JP2011240155A - 歯科用光コヒーレンストモグラフィー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】歯科用光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、光分割部と、干渉部と、光検出部と、演算部と、計測光を被計測体へ導いて照射し、被計測体で反射した計測光を受光して干渉部へ導くプローブと、プローブに、少なくとも1つの方向を回転軸として回転可能に取り付けられた回転体であって、回転軸と一定または可変の角度を有する方向へ計測光を照射する照射口を有する回転体と、回転体を回転させる駆動部とを備える。
【選択図】図19
Description
(文献1)レーザー研究 2003年10月号:医療を中心とする光コヒーレンストモグラフィーの技術展開
(文献2)Journal of Biomedical Optics, October 2002, Vol.7 No.4:Imaging caries lesions and lesion progression with polarization sensitive optical coherence tomography
(文献3)APPLIED OPTICS, Vol.37, No.16, 1 June 1998: Imaging of hard-
and soft-tissue structure In the oral cavity by optical coherence tomography
(文献4)OPTICS EXPRESS, Vol.3,No.6,14 September 1998: Dental OCT
(文献5)OPTICS EXPRESS, Vol.3,No.6,14 September 1998: In vivo OCT Imaging of hard and soft tissue of the oral cavity
図1は、実施の形態1におけるフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置(
以下、FD−OCT装置と称する)の構成の一例を表す図である。なお、FD−OCTは、Fourier−domain OCTの略である。
図1に示すように、スウェプトソース型のFD−OCT装置は、OCTユニット100、プローブユニット200および計算機27で構成されている。OCTユニット100には、光源15、ファイバカップラ19、参照ミラー24、光検出器41が設けられている。プローブユニット200には、ガルバノミラー20a、20b、レンズ21a、21bが設けられている。計算機27は、光源15、光検出器41、ガルバノミラー20と接続されている。計算機27は、例えば、パーソナルコンピュータ等のコンピュータであり、CPU等の演算部27b、ハードディスク等の記録部27cを少なくとも備えている。また、計算機27は、例えば、液晶パネル、CRT、PDP等の表示部27aを備えてもよい。
次に、図1に示すFD−OCT装置の動作について説明する。本実施形態では、被計測体22が、生体の顎口腔領域組織または、顎口腔領域の人工組成物である場合について説明する。また、以下の説明において、座標系を次のように定義する。図1に示すように、被計測体22においては計測光28の光軸方向すなわち被計測体22の深さ方向をz、z方向に垂直な平面をxy平面とする。ガルバノミラー20bのスキャン方向をy方向に、y方向に垂直な方向であって、ガルバノミラー20aのスキャン方向をx方向にとる。被計測体22以外の場所では被計測体22のx、y、zのそれぞれに光学的に対応する方向をx、y、zとする。光学的に対応するとは、ミラーやレンズ・光ファイバ等で空間的な方向が変化しても、光の進行方向をz、ガルバノミラー等で走査される方向をy、zとyの両方に垂直な方向をxとするということである。
図2は、計算機27の演算部27bが、計測した干渉光に基づいて、断面画像を生成する処理の例を示すフローチャートである。図2に示す例では、ステップS1〜3の処理が、各xy座標について繰り返される。ステップS1〜3において、演算部27bは、例えば、座標(xi、yi)で表される1つの計測点におけるz軸方向の反射強度の分布を求める。演算部27bは、まず、光検出器41が検出した干渉光の波長ごとの強度を取得する(ステップS1)。演算部27bは、例えば、座標(xi、yi)で反射した計測光28の反射成分と、参照光29との干渉光の強度を電流に変換した値を、光検出器41から取得する。ここで、光検出器41が出力する波数k(=2π/波長)の干渉光の強度を表す電流idet(k)は、例えば、下記(数1)で表される。
q : 電子の素電荷 (=1.6×10-19 クーロン)
hν : 光子エネルギー(νは振動数)
Pr : 参照光強度
P0 : 検出光強度
r(z) : 被写体のz方向の光反射係数の強度プロファイル
φ(z): 被写体のz方向の光反射係数の位相プロファイル
Γ(z): 光源光のコヒーレンス関数
k(t) : = 2π/λ(t) 光源光の波数(光源15により走査される)
上記(数1)において、第3項は、参照光29と計測光28の反射成分との干渉による光強度を表している。第1項および第2項は干渉によらないバックグラウンドの光強度を表している。なお、第1項および第2項は、次に述べるフーリエ逆変換でキャンセルされるが、検出系のダイナミックレンジやノイズには影響する。
l : 深さzのDFT(discrete Fourier transform)離散化番号
Δk : 光源の波数の走査幅
なお、上記(数1)〜(数3)による演算は、スウェプトソース型のFD−OCT装置だけでなく、スペクトルドメイン型のFD−OCT装置でも用いられる。また、演算部27bは、光検出器41から得られたデータをディスクリートフーリエ逆変換する際に、周知の高速フーリエ変換の手法を用いることが好ましい。
ここで補正係数C(zp)がゼロになる場合があるが、これは補正後のデータをもとに画像を表現する際にその場所の輝度が基準の値になることであり、輝度がゼロになる(真っ黒になる)ことを必ずしも意味しない。上記式(数4)〜(数7)はあくまで、深さ方向の計測光の減衰を補正するものでよく、最終的な画像の輝度を意味するものである必要はない。また、補正のための数式は上記式(数4)〜(数7)に限らないし、必ずしも数式で与えられた値で補正する必要もない。深さ方向の強度の補正を行うことそのものに意味がある。
上記の補正処理の例では、深さzpまたは深さzpに関する積分関数を用いた補正の例を示したが、例えば、演算部27bは、深さ方向の反射強度の分布を複数の層に分割し、各層の光の透過率(=減衰率)を表す透過係数を用いて、層ごとに反射強度を補正することもできる。図3は、層ごとに反射強度を補正する処理の流れを示すフローチャートである。
ップS32)。層H1において、表面22aから入射する計測光28の強度をIH1とすると、層H1へ入射した光のうち、層H1を透過する透過光の強度I´H1は、下記(数8)で表される。
を表す輝度bH1と層H1の最深部での反射強度を表す輝度b'H1および層H1の深さzH1を用いて、例えば、下記(数9)で算出することができる。
は上記に基づき、層H1の最表面の輝度bH1を用いてBH1=bH1に補正される。
次に、演算部27bが、光検出器41で検出されたデータに基づいて生成した被計測体22の画像を表示する場合の処理の例を説明する。図5は、演算部27bが、被計測体22の画像を表示する処理の一例を示すフローチャートである。図5に示すように、演算部27bは、被計測体22の形状を表す3次元データを記録部27cから取得する(ステップS41)。3次元データは、例えば、各座標における反射強度を表す値で表される。
次に、プローブユニット200の構造について説明する。図8(a)は、図1に示すプローブユニット200の内部構造を表す断面図である。プローブユニット200は、ハウジング47内に備えられたレンズ21a、21b、レンズホルダ210a、210b、ガルバノミラー20a、20b、ガルバノミラー駆動用モータ43a、43bおよびハウジング47外に設けられたマウスピース73およびマウスピースホルダ73aで構成される。
次に、図8(a)に示すプローブユニット200の外側に設けられているマウスピース73およびマウスピースホルダ73aについて説明する。図8(b)は、プローブユニット200をx軸方向から見た場合の平面図である。図8(a)および(b)に示すように、マウスピースホルダ73aは、プローブユニット200のハウジング47に固定されている。マウスピースホルダ73aの先には、マウスピース73が設けられている。マウスピース73のx軸方向から見た平面形状は、例えば、人間の歯列の形状に合うような、馬蹄形をしている。すなわち、マウスピース73は、歯列の形状に合わせて湾曲した形状を有する。また、マウスピースは特定の患者の歯列の印象(型)によって作成されたものが好適である。
マウスピースまたはシーネに、プローブユニット200の計測光28の出射口と被計測体22との間に、例えば、唇などの障害物が位置するのを防ぐための口角鉤を設けることができる。図12(a)は、口角鉤76が設けられたマウスピース73およびマウスピースホルダ73aのyz平面における断面図である。図12(b)は、図12(a)に示すマウスピースホルダ73aおよび口角鉤76のB−B線に沿う断面を示す図である。図12(a)および(b)に示すように、口角鉤76は、マウスピースホルダ73aを中心とするリングである。口角鉤76は、リングの内側とマウスピースホルダ73aとを接続する接続部76aによって、マウスピースホルダ73aに固定されている。
図13は、マウスピースの変形例を示す断面図である。図13に示すマウスピース78は、内部に空洞を有するように、筒状に形成されている。マウスピース78は、プローブユニット200からの計測光28がマウスピース78内部の空洞に照射されるように、プローブユニット200のハウジング47に固定されている。マウスピース78の側面には、計測光28が通るための穴78aが設けられている。また、マウスピース78の内部には、計測光28を穴78aへ導くための対物ミラー82eが設けられている。
図14は、本実施形態におけるプローブユニットの変形例を示す断面図である。図14に示すプローブユニット203は、ハウジング47から突出したガイド48をさらに備える。ガイド48の先端には、計測光28が出入りするための窓を有する光照射部48aが設けられている。計測光28が出入りするための窓は、光照射部48aのプローブユニット203側の面に設けられている。ガイド48および光照射部48aは、計測光28の進む向きを変更するための中間ミラー81aおよび対物ミラー82aを備える。
また、プローブユニットが、マウスピース73またはシーネコア75bに固定され、歯列に沿うべく形成されたガイドに沿って移動可能な構成にすることができる。例えば、図8(b)において、マウスピースホルダ73aおよびプローブユニット200がマウスピース73の形状に沿ってスライドする構造も好適である。
プローブユニット200と被計測体を固定する固定部材として、マウスピースやシーネの他に、例えば、スペーサを用いることができる。図17(a)は、スペーサを固定部材に用いた場合のプローブユニット200の断面図である。図17(a)に示す例では、スペーサ211がプローブユニット200に固定されている。スペーサ211の先端は、被計測体22に接するための面が形成されている。スペーサ211の長さは、レンズ21bの焦点距離に応じて決定される。すなわち、スペーサ211が被計測体22に接した状態で、レンズ21bによって集光される計測光28の焦点が被計測体22の表面または内部にくるように、前記スペーサ211の長さが決められる。
17(b)に示すプローブユニット203は、図14に示したプローブユニット203と同じである。図17(b)に示すプローブユニット203には、マウスピースホルダ77aおよびマウスピース77の替わりに、スペーサ211が設けられている。被計測体22をスペーサ211の一部に当てることにより、プローブユニット203の被計測体22に対する位置と方向を固定することができる。
図19は、本実施形態におけるプローブユニットの他の変形例を示すxz平面における断面図である。図19に示すプローブユニット204のハウジング471は、yz平面における断面が円形である円筒形に形成されている。プローブユニット204には、回転体131が取り付けられている。
図20は、回転体の変形例を示す断面図である。図20に示す回転体132は、可撓性のある材料で形成されている。そのため、回転体132の回転軸を曲げて、計測光28を照射する方向を調節できるようになっている。また、回転体132の回転軸方向の長さは、図19に示す回転体131に比べて長いことが好ましい。
図21は、スリーブの変形例を示す断面図である。図21に示すスリーブ163は、回転体132の照射口132aおよび先端部を全て覆うように回転体132の外周に設けられている。スリーブ163は回転体132の外周を覆う円筒であって、その先端部は、ドーム形状で塞がれている。スリーブ163と回転体132との間には、ベアリング162が設けられている。そのため、スリーブ163は、回転体132が回転しても、それに連動して回転しない。
図22は、実施の形態2におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図22において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。
図23は、実施の形態3におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図23において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。
図25は、本実施の形態における光源の構成を示す図である。本実施の形態における光源は、OCT装置に用いられる。例えば、図1に示すFD−OCT装置の光源15は、1台の単一波長光源である。これに対し、本実施の形態においては、光源15の代わりに、2以上の互いに異なる波長の光源56a、56b、56cを備える。光源56aは、例えば、830nmを中心波長とする光源、光源56bは、例えば、1300nmを中心とする光源、56cは、例えば、1600nmを中心とする光源である。光源56a、56b、56cは、例えば、チューナブルLD(Laser Diode)であってもよい。光源56a、56b、56cのうちOCT装置によって計測に使用される光源は、回転ミラー57の駆動によって、切り替えられる。すなわち、回転ミラー57の特定の角度に対応する位置に光源56a、56b、56cが配置される。回転ミラー57としてガルバノミラーを用いることができる。
図26は、実施の形態5におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図26において、図22に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。なお、本実施の形態は、図22に示すFD−OCT装置だけでなく、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置、または従来のOCT装置に適用することができる。
図27は、本実施の形態におけるOCT装置の参照ミラー付近の構成を示す図である。本実施の形態におけるOCT装置においては、参照光路上に位相変調素子を挿入すること、または参照ミラーを光軸方向に移動させることにより、参照光の位相が変化する。図27(a)は、参照光路上に位相変調素子を挿入する場合の装置の構成例を示す図である。図27(a)においては、参照ミラー24の前に位相変調素子62が挿入されている。位相変調素子62は、電気的な駆動信号により駆動する。位相変調素子62として、例えばラピッドスキャニングオプティカルディレイライン(RSOD)、音響光学素子、電気光学素子等が好ましく用いられる。
図28は、実施の形態7におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図28において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。なお、本実施の形態は、図1に示すFD−OCT装置だけでなく、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置、または従来のOCT装置に適用することができる。
図29は、実施の形態8におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図29において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。なお、本実施の形態は、図1に示すFD−OCT装置だけでなく、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置、または従来のOCT装置に適用することができる。
実施の形態9におけるOCT装置は、以下に説明する部分以外の部分は、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置または従来のOCT装置を適用することができるので、その説明を省略する。
Claims (2)
- 生体の顎口腔領域における組織または顎口腔領域の人工組成物を被計測体とする歯科用光コヒーレンストモグラフィー装置であって、
光源と、
前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測体に照射する計測光とに分ける光分割部と、
前記被計測体で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、
前記干渉光を計測する光検出部と、
前記光検出部が計測した干渉光に基づいて、前記被計測体で前記計測光が反射した位置および反射強度を表す反射特性データを生成し、前記被計測体の画像を生成する演算部と、
前記計測光を、前記被計測体へ導いて照射し、前記被計測体で反射した前記計測光を受光して前記干渉部へ導くプローブと、
前記プローブに、少なくとも1つの方向を回転軸として回転可能に取り付けられた回転体であって、前記回転軸と一定または可変の角度を有する方向へ前記計測光を照射する照射口を有する回転体と、
前記回転体を回転させる駆動部とを備える歯科用光コヒーレンストモグラフィー装置。 - 前記回転体に、ベアリングを介して覆うように設けられたスリーブであって、前記照射口から照射される計測光を通す窓を有するスリーブをさらに備える請求項1に記載の歯科用光コヒーレンストモグラフィー装置。
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