JP2015049169A - 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１０と、この光源１０から出た光を、少なくとも一方と他方に分割する分割部３１と、この分割された一方の光を走査する光走査部１４と、この光走査部１４で走査された光を光入出部３から測定対象に向けて照射し、その測定対象からの後方散乱光を、この光入出部３から測定光として取り込むＯＣＴヘッド２と、前記測定対象を設置する設置部５と、を備え、ＯＣＴヘッド２の光入出部３は、設置部５に設置した測定対象に対して下方より光を照射する構成とした。
【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後方散乱光を、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参照光と、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、上記上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後方散乱光を測定光としてＯＣＴヘッドより取り込んでいたが、測定対象が細胞シートのように、シャーレ内に配置されている状態では、上方より光を照射した場合、照射された光は細胞シートで前方散乱する。この前方散乱光は、細胞シートを透過することで、細胞シート下に存在するシャーレで反射し、このシャーレによる反射光の影響を受けるため、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、シャーレによる反射光を低減し、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走査する光走査部と、この光走査部で走査された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後方散乱光を、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参照光と、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ヘッドの光入出部は、設置部に設置した測定対象に対して下方より光を照射する構成とし、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走査する光走査部と、この光走査部で走査れた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後方散乱光を、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参照光と、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ヘッドの光入出部は、設置部に設置した測定対象に対して下方より光を照射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、測定対象であるシャーレ内に設置された細胞シートに光を照射し、細胞シートからの後方散乱光を測定光として解析することで、細胞シートの断層情報を取得するものであるが、細胞シートに光を照射した際に、照射された光は細胞シートで前方散乱する。この前方散乱光は、細胞シートを透過することで、細胞シート下に存在するシャーレで反射し、このシャーレによる反射光の影響を受ける。このシャーレによる前方散乱光の反射の影響を低減するために、測定対象に対してＯＣＴヘッドからの光を、シャーレ下方より細胞シートに照射する構成としたので、細胞シートによって前方散乱した光はシャーレに照射されなくなり、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 その主要部の断面図 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 その表示部の表示を示す図 その主要部の断面図 その主要部の断面図 その主要部の断面図 そのブロック図 その主要部の上面図 その主要部の上面図 本発明の一実施形態の使用例を示す斜視図 その主要部の断面図 その主要部の断面図 その主要部の斜視図 その主要部の斜視図 その干渉光の周波数スペクトラム図 その表示部の表示を示す図 そのブロック図 その表示部の表示を示す図 その主要部の断面図 その表示部の表示を示す図

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。

また、図２は、ＯＣＴ本体１の内部構造を示す断面図となっている。

図１において、１はＯＣＴ本体で、このＯＣＴ本体１の内部には、図２に示すところの、ＯＣＴヘッド２が収納されている。ＯＣＴヘッド２の上方には、光入出部３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。

光入出部３の上方には、細胞シートの入ったシャーレ４を設置するための設置部５が設けられている。

設置部５は、シャーレ４をほぼ水平に保持するための設置面を備えている。そして、この設置部５の上方には、設置部５に置かれたシャーレ４内の細胞シートを上から観察するためのカメラ部６が、カメラ保持部７に保持された状態で設けられている。

次に、ＯＣＴヘッド２内には、光入出部３からの入出力光を、測定対象である細胞シートに対して走査を行う光走査部１４が設けられている。この光走査部１４についての詳細は図３を用いて後述する。

ＯＣＴヘッド２の下方には、干渉計ユニット８が設けられている。干渉計ユニット８内には、図１において、ＯＣＴヘッド２とケーブル９で接続された光源１０からの光を、２つに分割する分割部と、参照鏡ユニットと、干渉部と、が設けられている。

分割部によって２つに分割された一方の光は、光入出部３から測定対象である細胞シートに向けて照射され、その測定対象からの反射光は、再び光入出部３から測定光として取り込まれる。分割部によって分割された他方の光は、参照鏡ユニットで経路補正が行われる。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が、干渉計ユニット８内に設けられている。

そして、光入出部３を測定対象に対して、ＸＹＺ軸において自在に可動させるためのＸ軸可動ステージ１１、Ｙ軸可動ステージ１２、Ｚ軸可動ステージ１３が設けられている。

ＯＣＴヘッド２内に設けた光走査部１４について、図３を用いて説明する。

図３では、光源１０より、ケーブル９を経由して入力された測定用の近赤外光（中心波長８５０ナノメートル）を平行光とするコリメータレンズ１５を有し、このコリメータレンズ１５からの近赤外光は、光走査部１４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、スキャンレンズ１６を介して光入出部３より、図２に示す測定対象としてのシャーレ４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、後方散乱光として照射時とは逆の経路を経由して、光入出部３、スキャンレンズ１６、光走査部１４、コリメータレンズ１５、ケーブル９を介して、分割部に入り、干渉部、受光部を経て、断層画像演算部で演算され、表示部に、図４のごとく、細胞シートの断面画像として表示される。このあたりの信号処理については、図１１において詳述する。

図５に細胞シートを入れるシャーレ４の斜視図、図６に細胞シートに照射された測定光の光路を示す。シャーレ４には、細胞シート１７と、培養液１８が入っている。光入出部３より照射した測定光１９は、シャーレ４の蓋を経て、細胞シート１７に照射され、後方散乱光２０が再び光入出部３に戻る。このとき、測定光１９は、細胞シート１７に照射されることで、前方散乱光２１も発生する。前方散乱光は、後方散乱光よりも光強度が強く、細胞シート１７のような測定対象が薄い場合、前方散乱光が十分な光強度を維持したまま測定対象を通過することが可能となる。細胞シート１７を通過した前方散乱光は、細胞シート１７と接しているシャーレ４の底板２２の上界面で反射し、反射光２３のような経路を経て、光入出部３に入力される。

その結果として、図７に示すように、細胞シート１７と接するシャーレ４の底板２２の上界面を示す断層画像２４は、細胞シートを示す断層画像２５よりも信号強度が強くなり、正確な断層画像が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、図８に示すように、光入出部３より照射した測定光１９を設置部５およびシャーレ４の底板２２を経て細胞シート１７に照射することによって、細胞シート１７で発生する前方散乱光２１は、シャーレ４に照射されなくなり、シャーレ４での反射光による断層画像への影響を低減させることができるのである。

さらに、シャーレ４内に培養液１８を注入することにより、シャーレ４の底板２２の上界面における屈折率変化が小さくなり、シャーレ４の底板２２の上界面からの反射光を低減させることができる。培養液１８の屈折率は、シャーレ４の屈折率に近い程、シャーレ４の底板２２の上界面からの反射光を低減させることができる。

図９に光入出部３より照射された測定光の光線軌跡を示す、上述したように、ＯＣＴヘッド２の光入出部３から出力される光の光軸をシャーレ４の底板２２に対して垂直に照射すると、マージナル光線２６はシャーレ４の底板２２で正反射し、正反射光線２８のような光路をたどる。これによってシャーレ４の底板２２で正反射した正反射光線２８は、ケーブル９に入力され、受光部で光電変換する際にサチレーションが発生してしまう。

その結果として、正確な測定対象の断層画像が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、図１０のようにＯＣＴヘッド２の光入出部３から出力される光の光軸と、シャーレ４の底板２２の垂線からなる光軸角２９を、スキャンレンズ１６の集光角３０より大きくすることによって、シャーレ４の底板２２における正反射光線２８がケーブル９に入力されなくなり、測定対象までに存在する界面からの反射光の強度を低減でき、正確な断層画像が取得することができる。

より具体的には、設置部５の設置面に対する垂線に対して、ＯＣＴヘッド２の光入出部３から出力される光の光軸を傾斜させ、その傾斜角をスキャンレンズ１６の集光角３０より大きくすることによって、正確な断層画像が取得できるのである。

図１１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、光源１０は波長掃引光源で、この光源１０から出た光は、干渉計ユニット８内に設けられた分割部３１で分割され、その一方の光がケーブル９を介して光走査部１４に供給され、細胞シート１７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３１で分割された残りの光は、参照鏡ユニット３２で反射され、それが干渉部３３に供給される。干渉部３３では、参照鏡ユニット３２で反射された光と、光走査部１４、ケーブル９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３４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３５を経由して、パーソナルコンピュータ３６内の断層画像用演算部３７に供給する。

断層画像用演算部３７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１７の表面形状と、その断層画像情報を取得する。

また、設置部５に置かれたシャーレ４内の細胞シート１７を上から観察する為のカメラ部６が設けられている。

このカメラ部６より取り込んだ画像情報について、カメラ画像用演算部３８を制御し、表示部３９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３７は、制御部３５で制御され、表示部３９に断層画像を表示させる。

さて、図１２に示すように、細胞シート１７は、光断層画像取得装置の光走査部１４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１２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１１における制御部３５が、設置部５に対して、細胞シート１７のＸＹＺ方向の位置の制御を行い、細胞シート１７の全体の形状認識を、断層画像用演算部３７内の形状認識処理部４０で行う。

次に、制御部３５は、形状認識処理部４０で算出した細胞シート１７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Ｘ軸可動ステージ１１、Ｙ軸可動ステージ１２、Ｚ軸可動ステージの制御を行いながらＯＣＴヘッド２の位置を移動させ、細胞シート１７の分割情報を取り込んでいく。

次に、強度補正処理部４１において、光源１０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１７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４１において、補正された細胞シート１７の複数の分割情報を、画像結合処理部４２において結合、合成していく。

そして、断層画像処理部４３において、表示制御された１枚の画像情報が、表示部３９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１０の光はＯＣＴヘッド２の光入出部３から出力された後、測定対象である細胞シート１７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１７であっても光入出部３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２の光入出部３を傾けるため、細胞シート１７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３７の強度補正処理部４１は、光入出部３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３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３５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１７の複数の分割情報を、画像結合処理部４２において結合し、１枚の細胞シート１７全体の画像に合成し、その断層画像を断層画像処理部４３において、表示部３９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３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３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。

（実施の形態２）
次に本発明の他の実施の形態による光断層画像取得装置について説明する。全体のブロック図に関しては第１の実施の形態と同様である。以下、上記実施の形態１の光断層画像取得装置と異なる部位について説明する。

図１に示すようにカメラ部６は、設置部５をはさんで、前記ＯＣＴヘッド２の光入出部３と対向する位置に、設けられている。本実施形態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後方散乱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している。この測定光は、波長が１．１ｕｍ以下の近赤外線を用いているが、波長が１．１ｕｍ以下の場合、Ｓｉディテクタが使用できる。カメラ部６の検出器にＳｉディテクタが使用されることが多く、Ｓｉディテクタは可視光から近赤外の光を検出できるので、本実施の形態に有効である。

そこで、本実施形態では、測定対象のＯＣＴヘッド２の光入出部３とは反対側に設けたカメラ部６によって、ＯＣＴヘッド２から測定対象に照射された光を観察可能としたので、測定対象のどの部分の光断層画像を取得しているのかを認識することができるのである。

図１３に、細胞シート１７における走査状態を示す。

まず図１３（ａ）においては、制御部３５が、光走査部１４を細胞シート１７に対してＸＹ方向の位置制御を行い、細胞シート１７の走査範囲を囲むように、ＯＣＴヘッド２の光入出部３から近赤外線の照射を行う。この状態において、制御部３５はカメラ部６に対して、露光時間を光走査部１４の走査周期の１倍以上となるよう露光制御を行う。その結果として、カメラ部６によって映された映像は、図１３（ｂ）のごとく、近赤外線の軌跡が走査範囲を示すようにカメラ部６によって映像化されることとなる。

次に、図１３（ｃ）に示すように、光走査部１４は、細胞シート１７の走査範囲に対して、走査を行い、断層画像を取り込んでいく。

この走査する間においても、制御部３５はカメラ部６に対して露光状態となるよう制御を行うことによって、カメラ部６が撮った映像において、どの箇所を走査したかが認識可能となるのである。

以上のように、本実施形態では、測定対象のＯＣＴヘッド２の光入出部３とは反対側に設けたカメラ部６によって、ＯＣＴヘッド２から測定対象に照射された光を観察可能としたので、測定対象のどの部分の光断層画像を取得しているのかを認識することができるのである。

（実施の形態３）
本発明のさらに他の実施の形態による光断層画像取得装置について説明する。以下、上記実施の形態２の光断層画像取得装置と異なる部位について説明する。

図１４は、本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。

また、図１５は、ＯＣＴ本体１の内部構造を示す断面図となっている。

上記実施の形態２では、設置部５の上方にはカメラ部６が設置されていたのに対し、本実施の形態においては、設置部５の上方にはカメラ部６に代わって顕微鏡ヘッド４４が設置されている。

顕微鏡ヘッド４４には、照明部４５、対物レンズ４６、ハーフミラー４７、ＣＣＤカメラ４８からなり、照明部４５から出た照明光４９は、対物レンズ４６を通って測定対象に集光され、測定対象から反射した光は、対物レンズを通って、ＣＣＤカメラ４８上に結像する。顕微鏡ヘッド４４は、測定対象から反射された照明光４９を検出することで測定対象の外観を観察することが可能となる。

図１６に細胞シート１７の観察の様子を示す断面図を示す。

上述したように、ＯＣＴヘッド２の光入出部３より照射した測定光１９は、シャーレ４の底板２２を介して測定対象である細胞シート１７に照射される。測定光１９の一部は細胞シート１７で後方散乱し、光入出部３へと入力される。一方、シャーレ４の上方から顕微鏡ヘッド４４に付随する対物レンズ４６から照明光４９が照射される。照明光４９は、対物レンズ４６によって、細胞シート１７の表面近傍に集光される。照明光４９は細胞シートの表面で反射され、対物レンズ４６を通って顕微鏡ヘッド４４内のＣＣＤカメラ４８の撮像面上に集光する。これによって細胞シート表面の拡大像をＣＣＤカメラの撮像信号として観察できる。一方、照明光４９の一部は、細胞シート１７を透過して、ＯＣＴヘッド２の光入出部３に入力される。顕微鏡ヘッド４４の照明光４９をＯＣＴヘッド２の光入出部３に入力することで、顕微鏡ヘッド４４の観察部分とＯＣＴヘッド２の観察部の位置関係を把握することが可能となる。

上述したように、シャーレ４の底板２２での測定光の反射の影響を抑圧するために、測定光の光軸角２９をスキャンレンズ１６の集光角３０よりも広い角度で傾けることが望ましい。一方、顕微鏡ヘッド４４の照明光４９を効率よく検出するためには、顕微鏡ヘッド４４の対物レンズ４６の集光角５０より小さい角度で測定光の光軸角２９を傾けることで、照明光４９の検出精度が向上する。すなわち、測定光の光軸角２９は、スキャンレンズ１６の集光角３０よりも大きく、顕微鏡ヘッド４４の対物レンズ４６の集光角５０よりも小さいことが望ましい。

次に顕微鏡ヘッド４４の観察部分とＯＣＴヘッド２の観察部の位置関係を把握する方法について図１７を用いて説明する。

図１７はＯＣＴヘッド２のみで細胞シート１７を観察している場合、図１８はＯＣＴヘッド２と顕微鏡ヘッド４４の両方を用いて細胞シート１７を観察している場合、の構成斜視図である。

図１７において、ＯＣＴヘッド２から出力した測定光１９は、測定対象である細胞シート１７の下方から照射される。細胞シート１７で散乱した光の一部は、後方散乱となって測定光としてＯＣＴヘッド２の光入出部３に入力される。光入出部３に入力された測定光は、参照光と干渉させ、干渉信号となり、この干渉信号から深さ方向の情報を求めることで断層画像を構築する。さらに、測定光１９を２次元で走査することで細胞シート１７の３次元情報を得ることが可能となる。

次に、ＯＣＴヘッド２と顕微鏡ヘッド４４の両方を用いて観察した場合について図１８を用いて説明する。

顕微鏡ヘッド４４から出力された照明光４９は、対物レンズ４６で細胞シート１７の表面に集光される。集光された照明光４９は細胞シート１７を透過して、ＯＣＴヘッド２の光入出部３に入力される。照明光４９がＯＣＴヘッド２の光入出部３に入力されると、強いノイズ成分となって干渉信号に影響する。

図１９おいて干渉信号をフーリエ変換した結果を示す。干渉信号をフーリエ変換することによって、周波数と散乱光強度の関係が求まる。周波数は、深さ方向の距離に比例する。通常の干渉信号は、図１９（ａ）に示すように深さ方向に散乱光強度が変化する信号である。これに対して、顕微鏡ヘッド４４の照明光４９がＯＣＴヘッド２の光入出部３に入力されると、大きなノイズが発生して図１９（ｂ）に示すように信号が飽和したような状態になることが分かった。図１９（ａ）と図１９（ｂ）の信号を比較することで、照明光４９が照射されている位置を特定することができる。

図２０（ａ）はＯＣＴヘッド２のみで観察した場合、図２０（ｂ）はＯＣＴヘッド２と顕微鏡ヘッド４４の両方で観察を行った場合、のＯＣＴで観察した２次元の断層画像を示す。

図２０（ｂ）に示すように、照明光４９が照射された部位では、信号が飽和して白い線となっており、照明光４９の照射位置が検出できている。これにより、顕微鏡ヘッド４４の観察部位とＯＣＴヘッド２の観察部位の位置関係を把握することが可能となる。

図２１に本実施の形態の光断層画像取得装置の制御ブロック図を示す。
上述したように、まず、光源１０は波長掃引光源で、この光源１０から出た光は、干渉計ユニット８内に設けられた分割部３１で分割され、その一方の光がケーブル９を介して光走査部１４に供給され、細胞シート１７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３１で分割された残りの光は、参照鏡ユニット３２で反射され、それが干渉部３３に供給される。干渉部３３では、参照鏡ユニット３２で反射された光と、光走査部１４、ケーブル９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３４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３５を経由して、パーソナルコンピュータ３６内の断層画像用演算部３７に供給する。

断層画像用演算部３７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１７の表面形状と、その断層画像情報を取得する。

また、設置部５に置かれたシャーレ４内の細胞シート１７を上から観察する為の顕微鏡ヘッド４４が設けられている。

この顕微鏡ヘッド４４で取り込んだ画像情報は、顕微鏡画像演算部５１に供給される。制御部３５は、顕微鏡画像演算部５１を制御し、表示部３９に顕微鏡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３７は、制御部３５で制御され、表示部３９に断層画像を表示させる。

一方、制御部３５は、照明部４５をオン／オフ制御を行い、位置検出部５４は、照明部４５がオンの場合の断層画像と、照明部４５がオフの場合の断層画像を比較し、ＯＣＴヘッド２の観察部と顕微鏡ヘッド４４の観察部の位置関係を検出する。この位置関係をもとに、画像合成部５５が断層画像と顕微鏡の表面画像を合成することで、断層画像と顕微鏡画像を合成することができる。

さらに、顕微鏡ヘッド４４の照明部４５から照射された部位を高速で検出するためには、光走査部１４においてＯＣＴの測定光を高速に走査するとともに、制御部３５が顕微鏡ヘッド４４の照明部４５をスイッチング制御し、照明部４５をオンの場合とオフの場合の干渉信号を高速で取得して比較することが望ましい。制御部３５が照明部４５をスイッチング制御しながらＯＣＴの干渉信号を比較することで、顕微鏡ヘッド４４の観察位置を求めることができるのである。

なお、光源１０に使用する光源の種類は、波長掃引型の光源、広帯域のスーパルミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、ハロゲンランプ、スーパコンディニアム光源（ＳＣ光源）など、スペクトル幅の広い高原であれば同様に使用できる。ＳＬＤは各種波長の光源が低価格で入手可能なので有用である。

さて、図２２に示すように、ＯＣＴヘッド２による断層画像５２は、顕微鏡画像５３よりも大きいので、複数回に分割して顕微鏡画像を取り込んで、これらの画像を断層画像に合成して表示している。

顕微鏡ヘッド４４、ＯＣＴヘッド２ともに一度に観察できる範囲が限られているので、複数回に分けて観察して、大きな面積の測定対象の全体像を把握することも可能である。また、ＯＣＴ観察によって見つかった注目点のみ詳細な顕微鏡画像を取得して表示することも可能である。大面積の測定には測定時間が長くなり、かつ、大面積で詳細な画像を取得するとメモリ使用量が膨大になってしまう。ＯＣＴで全体像を把握し、必要な部分のみ詳細な顕微鏡画像を取得して合成することで測定時間の短縮、使用メモリの削減が可能となる。

なお、顕微鏡ヘッド４４の顕微鏡としては、通常の光学顕微鏡以外に、共焦点顕微鏡、干渉顕微鏡、蛍光顕微鏡、位相差顕微鏡など、他の顕微手段で測定した２次元データも同様の手法でＯＣＴの３次元画像と合成することが可能である。蛍光顕微鏡や共焦点は光源としてレーザ光を使う場合が多い。レーザ光は指向性があって、散乱光が強いため、ＯＣＴの干渉信号への影響が大きくなるので、より簡単に観察位置を特定することができる。また微少領域に集光するため、位置精度が向上して正確な位置関係が把握できる。

さらに、蛍光顕微鏡では、蛍光発光している部分のみの形状しか検出できないため、全体の組織構成と蛍光部分の関係把握が難しい。これに対して、ＯＣＴの３次元画像で周辺構造との関係がリアルタイムに検出できると、生体の構造などがより詳細に分析できる。レーザ光をスイッチングして、照明光のノイズ信号の有無を高速で検出することで合成画像取得の高速化ができる。

なお、ＯＣＴの測定波長は１．１ミクロン以下の波長が好ましい。ＯＣＴの測定波長が１．１ミクロン以下の場合、ＯＣＴの検出器はＳｉディテクタが使用できる。Ｓｉディテクタは可視光の測定が可能であるため、一般の顕微鏡照明光に利用される可視から近赤外の光を検出できるので本件の構成に有効である。

さて、本実施の形態では、測定対象に対してＯＣＴヘッド２からの光を、シャーレ４の下方より細胞シートに照射する構成としたものであるが、これは、上方より光を照射した場合、照射された光は細胞シートで前方散乱し、この前方散乱光は、細胞シートを透過することで、細胞シート下に存在するシャーレで反射し、このシャーレによる反射光の影響を受けるため、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という課題を解決する手段である。

さらには、シャーレ４の上面内側に付着した水滴による影響で、正確な断層画像が取得できないという課題もある。

図２３、図２４にこの課題について示す。

細胞シートは、インキュベータ内で３７℃環境下で培養されており、測定の際にインキュベータから外に出すと外気との気温差でシャーレ４の上蓋が結露し、水滴５６が発生する。この状態で、シャーレ４の上方から測定光１９を照射すると、水滴５６によって測定光１９が散乱し、ノイズとして断層画像に表示される、確な断層画像が取得できなくなる。

図２４は、このような状況下で計測した断層画像の表示結果であるが、水滴５６によって散乱した光をＯＣＴヘッドが取り込むことによって、図２４に示すように画面全体にノイズが発生してしまい、正確な断層画像が取得できないのである。

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走査する光走査部と、この光走査部で走査れた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後方散乱光を、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参照光と、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ヘッドの光入出部は、設置部に設置した測定対象に対して下方より光を照射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、測定対象であるシャーレ内に設置された細胞シートに光を照射し、細胞シートからの後方散乱光を測定光として解析することで、細胞シートの断層情報を取得するものであるが、細胞シートに光を照射した際に、照射された光は細胞シートで前方散乱する。この前方散乱光は、細胞シートを透過することで、細胞シート下に存在するシャーレで反射し、このシャーレによる反射光の影響を受ける。このシャーレによる前方散乱光の反射の影響を低減するために、測定対象に対してＯＣＴヘッドからの光を、シャーレ下方より細胞シートに照射する構成としたので、細胞シートによって前方散乱した光はシャーレに照射されなくなり、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本体
２ ＯＣＴヘッド
３ 光入出部
４ シャーレ
５ 設置部
６ カメラ部
７ カメラ保持部
８ 干渉計ユニット
９ ケーブル
１０ 光源
１１ Ｘ軸可動ステージ
１２ Ｙ軸可動ステージ
１３ Ｚ軸可動ステージ
１４ 光走査部
１５ コリメータレンズ
１６ スキャンレンズ
１７ 細胞シート
１８ 培養液
１９ 測定光
２０ 後方散乱光
２１ 前方散乱光
２２ 底板
２３ 反射光
２４ 断層画像
２５ 断層画像
２６ 測定光のマージナル光線
２７ 測定光の光軸
２８ 正反射光線
２９ 光軸角
３０ 集光角
３１ 分割部
３２ 参照鏡ユニット
３３ 干渉部
３４ 受光部
３５ 制御部
３６ パーソナルコンピュータ
３７ 断層画像用演算部
３８ カメラ画像用演算部
３９ 表示部
４０ 形状認識処理部
４１ 強度補正処理部
４２ 画像結合処理部
４３ 断層画像処理部
４４ 顕微鏡ヘッド
４５ 照明部
４６ 対物レンズ
４７ ハーフミラー
４８ ＣＣＤカメラ
４９ 照明光
５０ 集光角
５１ 顕微鏡画像演算部
５２ 断層画像
５３ 顕微鏡画像
５４ 位置検出部
５５ 画像合成部
５６ 水滴

Claims (9)

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走査する光走査部と、前記走査部で走査された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後方散乱光を、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参照光と、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ヘッドの上方に前記測定対象を設置する設置部を設け、前記設置部の下方から、前記測定対象に向けて前記ＯＣＴヘッドの光入出部から光を照射する構成とした光断層画像取得装置。
2. 前記ＯＣＴヘッドの光入出部から照射される光の光軸を、前記設置部の設置面に対する垂線に対して角度を有する構成とした請求項１に記載の光断層画像取得装置。
3. 前記ＯＣＴヘッドの光入出部から照射される光の光軸と、前記設置部の設置面に対する垂線に対しての角度は、前記ＯＣＴヘッドの照射光学系の集光角よりも大きい構成とした請求項２に記載の光断層画像取得装置。
4. 前記ＯＣＴヘッドは、前記設置部に対して可動となるよう構成した請求項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、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５のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。
7. 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６のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。
8. 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７のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。
9. 前記測定対象が液中に設置されている請求項１から８のいずれか一つに記載の光断層画像取得装置。

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