JP3325061B2 - 光断層イメージング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の波長の光を用い
て被写体の濃度に対する分布像を得る光断層イメージン
グ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生体組織を診断する場合、その組
織の表面状態の光学的情報を得るイメージング装置の他
に、組織内部の光学的情報を得ることのできる光ＣＴ装
置が提案されている。

【０００３】光ＣＴ装置としてはピコ秒オーダの光パル
スを用いて、生体内部の情報を検出し、断層像を得る従
来例がある。この従来例の概略の構成を図１３に示す。

【０００４】光パルス発生装置２０１で発生されたピコ
秒オーダの光パルスは、ミラー２０２で反射され、レン
ズ２０３、ハーフミラー２０４を介して光ファイバ２０
５の一方の端面に入射され、この光ファイバ２０５によ
り他方の端面（先端面）に伝送され、この先端面からさ
らにレンズ２０６を介して生体２０７側に出射される。

【０００５】この先端面付近には走査手段２０８が設け
てあり、矢印で示すように先端面は走査手段２０８によ
り走査される。生体２０７側で反射された光はレンズ２
０６により集光され、光ファイバ２０５の先端面に入射
される。この光はハーフミラー２０４で一部が反射さ
れ、レンズ２０９で集光され、光ファイバ２１０を介し
てストリークカメラ２１１に入射される。

【０００６】このストリークカメラ２１１によって時分
割で光パルスが検出され、この検出された信号はコンピ
ュータ２１２に出力される。このコンピュータ２１２は
時分割された信号により、生体２０７の深さ方向での反
射率強度を走査手段２０８により光走査された方向の各
位置で求め、映像信号に変換してモニタ２１３に出力
し、モニタ画面上に断層像を表示させる。

【０００７】一方、最近になって、低干渉性光を用いて
被検体に対する断層像を得る干渉型ＯＣＴ（オプティカ
ル・コヒーレンス・トモグラフィ）が例えばＳｃｉｅｎ
ｃｅＶｏｌ．２５４、１１７８（１９９１）に提案され
ている。

【０００８】この干渉型ＯＣＴの構成を図１４に示す。
低干渉性の光源としての超高輝度発光ダイオード（以
下、ＳＬＤと略記）２２１は例えば可干渉距離が１７μ
ｍ程度で８３０ｎｍの波長の光を発生し、この光はシン
グルモード光ファイバ２２２ａの一方の端面から入射
し、他方の端面（先端面）側に伝送され、先端面からレ
ンズ２２３を介してサンプル２２４側に出射される。

【０００９】このシングルモード光ファイバ２２２ａは
途中のカップラ２２５で他方のシングルモード光ファイ
バ２２ｂと光学的に結合されている。従って、このカッ
プラ２２５部分で２つに分岐されて伝送される。シング
ルモード光ファイバ２２２ａの（カップラ２２５より）
先端側は、ジルコン酸鉛のセラミックス（ＰＺＴと略
記）２２６等の圧電素子に巻回され、図示しない発振器
から駆動信号が印加され、光ファイバ２２２ａを振動さ
せることにより伝送される光を変調する変調器を形成し
ている。

【００１０】従って、変調された光が光ファイバ２２２
ａの先端面からサンプル２２４側に出射される。光ファ
イバ２２２ａの先端面はレンズ２２３と共に、移動され
る。サンプル２２４側で反射された光は、光ファイバ２
２２ａの先端面に入射され、さらにカップラ２２５で他
方の光ファイバ２２２ｂに移り、検出器２２７で検出さ
れる。

【００１１】この検出器２２７には光ファイバ２２２ｂ
の先端面からレンズ２２８を経てミラー２２９で反射さ
れたＳＬＤ２２１の光、つまり参照光も入射される、つ
まり検出器２２７にはサンプル２２４で反射された測定
光とミラー２２９で反射された参照光が入射される。ミ
ラー２２９は矢印で示すように光路長を変化させる方向
に移動され、サンプル２２４側で反射された光の光路長
とミラーで反射された光路長と殆ど等しい光が干渉す
る。

【００１２】検出器２２７の出力は復調器２３１に入力
され、復調されて干渉した光の信号が抽出され、ＡＤコ
ンバータ２３２でデジタル信号に変換された後、コンピ
ュータ２３３に入力され、断層像に対応した画像データ
が生成され、図示しないモニタにて表示される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図１３及び図１４の従
来例は単一波長の光で断層像を得るため、構造的な情報
しか得られない。つまり、生体組織における酸素飽和度
等の機能的情報を得ることができないという問題があっ
た。

【００１４】本発明は、上述した点にかんがみてなされ
たもので、生体組織における酸素飽和度等の機能的情報
を得ることのできる光断層イメージング装置を提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の第１の光断層イメージング装置は、酸化ヘモグ
ロビンの吸光係数と還元ヘモグロビンの吸光係数とが互
いに異なる第１の波長の低干渉性光と、前記第１の波長
とは異なる所定の第２の波長の低干渉性光とを照射させ
る低干渉性光発生手段と、前記被写体に照射された低干
渉性光における被写体内部で反射された反射光をその深
さ方向で分離して検出する反射光検出手段と、前記反射
光検出手段の出力信号における異なる波長成分間での演
算を行う波長成分演算手段と、前記波長成分演算手段の
出力結果を用いて断層像を構築する画像化手段と、を有
することを特徴とする。前記目的を達成するため本発明
の第２の光断層イメージング装置は、少なくとも２つの
異なる波長の低干渉性光を被写体に照射させる低干渉性
光発生手段と、前記被写体に照射された低干渉性光にお
ける被写体内部で反射された反射光をその深さ方向で分
離して検出する反射光検出手段と、前記反射光検出手段
の出力信号における異なる深さ成分間での演算を行う深
さ成分演算手段と、前記反射光検出手段の出力信号にお
ける異なる波長成分間での演算を行う波長成分演算手段
と、前記深さ成分演算手段及び波長成分演算手段の出力
結果を用いて断層像を構築する画像化手段と、を有する
ことを特徴とする。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の第１実施例の光断層イメージング
装置を示す。この第１実施例の光断層イメージング装置
１は２つの波長の光を発生し、測定光と参照光とを干渉
させた信号として検出する光干渉部２と、この光干渉部
２から出力される信号に対して信号処理を行い、光断層
像に対応した映像信号を生成する信号処理部３と、信号
処理部３から出力される映像信号を表示する表示装置４
とから構成される。

【００１７】光干渉部２内に設けた光発生部５は、互い
に異なる波長λ１、λ２の低干渉性の光をそれぞれ発生
するＳＬＤ６ａ，６ｂを有する。ＳＬＤ６ａ，６ｂの光
はされぞれレンズ７ａ，７ｂ、ダイクロイックミラー又
はハーフミラー８、レンズ９を介してシングルモード光
ファイバ１１ａの一方の端面に導光され、他方の端面
（先端面と記す）からレンズ１２を経て、生体組織とし
て注目される濃度測定が行われるサンプル１３側に出射
される。

【００１８】この光ファイバ１１ａは途中のＰＡＮＤＡ
カップラ１４で他方のシングルモード光ファイバ１１ｂ
と光学的に結合されている。従って、このカップラ１４
部分で２つに分岐されて伝送される。この光ファイバ１
１ａの（カップラ１４より）先端側は、ＰＺＴ１５等の
圧電素子に巻回されている。

【００１９】このＰＺＴ１５は発振器１６から駆動信号
が印加され、光ファイバ１１ａを振動させることにより
伝送される光を変調する変調器１７を形成する。この駆
動信号の周波数は例えば５〜２０ＫＨｚである。変調さ
れた光は光ファイバ１１ａの先端面からサンプル１３側
に出射される。この光ファイバ１１ａの先端面及びこの
先端面に対向配置されたレンズ１２は、走査機構１８に
取り付けられ、この走査機構１８を駆動することにより
光は出射方向（図１ではＸ方向）と直交する方向（例え
ばＺ方向）に走査される。

【００２０】サンプル１３側で反射された光はレンズ１
２を経て光ファイバ１１ａの先端面に入射される。この
光はカップラ１４でほぼ半分が光ファイバ１１ｂに移
り、干渉光検出部２１に導かれる。また、この光ファイ
バ１１ｂは先端面に対向配置したミラー２２で反射され
た光（ＳＬＤ６ａ，６ｂ側からの光がカップラ１４で光
ファイバ１１ｂ側に分岐された参照光）も伝送し、マイ
ケルソン干渉計タイプの干渉光検出部２１に導く。

【００２１】つまり、干渉光検出部２１側に導かれる光
はサンプル１３側で反射した測定光光と、ミラー２２で
反射された参照光とが混ざったものとなる。なお、光フ
ァイバ１１ｂの先端面とミラー２２との間にはレンズ２
３が配置されている。また、ミラー２２はミラー移動機
構２４により、参照光の光路長を変化できるようになっ
ており、ミラー移動機構２４により設定された参照光の
光路長に等しい光路長の測定光が干渉する。

【００２２】また、光ファイバ１１ｂの先端部とカップ
ラ１４との間には補償リング２６が設けてあり、例えば
測定光を導光する光ファイバ１１ａの光路長と、参照光
を導光する光ファイバ１１ｂの光路長とをほぼ等しい光
路長に補償するようにしている。

【００２３】光ファイバ１１ｂの後端面から干渉光検出
部２１側に出射された光はレンズ２７で平行光束にさ
れ、波長に応じてダイクロイックミラー２８で透過光と
反射光に分岐され、それぞれレンズ２９ａ，２９ｂを経
て光検出器としてのフォトダイオード（ＰＤと略記）３
１ａ，３１ｂでそれぞれ受光される。

【００２４】上記ダイクロイックミラー２８は図２
（ａ）に示すように光ファイバ１１ｂの後端面から波長
がλ１、λ２の光が入射されると、その分光特性は図２
（ｂ）に示すように設定されているので、波長がλ１の
光は透過し、波長がλ２の光を反射する。

【００２５】つまり、ダイクロイックミラー２８は図２
（ｂ）に示すように２つの波長λ１、λ２の間の波長で
透過率強度がほぼ１００％変化するものが用いてあり、
この実施例では短波長側から波長λ１、λ２の間のほぼ
波長λｓまでの光はほぼ１００％透過し、この波長λｓ
より長波長側の光はほぼ１００％反射する。このダイク
ロイックミラー２８により、光ファイバ１１ｂの端面か
ら干渉光検出部２１側に出射された光は効率良く分離さ
れる。

【００２６】ＰＤ３１ａ，３１ｂで光電変換された信号
は、信号処理部３内のそれぞれプリアンプ３２ａ，３２
ｂで増幅された後、２チャンネルのロックインアンプ３
３の信号入力端から入力される。

【００２７】このロックインアンプ３３の参照信号入力
端には発振器１６の駆動信号又はこれと同一位相の信号
が参照信号として入力され、プリアンプ３２ａ，３２ｂ
を経た信号における参照信号と同一位相の信号成分が抽
出され、復調されると共に、増幅される。

【００２８】このロックインアンプ３３の出力はそれぞ
れＡ／Ｄコンンバータ３４ａ，３４ｂでそれぞれデジタ
ル信号に変換され、メモリ３５に一時格納される。この
メモリ３５に格納された信号は演算装置３６に転送さ
れ、２つの波長λ１、λ２及び深さ方向にスキャンによ
り得られた反射強度データから、例えば後述する（10)
式の演算処理により、Ｈｂ（Hbとも記す。他も同様であ
る）、Ｍｂ、チトクローム等の濃度データを演算により
求める。

【００２９】演算装置３６で異なる波長間及び異なる深
さ間で得られたデータの演算により算出された濃度デー
タは、反射率データと共に、コンピュータ３７に入力さ
れ、反射率の断層像と、濃度の分布像等に対応した映像
信号を生成する処理等が行われ、表示装置４に出力さ
れ、反射率の断層像と、（生体組織の注目する）濃度の
（例えば深さ方向の）分布像（換言すると濃度断層像）
が表示される。

【００３０】上記コンピュータ３７は制御装置３８に制
御信号を送り、走査機構１８、ミラー移動機構２４の駆
動を制御させる。制御装置３８による走査機構１８、ミ
ラー移動機構２４の駆動に応じて、制御装置３８はメモ
リ３５に信号を送り、データを格納するアドレスの変更
を指示する。次に生体等の散乱物質中に含まれるある物
質の（ある深さにおける）濃度が２波長の反射率データ
から得られることを説明する。

【００３１】先ず、１波長の場合の反射光強度を図３を
参照して説明する。この図３は強度Ioを有するある波長
の光が、ある濃度の散乱物質に照射され、この散乱物質
の表面から計った深さxでの反射率をR(x)、深さxで反射
された反射光強度をIR(x)で表している。

【００３２】強度Ioの光を散乱物質に照射した場合、深
さx1における減光度はＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ則によ
り、 log Io/I(x1) =Co1・x1・ε＋Is (1) で表される。ここで、Co1は深さx1までの平均濃度、Is
は散乱による減光度、εは分子吸光係数を表す。さらに
深さx1で反射率がR(x1)である時、戻ってきた時の減光
度は log｛R(x1)・Io/I(x1)｝=2(Co1・x1・ε)＋Is′ (2) である。

【００３３】ここでIs′は散乱による減少を表す。同様
に深さx2における減光度は log ｛R(x2)・Io/I(x2)｝=2(Co1・x1＋2ΔC・ΔD)ε＋Is′＋ΔIs (3) である。ここでΔCは深さx1とx2の間での濃度、ΔDはx2
-x1であり、ΔIsは2ΔDにおける散乱を表す。そして、
(2)式、(3)式の差を取ると、 log｛R(x2)・Io/I(x2)｝-log｛R(x1)・Io/I(x1)｝= 2ΔC・ΔDε＋ΔIs (4) となる。整理すると、 log｛R(x2)I(x1)/R(x1)I(x2)｝= 2ΔC・ΔDε＋ΔIs (5) となる。

【００３４】次に(5)式をλ１、λ２の２波長に展開す
ると、 log｛R(x2)・Iλ1(x1)/R(x1)・Iλ1(x2)｝= 2ΔCΔDελ1＋ΔIs (6) log｛R(x2)・Iλ2(x1)/R(x1)・Iλ2(x2)｝= 2ΔCΔDελ2＋ΔIs (7) となる。

【００３５】ここで、ελ1，ελ2はそれぞれ波長λ
1、λ2の分子吸収係数である。ここで、R(x)、ΔIsは波
長に依存しないと仮定する。さらに(6)式、(7)式の差を
取ると、 log｛Iλ1(x1)/Iλ1(x2)-log Iλ2(x1)/Iλ2(x2)｝= 2ΔCΔDΔελ1-λ2 (8) となる。尚、Δελ1-λ2はελ1ーελ2を表す。

【００３６】ここで、log Iλ1(x1)/Iλ1(x2)を減光度
ODλ1(x1-x2)、またlog Iλ2(x1)/Iλ2(x2)を減光度 OD
λ2(x1-x2)とすると、 ODλ1(x1-x2)-ODλ2(x1-x2)=Δελ1-λ2・2ΔC・ΔD (9) となる。変形すると、 ΔC =｛ODλ1(x1-x2)-ODλ2(x1-x2)｝/｛2Δελ1-λ2・ΔD｝ (10) となる。

【００３７】従って、x1とx2との間の濃度ΔCは(10)式
より求めることができる。１波長の場合では反射及び散
乱の影響を消去できないので、物質濃度Cを求めること
ができない。生体組織の場合、近赤外光を用いることに
より、Ｈｂ、Ｍｂ、チトクロームの濃度を求めることが
できるが、２波長による方法ではこれらの内１つの物質
の濃度しか分からない。

【００３８】そこで、波長を３〜４波長に増すことで、
多くの物質の同定が可能になる。この方法としてＵＳＰ
４２２３６８０に詳しい。また、透過光、反射光におけ
る例を後述する。つまり、(10)式はさらに複数の波長で
計算することにより、より多くの物質の濃度の測定が可
能になる。

【００３９】１つの物質の濃度を求めるのに２つの異な
る波長が必要で、２つの物質の濃度を求めるのに３つの
異なる波長が必要であり、これらの波長を用いて物質の
濃度を求めることを以下に説明する。

【００４０】例えば、Ｈｂの酸素飽和度を求めるにはＨ
ｂＯ2とＨｂの２つの濃度を求めなければならないの
で、３つの異なる波長が必要である。ただし、この時、
３つの波長が状態変化によるＨｂ以外の物質により影響
されない（ないしは影響されることが少ない）波長を選
ぶ必要がある。このような３つの異なる波長λ１、λ
２、λ３を例えば図５に示すような波長に対する生体の
ＨｂＯ2とＨｂの吸収（吸光）特性を参照して例えば６
５０〜１０００ｎｍから選ぶ。

【００４１】図４に示すように深さx1〜x2でのＨｂＯ2
とＨｂの各濃度を〔Hbo〕x12と〔Hb〕x12で表し、波長
λの光に対する深さx1〜x2での減光度をODλ(x12)と記
すと、２つの波長λ1，λ2に対する減光度ODλ1(x12)，
ODλ2(x12)を引くことにより、 ODλ1(x12) - ODλ2(x12) =｛(εHbλ1-εHbλ2)・2・
〔Hb〕x12＋(εHboλ1-εHboλ2)・2・〔Hbo〕x12｝・
ΔD となる。ここで、εHbλは波長λにおけるHbによる分子
吸光係数を表す。

【００４２】同様に波長λ2，λ3に対する減光度ODλ2
(x12)，ODλ3(x12)から ODλ2(x12) - ODλ3(x12) =｛(εHbλ2-εHbλ3)・2・
〔Hb〕x12＋(εHboλ2-εHboλ3)・2・〔Hbo〕x12｝・
ΔD となる。これらの式を変形すると、 (εHbλ1-εHbλ2)・2・〔Hb〕x12＋(εHboλ1-εHboλ
2)・2・〔Hbo〕x12=(ODλ1(x12)-ODλ2(x12))/ΔD (εHbλ2-εHbλ3)・2・〔Hb〕x12＋(εHboλ2-εHboλ
3)・2・〔Hbo〕x12=(ODλ2(x12) - ODλ3(x12))/ΔD となる。

【００４３】ここで、εHbλ1-εHbλ2=ΔεHbλ12，ε
Hboλ1-εHboλ2=ΔεHboλ12，εHbλ2-εHbλ3=ΔεH
bλ23，εHboλ2-εHboλ3=ΔεHboλ23と置き、これら
を用いて、上記２つの式の両辺に共通の因子を乗じて書
き直すと、 ΔεHbλ12・ΔεHboλ23・2・〔Hb〕x12＋ΔεHboλ12
・ΔεHboλ23・2・〔Hbo〕x12=(ODλ1(x12) - ODλ2(x
12))・ΔεHboλ23/ΔD ΔεHbλ23・ΔεHboλ12・2・〔Hb〕x12＋ΔεHboλ23
・ΔεHboλ12・2・〔Hbo〕x12=(ODλ2(x12) - ODλ3(x
12))・ΔεHboλ12/ΔD となる。

【００４４】これら２つの式の引き算をすると、 2(ΔεHbλ12・ΔεHboλ23-ΔεHbλ23・ΔεHboλ12)
〔Hb〕x12=｛(ODλ1(x12)-ODλ2(x12))・ΔεHboλ23-
(ODλ2(x12)-ODλ3(x12))・ΔεHboλ12｝/ΔD となる。

【００４５】この式から 〔Hb〕x12=｛(ODλ1(x12)-ODλ2(x12))ΔεHboλ23-(OD
λ2(x12)-ODλ3(x12))ΔεHboλ12｝/｛2ΔD(ΔεHbλ1
2・ΔεHboλ23-ΔεHbλ23・ΔεHboλ12)｝ を求めることができる。

【００４６】同様の手法により 〔Hbo〕x12=｛(ODλ1(x12)-ODλ2(x12))ΔεHbλ23-(OD
λ2(x12)-ODλ3(x12))ΔεHbλ12｝/｛2ΔD(ΔεHboλ1
2・ΔεHbλ23-ΔεHboλ23・ΔεHbλ12)｝ を求めることができる。

【００４７】酸素飽和度ＳａＯ2は ＳａＯ2=〔Hbo〕x12・100/｛〔Hb〕x12＋〔Hbo〕x12｝ となる。ここで、 Blood Volum = 〔Hb〕x12＋〔Hbo〕x12 は x12 での血液中でのヘモグロビンの濃度を表す。

【００４８】上記第１実施例によれば、２つの波長を用
いて反射光強度を求め、さらに演算装置３６によって生
体組織の機能的情報となる酸素飽和度等の濃度算出の演
算を行い、表示装置４でその濃度の分布像を表示するこ
とを可能にしているので、例えば正常組織における酸素
飽和度に対して病変部の酸素飽和度がどの程度異なって
いるかを簡単に識別できることになるので、病変の程度
とか病変の状況とか病変の範囲を診断することが容易に
なるとか、経時的変化から病変の進行状況とか治癒の状
況を容易に把握できる等のメリットがある。

【００４９】尚、酸素飽和度等の濃度分布像を表示する
場合、その濃度の値に応じて異なる色信号を生成し、擬
似カラー化して表示するようにしても良い。

【００５０】図６は第１実施例の変形例における光検出
部２１の構成を示す。この変形例は、第１実施例におけ
るダイクロイックミラー２８の代わりにハーフミラー４
１とλ１、λ２の波長の光をそれぞれ透過するバンドパ
スフィルタ４２ａ，４２ｂを用いて光検出部２１を形成
している。その他は第１実施例と同じ構成である。この
変形例の効果はほぼ第１実施例と同じとなる（Ｓ／Ｎは
第１実施例の方が良い）。

【００５１】図７は本発明の第２実施例の光断層イメー
ジング装置５１を示す。チタンサファイヤレーザ５２は
Ａｒレーザ５３で励起され、波長が７００〜９００ｎｍ
の間でパルス幅が１ｐｓ程度のパルス光を任意に発生で
き、このパルス光の発生タイミングとか発生されるパル
ス光の波長は制御装置５４で制御される。

【００５２】チタンサファイヤレーザ５２で発生された
パルス光はミラー５５で直角方向に反射され、さらにハ
ーフミラー５６でほぼ５０％が透過し、光ファイバ５７
の一方の端面に入射され、この光ファイバ５７の他方の
端面（先端面）に伝送され、この先端面からサンプル５
８に出射される。

【００５３】この光ファイバ５７の先端は走査機構５９
に取り付けられ、制御装置５４の制御の下でパルス光の
出射方向Ｘと直交する方向Ｚに走査されるようになって
いる。サンプル５８で反射されたパルス光の一部は光フ
ァイバ５７の先端面に入射され、後端面側に伝送され、
後端面から出射され、ハーフミラー５６で反射されたパ
ルス光はストリークカメラ６１に入射される。

【００５４】このストリークカメラ６１によって反射光
は時分割して検出された信号となり、この信号はメモリ
６２に一時記憶される。走査機構５９により、走査位置
が移動された状態で同様にストリークカメラ６１からメ
モリ６２に入力された信号は制御装置５４からの変更信
号により、異なるアドレスで記憶される。尚、同一の走
査位置で複数の波長の光パルスを用いて反射光の測定が
行われるようになっている。この場合、例えば８００ｎ
ｍと８３０ｎｍの２波長のパルス光が交互に発生され、
メモリ６２には各反射光強度データが記憶される。

【００５５】メモリ６２に記憶された複数の波長を用い
て測定された反射光強度データは演算装置６３に転送さ
れ、サンプル５８に対する深さ、波長間での演算が行わ
れ、注目する濃度の算出が行われる。この演算装置６３
で求められた濃度データは、反射強度データと共に、モ
ニタ６４に出力され、モニタ画面に濃度の深さ方向の分
布像と、光断層像とを表示できるようになっている。こ
の第２実施例の効果は第１実施例とほぼ同様である。

【００５６】図８は本発明の第３実施例の光断層イメー
ジング装置７１を示す。この実施例は３波長の光を用い
たものである。従って、光発生部５は互いに異なる３つ
の波長λ１、λ２、λ３の低干渉性の光をそれぞれ発生
するＳＬＤ６ａ，６ｂ，６ｃを有する。３つの波長λ
１、λ２、λ３は例えば、７６０ｎｍ，７９０ｎｍ，８
４０ｎｍである。

【００５７】ＳＬＤ６ａ，６ｂ，６ｃの光はそれぞれレ
ンズ７ａ，７ｂ，７ｃ、偏光子１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ、ダイクロイックミラー８、レンズ９を介してシング
ルモード光ファイバ１１ａの一方の端面に導光される。
この光ファイバ１１ａに導光された光はカップラ１４で
一部が他方のシングルモード光ファイバ１１ｂに移り、
残りは他方の端面（先端面）に取り付けたミラー７２で
反射される。

【００５８】カップラ１４で他方の光ファイバ１１ｂに
移った光はＰＺＴ１５に巻回され、発振器１６から発振
出力（駆動信号）が供給されることにより形成された変
調器１７により、変調され、先端面からレンズ１２を経
てサンプル１３側に出射される。発振器１６は例えば、
６ｋＨｚで発振する。

【００５９】この光ファイバ１１ｂの先端及びレンズ１
２は、走査機構１８に取り付けられ、２軸制御部７３で
制御される。この走査機構１８により光の出射方向（図
７ではＸ方向）と直交する方向（Ｚ方向）に移動され
る。サンプル１３側で反射された光はレンズ１２を経て
光ファイバ１１ｂの先端面に入射され、この光は干渉光
検出部７４側に導かれる。また、光ファイバ１１ａの先
端面のミラー７２で反射され、カップラ１４で光ファイ
バ１１ｂに移った参照光も干渉光検出部７４側に導かれ
る。ミラー７２とカップラ１４との間の光ファイバ１１
ａには補償リング２６が設けてある。

【００６０】光ファイバ１１ｂの後端面から出射された
光はレンズ７５で平行光束にされ、ハーフミラー７６で
反射光と透過光に分岐される。反射光はミラー７７で反
射され、さらにハーフミラー７６を透過した光はダイク
ロイックミラー７８に入射される。

【００６１】ダイクロイックミラー７８に入射された光
は、その波長に応じて分離され、検光子７９ａ，７９
ｂ，７９ｃ側に導かれ、各偏光子１０ａ，１０ｂ，１０
ｃでそれぞれ偏光された光成分が抽出され、レンズ２９
ａ，２９ｂ，２９ｃを経てＰＤ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
で受光される。

【００６２】一方、ハーフミラー７６を透過した光は、
ミラー８１で反射される。このミラー８１は光路長を変
化するための移動ステージ８２に載置され、モータ８３
によって光路長を変える方向Ｘ′に移動され、この移動
時における各参照光の光路長は、サンプル１３の内部の
深さ方向で反射された光路長と一致するようになり、こ
の一致する深さの各測定光と干渉するようになり、この
干渉光が測定されることになる。このモータ８３は２軸
制御部７３によって回転が制御される。モータ８３はミ
ラー８１を例えば１１２μｍ／ｓの速度で移動する。

【００６３】なお、ハーフミラー７６とミラー７７との
距離と、ハーフミラー７６とミラー８１との距離とは少
なくとも低干渉性の光の干渉距離以上にずれるようにし
て測定光自身がハーフミラー７６で反射して成分と透過
した成分とが干渉光となって検出されることを防止して
いる。上記ＰＤ３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検出された信
号はプリアンプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃでそれぞれ増幅
された後、３チャンネルのロックインアンプ３３の信号
入力端から入力される。

【００６４】このロックインアンプ３３の参照信号入力
端にはＰＺＴ１５を振動させる発振器１６の駆動信号又
はこれと同一位相の信号が参照信号として入力され、プ
リアンプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃを経た信号における参
照信号と同一位相の信号成分が抽出する。この場合、参
照信号と同期した局部発振出力とでヘテロダイン検波さ
れ、例えば２７０Ｈｚの中間周波数成分が抽出され、検
波及び増幅される。

【００６５】このロックインアンプ３３の出力はそれぞ
れＡ／Ｄコンンバータ３４ａ，３４ｂ，３４ｃでそれぞ
れデジタル信号に変換され、コンピュータ３７内の図示
しないメモリに一時格納される。メモリに格納された信
号はコンピュータ３７内の図示しない演算部に転送さ
れ、３つの波長λ１、λ２、λ３により得られた反射強
度データから酸素飽和度、チトクローム等の濃度データ
を演算で求める処理を行う。

【００６６】演算された濃度データは、反射率データと
共に、表示装置４に出力され、反射率の断層像と濃度の
分布像が表示される。上記コンピュータ３７は２軸制御
部７３に制御信号を送り、走査機構１８、ミラー８１を
移動するモータ８３の駆動を制御する。この実施例は２
波長を用いた場合よりも（種類の異なる）多くの濃度デ
ータを得られるメリットがある。

【００６７】図９は本発明の第４実施例の光断層イメー
ジング装置８５を示す。この実施例は４波長の光を用い
たものである。この光断層イメージング装置８５は４つ
の波長の光を発生し、測定光と参照光とを干渉させた信
号として検出する光干渉部８６と、この光干渉部８６か
ら出力される信号に対して信号処理を行い、光断層像に
対応した映像信号を生成する信号処理部８７と、信号処
理部８７から出力される映像信号を表示する表示装置４
とから構成される。

【００６８】光干渉部８６内の光発生部８８は互いに異
なる４つの波長λ１、λ２、λ３、λ４の低干渉性の光
をそれぞれ発生するＳＬＤ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを有
する。ＳＬＤ６ａ，６ｂの光はそれぞれレンズ７ａ，７
ｂ、ダイクロイックミラー８ａ、８９、偏光子１０、レ
ンズ９を介してシングルモード光ファイバ１１ａの一方
の端面に導光される。

【００６９】又、ＳＬＤ６ｃ，６ｄの光はそれぞれレン
ズ７ｃ，７ｄ、ダイクロイックミラー８ｂ、８９、偏光
子１０、レンズ９を介してシングルモード光ファイバ１
１ａの一方の端面に導光される。上記ダイクロイックミ
ラー８ａは波長λ１の光を反射し、波長λ２の光を透過
する特性を示す。また、ダイクロイックミラー８９は波
長λ１及びλ２の光を反射し、波長λ３及びλ４の光を
透過する特性を示す。さらにダイクロイックミラー８ｂ
は波長λ４の光を透過し、波長λ３の光を反射する特性
を示す。

【００７０】上記光ファイバ１１ａに導光された光は第
１実施例と同様にＰＺＴ１５を用いた変調器１７で変調
され、光ファイバ１１ａの先端面からサンプル１３側に
出射される。この光ファイバ１１ａの先端及びレンズ１
２は、走査機構１８で光の出射方向）と直交する方向に
走査される。

【００７１】サンプル１３側で反射された光はレンズ１
２を経て光ファイバ１１ａの先端面に入射される。この
光はカップラ１４でほぼ半分が光ファイバ１１ｂに移
り、干渉光検出部９１に導かれる。また、この光ファイ
バ１１ｂは先端面に対向配置したミラー２２で反射され
た参照光も伝送し、干渉光検出部９１に導く。つまり、
干渉光検出部９１側に導かれる光はサンプル１３側で反
射した測定光光と、ミラー２２で反射された参照光とが
混ざったものとなる。

【００７２】なお、光ファイバ１１ｂの先端面とミラー
２２との間にはレンズ２３が配置されている。また、ミ
ラー２２はミラー移動機構２４により、参照光の光路長
を変化できるようになっている。また、光ファイバ１１
ｂの先端部とカップラ１４との間には補償リング２６が
設けてあり、測定光を導光する光ファイバ１１ａの光路
長と、参照光を導光する光ファイバ１１ｂの光路長とを
ほぼ等しくなるように補償している。

【００７３】光ファイバ１１ｂの端面から干渉光検出部
９１側に出射された光はレンズ２７で平行光束にされ、
検光子９２により偏光子１０で偏光された光成分のみが
透過し、ダイクロイックミラー９３で波長λ１及びλ２
の光が反射され、波長λ３及びλ４の光は透過する。

【００７４】ダイクロイックミラー９３で反射された光
はさらにダイクロイックミラー２８ａにより、波長λ１
の光は反射され、波長λ２の光は透過され、それぞれレ
ンズ２９ａ，２９ｂを経てＰＤ３１ａ，３１ｂで受光さ
れる。ダイクロイックミラー９３を透過した光はダイク
ロイックミラー２８ｂにより波長λ３の光は反射され、
波長λ４の光は透過され、それぞれレンズ２９ｃ，２９
ｄを経てＰＤ３１ｃ，３１ｄで受光される。

【００７５】ＰＤ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄで光
電変換された信号は、信号処理部８７内のそれぞれプリ
アンプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで増幅された
後、２チャンネルのロックインアンプ３３ａ，３３ｂの
信号入力端から入力される。このロックインアンプ３３
ａ，３３ｂの参照信号入力端には発振器１６の駆動信号
又はこれと同一位相の信号が参照信号として入力され、
プリアンプ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ側からの信
号とヘテロダイン検波等が行われ、増幅及び検波され
る。

【００７６】このロックインアンプ３３ａ，３３ｂの出
力はそれぞれＡ／Ｄコンンバータ３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄでそれぞれデジタル信号に変換され、メモリ
３５に一時格納される。このメモリ３５に格納された信
号は演算装置３６に転送され、４つの波長λ１、λ２、
λ３、λ４により深さ方向に走査して得られた反射強度
データからＨｂ、チトクローム等の濃度データを演算に
より求める。

【００７７】演算装置３６で演算された濃度データは、
反射率データと共に、コンピュータ３７に入力され、反
射率の断層像と濃度の分布像に対応した映像信号を生成
する処理等が行われ、表示装置４に出力され、反射率の
断層像と濃度の分布像が表示される。

【００７８】上記コンピュータ３７は制御装置３８に制
御信号を送り、走査機構１８、ミラー移動機構２４の駆
動を制御させる。制御装置３８による走査機構１８、ミ
ラー移動機構２４の駆動に応じて、制御装置３８はメモ
リ３５に信号を送り、データを格納するアドレスの変更
を指示する。この実施例によればさらに多くの濃度の測
定データが得られる。

【００７９】図１０は第４実施例の第１の変形例におけ
る光発生部付近の構成を示す。この変形例ではＳＬＤ６
ａ，６ｂの波長λ１、λ２の光はそれぞれ７ａ，７ｂで
平行光束にされ、さらにレンズ９ａ，９ｂで集光され、
それぞれ光ファイバ９５ａ，９５ｂに入射される。

【００８０】光ファイバ９５ａ，９５ｂの光はカップラ
９６ａにより、波長λ１の光は光ファイバ９５ｂに一部
が移り、波長λ２の光と混合される。同様にＳＬＤ６
ｃ，６ｄの波長λ３、λ４の光はそれぞれ７ｃ，７ｄで
平行光束にされ、さらにレンズ９ｃ，９ｄで集光され、
それぞれ光ファイバ１１ａ，９５ｄに入射される。

【００８１】光ファイバ１１ａ，９５ｄの光はカップラ
９６ｂにより、波長λ４の光は光ファイバ１１ａに一部
が移り、波長λ３の光と混合される。光ファイバ９５ｂ
の波長λ１、λ２の光はカップラ９７で光ファイバ１１
ａに一部が移り、波長λ３及びλ４の光と混合される。
この光はカップラ１４側に導光される。

【００８２】図１１は第４実施例の第２の変形例におけ
る干渉光検出部付近の構成を示す。この変形例では波長
分離手段として回転フィルタ９８を用いている。光ファ
イバ１１ｂの端面から出射される光はレンズ２７で平行
光束にされ、モータ９９により回転される回転フィルタ
９８を通り、レンズ２９で集光されて光検出器としての
ＰＤ３１で受光される。

【００８３】回転フィルタ９８の周方向には波長λ１、
λ２、λ３、λ４の光をそれぞれ透過する特性の４つの
フィルタ９８ａ，９８ｂ，９８ｃ，９８ｄが一定間隔で
配置されている。

【００８４】図１２は本発明の第５実施例の光断層イメ
ージング装置１０１を示す。この実施例は内視鏡に適用
したものである。この光断層イメージング装置１０１は
体腔内の任意の部位を観察可能な内視鏡１０２と、この
内視鏡１０２に照明光を供給する光源装置１０３と、内
視鏡１０２内に設けられた低干渉性の光を導光する導光
部材が接続され、光断層イメージングのための光の発生
及び信号検出を行う光干渉装置１０４と、この光干渉装
置１０４による信号から光断層像に対応した映像信号の
生成等の信号処理を行う信号処理部１０５と、この信号
処理部１０５から出力される映像信号を表示する表示装
置としてのモニタ１０６とから構成される。

【００８５】上記内視鏡１０２は細長で可撓性を有する
挿入部１０８と、この挿入部１０８の後端に設けられた
太幅の操作部１０９とを有し、この操作部１０９の側部
から外部に信号とか照明光を伝送するケーブルが延出さ
れる。

【００８６】挿入部１０８内にはライトガイド１１０が
挿通され、その手元側端部のコネクタを光源装置１０３
に着脱自在で装着できる。この装着状態では、光源装置
１０３内部の例えばキセノンランプ１１１の白色照明光
がコンデンサレンズ１１２で集光されてライトガイド１
１０の端部に供給され、この照明光は伝送され、挿入部
１０８の先端部１１３の照明窓に固定された他方の端面
から挿入部１０８の前方に出射される。

【００８７】照明窓から出射された照明光により、照明
された体腔内臓器１１４等の観察関心部位は照明窓に隣
接する観察窓のガラス板１１５内側に配置した対物レン
ズ１１６によってその光学像がその焦点面に結ばれる。
この焦点面の位置にはイメージガイド１１７の先端面が
配置され、結像された光学像を操作部１０９側の後端面
まで伝送する。対物レンズ１１６とイメージガイド１１
７の先端面との間の光路上にはダイクロイックミラー１
１８が配置されている。

【００８８】上記イメージガイド１１７の後端面に対向
して結像レンズ１１９が配置され、後端面に伝送された
光学像をＣＣＤ１２０に結像する。このＣＣＤ１２０は
信号線１２１を介して映像信号処理手段としてのビデオ
プロセッサ（以下、ＶＰと記す）１２２と接続され、Ｖ
Ｐ内１２２のＣＣＤ駆動回路からＣＣＤ駆動信号が印加
されることによって、光電変換された信号が読み出さ
れ、ＶＰ内１２２の信号処理回路に入力される。

【００８９】このＶＰ１２２の出力信号はスーパインポ
ーズ回路１２３を介してモニタ１０６に出力され、ＣＣ
Ｄ１２０で撮像した内視鏡画像を表示する。なお、操作
部１０９には図示しない湾曲操作機構が設けてあり、湾
曲操作ノブを操作することにより、先端部１１３の後端
に形成された湾曲部を上下、左右の任意の方向に湾曲で
きるようになっている。この内視鏡１０２にはさらに低
干渉性の光を伝送する光ファイバ１２５が挿通されてい
る。

【００９０】この光ファイバ１２５の先端は先端部１１
３内の可動板１２６に固定部材で取り付けられ、この可
動板１２６における光ファイバ１２５の先端面に対向し
てプリズム１２７が取り付けてある。このプリズム１２
７は光ファイバ１２５の先端面から出射される光を反射
してダイクロイックミラー１１７側に導光すると共に、
ダイクロイックミラー１１７で反射された光を反射して
光ファイバ１２５の先端面側に導光する。

【００９１】上記可動板１２６の裏面にはラックが形成
されており、このラックは例えば操作部１０９に収納し
たステッピングモータ１２８の回転軸に連結されたシャ
フト１２９の先端に取り付けたピニオンギヤ１３０と噛
合し、このステッピングモータ１２８が回転することに
より、可動板１２６は対物レンズ１１６の光軸と平行な
方向、つまり挿入部１０８の長手方向に移動される。

【００９２】例えば、図１２の状態から、可動板１２６
が後方側に移動されると、プリズム１２７も後方に移動
されるので、このプリズム１２７で反射された光は点線
で示すように導光される。従って、プリズム１２７を移
動することにより、臓器１１４側には光が縦方向に走査
され、この走査方向に対応した断層像をえるようにして
いる。

【００９３】上記光ファイバ１２５の後端側は光干渉装
置１０４の光ファイバ１１ａの先端面と接続され、この
光ファイバ１１ａを介して光発生部８８からの光は光フ
ァイバ１２５側に導光される。この光発生部８８は図９
で説明したように例えば４つの波長λ１、λ２、λ３、
λ４の光を発生する構成となっている。ＳＬＤ６ｉ（ｉ
＝ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の光は偏光子１０、レンズ９等を経
てシングルモード光ファイバ１１ａの一方の端面から入
射し、他方の端面側に伝送される。

【００９４】このシングルモード光ファイバ１１ａは途
中のカップラ１４で他方のシングルモード光ファイバ１
１ｂと光学的に結合されている。光ファイバ１１ａの
（カップラ１４より）先端側は、ＰＺＴ１５等の圧電素
子に巻回され、変調器１７が形成されている。

【００９５】変調された光は光ファイバ１１ａの先端面
から出射され、この先端面に接触する光ファイバ１２５
に入射され、先端部１１３側の端面に伝送され、この端
面からプリズム１２７、ダイクロイックミラー１１８、
対物レンズ１１６、ガラス板１１５を経て臓器１１４側
に出射される。このダイクロイックミラー１１８は可視
領域の光は透過し、ＳＬＤ６ｉで発生された赤外域の
（低干渉性の）光は反射するような特性にしてある。

【００９６】上記臓器１１４で反射された低干渉性の光
はガラス窓１１５、対物レンズ１１６を経て、ダイクロ
イックミラー１１８に入射される。ＳＬＤ６ｉで発光さ
れた光はこのダイクロイックミラー１１８で反射され、
さらにプリズム１２７で反射されて光ファイバ１２５の
先端面に入射される。

【００９７】この光ファイバ１２５の後端面から光ファ
イバ１１ａの先端面に入射される。この光はカップラ１
４でほぼ半分が光ファイバ１１ｂに移り、光ファイバ１
１ｂの先端面に対向配置したミラー２２で反射された参
照光と共に、干渉光検出部１３１側に導かれる。このミ
ラー２２はミラー移動機構を構成するＸ−ステージ２４
ａに取り付けられ、このＸ−ステージ２４ａはステッピ
ングモータ２４ｂによって光路長を変化するように駆動
される。このモータ２４ｂはコンピュータ１３２によっ
て回転が制御される。

【００９８】上記干渉光検出部１３１は図１１で説明し
た構成において、レンズ２７と回転フィルタ９８との間
に検光子９２が配置された構成となっている。ＰＤ３１
で検出された信号はプリアンプ３２で増幅された後、ロ
ックインアンプ３３に入力され、このロックインアンプ
３３は発振器１６の発振信号を参照して復調し、コンピ
ュータ１３２に出力する。

【００９９】このコンピュータ１３２は図９のメモリ３
５、演算装置３６等を内蔵しており、図９と同様な処理
を行い、断層像及びヘモグロビンの濃度分布に対応する
映像信号をスーパインポーズ回路１２３を介してモニタ
１０６に出力する。従って、モニタ１０６には、ＣＣＤ
１２０で撮像した臓器１１４の表面の内視鏡画像（撮像
画像）と、光断層像又は濃度分布の断層像とを同時に表
示できる。

【０１００】また、コンピュータ１３２は内視鏡画像内
に断層像の測定が行われる領域を示すカーソル１３５を
図１２に示すように表示させる。この表示により、断層
像が得られる領域が観察画像上で知ることができるの
で、診断する場合、便利である。このカーソル１３５は
不要な時には消すことができるようにしている。

【０１０１】この実施例は体腔内の任意の部位を可視光
で観察可能であると共に、その観察部位の内部の断層像
を得ることもできるし、さらに濃度分布像を得ることも
できる。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
一の波長を用いた場合では得られない生体組織の機能情
報を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例の光断層イメージン
グ装置の構成図。

【図２】図２はダイクロイックミラーで光を分岐する説
明図。

【図３】図３はある濃度の散乱物質の内部で光が反射さ
れて戻る様子を示す説明図。

【図４】図４はＨｂ及びＨｂＯ2の場合における酸素飽
和度を求める説明図。

【図５】図４はＨｂ及びＨｂＯ2の場合における波長に
対する吸収係数を示す特性図。

【図６】図６は第１実施例の変形例における光検出部の
構成図。

【図７】図７は本発明の第２実施例の光断層イメージン
グ装置を示す構成図。

【図８】図８は本発明の第３実施例の光断層イメージン
グ装置を示す構成図。

【図９】図９は本発明の第４実施例の光断層イメージン
グ装置を示す構成図。

【図１０】図１０は第４実施例の第１の変形例における
光発生部付近の構成図。

【図１１】図１１は第４実施例の第２の変形例における
干渉光検出部付近の構成図。

【図１２】図１２は本発明の第５実施例の光断層イメー
ジング装置を示す構成図。

【図１３】図１３は従来例の構成図。

【図１４】図１４は他の従来例の構成図。

【符号の説明】

１…光断層イメージング装置 ２…光干渉部 ３…信号処理部 ４…表示装置 ５…光発生部 ６ａ，６ｂ…ＳＬＤ ８…ダイクロイックミラー １１ａ，１１ｂ…光ファイバ １３…サンプル １４…カップラ １６…発振器 １７…変調器 １８…走査機構 ２１…干渉光検出部 ２２…ミラー ２４…ミラー移動機構 ２６…補償リング ２８…ダイクロイックミラー ３１ａ，３１ｂ…フォトダイオード（ＰＤ） ３２ａ，３２ｂ…プリアンプ ３３…ロックインアンプ ３４ａ，３４ｂ…Ａ／Ｄコンバータ ３５…メモリ ３６…演算装置 ３７…コンピュータ ３８…制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上 邦彰 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 岡▲崎▼ 次生 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 窪田 哲丸 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 安永 浩二 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 大澤 篤 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 大橋 一司 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 大明 義直 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オ リンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 国際公開92／19930（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 10/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化ヘモグロビンの吸光係数と還元ヘモ
   グロビンの吸光係数とが互いに異なる第１の波長の低干
   渉性光と、前記第１の波長とは異なる所定の第２の波長
   の低干渉性光とを照射させる低干渉性光発生手段と、 前記被写体に照射された低干渉性光における被写体内部
   で反射された反射光をその深さ方向で分離して検出する
   反射光検出手段と、 前記反射光検出手段の出力信号における異なる波長成分
   間での演算を行う波長成分演算手段と、 前記波長成分演算手段の出力結果を用いて断層像を構築
   する画像化手段と、 を有することを特徴とする光断層イメージング装置。
2. 【請求項２】 少なくとも２つの異なる波長の低干渉性
   光を被写体に照射させる低干渉性光発生手段と、 前記被写体に照射された低干渉性光における被写体内部
   で反射された反射光をその深さ方向で分離して検出する
   反射光検出手段と、前記反射光検出手段の出力信号における異なる深さ成分
   間での演算を行う深さ成分演算手段と、 前記反射光検出手段の出力信号における異なる波長成分
   間での演算を行う波長成分演算手段と、 前記深さ成分演算手段及び波長成分演算手段の出力結果
   を用いて断層像を構築する画像化手段と、 を有することを特徴とする光断層イメージング装置。