CN1789988A - 光断层影像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种相对结构简易，而且能够以较短的时间得到更多的图像信息的光断层影像装置。在探针(30)的前端近旁，设有凹面镜(34)，并且在与凹面镜(34)相隔适当的距离的位置，从探针(30)的前端侧顺序设有半透镜(33)以及GRIN透镜(32)。另一方面，在探针(30)中，在其周向成为180度的不同位置形成有透光窗部(35a、35b)，在探针(30)的周向的两方向，可以使光向被检体(71)照射并取得被检光。由此构成为，结构简易，通过向被检体(71)一次照射即能够取得现有的2倍的信息。

Description

光断层影像装置
技术领域
本发明涉及在医疗或工业等领域中取得被检体的断层影像时所使用的光断层影像装置。
背景技术
近年来，在对医疗用和工业用等的被检体进行摄像的领域，特别是在电子内视镜的领域中，使用OCT的方法摄影被检体的断层影像的装置已被周知。
由于基于该OCT的断层影像装置，作为检测光的探针(probe)而使用，因此不存在如以往的X线摄影装置，被检体因X线照射而受到辐射的问题，特别是，在被检体是人体的情况下极为优选。另外，不需要像CT或MRI等的大型的装置，能够简易地进行被检体的检查，因此能够减轻被检者的成本的负担和体力的负担，在这方面也为优选。
另外，该使用OCT的断层影像装置，形成为利用具有宽频带的光谱幅的光的低相干性，而得到被检体的深度方向的各位置的干涉波的信息，因此能够通过μm级的空间分辨率，而检测来自被检体内部的反射光，与以往的X线摄影装置相比，能够大幅提高测定分辨率。
使用这种具有多种优异特性的OCT的断层影像装置，已被公开在例如下述的非专利文献1等中，另外，还提出了使用具体地进行了各种技术上的工作的OCT的断层影像装置(例如，参照专利文献1等)。
〔专利文献1〕特开2003-329577号公报
〔非专利文献1〕光学32卷4号(2003)：佐藤学、丹野直弘著
但是，现状为在关于被检体的图像信息的取得速度及其信息量等方面，虽然有一些提案，但还不能用于实用，希望能够进一步改良。
本发明鉴于这种情形而提出，其目的在于提供一种能够以比较简易的结构，在短时间获得与以往相比更多的图像信息的光断层影像装置。
发明内容
本发明的光断层影像装置，其构成为备有：光源，其射出具有低可干涉性的光；干涉计，其将从该光源射出的光分为二束，将其中一方照射向被检体，将另一方照射向参照面，并使来自该参照面的参照光和来自所述被检体的被检光合波而得到干涉光束，并且能够输出将该干涉光束光电转变后的信号，从而能够获得所述被检体的断层影像，其特征在于，
所述干涉计，具备有探针，其向所述被检体射出照射光并使来自所述被检体的被检光射入，在该探针中，备有照射光分离部，其将照射向所述被检体的照射光分为二束，并从该探针的各个不同侧射出。
另外，在所述探针中优选构成为，从其前端部侧顺序设有反射镜、半透镜、以及物镜光学系统，在从该物镜光学系统到达所述半透镜的照射光中，由该半透镜所反射的光束从该探针的一侧射出，并且透过该半透镜的光束由所述反射镜反射，再次返回到该半透镜，在该半透镜中被反射，并从与所述一侧相反方向的另一侧射出。
在这种情况下，所述反射镜优选为凹面朝向所述半透镜侧的凹面镜。
另外，优选具有能够以所述物镜光学系统的光轴为中心而使所述半透镜转动的转动机构。
此外，优选构成为，所述干涉计使用迈克尔逊型干涉仪，通过使由形成所述参照面而成的反射构件沿该反射构件的光轴方向移动，从而使所述参照光的光程长度发生变化。
或者，优选为构成为，所述干涉计使用迈克尔逊型干涉仪，并设置光检测器，所述干涉光束通过将该干涉光束分光的分光光学系统而被导入到所述光检测器。
此外，优选为将从所述光源射出的光分为二束而得到的所述另一方的光，并列地输入并通过光延迟机构和光相位调制机构从而得到所述参照光，并且将该参照光和所述被分为二束的照射光合波而得到的干涉光束光电转变后，使用相互通过波长频带不同的两个带通滤波器进行分离，而得到相互独立的所述被分为两束的照射光的各光断层影像信息。
根据本发明的光断层影像装置，因为其构成为在相对于探针的轴线的径向上，能够在不同的两个方向上，使光照射向被检体，和获得来自被检体的反射光，因此与现有相比结构简易，能够短时间地取得现有装置的2倍的图像信息，能够进行更有效的图像诊断。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的光断层影像装置的概略图。
图2是表示在探针中设置转动机构时的结构的概略剖面图。
图3是表示本发明的第二实施方式的光断层影像装置的概略图。
图4是表示本发明的第三实施方式的光断层影像装置的概略图。
图中：10-低可干涉光源，21、23、27-2×2耦合器，22-光频隔离器，23a-1×2耦合器，23b-2×1耦合器，24、24a、24b、61-准直仪，25-参照反射镜，25a-角隅棱镜，28-光延迟线，29-光相位调制器，30-探针，32-GRIN透镜，33-半透镜，34-凹面镜，35a、35b-透光窗部，41、42、44-光检测器，43-运算器，50a、50b-带通滤波器，51低通滤波器，52-对数放大器，62-衍射光栅，63-傅里叶变换透镜，65-信号处理部。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式的光断层影像装置进行说明。
图1是表示本发明第一实施方式的光断层影像装置的概略图。
本实施方式的光断层影像装置，适用于例如医疗用的内视镜，并大致被分为光源部、干涉计和信号处理部。
光源部，使用低可干涉光源10而构成。该低可干涉光源10，是射出在近红外域具有较宽的光谱幅(宽波长频带)的光的光源，适于由例如SLD(Supper-Luminescent diode)或ASE(Amplied Spontaneous Emission)光源等形成的光源。
另外，干涉计以所谓的平衡型迈克尔逊干涉仪为整体而构成，备有：三个2×2耦合器21、23、27，其将被作为导光路径的光纤(图中粗黑线所示)所导的光束进行分波及/或合波；探针30，其用于获得来自被检体71的断层影像信息；参照反射镜25；两个光检测器41、42，其检测来自被检体71的影像信息；以及运算器43。
此外，在2×2耦合器21、23之间的光纤上配置光频隔离器22，另外在2×2耦合器23和参照反射镜25之间的光纤上配置准直仪24。还有，在连接在2×2耦合器23上的另一方的光纤的端部配置作为具有无反射终端功能的衰减器(attenuator)26。另外，参照反射镜25，通过未图示的公知·周知的移动控制机构，而可在光轴方向(参照图1的箭头)上移动。
信号处理部，备有低通滤波器(LPF)51和对数放大部52。
这里，对所述探针30的结构进行说明，该探针30如图1所示，在具有可挠性的护套31内一并收置有，作为物镜光学系统的GRIN透镜32、半透镜(实际上包含将半透镜设置于斜面的直角棱镜，下同)33、以及凹面镜34和光纤。另外，虽然也可以配置平面镜而代替凹面镜，但从抑制光束的发散，并能够得到良好的成束轮廓的角度出发，优选为使用凹面镜34。
即，在护套31的前端部形成封闭状态，在其前端部附近的内部，设置为使凹面镜34的凹面部分与护套31的前端部反向相望。另外，实际上，至少GRIN透镜32、半透镜33以及凹面镜34所配置的部分，与形成护套31的可挠性材料不同，由使用比较刚性的一些材料与护套31一体形成的大致中空圆筒状的构件构成，从而发挥保护GRIN透镜32、半透镜33以及凹面镜34的功能。另外，在图1中，为了说明简单和理解容易，省略该部分的详细图示。
另一方面，光纤从护套31的另一端插入，配置为其前端部分收置在与凹面镜34相隔适当距离的位置，并在其前端部分顺序配置有作为物镜光学系统的GRIN透镜32，以及向着护套31的前端侧的半透镜33。另外，优选配置为半透镜33和凹面镜34的各自的中心与GRIN透镜32的光轴一致。
另外，在护套31中，在半透镜33位置附近的周向上，形成有透光窗部35a、35b。即，透光窗部35a、35b形成在护套31的周向相隔180度的两个部位。这是因为如后所述，使用半透镜33，能够使前进方向相互180度不同的两束光从探针33射出，并且能够获得通过将各光束照射在被检体71上而产生的返回探针30的后方散射光。
接着对实施方式装置的整体的作用进行说明。
从低可干涉光源10射出低可干涉光，则所射出的光通过光纤被传送到2×2耦合器21，通过该2×2耦合器21，被分为第一光束和第二光束，第一光束通过光纤被传送到探针30，另外第二光束通过其他的光纤经由光隔离器22被传送到2×2耦合器23。
传送到探针30的第一光束，被导向GRIN透镜32，并通过该GRIN透镜32射向半透镜33。入射到半透镜33的第一光束，被分为透过半透镜33沿着GRIN透镜32的光轴向探针30的前端方向进行的光，和在半透镜33中向垂直于GRIN透镜32的光轴的方向反射的光。
由半透镜33而向垂直于GRIN32的光轴的方向(参照图1的箭头I)反射的光，通过透光窗部35a，照射向探针30外部的被检体71。
另一方面，透过半透镜33向探针30的前端方向进行的光，射向凹面镜34，在此被反射，向与射向凹面镜34的入射路径相反的方向前进，射向半透镜33，通过该透镜33而成为与GRIN透镜32的光轴垂直的方向，并且被反射向与不透过半透镜33的被反射的先前的光刚好成180度的相反方向(参照图1的箭头II)，通过透光窗部35b照射向被检体71。另外，为了便于说明，分别标记为在来自箭头I所示的光程的照射的被检体71的部位标记符号A，在来自箭头II所示的光程的照射的被检体71的部位标记符号B。此外，为了易于理解，探针30和这些被检体71的部位A、B之间的距离大致相等。
因此，图1中以由箭头I所示的光程而照射向被检体71的其中一束光，与该图1中以由箭头II所示的光程而照射向被检体71的另一束光，以半透镜33和凹面镜34间的距离的2倍的光程差，照射向被检体71。
如此照射向被检体71的光，进入到被检体71的内部，主要在折射率分布不连续的各断层边界部生成后方散射光，并略微具有相干性，分别一边随着与深度方向相对应的光延迟量一边作为被检光与照射路径反向进行，并通过探针30的透光窗部35a、35b射向半透镜33。
在此，由图1的箭头I所示的光程从被检体71的部位A返回的被检光，射向半透镜33，并大致沿着其光轴垂直地反射向GRIN透镜32的方向，并与从低可干涉光源10行进而来时的路径反向地前进，到达2×2耦合器21，通过光纤传送到2×2耦合器27。另一方面，由图1的箭头II所示的光程从被检体71的部位B返回的被检光，射向半透镜33，被反射向凹面镜34的方向，由凹面镜34反射向与入射路径相反的方向，透过半透镜33以及GRIN透镜32，与所述沿着由箭头I所示的光程的被检光相同，被传送到2×2耦合器27。
另一方面，先前被传送到2×2耦合器23的第二光束，通过准直仪24而被照射向参照反射镜25，并在该反射面被反射向与入射方向相反的方向，作为参照光与入射路径反向前进，并再次通过准直仪24到达2×2耦合器23，此外，通过光纤传送到2×2耦合器27。
被传送到2×2耦合器27的被检光和参照光，在该2×2耦合器27中互相合波，但是因为被合波的两波相干长度极短，所以仅在各自的光延迟量(光程长度)大致相等的情况下进行干涉。因此，由于仅得到对应于参照反射镜25的光轴方向(与图1中的箭头所示的参照反射镜25的扫描方向一致)的位置的被检体71的深度方向的位置的干涉信息，所以通过使参照反射镜25沿光轴方向移动，能够得到以时间为序的被检体71的深度方向的各位置的干涉波信息。
在此，来自被检体71的被检光，如前所述，有来自被检体71的部位A的和来自被检体71的部位B的，它们以对应于先前所述的探针30内的光程差的时间差，而顺序到达2×2耦合器27，并分别与参照光合波。于是，能够得到分别对于被检体71的部位A、B，以时间为序的如上所述的深度方向的各位置的干涉信息。
此后，对于由2×2耦合器27所得到的干涉光，实施利用两个光检测器41、42以及运算器43的平衡(blance)检波处理。即，将分别从光检测器41、42输出的信号，被输入到运算器43，并进行各信号的差分运算，输出使噪声成分和漂移(drift)成分相抵消的差分信号。
来自运算器43的差分信号，通过低通滤波器51除去不需要的高频成分后，由对数放大器52进行对数放大，作为关于被检体71的部位A的一维断层影像信号和关于被检体71的部位B的一维断层影像信号，以对应于所述探针30的光程差的时间差而输出。
在第一实施方式的光断层影像装置中，因为通过将探针30转动180度而能够得到在被检体71的周向的断层影像信息，所以与现有装置相比，实现了2倍的信息读取速度。另外，在使探针30转动360度的情况下，能够获得被检体71的周向的2倍的信息量。
另外，在所述的第一实施方式中，作为2×2耦合器21、23、27，也可以构成为使用循环器(circulator)。此外，在该第一实施方式中，半透镜33固定设于探针30内，也可以设为使探针30自身转动，也可以如下所述进一步优选构成为，设置以所述的GRIN透镜32的光轴为旋转轴的转动机构，使半透镜33能够自由转动。
在图2中，示出了用于使半透镜33转动的转动机构的结构例，以下参照该图说明该转动机构。
在该结构例中，在探针30内部，一直到探针30的末端侧一体收置有螺旋弹簧36，使其抵接在与GRIN透镜32的半透镜33所在部位的相反侧的部位，光纤束37与GRIN透镜32以及半透镜33形成一体，并可以GRIN透镜32的光轴为中心转动。
即，光纤束37与被固定设在探针30的末端部的插头45相连接，在该插头45上，转动操作部46，通过形成于转动操作部46的插孔48由螺纹连接而固定。
转动操作部46，在其两端部形成插孔48、49，并且在其外周部设有操作轮47。于是，前端侧的插孔48，如前所述，连接在设于探针30的末端部的插头45上，另一方面，另一插孔49通过光纤而与2×2耦合器21相连接。因此，通过使操作轮47转动，螺旋弹簧36、光纤束37、GRIN透镜32以及半透镜33成为一体，并能够以GRIN32的光轴为中心转动。另外，此时，随着半透镜33的转动，为了使来自探针30的周向的任意部位的光可以出入，可以使透光窗部35a、35b在周向上多个或连续地形成。
接着，参照图3对本发明的第二实施方式的光断层影像装置进行说明。另外，对于与所述的第一实施方式的光断层影像装置相同的构成要素，标注相同符号并省略其详细的说明，以下，以不同点为中心进行说明。
该第二实施方式的光断层影像装置，使干涉光束通过分光光学系统输入到光检测器的构成点，与第一实施方式的光断层影像装置不同。
即，首先在2×2耦合器21中，连接低可干涉光源10并且连接探针30这一点与第一实施方式的光断层影像装置相同，但是作为构成准直仪24和分光光学系统(后面详细说明)的一个要素的准直仪61，分别通过单个的光纤而连接这一点，与第一实施方式的情况不同。于是，参照反射镜25与准直仪24相隔适当的距离而配置。另外，在该实施方式中，参照反射镜25被固定在规定的位置。
因此，在2×2耦合器21中，被检光和来自参照反射镜25的参照光进行合波，所谓的干涉光被传送到分光光学系统的准直仪61。
分光光学系统，其构成为具有准直仪61、衍射光栅62以及傅里叶变换透镜63。在该分光光学系统中，来自2×2耦合器21通过光纤被传送到准直仪61的干涉光，通过准直仪61形成平行光，照射在反射型衍射光栅62上。
衍射光栅62，设于傅里叶变换透镜63的前侧焦点位置，来自衍射光栅62的衍射光，透过傅里叶变换透镜63，照射到光检测器44上，该光检测器44设在仅距傅里叶变换透镜63焦距f的位置上。光检测器44，适于使用例如所谓的线形图像传感器等。
在此，来自衍射光栅62的衍射光由于受到傅里叶变换透镜63产生的傅里叶变换作用，伴随被检光和参照光的光波干涉的干涉光谱，在光检测器44上形成。即，换而言之，被检光和参照光的结合能量谱入射到光检测器44上。
光检测器44的输出，被输入到信号处理部65，并通过信号处理部65，进行为了得到反映被检体71的深度方向的信息的一维断层影像信号的必要的信息处理，从信号处理部65能够得到关于低可干涉光所照射的被检体71的部位的断层影像信号。于是，通过对如此而得到的断层影像信号，进行为了在未图示的公知·周知的图像处理部中生成图像所必要的处理，能够在未图示的显示装置中显示断层影像。
接着，对该第二实施方式的光断层影像装置的整体作用进行说明。
首先，来自低可干涉光源10的低可干涉光被分成，通过2×2耦合器21照射向参照反射镜25的光束，和通过探针30而照射向被检体71的光束。此外，向探针30行进的光束以规定的光程差照射向被检体71的两个部位A、B的这一点，基本与第一实施方式的情况相同。另外，探针30和被检体71的部位A以及部位B的距离，与前述的第一实施方式同样，大致相等。
于是，来自被检体71的被检光通过探针30再次返回到2×2耦合器21，在该2×2耦合器21中，与由参照反射镜25反射而来的参照光进行合波，并作为干涉光通过光纤而传送到准直仪61。
传送到准直仪61的干涉光，在这里，形成平行光照射向衍射光栅62。入射到衍射光栅62的干涉光，被分散波长而反射向傅里叶变换透镜63。于是，来自衍射光栅62的反射光，通过透过傅里叶变换透镜63接受傅里叶变换作用，而照射向光检测器44。
入射到光检测器44的光，对每个光谱的光强度信号(光谱干涉条纹)进行光电转变，输入到信号处理部65。于是，在信号处理部65中，进行为了得到反映被检体71的深度方向的信息的一维断层影像信号所必要的信号处理，其结果，如图3所示，能够以分离的状态得到对应于被检体71的两个部位A、B的断层影像信号(参照图3的信号波形图A、B)。另外，能够分开的得到如图3所示的分别对应于被检体71的部位A、B的断层影像信号，与前述的第一实施方式相同，是因为低可干涉光分别照射向被检体71的部位A和部位B时的光程差所致。
另外，在该第二实施方式的探针30中，与第一实施方式的情况相同，半透镜33固定设在探针30内，但没有必要限于这种结构，当然也可以构成为通过参照图2所说明的转动机构而能够使半透镜33转动。此时，如前所述，透过部35a、35b可以在周向多个或连续地形成。
另外，在该第二实施方式中，也可以构成为将2×2耦合器21替换为循环器。
另外，在所述的实施方式中，对于被检体71的部位A和部位B，为了得到互相分离的断层影像信号A、B，而在各自照射的照射光之间，设置相当于半透镜33和凹面镜34之间距离的两倍的光程长度差，在预先对从半透镜33到部位A和部位B的各距离的范围进行预测中，优选为调整半透镜33和凹面镜34的距离，在该范围内使两个照射光之间必定产生所定值以上的光程长度差。
但是，能够将所述的两个断层影像信号A、B相互分离的结构并不仅限与此。例如，对于所述的两束照射光，也可以构成为使波长大幅不同，或使偏光成分大幅不同，最终也能够使所得的断层影像信号A、B相互分离。
图4表示将所述的波长设为互相不同时的实施方式(第三实施方式)。在该第三实施方式的光断层影像装置中，与所述的第一实施方式的光断层影像装置相同的构成要素，标注相同的符号并省略其说明。
即，在光隔离器22的后段中，备有：两个1×2耦合器23a、23b；在这两个1×2耦合器23a、23b之间，并列配有光延迟线28以及光相位调制器29；配置于1×2耦合器23b的后段的准直仪24a、角隅棱镜(cornercube)25a以及准直仪24b，另外，替代第一实施方式的低通滤波器51，备有使用第一波长频带(例如，以波长λ1为中心的波长频带)的带通滤波器A 50a，以及使用不与第一波长频带重合的第二波长频带的(例如以λ2为中心的波长频带：例如λ1＞λ2)带通滤波器B 50b。所述的角隅棱镜25a设为可沿着光的入射方向移动，由此做成可变更参照光的光程长度。
虽然该第三实施方式也能够分离而得到相当于被检体71的部位A的信号以及相当于被检体71的部位B的信号，但是相当于被检体71的部位A的信号从通过光延迟线28以及带通滤波器A 50a的信号中得到，另一方面，相当于被检体71的部位B的信号从通过光相位调制器29以及带通滤波器B 50b的信号中得到。即，相当于部位A的信号，仅成为通过带通滤波器A 50a的第一波长频带的信息，另一方面，相当于部位B的信号，仅成为通过带通滤波器B 50b的第二波长频带所涉及的信息，两者即使在时间上重合，也能够根据波长的不同而良好地分离所承载的信息。换而言之，为了在时间上将两者重合，光延迟线28发挥作用。另外，光相位调制器29具有提高对应于部位B的断层影像信号的S/N比的功能。
如此根据波长的不同而互相分离后，可使分别对应于被检体71的部位A、B的断层影像信号能够识别，如图4所示，分离而表示。
另外，在所述的任一实施方式中，被检体不限于人体，可以是光侵入到内部，而得到来自内部各位置的反射光的其他各种组织。

Claims (7)

1.一种光断层影像装置，其构成为备有：
光源，其射出具有低可干涉性的光；
干涉计，其将从该光源射出的光分为二束，将其中一束向被检体照射，将另一束向参照面照射，并使来自该参照面的参照光以及来自所述被检体的被检光合波而得到干涉光束，并且能够输出将该干涉光束光电转换后的信号；从而能够获得所述被检体的断层影像，其特征在于，
所述干涉计，具有探针，其向所述被检体射出照射光并使来自所述被检体的被检光射入，在该探针中，备有照射光分离部，其将照射向所述被检体的照射光分为二束，并从该探针的各个不同侧射出。
2.根据权利要求1所述的光断层影像装置，其特征在于，
在所述探针中构成为，从其前端部侧顺序设有反射镜、半透镜以及物镜光学系统，在从该物镜光学系统到达所述半透镜的照射光中，由该半透镜所反射的光束从该探针的一侧射出，并且透过该半透镜的光束由所述反射镜反射，再次返回到该半透镜，在该半透镜中被反射，并从与所述一侧相反方向的另一侧射出。
3.根据权利要求2所述的光断层影像装置，其特征在于，所述反射镜是使凹面朝向所述半透镜侧的凹面镜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光断层影像装置，其特征在于，具有能够使所述半透镜以所述物镜光学系统的光轴为中心进行转动的转动机构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光断层影像装置，其特征在于，构成为所述干涉计使用迈克尔逊型干涉仪，通过使形成所述参照面而成的反射构件在该反射构件的光轴方向上移动，从而使所述参照光的光程长度发生变化。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光断层影像装置，其特征在于，构成为所述干涉计使用迈克尔逊型干涉仪，并设有光检测器，所述干涉光束通过对该干涉光束进行分光的分光光学系统而被导入到所述光检测器。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的光断层影像装置，其特征在于，将从所述光源射出的光分为二束而得到的所述另一束的光，并列地输入并通过光延迟机构和光相位调制机构从而得到所述参照光，并且将该参照光和所述被分为二束的照射光合波而得到的干涉光束进行光电转变后，使用相互通过波长频带不同的两个带通滤波器进行分离，而得到相互独立的由所述被分为二束的照射光生成的各光断层影像信息。
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