JP2007101268A

JP2007101268A - 光断層画像化装置

Info

Publication number: JP2007101268A
Application number: JP2005289124A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Kato; 喜一加藤
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-19
Also published as: US20070076213A1; US7583385B2

Abstract

【課題】光コヒーレンストモグラフィー計測において、測定開始位置の調整を短時間かつ簡便に行う。
【解決手段】たとえば体腔内の断層画像をプローブ３０を用いた光コヒーレンストモグラフィー計測により取得するときに、距離測定手段３４を用いてプローブ３０から測定対象までの距離を測定する。そして、距離測定手段３４により測定された測定対象までの距離に基づいて、光路長調整手段２０が測定光Ｌ１もしくは参照光Ｌ２の光路長を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＣＴ（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置に関するものである。

従来、体腔内の断層画像を取得する装置として超音波を用いた超音波断層画像取得装置等が知られているが、その他に低コヒーレンス光による光干渉を用いた光断層画像取得装置を用いることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１においては、ＴＤ−ＯＣＴ（ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＯＣＴ）計測により断層画像を取得するものであって、内視鏡の鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内にプローブを挿入することにより測定光が体腔内に導波されるようになっている。

具体的には、光源から射出された低コヒーレンス光が測定光と参照光とに分割された後、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導波される。一方、参照光は光路長の変更が施された後に合波手段に導波される。そして、合波手段により反射光と参照光とが合波され、合波されたことによる干渉光がヘテロダイン検波等により測定される。ここで、ＴＤ−ＯＣＴ計測は測定光と参照光との光路長が一致したときに干渉光が検出されることを利用した計測方法であり、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）が変更されるようになっている。

体腔内にプローブを挿入してＯＣＴ計測を行う場合、プローブを使用後に消毒・洗浄等する必要があるため、プローブは光断層画像化装置の本体に対し着脱可能に設けられている。つまり、光断層画像化装置に用いられるプローブは複数用意されており、測定毎にプローブを付け替えることができるようになっている。このとき各プローブには光ファイバの長さに製造誤差等による個体差があり、測定光側の光路長がプローブを替える度に変化してしまうという問題がある。そこで、特許文献１においては、プローブ内の光ファイバを被覆するチューブ（シース）の内壁面からの反射光を利用し参照光の光路長の調整して測定光と参照光との光路長を一致させるようになっている。

さらに、プローブを回転させて血管等の管状検体を観察する場合、プローブの回転中心と血管中心がずれたときに、取得不要の部位からの干渉光が多くなり、非効率な計測になってしまうのを防止する方法が提案されている（たとえば特許文献２参照）。特許文献２において、取得した断層画像から境界を認識し、オペレータが手動で測定中心のオフセットを決定し、その量に見合った走査開始タイミングを記憶部に記憶させるようになっている。

ところで、上述したような参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する方法として、光源から射出される光の周波数を時間的に変化させながら干渉光の検出を行うＳＳ−ＯＣＴ（Swept source OCT）装置が提案されている。ＳＳ−ＯＣＴ装置は、マイケルソン型干渉計を用いて光路長の変更を行わずに光源から射出されるレーザ光の波長を掃引し反射光と参照光との干渉させ、インターフェログラム干渉強度信号を得る。そして、光周波数領域のインターフェログラム信号をフーリエ変換し断層画像を生成するようになっている。

さらに、参照光の光路長の掃引することなく高速に断層画像を取得する方法としてＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）計測が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ計測は、マイケルソン型干渉計を用いて光源から広帯域の低コヒーレンス光を射出して測定光と参照光とに分割した後、測定対象に測定光が照射されたときの反射光と参照光との干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトル信号をフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに断層画像を取得するようになっている。
特開２００３−１７２６９０号公報米国特許第６５５２７９６号明細書

特許文献１、２ではプローブの個体差を調整するために光路長の調整を行っているが、ＯＣＴ計測により取得可能な範囲内に測定対象が位置決めするための測定開始位置の調整を行う必要がある。つまり、ＯＣＴ計測において測定可能（断層画像の取得可能）な深さ方向の測定可能領域は有限の限られた範囲であって、測定可能領域内に測定対象が位置されるように測定開始位置を調整するため、プローブと測定対象との距離に応じた参照光の光路長調整を行う必要がある。

ここで、ＴＤ−ＯＣＴ計測においては参照光の光路長を調整することにより測定する深さを変更するものであるため、干渉光のビート信号測定やインターフェログラム測定等による信号強度や信号波形を観測しながら光路長の調整を行うことにより測定可能領域の調整を行うことができる。しかし、ＳＳ−ＯＣＴ計測やＳＤ−ＯＣＴ計測においては検出した干渉光に対しフーリエ変換処理等の周波数解析処理を施さなければ各深さ位置における反射情報を得ることができないため、測定対象の位置を確認し測定開始位置を調整する際にも周波数解析処理が必要となり、測定開始位置の調整に時間が掛かってしまうという問題がある。

そこで、本発明は、測定開始位置の調整を短時間で行うことができる光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明の光断層画像化装置は、測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置において、光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光もしくは参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、光分割手段により分割された測定光を測定対象まで導波する光ファイバと、該光ファイバから測定対象を走査する測定光を射出する光射出部とを有するプローブと、プローブから射出した測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉光から測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えたものであり、プローブに光射出部から射出した測定光が照射される照射部位までの距離を測定する、測定対象を走査する測定光照射位置近傍を測距する距離測定手段が設けられており、光路長調整手段が、距離測定手段により測定された測定対象までの距離を用いて、測定光の走査に同期して断層画像信号を得る位置に調整するために測定光もしくは参照光の光路長を調整するものであることを特徴とするものである。

ここで、距離測定手段は測定対象までの距離を測定可能なものであればどのような方法であってもよく、たとえば測定対象に対し測距光を射出する測距光源と、測距光源から射出された測距光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射測距光を検出する光センサと、光センサにおける反射測距光の検出から測定対象までの距離を算出する距離算出手段とを備えたものであってもよい。

また、画像取得手段は、走査しながら測定光が測定対象に照射されたときに、距離測定手段により測定されたプローブと測定対象の各照射部位と距離に基づいて断層画像内のプローブと各照射部位との距離を補正する機能を有するものであってもよい。

なお、光源ユニットが波長を変動させながらレーザ光を射出するものであり、画像取得手段が、干渉光を周波数解析することにより測定対象の断層画像を取得するものであり、光路長調整手段が、断層画像信号を得る位置に調整するため、測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであってもよい。

さらに、光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、画像取得手段が、干渉光を周波数解析することにより測定対象の断層画像を取得するものであり、光路長調整手段が、断層画像信号を得る位置に調整するため、測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであってもよい。

本発明の光断層画像化装置によれば、プローブに光射出部から射出した測定光が照射される照射部位までの距離を測定する、測定対象を走査する測定光照射位置近傍を測距する距離測定手段が設けられており、光路長調整手段が、距離測定手段により測定された測定対象までの距離を用いて、断層画像の取得を開始する位置を調整するために測定光もしくは参照光の光路長を調整することにより、断層画像の取得するときの測定開始位置を設定する際に、断層画像の取得と同様に干渉光を用いて測定対象までの距離が測定されるのではなく、距離測定手段により測定対象までの距離が測定されるため、測定開始位置を検出するための干渉光への信号処理が不要となり、プローブの長さに個体差がある場合の光路長の調整や断層画像の測定可能領域内に測定対象が含まれるような光路長の調整を短時間に行うことができる。

さらに、プローブの光射出部が測定対象に対し走査しながら測定光を照射するものであり、距離測定手段が光射出部と同期して回転するものであることにより、光射出部の回転により測定対象の測定光の照射部位とプローブとの距離が変わった場合であっても、距離測定手段が測定光の照射部位までの距離を測定することができるため、測定対象までの距離を確実かつ正確に測定することができる。

なお、画像取得手段が、回転しながら測定光が測定対象に照射されたときに、距離測定手段により測定されたプローブと測定対象の各照射部位と距離に基づいて断層画像内のプローブと各照射部位との距離を補正する機能を有するものであれば、光射出部の回転により測定対象の測定光の照射部位とプローブとの距離が変わった場合であっても、断層画像内プローブから測定部位までの距離を距離測定手段により測定された距離に基づいて補正することができるため、実際の位置関係を忠実に表した断層画像を得ることができる。

また、距離測定手段が、測定対象に対し測距光を射出する測距光源と、測距光源から射出された測距光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射測距光を検出する光センサと、光センサにおける反射測距光の検出から測定対象までの距離を算出する距離算出手段とを備えた構成であれば、測定対象までの距離を精度良く高速に測定することができる。

特に、光源ユニットが波長を掃引させながらレーザ光を射出するものであり、もしくは光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、画像取得手段が、干渉光を周波数解析することにより測定対象の各深さ位置における反射光の強度を検出し測定対象の断層画像を取得するものであり、光路長調整手段が、断層画像信号を得る位置に調整するため、測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであれば、測定開始位置を検出するための干渉光への周波数解析が不要となり、断層画像の測定可能領域内に測定対象が含まれるような光路長の調整を短時間に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の光断層画像化装置の好ましい実施の形態を示す模式図である。光断層画像化装置１は、たとえば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、レーザ光Ｌを射出する光源ユニット１０と、光源ユニット１０から射出されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段２０と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ３０と、プローブ３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０と、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象の各深さ位置における干渉光Ｌ４の強度を検出し測定対象Ｓの断層画像を取得する画像取得手段５０とを有している。

光源ユニット１０は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものであって、たとえばモード同期半導体レーザからなっている。具体的には、光源ユニット１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイバＦＢ１０が半導体光増幅器１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１および光ファイバＦＢ１０により形成されるループによりのレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１へ射出されるようになっている。

さらに、光ファイバＦＢ１０には光分岐器１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内を導波するレーザ光の一部が光分岐器１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１３、回折格子素子１４、光学系１５を通り回転多面鏡（ポリゴンミラー）１６において反射され、再び光ファイバＦＢ１１に入射される。

ここで、この回転多面鏡１６は矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系１５の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子１４において分光された光のうち、特定の周波数域からなるスペクトル光のみ再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。そして光ファイバＦＢ１１に入射したスペクトル光が光分岐器１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、特定の周波数域からなる光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出されるようになっている。

この光ファイバＦＢ１１に戻る光の周波数は光学系１５の光軸と反射面との角度によって決まるものである。よって、回転多面鏡１６が矢印Ｒ１０方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長は図２に示すように一定の周期で掃引することになる。結果として、光源ユニット１０から波長が一定の周期で掃引したレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出されることになる。

光分割手段３は、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光源ユニット１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割するようになっている。光分割手段３は、２つの光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に導波されるようになっている。なお、図１においては光分割手段３は合波手段４としても機能するものである。

光ファイバＦＢ２にはプローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２からプローブ３０へ導波されるようになっている。プローブ３０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタＯＣにより光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。

一方、光ファイバＦＢ３における参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。光路長調整手段２０は、測定対象Ｓに対する測定開始位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変えるものであって、光学系２１および反射ミラー２２を有している。光学系２１は光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー２２から反射した参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３に対し集光する機能を有し値得る。反射ミラー２２は可動ステージ２３上に配置されており、可動ステージ２３はミラー移動手段２４により矢印Ａ方向に移動可能に設けられている。そして可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するようになっている。

合波手段４は、２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段２０により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するようになっている。

干渉光検出手段４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出し、画像取得手段５０は、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象Ｓの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を検出し測定対象Ｓの断層画像を取得するようになっている。なお、図１の実施形態においては、光ファイバＦＢ１の光ファイバカプラ２から分岐したレーザ光Ｌの光強度を検出する検出器４０ａと、干渉光Ｌ４の光強度を検出する検出器４０ｂとを設け、干渉光検出手段４０が検出器４０ａからの出力に基づいて干渉光Ｌ４の光強度のバランスを調整する機能を有している。この機能により、各周波数毎の光強度バラツキの影響を押さえ、より鮮明な画像を得ることが出来る。

ここで、干渉光検出手段４０および画像取得手段５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、詳細については「武田光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。

測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ・・・（１）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（１）は波数ｋ＝ω／ｃを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段５０において、干渉光検出手段４０が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換による周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成するようになっている。

ここで、図１と図２を参照して光断層画像化装置１の動作例について説明する。まず、反射ミラー２２が矢印Ａ方向に移動することにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１０から波長が一定の周期で掃引されたレーザ光Ｌが射出され、レーザ光Ｌは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段４０により検出される。この検出された干渉光Ｌ４の信号が画像取得手段５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。

ここで、上述したＳＳ−ＯＣＴ計測の断層画像の取得を行うことができる深さ方向の測定可能領域は測定光Ｌ１の波長変動幅や波長変動周期等に依存するものであって所定の範囲に限られたものである。一方、体腔内にある測定対象Ｓの断層画像を取得する際に用いられるプローブ３０が取り替えられたときに、プローブ３０における光ファイバの長さ誤差を補償するための光路長調整を行う必要がある。さらに、プローブ３０から測定対象Ｓが離れている場合には、測定可能領域内に測定対象が位置するように測定開始位置を調整する必要がある。このため、プローブ３０と測定対象Ｓとの距離に応じた参照光の光路長調整が必要となる。この測定開始位置の調整を行うときに、上述した干渉光Ｌ４の検出およびフーリエ解析を行った後、反射ミラー２２の位置を調整した場合、フーリエ解析が終了するまではプローブ３０と測定対象Ｓとの距離がわからず、測定開始位置の調整に時間が掛かってしまうという問題がある。

そこで、光断層画像化装置１においては、プローブ３０には測定対象Ｓまでの距離を測定する距離測定手段３４が設けられている。図３はプローブ３０の先端部分の一例を示す模式図、図４はその断面図であり、図３と図４を参照してプローブ３０について説明する。プローブ３０は、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３を導波する光ファイバＦＢ３０と、光ファイバを被覆するチューブ３１と、光ファイバＦＢ３０を導波した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに向かって射出するための光射出部３３と備えている。チューブ３１はたとえば樹脂等の可撓性を有し、かつ光透過性を有する物質からなっており、チューブ３１の先端部分にはチューブ３１内を封止するためのキャップが固定されている。

光ファイバＦＢ３０の先端にはたとえば屈折率分散レンズ（ＧｒａｄｉｅｎｔＩｎｄｅｘＬｅｎｓ）等の結像光学系３２が設けられており、結像光学系３２にはプリズム等からなる光射出部３３が固定されている。光ファイバＦＢ３０から射出した参照光Ｌ２は結像光学系３２を透過し光射出部３３に入射されることになる。光射出部３３は光ファイバＦＢ３０内において導波された測定光Ｌ１をチューブ３１の側壁面側に射出し、測定光Ｌ１はチューブ３１を透過して測定対象に照射されるようになっている。同時に、光射出部３３は測定光Ｌ１の照射による測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を受光し、光ファイバＦＢ３０側に射出するようになっている。

また、光ファイバＦＢ３０、屈折率分散レンズ３２および光射出部３３はチューブ３１に対し矢印Ｒ１０方向に一体的に回転するように設けられており、光射出部３３から射出される測定光Ｌ１は矢印Ｒ１０方向に回転走査しながら測定対象Ｓに対し照射されることになる。これにより、体腔内の測定対象Ｓの回転方向（ラジアル方向）の光断層画像の取得が可能となる。

距離測定手段３４はチューブ３１の内壁面に光射出部３３と同期して回転する筐体３１ａに固定されており、光射出部３３から測定光Ｌ１が照射される照射部位までの距離を測定し測定対象を走査する測定光照射位置近傍を測距する機能を有している。距離測定手段３４は、図５に示すように、測距光を射出する測距光源３５と、測距光源３５から射出された測距光が測定対象Ｓの表面に照射されたときの測定対象Ｓの表面から反射した反射測距光を結像する結像レンズ３６と、結像レンズ３６により結像された反射測距光を検出する検出センサ３７と、検出センサ３７における反射測距光の検出から測定対象Ｓまでの距離を算出する距離算出手段３８とを有している。

測距光源３５は、測定対象Ｓに対し斜めにコリメートビームからなる測距光を入射するようになっており、測定対象Ｓにおいて反射した反射測距光が結像レンズ３６に入射されるようになっている。一方、検出センサ３７は、結像レンズ３６により結像された反射測距光を１次元もしくは２次元のアレイセンサを用いて検出するものである。このとき、反射測距光は、結像レンズ３６により測距光源３５と測定対象Ｓとの距離に応じて検出センサ３７の異なる位置に結像される。そして、距離算出手段３８は測距光源３５の位置および検出センサ３７での検出された位置に基づいて三角測量法を用いてプローブ３０と測定対象Ｓとの距離を測定する。一方、光路長調整手段２０のミラー移動手段２４は、距離算出手段３８により検出された距離に基づいて反射ミラー２２を矢印Ａ方向に移動させる（図１参照）。

このように、測定開始位置の調整が距離測定手段３４による測定結果に基づいて行われることにより、従来のように干渉光Ｌ４の周波数解析結果に基づいて調整を行うよりも短時間で行うことができる。さらに、プローブ３０と測定対象Ｓとの距離が測定可能領域よりも離れていた場合であっても、プローブ３０と測定対象Ｓとの距離の計測が可能であるため、より短時間で効率的に測定開始位置の調整もしくはプローブの位置の調整を行うことができる。

また、光射出部３３が矢印Ｒ１０方向に回転することにより測定光Ｌ１の照射部位を変えたとき、測定対象Ｓの表面までの距離は各照射部位毎に異なる場合がある。具体的には、たとえば図６（Ａ）に示すように、各照射部位毎に光路長調整手段２０により光路長の調整を行わない場合、光射出部３３が矢印Ｒ１０方向に回転することにより、断層画像の取得が可能な測定可能領域ＲＲがたとえば半径を距離ＬＬ１とした環状に形成されるものとする。測定対象Ｓ表面までの距離がＬＬ１である照射部位Ｐ１では、測定対象Ｓの表面から測定可能領域ＲＲの範囲までの断層画像を取得することができる。一方、測定対象Ｓの表面での距離がＬＬ２（＜ＬＬ１）である照射部位Ｐ２においては、測定対象Ｓの表面から測定が開始されず、測定対象Ｓ内から断層画像の取得が行われる。さらに、測定対象Ｓ間での距離がＬＬ３（＞ＬＬ１）の照射部位Ｐ３においては、測定対象Ｓの表面手前から測定が開始され、測定対象Ｓ内から所定の深さまでの断層画像の取得を行うことができない。

このとき、図６（Ｂ）に示すように、距離測定手段３４の測定に基づく光路長調整を行う。具体的には、照射部位Ｐ２においては、測定開始位置が測定対象Ｓの表面になるように、光路長調整手段２０により照射部位Ｐ１のときよりも参照光Ｌ２が長く調整される。一方、照射部位Ｐ３においては、測定開始位置が測定対象Ｓの表面になるように、光路長調整手段２０により照射部位Ｐ１のときよりも参照光Ｌ２が短く調整される。このように、光射出部３３までの距離が異なる照射部位Ｐ１〜Ｐ３について、同一の測定開始位置（測定対象Ｓの表面）から測定可能領域ＲＲまでの範囲について断層画像を取得することができる。したがって、測定対象Ｓの形状・構造によらず、一定の基準面から取得可能範囲までの断層画像を取得することができるようになるため、断層画像として取得する必要のない無駄な領域に対する断層画像の取得を防止し、効率的な断層画像の取得を行うことができる。

なお、上述した距離測定手段３４の測定に基づく光路長の調整を行い、画像取得手段５０においてこの光路長調整を考慮しないとき、図７（Ａ）のように、照射部位Ｐ１〜Ｐ３がそれぞれ測定可能領域ＲＲの測定開始位置に位置することになり、実際の測定対象Ｓの形状を表した断層画像にならない。そこで、図７（Ｂ）に示すように、画像取得手段５０は、距離測定手段３４の測定に基づく光路長の調整量に基づいて断層画像を補正し生成する。これにより、実際の測定対象Ｓの形状に即した断層画像を取得することができるとともに、一定の基準面（測定対象Ｓの表面）から測定可能領域までの深さの断層画像を取得することができる。なお、画像取得手段５０は、光路長調整手段２０における光路長の調整量を用いても良いし、距離測定手段３４により測定された距離を用いても良い。

図８は本発明の光断層画像化装置の別の実施の形態を示す模式図であり、図８を参照して光断層画像化装置１００について説明する。なお、図８の光断層画像化装置１００において図１の光断層画像化装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

図８の光断層画像化装置１００が図１の光断層画像化装置１と異なる点は光源ユニットおよび干渉光検出手段の構成である。具体的には、光断層画像化装置１００はいわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するものであって、光源ユニット１１０は、たとえばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の低コヒーレンス光を射出する光源１１１と、光源１１１から射出された光を光ファイバＦＢ１内に入射するための光学系１１２とを有している。なお、光断層画像化装置２００は体腔内の生体を測定対象Ｓとしたときの断層画像を取得するものであるため、測定対象Ｓ内を透過するときの散乱・吸収による光の減衰を最小限に抑えることができる、たとえば広スペクトル帯域の超短パルスレーザ光源等を用いるのが好ましい。

一方、干渉光検出手段１４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光する分光手段１４２と、分光手段１４２により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４毎に設けられた光検出手段１４４とを有している。この分光手段１４２はたとえば回折格子素子等により構成されており、光ファイバＦＢ４からコリメータレンズ１４１を介して入射される干渉光Ｌ４を分光し、光検出手段１４４側に射出するようになっている。

また、光検出手段１４４は、たとえば１次元もしくは２次元にＣＣＤ等の複数の光センサを配列した構造を有し、各光センサが光学レンズ１４３を介して入射される干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。ここで、光検出手段１４４において光源ユニット１１０のスペクトルに反射情報の関数をフーリエ変換したものを加えた干渉光Ｌ４が観測される。そして、干渉光検出手段４０において検出された干渉光Ｌ４を画像取得手段５０において周波数解析することにより深さ位置における反射情報を取得することができる。

スペクトル強度分布Ｓ（ｋ）を持つ測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、それぞれのスペクトル成分による干渉光縞強度を重ね合わせたインターフェログラムとして干渉光検出手段４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｌ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｋ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｋ・・・（２）
で表される。ここで、ｋは角周波数、ｌは測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との光路長差である。式（２）は各分光成分のスペクトル強度分布Ｓ（ｋ）が干渉縞Ｉ（ｌ）の中に干渉縞の角周波数ｋの成分がどれだけ含まれるかを表すものである。また、干渉縞の角周波数ｋから測定光Ｌ１と参照光Ｌ２との光路長差、すなわち測定する深さ位置の情報が与えられる。このため、画像取得手段５０において、干渉光検出手段４０が検出したインターフェログラムをフーリエ変換による周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の分光スペクトルＳ（ｋ）を求めることができる。そして、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成するようになっている。そして生成された断層画像は、表示装置６０において表示される。

図８においても、光路長調整手段２０は、測定開始位置を調整するために参照光Ｌ２の光路長を調整する機能を有している。このとき、距離測定手段３４により測定された測定対象Ｓまでの距離に基づいて反射ミラー２２を矢印Ａ方向に移動させることにより測定開始位置の調整を行う。これにより、従来のように干渉光Ｌ４に基づいて調整を行うよりも短時間で行うことができる。

図９は本発明の光断層画像化装置の別の実施の形態を示す模式図であり、図９を参照して光断層画像化装置２００について説明する。なお、図９の光断層画像化装置２００において図１および図１および図８の光断層画像化装置１、１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置２００はいわゆるＴＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するものであって、光路長調整手段２０は、測定対象Ｓ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。さらに、参照光Ｌ２の光路中（光ファイバＦＢ３）に位相変調器２１０が配置されており、参照光Ｌ２に対しわずかな周波数シフトを与える機能を有している。そして、光路長調整手段２０により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光Ｌ２が光ファイバＦＢ４合波手段４に導波されるようになっている。

干渉光検出手段２４０は、たとえばヘテロダイン検波により干渉光Ｌ４の光強度を検出するようになっている。具体的には、測定光Ｌ１の全光路長と反射光Ｌ３の全光路長との合計が、参照光Ｌ２の全光路長と等しいときに、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３との差周波数で強弱を繰り返すビート信号が発生する。光路長調整手段２０により光路長が変更されていくにつれて、測定対象Ｓの測定位置（深さ）が変わっていき、干渉光検出手段２４０は各測定位置における複数のビート信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段２０から画像取得手段へ出力されるようになっている。そして、干渉光検出手段２４０により検出されたビート信号と、ミラー移動手段２４における測定位置の情報とに基づいて光断層画像が生成されるようになっている。

このような、ＴＤ−ＯＣＴ計測を行う光断層画像化装置２００であっても、プローブ３０に距離測定手段３４が設けられていることにより、従来のように反射ミラーを走査させながら測定開始位置の検索を行う場合に比べて、測定開始位置の調整を短時間に高精度に行うことができる。

上記各実施の形態によれば、プローブ３０に距離測定手段３４が設けられており、光路長調整手段２０が、距離測定手段３４により測定された測定対象Ｓまでの距離を用いて参照光Ｌ２の光路長を調整することにより、断層画像の取得するときの測定開始位置を設定する際に、断層画像の取得と同様に干渉光を用いて測定対象までの距離が測定されるのではなく、距離測定手段により測定対象までの距離が測定されるため、測定開始位置を検出するための干渉光への信号処理が不要となり、断層画像の測定可能領域内に測定対象が含まれるような光路長の調整を短時間に行うことができる。

さらに、プローブ３０の光射出部３３が測定対象Ｓに対し回転しながら測定光Ｌ１を照射するものであり、距離測定手段３４が光射出部３３と同期して回転するものであることにより、光射出部３３の回転により測定対象Ｓの測定光の照射部位とプローブとの距離が変わった場合であっても、距離測定手段３４が測定光Ｌ１の照射部位までの距離を測定することができるため、測定対象Ｓまでの距離を確実かつ正確に測定することができる。

また図３のように距離測定手段３４が、測定対象Ｓに対し測距光を射出する測距光源３５と、測距光源３５から射出された測距光が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射測距光を検出する光センサ３７と、光センサ３７における反射測距光の検出から測定対象までの距離を算出する距離算出手段３８とを備えた構成であれば、測定対象までの距離を精度良く高速に測定することができる。

さらに、上記距離測定手段３４は、図１に示すＳＳ−ＯＣＴ計測、図９に示すＳＤ−ＯＣＴ計測および図１０に示すＴＤ−ＯＣＴ計測のいずれの光断層画像化装置１、１００、２００について適用することができる。

なお、本発明の実施の形態は上記形態に限定されない。たとえば、図３および図４の距離測定手段３４が三角測量法を用いて距離を測定する場合について例示しているが、たとえば超音波による距離測定法、レンズで結像下ＣＣＤ画像の先鋭度から距離を求める方法、光学的距離測定方法等の近距離での測定が可能であり、かつコンパクトに収納できる方法であればあらゆる公知の技術を用いることができる。

また、図１、図８、図９において、光路長調整手段２０は参照光Ｌ２側の光路長を調整する場合について例示しているが、測定光Ｌ１側の光路長を調整するものであってもよい。この場合、たとえば図１の測定光Ｌ１を導波する光ファイバＦＢ２中に３分岐の光サーキュレータを設け、空きポートに上述した光路長調整手段２０を介在させることになる。そして、測定対象Ｓ内からの戻り光を光路長調整手段２０に導き、光路長調整手段２０の終端の反射ミラー２２からの反射光を光合波手段４に戻す経路を通ることで同様の効果を得ることが出来る。

さらに、図９において、干渉光Ｌ４をビート信号として検出するようにしているが、図３に示すように、参照光Ｌ２の光路中（たとえば光ファイバＦＢ３）に位相変調手段２１０を設けず、干渉光Ｌ４をインターフェログラムとして検出するようにしても良い。

本発明の光断層画像化装置の好ましい実施の形態を示す模式図図１の光源ユニットが出力するレーザ光が周波数変動する様子を示す図図１の光断層画像化装置におけるプローブの好ましい実施の形態を示す模式図図１の光断層画像化装置におけるプローブの好ましい実施の形態を示す模式図図１の光断層画像化装置における距離測定手段の一例を示す模式図図３の光射出部から測定対象に測定光が照射される様子を示す模式図図１の画像取得手段により取得される断層画像の一例を示す模式図図１の画像取得手段により取得される断層画像の一例を示す模式図本発明の光断層画像化装置の第３の実施の形態を示す模式図

符号の説明

１、１００、２００光断層画像化装置
３光分割手段
４合波手段
１０、１１０光源ユニット
２０光路長調整手段
３３光射出部
３４距離測定手段
３５測距光源
３６結像レンズ
３７光センサ
３８距離算出手段
４０、１４０、２４０干渉光検出手段
５０画像取得手段
６０表示装置
１００光断層画像化装置
２１０位相変調器
Ｌレーザ光
Ｌ１測定光
Ｌ２参照光
Ｌ３反射光
Ｌ４干渉光
ＲＲ測定可能領域
Ｓ測定対象

Claims

測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置において、
光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光もしくは前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、
前記光分割手段により分割された測定光を前記測定対象まで導波する光ファイバと、該光ファイバから測定対象を走査する前記測定光を射出する光射出部とを有するプローブと、
該プローブから射出した前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの前記反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と
を備えたものであり、
前記プローブに前記光射出部から射出した前記測定光が照射される照射部位までの距離を測定する、前記測定対象を走査する測定光照射位置近傍を測距する距離測定手段が設けられており、
前記光路長調整手段が、前記距離測定手段により測定された前記測定対象までの距離を用いて、前記測定光の走査に同期して断層画像信号を得る位置に調整するために前記測定光もしくは前記参照光の光路長を調整するものであることを特徴とする光断層画像化装置。
前記画像取得手段が、走査しながら前記測定光が前記測定対象に照射されたときに、前記距離測定手段により測定された前記プローブと前記測定対象の各照射部位と距離に基づいて前記断層画像内の前記プローブと前記各照射部位との距離を補正する機能を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
前記距離測定手段が、前記測定対象に測距光を照射する測距光源と、該測距光源から前記測距光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射測距光を検出する光センサと、該光センサにおいて検出された前記反射測距光に基づいて前記測定対象までの距離を算出する距離算出手段とを備えたものであることを特徴とする請求項１または２記載の光断層画像化装置。
前記光源ユニットが、波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の断層画像を取得するものであり、前記光路長調整手段が、断層画像信号を得る位置に調整するため、前記測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
前記光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の断層画像を取得するものであり、断層画像信号を得る位置に調整するため、前記測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光断層画像化装置。