JP2007101268A - 光断層画像化装置 - Google Patents

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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(Optical Coherence Tomography)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(Time Domain OCT)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)=∫ 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(Gradient Index Lens)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。
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。
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)=∫ 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 (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
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