JP2010017466A - 光断層画像化装置および光プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】測定光と参照光の干渉光の周波数解析を行うことにより断層画像を取得する光断層画像化装置において、干渉計の周辺温度の変化に起因して生じる、測定光と反射光が通る導波路および参照光が通る導波路の間の光路長のずれを、リアルタイムで容易に補正可能とする。
【解決手段】光断層画像化装置において、温度情報取得手段１７０によって、第１の導波路（光が分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、測定光と反射光を導波する導波路）と第２の導波路（同様に、参照光を導波する導波路）の周辺温度を反映する１以上の物理量を取得し、この周辺温度の変化に起因して生じる第１の導波路および第２の導波路の光路長のずれを、上記１以上の物理量に基づいて補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光断層画像化装置および光プローブに関するものである。

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（Optical Coherence Tomography）計測により光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、光干渉計測の一種であり、二つに分けた光、すなわち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。すなわちこの方法において、光源から射出された光は測定光と参照光とに分割され、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導かれる。一方、参照光は、測定対象内の測定したい任意の場所からの反射光と光路長が同一となる様にその光路長が調整され、合波手段に導かれる。そして、合波手段により測定光と参照光が合波され、光検出器によりその光強度が検出される。

一次元の断層像を得るためには、測定光の光路長を測定エリアに応じて走査することで、測定光の進行方向と同一の軸に沿った反射率分布に応じた干渉強度波形が得られる。すなわち、測定対象の深さ方向に有する構造に応じた光反射強度分布を得ることができる。さらに、測定対象へ当てる測定光の照射位置を、偏向手段、あるいは物理的な移動手段を用いて光軸と垂直な一次元方向に走査する事で、二次元の光反射強度の断層像が得られる。さらに、測定光の照射位置を、光軸方向と垂直な二次元方向に亘って走査することで、三次元の光反射強度の断層像を得ることができる。

上記ＯＣＴ装置においては、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）を変更し断層画像を取得するようになっており、この手法は一般にＴＤ−ＯＣＴ（Time domain OCT）計測と称されている。より具体的には、参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をミラーに集光する光学系を有し、ミラーのみを参照光のビーム軸方向に移動させて光路長の調整を行っている。もしくは、参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をレンズによって平行光化し、平行光になった参照光を再び光路長調整レンズにより集光して光ファイバに入射させ、そして、光路長調整レンズを参照光のビーム軸方向に進退させて光路長の調整を行っている。

また、上述した参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する装置として、ＦＤ−ＯＣＴ（Fourier domain OCT）が提案されている。このＦＤ−ＯＣＴにおいてもＴＤ−ＯＣＴと同様に、測定光の照射位置を光軸と垂直な方向に走査することで、二次元、さらには三次元の断層画像を得ることができる。このＦＤ−ＯＣＴは大きく分けて、ＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）とＳＳ−ＯＣＴ（Swept source OCT）の２つがある。

このＳＤ−ＯＣＴ装置は、上記ＴＤ−ＯＣＴと同様に干渉計を用いて測定光と参照光に分割した広帯域の低コヒーレント光を、光路長をほぼ等しく合わせて干渉させた後、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器にて各光周波数成分の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、光路長の走査を物理的に行わずに光軸方向の一次元断層画像を構成するようにしたものである。

そして、他方のＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源に光周波数可変レーザ光源を用いる。高コヒーレンスなレーザ光は、測定光と参照光とに分割され、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導かれる。一方、参照光は、測定光と光路長をほぼ等しく合わせて干渉させた後、合波手段に導かれる。そして、合波手段により測定光と参照光が合波され、光検出器によりその光強度が検出される。光周波数可変レーザ光源の周波数を掃引させることで、各光周波数成分の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉波形を計算機でフーリエ変換することにより、光路長の走査を物理的に行わずに光軸方向の一次元断層画像を構成するようにしたものである。

以上説明したような各方式の光断層画像化装置においては、通常、測定対象のある面に沿った断層画像を取得するようにしており、そのためには、測定対象において測定光を少なくとも光軸と垂直な１次元方向に走査させる必要がある。このような光走査を行う手段の一つとして、従来特許文献１に示すように、筒状のシースを有し、このシースの周面から出射する光を該周面に沿った方向に偏向させる機能を備えた光プローブが公知となっている。そして通常、この光プローブの導波路として、シースの内部空間の長手方向に配設された光ファイバを用いている。
特許第３１０４９８４号公報

しかしながら、通常ＯＣＴ装置において、ＯＣＴ装置本体の内部に参照光の光路、外部に光プローブが配置されるため、干渉計の周辺温度（例えば、内部および外部の温度差）が干渉計へ及ぼす影響は大きな問題となる。つまり、ＯＣＴ装置本体内部は、内部の熱源となる機器（光源、コンピュータまたは電気回路等）の放熱により温度が上昇するため、ＯＣＴ装置本体の内部にある部分の光路長のみが大きく変化してしまう。この結果、第１の導波路（光が分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、測定光と反射光を導波する導波路）と第２の導波路（光が分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、参照光を導波する導波路）との光路長にずれが生じてしまう。このずれがＯＣＴ計測において、画像の歪み、信号のＳＮ比の低下、深さ情報のずれ等の問題を引き起こしてしまう。例えば、図３Ａ〜３Ｃは、人差し指９０（上部）と親指９１（下部）でプローブを挟んだ時の測定例である。図３Ａは、光路長調整が正しい絵である。第１の導波路と第２の導波路の光路長差がゼロの位置は、円の中心側に配置しており、円の外側に行くほど測定光の光路長が長い。中心側の二重丸はプローブのシース８０の境界面である。その外側に、それぞれの指の表面９０ａ・９１ａ（表皮）、真皮９０ｂ・９１ｂの境界が確認できる。なお、シース８０の表面から１ｍｍの位置に、目印の円Ｃが描かれている。図３Ｂは、第１の導波路の光路長が第２の導波路の光路長より１ｍｍ長くなった場合である。このような場合、シース８０の直径が真の値よりも大きく写り、指の形状も伸びて表示されてしまう。また、ＳＳ−ＯＣＴの場合、光路長差が長いほど、原理的にＳ／Ｎが低下する。図３Ｃは、第１の導波路の光路長が第２の導波路の光路長より１ｍｍ短くなった場合である。このような場合、シース８０、および指の表皮９０ａ・９１ａが内側の画像表示範囲から外れて写っていない。その周囲も、実物に比べて縮んで表示されてしまう。このように、上記のような光路長のずれによって、画像の歪み等の問題が生じることがわかる。

これは、干渉計の大部分が、温度変化に対して非常に敏感な屈折率を有する光ファイバで構成されていることに起因する。例えば、光ファイバ（屈折率：約１．４６）は、室温付近で１℃当たりの温度変化に対し屈折率は約１０^−５変化する。したがって、光ファイバの光路長を１０ｍとした時に、ＯＣＴ装置本体の内部および外部の温度差が１０℃発生した時には、光路長にして約１ｍｍ伸びてしまう。距離精度１０ｕｍが要求されるＯＣＴ装置において、上記の温度差が与える影響がいかに大きいかが理解できる。また、温度変化に対して影響を受けるか否かで言えば、光ファイバのみならず、フォトニック結晶やその他の光学素子の影響も無視することはできない。

ヒータやペルチェ素子等の温度制御機器でＯＣＴ装置本体の内部の温度を一定に制御することで、参照光側の光路長変動は抑制できるが、これらの機器には大きなコストがかかる。一方、ＯＣＴ装置本体の外部の温度を制御するには、使用される部屋の環境温度を制御する必要がある（光プローブの大部分が部屋の環境温度にさらされているため）ため、測定光側の光路長変動の抑制は困難である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、上記のような干渉計の周辺温度の変化に起因して生じる、第１の導波路と第２の導波路との光路長のずれを容易に補正することが可能な光断層画像化装置および光プローブを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明による光断層画像化装置は、
光源と、
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、
測定対象に測定光が照射されたときに生じる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、
上記光が光分割手段によって分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、測定光と反射光を導波させる第１の導波路と、
上記光が光分割手段によって分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、参照光を導波させる第２の導波路と、
第１の導波路および第２の導波路のうち一方の導波路に接続された、この一方の導波路の光路長を調整する光路長調整手段と、
合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を検出する光検出手段と、
光検出手段により検出された信号に基づいて光断層画像を形成する画像形成手段とを備える光断層画像化装置において、
第１の導波路の周辺温度および／または第２の導波路の周辺温度を反映する１以上の物理量を取得する温度情報取得手段と、
上記両周辺温度の変化に起因して生じる、第１の導波路と第２の導波路との光路長差を、上記１以上の物理量に基づいて補正する光路長差補正手段とを備えることを特徴とするものである。

ここで、「導波路」とは、光を導波させるすべてのものを意味するものとする。すなわち、本明細書内において導波路とは、光ファイバに限定されるものではなく、光透過媒体内に屈折率分布を形成した光導波路、フォトニック結晶、光学結晶、光透過媒体および空気等を含むものとする。

「周辺温度」とは、導波路の温度に対応する温度を意味するものとする。すなわち、導波路の温度をそのまま対応する温度としてもよく、導波路に温度勾配がある場合には、その平均を導波路の温度として対応させてもよいものとする。さらに、ただ単に導波路そのものの温度に限定されるものではなく、導波路がある一様な温度を有する空間と熱平衡状態にあるとみなせる場合には、その導波路が存在する空間の温度を導波路の温度として対応させ、或いは、導波路がある程度熱的に分離された２以上の空間にまたがって存在する場合には、このような空間の温度の平均温度等を導波路の温度として対応させてもよいものとする。

第１の導波路および／または第２の導波路の周辺温度を反映する「物理量」とは、周辺温度と相関のある物理量を意味するものであり、例えば電位差、電圧、電流、レーザ変位干渉計のフリンジ数等である。

さらに、本発明による光断層画像化装置において、温度情報取得手段は、上記１以上の物理量を計測するように配置された１以上のセンサを有することが好ましい。

そして、上記１以上のセンサは、第１の導波路の周辺温度と第２の導波路の周辺温度との温度差を直接反映する物理量を計測する第１のセンサを含むものであることが好ましい。この場合、第１のセンサは、少なくとも二つの異種金属を接合して閉回路を形成した熱電対であって、第１の導波路の周辺温度を計測するように一方の接合点が配置され、第２の導波路の周辺温度を計測するように他方の接合点が配置されたものであることがより好ましい。

また、上記１以上のセンサは、第１の導波路の周辺温度を反映する物理量を計測する第２のセンサを含むものであることが好ましい。この場合、第２のセンサは、第１の導波路の一部を含み測定光を測定対象に対して照射する光プローブの内部に配置されたものであることが好ましく、１以上のセンサは、さらに第２の導波路の周辺温度を反映する物理量を計測する第３のセンサを含むものであることがより好ましい。

さらに、第１の導波路または第２の導波路の一部を内部に含み、かつ少なくとも第１の導波路の一部を外部に配置する筐体を有し、
第１の導波路の周辺温度は、筐体の外部の温度であり、
第２の導波路の周辺温度は、筐体の内部の温度であることが好ましい。

そして、光路長差補正手段は、１以上の物理量に基づいて、光路長調整手段によって上記一方の導波路の光路長を調整するものであることが好ましい。

ここで、「筐体」とは、光断層画像化装置を構成する機器等を保持し、あるいは外部環境から保護するものを意味するものとする。なお、筐体の内部と外部の導波路は光学的に接続されているものとする。

さらに、本発明による光プローブは、
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の測定対象に向けて偏向させる先端光学系とを備え、光断層画像化装置に用いられる光プローブにおいて、
光ファイバの周辺温度を反映する物理量を計測するセンサを有することを特徴とするものである。

そして、本発明による光プローブにおいて、上記センサは、光ファイバの先端近傍に配置されたものであることが好ましい。

本発明による光断層画像化装置では、第１の導波路および／または第２の導波路の周辺温度を反映する１以上の物理量を取得する温度情報取得手段と、周辺温度の変化に起因して生じる、第１の導波路と第２の導波路との光路長差を、この１以上の物理量に基づいて補正する光路長差補正手段とを備えている。

この結果、これらの導波路の周辺温度の変化により光路長差が生じたとしても、常時その温度変化を温度情報取得手段でモニタリングすることができるため、適宜光路長差を容易に補正することが可能となる。さらに、高額な温度制御機器を必要とせず、周辺温度の変化により生じた光路長差の補正を低コストで行うことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

「光断層画像化装置の実施形態」
まず、本発明による光断層画像化装置の概略について説明する。図１は、光プローブ１が接続された光断層画像化装置の全体斜視図である。

本光断層画像化装置は、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。

光源装置５１は、測定対象Ｓｂを観察するための照明光を照射するためのものである。

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。

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の先端で開口した先端開口部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、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。

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。

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。

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。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。

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の先端近傍まで延伸している。

さらに図２は、本発明による光断層画像化装置と光プローブの概略構成図である。この光断層画像化装置１００は、一例として測定対象の断層画像をＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものとして説明する。

光断層画像化装置１００は、波長掃引レーザ光Ｌを射出する光源ユニット１１０と、この光源手段１１０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１０２と、この光ファイバカプラ１０２により分割された光から周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫを出力する周期クロック生成手段１２０と、この光ファイバカプラ１０２により分割された一方の光を測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する光分割手段１０３と、参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１３０と、光プローブ２００を導波した測定光Ｌ１が光プローブ２００から測定対象Ｓｂに照射されたときに、測定対象Ｓｂによって反射して再び光プローブ２００を導波する反射光Ｌ３および参照光Ｌ２を合波する合波手段１０４と、この合波手段１０４により生成された、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する光検出手段１４０と、この光検出手段１４０により検出された干渉信号ＩＳを周波数解析することにより測定対象Ｓｂの断層情報を取得し、断層画像を形成する画像形成手段１５０と、第１の導波路（ＦＢ２＋２０１）（レーザ光Ｌが光分割手段１０３によって分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、測定光と反射光を導波する導波路）と第２の導波路ＦＢ３（レーザ光Ｌが光分割手段１０３によって分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、参照光を導波する導波路）の周辺温度を反映する１以上の物理量を取得する温度情報取得手段１７０と、筐体１９０に設けられている光プローブ装着部１０１に接続されている光プローブ２００とを有している。本実施形態において、光路長調整手段１３０は、第１の導波路および第２の導波路の周辺温度の変化に起因して生じる、第１の導波路と第２の導波路との光路長差を、上記１以上の物理量に基づいて補正する光路長差補正手段を兼ねている。なお、上記光源ユニット１１０、周期クロック生成手段１２０、光路長調整手段１３０、光分割手段１０３（合波手段１０４）および光検出手段１４０は、筐体１９０に収容されている。以下このような構成によって、筐体１９０の内部がＯＣＴ装置本体の「内部」、筐体１９０の外部がＯＣＴ装置本体の「外部」となる。

光源ユニット１１０は、波長λを一定周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものである。光源ユニット１１０は、半導体光増幅器１１１と光ファイバＦＢ１０とを有し、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である。半導体光増幅器１１１は、駆動電流の供給により微弱な光を光ファイバ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レーザ光Ｌ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。

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へ射出される。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１１６において反射される。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。

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レーザ光Ｌ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。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に入射し、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に射出される。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に入射する光の波長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る。

光ファイバＦＢ０には、光ファイバカプラ１０２が接続され、光ファイバＦＢ１と光ファイバＦＢ５に分岐され、ＦＢ１に射出された光は、光分割手段１０３に導波され、ＦＢ５に射出された光は、掃引周期の周期クロックＴ_ＣＬＫを発生させる、周期クロック生成手段１２０に入射する。

周期クロック生成手段１２０は、光源ユニット１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長λが１周期掃引される毎に１つの周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫを断層情報取得手段１５０に出力するものである。

光分割手段１０３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット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９９：１の割合で分割する。具体的に、本実施形態においては、一例として測定光Ｌ１の光量は９．９ｍＷ、参照光Ｌ２の光量は、１００μＷに分割されるが、これに限定されるものではない。光分割手段１０３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を導波し、光プローブ２００に射出され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３を導波し、光路長調整手段１３０に射出される。なお、本実施形態において、光分割手段１０３は、合波手段１０４としても機能するものである。

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の光路長を調整するものであって、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、この反射ミラー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および第２光学レンズ１３１ｂとを有している。光路長調整手段１３０は、第２光学レンズ１３１ｂおよび反射ミラー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駆動手段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。本実施形態において、光路長調整手段１３０は本発明における光路長差補正手段を兼ねている。すなわち、光路長調整手段１３０は温度情報取得手段１７０と接続されており、温度情報取得手段１７０によって取得された第１の導波路（ＦＢ２＋２０１）および第２の導波路ＦＢ３の周辺温度を反映する１以上の物理量を常時受信するように構成されている。そして、光路長調整手段１３０は、この１以上の物理量に基づいて、ミラー駆動手段１３４を駆動し反射ミラー１３２を移動させて、周辺温度の変化に起因して生じる、第１の導波路と第２の導波路との光路長差を補正する。なお、光路長調整手段１３０は、測定光Ｌ１または反射光Ｌ３の光路長を調整するように接続されていてもよい。

合波手段１０４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された参照光Ｌ２と、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３とを合波する。この合波による干渉光Ｌ４は、光ファイバＦＢ４を導波して光検出手段１４０に入射する。

光検出手段１４０は、合波手段１０４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、この干渉光Ｌ４の光強度の時間特性波形として干渉信号ＩＳを出力するものである。なお、本実施形態においては、一例として干渉光Ｌ４を合波手段１０４で５０：５０の割合で分割し、光検出器１４０ａ、１４０ｂに入射させ、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、Ａ／Ｄ変換されて断層情報取得手段１５０に出力される。

画像形成手段１５０は、断層画像処理部１５１が断層画像プログラムを実行し、Ａ／Ｄ変換された干渉信号ＩＳを使用して、測定対象Ｓｂの断層情報を取得し、この断層情報に基づき断層画像を形成するものである。また、断層画像を表示する表示部１５２も併せて示している。本実施形態においては、画像形成手段１５０は、一例として光断層画像化装置１００の外部に接続されたコンピュータに含まれるものとして説明するが、光断層画像化装置１００の内部に含まれるものであってもよい。また、断層画像処理部１５１のＡ／Ｄ変換された干渉信号ＩＳの処理については、後述する。

既に述べているように、第１の導波路（ＦＢ２＋２０１）は、レーザ光Ｌが光分割手段１０３によって分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、測定光と反射光を導波する導波路であり、第２の導波路ＦＢ３は、レーザ光Ｌが光分割手段１０３によって分割されてから反射光および参照光が合波されるまで、参照光を導波する導波路である。すなわちここで言う導波路の始点は、レーザ光Ｌが測定対象Ｓｂへ向かう測定光Ｌ１と光路長調整手段１３０へ向かう参照光Ｌ３とに分割される光分割手段１０３であり、導波路の終点は、それぞれ反射して戻ってきた反射光Ｌ３および参照光Ｌ２が合波される合波手段１０４である。しかしながら、導波路の始点および終点はこれらに限られるものではない。すなわち、例えば導波路の始点を先に述べた光ファイバカプラ１０２と考えてもよい。これは、上記のような始点や終点の設定によって、両導波路の相対的な光路長差は変わらないからである。なお、第１の導波路において、「測定光と反射光を導波する導波路」とは、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３を導波する導波路のみではなく、測定光Ｌ１のみを導波する導波路、そして反射光Ｌ３のみを導波する導波路を含むものである。

筐体１９０は、特に制限されるものではなく、第１の導波路または第２の導波路の一部を内部に含み、かつ少なくとも第１の導波路の一部を外部に配置するものである。なお、上記の導波路は、筐体１９０の内外で光学的に接続されている。例えば、本実施形態においては、第１の導波路の一部である光プローブ２００が、光プローブ装着部１０１を介して筐体１９０の外部に配置されている。筺体１９０には、光プローブ２００を光ファイバＦＢ２と光学的に接続させる光プローブ装着部１０１が設けられている。また、必要であれば簡易的な温度制御機器を筐体１９０の内に組込むことも可能である。

光プローブ装着部１０１は、光ファイバＦＢ２からの測定光Ｌ１を射出する射出部を有している。本実施形態において一例として、光プローブ装着部１０１は光断層画像化装置１００の筺体１９０に設けられた光コネクタ１０５により構成され、射出部は光コネクタ１０５の中心部により構成されるものとして説明するが、これに限定されるものではない。光プローブ２００は、光コネクタ１０５により接続されることによって、光ファイバＦＢ２と着脱自在に光学的に接続されることになる。これにより、光ファイバＦＢ２から射出された測定光Ｌ１は、光プローブ２００に射出される。

光プローブ２００は、内視鏡の鉗子チャンネル等から体腔内に挿入される先端部２１０と、駆動部２２０を備えるものである。光プローブ２００は、略全長にわたり光ファイバ２０１を内蔵し、光コネクタ１０５により接続されることにより、光ファイバＦＢ２と光学的に接続されることになる。光ファイバ２０１は、先端部２１０と駆動部２２０との間で分割され、図示しない光学的ロータリージョイントにより、先端部２１０側の光ファイバ２０１が、駆動部２２０側の光ファイバ２０１に対して回転自在となるように接続されている。光ファイバ２０1の先端には、先端光学系２０２が配設されている。この先端光学系２０２は、測定光Ｌ１を測定対象Ｓｂに照射するとともに、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を光ファイバ２０１に入射させる。光プローブ２００の先端部２１０は、略円筒状のシースで被覆されているため、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３は、シースを透過して導波することになる。

先端部２１０側の光ファイバ２０１は、駆動部２２０に内蔵された図示しない駆動モータにより、光ファイバ２０１の長手軸回り（図中Ｒ方向）に回転される。これにより、先端光学系２０２から射出する測定光Ｌ１は、光ファイバ２０１の長手軸回り（図中Ｒ方向）に走査される。

そして、先端部２１０の内部には、センサ１７１が先端光学系２０２に接着するように設けられている。本実施形態において、このセンサ１７１は、補償導線１７２およびセンサコネクタ１０５（上記光コネクタ１０５がセンサコネクタを兼ねている。）を介して、温度情報取得手段１７０に接続されている。センサ１７１は例えば、サーミスタ等のある１点の温度を測定するものや、熱電対等の２点間の温度差を測定するものを用いることができる。本発明において例えば、第１の導波路および／または第２の導波路の周辺温度を反映する１以上の物理量（例えば電位差、電圧、電流、レーザ変位干渉計のフリンジ数等）として、ＯＣＴ装置の内外の温度差を反映する１以上の物理量を測定することができる。この場合、上記センサ１７１を用いて以下のようにして上記１以上の物理量を求めることができる。前者のセンサとしてサーミスタを使用する場合、ＯＣＴ装置内部（例えば、温度情報取得手段１７０）にも同様のサーミスタを配置する。そして、それぞれのサーミスタに定電圧を印可し、温度に依存したサーミスタの電気抵抗値により決まる電流を差動増幅回路に入力する。両者の電流差により決まる差動増幅回路の出力に応じて、補正を必要とする光路長のずれが決定される。なお、ＯＣＴ装置内部の温度は、センサを用いずともある程度の予測が可能な場合は、必ずしもＯＣＴ装置内部にはセンサを必要としない。このような場合として例えば、ＯＣＴ装置内部は機器の発熱により温度上昇するものの、ある温度で熱平衡状態となり頭打ちになるため、ＯＣＴ装置内部の温度は、センサを用いずともある程度の予測が可能となるケースが挙げられる。一方、後者のセンサとして異種金属を接合した熱電対を使用する場合、熱電対の一方の端子を上記温度センサ１７１として光プローブ２００の先端部２１０に配置し、他方の端子をＯＣＴ装置内部（例えば、温度情報取得手段１７０）に配置する。さらに、中間金属の法則を利用して、温度差に起因して両者の中間点に生じる電位差を測定する回路を温度情報取得手段１７０とし、この電位差を検知して補正を必要とする光路長のずれが決定される。

そして、センサ１７１は、上記駆動モータにより光ファイバ２０１を回転させる際、同様に回転可能となるように駆動モータに電気的に接続されている。なお、センサ１７１の配置は、先端部２１０の内部に限られるものではなく、駆動部２２０の内部に配置してもよい。そして、センサ１７１は、例えば測定対象の温度記録等の他の目的に使用することもできる。すなわち、センサ１７１を搭載した光プローブ２００により、生体内のＯＣＴ画像を測定すると共に、局所的な体温測定を行うことも可能となる。

さらに本発明においては、レーザ変位計を利用した温度センサを利用して補正を行ってもよい。第１の導波路および第２の導波路と同じ光路に温度センサ用レーザを導入し、温度センサ用干渉計で温度センサ用レーザの干渉フリンジをカウントすることで、導波路全体の周辺温度の変化をより正確に測定することが可能となる。温度センサ用干渉計は、ＯＣＴの干渉計と同一でもよいし、別に設けてもよい。

また、導波路が長い場合や温度変化に敏感な局部の温度を測定したい場合は、複数の他のセンサを用いて、光路長のずれを算出してもよい。

温度情報取得手段１７０は、第１の導波路および／または第２の導波路の周辺温度を反映する１以上の物理量を取得するものであり、センサ１７１の種類に応じて、他のセンサやセンサ１７１の端子を含むものである。本実施形態において、前述したように温度情報取得手段１７０は、光路長調整手段１３０とセンサ１７１に接続されており、センサ１７１によって得られた上記１以上の物理量を光路長調整手段１３０に常時送信可能となるように構成されている。温度を測定する素子は１つに限らず、複数の場合も含むものとする。すなわち、例えば周辺温度を反映する物理量を測定する素子が複数ある場合には、それらによって得られた複数の物理量を、温度情報取得手段１７０によって得られた上記物理量とすることも含むものとする。そして、本実施形態のように筐体１９０によってＯＣＴ装置の内外が区別されるような場合には、上記物理量は、筐体１９０の内部および外部の温度の温度差を反映する物理量とすることができる。

光路長差補正手段は、第１の導波路および／または第２の導波路の周辺温度の変化に起因して生じる、第１の導波路と第２の導波路との光路長差を、上記周辺温度を反映する１以上の物理量に基づいて補正するものである。本実施形態において光路長差補正手段は、前述したように、光路長調整手段１３０が兼ねている。なお、光路長差補正手段は、光路長調整手段１３０による方法に限られるものではない。すなわち、例えば上記周辺温度を反映する１以上の物理量に基づいて光路長差の変位を算出し、画像形成手段において補正を施すことによって、周辺温度の変化に起因して生じる光路長差（画像の歪み）を補正することも可能である。

干渉信号ＩＳの処理について説明する。断層画像処理部１５１は、周期クロック生成手段１２０からの周期クロックＴ_ＣＬＫに基づいて、光検出手段１４０により検出された、掃引周期の１周期分の干渉信号ＩＳを取得する。

干渉信号ＩＳは、干渉光Ｌ４の光強度の時間特性波形である。

測定対象Ｓｂの正確な断層画像を得るために、この干渉信号ＩＳは波数ｋ（＝２π／λ）に対して等間隔にサンプリングされた配列データとなっている必要がある。しかし、光源ユニット１１０の特性、構成機器等の影響から波数ｋは時間軸に対して線形な関係とならない。このため、断層画像処理部１５１は、光断層画像化装置１００を較正することにより得られる時間ｔ−波数ｋの較正用変換テーブルもしくは関数を有しており、この時間ｔ−波数ｋの較正用変換テーブルもしくは較正用変換関数を用いて、干渉信号ＩＳを波数軸ｋに対して等間隔となるように再配列する。これにより、断層画像処理部１５１は、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、干渉信号ＩＳが波数ｋに対し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可能となる。なお、この変換手法の詳細は，ＵＳ５９５６３５５号に開示されている。

断層画像処理部１５１は、この変換された干渉信号ＩＳを、一例としてフーリエ変換、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等のスペクトル解析法により、測定対象Ｓｂの掃引周期の１周期分の断層情報を取得する。

断層画像処理部１５１は、光プローブ２００の先端から出射される測定光Ｌ１が光ファイバ２０１の軸回りに走査されることにより、測定対象Ｓｂの各照射位置での断層情報を取得し、光プローブ２００の駆動部２２０の有するエンコーダ等の信号に基づいて、測定対象Ｓｂの全周の断層情報を生成し、これを断層画像として表示部１５１に表示させる。

以下、本発明による光断層画像化装置の作用を説明する。
本発明による光断層画像化装置では、第１の導波路および／または第２の導波路の周辺温度を反映する１以上の物理量を取得する温度情報取得手段と、周辺温度の変化に起因して生じる、第１の導波路と第２の導波路との光路長差を、上記１以上の物理量に基づいて補正する光路長差補正手段とを備えている。導波路の伸縮は、温度変化に対して規則的に変化するため、上記１以上の物理量を測定することにより、第１の導波路と第２の導波路との光路長のずれを求めることができる。したがって、予め光路長のずれと上記１以上の物理量との関係を求めておくことによって、光路長の補正が可能となる。
この結果、これらの導波路の周辺温度の変化により光路長差が生じたとしても、常時その温度変化を温度情報取得手段でモニタリングすることができるため、適宜光路長差を容易に補正することが可能となる。さらに、高額な温度制御機器を必要とせず、周辺温度の変化により生じた光路長差の補正を低コストで行うことができる。

本発明による光断層画像化装置の全体斜視図 本発明による光断層画像化装置の概略構成を示す図 人差し指（上）と親指（下）でプローブを挟んだ時の断層画像（光路長のずれがない場合） 人差し指（上）と親指（下）でプローブを挟んだ時の断層画像（光路長が外側にずれた場合） 人差し指（上）と親指（下）でプローブを挟んだ時の断層画像（光路長が内側にずれた場合）

符号の説明

Ｌ レーザ光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｓｂ 測定対象
１００ 光断層画像化装置
１１０ 光源手段
１２０ 周期クロック生成手段
１３０ 光路長調整手段
１４０ 光検出手段
１５０ 断層画像処理手段
１７０ 温度情報取得手段
１９０ 筐体

Claims (11)

1. 光源と、
   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、
   測定対象に前記測定光が照射されたときに生じる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、
   前記光が前記光分割手段によって分割されてから前記反射光および前記参照光が合波されるまで、前記測定光と前記反射光を導波させる第１の導波路と、
   前記光が前記光分割手段によって分割されてから前記反射光および前記参照光が合波されるまで、前記参照光を導波させる第２の導波路と、
   前記第１の導波路および前記第２の導波路のうち一方の導波路に接続された、該一方の導波路の光路長を調整する光路長調整手段と、
   前記合波手段により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光検出手段と、
   該光検出手段により検出された信号に基づいて光断層画像を形成する画像形成手段とを備える光断層画像化装置において、
   前記第１の導波路の周辺温度および／または前記第２の導波路の周辺温度を反映する１以上の物理量を取得する温度情報取得手段と、
   前記両周辺温度の変化に起因して生じる、前記第１の導波路と前記第２の導波路との光路長差を、前記１以上の物理量に基づいて補正する光路長差補正手段とを備えることを特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記温度情報取得手段が、前記１以上の物理量を計測するように配置された１以上のセンサを有することを特徴とする請求項１に記載の光断層画像化装置。
3. 前記１以上のセンサが、前記第１の導波路の周辺温度と前記第２の導波路の周辺温度との温度差を直接反映する物理量を計測する第１のセンサを含むものであることを特徴とする請求項２に記載の光断層画像化装置。
4. 前記第１のセンサが、少なくとも二つの異種金属を接合して閉回路を形成した熱電対であって、前記第１の導波路の周辺温度を計測するように一方の接合点が配置され、前記第２の導波路の周辺温度を計測するように他方の接合点が配置されたものであることを特徴とする請求項３に記載の光断層画像化装置。
5. 前記１以上のセンサが、前記第１の導波路の周辺温度を反映する物理量を計測する第２のセンサを含むものであることを特徴とする請求項２に記載の光断層画像化装置。
6. 前記第２のセンサが、前記第１の導波路の一部を含み前記測定光を測定対象に対して照射する光プローブの内部に配置されたものであることを特徴とする請求項５に記載の光断層画像化装置。
7. 前記１以上のセンサが、前記第２の導波路の周辺温度を反映する物理量を計測する第３のセンサを含むものであることを特徴とする請求項５または６に記載の光断層画像化装置。
8. 前記第１の導波路または前記第２の導波路の一部を内部に含み、かつ少なくとも前記第１の導波路の一部を外部に配置する筐体を有し、
   前記第１の導波路の周辺温度が、前記筐体の外部の温度であり、
   前記第２の導波路の周辺温度が、前記筐体の内部の温度であることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の光断層画像化装置。
9. 前記光路長差補正手段が、前記１以上の物理量に基づいて、前記光路長調整手段によって前記一方の導波路の光路長を調整するものであることを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の光断層画像化装置。
10. 被検体内に挿入される略円筒形のシースと、
    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、
    前記光ファイバの先端から出射した光を前記被検体内の測定対象に向けて偏向させる先端光学系とを備え、光断層画像化装置に用いられる光プローブにおいて、
    前記光ファイバの周辺温度を反映する物理量を計測するセンサを有することを特徴とする光プローブ。
11. 前記センサが、前記光ファイバの先端近傍に配置されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の光プローブ。