JP2017521120A - 着脱式ｏｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、顕微鏡や内視鏡の構造の変化なしに簡単に装着してＯＣＴシステムを実現することができるＯＣＴ装置に関するものであって、波長を可変して光学装置の光出力側に光を照射するチューナブルレーザ、チューナブルレーザから照射された光の経路上に設けられる第１ビームスプリッタ、第１ビームスプリッタを通過した光の経路上に設けられる参照ミラーを含む着脱式ＯＣＴ装置であって、光学装置の光出力側に装着される着脱式装置であることを特徴とする。

Description

本発明は、着脱式ＯＣＴ装置に関し、詳しくは、顕微鏡や内視鏡の構造の変化なしに簡単に装着してＯＣＴシステムを実現することができるＯＣＴ装置に関するものである。

ＯＣＴ装置は、赤外線帯域の光の干渉を用いて、人体の断層画像を撮影できる装置であって、技術開発の初期には光経路を機械的に変化させながら、１秒当り数フレーム(ｆｒａｍｅ)水準の画像を得ることができたが、現在には、波長可変レーザ及び高速デジタイザを活用した３次元ＯＣＴ技術の適用により、１秒当り数百フレームの断層画像が撮影できる水準に達するようになった。

図1に従来のＯＣＴ装置及びＯＣＴ装置が装着された顕微鏡が示されている。従来のＯＣＴ装置は、顕微鏡に入射される撮影対象物の光を迂回させて信号光と比較光との干渉信号で断層画像を撮影する。

しかし、図1に示す類型のＯＣＴは、信号光を迂回させるために顕微鏡などの本体と対物レンズＢとの間にＯＣＴ装置の一部（Ａ、ビームスプリッタなど）を介在させる必要があるため、装置の設置が難しく、顕微鏡のような精密装備の整列（ａｌｉｇｎ）が乱れる問題点がある。

図２にＯＣＴ装置が一体に形成された内視鏡が示されている。ＯＣＴ装置が一体に形成された内視鏡は、ＯＣＴ用光繊維、トランスデューサ及び光源用光繊維が内視鏡の内部に形成されて内視鏡とＯＣＴ装置の機能を同時に行うことができる。

しかし、図２に示す類型の一体型ＯＣＴ装置は、既存の一般の内視鏡を全て廃棄して代替しなければならないため、資源の浪費が激しいという問題点がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたものであり、本発明で解決しようとする課題は、設置及び分離が容易であり、且つ、顕微鏡などの既存の光学装備の変更を最小化した着脱式ＯＣＴ装置を提供することにある。

本発明による、波長を可変して光学装置の光出力側に光を照射するチューナブルレーザと、前記チューナブルレーザから照射された光の経路上に設けられる第１ビームスプリッタと、前記第１ビームスプリッタを通過した光の経路上に設けられる参照ミラーとを含む着脱式ＯＣＴ装置は、前記光学装置の光出力側に装着される着脱式装置であることを特徴とする。

本発明による着脱式ＯＣＴ装置は、既存の光学装備の光出力側に着用して使用するため、既存の光学装備の誤整列または破損の危険が著しく減少する。

また、既存の光学装備を維持した状態で本発明による着脱式ＯＣＴ装置を着用するため、既存の光学装備を廃棄せず使用することが可能である。

また、着脱が容易であるため、1つ以上の光学装備に移動して設けて使用することができる。

従来のＯＣＴ装置及びＯＣＴ装置が装着された顕微鏡である。 ＯＣＴ装置が一体に形成された内視鏡である。 本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第１実施形態の構造図である。 本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第２実施形態の構造図である。 本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第１実施形態が内視鏡に装着された使用状態図である。 本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第２実施形態が顕微鏡に装着された使用状態図である。

以下では、本発明による着脱式ＯＣＴ装置を添付の図面を通じてさらに詳細に説明する。

図３は、本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第１実施形態の構造図である。本発明による着脱式ＯＣＴ装置は、内視鏡または顕微鏡などの光学装備の光出力側（対眼レンズのような）に装着されて可視線イメージ及びＯＣＴイメージを同時に取得する装置であって、チューナブルレーザ１０、第１ビームスプリッタ２０、参照ミラー３０、第２ビームスプリッタ４０、バンドパスフィルタユニット５０、及びイメージディテクターユニット６０を含んで構成され、振動補償器７０及びイメージプロセッサ(図示せず)をさらに含んで構成され得る。

チューナブルレーザ１０は、人体組職を深さ別に断層撮影できるように波長を可変（ｔｕｎａｂｌｅ）しながら光出力側に光を照射して光学装備が測定しようとする測定対象物（人体など）で赤外線が反射（光出力側に入射された光が光学装備を通じて測定対象物に達する）できるようにする構成要素であって、波長は赤外線領域である７５０〜１３００ｎｍ区間で可変されるのが望ましい。波長が長いほど人体組職を浸透できる深さが深くなるため、短い波長から長い波長に波長を変換しながら光を照射することにより、組織の表面から所定の深さまで立体的な干渉信号を取得することができ、このような干渉信号を映像処理してＯＣＴを実現することができる。測定対象物から出射される可視線の光量が不足する場合、チューナブルレーザ１０は可視光を提供できるようにするために可視線領域のＬＥＤ、ランプなどをさらに含んで構成され得る。

第１ビームスプリッタ２０は、チューナブルレーザ１０から照射された光の一部を通過させて参照ミラー３０に向かうようにして参照光（位相基準面を設定する光）を生成し、一部を反射させて光出力側に向かうようにして信号光（光学装置の測定対象物で反射または出射されて測定対象物の情報が含まれた光）を生成し、参照ミラー３０で反射した参照光を反射させて光出力側で出射された信号光を通過させて第２ビームスプリッタ４０に向かうようにする構成要素である。このように第１ビームスプリッタ２０により生成された参照光と信号光を干渉させて測定対象物の情報を得ることができる。

参照ミラー３０は、第１ビームスプリッタ２０を通過した光を反射させて参照光、すなわち、位相が変化した信号光の比較対象になる光を生成する構成要素である。

第２ビームスプリッタ４０は、光出力側から出射された光及び参照ミラー３０から出射された光の一部を通過させ、一部を反射させて、光経路を２つに分離する構成要素である。第２ビームスプリッタ４０は、光出力側から出射された光が第１ビームスプリッタ２０を通過した光経路上に設けられるため、参照光と信号光が共に入射される。本発明による着脱式ＯＣＴ装置は、一般の光学装備の可視線とチューナブルレーザ１０による赤外線を同時に通過させるため、可視線と赤外線を別途に撮影するために赤外線イメージディテクター６２及び可視線イメージディテクター６４をそれぞれ備え、第２ビームスプリッタ４０が赤外線イメージディテクター６２及び可視線イメージディテクター６４に入射される光を分離する役割をする。

バンドパスフィルタユニット５０は、上記に言及された赤外線イメージディテクター６２及び可視線イメージディテクター６４に入射される光をフィルタリングする構成要素であって、第２ビームスプリッタ４０で分離された光のうちいずれか１つの経路上に設けられる赤外線帯域バンドパスフィルタ５２を含み、第２ビームスプリッタ４０で分離された光のうち他の１つの経路上に設けられる可視線帯域バンドパスフィルタ５４をさらに含んで構成され得る。本発明による着脱式ＯＣＴ装置において、赤外線イメージディテクター６２は、赤外線帯域の電磁気波のみ信号として受け入れる必要があるため、赤外線帯域を透過させる赤外線帯域バンドパスフィルタ５２が備えられなければならない。可視線帯域バンドパスフィルタ５４は選択的な構成要素であって、一般にＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージディテクターが可視線イメージを撮影するのに十分であるため、赤外線帯域の光を除くことにより、可視線イメージの純度を高めようとするときに備えられ得る。

イメージディテクターユニット６０は、赤外線イメージディテクター６２及び可視線イメージディテクター６４を含んで構成され、光の進行方向を基準に赤外線イメージディテクター６２は赤外線帯域バンドパスフィルタ５２の後方に設けられ、可視線イメージディテクター６４は第２ビームスプリッタ４０または可視線帯域バンドパスフィルタ５４の後方に設けられる。ここで、第２ビームスプリッタ４０の後方は、第１ビームスプリッタ２０で分離された光のうち赤外線イメージディテクター６２に入射される光ではなく他の光の進行経路上を意味する。

赤外線イメージディテクター６２は、７５０〜１３００ｎｍの波長区間で赤外線イメージを撮影する必要があるため、波長区間により他のタイプのイメージディテクターが用いられる。具体的には、７５０〜１１００ｎｍの波長区間では可視線イメージディテクター６４と同一に一般のＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージディテクターが用いられ得る。ただし、１１００ｎｍ以上の波長区間の赤外線は一般のＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージディテクターが検出できないので、ＩｎＧａＡｓイメージディテクターが用いられる。可視線イメージディテクター６４は、一般的なデジタルカメラなどに用いられるイメージディテクターであって、ＣＣＤまたはＣＭＯＳイメージディテクターが用いられる。

赤外線イメージディテクター６２は、複数備えられてＯＣＴイメージの品質を向上させることができる。例えば、２つの赤外線イメージディテクター６２を設けて撮影時間の同期を合わせて撮影する場合、単位時間当り２倍のイメージを得ることができるので、高品質のＯＣＴ映像を得ることができる。または、同一の品質のイメージを得ようとする場合、撮影時間を半分に短縮でき、振動による影響をそれほど受けないため、振動補償器７０の性能に対する制約から多少解放され得る。

可視線イメージディテクター６４は対眼レンズであってもよい。人の目も一種の可視線イメージディテクター６４と言えるため、対眼レンズを通じて可視線イメージを見ながら赤外線イメージディテクター６２で赤外線イメージを撮影できるＯＣＴ装置の実現が可能である。このような場合、人の目が可視線帯域バンドパスフィルタ５４の役割をするため、可視線帯域バンドパスフィルタ５４を除去することによりＯＣＴ装置の構成を単純にすることができる。

振動補償器７０は、レンズまたはイメージディテクターユニット６０の振動を補償する構成要素であって、振動を測定してレンズまたはイメージディテクターユニット６０の振動を機械的に補償するアクチュエーター（ハードウェアタイプ）または測定されたイメージをマッチングさせて映像補正を通じて振動を補償するプロセッサ（ソフトウェアタイプ）であり得る。本発明による着脱式ＯＣＴ装置において振動の補償が必要な理由は、ＯＣＴ装置の特性上、波長を可変させながら（すなわち、撮影の深さを可変させながら）複数のイメージを短時間に撮影することになるが、この時、振動や位置の変動が発生すると、立体映像に誤差が発生するからである。ハードウェアタイプの振動補償器７０は、実際に振動自体を物理的に相殺させるものであり、ソフトウェアタイプの振動補償器７０は、振動によりイメージに発生した誤差をイメージプロセッシングにより補償するものである。

イメージプロセッサ(図示せず)は、イメージディテクターユニット６０に連結されてイメージディテクターユニット６０で取得された可視線イメージ及び赤外線イメージの映像処理を行う構成要素である。イメージプロセッサの具体的な形態としては、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）、ＡＲＭなどがある。

図４は、本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第２実施形態の構造図である。本発明による着脱式ＯＣＴ装置は、両眼用光学装備の光出力側に装着される着脱式ＯＣＴ装置であって、チューナブルレーザ１０、一対の第１ビームスプリッタ２０、参照ミラー３０、一対の第２ビームスプリッタ４０、一対のバンドパスフィルタユニット５０、及び一対のイメージディテクターユニット６０を含んで構成され、振動補償器７０及びイメージプロセッサをさらに含んで構成され得る。本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第２実施形態は、本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第１実施形態を２つ並列結合して両眼用、すなわち、ステレオシステム（ｓｔｅｒｅｏ ｓｙｓｔｅｍ）で構成したと言える。よって、本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第２実施形態は顕微鏡のような装置に有用である。

赤外線と可視線を分離して撮影する必要があるため、第１ビームスプリッタ２０、第２ビームスプリッタ４０、バンドパスフィルタユニット５０、及びイメージディテクターユニット６０はそれぞれ一対が備えられる。チューナブルレーザ１０は一対が備えられてもよいが、同一の光線を撮影対象物に照射するのが望ましいので、１つのみ備えられるのが望ましい。また、参照ミラー３０は一対で構成され、それぞれ第１ビームスプリッタ２０の後方に設けられてもよく、１つの両面ミラーが設けられてもよい。振動補償器７０及びイメージプロセッサは、イメージディテクターユニット６０のそれぞれに１つずつ一対が備えられたり、一対のイメージディテクターユニット６０全体に１つが備えられ得る。

図５は、本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第１実施形態が内視鏡に装着された使用状態図であり、図６は、本発明による着脱式ＯＣＴ装置の第２実施形態が顕微鏡に装着された使用状態図である。本発明による着脱式ＯＣＴ装置１００が内視鏡、顕微鏡などの既存の光学装備に簡単に着脱できることがわかる。

Claims (15)

1. 波長を可変して光学装置の光出力側に光を照射するチューナブルレーザと、
   前記チューナブルレーザから照射された光の経路上に設けられる第１ビームスプリッタと、
   前記第１ビームスプリッタを通過した光の経路上に設けられる参照ミラーとを含む着脱式ＯＣＴ装置であって、
   前記光学装置の光出力側に装着される着脱式装置であることを特徴とする、着脱式ＯＣＴ装置。
2. 前記チューナブルレーザは、波長が７５０〜１３００ｎｍ区間であるレーザを用いることを特徴とする、請求項１に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
3. 前記光出力側から出射された光が前記第１ビームスプリッタを通過した光の経路上に設けられる第２ビームスプリッタをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
4. バンドパスフィルタユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
5. 前記バンドパスフィルタユニットは、前記第２ビームスプリッタで分離された光のうち第１経路上に設けられる可視線帯域バンドパスフィルタをさらに含んで構成されることを特徴とする、請求項４に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
6. 前記可視線帯域バンドパスフィルタの後方に配置される可視線イメージディテクターを含むイメージディテクターユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
7. 前記可視線イメージディテクターが対眼レンズであることを特徴とする、請求項６に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
8. 前記バンドパスフィルタユニットは、前記第２ビームスプリッタで分離された光のうち第２経路上に設けられる赤外線帯域バンドパスフィルタをさらに含んで構成されることを特徴とする、請求項４に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
9. 前記赤外線帯域バンドパスフィルタの後方に配置される赤外線イメージディテクターを含むイメージディテクターユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
10. 前記イメージディテクターユニットは、複数の赤外線イメージディテクターを備えることを特徴とする、請求項９に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
11. 前記イメージディテクターユニットの振動を補償する振動補償器をさらに含んで構成されることを特徴とする、請求項６または請求項９に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
12. 前記振動補償器は、振動を測定して前記イメージディテクターユニットの振動を機械的に補償するアクチュエーターであることを特徴とする、請求項１１に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
13. 前記振動補償器は、測定されたイメージをマッチングさせて映像補正を通じて振動を補償するプロセッサであることを特徴とする、請求項１１に記載の着脱式ＯＣＴ装置。
14. 請求項１ないし１０のうちいずれか一項による着脱式ＯＣＴ装置が２つ並列結合された、両眼用光学装備の光出力側に装着される着脱式ＯＣＴ装置。
15. 前記２つの着脱式ＯＣＴ装置のそれぞれの参照ミラーの代わりに単一の両面ミラーを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の着脱式ＯＣＴ装置。