JP2007267761A - 光干渉断層計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光出射部1は光源14から異なる特定波長を有する近赤外線可干渉光を光干渉部2に出射する。光干渉部2のビームスプリッタ21は入射した光を眼底に透過するとともに一部を光波長シフター22に向けて反射する。シフター22は発振信号Sに従い光の周波数を変調し、可動ミラー24によって反射された光の周波数を再度変調する。そして、ビームスプリッタ21は眼底で反射した計測光とミラー22で反射した参照光とを干渉させて干渉光を光検出部3に出射する。光検出部3は干渉光を受光すると、同干渉光の光強度を表す検出信号を、発振信号Sを用いて復調するとともに高周波成分をフィルタ処理する。そして、光検出部3はこの検出信号を用いて眼底の断面形状と酸素飽和度SO2を算出する。
【選択図】 図1
Description
Er=ar・cos(2π・fr+θr) …式1
Es=as・cos(2π・fs+θs) …式2
ただし、前記式1中のarは参照光の振幅を表し、frは参照光の周波数すなわち上述した周波数(f+2・RF)を表し、θrは参照光の位相を表すものである。また、前記式2中のasは計測光の振幅を表し、fsは計測光の周波数すなわち上述した周波数fを表し、θsは計測光の位相を表すものである。
I=|Er+Es|2 …式3
前記式3に対して、前記式1,2を代入して整理すると、下記式4が成立する。
I=(ar2+as2)/2+ar・as・cos(2π・(fr−fs)+(θr−θs)) …式4
ここで、以下の説明においては、計測光と参照光とが互いに干渉する場合すなわち計測光に眼底の状態を表す情報が付加された場合について説明する。なお、計測光と参照光とが互いに干渉していなければ、前記式4に従って検出信号Iは下記式5によって示すことができる。
I=(ar2+as2)/2 …式5
S=arf・cos(2π・(2・RF)+θrf) …式6
ただし、前記式6中のarfは上述した圧電変換素子22bの発振振幅を表し、RFは発振周波数を表し、θrfは発振の位相を表すものである。
Im=I・S=((ar2+as2)/2+ar・as・cos(2π・(fr−fs)+(θr−θs)))・arf・cos(2π・(2・RF)+θrf) …式7
前記式7を整理すると、下記式8が成立する。
Im=((ar2+as2)/2)・arf・cos(2π・(2・RF)+θrf)+ar・as・arf・(1/2)・(cos(2π・(fr−fs)+θr−θs−2π・(2・RF)−θrf)+cos(2π・(fr−fs)+θr−θs+2π・(2・RF)+θrf)) …式8
ここで、下記式9が成立することを考慮すると、電気的な検出信号Imは下記式10のように示すことができる。
fr−fs=2・RF …式9
Im=((ar2+as2)/2)・arf・cos(2π・(2・RF)+θrf)+ar・as・arf・(1/2)・cos(θr−θs−θrf)+ar・as・arf・(1/2)・cos(2・2π・(2・RF)+θr−θs+θrf)) …式10
Ij=ar・as・arf・(1/2)・cos(θr−θs−θrf) …式11
I=(ar2+as2)/2+ar・as・cos(θr−θs) …式12
−ln(R(λ)/Ro(λ))=εoxy(λ)・Coxy・d+εdeoxy(λ)・Cdeoxy・d+α(λ)+S(λ) …式13
−ln(growthR(λ)/Ro(λ))=εoxy(λ)・growthCoxy・d+εdeoxy(λ)・growthCdeoxy・d+growthα(λ)+S(λ) …式14
ただし、前記式14中のgrowthR(λ)、growthCoxy、growthCdeoxyおよびgrowthα(λ)は、血流変化によって増加または減少変化した値を表すものであって、それぞれ、血流変化後の検出光量、血流変化後の酸素化ヘモグロビンの濃度、血流変化後の還元ヘモグロビンの濃度および血流変化後のヘモグロビン以外の色素の光吸収による減衰量を表すものである。
−ln(growthR(λ)/R(λ))=εoxy(λ)・ΔCoxy+εdeoxy(λ)・ΔCdeoxy …式15
ここで、前記式15中のΔCoxyおよびΔCdeoxyは、それぞれ、下記式16および式17によって表されるものである。
ΔCoxy=(growthCoxy−Coxy)・d …式16
ΔCdeoxy=(growthCdeoxy−Cdeoxy)・d …式17
SO2=ΔCoxy/(ΔCoxy+ΔCdeoxy) …式18
このように、演算器38は、眼底の断面形状および酸素飽和度SO2を算出すると、同算出した断面形状を表す断面形状信号および酸素飽和度SO2を表す酸素飽和度信号を表示部4に出力する。
−log(I1/I0)=K・C・e+A …式19
ただし、前記式7中のI1は透過光の光量を表し、I0は入射光の光量を表す。また、前記式19中のKはヘモグロビンの吸光係数を表し、Cは血中ヘモグロビン血液濃度を表し、eは血液層の厚さ(前記式16,17における光路長dに相当)を表し、Aは組織層の減光度を表す。ここで、前記式19は、生体内を透過した赤外光の減光度を算出するものであるが、反射した赤外光であっても同様の特性を示すことが知られている。
−(log(I1/I0)−log(I2/I0))=K・C・e−K・C・(e−Δe) …式20
前記式20を整理すると、下記式21に示すようになる。
−log(I2/I1)=K・C・Δe …式21
ただし、前記式20および式21中のI2は血液層の厚さの変化後における透過光の光量を表す。
−log(I21/I11)=K1・C・Δe …式22
−log(I22/I12)=K2・C・Δe …式23
ただし、前記式22中のK1は、波長λ1の赤外光に対するヘモグロビンの吸光係数を表し、前記式23中のK2は、波長λ2の赤外光に対するヘモグロビンの吸光係数を表す。そして、前記式23を前記式22で除算すると、血液層の厚さ変化Δeを消去した下記式24が成立する。
log(I12/I22)/log(I11/I21)=K2/K1 …式24
したがって、前記式24を変形すれば、下記式25が成立する。
K2=K1・log(I12/I22)/log(I11/I21) …式25
SO2=(K2−Kp)/(K0−Kp) …式26
これにより、前記式26に従って計算される酸素飽和度SO2は、相対量を含むことなく計算されるため、実際の酸素飽和度を得ることができる。したがって、医師による診断において、より正確な酸素飽和度SO2を提供することができる。なお、血液層の厚さ変化は極めて速い変化であるため、この場合には、上記実施形態において説明したように、光出射装置1の光源12を同時に駆動(発光)させて、異なる特定波長を有する近赤外線可干渉光を同時に出射することが好ましい。
Claims (13)
- 各種信号を出力するコントローラと、
前記コントローラから供給される所定の駆動信号に基づいて発光する複数の光源を有して、異なる特定波長の近赤外線可干渉光を同一光軸上に出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された各特定波長の近赤外線可干渉光を被検体に向けて透過させるとともに一部を反射して分離する分離手段と、前記コントローラから供給された所定の発振信号に基づいて発振し、前記反射により分離された各特定波長の近赤外線可干渉光の周波数を増加または減少して変調する光周波数変調手段と、同変調された各特定波長の近赤外線可干渉光を前記光周波数変調手段に向けて反射する反射手段と、前記光周波数変調手段と前記反射手段との間に配置されて、前記光周波数変調手段から出射された各特定波長の近赤外線可干渉光の光束を平行に整えるとともに前記反射手段によって反射された各特定波長の近赤外線可干渉光を前記光周波数変調手段上に集光するレンズと、前記反射手段を前記レンズにより平行な光束に整えられた各特定波長の近赤外線可干渉光の光軸方向に移動させる移動手段と、前記分離手段に一体的に設けられて、前記反射手段によって反射されて前記光周波数変調手段により変調された各特定波長の近赤外線可干渉光と前記被検体により反射された各特定波長の近赤外線可干渉光とを光学的に干渉させる干渉手段とを有する光干渉部と、
前記光干渉部によって光学的に干渉させた干渉光を受光するとともに同受光した干渉光の光強度を表す電気的な検出信号を出力する受光手段と、同受光手段から出力された電気的な検出信号を、前記コントローラから取得した前記発振信号を用いて復調する復調手段と、同復調手段によって復調された電気的な検出信号の高周波成分を除去するフィルタ手段と、同フィルタ手段によって高周波成分が除去された電気的な検出信号に基づく干渉光の光量を用いて前記被検体の断面形状を表す断面形状情報を算出する断面形状情報算出手段と、前記光出射部から出射された近赤外線可干渉光の光量と前記フィルタ手段によって高周波成分が除去された電気的な検出信号に基づく干渉光の光量とを用いて生体の代謝に伴う前記被検体の生体情報を算出する生体情報算出手段とを有する光検出部と、
前記光検出部の断面形状情報算出手段によって算出された断面形状情報および前記生体情報算出手段によって算出された生体情報に基づいて視認可能な画像データを生成する画像データ生成手段と、同画像データ生成手段によって生成された画像データに基づき、前記被検体の断面形状画像、前記被検体の生体情報画像または同断面形状画像と生体情報画像とを合成した合成画像を表示する表示手段とを有する表示部とを備えたことを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから供給される所定の駆動信号をスペクトラム拡散変調して変調駆動信号を生成するスペクトラム拡散変調手段と、
前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて一斉に発光することにより、一斉に出射された異なる特定波長を有する近赤外線可干渉光を光学的に合成する光合成手段とを有し、
前記光検出部は、さらに、
前記フィルタ手段によってフィルタ処理された電気的な検出信号に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に逆拡散して復調するスペクトラム拡散復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから供給される所定の駆動信号を周波数分割多重変調して変調駆動信号を生成する周波数分割多重変調手段と、
前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて一斉に発光することにより、一斉に出射された異なる特定波長を有する近赤外線可干渉光を光学的に合成する光合成手段とを有し、
前記光検出部は、さらに、
前記フィルタ手段によってフィルタ処理された電気的な検出信号に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に復調する周波数分割多重復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、
前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号を取得し、前記各光源が前記取得した所定の駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線可干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射することを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項4に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号をスペクトラム拡散変調して変調駆動信号を生成するスペクトラム拡散変調手段を有し、
前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線可干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射し、
前記光検出部は、さらに、
前記フィルタ手段によってフィルタ処理された電気的な検出信号に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に逆拡散して復調するスペクトラム拡散復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項4に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号を周波数分割多重変調して変調駆動信号を生成する変調手段を有し、
前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線可干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射し、
前記光検出部は、さらに、
前記フィルタ手段によってフィルタ処理された電気的な検出信号に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に復調する周波数分割多重復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光干渉部の分離手段に対して、前記出射された近赤外線可干渉光の大部分を被検体に向けて透過させるための低反射領域を形成したことを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光干渉部の光周波数変調手段を、音波によって近赤外線可干渉光の周波数を変化させる音響光学変調素子から形成したことを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光検出部のフィルタ手段は、前記光出射部から出射された近赤外線可干渉光の周波数と、前記光周波数変調手段によって変調された近赤外線可干渉光の周波数との差分を表す周波数を用いて、前記復調された電気的な検出信号の高周波成分を除去することを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光干渉部と前記光検出部との間にて、前記光干渉部によって光学的に干渉させた干渉光を光学的に分離する光分離部を設けるとともに、同光分離部によって分離された干渉光を受光するための前記光検出部の受光手段を複数設けたことを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記表示部の表示手段は、
前記被検体の断面形状画像によって特定される位置と前記被検体の生体情報画像によって特定される位置とを一致させて、前記断面形状画像と前記生体情報画像とを合成した合成画像を表示することを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記光検出部の生体情報算出手段によって算出される生体情報は、
前記被検体の血管中における、血液量、血流量、血流変化および酸素飽和度のうちの一つであることを特徴とする光干渉断層計。 - 請求項1に記載した光干渉断層計において、
前記被検体は、眼球の眼底であることを特徴とする光干渉断層計。
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