部で上記参照光と干渉させることで、参照光と同じ光路長からの測定光の強度、すなわち、反射光の強度を得ることができる。ここで、装置内部で参照光をミラーで反射させるミラーの位置を前後に移動させることで参照光の光路長を走査し、それに同期させて上記干渉光を得ることで、深度方向の反射強度の分布を得ることができる。さらに、上記ラジアル走査により血管断面画像が描出できる。   In an optical coherence tomography device, a catheter containing an optical lens and optical fiber with an optical mirror attached at the tip is inserted into a blood vessel, light is irradiated into the blood vessel while rotating the optical mirror, and reflection from living tissue is performed. Radial scanning is performed to receive light. A cross-sectional image of the blood vessel is drawn based on the reflected light obtained by the radial scanning. More specifically, the optical coherence tomographic image forming apparatus divides light output from the light source inside the apparatus into measurement light and reference light. The measurement light is emitted in the body cavity through the optical fiber, and scattered light (reflected light) reflected from the living tissue is received through the same optical fiber. By making this reflected light interfere with the reference light inside the apparatus, the intensity of the measuring light from the same optical path length as the reference light, that is, the intensity of the reflected light can be obtained. Here, the optical path length of the reference light is scanned by moving the position of the mirror that reflects the reference light by the mirror in the apparatus back and forth, and the interference light is obtained in synchronization therewith, so that the reflection intensity in the depth direction is increased. Distribution can be obtained. Furthermore, a blood vessel cross-sectional image can be drawn by the radial scanning.

一方、光干渉断層像形成装置の改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置も開発されている。波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置は、出射する光の波長を繰り返し掃引することで、参照光の光路長を走査することなく、得られた干渉光の周波数分布から、測定光と参照光の光路差が同じ点を基準とした深度方向の反射強度分布を得るものである。   On the other hand, an optical coherence tomographic image forming apparatus using wavelength sweeping has been developed as an improved type of the optical coherent tomographic image forming apparatus. The optical coherence tomographic image forming device using the wavelength sweep repeatedly sweeps the wavelength of the emitted light, so that the measurement light and the reference can be obtained from the frequency distribution of the obtained interference light without scanning the optical path length of the reference light. A reflection intensity distribution in the depth direction is obtained with respect to a point having the same optical path difference.

特開2009−128074号公報JP 2009-128074 A

前述のように光干渉断層像形成装置は、生体組織からの後方散乱光を受光することで得られた血管の断面画像を描出するものである。このとき生体からの散乱光は、出射光に対して−80dB程度と非常に微弱な光である。そのため光干渉技術を使用して感度が90dB〜110dBに達する敏感な検出回路を構成し、画像描出をおこなっている。画面での256階調表示での見え方を考慮に入れると、信号のダイナミックレンジは30〜60dB程度が適当と考えられる。観察対象が生体のみであれば、上述のような条件で光干渉断層像形成装置を構成すれば問題はない。   As described above, the optical coherence tomographic image forming apparatus renders a cross-sectional image of a blood vessel obtained by receiving backscattered light from a living tissue. At this time, the scattered light from the living body is very weak light of about −80 dB with respect to the emitted light. Therefore, a sensitive detection circuit having a sensitivity of 90 dB to 110 dB is configured using an optical interference technique, and an image is drawn. Considering the appearance in 256 gradation display on the screen, it is considered that the signal dynamic range is about 30 to 60 dB. If the observation target is only a living body, there is no problem if the optical coherence tomographic image forming apparatus is configured under the above conditions.

ところが、例えば、治療のためステントとよばれる網状の金属の筒が留置されている冠動脈を光干渉断層像形成装置による描出の対象とした場合には以下のような課題が生じる。すなわち、この場合、金属(ステント)に斜めに光が照射されたときは、金属表面の粗さと表面に付着したタンパクからの散乱光により、生体とそれほど変わらない強さの信号が反射されてくる。しかし仮にこの金属にほぼ直角に光が照射された場合、生体からの反射光に比べて極めて大きい光が反射される。そのような反射光と生体からの散乱光との大きさの違いは実に10万倍から100万倍に達する。波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置では、干渉光から血管断層像を得る過程で、電気信号に変換された干渉信号をサンプリングしてAD変換し、FFT等の周波数領域への演算をおこなう必要がある。サンプリングに際しては入力電圧の幅が限られるため、(1)最も大きい信号に合わせて光電変換部(光ディテクタ)での増幅の幅を決める方法か、(2)大きい信号は振り切ることを前提として、観察したい信号レベルに最適な感度を設定する方法のいずれかが用いられることになる。   However, for example, when a coronary artery in which a net-like metal tube called a stent is indwelled for treatment is set as an object to be imaged by an optical coherence tomography apparatus, the following problems arise. In other words, in this case, when light is irradiated obliquely on the metal (stent), a signal having a strength not much different from that of the living body is reflected by the roughness of the metal surface and the scattered light from the protein attached to the surface. . However, if the metal is irradiated with light at substantially right angles, extremely large light is reflected as compared with the reflected light from the living body. The difference in magnitude between such reflected light and scattered light from the living body actually reaches 100,000 to 1 million times. In an optical coherent tomographic image forming apparatus using wavelength sweep, in the process of obtaining a vascular tomographic image from interfering light, the interference signal converted into an electric signal is sampled and AD converted, and calculation to a frequency domain such as FFT is performed. There is a need. Since the width of the input voltage is limited at the time of sampling, (1) a method of determining the width of amplification in the photoelectric conversion unit (optical detector) according to the largest signal, or (2) on the premise that the large signal is shaken off, One of the methods for setting the optimum sensitivity for the signal level to be observed is used.

ステントの信号強度は重要な情報ではないため、生体信号を感度良く検出できるようにサンプリングにおける入力幅を決定したい。ところが、波長掃引光源の場合、大きな信号が入力幅を振り切ってしまうと不連続点が生じるため、FFT後のラインデータのノイズレベルが大きく上昇する。その結果、波長掃引光源を使用する光干渉断層像形成装置が描出する血管断層イメージでは、図9に示すような放射状のノイズとして観察される。このような放射ノイズは、診断に支障をきたす可能性がある。一方、これを取り除くためにサンプリングにおける入力電圧の幅を広げると、本来正確に描出したい血管組織の信号が入力電圧幅に対して10万分の1から100万分の1の幅しかなくなってしまい、必要な信号がノイズに埋もれてしまうという課題がある。   Since the signal intensity of the stent is not important information, it is desired to determine the input width in sampling so that a biological signal can be detected with high sensitivity. However, in the case of a wavelength swept light source, a discontinuous point occurs when a large signal sways out of the input width, so that the noise level of line data after FFT is greatly increased. As a result, the vascular tomographic image drawn by the optical coherence tomographic image forming apparatus using the wavelength swept light source is observed as radial noise as shown in FIG. Such radiation noise may interfere with diagnosis. On the other hand, if the width of the input voltage in sampling is increased in order to eliminate this, the signal of the blood vessel tissue that is originally desired to be accurately drawn becomes only 1 / 100,000 to 1 / 1,000,000 of the input voltage width. There is a problem that a large signal is buried in noise.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、波長掃引型の光干渉断層像形成装置において、画像におけるステント等による放射状のノイズの出現を抑制するとともに、微弱な生体信号を感度良く検出することを可能にすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a wavelength-sweep optical coherence tomographic image forming apparatus, the appearance of radial noise due to a stent or the like in an image is suppressed, and a weak biological signal is highly sensitive. It aims to make it possible to detect.

上記の目的を達成するための本発明の一態様による光干渉断層像形成装置は以下の構成を備える。すなわち、
装置内部で波長掃引光源から出力された光を測定光と参照光に分割し、体内に挿入されたプローブを介して照射方向を回転させながら体腔内に測定光を出射し、その反射光と前記参照光とから得られる干渉光の光強度に基づいて該体腔内の断面画像を生成する光干渉断層像形成装置であって、
前記干渉光の光強度を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段の出力信号を対数増幅する対数増幅手段と、
前記対数増幅手段の出力信号を離散的にサンプリングしてデジタルの干渉データに変換するAD変換手段と、
前記AD変換手段で得られたデジタルの干渉データを照射方向毎に分けてライン干渉データとし、前記ライン干渉データ毎に、信号強度に応じた倍率で逆対数変換を施すことによりライン干渉データを復調する復調手段と、
前記復調手段で復調されたライン干渉データを周波数領域のデータへ変換して断層画像を構築する構築手段とを備える。
In order to achieve the above object, an optical coherence tomographic image forming apparatus according to an aspect of the present invention comprises the following arrangement. That is,
The light output from the wavelength swept light source inside the device is divided into measurement light and reference light, and the measurement light is emitted into the body cavity while rotating the irradiation direction through the probe inserted into the body, and the reflected light and the above-mentioned light An optical coherence tomographic image forming apparatus for generating a cross-sectional image in the body cavity based on the light intensity of interference light obtained from reference light,
Photoelectric conversion means for converting the light intensity of the interference light into an electrical signal;
Logarithmic amplification means for logarithmically amplifying the output signal of the photoelectric conversion means;
AD conversion means for discretely sampling the output signal of the logarithmic amplification means and converting it into digital interference data;
The digital interference data obtained by the AD conversion means is divided into irradiation directions for each line direction, and the line interference data is demodulated by performing inverse logarithmic conversion at a magnification according to the signal intensity for each line interference data. Demodulating means,
Constructing means for constructing a tomographic image by converting the line interference data demodulated by the demodulating means into frequency domain data.

本発明によれば、光干渉断層像形成装置において、ステント等による放射状のノイズの出現を抑制することができ、さらに非常に弱い生体信号を感度良く検出することが可能になる。   According to the present invention, in the optical coherence tomographic image forming apparatus, it is possible to suppress the appearance of radial noise due to a stent or the like, and it is possible to detect a very weak biological signal with high sensitivity.

実施形態にかかる画像診断装置の外観構成を示す図。The figure which shows the external appearance structure of the diagnostic imaging apparatus concerning embodiment. 画像診断装置100の機能構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the diagnostic imaging apparatus 100. 信号処理部の機能構成を示すブロック図。The block diagram which shows the function structure of a signal processing part. 血管内における光プローブによる回転走査、軸方向移動を、計測光の照射と反射光の取り込みを説明する図。The figure explaining irradiation of measurement light and taking in reflected light about rotation scanning and axial movement by an optical probe in a blood vessel. 血管内における光プローブの動作を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating operation | movement of the optical probe in the blood vessel. 対数増幅器の入力値と出力誤差の関係の一例を示す図。The figure which shows an example of the relationship between the input value of a logarithmic amplifier, and an output error. 実施形態による、干渉光を光電変換して得られた電気信号のFFTまでの処理を説明する図。The figure explaining the process to FFT of the electrical signal obtained by photoelectrically converting interference light by embodiment. 線形復調処理を説明するフローチャート。The flowchart explaining a linear demodulation process. 放射状ノイズの発生した画像の例を示す図。The figure which shows the example of the image which radial noise generate | occur | produced.

以下、添付図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[第1実施形態]
図1は本発明を具備する波長掃引型光干渉断層像形成装置(OCT装置)(以下、画像診断装置という)のシステム構成及び外観構成を示す図である。図1に示すように、画像診断装置100は、光プローブ部101と、スキャナ/プルバック部102と、操作制御装置103とを備える。スキャナ/プルバック部102と操作制御装置103とは、信号線/光ファイバ104により接続されている。光プローブ部101は、直接血管等の体腔内に挿入され、イメージングコアを用いて体腔内部の状態を測定する。スキャナ/プルバック部102は、光プローブ部101と着脱可能に構成されており、内蔵されたモータが駆動することで光プローブ部101内のイメージングコアのラジアル動作(図4、図5により詳述する)を規定する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration and an external configuration of a wavelength-swept optical coherence tomographic image forming apparatus (OCT apparatus) (hereinafter referred to as an image diagnostic apparatus) having the present invention. As shown in FIG. 1, the diagnostic imaging apparatus 100 includes an optical probe unit 101, a scanner / pullback unit 102, and an operation control device 103. The scanner / pullback unit 102 and the operation control device 103 are connected by a signal line / optical fiber 104. The optical probe unit 101 is directly inserted into a body cavity such as a blood vessel, and measures the state inside the body cavity using an imaging core. The scanner / pullback unit 102 is configured to be detachable from the optical probe unit 101, and is driven by a built-in motor to perform a radial operation of the imaging core in the optical probe unit 101 (described in detail with reference to FIGS. 4 and 5). ).

操作制御装置103は、体腔内光干渉断層像形成を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、断層画像として表示するための機能を備える。操作制御装置103において、111は本体制御部であり、測定により得られたデータを処理したり、処理結果を出力したりする。111−1はプリンタ/DVDレコーダであり、本体制御部111における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。112は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル112を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。113は表示装置としてのLCDモニタであり、本体制御部111における処理結果を表示する。   The operation control apparatus 103 has a function for inputting various setting values and a function for processing data obtained by measurement and displaying it as a tomographic image when performing intra-body optical coherence tomographic image formation. In the operation control device 103, reference numeral 111 denotes a main body control unit that processes data obtained by measurement and outputs a processing result. Reference numeral 111-1 denotes a printer / DVD recorder, which prints a processing result in the main body control unit 111 or stores it as data. Reference numeral 112 denotes an operation panel, and the user inputs various setting values and instructions via the operation panel 112. Reference numeral 113 denotes an LCD monitor as a display device, which displays a processing result in the main body control unit 111.

図2は、波長掃引利用の光干渉断層像形成装置である画像診断装置100の機能構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the diagnostic imaging apparatus 100 which is an optical coherence tomographic image forming apparatus using wavelength sweeping.

208は光源であり、Swept Laserが用いられる。光源208は、SOA216(semiconductoroptical amplifier)とリング状に結合された光ファイバ217を有する光源部(208a)とポリゴンスキャニングフィルタ(208b)よりなる、Extended-cavityLaserの一種である。SOA216から出力された光が、光ファイバ217を進み、ポリゴンスキャニングフィルタ208bに入り、ここで波長選択された光が、SOA216で増幅され、最終的にcoupler214から出力される。ポリゴンスキャニングフィルタ208bは、光を分光する回折格子212とポリゴンミラー209との組み合わせで波長を選択する。回折格子212により分光された光を2枚のレンズ(210、211)によりポリゴンミラー209の表面に集光させる。これによりポリゴンミラー209と直交する波長の光のみ同一の光路を戻り、ポリゴンスキャニングフィルタ208bから出力されるため、ミラーを回転させることで、波長の時間掃引を行う。ポリゴンミラー209は、例えば、32面体のミラーが使用され、回転数が50000rpm程度である。ポリゴンミラー209と回折格子212とを組み合わせたユニークな波長掃引方式により、高速、高出力の波長掃引が可能である。   208 is a light source, and Swept Laser is used. The light source 208 is a type of extended-cavity laser that includes a light source unit (208a) having an optical fiber 217 coupled to an SOA 216 (semiconductor optical amplifier) and a ring and a polygon scanning filter (208b). The light output from the SOA 216 travels through the optical fiber 217 and enters the polygon scanning filter 208b. The light whose wavelength is selected here is amplified by the SOA 216 and finally output from the coupler 214. The polygon scanning filter 208b selects a wavelength by a combination of the diffraction grating 212 that separates light and the polygon mirror 209. The light split by the diffraction grating 212 is condensed on the surface of the polygon mirror 209 by two lenses (210, 211). As a result, only light having a wavelength orthogonal to the polygon mirror 209 returns on the same optical path and is output from the polygon scanning filter 208b, so that the time sweep of the wavelength is performed by rotating the mirror. As the polygon mirror 209, for example, a 32-hedron mirror is used, and the rotation speed is about 50000 rpm. High speed and high output wavelength sweeping is possible by a unique wavelength sweeping system combining the polygon mirror 209 and the diffraction grating 212.

Coupler214から出力された光源208の光は、シングルモードファイバ230の一端に入射され、先端面側に伝送される。シングルモードファイバ230は、途中の光カップラ部226でシングルモードファイバ231と光学的に結合されている。従って、光源208の光は光カップラ部226で2つに分岐され、一つは測定光としてシングルモードファイバ230へ、他方は参照光としてシングルモードファイバ231へ伝送される。   The light from the light source 208 output from the coupler 214 is incident on one end of the single mode fiber 230 and transmitted to the tip surface side. The single mode fiber 230 is optically coupled to the single mode fiber 231 at an intermediate optical coupler unit 226. Accordingly, the light from the light source 208 is split into two by the optical coupler unit 226, one being transmitted to the single mode fiber 230 as measurement light and the other being transmitted to the single mode fiber 231 as reference light.

シングルモードファイバ230の光カップラ部226より先端側には、スキャナ/プルバック部102が設けられている。スキャナ/プルバック部102の回転駆動装置204内には、非回転部(固定部)と回転部(回転駆動部)との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント(光カップリング部)203が設けられている。更に、光ロータリジョイント203内のシングルモードファイバ235の先端側は、光プローブ部101のシングルモードファイバ236と、アダプタ202を介して着脱自在に接続されている。これにより光の送受信を繰り返すイメージングコア201内に挿通され回転駆動可能なシングルモードファイバ236に光源208からの光(測定光)が伝送される。   A scanner / pullback unit 102 is provided on the tip side of the optical coupler unit 226 of the single mode fiber 230. In the rotation drive device 204 of the scanner / pullback unit 102, an optical rotary joint (optical coupling unit) 203 that couples a non-rotating unit (fixed unit) and a rotating unit (rotary driving unit) and transmits light. Is provided. Further, the distal end side of the single mode fiber 235 in the optical rotary joint 203 is detachably connected to the single mode fiber 236 of the optical probe unit 101 via the adapter 202. As a result, the light (measurement light) from the light source 208 is transmitted to the single mode fiber 236 that is inserted into the imaging core 201 that repeatedly transmits and receives light and can be driven to rotate.

シングルモードファイバ236に伝送された光は、イメージングコア201の先端側から血管内の生体組織に対してラジアル動作しながら照射される。そして、生体組織の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部はイメージングコア201により取り込まれ、逆の光路を経てシングルモードファイバ230側に戻り、光カップラ部226によりその一部がシングルモードファイバ237側に移る。シングルモードファイバ237において反射光は、シングルモードファイバ231を伝わる後述の参照光と混合され、シングルモードファイバ229の一端から干渉光として出射される。この干渉光は光検出器219(例えばフォトダイオード)にて受光される。   The light transmitted to the single mode fiber 236 is irradiated from the distal end side of the imaging core 201 to the living tissue in the blood vessel while performing a radial operation. Then, a part of the reflected light scattered on the surface or inside of the living tissue is captured by the imaging core 201, returns to the single mode fiber 230 side through the reverse optical path, and a part of the reflected light is single mode fiber 237 by the optical coupler unit 226. Move to the side. In the single mode fiber 237, the reflected light is mixed with reference light (described later) that travels through the single mode fiber 231, and emitted from one end of the single mode fiber 229 as interference light. This interference light is received by a photodetector 219 (for example, a photodiode).

なお、光ロータリジョイント203の回転部側は回転駆動装置204のラジアル走査モータ205により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ205の回転角度は、エンコーダ部206により検出される。更に、光ロータリジョイント203は、直線駆動装置207を備え、信号処理部223からの指示に基づいて、カテーテル部101の挿入方向(軸方向)の動作を規定している。軸方向移動は、信号処理部223からの制御信号に基づいて、直線駆動装置207内の直線駆動モータが動作することにより実現される。   Note that the rotating portion side of the optical rotary joint 203 is rotationally driven by a radial scanning motor 205 of the rotational driving device 204. The rotation angle of the radial scanning motor 205 is detected by the encoder unit 206. Furthermore, the optical rotary joint 203 includes a linear drive device 207 and regulates the operation in the insertion direction (axial direction) of the catheter unit 101 based on an instruction from the signal processing unit 223. The axial movement is realized by operating a linear drive motor in the linear drive device 207 based on a control signal from the signal processing unit 223.

また、シングルモードファイバ231の光カップラ部226より先端側には、基準光の光路長を微調整する光路長の可変機構225が設けてある。この光路長の可変機構225は光プローブを交換して使用した場合の個々の光プローブの長さのばらつきを吸収できるように、その長さのバラツキに相当する光路長を変化させる光路長変化手段を備えている。シングルモードファイバ231およびコリメートレンズ234は、その光軸方向に矢印233で示すように移動自在な1軸ステージ232上に設けられ、光路長調整手段を形成している。   An optical path length variable mechanism 225 for finely adjusting the optical path length of the reference light is provided on the tip side of the optical coupler section 226 of the single mode fiber 231. The optical path length variable mechanism 225 changes the optical path length that changes the optical path length corresponding to the variation in length so that the variation in length of each optical probe when the optical probe is replaced and used can be absorbed. It has. The single mode fiber 231 and the collimator lens 234 are provided on a uniaxial stage 232 that is movable as indicated by an arrow 233 in the optical axis direction, and form an optical path length adjusting means.

具体的には、1軸ステージ232は光プローブ部101を交換した場合に、光プローブの光路長のバラツキを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する光路長変化手段を形成する。さらに、1軸ステージ232はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。例えば、光プローブの先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、1軸ステージ232により光路長を微小変化させることにより、生体組織の表面位置から干渉する状態に設定することが可能となる。   Specifically, when the optical probe unit 101 is replaced, the uniaxial stage 232 forms an optical path length changing unit having a variable range of the optical path length that can absorb variations in the optical path length of the optical probe. Further, the uniaxial stage 232 also has a function as an adjusting means for adjusting the offset. For example, even when the tip of the optical probe is not in close contact with the surface of the living tissue, it is possible to set the state of interference from the surface position of the living tissue by minutely changing the optical path length by the uniaxial stage 232. .

ミラー227,229及びレンズ228を介して、反射された光は参照光としてシングルモードファイバ231に入力される。光路長の可変機構225で光路長が微調整された光(参照光)は、シングルモードファイバ231の途中に設けた光カップラ部226でシングルモードファイバ230側からの光(反射光)と混合されて、干渉光となり、光検出器219にて受光される。光検出器219にて受光された光は光電変換され、アンプ220aにより増幅された後、対数増幅器220bに入力される。対数増幅器220bでは、干渉光を光電変換して得られた信号であって、アンプ220によって増幅された電気信号を対数的に増幅する。対数増幅器220bの出力は復調器221に供給される。復調器221では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はA/D変換器222に入力される。   The reflected light is input to the single mode fiber 231 as reference light through the mirrors 227 and 229 and the lens 228. The light (reference light) whose optical path length is finely adjusted by the optical path length variable mechanism 225 is mixed with the light (reflected light) from the single mode fiber 230 side by the optical coupler unit 226 provided in the middle of the single mode fiber 231. Thus, it becomes interference light and is received by the photodetector 219. The light received by the photodetector 219 is photoelectrically converted, amplified by the amplifier 220a, and then input to the logarithmic amplifier 220b. The logarithmic amplifier 220b amplifies the electric signal obtained by photoelectrically converting the interference light and amplified by the amplifier 220 logarithmically. The output of the logarithmic amplifier 220b is supplied to the demodulator 221. The demodulator 221 performs demodulation processing for extracting only the signal portion of the interfered light, and its output is input to the A / D converter 222.

A/D変換器222では、干渉光信号を180MHzで2048ポイント分サンプリングして、1ラインのデジタルデータ(干渉光データ)を生成する。なお、サンプリング周波数を180MHzとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を80kHzにした場合に、波長掃引の周期(12.5μsec)の90%程度を2048点のデジタルデータとして抽出することを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。   The A / D converter 222 samples the interference light signal for 2048 points at 180 MHz to generate one line of digital data (interference light data). The sampling frequency of 180 MHz is based on the premise that about 90% of the wavelength sweep period (12.5 μsec) is extracted as 2048 digital data when the wavelength sweep repetition frequency is 80 kHz. However, the present invention is not limited to this.

A/D変換器222にて生成されたライン単位の干渉光データは、信号処理部223に入力される。この信号処理部223では干渉光データをFFT(高速フーリエ変換)により周波数分解して深さ方向のデータを生成し、これを座標変換することにより、血管内の各位置での断面画像を形成し、所定のフレームレートでLCDモニタ113に出力する。   The line-by-line interference light data generated by the A / D converter 222 is input to the signal processing unit 223. In this signal processing unit 223, the interference light data is subjected to frequency decomposition by FFT (Fast Fourier Transform) to generate data in the depth direction, and this is subjected to coordinate conversion to form a cross-sectional image at each position in the blood vessel. The data is output to the LCD monitor 113 at a predetermined frame rate.

なお、信号処理部223は光路長調整手段制御部218と接続されている。信号処理部223は光路長調整手段制御部218を介して1軸ステージ232の位置の制御を行う。また、信号処理部223はモータ制御回路224と接続され、断面画像を形成する際のビデオ同期信号に同期して内部のメモリに該断面画像を格納する。また、このモータ制御回路224のビデオ同期信号は、回転駆動装置204にも送られ、回転駆動装置204はビデオ同期信号に同期した駆動信号を出力する。   The signal processing unit 223 is connected to the optical path length adjusting unit control unit 218. The signal processing unit 223 controls the position of the uniaxial stage 232 via the optical path length adjusting unit control unit 218. The signal processing unit 223 is connected to the motor control circuit 224, and stores the cross-sectional image in an internal memory in synchronization with a video synchronization signal when forming the cross-sectional image. The video synchronization signal of the motor control circuit 224 is also sent to the rotation drive device 204, and the rotation drive device 204 outputs a drive signal synchronized with the video synchronization signal.

図4の(a)は光ファイバ部101のイメージコア201が体腔内(血管内腔)に挿入され、ラジアル走査が行われる様子を説明する図である。光学ミラー401、光学レンズ402を先端に有する光ファイバ236により構成されるイメージングコア201を内蔵したカテーテルシース403は、例えば血管内腔に挿入される。回転駆動装置204は、カテーテルシース403内でイメージングコア201を矢印405方向に回転させ、直線駆動装置207は矢印406方向に移動させる。このとき、図4の(b)に示すように、光源208からの測定光が光ファイバ236を経て、光学ミラー401により体腔へ照射される。照射された光の反射光は、光学ミラー401により光ファイバ236を経て装置へ戻される。   FIG. 4A is a diagram illustrating a state in which the image core 201 of the optical fiber unit 101 is inserted into a body cavity (blood vessel lumen) and radial scanning is performed. A catheter sheath 403 containing an imaging core 201 composed of an optical fiber 236 having an optical mirror 401 and an optical lens 402 at the tip is inserted into, for example, a blood vessel lumen. The rotation driving device 204 rotates the imaging core 201 in the direction of the arrow 405 in the catheter sheath 403, and the linear driving device 207 moves in the direction of the arrow 406. At this time, as shown in FIG. 4B, the measurement light from the light source 208 is irradiated to the body cavity by the optical mirror 401 through the optical fiber 236. The reflected light of the irradiated light is returned to the apparatus through the optical fiber 236 by the optical mirror 401.

図5は血管内断層撮影時の光プローブ部101の動作を説明するための模式図である。図5(a)、(b)はそれぞれ光プローブ部101が挿入された状態の血管の斜視図及び断面図である。図5(a)において、501は光プローブ部101が挿入された血管断面を示している。上述のように、光プローブ部101のイメージングコア201はその先端に光学レンズ402、光学ミラー401が取り付けられており、ラジアル走査モータ205により405方向に回転する。   FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the optical probe unit 101 during intravascular tomography. 5A and 5B are a perspective view and a cross-sectional view of a blood vessel in a state where the optical probe unit 101 is inserted, respectively. In FIG. 5A, reference numeral 501 denotes a blood vessel cross section in which the optical probe unit 101 is inserted. As described above, the imaging lens 201 of the optical probe unit 101 has the optical lens 402 and the optical mirror 401 attached to the tip thereof, and is rotated in the 405 direction by the radial scanning motor 205.

光学レンズ402からは、各回転角度にて測定光の送信/受信が行われる。ライン1、2、…、512は各回転角度における測定光の照射方向を示している。本実施形態では、光学ミラー401及び光学レンズ402を含むイメージングコア201が所定の血管断面501の位置で360度回動する間に、512回の測定光の送信/反射光の受信が断続的に行われる。なお、360度回動する間における測定光の送信/受信回数は特にこれに限られず、任意に設定可能であるものとする。このように、イメージングコア201を回転させながら信号の送信/受信を繰り返すスキャン(走査)を、一般に「ラジアルスキャン(ラジアル走査、回転走査)」という。また、このようなイメージングコア201による測定光の送信/反射光の受信は、イメージングコア201が血管内を矢印406の方向に進みながら行われる。   From the optical lens 402, measurement light is transmitted / received at each rotation angle. Lines 1, 2,..., 512 indicate the irradiation direction of the measurement light at each rotation angle. In the present embodiment, while the imaging core 201 including the optical mirror 401 and the optical lens 402 is rotated 360 degrees at the position of the predetermined blood vessel cross section 501, 512 transmissions of measurement light / reception of reflected light are intermittently performed. Done. Note that the number of transmission / reception times of the measurement light during 360 ° rotation is not limited to this, and can be arbitrarily set. In this way, scanning (scanning) in which signal transmission / reception is repeated while rotating the imaging core 201 is generally referred to as “radial scanning (radial scanning, rotational scanning)”. Further, transmission of the measurement light / reception of the reflected light by the imaging core 201 is performed while the imaging core 201 proceeds in the direction of the arrow 406 in the blood vessel.

次に、信号処理部223について説明する。図3は信号処理部223の構成例を示すブロック図である。   Next, the signal processing unit 223 will be described. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the signal processing unit 223.

上述したように、光ファイバー230を通して入力された反射光は、光カップラ部226で参照光と合わせられて、干渉光が生成される。光検出器219は、この干渉光の強度(干渉強度)を電気信号に変換して後段のアンプ220aに出力する。アンプ220aは光検出器219が出力した電気信号を増幅して対数増幅器220bに出力する。対数増幅器220bは、アンプ220aで増幅された電気信号を対数的に増幅し、得られた信号を復調器221へ出力する。復調器221の出力は、A/D変換部222に入力される。A/D変換部222では、入力された信号を2048ポイント分サンプリングして、デジタルデータとして後段のラインメモリ部301に出力する。   As described above, the reflected light input through the optical fiber 230 is combined with the reference light by the optical coupler unit 226 to generate interference light. The photodetector 219 converts the intensity of the interference light (interference intensity) into an electrical signal and outputs it to the subsequent amplifier 220a. The amplifier 220a amplifies the electrical signal output from the photodetector 219 and outputs it to the logarithmic amplifier 220b. The logarithmic amplifier 220b amplifies the electrical signal amplified by the amplifier 220a logarithmically and outputs the obtained signal to the demodulator 221. The output of the demodulator 221 is input to the A / D converter 222. The A / D conversion unit 222 samples the input signal for 2048 points, and outputs it as digital data to the line memory unit 301 at the subsequent stage.

波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置では、ここで得られたデータをフーリエ変換することで、深度方向の反射強度分布を得ることができる。すなわち、光路長の走査をすることなく、深度方向のデータを取得することができるため、高速のデータ取得が可能になる。図3のラインメモリ部301は、モータ制御回路224から出力されるモータのエンコーダ信号をもとに、モータ1回転あたりのライン数が512本となるように信号を選択し、グルーピングする。すなわち、1ラインごとの干渉データが、モータ1回転あたり512個ずつラインデータ生成部302に出力される。   In the optical coherence tomographic image forming apparatus using the wavelength sweep, the reflection intensity distribution in the depth direction can be obtained by Fourier transforming the data obtained here. That is, since data in the depth direction can be acquired without scanning the optical path length, high-speed data acquisition is possible. The line memory unit 301 in FIG. 3 selects and groups signals so that the number of lines per motor rotation is 512 based on the motor encoder signal output from the motor control circuit 224. That is, 512 pieces of interference data for each line are output to the line data generation unit 302 by 512 per rotation of the motor.

ラインデータ生成部302は、FFT(高速フーリエ変換処理)を行うことで、ラインデータを生成するととともに、ライン加算平均処理、フィルター処理、対数変換等を行い、得られたラインデータを後段の後処理部に出力する。   The line data generation unit 302 generates line data by performing FFT (Fast Fourier Transform Processing), and performs line addition averaging processing, filter processing, logarithmic conversion, and the like, and post-processes the obtained line data. To the output.

後処理部303では、ラインデータ生成部302より受け取ったラインデータに対してコントラスト調整、輝度調整、ガンマ補正、フレーム相関、シャープネス処理等を施し、処理結果を画像構築部304に出力する。画像構築部304は、極座標のラインデータ列をビデオ信号に変換し、LCDモニタ113に血管断面画像として表示する。なお、ここでは一例として、512ラインから画像を構築する例を示しているが、このライン数に限定されるものではない。制御部305は上述した各部の一連の動作を制御する。   The post-processing unit 303 performs contrast adjustment, luminance adjustment, gamma correction, frame correlation, sharpness processing, and the like on the line data received from the line data generation unit 302 and outputs the processing result to the image construction unit 304. The image construction unit 304 converts a polar coordinate line data string into a video signal and displays it on the LCD monitor 113 as a blood vessel cross-sectional image. Here, as an example, an example in which an image is constructed from 512 lines is shown, but the number of lines is not limited thereto. The control unit 305 controls a series of operations of each unit described above.

図7は本実施形態による、干渉光の電気信号への変換からFFTによるラインデータ生成までの処理に関わる機能構成を示す図である。本実施形態では、干渉光を電気信号に変換する光電変換を行う光検出器219の出力信号を対数的に増幅させる対数増幅器220bが設けられている。このような対数増幅器は強弱に幅のある信号の増幅によく利用されているが、増幅域によっては精度が悪くなるため、注意が必要である。図6に代表的な対数アンプの入力出力特性を示す。この入出力特性から、入力電流が10nA以下、1mA以上で出力誤差が増加し、大きく特性が悪くなることがわかる。したがって、光干渉断層像形成で対数増幅をおこなう場合には、生体からの反射光による信号(以下、生体信号という)が精度の良い領域になるようにアンプ220aの感度(増幅特性)を設定する。図6の場合、入力範囲610の範囲に生体信号が入るようにアンプ220aの感度が設定される。その場合、生体信号より10万倍以上大きいステントからの反射については振幅の再現精度が悪くなるが、ステント信号については存在が確認できればよいので、誤差が大きくてもまったく問題はない。   FIG. 7 is a diagram showing a functional configuration related to processing from conversion of interference light into an electrical signal to generation of line data by FFT according to the present embodiment. In this embodiment, a logarithmic amplifier 220b is provided that logarithmically amplifies the output signal of the photodetector 219 that performs photoelectric conversion to convert interference light into an electrical signal. Such logarithmic amplifiers are often used to amplify signals with a strong and weak range, but care must be taken because the accuracy may deteriorate depending on the amplification range. FIG. 6 shows the input / output characteristics of a typical logarithmic amplifier. From this input / output characteristic, it can be seen that when the input current is 10 nA or less and 1 mA or more, the output error increases and the characteristics are greatly deteriorated. Therefore, when logarithmic amplification is performed in optical coherence tomographic image formation, the sensitivity (amplification characteristic) of the amplifier 220a is set so that a signal by reflected light from the living body (hereinafter referred to as a biological signal) is in an accurate region. . In the case of FIG. 6, the sensitivity of the amplifier 220 a is set so that the biological signal enters the range of the input range 610. In that case, the accuracy of reproduction of the amplitude is poor for reflection from a stent that is 100,000 times or more larger than the biological signal. However, since the existence of the stent signal only needs to be confirmed, there is no problem even if the error is large.

すなわち、生体からの反射光に対応した干渉光の光強度に応じた電気信号が対数増幅器220bにおける出力誤差が所定の範囲となる入力範囲(入出力特性720における入力範囲610)となるように、アンプ220aの増幅特性710(感度)が設定される。アンプ220aはこの増幅特性により光検出器219の出力信号を線形的に増幅し、対数増幅器220bに提供する。例えば、対数増幅器220bの誤差の特性が図6のような場合、アンプ220aは、生体からの反射光に対応した干渉光の光強度の信号が10nA〜1mAの入力範囲610となるように増幅する。   That is, an electrical signal corresponding to the light intensity of the interference light corresponding to the reflected light from the living body is in an input range (input range 610 in the input / output characteristic 720) in which the output error in the logarithmic amplifier 220b is within a predetermined range. An amplification characteristic 710 (sensitivity) of the amplifier 220a is set. The amplifier 220a linearly amplifies the output signal of the photodetector 219 based on this amplification characteristic and provides it to the logarithmic amplifier 220b. For example, when the error characteristic of the logarithmic amplifier 220b is as shown in FIG. 6, the amplifier 220a amplifies the light intensity signal of the interference light corresponding to the reflected light from the living body within the input range 610 of 10 nA to 1 mA. .

対数増幅器220bによって対数的に増幅された信号はAD変換器222にてデジタルデータに変換され、信号処理部223に供給される。対数増幅器220bによる対数的な増幅により、ステント等の金属が存在するラインの干渉データにおいても、その全範囲がAD変換器222の入力レベル範囲となり、干渉データの連続性が維持されている。ラインメモリ部301は、A/D変換器222で得られたデジタルデータを照射方向毎に分けてライン毎のデジタルデータとしてラインデータ生成部302に提供する。ラインデータ生成部302では、対数増幅器220bにおいて信号が対数的に増幅されているため、FFTを行う前に線形信号に復調する必要がある。線形復調部701は、ライン毎のデジタルデータに、信号強度に応じた倍率で逆対数的な変換を施すことにより、デジタルデータから対数増幅器による変調を排除し、復調する。以下、線形復調部701による線形復調処理について、図8のフローチャートを参照して説明する。   The signal logarithmically amplified by the logarithmic amplifier 220 b is converted into digital data by the AD converter 222 and supplied to the signal processing unit 223. Due to logarithmic amplification by the logarithmic amplifier 220b, the entire range of the interference data of the line where the metal such as the stent is present becomes the input level range of the AD converter 222, and the continuity of the interference data is maintained. The line memory unit 301 divides the digital data obtained by the A / D converter 222 for each irradiation direction and provides it to the line data generation unit 302 as digital data for each line. In the line data generation unit 302, since the signal is logarithmically amplified in the logarithmic amplifier 220b, it is necessary to demodulate to a linear signal before performing FFT. The linear demodulator 701 eliminates the modulation by the logarithmic amplifier from the digital data by performing inverse logarithmic conversion on the digital data for each line at a magnification according to the signal strength, and demodulates the digital data. Hereinafter, the linear demodulation processing by the linear demodulation unit 701 will be described with reference to the flowchart of FIG.

線形復調部701は、ラインメモリ部301より、1ラインのデジタルデータ(復調、FFT処理前のラインデータ)を取得し(S801)、取得した1ラインの干渉データに所定の信号レンジを超えるデータが存在するか否かを判定する(S802)。ここで、所定の信号レンジを超えるデータとは、そのようなデータを復調した場合に(逆対数変換を行った場合に)、所定の信号レンジを超えてしまうデータである。そのようなデータが存在すると、復調後のデータにおいて不連続な点が発生し、画像が劣化してしまう。したがって、信号レンジを振り切るようなデータが存在する干渉データについては、そのラインではステントなどの金属からの直接反射があると判定し、そのラインの干渉データの信号を、復調しても振り切らないレベルまで減衰させてから復調する(S804,S805,S806)。例えば、1ラインの干渉データの最大値が、復調後に所定の信号レンジ内に収まるように減衰率を設定し、当該ラインの干渉データ全体に設定された減衰率を適用し、当該ラインの干渉データが復調されても所定の信号レンジ内に収まるようにする。たとえば、1ラインの干渉データにおける最大値をSmax、所定の信号レンジを0〜Rとしたとき、減衰率はR/Smaxと算出する。なお、減衰率はこの値(R/Smax)より大きければ任意に設定できる。一方、信号レンジを振り切るようなデータが存在しなければ、当該ラインの干渉データをそのまま用いて復調を行う(S803:NO→S806)。以上の処理を、未処理のラインの干渉データがなくなるまで実行する(S807)。   The linear demodulator 701 acquires one line of digital data (line data before demodulation and FFT processing) from the line memory unit 301 (S801), and data exceeding a predetermined signal range is included in the acquired interference data of one line. It is determined whether or not it exists (S802). Here, the data exceeding the predetermined signal range is data that exceeds the predetermined signal range when such data is demodulated (when inverse logarithmic conversion is performed). If such data exists, discontinuous points occur in the demodulated data, and the image deteriorates. Therefore, for interference data that has data that spills out of the signal range, it is determined that there is direct reflection from the metal such as a stent in that line, and the level of interference data in that line is not swayed even if demodulated. And then demodulate (S804, S805, S806). For example, the attenuation rate is set so that the maximum value of interference data for one line falls within a predetermined signal range after demodulation, the attenuation rate set for the entire interference data for the line is applied, and interference data for the line is applied. Even if the signal is demodulated, it falls within a predetermined signal range. For example, when the maximum value in one line of interference data is Smax and the predetermined signal range is 0 to R, the attenuation rate is calculated as R / Smax. The attenuation rate can be arbitrarily set as long as it is larger than this value (R / Smax). On the other hand, if there is no data that can swing the signal range, demodulation is performed using the interference data of the line as it is (S803: NO → S806). The above processing is executed until there is no interference data of unprocessed lines (S807).

以上の処理において、S803〜S805により、あるレベル以上の信号については全て同じ強度として復調される。ただしここでは同じとしたが、復調時に段階的に倍率を下げるなどの復調方法も考えられる。すなわち、復調時における減衰率の設定は、各ラインの干渉データの信号強度に応じて、復調後の信号レベルが所定レベルに入るように設定される。これにより、入力レンジを振り切る信号を持ったラインデータは入力レンジ以下に減衰されて復調され、振幅レベルの小さい信号についてはそのまま復調される。ラインデータ生成部302では、こうして得られた各ラインのデータについて上述したFFTが施され、深さ方向のデータが生成される。   In the above processing, signals of a certain level or higher are demodulated with the same intensity through S803 to S805. However, although it is the same here, a demodulation method such as decreasing the magnification stepwise at the time of demodulation is also conceivable. That is, the attenuation rate at the time of demodulation is set so that the demodulated signal level falls within a predetermined level according to the signal strength of the interference data of each line. As a result, the line data having a signal that diverges the input range is attenuated below the input range and demodulated, and the signal having a small amplitude level is demodulated as it is. In the line data generation unit 302, the above-described FFT is performed on the data of each line thus obtained, and data in the depth direction is generated.

以上説明したように、第1実施形態によれば、干渉強度の信号に対して対数的な増幅を行うことにより、生体信号に比べて極端に大きい干渉強度を有する信号が入力されても、、生体信号を増幅しつつ、極端に大きい干渉信号についてはレベルを抑え込むことができる。したがって、信号の連続性を維持したままAD変換することができる。また、対数的に変調された状態を線形状態に復調する際には、復調後の信号レベルが所定値を超えるようなラインについて、当該ラインの全体を減衰させることにより復調後の信号レベルを所定値内に抑えている。以上のような処理により、ステント等の金属からの反射光により極端に干渉光が生成されても、生体信号を損なうことなく、信号の連続性を維持して、周波数領域への変換を実行することができる。そのため、波長掃引型の光干渉断層像形成装置において、画像におけるステント等による放射状のノイズの出現を抑制することができる。また、微弱な生体信号を感度良く検出することも可能になる。   As described above, according to the first embodiment, by performing logarithmic amplification on a signal having interference intensity, even when a signal having an extremely large interference intensity compared to a biological signal is input, While a biological signal is amplified, the level of an extremely large interference signal can be suppressed. Therefore, AD conversion can be performed while maintaining the continuity of the signal. Also, when demodulating the logarithmically modulated state into a linear state, for the line where the demodulated signal level exceeds a predetermined value, the signal level after demodulation is predetermined by attenuating the entire line. It is kept within the value. Through the above processing, even if interference light is extremely generated by reflected light from a metal such as a stent, the signal is converted to the frequency domain while maintaining the continuity of the signal without damaging the biological signal. be able to. Therefore, in the wavelength-swept optical coherence tomographic image forming apparatus, it is possible to suppress the appearance of radial noise due to a stent or the like in the image. It is also possible to detect a weak biological signal with high sensitivity.

[第2実施形態]
対数増幅器220bは一般的に温度に対して敏感な特性を有しており、装置内部のさまざまな部品からの発熱の影響を受けることが想定される。そこで、第2実施形態では、光干渉断層像形成装置の内部の温度をモニタし、対数増幅器220bの精度補正をおこなう。具体的には不図示の温度計測部を装置内に設け、ラインデータ生成部302は、温度計測部からの装置温度をモニタする。また、ラインデータ生成部302は、対数増幅器220bにおける温度と増幅率の関係から、温度によらず増幅率が一定となるように設定された補正係数が温度に対応付けて登録されている補正テーブルが予め用意されている。そして、この補正テーブルより装置温度に対応した補正係数を取得し、復調前のラインデータ全体に対して当該補正係数による補正をおこなうことで対数増幅器の精度を向上させる。その他の点については第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
The logarithmic amplifier 220b generally has a temperature-sensitive characteristic, and is assumed to be affected by heat generated from various components inside the apparatus. Therefore, in the second embodiment, the temperature inside the optical coherence tomographic image forming apparatus is monitored and the accuracy of the logarithmic amplifier 220b is corrected. Specifically, a temperature measurement unit (not shown) is provided in the apparatus, and the line data generation unit 302 monitors the apparatus temperature from the temperature measurement unit. In addition, the line data generation unit 302 has a correction table in which correction coefficients set so that the amplification factor is constant regardless of the temperature are registered in association with the temperature based on the relationship between the temperature and the amplification factor in the logarithmic amplifier 220b. Are prepared in advance. Then, a correction coefficient corresponding to the apparatus temperature is acquired from this correction table, and the correction of the logarithmic amplifier is performed by correcting the entire line data before demodulation with the correction coefficient. Other points are the same as in the first embodiment.

以上のような第2実施形態によれば、対数増幅器220bの温度による特性の変動の影響を低減でき、常に、高精度な、質の良い断層像を得ることができる。   According to the second embodiment as described above, it is possible to reduce the influence of the characteristic variation due to the temperature of the logarithmic amplifier 220b, and to always obtain a high-accuracy and high-quality tomographic image.

[第3実施形態]
上記第2実施形態では、装置の温度を監視して補正係数を選択することにより、対数増幅器220bの温度に対する影響を低減した。第3実施形態では、参照光のみを光検出器219に入力することで得られた電気信号を対数増幅器220bによって増幅することで得られる参照信号の変動を用いて対数増幅器220bの特性変動(増幅率の変動)を補正する。
[Third Embodiment]
In the second embodiment, the influence on the temperature of the logarithmic amplifier 220b is reduced by monitoring the temperature of the apparatus and selecting a correction coefficient. In the third embodiment, the characteristic variation (amplification) of the logarithmic amplifier 220b using the fluctuation of the reference signal obtained by amplifying the electric signal obtained by inputting only the reference light to the photodetector 219 by the logarithmic amplifier 220b. Rate fluctuation).

より具体的には、製造時もしくはメンテナンス時に参照信号の振幅を記録しておき、これをリファレンスとする。そして、断層画像の測定時に計測した参照信号の振幅とリファレンスを比較し、補正係数を決定する。こうして決定した補正係数により、復調前のラインデータについて補正が行われる。すなわち、第2実施形態では温度から対数増幅器220bの増幅率を推定したのに対して、第3実施形態は参照信号の振幅から対数増幅器220bの増幅率を推定するものである。たとえば、製造時もしくはメンテナンス時の参照信号の計測から、対数増幅器220bの増幅率が1000倍のときの参照信号の振幅が1Vp-pになるという関係が得られたとする。そして、断層像形成時に計測した参照信号の振幅が例えば0.9Vp-pであった場合、ラインデータ生成部302は、増幅率が900倍に変動しているものと推定し、これに対応した補正係数を設定してラインデータの補正を行う。   More specifically, the amplitude of the reference signal is recorded during manufacturing or maintenance, and this is used as a reference. Then, the reference signal amplitude measured during tomographic image measurement is compared with the reference to determine a correction coefficient. Correction is performed on the line data before demodulation using the correction coefficient thus determined. That is, in the second embodiment, the amplification factor of the logarithmic amplifier 220b is estimated from the temperature, whereas in the third embodiment, the amplification factor of the logarithmic amplifier 220b is estimated from the amplitude of the reference signal. For example, it is assumed that the relationship that the amplitude of the reference signal becomes 1 Vp-p when the amplification factor of the logarithmic amplifier 220b is 1000 times is obtained from the measurement of the reference signal at the time of manufacture or maintenance. Then, when the amplitude of the reference signal measured at the time of tomographic image formation is, for example, 0.9 Vp-p, the line data generation unit 302 estimates that the amplification factor fluctuates 900 times, and copes with this. Line data is corrected by setting a correction coefficient.

以上のような第3実施形態によれば、温度計測部や補正テーブルを設ける必要がなくなるので第2実施形態よりも容易に温度補正が実施できる。また、温度以外の要因で対数増幅器220bの増幅率が変動した場合にも、これに対応した補正が行えることになる。   According to the third embodiment as described above, it is not necessary to provide a temperature measurement unit or a correction table, so that temperature correction can be performed more easily than in the second embodiment. Further, when the amplification factor of the logarithmic amplifier 220b fluctuates due to factors other than temperature, correction corresponding to this can be performed.

Claims (6)

装置内部で波長掃引光源から出力された光を測定光と参照光に分割し、体内に挿入されたプローブを介して照射方向を回転させながら体腔内に測定光を出射し、その反射光と前記参照光とから得られる干渉光の光強度に基づいて該体腔内の断面画像を生成する光干渉断層像形成装置であって、
前記干渉光の光強度を電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段の出力信号を対数増幅する対数増幅手段と、
前記対数増幅手段の出力信号を離散的にサンプリングしてデジタルの干渉データに変換するAD変換手段と、
前記AD変換手段で得られたデジタルの干渉データを照射方向毎に分けてライン干渉データとし、前記ライン干渉データ毎に、信号強度に応じた倍率で逆対数変換を施すことによりライン干渉データを復調する復調手段と、
前記復調手段で復調されたライン干渉データを周波数領域のデータへ変換して断層画像を構築する構築手段とを備えることを特徴とした光干渉断層像形成装置。
The light output from the wavelength swept light source inside the device is divided into measurement light and reference light, and the measurement light is emitted into the body cavity while rotating the irradiation direction through the probe inserted into the body, and the reflected light and the above-mentioned light An optical coherence tomographic image forming apparatus for generating a cross-sectional image in the body cavity based on the light intensity of interference light obtained from reference light,
Photoelectric conversion means for converting the light intensity of the interference light into an electrical signal;
Logarithmic amplification means for logarithmically amplifying the output signal of the photoelectric conversion means;
AD conversion means for discretely sampling the output signal of the logarithmic amplification means and converting it into digital interference data;
The digital interference data obtained by the AD conversion means is divided into irradiation directions for each line direction, and the line interference data is demodulated by performing inverse logarithmic conversion at a magnification according to the signal intensity for each line interference data. Demodulating means,
An optical coherence tomographic image forming apparatus comprising: construction means for constructing a tomographic image by converting line interference data demodulated by the demodulating means into frequency domain data.
前記復調手段は、
前記復調により所定の信号レベルを超えるデータが存在するライン干渉データを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出されたライン干渉データに対して、復調後の全てのデータが前記所定の信号レベルに収まるように当該ライン干渉データの全体を減衰させる減衰手段とを備え、
前記検出手段で検出されたライン干渉データについては前記減衰手段により減衰された結果を逆対数変換し、前記検出手段で検出されなかったライン干渉データについては当該ライン干渉データを逆対数変換することを特徴とする請求項1に記載の光干渉断層像形成装置。
The demodulating means includes
Detecting means for detecting line interference data in which data exceeding a predetermined signal level exists by the demodulation;
Attenuating means for attenuating the entire line interference data with respect to the line interference data detected by the detecting means so that all data after demodulation falls within the predetermined signal level,
Said for the detected line interference data detecting means the result of the attenuated inverse logarithmic transformation by the attenuating means, wherein the line interference data that was not detected by the detecting means for inverse logarithmically converting the line interference data The optical coherence tomographic image forming apparatus according to claim 1.
生体からの反射光に対応した干渉光の光強度に応じた電気信号が、前記対数増幅手段において出力誤差が所定の範囲となる入力範囲となるように、前記光電変換手段の出力信号を線形増幅して前記対数増幅手段に提供する線形増幅手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の光干渉断層像形成装置。   The output signal of the photoelectric conversion means is linearly amplified so that an electric signal corresponding to the light intensity of the interference light corresponding to the reflected light from the living body becomes an input range in which the output error is a predetermined range in the logarithmic amplification means. The optical coherence tomographic image forming apparatus according to claim 1, further comprising: linear amplification means provided to the logarithmic amplification means. 温度と前記対数増幅手段の補正係数との関係を登録した補正テーブルと、
装置内部の温度を計測する温度計測手段とを更に備え、
前記復調手段は、前記温度計測手段により計測された温度に基づいて前記補正テーブルから補正係数を取得し、前記逆対数変換を施す前のライン干渉データに対して当該補正係数による補正を行うことを特徴とした請求項1または2に記載の光干渉断層像形成装置。
A correction table that registers the relationship between temperature and the correction coefficient of the logarithmic amplification means;
A temperature measuring means for measuring the temperature inside the apparatus;
The demodulating means acquires a correction coefficient from the correction table based on the temperature measured by the temperature measuring means, and corrects the line interference data before performing the inverse logarithmic conversion using the correction coefficient. The optical coherence tomographic image forming apparatus according to claim 1, wherein the optical coherence tomographic image forming apparatus is characterized.
前記復調手段は、
前記参照光のみを前記光電変換手段に供給することにより前記対数増幅手段から得られる参照信号の変動を監視し、該変動から前記対数増幅手段における対数増幅の誤差を推定し、該誤差の推定結果に基づいて、前記逆対数変換を施す前のライン干渉データに対して補正を行う補正手段を更に備えることを特徴とした請求項1に記載の光干渉断層像形成装置。
The demodulating means includes
By monitoring the fluctuation of the reference signal obtained from the logarithmic amplification means by supplying only the reference light to the photoelectric conversion means, the error of the logarithmic amplification in the logarithmic amplification means is estimated from the fluctuation, and the estimation result of the error The optical coherence tomographic image forming apparatus according to claim 1, further comprising: a correcting unit that corrects the line interference data before the inverse logarithmic transformation is performed based on the above.
装置内部で波長掃引光源から出力された光を測定光と参照光に分割し、体内に挿入するためのプローブを介して照射方向を回転させながら体腔内に測定光を出射し、その反射光と前記参照光とから得られる干渉光の光強度に基づいて該体腔内の断面画像を生成する光干渉断層像形成装置の作動方法であって、
前記光干渉断層像形成装置の光電変換手段が、前記干渉光の光強度を電気信号に変換する光電変換工程と、
前記光干渉断層像形成装置の対数増幅手段が、前記光電変換工程により得られた出力信号を対数増幅する対数増幅工程と、
前記光干渉断層像形成装置のAD変換手段が、前記対数増幅工程により得られた出力信号を離散的にサンプリングしてデジタルの干渉データに変換するAD変換工程と、
前記光干渉断層像形成装置の復調手段が、前記AD変換工程で得られたデジタルの干渉データを照射方向毎に分けてライン干渉データとし、前記ライン干渉データ毎に、信号強度に応じた倍率で逆対数変換を施すことによりライン干渉データを復調する復調工程と、
前記光干渉断層像形成装置の構築手段が、前記復調工程で復調されたライン干渉データを周波数領域のデータへ変換して断層画像を構築する構築工程とを有することを特徴とした光干渉断層像形成装置の作動方法。
The light output from the wavelength swept light source inside the device is divided into measurement light and reference light, and the measurement light is emitted into the body cavity while rotating the irradiation direction via a probe for insertion into the body, and the reflected light and An operation method of an optical coherence tomographic image forming apparatus that generates a cross-sectional image in the body cavity based on light intensity of interference light obtained from the reference light,
A photoelectric conversion step in which the photoelectric conversion means of the optical coherence tomographic image forming apparatus converts the light intensity of the interference light into an electrical signal;
A logarithmic amplification step in which the logarithmic amplification means of the optical coherence tomographic image forming apparatus logarithmically amplifies the output signal obtained by the photoelectric conversion step;
An AD conversion step in which the AD conversion means of the optical coherence tomographic image forming apparatus discretely samples the output signal obtained by the logarithmic amplification step and converts it into digital interference data;
The demodulating means of the optical coherence tomographic image forming apparatus divides the digital interference data obtained in the AD conversion process into line interference data for each irradiation direction, and the line interference data is multiplied by a magnification corresponding to the signal intensity. A demodulation step of demodulating the line interference data by performing inverse logarithmic transformation;
The optical coherence tomographic image forming apparatus has a construction step of constructing a tomographic image by converting the line interference data demodulated in the demodulation step into frequency domain data. Method of operating the forming device.
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