JP2009244233A - プローブおよび光断層画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガイド光の導波に測定光の光学系を利用する構成としつつ、ガイド光をビーム径が太い状態で被検体内（生体内）に照射できるプローブおよび光断層画像取得装置を提供する。
【解決手段】プローブの先端部に配置され、測定光を測定対象に向けて集光させる集光光学系と、光ファイバの先端と集光光学系との間に配置され、光ファイバを導光された測定光およびガイド光を分離して、測定光を集光光学系へ向けて出射させ、ガイド光を測定対象へ向けて出射させるビームスプリッタとを有することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検体内に挿入して測定対象に測定光を照射するプローブ、およびそのプローブを用いる光断層画像取得装置に関する。

生体組織等の測定対象を切断せずに断層画像を取得する方法として、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測を利用する方法がある。このＯＣＴ計測は、光干渉計測の一種であり、光源から射出された光を測定光と参照光との２つに分け、測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉が検出されることを利用した計測方法である。

ＯＣＴ計測を用いて断層画像を得る光断層画像取得装置では、被検体内に挿入して測定対象に測定光（非可視光）を走査するプローブが用いられる。このような装置において、被検体内の測定位置を指示するために、断層像を測定する測定光の光学系を利用して、可視光をプローブ先端へガイドし、測定対象に向けて測定光とともに可視光をガイド光として出射して、測定位置を視認可能にすることが知られている。

例えば、特許文献１には、ＯＣＴ機能を備えた内視鏡装置において、信号光（測定光）である低コヒーレンス光と、エイミング光としての緑色のレーザ光とを合波して、光ファイバでＯＣＴプローブの先端へ導く構成が記載されている。この装置では、体腔内で緑色のエイミング光がスポット光として照射され、モニタに表示された観察部画像に輝点として表示される。

また、特許文献２には、補助器具として内視鏡先端フードを用いて、モニタの内視鏡画面内でビーム位置を目視できるようにすることが記載されている。

特開２００２−２０００３７号公報 特開２００２−２６３０５５号公報

ＯＣＴプローブにおいて、近赤外光による測定光は、直径が約２０μｍに絞られる。一方、同じ光学系に可視光を通すと、波長の違い分、ビームは細くなる。例えば、波長が約１．３μｍの近赤外光に対し、６５０ｎｍの赤色の可視光では、同じ光学系によって得られるビーム径は、測定光の約半分の約１０μｍとなる。したがって、可視光はかなり絞られるため、内視鏡下でのＣＣＤ観察は、非常に視認性が悪く、測定位置を視認しにくいという問題点がある。可視光のパワーを上げることで、細いビーム径であっても視認可能にするという方法も考えられるが、光源の出力を大きなものにしなければならず、装置構成上好ましくない。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、ガイド光の導波に測定光の光学系を利用する構成としつつ、ガイド光をビーム径が太い状態で被検体内（生体内）に照射できるプローブおよび光断層画像取得装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、被検体内に挿入されて測定対象に測定光を照射するプローブであって、非可視光である測定光および可視光であるガイド光を、前記プローブの先端部まで導光する光ファイバと、前記プローブの先端部に配置され、前記測定光を測定対象に向けて集光させる集光光学系と、前記光ファイバの先端と前記集光光学系との間に配置され、前記光ファイバを導光された前記測定光および前記ガイド光を分離して、前記測定光を前記集光光学系へ向けて出射させ、前記ガイド光を測定対象へ向けて出射させるビームスプリッタとを有するプローブを提供する。

ここで、前記ビームスプリッタは、前記ガイド光を出射させる面が、前記ガイド光を前記測定光による測定位置へ向けて出射させる角度にカットされているのが好ましい。

また、本発明は、被検体内に挿入されて測定対象に測定光を照射するプローブであって、非可視光である測定光および可視光であるガイド光を、前記プローブの先端部まで導光する光ファイバと、前記光ファイバの先端に接続され、前記光ファイバの光軸に対して傾斜したダイクロ面を有し、前記測定光を前記ダイクロ面で反射させて測定対象に向けて集光させるとともに、前記ガイド光を透過させる集光光学系と、前記集光光学系の先端に配置され、前記集光光学系を透過した前記ガイド光を測定対象と反対側に反射させるミラーとを有するプローブを提供する。

また、本発明は、測定光光源およびガイド光光源と、前記測定光光源からの測定光を測定対象に照射する上記いずれかに記載のプローブと、前記プローブにおいて取得された測定対象からの前記測定光に対する反射光に基づいて前記測定対象の断層画像を取得する画像処理部とを備える断層画像取得装置を提供する。

上記装置において、さらに、前記プローブの前記集光光学系を前記プローブの軸について回転させる回転駆動部を備えるのが好ましい。

本発明によれば、集光光学系の前にビームスプリッタを配置し、それによってガイド光である可視光と測定光である近赤外光とを分ける構成としたので、ガイド光は、ビームが太い状態で、生体内で指示ガイドすることができる。そのため、ガイド光としての目的である測定位置の視認性を向上させることができる。

本発明に係るプローブおよび光断層画像取得装置を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。

図１は、本発明のプローブを用いる本発明の光断層画像取得装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１に示す光断層画像取得装置１０は、光源ユニット１２と、光の分岐／合波部１４と、光走査プローブ１６と、光走査プローブ１６の回転駆動部１７と、光路長調整部１８と、干渉光検出部２０と、画像処理部２２と、画像出力部２４と、ガイド光光源２６とを有している。光断層画像取得装置１０の光走査プローブ１６以外の部分は、１つまたは複数の処理装置に搭載されており、その装置（装置本体）に光走査プローブ１６が着脱可能に接続される。

また、光断層画像取得装置１０は、図１に示すもの以外にも、装置全体を制御する制御部や、光断層画像取得装置１０における各種の設定およびその変更を行うための指示入力手段である操作部を備えている。

光源ユニット１２には、例えば、近赤外域の波長掃引光源が用いられる。光源ユニット１２から出射された光は、分岐／合波部１４へ送られる。

分岐／合波部１４は、光源ユニット１２から出射された光を、測定光と参照光に分岐する。測定光は光走査プローブ１６へ送られ、参照光は光路長調整部１８へ送られる。また、分岐／合波部１４は、光走査プローブ１６から送られてきた測定光に対する測定対象Ｓからの反射光と、光路長調整部１８で光路長が調整されて送られてきた参照光とを合波して干渉光を生成する。

ガイド光光源２６は、被検体内で非可視光である測定光が照射している位置を示すための、可視光であるガイド光を出射する。ガイド光光源２６から出射されたガイド光は、光走査プローブ１６へ送られる。

光走査プローブ１６は、円筒状のシース２８の内部に、測定光およびガイド光を出射させる光学レンズ３０と、分岐／合波部１４からの測定光およびガイド光光源２６からのガイド光を光学レンズ３０まで導波する光ファイバ３２と、光学レンズ３０を回転させる回転伝達機構３４とを備えている。シース２８は、可撓性を有しており、少なくともその先端部の測定光および反射光が通過する領域は、光を透過する材料で形成されている。図１において、光走査プローブ１６は、紙面左側が被検体に挿入される先端側であり、紙面右側が装置本体に接続される基端側である。

光走査プローブ１６は、分岐／合波部１４から入射された測定光を、その先端部分から測定対象Ｓに向けて回転走査し、測定光に対する測定対象Ｓからの反射光を受け取って、分岐／合波部１４へ送る。また、光走査プローブ１６は、ガイド光光源２６から入射されたガイド光を、その先端部から、測定光が照射している測定対象Ｓの部分に向けて照射する。

回転駆動部１７は、光走査プローブ１６の回転伝達機構３４の基端部に接続され、回転伝達機構３４を回転駆動することで、光学レンズ３０およびそれに接続された光ファイバ３２を回転させる。

光路長調整部１８は、測定の基準位置（ゼロパス位置）を調整するものであり、反射ミラーを光軸上に移動可能とし、前記反射ミラーを光軸上に移動することにより、光路長を変化させるものである。分岐／合波部１４で分岐された参照光は、前記反射ミラーにより反射され、再び、分岐／合波部１４へ戻る。

参照光は、分岐／合波部１４において、光走査プローブ１６から送られてきた反射光と合波されて、干渉光が生成される。生成された干渉光は、干渉光検出部２０へ送られる。

干渉光検出部２０は、分岐／合波部１４から送られた干渉光を干渉信号として検出し、検出した干渉信号を画像処理部２２へ送る。画像処理部２２は、干渉光検出部２０で検出された干渉信号を処理して光断層画像の画像データを生成する。画像出力部２４は、画像処理部２２から送信された断層画像データに基づいて、断層画像を可視的に、すなわち、モニタへの表示や記録媒体への記録等により出力する。

図２に、本発明のプローブの第１実施形態である光走査プローブ１６の、光学レンズ３０の部分を拡大して模式的に示す。光学レンズ３０は、半球レンズ３６と、ビームスプリッタ４０と、半球レンズ３６とビームスプリッタ４０とをつなぐロッドレンズ３８と、ビームスプリッタ４０と光ファイバ３２とをつなぐロッドレンズ４２とを有している。これらは、互いの接面で融着あるいは接着されて、一体的な光学レンズ３０を構成している。

ビームスプリッタ４０の反射層４０ａは、可視光であるガイド光を反射させ、非可視光である測定光を透過させる。光ファイバ３２の先端から出射された測定光およびガイド光は、ロッドレンズ４２を透過してビームスプリッタ４０に入射し、反射層４０ａで測定光とガイド光とに分離される。測定光は、反射層４０ａを透過して、光ファイバ３２の光軸に直交する出射面４０ｂから出射し、ガイド光は、反射層４０ａで反射されて、光ファイバ３２の光軸に略平行な出射面４０ｃから出射する。

半球レンズ３６は、ビームスプリッタ４０から出射された測定光を、平面部で反射させ、球面部で集光して、測定対象の測定位置Ｐに向けて照射する。また、半球レンズ３６は、測定光Ｌ１の測定対象の測定位置Ｐにおける反射光を集光し、光ファイバ３２に入射させる。

半球レンズ３６は、シース２８からの直接反射によるフレア成分を抑制するために、測定光Ｌ１をシース２８に対して垂直からわずかに傾けて出射する角度に設定されている。したがって、測定光Ｌ１は、シース２８に対して角度を持って照射する。図２の光学レンズ３０では、半球レンズ３６は、測定光Ｌ１を、シース２８に直交する方向よりも手前側（光走査プローブ１６の手元側、図中右側）に傾けて出射させる。半球レンズ３６で集光された測定光Ｌ１は、所望のビーム径まで絞られて、測定位置Ｐを照射する。

一方、ビームスプリッタ４０で反射されたガイド光Ｌ２は、出射面４０ｃから出射する。ここで、ビームスプリッタ４０の出射面４０ｃは、所定の角度にカットされており、ガイド光Ｌ２を屈折させて、前方（光走査プローブ１６の先端側、図中左側）へ傾けて出射させる。このように、ビームスプリッタ４０は、出射面４０ｃに角度を付けることにより、測定光Ｌ１による測定位置Ｐをガイド光Ｌ２でガイドするように構成されている。

出射面４０ｃのカット角度は、ビームスプリッタ４０から出射したガイド光Ｌ２が、半球レンズ３６から出射する測定光Ｌ１と、測定位置Ｐで概略一致するように定められる。

このように、集光光学系である半球レンズ３６の直前にビームスプリッタ４０を挿入することにより、測定光Ｌ１は、所望のビーム径まで絞られ、また、ガイド光Ｌ２は、集光されず、広がったビーム径で、測定位置Ｐへ向けて照射することができる。

ガイド光Ｌ２の測定位置Ｐにおけるビーム径は、次のようにして求めることができる。例えば、光学レンズ３０が図３に示す構成の場合、半球レンズ３６の反射面から測定位置Ｐまでの、ロッドレンズ３８の光軸に直交する方向の距離Ｙと、ビームスプリッタ４０の出射面から測定位置Ｐまでの、ロッドレンズ３８の光軸に平行な方向の距離Ｘとから求まるガイド光Ｌ２の光路長をａ、ビームスプリッタ４０の反射面４０ａから出射面４０ｃまでの光路長をｂ、入射面から反射面４０ａまでの光路長をｃ、ガイド光Ｌ２の波長をλ、光ファイバ３２のファイバコア半径をｒとすると、測定位置Ｐにおけるガイド光Ｌ２のビーム径Ｄは、下記（１）式で求められる。
Ｄ＝（２×λ×（ａ＋ｂ＋ｃ））／πｒ ・・・（１）

図３において、in air換算での値で、Ｘ＝２．１ｍｍ、Ｙ＝１．６ｍｍ、ｂ＝ｃ＝０．５ｍｍ、λ＝０．６５μｍ、ｒ＝４μｍとすると、ａは、ＸおよびＹから約２．３７ｍｍと求まり、ガイド光Ｌ２のビーム径Ｄは、約３５０μｍとなる。これは、従来装置におけるガイド光のビーム径よりも大幅に大きく、視認が容易なビーム径であると言える。

図２の光学レンズ３０において、ビームスプリッタ４０は、ガイド光Ｌ２である可視光のビームを、測定位置Ｐとは１８０度異なる方向へ出射するように配置してもよい。１８０度異なる位置であっても、光走査プローブ１６による回転走査の走査線上を照明することにより、測定光Ｌ１が照射する測定位置Ｐを示すことができる。

次に、本発明のプローブの第２実施形態について説明する。図４に、第２実施形態の光走査プローブにおける光学レンズ３０Ａの部分を示す。光学レンズ３０Ａでは、半球レンズ３６は、図２の光学レンズ３０における半球レンズ３６とは異なる側に傾けられており、光学レンズ３０Ａからの測定光Ｌ１を、前方（光走査プローブ１６の先端側、奥側、図中左側）へ傾けて出射させる。

ビームスプリッタ４０は、上述の光学レンズ３０におけるビームスプリッタ４０と同様のものであるが、ガイド光Ｌ２の出射面４０ｃは、ガイド光Ｌ２が、半球レンズ３６から前方へ向けて出射される測定光Ｌ１と、測定位置Ｐで概略一致するように角度を付けて、カットされている。出射面４０ｃは、ガイド光Ｌ２を屈折させて、前方の測定位置Ｐへ向けて出射する。

光学レンズ３０Ａでは、測定光Ｌ１の傾斜方向とガイド光Ｌ２の傾斜方向がいずれも前方へ向かっている方向であり、方向が略一致している。そのため、測定位置Ｐが深度方向にずれたときに、ガイド光Ｌ２が測定光Ｌ１に一致する範囲が広い点で好ましい。

次に、本発明のプローブの第３実施形態について説明する。図５に示すように、光学レンズ３０Ｂは、半球レンズ３６を用いる代わりに、プリズム４６を用いて測定光Ｌ１を集光してもよい。図５に示す光学レンズ３０Ｂでは、集光光学系として、プリズム４６の基端側に接続されたＧＲＩＮレンズ４８を有している。また、ＧＲＩＮレンズ４８の基端側には、ビームスプリッタ４０が配置されている。

光学レンズ３０Ｂの構成においても、集光光学系であるＧＲＩＮレンズ４８の前にビームスプリッタ４０を挿入することにより、測定光Ｌ１は、所望のビーム径まで絞られ、また、ガイド光Ｌ２は、集光されず、広がったビーム径で、測定位置Ｐへ向けて照射することができる。

上記第２実施形態および第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、ビームスプリッタ４０を、ガイド光Ｌ２である可視光のビームが、測定位置Ｐとは１８０度異なる方向へ出射するように配置してもよい。

図６は、本発明のプローブの第４実施形態における光走査プローブの、光学レンズの例を示している。図６の光学レンズ３０Ｃは、集光光学系である半球レンズ３６の基端側にロッドレンズ３８が配置され、半球レンズ３６の先端側にミラー４４が配置されている。また、半球レンズ３６の中心面３６ａは、ダイクロ面（ダイクロイック面）とされており、可視光であるガイド光Ｌ２を透過させ、非可視光である測定光Ｌ１を反射させる。

ミラー４４のミラー面４４ａは、半球レンズ３６を透過したガイド光Ｌ２を、測定光Ｌ１による測定位置Ｐとは反対側の、測定位置Ｐを１８０度回転移動させた位置へ向けて反射させる角度で配置されている。

測定光Ｌ１は、半球レンズ３６の中心面３６ａで反射され、半球レンズ３６の湾曲面で集光されて、測定位置Ｐへ向けて照射される。一方、半球レンズ３６を透過したガイド光Ｌ２は、ミラー４４のミラー面４４ａで反射されて折り返され、測定光Ｌ１による測定位置Ｐを約１８０度回転した位置に照射される。光学レンズ３０Ｃでは、集光光学系である半球レンズ３６を透過させたガイド光Ｌ２をミラー４４で反射させるため、測定光Ｌ１は、所望のビーム径まで絞られるのに対し、ガイド光Ｌ２は、集光されず、広がったビーム径で、測定位置Ｐへ向けて照射することができる。

また、測定位置Ｐと１８０度異なる位置であっても、光走査プローブ１６による回転走査の走査線上を照明することにより、測定光Ｌ１が照射すべき測定位置Ｐを示すことができる。

以上、本発明のプローブおよび光断層画像取得装置について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。

本発明のプローブを用いる本発明の光断層画像取得装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明のプローブの第１実施形態である光走査プローブの光学レンズ部分の拡大図である。 ガイド光のビーム径の計算方法を説明する図である。 本発明のプローブの第２実施形態の光学レンズ部分を示す図である。 本発明のプローブの第３実施形態の光学レンズ部分を示す図である。 本発明のプローブの第４実施形態の光学レンズ部分を示す図である。

符号の説明

１０ 光断層画像取得装置
１２ 光源ユニット
１４ 分岐／合波部
１６ 光走査プローブ
１８ 光路長調整部
２０ 干渉光検出部
２２ 画像処理部
２４ 画像出力部
３０ 光学レンズ
３２ 光ファイバ
３４ 回転伝達機構
３６ 半球レンズ
３８、４２ ロッドレンズ
４０ ビームスプリッタ
４４ ミラー
４６ プリズム
４８ ＧＲＩＮレンズ

Claims (5)

1. 被検体内に挿入されて測定対象に測定光を照射するプローブであって、
   非可視光である測定光および可視光であるガイド光を、前記プローブの先端部まで導光する光ファイバと、
   前記プローブの先端部に配置され、前記測定光を測定対象に向けて集光させる集光光学系と、
   前記光ファイバの先端と前記集光光学系との間に配置され、前記光ファイバを導光された前記測定光および前記ガイド光を分離して、前記測定光を前記集光光学系へ向けて出射させ、前記ガイド光を測定対象へ向けて出射させるビームスプリッタとを有するプローブ。
2. 前記ビームスプリッタは、前記ガイド光を出射させる面が、前記ガイド光を前記測定光による測定位置へ向けて出射させる角度にカットされている請求項１に記載のプローブ。
3. 被検体内に挿入されて測定対象に測定光を照射するプローブであって、
   非可視光である測定光および可視光であるガイド光を、前記プローブの先端部まで導光する光ファイバと、
   前記光ファイバの先端に接続され、前記光ファイバの光軸に対して傾斜したダイクロ面を有し、前記測定光を前記ダイクロ面で反射させて測定対象に向けて集光させるとともに、前記ガイド光を透過させる集光光学系と、
   前記集光光学系の先端に配置され、前記集光光学系を透過した前記ガイド光を測定対象と反対側に反射させるミラーとを有するプローブ。
4. 測定光光源およびガイド光光源と、
   前記測定光光源からの測定光を測定対象に照射する請求項１〜３のいずれかに記載のプローブと、
   前記プローブにおいて取得された測定対象からの前記測定光に対する反射光に基づいて前記測定対象の断層画像を取得する画像処理部とを備える光断層画像取得装置。
5. さらに、前記プローブの前記集光光学系を前記プローブの軸について回転させる回転駆動部を備える請求項４に記載の光断層画像取得装置。

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