JP2009119153A - 光コヒーレントトモグラフィーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】光コヒーレントトモグラフィーシステム（ＯＣＴ）において、被検体の生体成分の３次元分布を測定することを可能とする。
【解決手段】ＯＣＴ１は、レーザ光源１２からのレーザ光を参照光１８と被検体１７への照射光１４とに分岐し、被検体１７からの反射光と参照光１８との干渉光２１を発生する光干渉部１３と、干渉光２１を検出する光検出器２３からの出力信号を処理する信号処理部２４とを備える。ＯＣＴ１は、参照光１８の位相を走査する位相走査部２０と、照射光１４を被検体１７に２次元スキャンする光走査ミラー１６とをさらに備える。レーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域の波長を含む。これにより、生体成分の３次元分布を測定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の診断等に使われる光コヒーレントトモグラフィーシステムに関する。

人体の一部等の被検体の診断を非侵襲で行うシステムとして光コヒーレントトモグラフィーシステム（Optical Coherence Tomography、以下、「ＯＣＴ」ともいう）があり、ＯＣＴには、時間領域ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）と周波数領域ＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）が知られている。従来の時間領域ＯＣＴは、光源からの可視光を光カプラ（スプリッタ）で被検体に向かう照射光と可動ミラーに向かう参照光とに分岐する。照射光は、スキャンニングミラーによって１次元または２次元スキャンされ、被検体に照射される。照射光は、被検体内部の様々なところで反射され、反射光が光カプラに戻る。参照光は、可動ミラーで反射され、光カプラに戻る。このとき、可動ミラーの位置が反射光が反射された距離と同じ距離位置にある場合は、反射光と参照光が強め合うように干渉する。この干渉光を処理して、非侵襲で被検体の断層画像を得ている。従来の周波数領域ＯＣＴは、時間領域ＯＣＴにおける可動ミラーの代わりに固定ミラーを用い、光源を波長走査型光源とし、干渉光をフーリエ変換することによって、被検体の断層画像を得ている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、上述したような従来のＯＣＴにおいては、被検体の断層画像は得られるが、被検体の診断に有用な生体成分を検出できない。
特開２００７−２４６７７号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、被検体の生体成分の３次元分布を測定することができる光コヒーレントトモグラフィーシステム（ＯＣＴ）を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を参照光と被検体への照射光とに分岐すると共に、前記被検体からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部と、前記干渉光を検出する光検出器と、前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部と、を備えた光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、前記参照光の位相を走査する位相走査部と、前記照射光を前記被検体に２次元スキャンする光走査ミラーと、をさらに備え、前記レーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域の波長を含み、前記信号処理部は、前記光検出器からの出力信号より前記生体成分の３次元分布を測定するものである。

請求項２に記載の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を参照光と被検体への照射光とに分岐すると共に、前記被検体からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部と、前記干渉光を検出する光検出器と、前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部と、を備えた光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、前記照射光を前記被検体に２次元スキャンする光走査ミラーをさらに備え、前記レーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が略一定となるよう選択された波長領域で発振波長を走査され、前記信号処理部は、前記光検出器からの出力信号より前記生体成分の３次元分布を測定するものである。

請求項３に記載の発明は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を参照光と被検体への照射光とに分岐すると共に、前記被検体からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部と、前記干渉光を検出する光検出器と、前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部と、を備えた光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、前記照射光を前記被検体に２次元スキャンする光走査ミラーをさらに備え、前記レーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域で発振波長を走査され、前記信号処理部は、照射光の発振波長の走査による吸収度の変化を補償し、前記光検出器からの出力信号より前記生体成分の３次元分布を測定するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、前記被検体は、眼の網膜であるものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、前記生体成分は、グルコースであるものである。

請求項１に記載の発明によれば、レーザ光が測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域の波長を含むので、被検体の生体成分を測定することができる。また、被検体を２次元スキャンする光走査ミラーを備えるＯＣＴであるので、生体成分の３次元分布を測定することができる。

請求項２に記載の発明によれば、被検体の内部方向の情報を得るためにレーザ光の発振波長が走査され、一般的には発振波長の変化に応じて生体成分の吸収度も変化するが、吸収度が略一定となるよう選択された波長領域で発振波長が走査されるので、発振波長による生体成分の吸収度が略一定の条件で内部方向の情報を得ることができ、精度良く生体成分の３次元分布を測定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、被検体の内部方向の情報を得るためにレーザ光の発振波長が走査され、発振波長の変化に応じて生体成分の吸収度も変化するが、発振波長に違いによる生体成分の吸収度の違いが補償されて内部方向の情報を得ることができるので、精度良く生体成分の３次元分布を測定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、眼底には網膜の表面近くに血管が分布しているので、血液中の生体成分を精度良く測定することができる。

請求項５に記載の発明によれば、生体成分としてグルコースを測定するので、健康管理や疾病治療のための有用な情報が得られる。

以下、本発明の第１の実施形態に係るＯＣＴの構成を図１を参照して説明する。ＯＣＴ１は、レーザ光源１２と、レーザ光源１２からのレーザ光を参照光１８と被検体１７への照射光１４に分岐し、被検体１７からの反射光と参照光１８との干渉光２１を発生する光カプラ（スプリッタ）等からなる光干渉部１３を備える。ＯＣＴ１は、干渉光２１を検出する光検出器２３と、光検出器２３からの出力信号を処理するＣＰＵ等からなる信号処理部２４とを備える。なお、被検体１７は、測定対象である例えば人体の一部であり、ＯＣＴ１には含まれない。

ここで、ＯＣＴ１は、時間領域ＯＣＴであって、参照光の位相を走査する位相走査部２０を備える。位相走査部２０は、例えば、可動ミラーを光路に備え、可動ミラーを光路方向に動かすことによって実現されるが、光路における光の遅延を利用する他の構成であってもよい。また、ＯＣＴ１は、照射光１４を被検体１７に２次元スキャンする光走査ミラー１６をさらに備える。２次元とは被検体１７の表面に沿った２方向の次元のことである。

レーザ光源１２からのレーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域の波長を含んでいる。このような波長としては、例えば、赤外光の波長とすることができる。信号処理部２４は、光検出器２３からの出力信号より生体成分の３次元分布を測定する。

レーザ光源１２によるレーザ光の照射と、光走査ミラー１６による２次元スキャンと、信号処理部２４による信号処理とは、ＣＰＵ等を有する制御部１１によって制御される。制御部１１と信号処理部２４を一体的に構成してもよい。

上記の構成において、レーザ光源１２からのレーザ光は、例えば、光ファイバで光干渉部１３に導かれる。光干渉部１３からの参照光１８は、コリメータレンズ１９で平行光となり、位相走査部２０としての可動ミラーによって反射され、光干渉部１３に戻る。

一方、光干渉部１３からの照射光１４は、光走査ミラー１６によって反射され、被検体１７に照射される。照射光１４は、レンズ１５によって、被検体１７に焦点を結び、光走査ミラー１６によって被検体１７を２次元スキャンされる。照射光１４は、赤外線が好ましく、特に近赤外線が好ましい。近赤外光は、被検体１７を透過する能力が高く、水の吸収スペクトルが小さいので血液など水溶液中の生体成分の測定に適するからである。照射光１４は、被検体１７内部の様々なところで吸収・反射され、反射光は、光走査ミラー１６、レンズ１５を経て光干渉部１３に戻る。光干渉部１３において、反射光と参照光は、位相が合致するときに強め合うように干渉する。光干渉部１３からの干渉光は、コリメータレンズ２２を経て、光検出器２３に入力される。光検出器２３からの出力信号は、信号処理部２４によって処理され、生体成分の３次元分布が測定される。ここで、３次元とは、被検体１７の表面に沿った２次元プラス被検体１７の内部方向の１次元のことである。生体成分の３次元分布とは、測定対象の生体成分の３次元的な有無又は、生体成分の３次元的な濃度分布のことである。光走査ミラー１６による２次元スキャンにＯＣＴによる内部方向の測定が加わり、３次元の測定が可能となっている。

信号処理部２４による処理は、生体成分の３次元分布の測定だけに限定されず、特定の生体成分による光吸収のない波長域の光源を用いて被検体の断層映像の形成も行ってもよい。信号処理部２４による処理結果は表示部２５に表示される。表示部２５は、例えばディスプレイであり、プリンタであってもよい。

光走査ミラー１６は、例えば、特願２００７−０１５９７０号に記載の２軸型のＭＥＭＳ光走査ミラーを用いることができる。図３に示される２軸型のＭＥＭＳ光走査ミラーにおいて、固定フレーム５０は、第１ヒンジ５１によって可動フレーム５３を軸支し、可動フレーム５３は、第１ヒンジ５１と直交する方向の軸を有する第２ヒンジ５４によってミラー部５６を軸支している。可動フレーム５３は、固定フレーム５０との間の櫛歯電極５２に印加された電圧によって静電駆動され、ミラー部５６は、可動フレーム５３との間の櫛歯電極５５に印加された電圧によって静電駆動される。このように、ミラー部５６を２軸で駆動することによって、ミラー部５６で反射する光を２次元スキャンする。

ＯＣＴ１は、レーザ光が測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域の波長を含むので、被検体１７の生体成分を測定することができ、被検体１７を２次元スキャンする光走査ミラー１６を備えるＯＣＴであるので、生体成分の３次元分布を測定することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るＯＣＴの構成を図２を参照して説明する。本実施形態のＯＣＴ２は、周波数領域ＯＣＴであって、レーザ光源は、波長走査型光源３２であり、波長走査型光源３２からのレーザ光は、発振波長を走査される。発振波長の走査とは、発振波長を変化させるものである。発振波長は、発振波長が可変のレーザ光源を用いて走査してもよいし、発振波長の異なる複数のレーザ光源を用いて走査してもよい。波長走査型光源３２からのレーザ光を参照光３８と被検体１７への照射光３４に分岐し、被検体１７からの反射光と参照光３８との干渉光４１を発生する光カプラ（スプリッタ）等からなる光干渉部３３を備える。ＯＣＴ２は、干渉光２１を検出する光検出器４３と、光検出器４３からの出力信号を処理する信号処理部４４とを備える。また、ＯＣＴ２は、照射光３４を被検体１７に２次元スキャンする光走査ミラー１６をさらに備える。

波長走査型光源３２からのレーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が略一定となるよう選択された波長領域で発振波長を走査される。例えば、測定対象の生体成分がグルコースの場合、１５００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長領域を選択することができる。測定対象の生体成分がグルコース以外の場合、その生体成分における波長対吸収度のデータに基づいて走査する波長領域を選択することができる。

信号処理部４４は、光検出器４３からの出力信号より生体成分の３次元分布を測定する。波長走査型光源３２によるレーザ光の照射と、光走査ミラー１６による２次元スキャンと、信号処理部４４による信号処理とは、ＣＰＵ等を有する制御部３１によって制御される。

上記の構成において、波長走査型光源３２からのレーザ光は、例えば、光ファイバで光干渉部３３に導かれる。光干渉部３３からの参照光３８は、コリメータレンズ１９で平行光となり、固定ミラー４０によって反射され、光干渉部３３に戻る。一方、光干渉部３３からの照射光３４は、光走査ミラー１６によって反射され、被検体１７に照射される。照射光３４は、レンズ１５によって、被検体１７に焦点を結び、光走査ミラー１６によって被検体１７を２次元スキャンされる。照射光３４は、被検体１７内部の様々なところで吸収・反射され、反射光は、光走査ミラー１６、レンズ１５を経て光干渉部３３に戻る。光干渉部３３では、反射光と参照光が干渉する。光干渉部３３からの干渉光は、コリメータレンズ２２を経て、光検出器４３に入力される。光検出器４３からの出力信号は、信号処理部４４によってフーリエ変換等の処理がされ、生体成分の３次元分布が測定される。信号処理部４４による処理結果は表示部２５に表示される。

ＯＣＴ２は、周波数領域ＯＣＴであるので、被検体の内部方向の情報を得るためにレーザ光の発振波長が走査される。一般的には発振波長の変化に応じて生体成分の吸収度も変化するが、本実施形態のＯＣＴ２においては、吸収度が略一定となるよう選択された波長領域で発振波長が走査されるので、発振波長による生体成分の吸収度が略一定の条件で内部方向の情報を得ることができ、精度良く生体成分の３次元分布を測定することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るＯＣＴについて図２を流用して説明する。本実施形態のＯＣＴの構成は、前記の第２の実施形態と同様であるが、波長走査型光源３２からのレーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域で発振波長を走査される。信号処理部４４は、測定対象の生体成分における波長対吸収度のデータを予め有しており、照射光の発振波長の走査による吸収度の変化を補償し、光検出器４３からの出力信号より生体成分の３次元分布を測定する。

本実施形態に係るＯＣＴは、周波数領域ＯＣＴであるので、被検体の内部方向の情報を得るためにレーザ光の発振波長が走査される。発振波長の変化に応じて生体成分の吸収度も変化するが、発振波長の違いによる生体成分の吸収度の違いが補償されて内部方向の情報を得ることができるので、精度良く生体成分の３次元分布を測定することができる。

上述したいずれの実施形態においても、被検体１７を眼の網膜とすることができる。眼底には網膜の表面近くに血管が分布しているので、被検体を眼の網膜とすることで血液中の生体成分を精度良く測定することができる。

また、上述したいずれの実施形態においても、測定する生体成分をグルコースとすることができる。グルコース濃度、すなわち、血糖値が測定されるので、健康管理や疾病治療のための有用な情報を得ることができる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、信号処理部は、生体成分の３次元分布のうち一部の測定値、又は、最高値など統計処理した測定値を表示部に表示するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るＯＣＴの構成図。 本発明の第２の実施形態に係るＯＣＴの構成図。 本発明のＯＣＴにおける２軸型のＭＥＭＳ光走査ミラーの斜視図。

符号の説明

１、２ 光コヒーレントトモグラフィーシステム（ＯＣＴ）
１２ レーザ光源
３２ 光走査型光源
１３、３３ 光干渉部
１４、３４ 照射光
１６ 光走査ミラー
１８、３８ 参照光
２１、４１ 干渉光
２３、４３ 検出器
２４、４４ 信号処理部
１７ 被検体

Claims (5)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を参照光と被検体への照射光とに分岐すると共に、前記被検体からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部と、
   前記干渉光を検出する光検出器と、
   前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部と、を備えた光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、
   前記参照光の位相を走査する位相走査部と、
   前記照射光を前記被検体に２次元スキャンする光走査ミラーと、をさらに備え、
   前記レーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域の波長を含み、
   前記信号処理部は、前記光検出器からの出力信号より前記生体成分の３次元分布を測定することを特徴とする光コヒーレントトモグラフィーシステム。
2. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を参照光と被検体への照射光とに分岐すると共に、前記被検体からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部と、
   前記干渉光を検出する光検出器と、
   前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部と、を備えた光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、
   前記照射光を前記被検体に２次元スキャンする光走査ミラーをさらに備え、
   前記レーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が略一定となるよう選択された波長領域で発振波長を走査され、
   前記信号処理部は、前記光検出器からの出力信号より前記生体成分の３次元分布を測定することを特徴とする光コヒーレントトモグラフィーシステム。
3. レーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を参照光と被検体への照射光とに分岐すると共に、前記被検体からの反射光と前記参照光との干渉光を発生する光干渉部と、
   前記干渉光を検出する光検出器と、
   前記光検出器からの出力信号を処理する信号処理部と、を備えた光コヒーレントトモグラフィーシステムにおいて、
   前記照射光を前記被検体に２次元スキャンする光走査ミラーをさらに備え、
   前記レーザ光は、測定対象の生体成分に吸収される吸収度が存在する波長領域で発振波長を走査され、
   前記信号処理部は、照射光の発振波長の走査による吸収度の変化を補償し、前記光検出器からの出力信号より前記生体成分の３次元分布を測定することを特徴とする光コヒーレントトモグラフィーシステム。
4. 前記被検体は、眼の網膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光コヒーレントトモグラフィーシステム。
5. 前記生体成分は、グルコースであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光コヒーレントトモグラフィーシステム。

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