JP2014178164A - 光断層画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光断層画像取得装置に関するもので、正確な断層画像を取得することを目的とするものである。
【解決手段】そしてこの目的を達成するために本発明は、光源２０と、この光源２０から出た光を、少なくとも一方と他方に分割する分割部２１と、この分割された一方の光を、光入出部２から測定対象に向けて照射し、その測定対象からの反射光を、この光入出部２から測定光として取り込むＯＣＴヘッド１と、前記測定対象を設置する設置部８と、を備え、前記ＯＣＴヘッド１の光入出部２を、前記設置部８に設置された測定対象を中心として、回動可能に支持する回動支持部１２を有する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば、医療用として活用される光断層画像取得装置に関するものである。

従来、医療用として活用される光断層画像取得装置の構成は、以下のような構成となっていた。

すなわち、光源と、この光源から出た光を分割する分割部と、この分割された一方の光を、光走査部によって照射位置を変えながらステージ上に設置された測定対象に向けて照射し、その測定対象からの反射光を、前記光走査部を経由して測定光として取り込むＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）ヘッドと、前記分割部によって分割された他方の光を反射する参照鏡と、この参照鏡から反射された光と、前記ＯＣＴヘッドが取り込んだ測定光と、を干渉させて干渉光を生成する干渉部と、この干渉部で生成された干渉光を演算処理して測定対象の断層画像情報を生成する断層画像用演算部と、を備えた構成となっていた（例えば、これに類似する技術は下記特許文献１に記載されている）。

特開２００９−２７６３２７号公報

上記従来例における課題は、正確な光断層画像が取得できないことであった。

すなわち、上記従来の光断層画像取得装置では、測定対象の断層画像情報を取得するために、光を測定対象に向けて照射し、その測定対象からの反射光を測定光としてＯＣＴヘッドより取り込んでいたが、例えば、測定対象として培養された細胞シートの断層画像情報を取得するためには、光を細胞シートに向けて照射し、その細胞シートからの反射光を測定光として取り込むのであるが、観察対象である細胞シートは、培養過程においてシャーレ内で培養液に浸されているので、シャーレの蓋部分や、培養液の界面からの後方反射光の影響によって、測定対象の細胞の断層画像が正確に取得できないという現象が発生した。

そこで本発明は、測定対象以外の後方反射光を低減し、正確な断層画像を取得することを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、光源と、この光源から出た光を、少なくとも一方と他方に分割する分割部と、この分割された一方の光を、光入出部から測定対象に向けて照射し、その測定対象からの反射光を、この光入出部から測定光として取り込むＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）ヘッドと、前記測定対象を設置する設置部と、前記分割部によって分割された他方の光の経路補正を行う参照鏡と、この参照鏡によって経路補正された光と、前記ＯＣＴヘッドが取り込んだ測定光と、を干渉させて干渉光を生成する干渉部と、この干渉部で生成された干渉光を演算処理して測定対象の断層画像情報を生成するとともに、表示部への出力をする断層画像用演算部と、を備え、前記ＯＣＴヘッドの光入出部を、前記設置部に設置される測定対象を中心として、回動可能に支持する回動支持部を有する構成とし、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、光源と、この光源から出た光を、少なくとも一方と他方に分割する分割部と、この分割された一方の光を、光入出部から測定対象に向けて照射し、その測定対象からの反射光を、この光入出部から測定光として取り込むＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）ヘッドと、前記測定対象を設置する設置部と、前記分割部によって分割された他方の光の経路補正を行う参照鏡と、この参照鏡によって経路補正された光と、前記ＯＣＴヘッドが取り込んだ測定光と、を干渉させて干渉光を生成する干渉部と、この干渉部で生成された干渉光を演算処理して測定対象の断層画像情報を生成するとともに、表示部への出力をする断層画像用演算部と、を備え、前記ＯＣＴヘッドの光入出部を、前記設置部に設置される測定対象を中心として、回動可能に支持する回動支持部を有する構成としたものであるので、正確な光断層画像を取得することができる。

すなわち、本発明の光断層画像取得装置では、測定光として、測定対象に光を照射し、この測定光に対する測定対象からの反射光を取り込んだ光を測定光として、測定対象の断層情報を取得するものであるが、測定対象に光を照射する際に、前記測定対象までに存在する界面（例えばシャーレの蓋、培養液界面）からの正反射を防ぐために前記測定対象に対してＯＣＴヘッドを傾斜できる回動支持部を備えているので、照射光と反射光をずらすことになり、測定対象までに存在する界面からの後方反射光の強度を低減できるため、正確な断層画像を取得することができるのである。

本発明の一実施形態の使用例を示す斜視図 その主要部の斜視図 その分解斜視図 その表示部の表示を示す図 その主要部の斜視図 その主要部の断面図 その電気的なブロック図 その主要部の上面図

以下、本発明の一実施形態を添付図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における光断層画像取得装置全体の外観斜視図を示す。

図１において、１はＯＣＴヘッドで、このＯＣＴヘッド１の下方には、光入出部２が装着されている。

ＯＣＴは、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：光干渉断層計の略語である。

このＯＣＴヘッド１は、ケーブル１ａを経由して、制御ボックス３と接続されている。そして、制御ボックス３は、演算ボックス４に接続されており、演算ボックス４は、表示部５としての液晶モニターに接続されている。そして、制御ボックス３は、操作部６としてのキーボードに接続された構成となっている。

次に、ＯＣＴヘッド１について、図２、図３を用いて説明する。

図２に示すように、ＯＣＴヘッド１の下方には、測定対象である細胞シートが入ったシャーレ７を保持する設置部８が設けられている。設置部８の構成は、測定対象をＺ方向に移動可能に保持する保持台９と、保持台９の下方には、ＸＹステージ１０が設けられており、保持台９をＸＹ方向に移動可能な構成となっている。つまり、設置部８は、測定対象をＸＹＺ方向に移動可能な構成となっているのである。

この設置部８は、台座１１の上に設置されており、同じく、台座１１には、ＯＣＴヘッド１が支持される構成となっている。

より具体的には、ＯＣＴヘッド１の光入出部２を、設置部８に設置された測定対象としてのシャーレ７内の細胞シートの測定点を回転中心として、回動可能に支持する回動支持部１２によって支持された構成となっている。

回動支持部１２の回動軸中心１３は、測定対象としてのシャーレ７内の細胞シートの測定点と同じ高さに設けられており、この回動軸中心１３を中心として、ＯＣＴヘッド１は回動するように構成されている。その結果、ＯＣＴヘッド１の光入出部２と、測定対象としてのシャーレ７内の細胞シートの測定点との距離は、回動しても常に一定の距離に保持されることになる。

このような構成とすることで、本実施形態の光断層画像取得装置では、照射光として、測定対象としてのシャーレ７内の細胞シートの測定点に光を照射し、この測定光に対する細胞シートの測定点からの反射光を取り込んで、この光を測定光として測定対象の断層情報を取得するものであるが、細胞シートの測定点に光を照射する際に、測定光が、細胞シートの測定点までの間に存在する界面として、例えばシャーレ７の蓋、培養液界面、などがある。

生細胞の観察には培養液中に設置した細胞を観察することが好ましい。しかしながら培養液表面はシャーレ７を傾けても水平を保つため反射を防げない。これに対して本実施形態構成では、ＯＣＴヘッド１を傾けることで培養液の表面反射が防ぐことができる。

これらの界面からの正反射を防ぐために、細胞シートの測定点に対してＯＣＴヘッド１を傾斜できる回動支持部１２を備えているので、照射光と反射光をずらすことになり、測定対象までに存在する界面からの後方反射光の強度を低減できるため、正確な断層画像を取得することができるのである。

図３は、ＯＣＴヘッド１の光学系の構成要素の構成図である。

図３では、制御ボックス３より、ケーブル１ａを経由して入力された測定用の近赤外光（１３１０ナノメートル）を平行光とするコリメータレンズ１４を有し、このコリメータレンズ１４からの近赤外光は、光走査部１５で一軸方向に走査され、続いて、それに直交する方向に移動後、再び一軸方向に走査される、つまり、従来のブラウン管テレビにおける画像形成のための走査状態と同じ状態で走査される。

そして、この走査された光が、波長分離プリズム１６を介して光入出部２より、図２に示す測定対象としてのシャーレ７内の細胞シートの測定点に照射される。

そして、細胞シートの測定点に照射された光は、照射時とは逆の経由で反射光として、光入出部２、波長分離プリズム１６、光走査部１５、コリメータレンズ１４、ケーブル１ａを介して、制御ボックス３、演算ボックス４を経て、表示部５に、図４のごとく、細胞シートの断面画像として表示される。

図５に細胞シートを入れるシャーレ７の斜視図、図６に細胞シート１８を入れた状態でのシャーレ７の断面図を示す。

上述したように、光入出部２より照射した測定光は、シャーレ７の上蓋７ａと、培養液１９の界面を経て、細胞シート１８に照射される。このときに、全ての光がシャーレ７の上蓋７ａと、培養液１９の界面を透過しないで、いくらかの光が後方反射光として測定光に混入してＯＣＴヘッド１側に返されてしまう。

その結果として、正確な測定対象の断層画像を表示できなくなってしまうのである。

その課題を解決するために、後方反射光からの正反射を防ぐために測定対象に対してＯＣＴヘッド１の光入出部２を傾斜できる回動支持部１２を備えているので、照射光と反射光をずらすことになり、測定対象までに存在する界面からの後方反射光の強度を低減できるため、正確な断層画像を取得することができるのである。

図７に本実施形態の光断層画像取得装置の制御ブロック図を示す。

まず、制御ボックス３内には、光源２０を備えており、この光源２０は波長掃引光源で、この光源２０から出た光は分割部２１で分割され、その一部がケーブル１ａを介して光走査部１５に供給され、細胞シート１８に対するＸ軸方向とＹ軸方向への走査が行われるものとなる。

また、分割部２１で分割された残りの光は、参照鏡２２で反射され、それが干渉部２３に供給される。干渉部２３では、参照鏡２２で反射された光と、光走査部１５、ケーブル１ａを介して戻った光とを干渉をさせて干渉光を生成する。この干渉光は、受光部２４で電気信号に変換し、さらにこの電気信号をＡ／Ｄ変換した後に、その結果を、制御部２５を経由して、演算ボックス４内の断層画像用演算部２６に供給する。

断層画像用演算部２６では、干渉光のＡ／Ｄ変換結果に対してＦＦＴ演算を行い、測定対象である細胞シート１８の表面形状と、その断層画像情報を取得する。

また、制御部２５は、ＯＣＴヘッド１内のカメラ部２７より取り込んだ画像情報について、観察画像用演算部２８を制御し、表示部５に観察画像をリアルタイムに表示させる。また、断層画像用演算部２６は、制御部２５で制御され、表示部５に断層画像を表示させる。

さて、図８に示すように、細胞シート１８は、光断層画像取得装置の光走査部１５の走査範囲よりも大きいので、複数回に分割して断層情報を取り込んで、これらの断層情報を合成して細胞シートの断層情報として表示している。

図８においては、４回の走査を行い、４枚の断層情報を合成している。この合成においては、図７における制御部２５が、設置部８に対して、細胞シート１８のＸＹＺ方向の位置の制御を行い、細胞シート１８の全体の形状認識を、断層画像用演算部２６内の形状認識処理部２９で行う。

次に、制御部２５は、形状認識処理部２９で算出した細胞シート１８の全体の形状について、どのように分割測定するかについての走査範囲を決定し、その走査範囲に従って設置部８のＸＹＺ方向の位置の制御を行いながら、細胞シート１８の分割情報を取り込んでいく。

次に、強度補正処理部３０において、光源２０の出力光のコヒーレント長、もしくは、デフォーカスによる反射強度補正により、細胞シート１８の複数の分割情報について、反射光の強度補正を行う。

次に、強度補正処理部３０において、補正された細胞シート１８の複数の分割情報を、画像結合処理部３１において結合、合成していく。

そして、断層画像処理部３２において、表示制御された１枚の画像情報が、表示部５に表示される構成となるのである。

この点において、更に詳しく説明をする。

光源の光はＯＣＴヘッド１の光入出部２から出力された後、測定対象である細胞シート１８に到達する過程でレンズのデフォーカスの影響や光干渉におけるコヒーレンス性の影響を受け干渉信号が減衰する。そのため同じ細胞シート１８であっても光入出部２に近い部分はより強く、遠い部分は弱い干渉信号となる。

今回のシステム構成では、ＯＣＴヘッド１の光入出部２を傾けるため、細胞シート１８の表面までの距離が走査位置によって異なるため、上記課題により正しい画像を得ることができない。

そこで、前記断層画像用演算部２６の強度補正処理部３０は、光入出部２から測定対象までの距離より算出した反射強度補正により、干渉信号の強度補正を行う構成とした。

光入出部２から測定対象までの距離と、反射強度補正値の関係は、製品の出荷時に、予め計測しておき、制御部２５の有するメモリに記録しておく。

このようにして、補正された細胞シート１８の複数の分割情報を、画像結合処理部３１において結合し、１枚の細胞シート１８全体の画像に合成し、その断層画像を断層画像処理部３２において、表示部５に表示制御するのである。

このようなプロセスを行うことで、複数に分割した情報を合成可能とする。さらには、光入出部２は測定対象に対して傾斜した状態で断層情報を取り込むので、測定対象の走査する面は、光入出部２からの距離が異なるため、この距離に応じて反射光の強度を補正することで正確な断層画像を取得することが可能となるのである。

以上のように本発明は、光源と、この光源から出た光を、少なくとも一方と他方に分割する分割部と、この分割された一方の光を、光入出部から測定対象に向けて照射し、その測定対象からの反射光を、この光入出部から測定光として取り込むＯＣＴヘッドと、前記測定対象を設置する設置部と、前記分割部によって分割された他方の光の経路補正を行う参照鏡と、この参照鏡からの経路補正された光と、前記プローブが取り込んだ測定光と、を干渉させて干渉光を生成する干渉部と、この干渉部で生成された干渉光を演算処理して測定対象の断層画像情報を生成するとともに、表示部への出力をする断層画像用演算部と、を備え、前記ＯＣＴヘッドの光入出部を、前記設置部に設置された測定対象を中心として、回動可能に支持する回動支持部を有する構成としたものであるので、正確な光断層画像を取得することができる。

すなわち、本発明の光断層画像取得装置では、測定光として、測定対象に光を照射し、この測定光に対する測定対象からの反射光を取り込んだ光を測定光として、測定対象の断層情報を取得するものであるが、測定対象に光を照射する際に、前記測定対象までに存在する界面（例えばシャーレの蓋、培養液界面）からの正反射を防ぐために前記測定対象に対してＯＣＴヘッドを傾斜できる回動支持部を備えているので、照射光と反射光をずらすことになり、測定対象までに存在する界面からの後方反射光の強度を低減できるため、正確な断層画像を取得することができるのである。

したがって、たとえば、細胞シート検査用の光断層画像取得装置として、広く活用が期待されるものである。

１ ＯＣＴヘッド
１ａ ケーブル
２ 光入出部
３ 制御ボックス
４ 演算ボックス
５ 表示部
６ 操作部
７ シャーレ
８ 設置部
９ 保持台
１０ ＸＹステージ
１１ 台座
１２ 回動支持部
１３ 回動軸中心
１４ コリメータレンズ
１５ 光走査部
１６ 波長分離プリズム
１８ 細胞シート
１９ 培養液
２０ 光源
２１ 分割部
２２ 参照鏡
２３ 干渉部
２４ 受光部
２５ 制御部
２６ 断層画像用演算部
２７ カメラ部
２８ 観察画像用演算部
２９ 形状認識処理部
３０ 強度補正処理部
３１ 画像結合処理部
３２ 断層画像処理部

Claims (8)

1. 光源と、この光源から出た光を、少なくとも一方と他方に分割する分割部と、この分割された一方の光を、光入出部から測定対象に向けて照射し、その測定対象からの反射光を、この光入出部から測定光として取り込むＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）ヘッドと、前記測定対象を設置する設置部と、前記分割部によって分割された他方の光の経路補正を行う参照鏡と、この参照鏡によって経路補正された光と、前記ＯＣＴヘッドが取り込んだ測定光と、を干渉させて干渉光を生成する干渉部と、この干渉部で生成された干渉光を演算処理して測定対象の断層画像情報を生成するとともに、表示部への出力をする断層画像用演算部と、を備え、
   前記ＯＣＴヘッドの光入出部を、前記設置部に設置される測定対象を中心として、回動可能に支持する回動支持部を有する構成とした光断層画像取得装置。
2. 前記ＯＣＴヘッドの光入出部は、設置部の上方に設けられており、前記回動支持部の回動軸中心は、測定対象と同じ高さに設けられた請求項１に記載の光断層画像取得装置。
3. 前記設置部は、測定対象を前記ＯＣＴヘッドの光入出部に対して可動となるよう構成した請求項１または２に記載の光断層画像取得装置。
4. 前記断層画像用演算部は、前記光入出部から測定対象までの距離より算出した干渉信号強度補正により、反射光の強度補正を行う構成とした請求項１から３のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。
5. 前記断層画像用演算部は、測定対象の断層画像情報を複数に分けて取得し、これら複数の断層画像情報を結合する構成とした請求項１から４のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。
6. 前記断層画像用演算部が断層画像情報を出力する表示部を備えた請求項１から５のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。
7. 前記光源から出力された光は近赤外光とした請求項１から６のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。
8. 前記測定対象が液中に設置されている請求項１から７のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。

Images