JP7217446B2 - 光干渉断層画像撮像装置 - Google Patents
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Description
本願の発明は、光の干渉を利用して被観察部位の断層画像を撮像する光干渉断層画像撮像装置に関するものである。
光干渉断層計（Optical coherence tomography; OCT）は、低コヒーレンス光の干渉を利用して光の進行方向の距離を計測する技術を応用したものである。工学研究者のFujimotoと眼科医のHuang らは、 1 本のスキャン(Ａスキャン）を横へずらして連続スキャン（Ｂスキャン）することで断層画像化に成功した。この１９９１年の出来事が、光干渉断層画像撮像装置の始まりである。
当初は撮像の対象は眼底であり、眼底の診断の目的で光干渉断層画像撮像装置は多く使用されてきた。最近では、皮膚、血管内壁（血管内カテーテル）、胃壁（胃内視鏡）、口腔内など、さまざまな部位が撮像の対象となっている。
当初は撮像の対象は眼底であり、眼底の診断の目的で光干渉断層画像撮像装置は多く使用されてきた。最近では、皮膚、血管内壁（血管内カテーテル）、胃壁（胃内視鏡）、口腔内など、さまざまな部位が撮像の対象となっている。
図１２及び図１３は、従来の一般的な光干渉断層画像撮像装置の概略図である。このうち、図１２は、従来のタイムドメインタイプの光干渉断層画像撮像装置の概略図であり、図１３は、従来のフーリエドメインタイプの光干渉断層画像撮像装置の概略図である。
図１２に示す光干渉断層画像撮像装置は、光源１１と、光源１１からの光を測定光と参照光とに分割して測定光を被観察部位に照射するとともに被観察部位からの反射光を参照光と干渉させる光学系２と、干渉光の強度を検出する検出器３０と、検出器３０からの出力により断層画像を取得する演算処理部４とを備えている。
図１２に示す光干渉断層画像撮像装置は、光源１１と、光源１１からの光を測定光と参照光とに分割して測定光を被観察部位に照射するとともに被観察部位からの反射光を参照光と干渉させる光学系２と、干渉光の強度を検出する検出器３０と、検出器３０からの出力により断層画像を取得する演算処理部４とを備えている。
図１２に示す装置は、タイムドメインタイプであるので、光学系２は、参照ミラー２１を駆動させる駆動機構２２１を備えている。光学系２は、光源１１からの光を測定光と参照光とに分割するビームスプリッタ２１を備えている。低コヒーレンスの光源１１としては、ＬＥＤのように、あるピーク波長を持ちその前後のある程度の範囲でスペクトルが連続しているものが使用される。
測定光が照射された被観察部位では、屈折率が変化する界面において反射光が生じる。この反射光は、ビームスプリッタ２１で重ね合わされるが、界面からビームスプリッタまでの距離と、参照ミラー２２からビームスプリッタまでの距離が等しい場合、干渉が生じる。この場合、光源１１からの光は低コヒーレンスであるため、ある限られた範囲（コヒーレンス長）で干渉が生じる。干渉が生じた場合、検出器３０で検出される光の強度が特に高くなる。したがって、参照ミラー２２をビームスプリッタ２１に対して移動させて距離を変更させながらどの位置で干渉光強度が極大となるかを検出器３０で検出することで、反射面の位置が特定できる。
屈折率が変化する界面（反射面）は、被観察部位の表面の場合もあるが、多くの場合、被観察部位の表面より少し深い位置に存在している。即ち、内部からの反射光と参照光との干渉光が捉えられることになる。また、厳密な意味での反射光の場合もあるが、反射光は、いわゆる散乱光の場合もある。被観察部位の内部で屈折率が大きく変化している界面があり、この界面で測定光が反射したり散乱したりしてビームスプリッタ２１の側に戻ってきた光が参照光と干渉することになる。以下、この明細書において、被観察部位での反射光という場合、散乱光である場合を含む。
参照ミラー２２を移動させながら検出した干渉光の強度の分布（Ａスキャン）は、深さ方向のどの位置に反射面があるかを示す情報となる。そして、横方向（ビームスプリッタから被観察部位への光軸に垂直な方向）に測定光の照射ポイントを移動させながら得た干渉光の強度の変化（Ｂスキャン）を色の濃淡等で表現すると、被観察部位の断層画像が得られることになる。
図１３に示すフーリエドメインタイプの装置は、参照ミラー２２を移動させる代わりに、フーリエ変換によって深さ方向の反射光強度の分布を得る。測定光が照射された被観察部位の内部において、幾つかの反射面（屈折率の変化面）が存在し、各反射面で光が反射される。各反射面からの反射光は、測定光と同じスペクトルではあるものの、ビームスプリッタ２１との距離に応じて、特定の波長の反射光のみが参照光と特に干渉して強い干渉光を生じさせる。つまり、検出器３０で検出される干渉光を分光して波長毎の強度が判れば、被観察部位内のどの位置（深さ）にどの程度のコントラスト（屈折率の相違）の反射面が存在しているか判ることになる。
図１３に示すように、フーリエドメインタイプの光干渉断層画像撮像装置では、ビームスプリッタ２１と検出器３０との間に回折格子３００が配置されており、ビームスプリッタ２１で統合された反射光と参照光とは、回折格子３００を介して検出器３０に入射する。この例では、検出器３０はアレイセンサとなっており、各波長の光が到達する位置に各セグメントが配置されたセンサとなっている。
被観察部位内には、屈折率が変化する境界が複数あることがしばしばであり、したがって、検出器３０に入射する干渉光は、異なる複数の波長での干渉光となることがしばしばである。この場合、アレイセンサである検出器３０から吐き出される信号は、各波長の干渉光が混ざり合ったものであるが、フーリエ変換することで各波長の干渉光に分離することができ、干渉光の波長は、屈折率が変化する境界の位置（深さ）を示す。また、その干渉光の強弱は屈折率変化のコントラストを示すことになる。したがって、同様にＢスキャンを行うことで、被観察部位の断層画像が得られることになる。
このような光干渉断層画像撮像装置において、光源１１は、低コヒーレンス光源として適度に広い帯域幅の発光スペクトルを有する。一般的には数十から数百ｎｍ程度の帯域幅の発光スペクトルのものが、光源１１として使用される。
上述した光干渉断層画像撮像装置において、低コヒーレント光を出射する光源は、観察しようとする部位（以下、被観察部位という。）に応じて選定される。この理由は、被観察部位によって光の吸収や反射といった性質が大きく異なるためであり、被観察部位の媒質の光学的性質に応じて観察に適したものを使用する必要があるからである。
特に、断層観察の場合、被観察部位の奥深くまで光を到達させて界面を探す必要があったり、粘膜のような表皮組織の手前側にあってそこを透過させて光を到達させる必要があったりする場合がある。このため、被観察部位に応じて最適な帯域の光を出射する光源を使用する必要がある。
特に、断層観察の場合、被観察部位の奥深くまで光を到達させて界面を探す必要があったり、粘膜のような表皮組織の手前側にあってそこを透過させて光を到達させる必要があったりする場合がある。このため、被観察部位に応じて最適な帯域の光を出射する光源を使用する必要がある。
この場合、光の吸収がどの波長において少ないかは、人体に限った場合でも、部位によって大きく異なる。図１４は、この点の一例を示した図であり、人の口腔内の部位の違いにおける光の吸収特性の違いを示した図である。図１４の横軸は波長、縦軸は光強度が１／１０になる深さ（ｍｍ）を吸収特性として示している。この例では、口腔のうち、歯肉、舌裏、口唇の三箇所について吸収特性が示されている。図１４に示すように、同じ口腔とはいっても、部位によって吸収特性は大きく異なる。この例では、歯肉の場合には１１００ｎｍ前後又は１６００ｎｍ前後の光が吸収が少ないのでその内部の観察にはこれらの帯域が良好ということになるし、舌裏の内部については１２００ｎｍ程度が良好ということになる。また、口唇の内部については４００～５００ｎｍ程度が良好ということになる。
図１４に例示したように、媒質によって光吸収の波長特性が異なるため、従来の光干渉断層画像撮像装置では、被観察部位の媒質に応じて最適な波長帯域の光を出射する光源を選定して採用していた。逆に言えば、従来の光干渉断層画像撮像装置は、特定の被観察部位についての専用の装置であり、偶然にも最適波長帯域が一致する場合を除き、他の部位については別の装置を使用する必要があった。
このように、従来の光干渉断層画像撮像装置は、一つの特定の波長帯域の光を出射する光源を備えるのみであったため、観察の自由度が非常に低く、最適波長帯域の異なる他の部位の断層観察用には使用することができなかった。
従来、異なる被観察部位について断層画像を観察しようとすると、複数の装置が必要になり、コストの問題が避けられない。光源を変更することで異なる波長帯域の光で観察できるようにすることも考えられるが、コストの問題に加え、光源の交換に要する手間の問題も生じる。仮に、光源の交換により異なる波長帯域での撮像を可能にしたとしても、異なる波長帯域での撮像は、別々に行う必要があるから、必要な波長帯域の数だけ光照射を繰り返す必要がある。
従来、異なる被観察部位について断層画像を観察しようとすると、複数の装置が必要になり、コストの問題が避けられない。光源を変更することで異なる波長帯域の光で観察できるようにすることも考えられるが、コストの問題に加え、光源の交換に要する手間の問題も生じる。仮に、光源の交換により異なる波長帯域での撮像を可能にしたとしても、異なる波長帯域での撮像は、別々に行う必要があるから、必要な波長帯域の数だけ光照射を繰り返す必要がある。
また、特定の部位を被観察部位とする場合でも、どの程度の深さにおいて観察を行うかによっても最適波長帯域は異なる。即ち、表面のごく浅い領域を観察する場合には吸収の大きな波長帯域の光でも良いが、深い領域を観察する場合、吸収が少なくて深部に到達できる波長帯域の光を使用する必要がある。
しかしながら、従来の光干渉断層画像撮像装置では、一つの特定の波長帯域の光を出射する光源を備えるのみであったため、異なる深さに存在する界面を同時に観察することができなかった。
しかしながら、従来の光干渉断層画像撮像装置では、一つの特定の波長帯域の光を出射する光源を備えるのみであったため、異なる深さに存在する界面を同時に観察することができなかった。
さらに、従来の光干渉断層画像撮像装置では、測定に使用する波長帯域は一つのみであり、一つの特定の波長帯域の光により干渉光を作り出して断層画像を得るので、得られる断層画像も、その波長帯域で観察できる１個の断層画像のみであった。即ち、波長帯域の異なる複数の低コヒーレンス光を用いて複数の光干渉断層画像を得ることができる装置は、従来存在しなかった。
このように、従来の光干渉断層画像撮像装置は、目的とする被観察部位に応じた専用の装置であって、予め決まっている一つの波長帯域の光しか被観察部位に照射できないため、観察の自由度が種々の観点で極めて低かった。
この出願の発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、観察の自由度の高い光干渉断層画像撮像装置を提供することを目的とする。
この出願の発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、観察の自由度の高い光干渉断層画像撮像装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、４００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の波長範囲において２００ｎｍ以上の波長帯域に亘って連続スペクトルである光を出射する一つの光源部と、
光源部から出射される光を、測定光と参照光とに分割するとともに、測定光を被観察部位に照射し、当該被観察部位からの反射光と参照光との干渉光を発生させる光学系と、
反射光と参照光との干渉光の強度を検出する検出部と、
検出部で検出された干渉光の強度に基づいて、被観察部位の断層画像を取得する演算処理部と、
被観察部位からの反射光の波長帯域から、前記一つの光源部が出射する連続スペクトルである光の波長帯域よりも狭い少なくとも二つの異なる波長帯域を同時に選択可能な帯域選択部と
を備えており、
検出部は、帯域選択部が選択した少なくとも二つの異なる波長帯域において干渉光の強度を検出することが可能なものであり、
演算処理部は、帯域選択部が選択した少なくとも二つの異なる波長帯域において検出された干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得することが可能となっており、帯域選択部が選択しなかった波長帯域については被観察部位の断層画像を取得しないものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記光源部は、時間に対して波長が連続的に変化する広帯域光を出射するものであり、
前記演算処理部は、干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得する画像取得プログラムを備えており、
前記帯域選択部は、画像取得プログラムの一部であって、前記検出部からの出力について時間に対応させて前記少なくとも二つの異なる波長帯域における干渉光の強度を取得可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記光源部は、光源と、チャープ化素子とを備えており、チャープ化素子は、光源からの光に対して正の群速度分散を生じさせる速度分散素子であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記帯域選択部は、中心波長が短い帯域ほど短い帯域幅で各波長帯域を同時に選択可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項４の構成において、前記帯域選択部は、各波長帯域の光によって断層画像を取得する際の深さ方向解像度が各波長帯域で互いに同じになる中心波長及び帯域幅で各波長帯域を同時に選択可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記帯域選択部は、前記少なくとも二つの異なる波長帯域を互いに分離した帯域として同時に選択可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記演算処理部は、前記同時に選択された少なくとも二つの波長帯域の光により取得した少なくとも二つの断層画像をディスプレイ上に重ねて表示することが可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項１乃至７いずれかの構成において、前記光源部は、パルス光を出射するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、前記請求項１乃至８いずれかの構成において、前記帯域選択部により選択される少なくとも二つの異なる波長帯域は、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の幅であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、前記請求項１乃至９いずれかの構成において、前記検出部で検出された干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得する撮像モードと、前記光源部からの光を患部に照射することで治療を行う治療モードとの二つのモードで動作可能な装置であり、
撮像モードと治療モードとを切り替える切替部と、
切替部を制御するコントローラと
を備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１１記載の発明は、前記請求項１０の構成において、前記光源部は、前記治療モードの際には前記撮像モードの際よりも狭帯域の光を出射するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１２記載の発明は、前記請求項１１の構成において、前記光源部は、
レーザー源と、
前記撮像モードの際にレーザー源からの光を広帯域化させる非線形光学素子としての第一のファイバと、
前記治療モードの際にレーザー源からの光を導く第二のファイバと
を備えており、
第二のファイバは、第一のファイバよりも低非線形の素子であり、
前記切替部は、前記撮像モードの際にはレーザー源からの光を第一のファイバに入射させ、前記治療モードの際にはレーザー源からの光を第二のファイバに入射させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１３記載の発明は、前記請求項１０乃至１２構成において、前記治療モードの際に前記光源部からの光が前記検出部に入射しないように当該光を遮断する遮断部を備えているという構成を有する。
光源部から出射される光を、測定光と参照光とに分割するとともに、測定光を被観察部位に照射し、当該被観察部位からの反射光と参照光との干渉光を発生させる光学系と、
反射光と参照光との干渉光の強度を検出する検出部と、
検出部で検出された干渉光の強度に基づいて、被観察部位の断層画像を取得する演算処理部と、
被観察部位からの反射光の波長帯域から、前記一つの光源部が出射する連続スペクトルである光の波長帯域よりも狭い少なくとも二つの異なる波長帯域を同時に選択可能な帯域選択部と
を備えており、
検出部は、帯域選択部が選択した少なくとも二つの異なる波長帯域において干渉光の強度を検出することが可能なものであり、
演算処理部は、帯域選択部が選択した少なくとも二つの異なる波長帯域において検出された干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得することが可能となっており、帯域選択部が選択しなかった波長帯域については被観察部位の断層画像を取得しないものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記光源部は、時間に対して波長が連続的に変化する広帯域光を出射するものであり、
前記演算処理部は、干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得する画像取得プログラムを備えており、
前記帯域選択部は、画像取得プログラムの一部であって、前記検出部からの出力について時間に対応させて前記少なくとも二つの異なる波長帯域における干渉光の強度を取得可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記光源部は、光源と、チャープ化素子とを備えており、チャープ化素子は、光源からの光に対して正の群速度分散を生じさせる速度分散素子であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記帯域選択部は、中心波長が短い帯域ほど短い帯域幅で各波長帯域を同時に選択可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項４の構成において、前記帯域選択部は、各波長帯域の光によって断層画像を取得する際の深さ方向解像度が各波長帯域で互いに同じになる中心波長及び帯域幅で各波長帯域を同時に選択可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記帯域選択部は、前記少なくとも二つの異なる波長帯域を互いに分離した帯域として同時に選択可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記演算処理部は、前記同時に選択された少なくとも二つの波長帯域の光により取得した少なくとも二つの断層画像をディスプレイ上に重ねて表示することが可能なものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項１乃至７いずれかの構成において、前記光源部は、パルス光を出射するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、前記請求項１乃至８いずれかの構成において、前記帯域選択部により選択される少なくとも二つの異なる波長帯域は、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の幅であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１０記載の発明は、前記請求項１乃至９いずれかの構成において、前記検出部で検出された干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得する撮像モードと、前記光源部からの光を患部に照射することで治療を行う治療モードとの二つのモードで動作可能な装置であり、
撮像モードと治療モードとを切り替える切替部と、
切替部を制御するコントローラと
を備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１１記載の発明は、前記請求項１０の構成において、前記光源部は、前記治療モードの際には前記撮像モードの際よりも狭帯域の光を出射するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１２記載の発明は、前記請求項１１の構成において、前記光源部は、
レーザー源と、
前記撮像モードの際にレーザー源からの光を広帯域化させる非線形光学素子としての第一のファイバと、
前記治療モードの際にレーザー源からの光を導く第二のファイバと
を備えており、
第二のファイバは、第一のファイバよりも低非線形の素子であり、
前記切替部は、前記撮像モードの際にはレーザー源からの光を第一のファイバに入射させ、前記治療モードの際にはレーザー源からの光を第二のファイバに入射させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項１３記載の発明は、前記請求項１０乃至１２構成において、前記治療モードの際に前記光源部からの光が前記検出部に入射しないように当該光を遮断する遮断部を備えているという構成を有する。
以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、任意の波長帯域を選択して断層画像観察が行えるので、被観察部位の媒質の特性を考慮しながら最適な波長帯域を選択して観察を行うことができ、観察の自由度が高い光干渉断層画像撮像装置が提供される。
また、複数の波長帯域を同時に選択して観察を行うことができるので、複数の波長帯域での断層画像を同時に取得することもでき、この点で観察の自由度がさらに高くなる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、データ処理において任意の帯域を選択するので、帯域選択部は波長選択素子のような光学素子を備えている必要はなく、この点で、構造的に簡略化され、コストも安くなる。また、波長帯域の変更の際にはデータ取得の時間帯の設定を変更するだけで良いので、観察の自由度がさらに高くなる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、光源からの光に対して正の群速度分散を生じさせる速度分散素子によりチャープな光を得るので、より広い波長帯域で容易にチャープな光を得ることができる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、中心波長が短い帯域ほど短い帯域幅で各波長帯域を選択するものであるので、各波長帯域における観察の深さ方向解像度のずれが小さくなる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、各波長帯域の光によって断層画像を取得する際の深さ方向解像度が各波長帯域で互いに同じになるので、深さ方向解像度のずれがない状態で多波長帯域での観察が行える。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、前記少なくとも二つの異なる波長帯域を互いに分離した帯域として選択可能なものであるので、より精度の高い断層画像観察が行える。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、複数の波長帯域の光により取得した断層画像をディスプレイ上に重ねて表示することができるので、複数帯域観察のメリットをより活かすことができる。
また、請求項９記載の発明によれば、上記効果に加え、波長帯域が５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の幅であるので、調整が難しくなったり限度以上に低解像度となったりする問題がない。
また、請求項１０記載の発明によれば、上記効果に加え、上記効果に加え、１台の装置で診断（断層画像観察）と治療が行えるため、設備に要する全体のコストを小さくでき、また省スペース化も達成できる。
また、請求項１１又は１２記載の発明によれば、上記効果に加え、治療モードでは狭帯域の光が照射されるので、よりエネルギーの高い光を照射して効果的な治療を行うことが
容易となる。
また、請求項１３記載の発明によれば、上記効果に加え、治療モードに際に光源部からの光が検出部に入射しないように当該光を遮断する遮断部を備えているので、高強度の光によって検出部が損傷してしまう事故が防止される。
また、複数の波長帯域を同時に選択して観察を行うことができるので、複数の波長帯域での断層画像を同時に取得することもでき、この点で観察の自由度がさらに高くなる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、データ処理において任意の帯域を選択するので、帯域選択部は波長選択素子のような光学素子を備えている必要はなく、この点で、構造的に簡略化され、コストも安くなる。また、波長帯域の変更の際にはデータ取得の時間帯の設定を変更するだけで良いので、観察の自由度がさらに高くなる。
また、請求項３記載の発明によれば、上記効果に加え、光源からの光に対して正の群速度分散を生じさせる速度分散素子によりチャープな光を得るので、より広い波長帯域で容易にチャープな光を得ることができる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、中心波長が短い帯域ほど短い帯域幅で各波長帯域を選択するものであるので、各波長帯域における観察の深さ方向解像度のずれが小さくなる。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、各波長帯域の光によって断層画像を取得する際の深さ方向解像度が各波長帯域で互いに同じになるので、深さ方向解像度のずれがない状態で多波長帯域での観察が行える。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、前記少なくとも二つの異なる波長帯域を互いに分離した帯域として選択可能なものであるので、より精度の高い断層画像観察が行える。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、複数の波長帯域の光により取得した断層画像をディスプレイ上に重ねて表示することができるので、複数帯域観察のメリットをより活かすことができる。
また、請求項９記載の発明によれば、上記効果に加え、波長帯域が５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の幅であるので、調整が難しくなったり限度以上に低解像度となったりする問題がない。
また、請求項１０記載の発明によれば、上記効果に加え、上記効果に加え、１台の装置で診断（断層画像観察）と治療が行えるため、設備に要する全体のコストを小さくでき、また省スペース化も達成できる。
また、請求項１１又は１２記載の発明によれば、上記効果に加え、治療モードでは狭帯域の光が照射されるので、よりエネルギーの高い光を照射して効果的な治療を行うことが
容易となる。
また、請求項１３記載の発明によれば、上記効果に加え、治療モードに際に光源部からの光が検出部に入射しないように当該光を遮断する遮断部を備えているので、高強度の光によって検出部が損傷してしまう事故が防止される。
次に、本願発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。図１は、第一の実施形態に係る光干渉断層画像撮像装置の概略図である。
図１に示す光干渉断層画像撮像装置は、広帯域光を出射する光源部１と、光学系２と、干渉光の強度を検出する検出部３と、演算処理部４とを備えている。
図１に示す光干渉断層画像撮像装置は、広帯域光を出射する光源部１と、光学系２と、干渉光の強度を検出する検出部３と、演算処理部４とを備えている。
まず、光源部１について説明する。
図２は、光源部１から出射される光のスペクトルについて説明した概略図である。この実施形態では、光源部１は、４００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の波長範囲において２００ｎｍ以上の波長帯域に亘って連続スペクトルである広帯域光を出射するものとなっている。
図２に示すように、スペクトルは、４００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の波長範囲において連続スペクトルであれば良く、２００ｎｍ以上の帯域に亘って連続であれば良い。図２に示すように、スペクトルは、ある中心波長λを持ち、その前後の１００ｎｍ以上に亘って連続しているということである。
図２は、光源部１から出射される光のスペクトルについて説明した概略図である。この実施形態では、光源部１は、４００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の波長範囲において２００ｎｍ以上の波長帯域に亘って連続スペクトルである広帯域光を出射するものとなっている。
図２に示すように、スペクトルは、４００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の波長範囲において連続スペクトルであれば良く、２００ｎｍ以上の帯域に亘って連続であれば良い。図２に示すように、スペクトルは、ある中心波長λを持ち、その前後の１００ｎｍ以上に亘って連続しているということである。
より具体的に説明すると、この実施形態では、光源部１は、スーパーコンティニウム光を出射するものとなっている。図１に示すように、光源部１は、レーザー源１１と、レーザー源１１から出射させるレーザー光を広帯域化させる非線形光学素子１２とを備えている。レーザー源としては、高いピークパワーを得るため、フェムト秒レーザーやピコ秒レーザーのような超短パルスレーザー源が使用される。例えば、チタンサファイアレーザー源やファイバレーザー源が使用できる。非線形光学素子１２としては、例えば１０メートル程度の長さのシングルモードファイバが使用できる。
レーザー源１１から出射される高いピークパワーの超短パルス光が非線形光学素子１２に入射すると、自己位相変調や四光波混合、ラマン散乱のような非線形光学効果が非線形光学素子１２中で生じ、新たな波長の光が生成されて波長が広帯域化する。即ち、非線形光学素子１２からは、スーパーコンティニウム光が出射される。例えば、波長１０６４ｎｍの超短パルスレーザー光を１０メートル程度の長さのシングルモードファイバに通すことで、４００ｎｍから２０００ｎｍという広い帯域に亘ってスペクトルが連続するスーパーコンティニウム光が出射される。このような広帯域光を出射する構成を、この実施形態における光源部１として使用することができる。
次に、光学系２について説明する。
光学系２は、測定光と参照光とに分割するとともに、測定光を被観察部位に照射し、当該被観察部位からの反射光と参照光との干渉光を発生させるものである。具体的に説明すると、光学系２は、光源部１からの光を測定光と参照光に分割するビームスプリッタ２１を含んでいる。
光学系２は、測定光と参照光とに分割するとともに、測定光を被観察部位に照射し、当該被観察部位からの反射光と参照光との干渉光を発生させるものである。具体的に説明すると、光学系２は、光源部１からの光を測定光と参照光に分割するビームスプリッタ２１を含んでいる。
図１に示すように、光源部１からの光軸Ａ１は、ビームスプリッタ２１により、測定用光軸Ａ２と参照用光軸Ａ３とに分岐される。参照用光軸Ａ３上には、参照ミラー２２が配置されている。第一の実施形態の装置は、タイムドメインタイプであるので、参照ミラー２２は移動ミラーとなっており、駆動機構２２１が付設されている。参照ミラー２２は、光軸Ａ３に対して垂直である。
一方、被観察部位Ｒは、測定光軸Ａ２上に位置する。図１に示すように、測定光軸Ａ２上には、走査機構２３と、対物レンズ２４とが設けられている。走査機構２３は、測定用光軸Ａ２に垂直な面内で直交する二つの方向に測定光の照射スポットを走査する機構である。走査機構２３としては、二つのガルバノミラーを組み合わせた機構が採用できる。
対物レンズ２４は、被観察部位に適切な大きさのスポットで測定光を照射するとともに、被観察部位からの反射光を集めてビームスプリッタ２１に戻すためのレンズである。
対物レンズ２４は、被観察部位に適切な大きさのスポットで測定光を照射するとともに、被観察部位からの反射光を集めてビームスプリッタ２１に戻すためのレンズである。
図１から解るように、対物レンズ２４を介してビームスプリッタ２１に戻された反射光は、参照ミラー２２に反射して戻ってきた参照光とビームスプリッタ２１において重ね合わされる。重ね合わされた光は、参照用光軸Ａ３と同一直線上に延びる検出用光軸Ａ４に沿って進みこの際に互いに干渉する。
そして、図１に示すように、この干渉光が進む検出用光軸Ａ４上に検出部３が配置されている。検出部３は、複数の検出器３１～３４を備えている。各検出器３１～３４としては、例えばフォトダイオードのような半導体素子センサが使用される。可視域から赤外域に亘る広い範囲で十分な感度を有するセンサを使用することが好ましい。
演算処理部４は、各検出器３１～３４からの出力データを処理し、被観察部位の断層画像を取得する演算処理を行うものである。この実施形態では、演算処理部４としては、パソコンのような汎用のユニットが使用されている。演算処理部４は、画像取得プログラム４０を含む各種プログラムを記憶した記憶部４１と、演算処理を行うＣＰＵ４２と、取得した断層画像を表示するディスプレイ４３と、検出部３からの出力データを入力するための不図示のインターフェース等を備えている。尚、各検出器３１～３４は、不図示のＡＤコンバータを介して演算処理部４に接続されている。
このような実施形態の光干渉断層画像撮像装置は、少なくとも一つの任意の波長帯域における干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得することが可能となっている。少なくとも一つの任意の波長帯域における干渉光強度を取得するための構成として、実施形態の装置は、光源部１からの光について波長帯域を任意に選択できる帯域選択部を備えている。
この実施形態では、特に、帯域選択部は、同時に複数の波長帯域を選択できるようになっている。そして、演算処理部４は、選択された複数の異なる波長帯域における干渉光の強度に基づいてそれぞれ被観察部位の断層画像を取得することが可能となっている。以下、これらの点について説明する。
この実施形態では、特に、帯域選択部は、同時に複数の波長帯域を選択できるようになっている。そして、演算処理部４は、選択された複数の異なる波長帯域における干渉光の強度に基づいてそれぞれ被観察部位の断層画像を取得することが可能となっている。以下、これらの点について説明する。
図３は、帯域選択部の作用及び意義について、従来の装置と対比させて示した図である。図３（１－１）に示すように、従来の装置は、予め決まっている一つのみの帯域λａ～λｂでの連続スペクトルの光を低コヒーレンス光として用い、この一つの帯域でのみ干渉光の強度を検出して（図３（１－２））、１個のみの断層画像Ｉを得ている（図３（１－３））。このため、前述したように、観察の自由度が低いという問題を有していた。
一方、実施形態の装置は、図３（２－１）に示すように、任意の波長帯域を選択でき、且つ複数の波長帯域を選択できる。そして、選択された波長帯域の光を低コヒーレンス光として利用して干渉光の強度を検出し（図３（２－２））、各々断層画像Ｉ１～Ｉ３を取得する（図３（２－３））。この例は、λ３～λ４の帯域は選択せず、他の帯域は全て選択して断層観察をした例である。
一方、実施形態の装置は、図３（２－１）に示すように、任意の波長帯域を選択でき、且つ複数の波長帯域を選択できる。そして、選択された波長帯域の光を低コヒーレンス光として利用して干渉光の強度を検出し（図３（２－２））、各々断層画像Ｉ１～Ｉ３を取得する（図３（２－３））。この例は、λ３～λ４の帯域は選択せず、他の帯域は全て選択して断層観察をした例である。
図３（２－１）（２－２）（２－３）に示すような波長帯域の任意選択を可能にするため、第一の形態における帯域選択部は、光源部１からの広帯域光を複数の異なる帯域に分離する帯域分離ユニット５を備えている。図４は、第一の実施形態における帯域選択部が備える帯域分離ユニットの構成を示した概略図である。
帯域分離ユニット５は、複数の異なる波長選択素子を組み合わせて構成されたものとなっている。この実施形態では、波長選択素子としてダイクロイックミラーが使用されている。この例では、帯域分離ユニット５は、八個のダイクロイックミラー５１～５８を備えており、これらにより四つの異なる帯域に分割するものとなっている。以下、説明の都合上、四つの異なる帯域を、波長の短い順に、第一帯域、第二帯域、第三帯域、第四帯域と呼ぶ。
帯域分離ユニット５は、複数の異なる波長選択素子を組み合わせて構成されたものとなっている。この実施形態では、波長選択素子としてダイクロイックミラーが使用されている。この例では、帯域分離ユニット５は、八個のダイクロイックミラー５１～５８を備えており、これらにより四つの異なる帯域に分割するものとなっている。以下、説明の都合上、四つの異なる帯域を、波長の短い順に、第一帯域、第二帯域、第三帯域、第四帯域と呼ぶ。
図４の紙面上、上側に配置された四つのダイクロイックミラー５１～５４を、左側（入射側）から順に第一ミラー５１、第二ミラー５２、第三ミラー５３、第四ミラー５４とそれぞれ呼ぶ。下側に配置された四つのダイクロイックミラー５５～５８を、左側から順に第五ミラー５５、第六ミラー５６、第七ミラー５７、第八ミラー５８とそれぞれ呼ぶ。第一ミラー５１、第二ミラー５２、第三ミラー５３、第四ミラー５４は、境界波長より長い波長を透過し、短い波長を反射させるダイクロイックミラーである。第五ミラー５５、第六ミラー５６、第七ミラー５７、第八ミラー５８は、境界波長より長い波長を反射し、短い波長を透過させるダイクロイックミラーである。尚、ダイクロイックミラーにおける「境界波長」は、反射される波長であっても良いし、透過される波長であっても良いし、そのいずれかである。
境界波長は、各ミラーにおいて異なる。この例では、第一ミラー５１の境界波長は５００ｎｍ、第二ミラー５２の境界波長は６９０ｎｍ、第三ミラー５３の境界波長は９７０ｎｍ、第四ミラーの境界波長は１３７０ｎｍである。また、第五ミラーの境界波長は４５０ｎｍ、第六ミラーの境界波長は６００ｎｍである。第七ミラーの境界波長は８００ｎｍ、第八ミラーの境界波長は１０５０ｎｍである。
図４において、各ミラー５１～５８を反射又透過した光のスペクトルが模式的に示されている。図４に示すように、光源部１からの光Ｌ１は、第一ミラー５１を透過した５００ｎｍ以上の光Ｌ２と、第一ミラー５１に反射した５００ｎｍ以下の光Ｌ３とにまず分割される。第一ミラー５１に反射した５００ｎｍ以下の光Ｌ３のうち、４５０ｎｍ以上の光Ｌ４は、第五ミラー５５に反射し、残りの光は、第五ミラー５５を透過し、ビームダンパー６に達する。
第一ミラー５１を透過した５００ｎｍ以上の光Ｌ２のうち、６９０ｎｍ以下の光Ｌ５は第二ミラー５２に反射して第六ミラー５６に向かい、６９０ｎｍ以上の光Ｌ６は、第二ミラー５２を透過して第三ミラー５３に向かう。第二ミラー５２に反射した６９０ｎｍ以下の光Ｌ５のうち、６００ｎｍ以上の光Ｌ７は、第六ミラー５６に反射して第七ミラー５７に向かい、残りの光は、第六ミラー５６を透過してビームダンパー６に達する。また、第五ミラー５５に反射した４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光Ｌ４は、そのまま第六ミラー５６を透過する。
第二ミラー５２を透過した６９０ｎｍ以上の光Ｌ６のうち、９７０ｎｍ以下の光Ｌ８は、第三ミラー５３に反射して第七ミラー５７に向かい、９７０ｎｍ以上の光Ｌ９は、第三ミラー５３を透過して第四ミラー５４に向かう。第三ミラー５３に反射した９７０ｎｍ以下の光Ｌ８のうち、８００ｎｍ以上の光Ｌ１０は、第七ミラー５７に反射して第八ミラー５８に向かい、残りの光は第七ミラー５７を透過して、ビームダンパー６に達する。４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光Ｌ４及び６００ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の光Ｌ７も、第七ミラー５７を透過して第八ミラー５８に向かう。
第三ミラー５３を透過した９７０ｎｍ以上の光Ｌ９のうち、１３７０ｎｍ以下の光Ｌ１１は、第四ミラー５４に反射して第八ミラー５８に向かい、１３７０ｎｍ以上の光Ｌ１２は、第四ミラー５４を透過してビームダンパー６に達する。第四ミラー５４に反射した１３７０ｎｍ以下の光Ｌ１１のうち、１０５０ｎｍ以上の光Ｌ１３は、第八ミラー５８に反射し、残りの光は第八ミラー５８を透過してビームダンパー６に達する。第七ミラー５７を透過した４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光Ｌ４及び６００ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の光Ｌ７と、第七ミラー５７に反射した８００ｎｍ以上９７０ｎｍ以下の光Ｌ１０は、第八ミラー５８を透過する。
即ち、光源部１が備える出射口から出射される光は、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光Ｌ４、６００ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の光Ｌ７、８００ｎｍ以上９７０以下の光Ｌ１０、及び１０５０ｎｍ以上１３７０ｎｍ以下の光Ｌ１３となる。このように、実施形態における帯域分離ユニット５は、一つの広帯域の光Ｌ１を四つの帯域の光Ｌ４，Ｌ７，Ｌ１０，Ｌ１３に分離するものとなっている。以下、この四つの帯域に分けられている光を、ユニット通過光と呼び、図１中にＬｕで示す。
尚、帯域分離ユニット５が備える上記各ダイクロイックミラー５１～５８は、誘電体多層膜により波長に応じて光の透過、反射を制御するミラーである。
尚、帯域分離ユニット５が備える上記各ダイクロイックミラー５１～５８は、誘電体多層膜により波長に応じて光の透過、反射を制御するミラーである。
図１に示すように、ビームスプリッタ２１は、帯域分離ユニット５の出射側に配置されている。したがって、ユニット通過光Ｌｕは測定光と参照光とに分割され、測定光が被観察部位Ｒに照射され、参照光が参照ミラー２２で折り返される。そして、被観察部位Ｒからの反射光と参照光との干渉光の強度が、検出部３で検出される。
上述した帯域分離の構成に応じて、検出系の構成も最適化されている。以下、この点について説明する。図１に示すように、この実施形態では、検出部３は、四つの検出器３１～３４を備えている。
第一の検出器３１は、第一帯域（４５０～５００ｎｍ）における干渉光強度を検出するものであり、第二の検出器３２は、第二帯域（６００～６９０ｎｍ）における干渉光強度を検出するものである。第三の検出器３３は、第三帯域（８００～９７０ｍ）における干渉光強度を検出するものであり、第四の検出器３４は、第四帯域（１０５０～１３７０ｎｍ）における干渉光強度を検出するものである。
第一の検出器３１は、第一帯域（４５０～５００ｎｍ）における干渉光強度を検出するものであり、第二の検出器３２は、第二帯域（６００～６９０ｎｍ）における干渉光強度を検出するものである。第三の検出器３３は、第三帯域（８００～９７０ｍ）における干渉光強度を検出するものであり、第四の検出器３４は、第四帯域（１０５０～１３７０ｎｍ）における干渉光強度を検出するものである。
図１に示すように、検出部３は、ビームスプリッタ２１からの光軸上に四つのダイクロイックミラー３５～３８を備えている。以下、これら四つのダイクロイックミラーを、検出用第一ミラー３５、検出用第二ミラー３６、検出用第三ミラー３７、検出用第四ミラー３８と呼ぶ。
この実施形態では、検出用第一ミラー３５は、波長５００ｎｍ以下の光を反射し、５００ｎｍ以上の光を透過するミラーであり、検出用第二ミラー３６は、波長６９０ｎｍ以下の光を反射し、６９０ｎｍ以上の光を透過するミラーである。検出用第三ミラー３７は、波長９７０ｎｍ以下の光を反射し、９７０ｎｍ以上の光を透過するミラーであり、検出用第四ミラー３８は、波長１３７０ｎｍ以下の光を反射し、１３７０ｎｍ以上の光を透過するミラーである。
この実施形態では、検出用第一ミラー３５は、波長５００ｎｍ以下の光を反射し、５００ｎｍ以上の光を透過するミラーであり、検出用第二ミラー３６は、波長６９０ｎｍ以下の光を反射し、６９０ｎｍ以上の光を透過するミラーである。検出用第三ミラー３７は、波長９７０ｎｍ以下の光を反射し、９７０ｎｍ以上の光を透過するミラーであり、検出用第四ミラー３８は、波長１３７０ｎｍ以下の光を反射し、１３７０ｎｍ以上の光を透過するミラーである。
第一の検出器３１は、検出用第一ミラー３５に反射した光の光軸上に配置されており、第二の検出器３２は、検出用第二ミラー３６に反射した光の光軸上に配置されている。第三の検出器３３は、検出用第三ミラー３７に反射した光の光軸上に配置されており、第四の検出器３４は、検出用第四ミラー３８に反射した光の光軸上に配置されている。
尚、検出用第四ミラー３８を透過する光は実質的にないが、検出用第四ミラー３８を透過した光が到達する位置には、ビームダンパー６が設けられている。
尚、検出用第四ミラー３８を透過する光は実質的にないが、検出用第四ミラー３８を透過した光が到達する位置には、ビームダンパー６が設けられている。
また、各検出用ミラー３５～３８と各検出器３１～３４とを結ぶ各光軸上には、第一から第四の帯域遮断シャッタ３９１～３９４が設けられている。各帯域遮断シャッタ３９１～３９４は、各々独立して開閉駆動されるようになっている。各帯域遮断シャッタ３９１～３９４は、帯域の選択に応じて開閉される。即ち、第一の帯域を使用しない場合には第一の帯域遮断シャッタ３９１は閉じられ、使用する場合には開かれる。第二の帯域を使用しない場合には第二の帯域遮断シャッタ３９２は閉じられ、使用する場合には開かれる。第三の帯域遮断シャッタ３９３、第四の帯域遮断シャッタ３９４についても同様である。
上記説明から解るように、帯域分離ユニット５で分離させた各帯域について第一から第四の帯域遮断シャッタ３９１～３９４で使用、不使用を選択するので、帯域分離ユニット５、各検出用ミラー３５～３８及び第一から第四の帯域遮断シャッタ３９１～３９４が、この実施形態における帯域選択部を構成している。
上記説明から解るように、帯域分離ユニット５で分離させた各帯域について第一から第四の帯域遮断シャッタ３９１～３９４で使用、不使用を選択するので、帯域分離ユニット５、各検出用ミラー３５～３８及び第一から第四の帯域遮断シャッタ３９１～３９４が、この実施形態における帯域選択部を構成している。
次に、演算処理部４において行われる演算処理について、図５を参照して詳しく説明する。
図５は、第一の実施形態において演算処理で行われる演算処理について説明する図である。図５において、理解のため、第一から第四の各帯域における干渉光の振動パターンが例示的、概略的に示されている。
図５は、第一の実施形態において演算処理で行われる演算処理について説明する図である。図５において、理解のため、第一から第四の各帯域における干渉光の振動パターンが例示的、概略的に示されている。
この実施形態においても、参照ミラー２２を移動させながら、被観察部位からの反射光と参照光との干渉光の強度が、検出部３で測定される。この際、測定光は、分離された第一から第四の四つの帯域の光であるので、被観察部位からの反射光も、第一から第四の四つの帯域の光であり得る。参照光も第一から第四の四つの帯域の光であるので、干渉光も、第一から第四の四つの帯域の光であり得る。各帯域の干渉光の強度は、各検出器３１～３４で検出され、各強度の信号が演算処理部４に送られる。
演算処理部４に実装された画像取得プログラム４０は、各強度信号を記憶する記憶モジュールを含んでいる。記憶モジュールは、各検出器３１～３４から送られる強度信号を別々のファイル４４１～４４４に記録するモジュールである。参照ミラー２２を移動させるに従って、各検出器３１～３４からの出力信号が変化する。記憶モジュールは、不図示のＡＤ変換器を介して入力される各信号を、所定のサンプリング周期毎に各ファイル４４１～４４４に記録する。サンプリング周期は、後述する深さ方向解像度に応じて予め適宜定められる。
一つの照射ポイントにおいて参照ミラー２２の移動を行いながら干渉光強度の測定（いわゆるＡスキャン）を行った後、走査機構２３が駆動され、被観察部位内の次の照射ポイントに測定光が照射された状態とされる。この状態で、同様に参照ミラー２２を移動させながら、各検出器３１～３４からの出力が、ＡＤ変換器を介して演算処理部４に入力され、記憶モジュールにより各ファイル４４１～４４４に記録される。この動作を繰り返し、Ｘ方向又はＹ方向の各照射ポイントでの測定が行われる。
画像取得プログラム４０が有するメインモジュールは、各ファイル４４１～４４４からデータを読み出し、干渉光強度の各値の大小を画像の濃淡に置き換える処理を行う。これにより、一つの断層画像が取得される。この際に特徴的なことは、各ファイル４４１～４４４から一つの画像が取得されるために、一回の測定で複数の断層画像（図５にＩ１～Ｉ４で示す）が得られることである。ここでの一回の測定とは、各照射ポイントでＡスキャンを行いながら、Ｘ方向又はＹ方向で一回のＢスキャンを行うという動作を意味する。
図５から解るように、各ファイル４４１～４４４のデータは、各検出器３１～３４からの出力データであり、互いに異なる波長帯域の光で測定したデータである。即ち、一つの被観察部位Ｒについて異なる波長帯域の低コヒーレンス光で測定した複数の断層画像Ｉ１～Ｉ４が一度に得られるということである。前述したように、被観察部位の内部の光透過特性は、波長によって異なる場合が多い。したがって、一つの被観察部位において異なる深さにある複数の境界面の像が一度に観察されることもあり得る。
尚、各ファイル４４１～４４４から各断層画像Ｉ１～Ｉ４を得るデータ処理は、一回の測定で一個のみの断層画像を取得していた従来のタイムドメインタイムの装置と同様に行える。したがって、詳細な説明は、割愛する。
尚、各ファイル４４１～４４４から各断層画像Ｉ１～Ｉ４を得るデータ処理は、一回の測定で一個のみの断層画像を取得していた従来のタイムドメインタイムの装置と同様に行える。したがって、詳細な説明は、割愛する。
上記第一の実施形態の構成において、帯域分離ユニット５で分離される第一から第四の帯域の各幅は、光干渉断層観察における深さ方向解像度との関係で最適化されている。以下、この点について説明する。
周知のように、光干渉断層観察において、光源からの光のスペクトルがガウス分布の場合、深さ方向分解能は、以下の式１で与えられる。
式１において、λは光源からの光の中心波長、Δλは波長帯域の幅、ｎは被観察部位の屈折率、ｌｎは常用対数である。Δｚが小さいほど分解能が高いことを意味する。
周知のように、光干渉断層観察において、光源からの光のスペクトルがガウス分布の場合、深さ方向分解能は、以下の式１で与えられる。
式１において、λは光源からの光の中心波長、Δλは波長帯域の幅、ｎは被観察部位の屈折率、ｌｎは常用対数である。Δｚが小さいほど分解能が高いことを意味する。
式１から解るように、深さ方向分解能は、中心波長λと波長帯域幅Δλに依存し、中心波長λが短いほど高く、波長帯域幅Δλが広いほど高くなる。上記の点を考慮し、実施形態の装置において、第一から第四の各帯域の中心波長及び幅は、深さ方向分解能が同一になるように選定されている。このため、図３に示すように、中心波長が短いほど帯域幅は狭くなっている。したがって、実施形態の装置では、四つの帯域それぞれについて同じ又は近似した深さ方向分解能で観察を行うことができるようになっている。
このような実施形態の光干渉断層画像撮像装置によれば、任意の波長帯域を選択して断層画像観察が行えるので、被観察部位の媒質の特性を考慮しながら最適な波長帯域を選択して観察を行うことができ、観察の自由度が高い。
また、複数の波長帯域を選択して観察を行うこともでき、複数の波長帯域での断層画像を同時に取得することもできる。この点でも、実施形態の装置は観察の自由度が高くなっている。
そして、一つの光源４１からの光を帯域分離ユニット５で複数の帯域に分離して使用するので、装置が複数の光源を備えている必要がなく、また光源の交換の手間もない。
また、複数の波長帯域を選択して観察を行うこともでき、複数の波長帯域での断層画像を同時に取得することもできる。この点でも、実施形態の装置は観察の自由度が高くなっている。
そして、一つの光源４１からの光を帯域分離ユニット５で複数の帯域に分離して使用するので、装置が複数の光源を備えている必要がなく、また光源の交換の手間もない。
人の疾病の診断用のようなより具体的な用途の場合の構成例について説明すると、測定光の導光と被観察部位からの反射光との導光のために、光ファイバカプラーのように複数本のファイバを溶着その他の方法で一本に束ねたファイバ（以下、導光用ファイバという。）が使用される。ファイバの先端を被観察部位に近づけて測定光を照射し、反射光を当該先端から入射させてビームスプリッタ２１に戻す構成とされる。
尚、任意に選択される波長帯域の幅について補足すると、選択される波長帯域の幅は、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の幅であることが好ましい。５０ｎｍ未満であると、コヒーレンス長が長くなってしまい、深さ方向解像度が限度以上に低下してしまう。また、１５００ｎｍ以上であると、あまりにも広帯域の光となり、深さ方向解像度は理論的には高くなるが、ほんの僅かな長さでしか干渉をしなくなるので、光学系２等の調整が難しくなる。このため、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
次に、第二の実施形態の光干渉断層画像撮像装置について説明する。
図６は、第二の実施形態の光干渉断層画像撮像装置の概略図である。図６に示す第二の実施形態の装置は、第一の実施形態とは異なり、フーリエドメインタイプの装置となっている。即ち、フーリエドメインタイプの装置で任意帯域測定光の構成や複数帯域測定光の構成を実現したことが、第二の実施形態の装置の特徴点となっている。
図６は、第二の実施形態の光干渉断層画像撮像装置の概略図である。図６に示す第二の実施形態の装置は、第一の実施形態とは異なり、フーリエドメインタイプの装置となっている。即ち、フーリエドメインタイプの装置で任意帯域測定光の構成や複数帯域測定光の構成を実現したことが、第二の実施形態の装置の特徴点となっている。
第二の実施形態の装置も帯域選択部を備えており、帯域選択部は帯域分離ユニット５を含んでいる。帯域分離ユニット５は、同様に波長選択素子としての複数のダイクロイックミラー５１～５８を組み合わせた構成を採用している。帯域分離ユニット５は、光源部１からの広帯域光を第一から第四の四つの帯域に分離する構成であり、検出部３は、それぞれの帯域の光を取り出す検出用ミラー３５～３８を備えている。そして、第二の実施形態では、フーリエドメインタイプであるので、各検出用ミラー３５～３８と各検出器３１～３４とを結ぶ各光軸上に、波長分散素子としての回折格子３０１～３０４が設けられている。波長分散素子としてはプリズムが使用されることもある。
各検出器３１～３４は、この実施形態ではアレイセンサとなっている。アレイセンサである各検出器３１～３４における各画素の配列方向は、回折格子３０１～３０４により光が波長に応じて分散する方向に一致している。したがって、各検出器３１～３４の各画素には、各回折格子３０１～３０４で分光された各波長の光がそれぞれ入射する。アレイセンサである各検出器３１～３４としては、例えばＣＣＤセンサ又はフォトダイオードアレイが使用される。
各検出器３１～３４において、各画素で検出された光強度信号が画素配列の順に出力されるが、この出力信号は、各検出用ミラー３５～３８で取り出された各帯域の光を分光したスペクトル強度分布に相当している。この実施形態においても、各検出器３１～３４は、不図示のＡＤ変換器を介して演算処理部４に接続されおり、各検出器３１～３４の出力信号は、デジタル信号に変換されて演算処理部４に入力される。
この実施形態の装置はフーリエドメインタイプであるので、演算処理部４に実装された画像取得プログラム４０は、フーリエ変換を含む演算処理を行う。画像取得プログラム４０は、各検出器３１～３４からの出力データをそれぞれ別のファイル４５１～４５４に記録する。記録されたデータは、被観察部位からの反射光と参照光との干渉光のスペクトル（分光強度）であり、スペクトルは、Ｂスキャンを行いながら取得されたＸ方向又はＹ方向の各点でのスペクトルである。
画像取得プログラム４０は、各ファイル４５１～４５４のデータについてそれぞれフーリエ変換を含む演算処理を行い、各点での深さ方向の干渉光強度分布を得る。そして、この処理をＸ方向又はＹ方向の各点でのデータについて行い、干渉光強度を画像の濃淡に置き換え、断層画像を取得する。一つのファイルのデータから一つの断層画像を取得するデータ処理自体は、従来のスペクトルドメインタイプの装置の場合と同様である。
この実施形態においても、異なる四つの帯域の測定光によって断層画像が取得できるので、被観察部位の特性に応じて任意の一又は複数の帯域を適宜選択しながら観察を行うことができる。特に、参照ミラー２２の移動を必要とせず、高速でＳＮ比の高いフーリエドメインタイプの装置で任意帯域での観察や多帯域での観察が実現できる意義は大きい。
次に、第三の実施形態の光干渉断層画像撮像装置について説明する。
図７は、第三の実施形態の光干渉断層画像取得装置の概略図である。図７に示す第三の実施形態の装置は、まず、光源部１の構成が第一第二の実施形態と異なっている。第三の実施形態の装置では、光源部１は、チャープしたスーパーコンティニウム光を出射するもの、特に線形にチャープしたスーパーコンティニウム光を出射するものとなっている。
図７は、第三の実施形態の光干渉断層画像取得装置の概略図である。図７に示す第三の実施形態の装置は、まず、光源部１の構成が第一第二の実施形態と異なっている。第三の実施形態の装置では、光源部１は、チャープしたスーパーコンティニウム光を出射するもの、特に線形にチャープしたスーパーコンティニウム光を出射するものとなっている。
具体的に説明すると、第三の実施形態では、光源部１は、レーザー源１１と、レーザー源１１からの光に非線形光学効果を生じさせてスーパーコンティニウム光を生じさせる非線形光学素子１２と、生成されたスーパーコンティニウム光をチャープした光とするチャープ化素子１３とを備えている。チャープ化素子１３としては、この実施形態では、群速度分散素子が使用されており、特に正常分散ファイバのような正常分散素子が使用されている。
図８は、第三の実施形態の装置における光源部の作用について示した図である。
周知のように、正常分散ファイバのような正常分散特性を示す群速度分散素子に多波長の光を通すと、長波長ほど光は速く進む。実施形態の光源部１は、これを利用している。
より具体的に説明すると、非線形光学素子１２により広帯域化とされたスーパーコンティニウム光が、波長λ１～λ７を含んでいるとし、λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５＜λ６＜λ７であるとする。この場合、スーパーコンティニウム光は、時間的にはパルス光であるが、波長λ１～λ７の光は、一つのパルス内の時間でみると、図８（１）に示すように時間的にも長波長側から順に波長がシフトしている場合もあり、図８（２）に示すように、各波長の光は時間的にはランダムに並んでいる場合もある。
周知のように、正常分散ファイバのような正常分散特性を示す群速度分散素子に多波長の光を通すと、長波長ほど光は速く進む。実施形態の光源部１は、これを利用している。
より具体的に説明すると、非線形光学素子１２により広帯域化とされたスーパーコンティニウム光が、波長λ１～λ７を含んでいるとし、λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５＜λ６＜λ７であるとする。この場合、スーパーコンティニウム光は、時間的にはパルス光であるが、波長λ１～λ７の光は、一つのパルス内の時間でみると、図８（１）に示すように時間的にも長波長側から順に波長がシフトしている場合もあり、図８（２）に示すように、各波長の光は時間的にはランダムに並んでいる場合もある。
図８（１）に示すような波長な時間的にシフトするスーパーコンティニウム光は、レーザー源１１において長波長側のレーザー光が最初に発生し、その後に順次短波長側のレーザー光が発生しており、その状態が維持されてスーパーコンティニウム光が生成される（波長が広帯域化する）場合に多い。
このようないずれのタイプのスーパーコンティニウム光であっても、図８（３）に示すように、正常分散ファイバ中を伝搬することによって、パルス光の時間幅が伸張される際に、１パルス内の光の波長成分は時間的に連続したものとなり、チャープした光が得られる。例えば、スーパーコンティニウム光のパルス幅はフェムト秒～ピコ秒オーダーであるとすると、正常分散ファイバによりパルス幅は１μ秒程度まで伸張され、この際、図８（３）に示すようにチャープした光となる。正常分散ファイバの特性や伝搬距離を適宜選定することで、図８（３）に示すように線形にチャープした光が得られる。
このようないずれのタイプのスーパーコンティニウム光であっても、図８（３）に示すように、正常分散ファイバ中を伝搬することによって、パルス光の時間幅が伸張される際に、１パルス内の光の波長成分は時間的に連続したものとなり、チャープした光が得られる。例えば、スーパーコンティニウム光のパルス幅はフェムト秒～ピコ秒オーダーであるとすると、正常分散ファイバによりパルス幅は１μ秒程度まで伸張され、この際、図８（３）に示すようにチャープした光となる。正常分散ファイバの特性や伝搬距離を適宜選定することで、図８（３）に示すように線形にチャープした光が得られる。
より具体的な一例を示すと、レーザー源１１としては、発振波長１０６４ｎｍ、パルス幅５ピコ秒のパルスレーザーが使用され、非線形光学素子１２としては１０メートル程度の長さのシングルモードファイバが使用される。この場合、チャープ化素子１３としては、例えば通信用の分散補償ファイバを転用することができる。通信用としては、正の分散スロープを持つシングルモードファイバが伝送用にしばしば使用されるが、波形の歪みを補償するべく負の分散スロープを有するファイバが分散補償ファイバモジュール（ＤＣＭ）として市販されており、それを使用することができる。このような構成により、１０００～１６００ｎｍ程度の波長域において線形にチャープした広帯域光を得ることができる。
尚、光干渉断層画像撮像装置としては、波長掃引可能なレーザー源を光源として用いた装置が知られている。波長掃引レーザー源からの光も、波長が時間に対して変化している光であるといえる。但し、波長掃引レーザー源は、掃引できる波長幅が広くても１００ｎｍ程度である。また、波長帯域についても機種が限られていることから選定の自由度は低い。これと比較すると、正常分散の群速度分散素子を利用する方法は、より広い波長帯域で容易にチャープした光を得ることができ、その中から自由に波長帯域を選定できる。このため、自由度が高い。
第三の実施形態では、光学的な構成としての帯域分離ユニットは設けられていない。図７に示すように、第三の実施形態では、正常分散ファイバであるチャープ化素子１３の出射側にコリメータ１４を設け、コリメータ１４を経た光をビームスプリッタ２１で測定光と参照光とに分割する構成となっている。
参照ミラー２２は、第二の実施形態と同様に位置固定のミラーである。また、検出部３の構成は、ビームスプリッタ２１からの干渉光の光軸上に１個の検出器３０が配置されたシンプルな構成となっている。
参照ミラー２２は、第二の実施形態と同様に位置固定のミラーである。また、検出部３の構成は、ビームスプリッタ２１からの干渉光の光軸上に１個の検出器３０が配置されたシンプルな構成となっている。
そして、第三の実施形態では、光学的な構成としての帯域分離ユニットの代わりに、データ処理において帯域分離を行う構成が採用されている。以下、この点について図９を参照して説明する。図９は、第三の実施形態におけるデータ処理による帯域分離について示した概略図である。
第三の実施形態では、上述したように、光源部１からの光は広帯域のパルス光であって且つ一つのパルス内で波長が時間的に変化する線形にチャープした光となっている。このため、この光がビームスプリッタ２１で測定光と参照光とに分割され、被観察部位で反射した反射光と参照光とが重ね合わされた際、特定の波長帯域において干渉が生じて干渉光の強度が検出器３０で検出されたとすれば、そのタイミングは、その波長帯域に応じたパルス内の時間帯ということになる。
第三の実施形態では、上述したように、光源部１からの光は広帯域のパルス光であって且つ一つのパルス内で波長が時間的に変化する線形にチャープした光となっている。このため、この光がビームスプリッタ２１で測定光と参照光とに分割され、被観察部位で反射した反射光と参照光とが重ね合わされた際、特定の波長帯域において干渉が生じて干渉光の強度が検出器３０で検出されたとすれば、そのタイミングは、その波長帯域に応じたパルス内の時間帯ということになる。
例えば、図９に示すように、波長４５０ｎｍ～５００ｎｍの範囲内で干渉光が生じている場合、検出器３０がパルスを検出し始める時刻をｔ０とし、波長５００ｎｍを検出する時刻をｔ４とし、波長４５０ｎｍが検出される時刻をｔ５とする。波長が長いほど速く進む正常分散であるので、ｔ４＜ｔ５である。この場合、波長４５０ｎｍ～５００ｎｍの範囲内で干渉光が生じているとすれば、図９に示すように、干渉光は時刻ｔ４からｔ５の範囲内ということになる。
ここで、図６に示すフーリエドメインタイプの装置（第二の実施形態）においても、第第一の検出器３１には４５０ｎｍ～５００ｎｍの帯域の光が回折格子３０４を介して入射する。アレイセンサである第一の検出器３１から各波長の検出信号が順次吐き出される状態は、図９に示す第三の実施形態において時刻ｔ４からｔ５までの出力データを取得した状態と同様である（回折格子３０１の向きによっては短波長側が先で長波長側が後の場合もある）。
したがって、第三の実施形態において、時刻ｔ４からｔ５の範囲内の出力データに対して同様にフーリエ変換を含むデータ処理を適用すれば、第二の実施形態の場合と同様に、波長４５０ｎｍ～５００ｎｍで観察した断層画像Ｉ１が得られることになる。
したがって、第三の実施形態において、時刻ｔ４からｔ５の範囲内の出力データに対して同様にフーリエ変換を含むデータ処理を適用すれば、第二の実施形態の場合と同様に、波長４５０ｎｍ～５００ｎｍで観察した断層画像Ｉ１が得られることになる。
他の帯域についても同様である。図９に示すように、例えば波長１８００ｎｍを検出する時刻をｔ１とし、波長１３００ｎｍが検出される時刻をｔ２とし、波長７００ｎｍを検出する時刻をｔ３とする。この場合、時刻ｔ１からｔ２の範囲内の出力データに対して同様にフーリエ変換を含むデータ処理を適用し、時刻ｔ３からｔ５の範囲内の出力データに対してすれば、４５０～７００ｎｍと１３００～１８００ｎｍの二つの波長帯域で観察した断層画像Ｉ５が得られることになる。
このように、第三の実施形態では、線形にチャープした光を出射するよう光源部１を構成し、一つの検出器３０からの出力データに対してフーリエ変換を含むデータ処理を適用する時間帯（データ取得の時間帯）を設定することで各帯域の光による断層画像を得る装置となっている。出力データを区切るタイミングについては、光源部１からの線形チャープ光について波長対時刻の関係を予め解析して特定しておき、どの帯域で観察を行うかに応じてタイミングを設定する。演算処理部４に実装された画像取得プログラム４０には、このタイミングの情報が定数又は引数として与えられて組み込まれるようになっている。
第三の実施形態の装置によれば、光源部１からの光を線形にチャープした光とし、一つの検出器３０からの出力データに対してフーリエ変換を含むデータ処理を適用する時間帯（データ取得の時間帯）を設定することで各帯域の光による断層画像を得るので、第二の実施形態のように各帯域用に回折格子３０１～３０４を設けることは不要である。ハードウェアの構成としては、正常分散ファイバのようなチャープ化素子１３を追加するだけで良いので、構造的に簡略化され、コストも安くなる。
また、第二の実施形態の場合、分離する帯域を変更しようとすると、波長選択素子を変更する必要があり、コストの問題や手間の問題が生じるが、第三の実施形態では、データ取得の時間帯の設定を変更するだけで良いので、観察の自由度がさらに高くなる。
また、第二の実施形態の場合、分離する帯域を変更しようとすると、波長選択素子を変更する必要があり、コストの問題や手間の問題が生じるが、第三の実施形態では、データ取得の時間帯の設定を変更するだけで良いので、観察の自由度がさらに高くなる。
次に、第四の実施形態の光干渉断層画像撮像装置について説明する。
図１０は、第四の実施形態の光干渉断層画像撮像装置の概略図である。図１０に示す第四の実施形態は、タイムドメインタイプであり、第一の実施形態を変形したものとなっている。
第四の実施形態では、帯域分離ユニット５は、ビームスプリッタ２１と検出部３との間に配置されており、また構成が簡略化されている。図１０に示すように、ビームスプリッタ２１と検出部３との間の光軸上には、四つのダイクロイックミラー５９１～４９４が設けられている。以下、ビームスプリッタ２１に近い順に、第一分離ミラー５９１、第二分離ミラー５９２、第三分離ミラー５９３、第四分離ミラー５９４という。
図１０は、第四の実施形態の光干渉断層画像撮像装置の概略図である。図１０に示す第四の実施形態は、タイムドメインタイプであり、第一の実施形態を変形したものとなっている。
第四の実施形態では、帯域分離ユニット５は、ビームスプリッタ２１と検出部３との間に配置されており、また構成が簡略化されている。図１０に示すように、ビームスプリッタ２１と検出部３との間の光軸上には、四つのダイクロイックミラー５９１～４９４が設けられている。以下、ビームスプリッタ２１に近い順に、第一分離ミラー５９１、第二分離ミラー５９２、第三分離ミラー５９３、第四分離ミラー５９４という。
この例では、第一分離ミラー５９１は、５００ｎｍ以下反射、５００ｎｍ以上透過のミラーである。第二分離ミラー５９２は、６９０ｎｍ以下反射、６９０ｎｍ以上透過のミラーである。第三分離ミラー５９３は９７０ｎｍ以下反射、９７０ｎｍ以上透過のミラーである。第四分離ミラー５９４は１３７０ｎｍ以下反射、１３７０ｎｍ以上透過のミラーである。第一分離ミラー５９１に反射した光の光軸５０１を、以下、第一分離光軸とし、第二分離ミラー５９２に反射した光の光軸５０２を第二分離光軸とし、第三分離ミラー５９３に反射した光の光軸５０３を第三分離光軸とし、第四分離ミラー５９４に反射した光の光軸５０４を第四分離光軸とする。
図１０に示すように、各分離光軸５０１～５０４上には別のダイクロイックミラー５９５～５９８が設けられている。以下、第一分離光軸５０１上のダイクロイックミラー５９５を第五分離ミラーとし、第二分離光軸５０２上のダイクロイックミラー５９６を第六分離ミラーとし、第三分離光軸５０３上のダイクロイックミラーを第七分離ミラー５９７とし、第四分離光軸５０４上のダイクロイックミラー５９８を第八分離ミラーとする。
そして、第五分離ミラー５９５は、４５０ｎｍ以下反射、４５０ｎｍ以上透過のミラーであり、第六分離ミラー５９６は、６００ｎｍ以下反射、６００ｎｍ以上透過のミラーであり、第七分離ミラー５９７は、８００ｎｍ以下反射、８００ｎｍ以上透過のミラーであり、そして、第七分離ミラー５９８は、１０５０ｎｍ以下反射、１０５０ｎｍ以上透過のミラーである。したがって、第一分離光軸５０１を進む光は、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長帯域の光となる。第二分離光軸５０２を進む光は、６００ｎｍ以上６９０ｎｍ以下の波長帯域の光となる。第三分離光軸５０３を進む光は、８００ｎｍ以上９７０ｎｍ以下の波長帯域の光となる。第四分離光軸５０４を進む光は、１０５０ｎｍ以上１３７０ｎｍ以下の波長帯域の光となる。
検出部３は、各分離光軸５０１～５０４上には設けられた第一から第四の検出器３１～３４と、各帯域遮断シャッタ３９１～３９４とを備えている。各検出器３１～３４の構成は、第一の実施形態と同様である。その他、演算処理部４の構成も第一の実施形態と同様である。
尚、第四分離ミラー５９４を反射した光の光軸上にはビームダンパー６が設けられている。また、第五分離ミラー５９５を反射した光の光軸上にもビームダンパー６が設けられている。第六分離ミラー５９６、第七分離ミラー５９７、第七分離ミラー５９８についても同様で、各々反射した光の光軸上には、ビームダンパー６が設けられている。
尚、第四分離ミラー５９４を反射した光の光軸上にはビームダンパー６が設けられている。また、第五分離ミラー５９５を反射した光の光軸上にもビームダンパー６が設けられている。第六分離ミラー５９６、第七分離ミラー５９７、第七分離ミラー５９８についても同様で、各々反射した光の光軸上には、ビームダンパー６が設けられている。
第四の実施形態においても、参照ミラー２２を移動させながら、測定光を被観察部位Ｒに照射し、被観察部位Ｒからの反射光と参照光との干渉光の強度を第一から第四の各検出器３１～３４で検出する。そして、走査機構２３を動作させてＸ方向又はＹ方向に照射ポイントを走査し、各照射ポイントでの干渉光強度のデータが帯域毎に演算処理部４内の各ファイル４４１～４４４に記録される。そして、演算処理部４が画像取得プログラム４０を実行することで、各ファイル４４１～４４４内のデータにより各帯域での断層画像Ｉ１～Ｉ４が取得される。
この第四の実施形態では、反射光と参照光との干渉光が検出部に到達するまでの光路が単純化されるため、光軸調整が容易になる。
尚、第四の実施形態は第一の実施形態を変形した例であったが、第二の実施形態（フーリエドメインタイプ）について適用しても良い。この場合は、各分離光軸５０１～５０４上に回折格子が設けられ、各検出器３１～３４はアレイセンサとされる。
尚、第四の実施形態は第一の実施形態を変形した例であったが、第二の実施形態（フーリエドメインタイプ）について適用しても良い。この場合は、各分離光軸５０１～５０４上に回折格子が設けられ、各検出器３１～３４はアレイセンサとされる。
上記第四の実施形態において、帯域選択部５の構成として、複数の波長帯域が連続するものとして選択する構成を採用することも可能である。しかしながら、このようにすると、帯域の境界部分では、反射光の波長によっては境界をまたがる状態で干渉光が発生する場合があり、帯域選択部はそれをぶつ切りにすることになる。この場合には、そのぶつ切りにされた部分では界面の画像が取得できないか又は精度の悪いものとなる。帯域を相互に分離するようにすると、このような問題はない。この意義は、第一から第三の実施形態においても同様である。
次に、第五の実施形態の光干渉断層画像撮像装置について説明する。
図１１は、第五の実施形態の光干渉断層画像撮像装置の概略図である。第五の実施形態の層は、断層画像の撮像に加え、被観察部位の治療も行うことができる装置となっている。即ち、第五の実施形態の装置は、被観察部位の断層画像を取得する撮像モードと、被観察部位の治療を行う治療モードとで動作することが可能となっている。具体的には、第五の実施形態の装置は、撮像モードと治療モードとを切り替える切替部と、切替部を制御する不図示のコントローラとを備えている。
図１１は、第五の実施形態の光干渉断層画像撮像装置の概略図である。第五の実施形態の層は、断層画像の撮像に加え、被観察部位の治療も行うことができる装置となっている。即ち、第五の実施形態の装置は、被観察部位の断層画像を取得する撮像モードと、被観察部位の治療を行う治療モードとで動作することが可能となっている。具体的には、第五の実施形態の装置は、撮像モードと治療モードとを切り替える切替部と、切替部を制御する不図示のコントローラとを備えている。
この実施形態では、治療モードにおける治療は、患部に光照射して行うことが前提となっている。この際、治療モードにおける光源と撮像モードにおける光源とで異なるものを使用することも可能であるが、この実施形態では、装置構造の簡略化、装置コストの低減等を考慮して一つの光源を治療モードと撮像モードで兼用する構成となっている。
例えば、初期の口腔がん等の治療には、可視から近赤外域のレーザー光を照射して行うレーザー治療が有効であることが知られている。この場合、上記第一から第三の実施形態における光源部１に設けられたレーザー源１１の波長が治療に有効な場合があり、第五の実施形態はこのようなケースを想定している。
例えば、初期の口腔がん等の治療には、可視から近赤外域のレーザー光を照射して行うレーザー治療が有効であることが知られている。この場合、上記第一から第三の実施形態における光源部１に設けられたレーザー源１１の波長が治療に有効な場合があり、第五の実施形態はこのようなケースを想定している。
図１１に示すように、第五の実施形態における光源部１は、例えば発振波長１０６４ｎｍの超短パルスレーザー源を同様に備えている。そして、光源部１は、切替部として光スイッチ１５を備えている。光スイッチ１５は、レーザー源１１の出力側に設けられており、光スイッチ１５を介して二本のファイバ１２，１６がパラレルに接続されている。一本のファイバ１２は、第一から第三の実施形態と同様に、スーパーコンティニウム光を生成するための非線形光学素子としてのファイバである。第五の実施形態では、シングルモードのフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）１２が非線形光学素子として使用されている。
もう一本のファイバ１６は、治療モードの際に使用されるもので（以下、治療モード用ファイバという。）、この実施形態では、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＦ）が使用されている。ＰＢＦは、低非線形のファイバとして知られており、この実施形態では、レーザー源１１からの光を特に広帯域化することなく使用するためのものとなっている。尚、光スイッチ１５としては、入射光を折り返して出射するプリズムに移動機構を設けたメカニカル式のものを使用することができる。
非線形光学素子としてのＰＣＦ１２と治療モード用ファイバとしてのＰＢＦ１６とは、出射側で一本に束ねられ、出射レンズ１７を通して出射する構成となっている。光源部１以外の構成としては、上記第一から第三のいずれの実施形態の構成も採用し得る。一例として、図３では、第一の実施形態（タイムドメインタイプ）のものが採用されている。即ち、帯域分離ユニット５で帯域分離させた光をビームスプリッタ２１で測定光と参照光とに分離し、参照光と被観察部位からの反射光との干渉光の強度を帯域毎の四つの検出器３１～３４で検出する構成となっている。
尚、第五の実施形態では、治療モードの際に各部に対して光を適宜遮断するためのシャッタ７１，７２が追加して設けられている。まず、治療モードでは、参照ミラー２２は使用しないので、ビームスプリッタ２１と参照ミラー２２との間にシャッタ（以下、参照光シャッタ）７１が設けられている。また、検出部３も、治療モードでは使用しないので、ビームスプリッタ２１と検出部３との間にシャッタ（以下、検出部シャッタ）７２が設けられている。装置は、各部を制御するコントローラを備えており、コントローラは、光スイッチ１５とともにこれらシャッタ７１，７２の開閉も制御するものとなっている。
次に、第五の実施形態の光干渉断層画像撮像装置の動作について説明する。撮像モードの場合、コントローラからの信号により、光スイッチ１５はレーザー源１１からの光（超短パルス光）がＰＣＦ１３側に達するように切り替えられる。超短パルス光は、ＰＣＦ１３でスーパーコンティニウム光となり、帯域分離ユニット５で各波長帯域に分離された後、ビームスプリッタ２１に達する。そして、第一の実施形態と同様に、被観察部位Ｒからの反射光が参照光と干渉し、干渉光の強度が帯域毎に各検出器３１～３４で検出され、演算処理部４でのデータ処理により各波長帯域での断層画像が得られる。
一方、治療モードの場合、コントローラからの信号により光スイッチ１５はレーザー源１１からの光がＰＢＦ１６に達するように切り替えられる。また、コントローラからの信号により参照光シャッタ７１及び検出部シャッタ７２が閉じられる。この状態で、レーザー源１１を動作させる。レーザー源１１からの光は、ＰＢＦ１６、帯域分離ユニット５、ビームスプリッタ２１等を経由して患部に照射され、治療が行われる。
治療モードの際、不図示の導光用ファイバの先端を患部の付近に位置させてレーザー光を照射するが、走査機構２３を動作して必要な範囲にレーザー光が照射されるようにする場合もあるし、先端の向きを変えられるタイプの導光用ファイバを使用してマニュアル操作で照射ポイントを変更する場合もある。
治療モードの際、不図示の導光用ファイバの先端を患部の付近に位置させてレーザー光を照射するが、走査機構２３を動作して必要な範囲にレーザー光が照射されるようにする場合もあるし、先端の向きを変えられるタイプの導光用ファイバを使用してマニュアル操作で照射ポイントを変更する場合もある。
第五の実施形態の光干渉画像撮像装置によれば、任意の波長帯域や異なる複数の波長帯域での断層画像観察を可能にしつつ、１台の装置で診断（断層画像観察）と治療が行える。このため、設備に要する全体のコストを小さくでき、また省スペース化も達成できる。この際、撮像モードと治療モードとで１個の光源を兼用しているので、装置の構成がシンプルになり、さらにコストを低減できる。
また、１個の光源１１を兼用するということは、撮像モードと治療モードとの切り替えに際して光源の交換が不要なことを意味する。この点は、断層画像を撮像したその状態、そのポイントでそのまま治療が行えることを意味し、診断から治療への移行が極めてスムーズに行えることを意味する。特にこの実施形態では、光照射するための光学系２も兼用しており、光スイッチ１５の切り替えやシャッタ７１，７２の開閉という動作は必要になるものの、これらの動作はコントローラからの信号によって自動的に行う構成を採用することができる。したがって、コントローラへの外部入力部としてタッチパネル、キースイッチ等を設けることで、断層画像観察で診断をしたそのポイント（患部）についてそのままワンタッチで治療に移行することができ、極めて簡便な診断、治療システムが実現される。
このような第五の実施形態の装置の意義は、任意の波長帯域や複数の波長帯域での断層画像観察という点と相まってその効果が著しいが、任意の波長帯域や複数の波長帯域での断層画像観察という構成によってもたらされる意義とは別に奏される意義ということもできる。即ち、任意の波長帯域や異なる複数の波長帯域での断層画像観察という構成を備えていない場合でも、１台の装置で撮像モードと治療モードとが行えるようにしたり、１個の光源を兼用したりしても、上記意義は達成される。
尚、第五の実施形態において、上記ＰＢＦ１６は、治療モードにおいては光を撮影モードの際に比べて狭帯域化させて照射する（広帯域化させないで照射する）ものであるといえる。この点は、照射される光のエネルギーを高くし、治療が効率よく行われるようにする意義がある。
また、シャッタ７１，７２は、治療モードの際に高エネルギーの光が各部に不必要に照射されないようにして各部の損傷を防止するものである。シャッタ７１，７２は、遮断部の一例であるが、この他、進退可能なミラーで光を治療モードの際には光軸に配置し、光を光軸から取り出してビームダンパーで受ける構成も採用できる。
また、シャッタ７１，７２は、治療モードの際に高エネルギーの光が各部に不必要に照射されないようにして各部の損傷を防止するものである。シャッタ７１，７２は、遮断部の一例であるが、この他、進退可能なミラーで光を治療モードの際には光軸に配置し、光を光軸から取り出してビームダンパーで受ける構成も採用できる。
上述した各実施形態の光干渉断層画像撮像装置において、ＢスキャンはＸ方向又はＹ方向であるとして説明したが、その両方を行う場合もあり得る。即ち、Ｘ方向での断層画像を取得するとともに、そのＸ方向での断層画像を所定のインターバルでＹ方向に複数取得する場合もあり得る。この場合、ＸＹ方向のエリア（いわゆるフルフィールド）での断層画像となるので、深さ方向も合わせると三次元での断層画像観察ということになる。画像処理部に実装されるプログラムには、そのような三次元での断層画像をモニター上に三次元で表現する機能が追加されることもあり得る。
また、上記各実施形態において、複数の波長帯域での画像取得を行った際、それら複数の断層画像を適宜重ね合わせてディスプレイ４３に表示することもあり得る。即ち、一つの被観察部位を異なる複数の波長帯域で観察した場合、波長帯域によって当該部位への進入深さが異なることから、各断層画像において、異なる深さに位置する界面が観察されることがあり得る。この場合、被観察部位としては一つなので、重ね合わせて表示した方が界面同士の位置関係等が把握し易くなるので、好適である。この場合、演算処理部４に実装された画像取得プログラム４０に含まれる表示モジュールは、各断層画像を重ね合わせて表示することができるようにプログラミングされる。この際、グレースケールの濃度を適宜低下させたり、視認されないエリアのイメージを削除したりする補正が行われるようプログラミングされる場合もあり得る。
また、上記各実施形態では、第一帯域が４５０～４５０ｎｍ、第二帯域が６００～６９０ｎｍ、第三帯域が８００～９７０ｎｍ、第四帯域が１０５０～１３７０ｎｍであったが、これは単なる一例であり、他の帯域であっても良い。帯域の数も、四つには限らず、それより少なくても多くても良い。少なくとも二つの異なる帯域の光で断層画像が取得できれば良い。
尚、各波長帯域の帯域幅は、式１に従って同じ解像度になるように中心波長に応じて選定されることが望ましいが、厳密に同じ解像度にならなくても、ある程度近い解像度であれば、問題がないことも多い。この意味で、中心波長が短いほど帯域幅も狭くするという選定だけであっても実用的には足りる場合もある。
尚、各波長帯域の帯域幅は、式１に従って同じ解像度になるように中心波長に応じて選定されることが望ましいが、厳密に同じ解像度にならなくても、ある程度近い解像度であれば、問題がないことも多い。この意味で、中心波長が短いほど帯域幅も狭くするという選定だけであっても実用的には足りる場合もある。
また、上記式１の説明では、低コヒーレンス光はガウス分布であることを前提としたが、帯域分離ユニット５で分離した後の各波長帯域の光は、厳密にはガウス分布ではない場合が多い。それでも、ガウス分布であるとみなして式１を適用し、深さ方向解像度を求めることで特に問題はない。必要であれば、波長選択素子としての各ダイクロイックミラーについて、透過・反射の境界がある程度なだらかなものにすることで、ガウス分布に近づけることが可能である。
尚、各検出器３０～３４におけるサンプリング周期は、深さ方向解像度に応じた周期とされる。第一の実施形態のようなタイムドメインタイプの場合、参照ミラー２２が深さ方向解像度の距離を移動するたびに値を読み取る構成とされる。また、第二の実施形態のようなフーリエドメインタイプの場合、回折格子３０１～３０４における波長分解能は深さ方向解像度に応じたものとされる。サンプリング周期は、アレイセンサである検出器３１～３４の信号読み出し周期による。被観察部位に対して二以上のパルスを照射し、各パルスでの干渉光の強度を積算した形で検出器３１～３４の信号を読み出す場合もあり得る。
また、各実施形態の説明において、干渉光の強度を検出するとして説明したが、検出器３０～３４には参照光も入射しており、干渉光が干渉光に重畳した形となっている。したがって、実際の検出では、各検出器３０～３４の出力から参照光の分を差し引いて干渉光の強度とする。
また、各実施形態の説明において、干渉光の強度を検出するとして説明したが、検出器３０～３４には参照光も入射しており、干渉光が干渉光に重畳した形となっている。したがって、実際の検出では、各検出器３０～３４の出力から参照光の分を差し引いて干渉光の強度とする。
尚、上記各実施形態では、光源部１は、スーパーコンティニウム光を出射するものであったが、スーパーコンティニウム光でなくとも２００ｎｍ以上の幅で連続スペクトルとなっている光を出射するものであれば光源部として用いることができる。例えば、ＳＬＤ (Superluminescent Diode)やＡＳＥ(Amplified Spontaneous Emission)光源を本願発明における光源部として採用することも可能である。
また、スーパーコンティニウム光を出射する光源部を採用する場合でも、非線形光学素子としては、バルク状のものが採用されることもあり得る。但し、ファイバ状の非線形光学素子（非線形ファイバ）の方が取り扱いが容易であり、チャープ化素子１３に正常分散ファイバを使用したり、ファイバレーザーをレーザー源としたりした場合には、ファイバ同士の方が相性も良いので、この点でも好適である。
尚、チャープ化素子１３は、スーパーコンティニウム光を線形チャープな光とするものであったが、線形でない場合でも実施可能である。線形でない場合でも、一つの波長帯域において各波長の１パルス内の存在時刻と当該波長とが１対１で対応していれば、１パルス内での検出時刻により波長を特定することができる。１パルスの開始時刻を基準にして、どの波長がどの時刻に存在するかは予め解析して知ることができ、線形でない場合であっても時間に応じて波長が変化している限り、実施可能である。但し、線形チャープである方が時刻対波長の関係を求めるのが容易なので、好適である。
また、被観察部位としては、眼底や口腔の例を採り上げたが、この他、冠動脈のような血管系を被観察部位としたり、皮膚やその下層組織を被観察部位としたりする場合もあり得る。さらに、人の疾病診断に用いる用途の他、ペット等の動物の診断に用いられる場合もある。また、非破壊・非接触の断層画像観察方法として、例えば基板上に作成された薄膜の解析のような生体以外の断層観察にも本願発明が利用されることがあり得る。
１ 光源部
１１ レーザー源
１２ 非線形光学素子
１３ チャープ化素子
１５ 光スイッチ
１６ 治療モード用ファイバ（ＰＢＦ）
２ 光学系
２１ ビームスプリッタ
２２ 参照ミラー
２３ 走査機構
３ 検出部
３０ 検出器
３１～３４ 検出器
３５～３８ 検出用ミラー
３９１～３９４ 帯域遮断シャッタ
４ 演算処理部
４０ 画像取得プログラム
５ 帯域分離ユニット
５１～５８ ダイクロイックミラー
６ ビームダンパー
Ｒ 被観察部位
１１ レーザー源
１２ 非線形光学素子
１３ チャープ化素子
１５ 光スイッチ
１６ 治療モード用ファイバ（ＰＢＦ）
２ 光学系
２１ ビームスプリッタ
２２ 参照ミラー
２３ 走査機構
３ 検出部
３０ 検出器
３１～３４ 検出器
３５～３８ 検出用ミラー
３９１～３９４ 帯域遮断シャッタ
４ 演算処理部
４０ 画像取得プログラム
５ 帯域分離ユニット
５１～５８ ダイクロイックミラー
６ ビームダンパー
Ｒ 被観察部位
Claims (13)
- ４００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の波長範囲において２００ｎｍ以上の波長帯域に亘って連続スペクトルである光を出射する一つの光源部と、
光源部から出射される光を、測定光と参照光とに分割するとともに、測定光を被観察部位に照射し、当該被観察部位からの反射光と参照光との干渉光を発生させる光学系と、
反射光と参照光との干渉光の強度を検出する検出部と、
検出部で検出された干渉光の強度に基づいて、被観察部位の断層画像を取得する演算処理部と、
被観察部位からの反射光の波長帯域から、前記一つの光源部が出射する連続スペクトルである光の波長帯域よりも狭い少なくとも二つの異なる波長帯域を同時に選択可能な帯域選択部と
を備えており、
検出部は、帯域選択部が選択した少なくとも二つの異なる波長帯域において干渉光の強度を検出することが可能なものであり、
演算処理部は、帯域選択部が選択した少なくとも二つの異なる波長帯域において検出された干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得することが可能となっており、帯域選択部が選択しなかった波長帯域については被観察部位の断層画像を取得しないものであることを特徴とする光干渉断層画像撮像装置。 - 前記光源部は、時間に対して波長が連続的に変化する広帯域光を出射するものであり、 前記演算処理部は、干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得する画像取得プログラムを備えており、
前記帯域選択部は、画像取得プログラムの一部であって、前記検出部からの出力について時間に対応させて前記少なくとも二つの異なる波長帯域における干渉光の強度を取得可能なものであることを特徴とする請求項１記載の光干渉断層画像撮像装置。 - 前記光源部は、光源と、チャープ化素子とを備えており、チャープ化素子は、光源からの光に対して正の群速度分散を生じさせる速度分散素子であることを特徴とする請求項２記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記帯域選択部は、中心波長が短い帯域ほど短い帯域幅で各波長帯域を同時に選択可能なものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記帯域選択部は、各波長帯域の光によって断層画像を取得する際の深さ方向解像度が各波長帯域で互いに同じになる中心波長及び帯域幅で各波長帯域を同時に選択可能なものであることを特徴とする請求項４記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記帯域選択部は、前記少なくとも二つの異なる波長帯域を互いに分離した帯域として同時に選択可能なものであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記演算処理部は、前記同時に選択された少なくとも二つの波長帯域の光により取得した少なくとも二つの断層画像をディスプレイ上に重ねて表示することが可能なものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記光源部は、パルス光を出射するものであることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記帯域選択部により選択される少なくとも二つの異なる波長帯域は、５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の幅であることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記検出部で検出された干渉光の強度に基づいて被観察部位の断層画像を取得する撮像モードと、前記光源部からの光を患部に照射することで治療を行う治療モードとの二つのモードで動作可能な装置であり、
撮像モードと治療モードとを切り替える切替部と、
切替部を制御するコントローラと
を備えていることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の光干渉断層画像撮像装置。 - 前記光源部は、前記治療モードの際には前記撮像モードの際よりも狭帯域の光を出射するものであることを特徴とする請求項１０記載の光干渉断層画像撮像装置。
- 前記光源部は、
レーザー源と、
前記撮像モードの際にレーザー源からの光を広帯域化させる非線形光学素子としての第一のファイバと、
前記治療モードの際にレーザー源からの光を導く第二のファイバと
を備えており、
第二のファイバは、第一のファイバよりも低非線形の素子であり、
前記切替部は、前記撮像モードの際にはレーザー源からの光を第一のファイバに入射させ、前記治療モードの際にはレーザー源からの光を第二のファイバに入射させるものであることを特徴とする請求項１１記載の光干渉断層画像撮像装置。 - 前記治療モードの際に前記光源部からの光が前記検出部に入射しないように当該光を遮断する遮断部を備えていることを特徴とする請求項１０乃至１２いずれかに記載の光干渉断層画像撮像装置。
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