JP2009178200A - Optical probe for oct and optical tomographic imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、OCT用光プローブおよび光断層画像化装置に関し、より詳しくは、OCT用光プローブの長軸の周方向に光走査する機能を備えたOCT用光プローブ、およびこのOCT用光プローブを用いてOCT(Optical Coherence Tomography)計測により測定対象の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。 The present invention relates to an OCT optical probe and an optical tomographic imaging apparatus. More specifically, the present invention relates to an OCT optical probe having a function of optical scanning in the circumferential direction of the long axis of the OCT optical probe, and the OCT optical probe. The present invention relates to an optical tomographic imaging apparatus that acquires an optical tomographic image to be measured by OCT (Optical Coherence Tomography) measurement.
従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法の一つとして、OCT計測により断層画像を取得する方法が提案されている。このOCT計測は、光干渉計の一種であり、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光に分割した後、この測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、この反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方光散乱光をまとめて反射光という。 Conventionally, as one method for acquiring a tomographic image of a measurement target such as a biological tissue, a method for acquiring a tomographic image by OCT measurement has been proposed. This OCT measurement is a kind of optical interferometer. After the low-coherent light emitted from the light source is divided into measurement light and reference light, the reflected light from the measurement object when the measurement light is irradiated onto the measurement object. Alternatively, the backscattered light and the reference light are combined, and a tomographic image is acquired based on the intensity of the interference light between the reflected light and the reference light. Hereinafter, the reflected light and the backward scattered light from the measurement object are collectively referred to as reflected light.
上記のOCT計測には、大きくわけてTD(Time Domain)−OCT計測とFD(Fourier Domain)−OCT計測の2種類が存在する。 The OCT measurement is roughly divided into two types: TD (Time Domain) -OCT measurement and FD (Fourier Domain) -OCT measurement.
TD−OCT計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置(以下、深さ位置という)に対応した反射光強度分布を取得する方法である。 In TD-OCT measurement, a reflected light intensity distribution corresponding to a position in the depth direction of a measurement target (hereinafter referred to as a depth position) is obtained by measuring the interference intensity while changing the optical path length of the reference light. It is.
一方、FD−OCT計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。FD−OCT計測は、TD−OCT計測に依存する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。 On the other hand, in the FD-OCT measurement, the interference light intensity is measured for each spectral component of the light without changing the optical path lengths of the reference light and the signal light, and the spectral interference intensity signal obtained here is Fourier transformed by a computer. This is a method of obtaining a reflected light intensity distribution corresponding to a depth position by performing a representative frequency analysis. In recent years, FD-OCT measurement has attracted attention as a technique that enables high-speed measurement by eliminating the need for mechanical scanning depending on TD-OCT measurement.
FD−OCT計測を行う装置で代表的なものとしては、SD(Spectral Domain)−OCT装置とSS(Swept Source)−OCT装置の2種類が挙げられる。 As a typical apparatus for performing FD-OCT measurement, there are two types, an SD (Spectral Domain) -OCT apparatus and an SS (Swept Source) -OCT apparatus.
SD−OCT装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器等にて各光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉は波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、断層画像を構成するようにしたものである。 The SD-OCT apparatus uses broadband low-coherent light, decomposes the interference light into each optical frequency component by a spectroscopic means, and measures the interference light intensity for each optical frequency component with an array-type photodetector or the like. The spectral interference obtained in (1) is obtained by constructing a tomographic image by subjecting the waveform to Fourier transform analysis by a computer.
一方、SS−OCT装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザ等を光源に用い、干渉光の光周波数の時間的変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより断層画像を構成するようにしたものである。 On the other hand, the SS-OCT apparatus uses a laser or the like that temporally sweeps the optical frequency as a light source, measures the time waveform of the signal corresponding to the temporal change of the optical frequency of the interference light, and obtains the spectral interference obtained thereby. A tomographic image is constructed by Fourier transforming the intensity signal with a computer.
また、従来、上記各方式の光断層画像化装置を内視鏡と組み合わせて生体内計測へ応用することが検討されており、内視鏡の鉗子チャンネル内に挿通可能なOCT用光プローブが知られている。 Conventionally, it has been studied to apply the optical tomographic imaging apparatus of each of the above methods to in-vivo measurement in combination with an endoscope, and an OCT optical probe that can be inserted into a forceps channel of an endoscope is known. It has been.
このようなOCT用光プローブは、体腔内に挿入される先端部と、測定対象のある面に沿った断層画像を取得するため、先端部から射出された光を少なくとも1次元方向に走査させる基端部から構成されている。 Such an optical probe for OCT scans light emitted from the distal end portion in at least a one-dimensional direction in order to acquire a tomographic image along the distal end portion inserted into the body cavity and a surface to be measured. It consists of an end.
特許文献1には、被検体の内部に挿入されるシースと、このシースの内部で、長手方向に延びる軸回りに回転可能とされた可撓性シャフトと、この可撓性シャフトに被覆された光ファイバと、この光ファイバから出射した光を長手方向に略直角に偏向する先端光学系とを有し、可撓性シャフトを基端に配設されたモータによりギアを介して回転させ、先端光学系を軸回りに回動させるOCT用光プローブが示されている。
In
非特許文献2には、近年のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術の発展に伴い、シースの内部で、OCT用光プローブの先端近傍にMEMSモータを設け、先端光学系をMEMSモータの出力軸に固定し、先端光学系を軸回りに回動させるOCT用光プローブが示されている。
しかしながら、特許文献1に示される従来のOCT用光プローブは、図11に示すように、体腔内に挿入される先端部と射出された光を走査させる基端部の間にロータリージョイントを有している。ロータリージョイントにおいては、光ファイバが回転した状態で、先端部側の光ファイバと基端部側の光ファイバを光学接続させる構造であるため、光軸の位置ずれ等による光挿入損失および光反射損失により、測定精度の劣化が発生する虞がある。具体的には、市販のロータリージョイントを使用した場合、このロータリージョイントによる感度の劣化は10〜20dBになる。
However, as shown in FIG. 11, the conventional OCT optical probe disclosed in
非特許文献1に示されるOCT用光プローブは、図12に示すように、ロータリージョイントは使用することなく、先端部からの光を偏向走査することが可能であるが、MEMSモータは、高価であるともに、小型化も困難であり、内視鏡の鉗子チャネル径に挿通させるのが困難な場合が生じる。また、先端部のMEMSモータへの駆動電源の供給には、人体への感電を防ぐため、絶縁処理も必要となり、さらにMEMSモータ用駆動ケーブルが先端部からの光を遮断し、画像取得に影響を及ぼす虞も生じる。
As shown in FIG. 12, the OCT optical probe shown in
本発明の目的は、上記事情に鑑み、ロータリージョイントにおける先端部側の光ファイバと基端部側の光ファイバ同士の光学接続での、光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるOCT用光プローブおよびこれを用いた光断層画像化装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to reduce deterioration in measurement accuracy due to light insertion loss and light reflection loss at the optical connection between the optical fiber on the distal end side and the optical fiber on the proximal end side in the rotary joint. An object of the present invention is to provide an optical probe for OCT that can be realized inexpensively and safely, and an optical tomographic imaging apparatus using the same.
本発明によるOCT用光プローブは、被検体内に挿入される略円筒形のシースと、シースの内部空間に長手方向に配設された光ファイバと、光ファイバの先端から出射した光を被検体に向けて偏向させる先端光学系と、先端光学系を長手方向の軸線回りに所定角度の範囲内で揺動させる駆動手段とを備えたことを特徴とするものである。ここで、「略円筒形」とは、必ずしも直線の軸を中心として端から端まで厳密な円筒を意味するものではなく、シースの先端が半円球状のように緩やかな曲線を有する形状をも含むものである。さらに、断面形状は数学的に厳密な円である必要はなく、楕円等をも含むものである。上記「所定角度」とは、測定対象の形状に基づいて所望の範囲に設定できるものである。例えば、気管支等の円筒形状を有する測定対象の場合は長手方向の軸線回りに対して略全周が範囲となり、胃壁等の平坦形状の測定対象の場合は長手方向の軸線回りに対して180度程度の範囲であればよく、これに限定されるものではない。 An optical probe for OCT according to the present invention includes a substantially cylindrical sheath inserted into a subject, an optical fiber disposed in the longitudinal direction in the inner space of the sheath, and light emitted from the tip of the optical fiber. And a driving means for swinging the tip optical system within a range of a predetermined angle around an axis in the longitudinal direction. Here, “substantially cylindrical” does not necessarily mean a strict cylinder from the end to the end with a straight axis as the center, but also has a shape with a gentle curve such as a semispherical tip of the sheath. Is included. Further, the cross-sectional shape does not need to be a mathematically exact circle, and includes an ellipse and the like. The “predetermined angle” can be set within a desired range based on the shape of the measurement target. For example, in the case of a measurement object having a cylindrical shape such as a bronchus, the entire circumference is in the range around the longitudinal axis, and in the case of a flat measurement object such as a stomach wall, 180 degrees with respect to the longitudinal axis. However, the present invention is not limited to this.
また、本発明によるOCT用光プローブのシースの側面は、遮光性として、その一部に、偏向手段からの光を透過させる透過領域を設け、これにより側面を透過領域と遮光領域に分けるようにしてもよい。ここで、「窓」とは、シース先端部に、光の透過領域および遮光領域を形成するものであればその形態はどのようなものでもよく、具体的には、不透明なシース先端部に窓構造を設けてもよいし、透明なシース先端部の一部に遮光テープを貼付してもよい。さらに、厳密な窓形状とする必要はなく、光の走査方向を横切る方向に延びた線状の遮光領域を設けるものであってもよい。 Further, the side surface of the sheath of the OCT optical probe according to the present invention has a light shielding property, and a part of the side surface is provided with a transmission region that transmits light from the deflecting means. May be. Here, the “window” may have any form as long as it forms a light transmission region and a light shielding region at the sheath tip, and specifically, a window at the opaque sheath tip. A structure may be provided, or a light shielding tape may be attached to a part of the transparent sheath tip. Furthermore, it is not necessary to have a strict window shape, and a linear light-blocking region extending in a direction crossing the light scanning direction may be provided.
また、本発明によるOCT用光プローブの駆動手段は、共振駆動方式とすることができる。 Further, the driving means of the OCT optical probe according to the present invention can be a resonance driving system.
さらに、共振駆動の共振周波数は、可撓性シャフトの有する固有振動数と等しいことが望ましい。 Furthermore, it is desirable that the resonance frequency of the resonance drive is equal to the natural frequency of the flexible shaft.
また、本発明による光断層画像化装置は、先に説明したような各計測方式の光断層画像化装置に、本発明によるOCT用光プローブを用いたことを特徴とするものである。すなわち、本発明による光断層画像化装置は、光を射出する光源手段と、この光源手段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、測定光を測定対象に照射する照射光学系と、測定対象に測定光が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、検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、照射光学系が、本発明のOCT用光プローブを含むものであることを特徴とするものである。 The optical tomographic imaging apparatus according to the present invention is characterized in that the OCT optical probe according to the present invention is used in the optical tomographic imaging apparatus of each measurement method as described above. That is, an optical tomographic imaging apparatus according to the present invention includes a light source unit that emits light, a light dividing unit that divides the light emitted from the light source unit into measurement light and reference light, and irradiates the measurement object with the measurement light. Irradiating optical system, combining means for combining the reflected light from the measuring object and the reference light when the measuring object is irradiated with the measuring light, and interference light between the combined reflected light and the reference light. Based on the interference light detection means to detect and the frequency and intensity of the detected interference light, the reflection intensity at a plurality of depth positions of the measurement object is detected, and based on the intensity of the reflected light at each depth position. In an optical tomographic imaging apparatus comprising a tomographic image processing means for acquiring a tomographic image to be measured, the irradiation optical system includes the OCT optical probe of the present invention.
本発明のOCT用光プローブは、先端光学系をOCT用光プローブの長手方向の軸回りに所定角度で揺動させることにより、OCT用光プローブの、先端部と基端部との間にロータリージョイントを設ける必要がなく、光源手段からの光が、光ファイバ内を導波して直接的に先端光学系から出射される。 The OCT optical probe of the present invention can be rotated between the distal end portion and the proximal end portion of the OCT optical probe by swinging the distal optical system at a predetermined angle around the longitudinal axis of the OCT optical probe. There is no need to provide a joint, and the light from the light source means is guided through the optical fiber and directly emitted from the tip optical system.
これにより、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失が発生しない。また、先端近傍にMEMSモータ等の駆動手段を設けていないため、OCT用光プローブの外径の大型化、OCT用光プローブ内部の絶縁処理の必要性、およびMEMSモータ用駆動ケーブルによる画像取得への影響等の問題も発生しない。 Thereby, the light insertion loss and the light reflection loss at the rotary joint do not occur. In addition, since there is no driving means such as a MEMS motor near the tip, the OCT optical probe has a larger outer diameter, the necessity of insulation processing inside the OCT optical probe, and image acquisition using the MEMS motor driving cable. No problems such as the influence of
したがって、本発明によるOCT用プローブは、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できる。 Therefore, the OCT probe according to the present invention can realize a reduction in measurement accuracy deterioration due to light insertion loss and light reflection loss at the rotary joint at low cost and safely.
また、本発明による光断層画像化装置も、上述した通りの本発明によるOCT用プローブが適用されたものであるから、ロータリージョイントでの光挿入損失、光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるものとなる。 In addition, since the optical tomographic imaging apparatus according to the present invention is applied with the OCT probe according to the present invention as described above, it is possible to reduce deterioration in measurement accuracy due to light insertion loss and light reflection loss at the rotary joint. It can be realized inexpensively and safely.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。まず、光断層画像化装置の概略について説明する。図1は、本発明のOCT用光プローブ1が適用された光断層画像化装置の全体斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an outline of the optical tomographic imaging apparatus will be described. FIG. 1 is an overall perspective view of an optical tomographic imaging apparatus to which an OCT
本光断層画像化装置は、OCT用光プローブ1を含む内視鏡50と、この内視鏡50が接続される光源装置51と、ビデオプロセッサ52と、および光断層処理装置53とビデオプロセッサ52に接続されたモニタ54とを備えている。
The present optical tomographic imaging apparatus includes an
光源装置51は、後述するように断層画像Pが取得される測定対象Sbの部分に測定光L1を照射するためのものである。
As will be described later, the
内視鏡50は、可撓性を有する細長の挿入部55と、この挿入部55の基端に連設された操作部56と、この操作部56の側部から延出されたユニバーサルコード57とを備えている。このユニバーサルコード57の端部には、光源装置51に着脱自在に接続されている光源コネクタ58が設けられている。この光源コネクタ58からは信号ケーブル59が延出され、この信号ケーブル59の端部に、ビデオプロセッサ52に着脱自在に接続される信号コネクタ60が設けられている。
The
挿入部55は、例えば体腔内に挿入されるものであり、測定対象Sbの観察に用いられる。この挿入部55の先端は、湾曲可能に形成されており、操作部56には、挿入部55の先端を湾曲操作するための操作ノブ61が設けられている。挿入部55の内部には、その長手方向に沿ってOCT用光プローブ1や鉗子等の処置具を挿通させるための、図中破線で示す管路である鉗子チャンネル64が設けられている。この鉗子チャンネル64の一端は、挿入部55の先端で開口して先端開口部64aとなり、他端は操作部56上方で鉗子挿入口64bとなっている。この鉗子挿入口64bに、OCT用光プローブ1を挿入し、鉗子チャンネル64を挿通し、先端開口部64aに先端を突出させることにより、測定対象Sbに測定光L1を照射することができる。なお、挿入部55の先端には、図示しない、測定対象Sbを観察するための観察窓、照明光を照射する照明窓、汚物等を除去する送気、送水ノズル等も設けられている。
The
OCT用光プローブ1は、可撓性を有する長尺の先端部10と、この先端部10の基端に連接された基端部20と、光ファイバ12とから構成されている。
The OCT
先端部10は、前述の通り、図中破線で示す鉗子チャンネル64を挿通し、体腔内に挿入されるものであり、3m程度の長さを有するものである。
As described above, the
基端部20は、後述する通り、図示しない駆動手段を内蔵している。
As will be described later, the
基端部20からは、制御ケーブル21が延出している。この制御ケーブル21の端部は、光断層処理装置53に制御コネクタ22により、着脱自在に接続されている。
A
光ファイバ12は、一端が光断層コネクタ62により光断層処理装置53に着脱自在に接続され、もう一端は、基端部20および先端部10を挿通し、この先端部10の先端近傍まで延出している。
One end of the
本発明のOCT用光プローブ1について詳細に説明する。
The OCT
図2は、OCT用光プローブ1の先端部10を示す図である。図2(a)は、OCT用光プローブ1の先端部10の断面を示す模式図、図2(b)は、OCT用光プローブ1の先端部10の斜視図である。
FIG. 2 is a view showing the
OCT用光プローブ1の先端部10は、略円筒状のシース11と、このシース11の中に長手方向に延びて収容された光ファイバ12と、この光ファイバ12から出射した光を被検体に向けて集光する先端光学系15等とを有している。シース11は、可撓性を有する筒状の部材からなり、本実施形態においては、このシース11先端は、キャップ17により閉塞された構造を有している。このキャップ17には、測定光L1および反射光L3が透過する窓17aが設けられている。
The
光ファイバ12の外周には、金属線材を密巻き螺状に巻回した密着コイルからなる可撓性シャフト13が固定されている。
On the outer periphery of the
先端光学系15は、略球状の形状を有しており、光ファイバ12から射出した測定光L1を偏向させるともに、測定対象Sbに対し集光し、測定対象Sbからの反射光L3を偏向するとともに、集光し、光ファイバ12に入射させる。ここで、先端光学系15の焦点距離は、例えば光ファイバ12の光軸LPからシース11の径方向に向かって距離D=3mm程度の位置に形成されている。先端光学系15から出射した測定光L1は、光軸LPの垂直方向から約7度程度傾いている。この先端光学系15は、光ファイバ12の光出射位置近傍で、固定部材14を用いて固定されている。
The tip
次に、本発明のOCT用光プローブ1の動作について説明する。
Next, the operation of the OCT
光ファイバ12と可撓性シャフト13は、後述する通り、基端部20と機械的に接続されており、光ファイバ12と可撓性シャフト13は、光軸LP回りの矢印R1方向に所定角度の範囲内で揺動するようになっている。光ファイバ12が揺動することにより、先端光学系15も一体的に光軸LP回りの矢印R1方向に所定角度の範囲内で揺動する。したがって、OCT用光プローブ1は、測定対象Sbに対し、先端光学系15から射出される測定光L1を光軸LP回りの矢印R1方向に所定角度の範囲内で、シース11の外周方向に走査しながら照射する。所定角度は、測定対象Sbの形状に基づいて所望の範囲に設定できるものである。例えば、気管支等の円筒形状を有する測定対象Sbの場合は長手方向の軸線回りに対して略全周を範囲とし、胃壁等の平坦形状を有する測定対象Sbの場合は長手方向の軸線回りに対して180度程度の範囲であればよく、これに限定されるものではない。
As will be described later, the
キャップ17は、前述の通り、窓17aを有している。この窓17aにより、キャップ17は光を透過する透過領域17bと光を遮光する遮光領域17cとに分けられる。具体的には、窓17aを透明な媒質とし、窓17a以外の部分は、不透明媒質、または反射散乱の強い媒質(例えば金属散乱面など)とする。
As described above, the
具体的に、窓17aは、光軸LPを中心として開口しており、先端光学系15から出射する測定光L1は、窓17aの開口角度よりも広く走査される。なお、この窓17aの作用については、後述する。
Specifically, the
ここで、OCT用光プローブ1の先端部10を透過領域17bと遮光領域17cとに分けるのは、キャップ17に上記窓17aを設けることに限定されるわけではない。透明な媒質からなるキャップ17に、2本の線状の遮光テープを貼付して構成してもよく、さらに、キャップ17を設けずに、先端が閉塞した透明なシース11に、遮光領域17cを構成するように、遮光テープの貼付、遮光塗料の塗布、シース11の一部を拡散度の異なる材質としてもよい。
Here, dividing the
図3は、OCT用光プローブ1の基端部20を示す図である。図3Aは、基端部20の第1の実施形態の断面図、図3Bは、基端部20の操作を示す図、図3Cは、基端部20の第2の実施形態の断面図である。
FIG. 3 is a view showing the
図3Aに示すように、基端部20の第1の実施形態は、内ハウジング23と、この内ハウジングの外側の外ハウジング24と、内ハウジング23に内蔵される駆動手段30とから構成されている。内ハウジング23はシース11を嵌合固着する。この内ハウジング23には、光軸方向調整つまみ25が取り付けられている。
As shown in FIG. 3A, the first embodiment of the
駆動手段30は、可撓性シャフト13に固着され、光ファイバ12が貫通しているシャフト支持部材31と、シャフト支持部材31を内ハウジング23に対して回転自在とするベアリング32と、シャフト支持部材31に固定された従動歯車33と、この従動歯車33と噛合するように配置された駆動歯車34と、この駆動歯車34を出力軸に備え、内ハウジング23に配設されているモータ35と、このモータ35の回転角度を検出するエンコーダ36とから構成されている。
The driving means 30 is fixed to the
モータ35への制御信号MC、およびエンコーダ36からの回転信号RSは、制御ケーブル21により伝達される。この回転信号RSには、具体的に、モータ35が一回転した場合の回転クロック信号RCLK、回転角度信号Rposがある。なお、エンコーダ36がアブソリュート型である場合には、回転角度信号Rposは、モータ35の絶対角度情報となる。
A control signal MC to the
すなわち、モータ35の出力軸が、矢印R2方向に所定角度の範囲内で揺動することにより、従動歯車33および駆動歯車34を介してシャフト支持部材31、このシャフト支持部材31が固着する可撓性シャフト13、および光ファイバ12が、内ハウジング23に対して矢印R3方向に揺動する。
That is, when the output shaft of the
これにより、図2(b)で示すように、OCT用光プローブ1の先端部10において、先端光学系15を介して測定光L1が、光軸LP回りの矢印R1方向に所定角度の範囲内で、シース11の外周方向に走査される。
As a result, as shown in FIG. 2B, at the
図3Bに示すように、光軸方向調整つまみ25を矢印R4方向に回転させることにより、内ハウジング23は外ハウジング24に対して相対的に回動する。これにより、OCT用光プローブ1の先端部10も矢印R4方向に回動し、出射する測定光L1の光軸LPの方向調整をすることができる。
As shown in FIG. 3B, the
図3Cに示すように、基端部20の第2の実施形態は、従動歯車33、駆動歯車34、モータ35およびエンコーダ36の代わりに、シャフト支持部材31の外周に配置された永久磁石37と、この永久磁石37を囲むように配置された励磁コイル38とを有している。なお、基端部20の第1の実施形態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。
As shown in FIG. 3C, the second embodiment of the
励磁コイル38は、コアにコイルを巻回した構成であってもよいし、コアレスのものであっても良い。この励磁コイル38には、制御ケーブル21から所定周波数の交流電流が供給され、この所定周波数に従って励磁コイル38と永久磁石37との間の電磁力作用により、永久磁石37が矢印R3方向に所定角度の範囲内で揺動する。すなわち、永久磁石37が、矢印R3方向に所定角度の範囲内で揺動することにより、シャフト支持部材31、このシャフト支持部材が固着する可撓性シャフト13、および光ファイバ12が、矢印R3方向に揺動する。この際、可撓性シャフト13の重量およびバネ定数から決定される固有振動数に基づいて、供給する交流電流の周波数を決定することにより、可撓性シャフト13が共振し、効率の良い揺動が可能となる。センサ39は、可撓性シャフト13の共振状態を監視するものである。このシャフト支持部材31の揺動による作用は、図3Aの基端部20と同様であり、説明は省略する。
The
基端部20の第1および第2の実施形態においては、シャフト支持部材31は、矢印R3方向に、上述の所定角度で揺動され、具体的に、周波数は10Hzから30Hz程度となるが、これに限定されるものではない。後述する断層画像処理手段150の処理速度が速い場合は、さらに高速にすることが可能である。また、周波数は一定に限定されず、測定対象Sbの動作速度や解像度に応じて変更させることも可能である。具体的には、動作の速い測定対象Sbや高解像度を要しない測定対象Sbに対しては高速にし、動作の遅い測定対象Sbや高解像度を要する測定対象Sbに対しては低速にすることも可能である。
In the first and second embodiments of the
図4に示すように、先端部10から出射する測定光L1の揺動角度θが、略等角速度で推移する領域に先端部10の透過領域17bとし、それ以外を遮光領域17cとなるように走査することが望ましい。
As shown in FIG. 4, the oscillating angle θ of the measurement light L1 emitted from the
次に、本発明によるOCT用光プローブ1が適用される光断層画像化装置について説明する。図5は、本発明のOCT用光プローブが適用される光断層画像化装置100の概略構成を示す図である。
Next, an optical tomographic imaging apparatus to which the OCT
光断層画像化装置100は、SS−OCT計測による光断層画像化装置であり、レーザ光Lを射出する光源手段110と、この光源手段から射出されたレーザ光Lを分割する光ファイバカプラ2と、この光ファイバカプラ2により分割された光から周期クロック信号TCLKを出力する周期クロック生成手段120と、光ファイバカプラ2により分割された一方の光を測定光L1と参照光L2とに分割する光分割手段3と、この光分割手段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130と、光分割手段3により分割された測定光L1を測定対象Sbまで導波するOCT用光プローブ1と、このOCT用光プローブ1からの測定光L1が測定対象Sbに照射されたときの測定対象Sbからの反射光L3と参照光L2とを合波する合波手段4と、この合波手段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140と、この干渉光検出手段140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Sbの断層画像Pを取得する断層画像処理手段150と、断層画像Pを表示する表示手段160とを有している。
The optical
本装置における光源手段110は、波長を一定周期T0で掃印させながらレーザ光Lを射出するものである。具体的に、光源手段110は、半導体光増幅器(半導体利得媒質)111と光ファイバFB10とを有しており、光ファイブFB10が半導体光増幅器111の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器111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111に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器111および光ファイバFB10により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Lが、光ファイバFB0へ射出される。
Light source means 110 of the present device is to emit laser light L while sweeping the wavelength at a constant period T 0. Specifically, the light source means 110 includes a semiconductor optical amplifier (semiconductor gain medium) 111 and an
さらに、光ファイバFB10にはサーキュレータ112が結合されており、光ファイバFB10内を導波する光の一部がサーキュレータ112から光ファイバFB11側へ射出される。この光ファイバFB11から射出した光はコリメータレンズ113、回折光学素子114、光学系115を介して回転多面鏡(ポリゴンミラー)116において反射される。この反射された光は、光学系115、回折光学素子114、コリメータレンズ113を介して再び光ファイバFB11に入射される。
Further, a
ここで、この回転多面鏡116は矢印R1方向に例えば3万rpm程度の高速で回転するものであって、各反射面の角度が光学系115の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子114において分光された光のうち、特定の波長域からなる光だけが、再び光ファイバFB11に戻るようになる。この光ファイバFB11に戻る光の波長は光学系115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FB11に入射した特定の波長域からなる光が、サーキュレータ112から光ファイバFB10に入射され、結果として特定の波長域からなるレーザ光Lが光ファイバFB0側に射出される。
Here, the rotating
したがって、回転多面鏡116が矢印R1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λは、時間の経過にともなって、一定周期で変化することになっている。図6に示すように、光源手段110は、最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで一定周期T0(例えば約50μsec)で掃引したレーザ光Lを射出する。
Therefore, when the rotating
この波長掃引されたレーザ光Lは、光ファイバFB0側に射出され、そのレーザ光Lはさらに光ファイバカプラ2により、分岐して光ファイバFB1、FB5にそれぞれ入射される。光ファイバFB5に射出された光は、周期クロック生成手段120に導波される。
The wavelength-swept laser light L is emitted to the optical fiber FB0 side, and the laser light L is further branched by the
周期クロック生成手段120は、光源手段110から射出されるレーザ光Lの波長が1周期掃引される毎に1つの周期クロック信号TCLKを出力するものである。この周期クロック生成手段120は、光学レンズ121、123、光学フィルタ122、光検出部124を備えている。そして、光ファイバFB5から射出されたレーザ光Lが光学レンズ121を介して光学フィルタ122に入射される。この光学フィルタ122を透過したレーザ光Lが、光学レンズ123を介して光検出部124により検出され、周期クロック信号TCLKを断層画像処理手段150に出力する。
The periodic clock generation means 120 outputs one periodic clock signal TCLK each time the wavelength of the laser light L emitted from the light source means 110 is swept for one period. The periodic
図7(A)に示すように、光学フィルタ122は設定波長λrefのレーザ光Lのみを透過し、それ以外の波長帯域の光を遮光する機能を有している。また、光学フィルタ122は、複数の透過波長を有している。そして、光学フィルタ122は、複数の透過波長のうち波長帯域λmin〜λmax内においては、一の透過波長が設定されるような光透過周期FSR(フリースペクトルレンジ)を有している。よって、光源手段110から射出されるレーザ光Lの波長が掃引される波長帯域λmin〜λmax内において設定された設定波長λrefのレーザ光Lのみを透過し、それ以外の波長帯域のレーザ光Lを遮光することになる。
As shown in FIG. 7A, the
図7(B)に示すように、光源手段110から周期的に波長が掃引されたレーザ光Lが射出され、レーザ光Lの波長が設定波長λrefになったとき、周期クロック信号TCLKが出力されることになる。このように、実際に光源手段110から射出されるレーザ光Lを用いて周期クロック信号TCLKを生成し出力することにより、光源手段110から射出されるレーザ光Lが波長の掃引開始から所定の光強度になるまでの時間が各周期毎に変わってしまう場合であっても、設定波長λrefから一定周期T(図6参照)の波長帯域の干渉信号ISを取得することができる。よって、断層画像処理手段150において想定されている波長帯域の干渉信号ISを取得するタイミングで周期クロック信号TCLKを出力することができ、分解能の劣化を抑えることができる。 As shown in FIG. 7B, when the laser light L whose wavelength is periodically swept is emitted from the light source means 110 and the wavelength of the laser light L becomes the set wavelength λref, the periodic clock signal T CLK is output. Will be. Thus, by generating and outputting the periodic clock signal T CLK using the laser light L actually emitted from the light source means 110, the laser light L emitted from the light source means 110 has a predetermined wavelength from the start of wavelength sweeping. Even in the case where the time until the light intensity is changed for each period, the interference signal IS in the wavelength band of the constant period T (see FIG. 6) can be acquired from the set wavelength λref. Therefore, the periodic clock signal TCLK can be output at the timing of acquiring the interference signal IS in the wavelength band assumed in the tomographic image processing means 150, and degradation of resolution can be suppressed.
光分割手段3は、例えば2×2の光ファイバカプラから構成されており、光源手段110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。光分割手段3は、2本の光ファイバ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により導波され、参照光L2は光ファイバFB3により導波される。なお、本実施形態における光分割手段3は、合波手段4としても機能するものである。 The light splitting means 3 is composed of, for example, a 2 × 2 optical fiber coupler, and splits the laser light L guided from the light source means 110 through the optical fiber FB1 into the measurement light L1 and the reference light L2. The light splitting means 3 is optically connected to the two optical fibers FB2 and FB3, respectively, the measuring light L1 is guided by the optical fiber FB2, and the reference light L2 is guided by the optical fiber FB3. The light dividing means 3 in this embodiment also functions as the multiplexing means 4.
OCT用光プローブ1は、光ファイバFB2と光学的に接続されており、測定光L1はOCT用光プローブ1へ導波される。このOCT用光プローブ1は、先端部10から測定対象Sbに測定光L1を照射し、反射光L3は、再びOCT用光プローブ1を介して光ファイバFB2により導波される。
The OCT
また、基端部20からは、回転信号RSが断層画像処理手段150に出力される。
Further, a rotation signal RS is output from the
光路長調整手段130は、光ファイバFB3の参照光L2の射出側に配置されている。この光路長調整手段130は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光L2の光路長を変更するものであって、光ファイバFB3から射出された参照光L2を反射させる反射ミラー132と、反射ミラー132と光ファイバFB3との間に配置された第1光学レンズ131aと、この第1光学レンズ131aと反射ミラー132との間に配置された第2光学レンズ131bとを有している。
The optical path length adjusting means 130 is disposed on the side of the optical fiber FB3 where the reference light L2 is emitted. The optical path
第1光学レンズ131aは、光ファイバFB3から射出された参照光L2を平行光にするとともに、反射ミラー132により反射された参照光L2を光ファイバFB3に集光する機能を有している。
The first
第2光学レンズ131bは、第1光学レンズ131aにより平行光にされた参照光L2を反射ミラー132に集光するとともに、反射ミラー132により反射された参照光L2を平行光にする機能を有している。
The second
したがって、光ファイバFB3から射出した参照光L2は、第1光学レンズ131aにより平行光になり、第2光学レンズ131bにより反射ミラー132に集光される。その後、反射ミラー132により反射された参照光L2は、第2光学レンズ131bにより平行光になり、第1光学レンズ131aにより光ファイバFB3に集光される。
Therefore, the reference light L2 emitted from the optical fiber FB3 is converted into parallel light by the first
さらに光路長調整手段130は、第2光学レンズ131bと反射ミラー132とを固定した基台133と、この基台133を第1光学レンズ131aの光軸方向に移動させるミラー移動手段134とを有している。そして基台133が矢印A方向に移動することにより、参照光L2の光路長が変えられる。
Further, the optical path length adjusting means 130 has a base 133 to which the second
合波手段4は、前述の通り2×2の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段130により光路長の調整が施された参照光L2と、測定対象Sb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140に射出するように構成されている。
As described above, the
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を検出し、干渉信号ISを出力するものである。なお、本装置においては、干渉光L4を光分割手段3で二分し、光検出器140a、140bに導き、これを演算し、バランス検波を行う機構を有している。この干渉信号ISは、断層画像処理手段150に出力される。
The interference
図8は、断層画像処理手段150の概略構成を示す図である。断層画像処理手段150は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像プログラムをコンピュータ(例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。この断層画像処理手段150は、干渉信号取得手段151、干渉信号変換手段152、干渉信号解析手段153、断層情報生成手段154、画像補正手段155、回転制御手段156を有している。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the tomographic image processing means 150. The tomographic image processing means 150 is realized by executing a tomographic image program read into the auxiliary storage device on a computer (for example, a personal computer). The tomographic
干渉信号取得手段151は、周期クロック生成手段120から出力される周期クロック信号TCLKに基づいて、干渉光検出手段140により検出された1周期分の干渉信号ISを取得するものである。この干渉信号取得手段151は、周期クロック信号TCLKの出力タイミングの前後の波長帯域DT(図7(B)参照)の干渉信号ISを取得する。なお、干渉信号取得手段15は、周期クロック信号TCLKの出力タイミングを基準として1周期分の干渉信号ISを取得するものであればよく、周期クロック信号TCLKの出力タイミングは、掃引される波長帯域内であれば、波長の掃引開始直後、あるいは波長掃引終了直前に設定してもよい。
The interference
干渉信号変換手段152は、干渉信号取得手段151により所得された干渉信号ISを波数k(=2π/λ)軸において等間隔になるように再配列するものである。図9(A)は、干渉信号取得手段151に入力される干渉信号ISを示す図である。図9(B)は、再配列された干渉信号ISを示す図である。具体的には、干渉信号変換手段152は、光源手段110の時間−波長掃引特性データテーブル若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から断層情報を算出するときに、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等において、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断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はUS5956355号明細書に開示されている。
The interference signal conversion means 152 rearranges the interference signals IS obtained by the interference signal acquisition means 151 so as to be equally spaced on the wavenumber k (= 2π / λ) axis. FIG. 9A is a diagram illustrating the interference signal IS input to the interference
本発明のOCT用光プローブ1の先端部10は、前述した通り、窓17aを有している。先端光学系15から出射する測定光L1は、この窓17aよりも広く走査される。遮光領域17cを、反射散乱の強い媒質(例えば金属散乱面など)とすると、図9(C)に示すように、遮光領域17cでの干渉信号ISの振幅が増大する。したがって、干渉信号ISの振幅が所定の閾値refを超えた場合に、先端光学系15から出射する測定光L1が、遮光領域17cにあると判断することが可能である。
The
干渉信号解析手段153は、干渉信号変換手段152により信号変換された干渉信号ISを例えばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Yule−Walker法等の公知のスペクトル解析技術により、断層情報r(z)を取得するものである。
The interference
ここで、遮光領域17cが不透明媒質でできているとき、シース11の外周面での反射が低下する。したがって、フーリエ変換後の干渉信号ISのシース11の外周面に相当する周波数成分が所定の閾値に超えない場合に、先端光学系15から出射する測定光L1が、遮光領域17cにあると判断することが可能である。また、遮光領域17cをシース11の外周面に塗料(例えば、赤外光吸収材質からなるカーボン等)を塗布した場合も同様である。さらに、遮光領域17cが拡散度の異なるシース内面で構成されている場合は、シース11の内面の反射強度が変化するので、シース11の内周面に相当する周波数成分が所定の閾値を越えるか否かで、先端光学系15から出射する測定光L1が、遮光領域17cにあると判断することが可能である。
Here, when the
回転制御手段156は、モータ35へ制御信号MCに出力するとともに、エンコーダ36からの回転信号RSが入力される。前述の通り、この回転位置信号RSには、モータ35が一回転した場合の回転クロック信号RCLK、回転角度信号Rposがある。
The rotation control means 156 outputs the control signal MC to the
断層情報生成手段154は、干渉信号解析手段153により取得された1周期分(1ライン分)の断層情報r(z)を、OCT用光プローブ1の先端部10のラジアル方向走査(図中R1方向)について取得し、図10に示すような断層画像Pを生成するものである。この断層情報生成手段154は、順次取得される1ライン分の断層情報r(z)を断層情報蓄積手段154aに記憶する。
The tomographic information generating means 154 scans the tomographic information r (z) for one period (one line) acquired by the interference signal analyzing means 153 in the radial direction of the
ここで、断層情報生成手段154は、回転制御手段156に入力された回転クロック信号RCLKに基づいて、断層情報r(z)を断層情報蓄積手段154aからnライン分の断層情報r(z)を一括して読み込み断層画像Pを生成する。
Here, the tomographic information generating means 154 obtains the tomographic information r (z) from the tomographic
また、断層情報生成手段154は、回転制御手段156に入力された回転角度信号Rposに基づいて、断層情報r(z)を断層情報蓄積手段154aから逐次読み込み断層画像Pを生成することもできる。 The tomographic information generation means 154 can also read the tomographic information r (z) sequentially from the tomographic information storage means 154a and generate the tomographic image P based on the rotation angle signal R pos input to the rotation control means 156. .
さらに、断層情報生成手段154は、OCT用光プローブ1の先端部10と基端部20との揺動角度に位相ずれが発生している場合は、前述した通り、干渉信号ISの振幅に基づいてOCT用光プローブ1の先端部10の透過開始位置および透過終了位置を特定し、断層情報蓄積手段154aに蓄積された断層情報r(z)から断層画像Pを生成することもできる。シース外周面または内周面に相当する周波数成分に基づいてOCT用光プローブ1の先端部10の透過開始位置および透過終了位置を特定する場合も同様である。
Further, the tomographic information generating means 154, based on the amplitude of the interference signal IS as described above, when a phase shift occurs in the swing angle between the
本発明のOCT用プローブ1は、先端部10からの測定光L1が所定角度の範囲内を揺動し走査するものであり、測定対象Sbの全周を走査するためには、前述の通り、基端部20の光軸方向調整つまみ25を回転させ、光軸LPの方向調整をする。
The
画質補正手段155は、断層情報生成手段154により生成された断層画像Pに鮮鋭化処理、平滑化処理等を施すものである。
The image
表示手段160は、画質補正手段155により鮮鋭化処理、平滑化処理等が施された断層画像Pを表示するものである。
The
したがって、本発明のOCT用光プローブ1および、OCT用光プローブ1を用いた光断層画像化装置100は、先端部10から出射される測定光L1を光軸LP回りに所定角度の範囲内で揺動走査させるため、ロータリージョイントを設ける必要がなく、このロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できる。
Therefore, the OCT
また、本発明による光断層画像化装置100も、上述した通りの本発明によるOCT用プローブ1が適用されたものであるから、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるものとなる。
In addition, since the optical
なお、上記説明では、本発明のOCT用光プローブ10を適用する光断層画像化装置の実施形態としてSS−OCT装置を例に挙げて説明したが、SD−OCT装置およびTD−OCT装置に適用することも可能である。
In the above description, the SS-OCT apparatus has been described as an example of the optical tomographic imaging apparatus to which the OCT
L1 測定光
L2 参照光
L3 反射光
L4 干渉光
P 断層画像
Sb 測定対象
1 OCT用光プローブ
3 光分割手段
4 合波手段
11 シース
12 光ファイバ
15 先端光学系
17a 窓
17b 透過領域
17c 遮光領域
30 駆動手段
100 光断層画像化装置
110 光源手段
140 干渉光検出手段
150 断層画像処理手段
L1 measurement light L2 reference light L3 reflected light L4 interference light P tomographic image
Claims (5)
該シースの内部空間に長手方向に配設された光ファイバと、
該光ファイバの先端から出射した光を前記被検体に向けて偏向させる先端光学系と、
該先端光学系を前記長手方向の軸線回りに所定角度の範囲内で揺動させる駆動手段とを備えたことを特徴とするOCT用光プローブ。 A substantially cylindrical sheath inserted into the subject;
An optical fiber disposed in the longitudinal direction in the internal space of the sheath;
A tip optical system for deflecting light emitted from the tip of the optical fiber toward the subject;
An OCT optical probe comprising: drive means for swinging the tip optical system within a range of a predetermined angle around the longitudinal axis.
該光源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、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記測定対象に測定光が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、
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、
前記検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記照射光学系が、請求項1から4のいずれか1項記載のOCT用光プローブを含むものであることを特徴とする光断層画像化装置。 Light source means for emitting light;
A light splitting means for splitting light emitted from the light source into measurement light and reference light;
An irradiation optical system for irradiating the measurement object with the measurement light;
A multiplexing means for multiplexing the reflected light from the measurement object and the reference light when the measurement object is irradiated with the measurement light;
Interference light detection means for detecting interference light between the reflected light and the reference light combined;
Based on the frequency and intensity of the detected interference light, the reflection intensity at a plurality of depth positions of the measurement object is detected, and the tomographic image of the measurement object is obtained based on the intensity of the reflected light at each depth position. In an optical tomographic imaging apparatus comprising a tomographic image processing means for acquiring,
An optical tomographic imaging apparatus, wherein the irradiation optical system includes the OCT optical probe according to any one of claims 1 to 4.
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