JP2009156750A - 光断層画像化方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】光トモグラフィー計測を用いた光断層画像化システムにおいて、断層画像の動画応答性を向上させる。
【解決手段】各波長掃引毎に検出した干渉信号ＩＳを測定光Ｌ１の走査方向Ｒ１に対し複数の分割領域ＢＲに分割し、分割した分割領域ＢＲ内の複数の干渉信号ＩＳを用いて分割領域ＢＲ毎に測定対象Ｓの光強度情報ｒ（ｚ）を取得し、取得した分割領域ＢＲ毎の光強度情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐの更新を行う。
【選択図】図８

Description

本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を生成する光断層画像化方法およびシステムに関するものである。

従来、体腔内の病変部を観察するために超音波診断装置が用いられており、病変部の超音波断層画像を動画像として取得し表示している。たとえば特許文献１において滑らかな画像更新を実現するために、１枚の画像データの領域を複数に分割し、分割した領域毎に画像データの更新を行うようにしている。

また、生体組織の断層画像を取得する方法として、上述した超音波診断装置の他に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像を取得する光断層画像取得装置が用いられることがある。たとえば特許文献２には、超音波断層画像と光断層画像とを同時に取得する画像診断装置が提案されている。特許文献２において、光断層画像を生成する際に多くの画像処理時間が必要になることを考慮して光断層画像は一部の関心領域のみ取得するようにし、超音波断層画像と光断層画像とを同時に表示するときのフレームレートの低下を防止するようにしている。
特開２００４−３４４５１６号公報 特開２００６−２８０４４９号公報

上記特許文献２に示す構成に限らず、ＯＣＴ計測を用いた光断層画像を動画像として表示する際には、フーリエ変換等の周波数解析を行うことにより断層情報が取得しなければならない。この周波数解析には所定の処理時間が掛かってしまい、使用者がプローブを回転駆動してから遅れて断層画像が更新することになり、動画応答性が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、動画応答性能を向上させることができる光断層画像化システムを提供することを目的とするものである。

本発明の光断層画像化方法は、光を射出し、射出した光をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、分割した測定光が測定対象に走査しながら照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光とが合波されたときの干渉光を波長掃引毎に干渉信号として検出し、測定光を走査しながら単位時間毎に干渉信号を繰り返し検出する過程において、測定光の走査領域を走査方向に対し複数の分割領域に分割し、分割した分割領域内の複数の干渉信号を用いて分割領域毎に測定対象の光路長に依存した反射光強度情報を取得し、取得した分割領域毎の光強度情報を用いて断層画像の更新を行うことを特徴とするものである。

本発明の光断層画像化システムは、周期的に波長を掃引した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それぞれ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が測定対象に走査しながら照射されたときの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、合波手段において反射光と参照光とが合波されたときの干渉光を単位時間毎に干渉信号として検出する干渉光検出手段と、測定光を走査する走査手段と、測定光の走査領域を走査方向に対し複数の分割領域に分割する領域分割手段と、領域分割手段により分割された分割領域内の複数の干渉信号を用いて分割領域毎に測定対象の光強度情報を取得する断層情報取得手段と、断層情報取得手段において取得された分割領域毎の光強度情報を用いて断層画像の更新を行う断層画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、反射光とは、測定対象からの反射光および後方散乱光を意味する。

さらに、光断層画像化システムは、測定光が１回走査する毎に回転クロック信号を出力する回転クロック生成手段をさらに備えたものであってもよい。このとき、領域分割手段は、回転クロック生成手段から出力される回転クロック信号の周期の１／Ｍ（Ｍは分割領域の数）倍の周期からなる分割クロック信号を生成し、分割クロック信号に基づいて複数の干渉信号を分割領域毎に区切るようにしてもよい。

また、領域設定手段が複数の分割領域のうち断層画像の更新を行う分割領域を設定する機能を有するものであってもよい。そして、断層情報取得手段が分割領域の干渉信号のみから光強度情報を取得し、断層画像生成手段が分割領域の光強度情報のみを用いて断層画像を生成するものであってもよい。

さらに、断層情報取得手段は、分割領域毎に干渉信号を取得するものであればよく、干渉信号検出手段において干渉信号が検出される順に沿って分割領域内の光強度情報を取得するものであってもよいし、断層画像生成手段において断層画像の更新が完了した後に干渉光検出手段において検出された分割領域の干渉信号から光強度情報を取得するものであってもよい。

本発明の光断層画像化方法およびシステムによれば、光を射出し、射出した光をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、分割した測定光が測定対象に走査しながら照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光とが合波されたときの干渉光を波長掃引毎に干渉信号として検出し、測定光を走査し、各波長掃引毎に検出した干渉信号を測定光の走査方向に対し複数の分割領域に分割し、分割した分割領域内の複数の干渉信号を用いて分割領域毎に測定対象の光強度情報を取得し、取得した分割領域毎の光強度情報を用いて断層画像の更新を行うことにより、断層画像の表示を更新するときに必要なデータ処理量が分割領域分の干渉信号について断層画像処理を行えばよいため、従来のように１枚分の断層画像について更新表示する場合に比べて動画応答性能を向上させることができる。

なお、領域分割手段が複数の分割領域のうち断層画像の更新を行う分割領域を設定する機能を有し、断層情報取得手段が分割領域の干渉信号のみから光強度情報を取得するものであり、断層画像生成手段が更新する分割領域の光強度情報のみを用いて断層画像の更新を行うものであるとき、更新する分割領域のみ断層画像処理を行えばよいため、動画応答性能を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の光断層画像化システム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システムの好ましい実施の形態を示す概略図である。光断層画像化システム１は、体腔内に光プローブ１０を挿入することにより、体腔内の生体組織や細胞等の測定対象Ｓの断層画像をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測により取得するものである。この光断層画像化システム１は、光プローブ１０、干渉計２０、光源ユニット３０、周期クロック生成手段８０、Ａ／Ｄ変換ユニット９０、断層画像処理手段１００、表示装置１１０等を有している。

図２は図１の光プローブ１０の先端部分の一例を示す模式図である。図２の光プローブ１０は、たとえば鉗子口を介して体腔内に挿入されるものであって、プローブ外筒（シース）１１、光ファイバ１２、光学レンズ１５等を有している。プローブ外筒１１は、可撓性を有する筒状の部材からなっており、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３が透過する材料からなっている。なお、プローブ外筒１１は先端がキャップ１１ａにより閉塞された構造を有している。

光ファイバ１２は、干渉計２０から射出された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するとともに、測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を干渉計２０まで導波するものであって、プローブ外筒１１内に収容されている。また光ファイバ１２の外周側にはバネ１３が固定されており、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａに機械的に接続されている。そして、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａによりプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転する。なお、回転駆動ユニット１０Ａは回転エンコーダを具備しており（図示せず）、回転制御手段１０Ｂは回転エンコーダからの信号に基づいて測定光Ｌ１の照射位置を認識する。

光学レンズ１５は、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状を有しており、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を集光し光ファイバ１２に入射する。ここで、光学レンズ１５の焦点距離は、たとえば光ファイバ１２の光軸ＬＰからプローブ外筒の径方向に向かって距離Ｄ＝３ｍｍの位置に形成されている。光学レンズ１５は光ファイバ１２の光出射端部に固定部材１４を用いて固定されており、光ファイバ１２が矢印Ｒ１方向に回転したとき、光学レンズ１５も一体的に矢印Ｒ１方向に回転する。よって、光プローブ１０は、測定対象Ｓに対し光学レンズ１５から射出される測定光Ｌ１を矢印Ｒ１方向（プローブ外筒１１の円周方向）に対し走査しながら照射することになる。

図１の光ファイバ１２および光学レンズ１５を回転させる回転駆動ユニット１０Ａの動作は回転制御手段１０Ｂにより制御されており、回転制御手段１０Ｂはたとえば約２０Ｈｚでプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転するように制御する。そして、回転制御手段１０Ｂは回転駆動ユニット１０Ａの回転エンコーダからの信号に基づき光ファイバ１２が１回転したと判断したとき、回転クロック信号Ｒ_CLKを出力する回転クロック生成手段として機能する。

図３は光源ユニット３０の一例を示す模式図である。光源ユニット３０は、波長を一定の周期Ｔ_０で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的には、光源ユニット３０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）３１１と光ファイバＦＢ３０とを有しており、光ファイバＦＢ３０が半導体光増幅器３１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器３１１は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ３０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ３０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３１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器３１１および光ファイバＦＢ３０により形成される光共振器によりレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ３０へ射出される。

さらに、光ファイバＦＢ３０には光分岐器３１２が結合されており、光ファイバＦＢ３０内を導波する光の一部が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３１側へ射出される。光ファイバＦＢ３１から射出した光はコリメータレンズ３１３、回折格子素子３１４、光学系３１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）３１６において反射される。そして反射された光は光学系３１５、回折格子素子３１４、コリメータレンズ３１３を介して再び光ファイバＦＢ３１に入射される。

ここで、この回転多面鏡３１６は矢印Ｒ３０方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系３１５の光軸に対して変化する。これにより、回折格子素子３１４において分光された光のうち、特定の波長帯域の光だけが再び光ファイバＦＢ３１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ３１に戻る光の波長は光学系３１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ３１に入射した特定の波長の光が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３０に入射され、特定の波長のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１ａ側に射出される。

したがって、回転多面鏡３１６が矢印Ｒ３０方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１ａに入射される光の波長λは、時間の経過に伴って周期的に変化することになる。具体的には、図４に示すように、光源ユニット３０は最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで波長を一定の周期Ｔ_０（たとえば約５０μｓｅｃ）で掃引した光Ｌを射出する。そして、光源ユニット３０から射出された光Ｌは、光ファイバカプラ等からなる光分岐手段２により、光ファイバＦＢ１ｂ、ＦＢ１ｃにそれぞれ分岐され、干渉計２０および周期クロック生成手段８０にそれぞれ入射される。

なお、光源ユニット３０としてポリゴンミラーを回転させることにより波長を掃引させる場合について例示しているが、たとえばＡＳＥ光源ユニット等のような公知の技術により周期的に波長を掃引させながら射出するようにしてもよい。

図５は図１の光断層画像化システム１における干渉計２０の一例を示す模式図である。干渉計２０はマッハツェンダー型の干渉計であって、筐体２０Ａに各種光学部品を収容することにより構成されている。干渉計２０は、光源ユニット３０から射出された光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により分割された測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓ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７０とを備えている。なお、干渉計２０と光源ユニット３０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されている。ＡＰＣコネクタを用いることにより光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止することができる。

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３０から光ファイバＦＢ１ｃを導波した光Ｌをそれぞれ測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。このとき、光分割手段３は、たとえば測定光Ｌ１：参照光Ｌ２＝９９：１の割合で分割する。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、分割された測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に入射され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に入射される。
光ファイバＦＢ２には光サーキュレータ２１が接続されており、光サーキュレータ２１には光ファイバＦＢ４、ＦＢ５がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ４には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波する光プローブ１０が接続されており、光分割手段３から射出した測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ１０へ導波され、測定対象Ｓに照射される。また、測定対象Ｓを反射した反射光Ｌ３は光ファイバＦＢ４を介して光サーキュレータ２１に入射され、光サーキュレータ２１から光ファイバＦＢ５側に射出される。なお、光ファイバＦＢ４と光プローブ１０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止する。

一方、光ファイバＦＢ３には光サーキュレータ２２が接続されており、光サーキュレータ２２には光ファイバＦＢ６、ＦＢ７がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ６には、断層画像の取得領域を調整するために参照光Ｌ２の光路長を変更する光路長調整手段４０が接続されている。光路長調整手段４０は、光路長を粗調整する光路長粗調整用光ファイバ４０Ａと、光路長を微調整する光路長微調整手段４０Ｂとを有している。

光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、一端側が光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に接続されており、他端側が光路長微調整手段４０Ｂに着脱可能に接続されている。光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは予め異なる長さのものが複数用意されており、必要に応じて適切な長さの光路長粗調整用光ファイバ４０Ａが適宜取り付けられる。なお、この光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、光ファイバＦＢ６および光路長微調整手段４０ＢとＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止する。

光路長微調整手段４０Ｂは、反射ミラー４３、光ターミネータ４４等を有している。反射ミラー４３は、光路長粗調整用光ファイバ４０Ａから射出された参照光Ｌ２を光ターミネータ４４側に反射するとともに、光ターミネータ４４から反射した参照光Ｌ２を再び光路長粗調整用光ファイバ４０Ａ側に反射するものである。反射ミラー４３はこの反射ミラー４３は可動ステージ（図示せず）上に固定されており、ミラー移動手段により参照光Ｌ２の光軸方向（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。この可動ステージは光路長調整操作部４６が操作されることにより反射ミラー４３を矢印Ａ方向に移動させる。

さらに、光ファイバＦＢ７には偏波コントローラ５０が光学的に接続されている。この偏波コントローラ５０は参照光Ｌ２の偏波方向を回転させる機能を有している。なお偏波コントローラ５０としてたとえば特開２００１−２６４２４６号公報等の公知の技術を用いることができる。偏波コントローラ５０は偏波調整操作部５１が操作されることにより偏波方向を調整するようになっており、たとえば反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波手段４において合波されるときのそれぞれの偏波方向が一致するように偏波調整操作部５１を操作することにより、断層画像が鮮明になるように調整することができる。

合波手段４は、２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３と光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２とを合波するものである。具体的には合波手段４は、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐するとともに、光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐する。したがって、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９においてそれぞれ反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波され、光ファイバＦＢ８内を第１干渉光Ｌ４ａが導波し、光ファイバＦＢ９内を第２干渉光Ｌ４ｂが導波することになる。つまり、合波手段４は、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を２つに干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂに分岐する光分岐手段５としても機能している。

干渉光検出手段７０は、第１干渉光Ｌ４ａを検出する第１光検出部７１と、第２干渉光Ｌ４ｂを検出する第２光検出部７２と、第１光検出部７１により検出された第１干渉光Ｌ４ａと第２光検出部７２により検出された第２干渉光Ｌ４ｂとの差分を干渉信号ＩＳとして出力する差分アンプ７３とを有している。各光検出部７１、７２は、たとえばフォトダイオード等からなっており、各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを光電変換し差分アンプ７３に入力するものである。差分アンプ７３は各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの差分を増幅し干渉信号ＩＳとして出力するものである。このように、各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを差分アンプ７３によりバランス検波することにより、干渉信号ＩＳを増幅して出力しながら干渉信号ＩＳ以外の同相光雑音が除去することができ、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

また干渉光検出手段７０から出力された干渉信号ＩＳは、増幅器７４により増幅された後、信号帯域フィルタ７５を介してＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。この信号帯域フィルタ７５を設けることにより、干渉信号ＩＳからノイズを除去し、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。

図６は図１に示すＡ／Ｄ変換ユニット９０の一例を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換ユニット９０は、干渉光検出手段７０により検出された干渉信号ＩＳをデジタル信号に変換し出力するものであって、Ａ／Ｄ変換部９１、干渉信号記憶手段９２、領域分割手段９３を備えている。Ａ／Ｄ変換部９１は、干渉計２０からアナログ信号として出力される干渉信号ＩＳをデジタル信号にするものであり、Ａ／Ｄ変換された干渉信号ＩＳはＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなる干渉信号記憶手段９２に一時的に記憶される。

領域分割手段９３は、測定光Ｌ１の走査領域（１枚の断層画像Ｐ）を走査方向に対し複数の分割領域ＢＲに分割するものであって、たとえば図７に示すように１枚の断層画像Ｐを５つの分割領域ＢＲに分割する。なお、この分割領域ＢＲは予め設定されたものであってもよいし、マウスやキーボード等の入力手段からの入力に従い設定されたものであってもよい。また、分割領域ＢＲはそれぞれ略均等の大きさを有するものであってもよいし異なる大きさからなるものであってもよい。

このとき、領域分割手段９３は、回転クロック信号Ｒ_CLKの周期を１／Ｍ倍した分割クロック信号ＢＲ_CLKを出力し、分割クロック信号ＢＲ_CLKに基づいて干渉信号記憶手段９２に記憶された複数の干渉信号ＩＳを分割領域ＢＲ毎に区切る。たとえば、１枚の断層画像ＰをＭ＝５つの扇状の分割領域ＢＲに分割したとき、図８に示すように領域分割手段９３は回転クロック信号Ｒ_CLKの周期を１／５倍した分割クロック信号ＢＲ_CLKを生成する。そして、領域分割手段９３は分割クロック信号ＢＲ_CLKが出力される毎に干渉信号ＩＳを分割領域ＢＲ毎に区切って干渉信号記憶手段９２に記憶する。なお、干渉光検出手段７０において検出された全干渉信号ＩＳは別途干渉信号データベース９５に記憶され、測定対象Ｓのリアルタイム観察終了後に高画質な断層画像Ｐが生成することができるようになっている。

図９は断層画像処理手段１００の一例を示すブロック図である。なお、図９のような断層画像処理手段１００の構成は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像処理プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。断層画像処理手段１００は、干渉信号取得手段１０１、干渉信号変換手段１０２、断層情報取得手段１０３、断層画像生成手段１０５等を有している。

干渉信号取得手段１０１は、領域分割手段９３により設定された分割領域ＢＲ毎に複数の干渉信号ＩＳを干渉信号記憶手段９２から取得するものである。干渉信号変換手段１０２は、図１０に示すようなＡ／Ｄ変換ユニット９０において時間経過とともに取得される干渉信号ＩＳを、図１１に示すような波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列する機能を有している。このとき、干渉信号変換手段１０２は、光源ユニット３０の時間−波長掃引特性データテーブルもしくは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから光強度情報ｒ（ｚ）を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間において等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い光強度情報ｒ（ｚ）を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細は米国特許第５９５６３５５号明細書に開示されている。

断層情報取得手段１０３は、干渉信号変換手段１０２により信号変換された各波長掃引（時間単位）毎の干渉信号ＩＳをたとえばフーリエ変換処理、最大エントロピー法（ＭＥＭ）、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術を用いて解析し、光軸方向の距離ｚに依存した光強度情報ｒ（ｚ）を取得するものである。

断層画像生成手段１０５は、断層情報取得手段１０３により取得された分割領域ＢＲ毎の複数の光強度情報ｒ（ｚ）を用いて、図１２に示すような光の進行方向を含む２次元の光反射光強度分布、すなわち１枚の断層画像Ｐを更新するものである。ここで、断層画像生成手段１０５は、順次取得される１ライン分の光強度情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１０５ａに記憶しておき、分割領域ＢＲ内のすべての干渉信号ＩＳから光強度情報ｒ（ｚ）が取得されたとき、図１２に示すように断層画像Ｐにおける分割領域ＢＲに当たる部分の画像情報を更新する。そして、断層画像生成手段１０５は各分割領域ＢＲの画像情報が取得されるたびに断層画像Ｐの更新を行う。

特に、断層画像処理手段１００による断層画像Ｐ内の分割領域ＢＲの更新を行う際、干渉信号取得手段１０１は断層画像の更新の終了後に干渉光検出手段７０において検出された干渉信号ＩＳを取得し、断層画像Ｐにおける分割領域ＢＲの更新作業を行う。言い換えれば、１つの分割領域ＢＲの取得から断層画像Ｐの更新終了までに取得された干渉信号ＩＳについては断層画像Ｐの生成・更新を行わない。

具体的には、図８に示すように、領域分割手段９３は分割クロック信号ＢＲ_CLKの出力タイミングに基づいて、断層画像Ｐの更新に用いる分割領域ＢＲの干渉信号ＩＳを識別する識別フラグ（Ｈｉｇｈレベル信号）を干渉信号ＩＳに関連づけして干渉信号記憶手段９２に記憶する。そして、干渉信号取得手段１０１は、識別フラグが付されている干渉信号ＩＳを取得するようになっている。つまり、分割領域ＢＲ１の干渉信号ＩＳについて光強度情報ｒ（ｚ）の取得および断層画像Ｐの更新が完了するまでに干渉光検出手段７０において取得された分割領域ＢＲ２〜ＢＲ４内の干渉信号ＩＳには識別フラグは付されない。一方、分割領域ＢＲ１について断層画像Ｐの更新が完了後において、干渉光検出手段７０により検出された分割領域ＢＲ５の干渉信号ＩＳに識別フラグが付される。そして、分割領域ＢＲ５の干渉信号ＩＳに基づいて光強度情報ｒ（ｚ）の取得および断層画像Ｐの更新が行われる。そして、分割領域ＢＲ５における断層画像Ｐの更新が終了した後に干渉光検出手段７０により検出された分割領域ＢＲ４の干渉信号ＩＳに識別フラグが付される。以上の動作を繰り返すことにより断層画像Ｐの更新が行われる。

このように、断層画像Ｐの更新後に干渉光検出手段７０において検出された分割領域ＢＲの干渉信号ＩＳを用いた断層画像Ｐの更新を繰り返すことにより、干渉光検出手段７０において検出された最新の干渉信号ＩＳを用いて断層画像Ｐの更新作業を行うことになるため、常に最新の断層画像Ｐを表示させることができる。
特に、回転クロック信号Ｒ_CLKをＭ（たとえば５）だけ分割した分割クロック信号Ｒ_CLKを出力したときに、分割クロック信号Ｒ_CLKがＭ−２クロック（たとえば３クロック）だけ出力されるまでの間に断層画像処理を終了させるようにしたときには（図８参照）、結果として反時計回りに隣接する分割領域ＢＲが更新されていくことになるため、画像更新の際の違和感が少ない動画を得ることができる。

なお、断層画像Ｐの更新方法は上記方法に限定されず、干渉信号ＩＳが取得された順に分割領域ＢＲ内の断層画像Ｐの更新を行うようにしてもよい。このとき、干渉信号取得手段１０１は、分割クロック信号ＢＲ_CLKの出力タイミングに合わせて干渉信号記憶手段９２に記憶された分割領域ＢＲ内の複数の干渉信号ＩＳを取得することになる。

また、図８においては、断層画像Ｐのすべての分割領域ＢＲ１〜ＢＲ５について更新が繰り返される場合について例示しているが、特定の分割領域ＢＲのみ更新を繰り返すようにしてもよい。すなわち、領域分割手段９３は複数の分割領域ＢＲのうち断層画像の更新を行う分割領域を指定する機能を有している。そして、干渉信号取得手段１０１は更新する分割領域ＢＲの干渉信号ＩＳのみを取得し断層情報取得手段１０３が光強度情報ｒ（ｚ）を取得する。すると、断層画像生成手段１０５は分割領域ＢＲの光強度情報ｒ（ｚ）のみを用いて断層画像Ｐを生成し分割領域ＢＲの更新を行う。これにより、注目している領域のみ断層画像Ｐの更新を繰り返すことにより、データ処理量を削減して動画応答性能を向上させることができる。

次に、図１から図１２を参照して光断層画像化方法について説明する。まず、光源ユニット３０から所定の波長帯域内において周期的に掃引された光Ｌが射出される。光Ｌは光分岐手段２において２分され、干渉計２０と周期クロック生成手段８０とにそれぞれ入射される。干渉計２０の光分割手段３において光Ｌは測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに光分割され、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に射出され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に射出される。

測定光Ｌ１は光サーキュレータ２１、光ファイバＦＢ４および光プローブ１０を導波し測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓにおいて反射した反射光Ｌ３および後方散乱した光が再び光プローブ１０に入射される。この反射光Ｌ３は光プローブ１０、光サーキュレータ２１および光ファイバＦＢ５を介して合波手段４に入射される。

一方、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３、光サーキュレータ２２、光ファイバＦＢ６を介して光路長調整手段４０に入射される。そして、光路長調整手段４０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ６、光サーキュレータ２２、偏波コントローラ５０、光ファイバＦＢ７を導波し合波手段４に入射される。

合波手段４において、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波されるとともに、合波されたときの干渉光Ｌ４が合波手段４（光分岐手段５）において分岐され、２つの干渉光Ｌ４ａ、４ｂが光ファイバＦＢ８、ＦＢ９にそれぞれ射出される。そして、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９を導波した各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが干渉光検出手段７０においてバランス検波され干渉信号ＩＳとして出力される。そして、干渉信号ＩＳが増幅器７４および信号帯域フィルタ７５を経てＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。

その後、干渉信号ＩＳは、Ａ／Ｄ変換ユニット９０においてＡ／Ｄ変換され、干渉信号記憶手段９２に順次格納されていく。このとき、領域分割手段９３により順次記憶されていく複数の干渉信号ＩＳが分割クロック信号ＢＲ_CLKに基づいて分割領域ＢＲ毎に区切られる。具体的には、断層画像Ｐの更新に用いる分割領域ＢＲの干渉信号ＩＳを識別する識別フラグ（Ｈｉｇｈレベル信号）を干渉信号ＩＳに関連づけして干渉信号記憶手段９２に記憶していく。

そして、干渉信号取得手段１０１により識別フラグが付されている干渉信号ＩＳが取得され、干渉信号変換手段１０２により１波長掃引分の干渉信号ＩＳに対し波数ｋについて等間隔になるように信号変換処理が施される。その後、断層情報取得手段１０３により、干渉信号ＩＳがスペクトル解析されることにより、干渉信号ＩＳからそれぞれ光強度情報（反射率）が光強度情報ｒ（ｚ）として取得される。断層画像生成手段１０５において、取得した光強度情報ｒ（ｚ）が測定光Ｌ１の走査方向（矢印Ｒ１方向）について分割領域ＢＲを構成する波長掃引分だけ蓄積される。そして、分割領域ＢＲ内のすべての干渉信号ＩＳから光強度情報ｒ（ｚ）が取得されたとき、蓄積した複数の光強度情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐ内の分割領域ＢＲの部分が更新され表示装置１１０に表示される。そして、断層画像Ｐの表示終了の指示がなされるまで、分割領域ＢＲ毎の断層画像Ｐの更新が繰り返される。

上記実施の形態によれば、光Ｌを射出し、射出した光Ｌをそれぞれ測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割し、分割した測定光Ｌ１が測定対象に走査しながら照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波し、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波されたときの干渉光Ｌ４を波長掃引毎に干渉信号ＩＳとして検出し、各波長掃引毎に検出した干渉信号ＩＳを測定光Ｌ１の走査方向Ｒ１に対し複数の分割領域ＢＲに分割し、分割した分割領域ＢＲ内の複数の干渉信号ＩＳを用いて分割領域ＢＲ毎に測定対象Ｓの光強度情報ｒ（ｚ）を取得し、取得した分割領域ＢＲ毎の光強度情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐの更新を行うことにより、断層画像Ｐの表示を更新するときに必要なデータ処理量が分割領域ＢＲ分の干渉信号ＩＳについて断層画像処理を行えばよいため、従来のように１枚分の断層画像Ｐについて更新表示する場合に比べて動画応答性能を向上させることができる。

すなわち、従来の方法では１枚の断層画像Ｐ分の全ての干渉信号ＩＳを干渉信号記憶手段９２に一時的に保存し、回転クロック信号Ｒ_CLKの出力に合わせて干渉信号取得手段１０１が１枚分の断層画像Ｐの干渉信号ＩＳを取得する。たとえば波長掃引周波数２０ｋＨｚ、回転走査の周波数１０Ｈｚ、１波長掃引のデータ数を１０２４点としたとき、干渉信号ＩＳの取得から干渉信号ＩＳの断層画像処理手段１００へのデータ転送、光強度情報ｒ（ｚ）の取得、光強度情報ｒ（ｚ）のラジアル画像変換処理、断層画像Ｐの表示までの所要時間は約５００ｍｓだけ掛かる。つまり、プローブは１０Ｈｚで回転駆動しても動画像として表示される断層画像Ｐのフレームレートは２Ｈｚ程度でしか動作しない。
一方、上述したように分割領域ＢＲ毎に断層画像Ｐの更新を行った場合、分割領域ＢＲの光強度情報ｒ（ｚ）を取得し画像情報を得るまでの画像処理時間は１枚の断層画像Ｐの画像処理時間に比べて約1/10の応答速度で断層画像Ｐを更新することができ、断層画像Ｐ全体についても約1/2の応答速度で更新することができる。

なお、領域分割手段９３が複数の分割領域のうち断層画像の更新を行う分割領域を設定する機能を有し、断層情報取得手段１０３が分割領域ＢＲの干渉信号ＩＳのみから光強度情報ｒ（ｚ）を取得するものであり、断層画像生成手段１０５が分割領域ＢＲの光強度情報ｒ（ｚ）のみを用いて断層画像Ｐの更新を行うものであるとき、更新する分割領域ＢＲのみ断層画像処理を行えばよいため、動画応答性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、上記実施の形態において、ＳＳ−ＯＣＴ計測を行う場合について例示しているが、公知のＳＤ−ＯＣＴもしくはＴＤ−ＯＣＴにより断層画像Ｐを取得する場合についても適用することができる。すなわち、ＳＤ−ＯＣＴ計測の場合であっても、領域分割手段９３は、回転制御手段１０Ｂから出力された回転クロック信号の１／Ｍ倍の周期からなる分割クロック信号を生成し、分割クロック信号ＢＲ_CLKに基づいて単位時間毎に取得される干渉信号ＩＳを各分割領域ＢＲ毎に分割する。そして、干渉信号取得手段１０１が分割領域毎に干渉信号ＩＳを取得し、断層情報取得手段１０３および断層画像生成手段１０５が光強度情報ｒ（ｚ）の取得および断層画像Ｐの更新を行うことになる。

図６の領域分割手段９３はＡ／Ｄ変換ユニット９０内に設けられている場合について例示しているが、断層画像処理手段１００内に設けられていてもよい。このとき、領域分割手段９３は、干渉信号取得手段１０１がＡ／Ｄ変換ユニット９０から取得した複数の干渉信号ＩＳを各分割領域ＢＲ毎に区切ることになる。また、図７において測定光Ｌ１の走査領域を５つの分割領域ＢＲ１〜ＢＲ５に分割した場合について例示しているが、２以上の分割領域ＢＲに分割するものであればよい。

さらに、光プローブ１０の回転数を断層画像処理手段１００において処理できる能力以上に設定し、干渉信号データベース９５に記憶された干渉信号ＩＳを用いて、オフライン処理において高精細な断層画像Ｐを作成するようにしてもよい。これにより、干渉計２０や光断層画像処理手段１００等の構成を変更せずにモーションアーティファクトの影響が少ない高画質な断層画像Ｐを取得することができる。

本発明の光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略構成図 図１の光断層画像化システムに使用される光プローブの一例を示す模式図 図１の光断層画像化システムにおける光源ユニットの一例を示す模式図 図３の光源ユニットから射出される光の波長が掃引される様子を示すグラフ 図１の光断層画像化システムにおける干渉計の一例を示す模式図 図１の光断層画像化システムにおけるＡ／Ｄ変換ユニットの一例を示すブロック図 図６の領域分割手段において分割された分割領域の一例を示す模式図 回転クロック信号に基づいて領域分割手段により生成された分割クロック信号のタイミングの一例を示すタイミングチャート 図１の断層画像処理手段の一例を示すブロック図 図９の干渉信号変換手段に入力される干渉信号の一例を示すグラフ 図９の干渉信号変換手段により信号変換された干渉信号の一例を示すグラフ 図９の断層画像生成手段により生成された断層画像の一例を示す模式図

符号の説明

１ 光断層画像化システム
２ 光分岐手段
３ 光分割手段
４ 合波手段
１０ 光プローブ
２０ 干渉計
３０ 光源ユニット
７０ 干渉光検出手段
８０ 周期クロック生成手段
９０ Ａ／Ｄ変換ユニット
９２ 干渉信号記憶手段
９３ 領域分割手段
１００ 断層画像処理手段
１０１ 干渉信号取得手段
１０２ 干渉信号変換手段
１０３ 断層情報取得手段
１０５ 断層画像生成手段
ＢＲ_CLK 分割クロック信号
ＢＲ 分割領域
ＩＳ 干渉信号
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
ｒ（ｚ） 光強度情報
Ｒ_CLK 回転クロック信号
Ｓ 測定対象
Ｔ_０ 周期
Ｔ_CLK 周期クロック信号

Claims (4)

1. 光を射出し、
   射出した前記光をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、
   前記測定光が測定対象に走査しながら照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波し、
   前記反射光と前記参照光とが合波されたときの干渉光を時間単位毎に干渉信号として検出し、
   前記測定光の走査領域が走査方向に対し複数の分割領域に分割し、
   分割した該分割領域内の複数の前記干渉信号を用いて該分割領域毎に前記測定対象の光強度情報を取得し、
   取得した前記分割領域毎の前記光強度情報を用いて断層画像の更新を行う
   ことを特徴とする光断層画像化方法。
2. 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前記光をそれぞれ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が測定対象に走査しながら照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
   該合波手段において前記反射光と前記参照光とが合波されたときの干渉光を時間単位毎に干渉信号として検出する干渉光検出手段と、
   前記測定光の走査領域を走査方向に対し複数の分割領域に分割する領域分割手段と、
   前記領域分割手段により分割された前記分割領域内の複数の前記干渉信号を用いて該分割領域毎に前記測定対象の光強度情報を取得する断層情報取得手段と、
   該断層情報取得手段において取得された前記分割領域毎の前記光強度情報を用いて断層画像の更新を行う断層画像生成手段と
   を備えたことを特徴とする光断層画像化システム。
3. 前記測定光が１回走査する毎に回転クロック信号を出力する回転クロック生成手段をさらに備え、
   前記領域分割手段が、該回転クロック生成手段から出力される前記回転クロック信号の周期の１／Ｍ（Ｍは前記分割領域の数）倍の周期からなる分割クロック信号を生成し、該分割クロック信号に基づいて前記複数の干渉信号を前記分割領域毎に区切るものであることを特徴とする請求項２記載の光断層画像化システム。
4. 前記領域分割手段が前記複数の分割領域のうち前記断層画像の更新を行う分割領域を指定する機能を有し、
   前記断層情報取得手段が更新する前記分割領域の前記干渉信号のみから前記光強度情報を取得するものであり、
   前記断層画像生成手段が更新する前記分割領域の前記光強度情報のみを用いて前記断層画像を更新するものであることを特徴とする請求項２または３記載の光断層画像化システム。

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