JP4494127B2

JP4494127B2 - 断層画像観察装置、内視鏡装置、及び、それらに用いるプローブ

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Publication number: JP4494127B2
Application number: JP2004237865A
Authority: JP
Inventors: 和宏辻田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-08-18
Also published as: JP2006055236A; US20060058614A1

Description

本発明は、医療診断において、生体内部の画像を観察するために用いられる断層画像観察装置及び内視鏡装置に関し、さらに、それらの装置において用いられるプローブに関する。

医療分野においては、ＯＣＴ（optical coherence tomography：光学的コヒーレンス断層撮像）技術により生成された断層画像を用いた診断が行われている。ＯＣＴとは、光の低コヒーレンス干渉を利用することにより、次のような原理に基づいて被検体に関する断層画像を生成する技術のことである。即ち、レーザやＳＬＤ（super luminescent diode）等の光源から出射された低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割し、信号光又は参照光の周波数をピエゾ素子等によって僅かにシフトさせると共に、信号光を走査領域に入射させる。そして、被検体の所定の深度において信号光が反射されて生じた反射光と参照光とを合波し、その合波光に含まれる干渉信号の強度をヘテロダイン検波によって測定する。その際に、参照光の光路上に配置されたミラー等を移動させて、参照光の光路長を変化させることにより、参照光の光路長と信号光の光路長とが一致する深度における被検体に関する情報を取得することができる。従って、信号光の照射領域をずらしつつ、参照光の光路長を変化させながら測定を行うことにより、所定の領域に関する光断層画像を取得することができる。なお、ＯＣＴの詳細については、特許文献１を参照されたい。

このようなＯＣＴを用いることにより、１０μｍ〜２０μｍ程度の高分解能で断層像を得ることができるので、ＯＣＴを様々な分野に応用することが進められている。例えば、非特許文献１には、内視鏡にＯＣＴを導入したＥＯＣＴ（endoscopic optical coherence tomography）について報告されている。
しかしながら、光の到達深度は組織の表面から約２ｍｍ程度と浅いので、ＯＣＴにおいては、生体組織の浅部に関する画像情報しか取得することができないという問題が生じている。

一方、被検体に関する断層画像を生成する技術としては、超音波撮像も知られている。超音波撮像は、超音波トランスデューサを用いて被検体内に超音波を送信すると共に、被検体内の組織の境界等において反射した超音波（超音波エコー）を受信し、その受信信号に基づいて断層画像を生成する技術である。超音波撮像によれば、断層画像の分解能を数百μｍ程度とした場合に、超音波の到達深度は約１０ｍｍ程度と深いので、生体組織の深部に関する画像情報を取得することが可能である。そのため、この超音波診断と上記のＯＣＴとを組み合わせることにより、深度方向について広い範囲の画像情報を取得できるものと期待されている。

特許文献２には、細長で可撓性を有する体腔内に挿入される外シースに覆われ、低干渉光及び超音波により３次元画像信号を得る挿入プローブと、低干渉光の光を発生して挿入プローブ側に導光し体腔内の患部側からの反射光を測定光として参照光と干渉させて検出する光断層像信号検出装置と、光断層像信号検出装置により検出された干渉信号に対する信号処理等を行うと共に挿入プローブの先端部に配置された超音波振動子を駆動し超音波エコー信号を信号処理する信号処理装置と、信号処理装置から出力される映像信号を表示するモニタとから構成される被検体内断層イメージング装置が開示されている。このように、ＯＣＴ信号を取得する機能と、超音波信号を送受信する機能との両方を備えることにより、被検体の表面近傍の深度では高分解能で、かつ到達深度における奥行きのある断層像を得て、適切かつ効果的な被検体断層観察を行うことができる。

ところで、上記の被検体内断層イメージング装置においては、ＯＣＴ用の光ファイバー及び光学系と、超音波を発生する振動子が実装された基板とを、プローブの先端に配置している。しかしながら、そのような狭い領域に、精密で複雑な部品や機構を設けることは難しく、プローブ自体の製造コストが大変高くなってしまう。

また、プローブ内にＣＣＤカメラ等の固体撮像素子を配置した内視鏡装置に超音波撮像機能を持たせる場合には、超音波を発生するための駆動信号が固体撮像素子の画像信号に与えるノイズが問題となる。超音波を発生するためには、７ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ程度の高い周波数を有する数１０Ｖ以上の大振幅の駆動信号を、例えば、２〜３ｍ程度のプローブ長に渡って伝送しなくてはならない。そのため、輻射ノイズが電子内視鏡の画像信号に影響を与えて、画質が劣化する等の問題が生じてしまう。

関連する技術として、非特許文献２には、極細の石英ファイバを用いて、数ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数の超音波を低損失で伝送できる伝送線路及び超音波伝送技術を開発するために行われた超音波の伝送実験について報告されている。非特許文献２においては、石英ファイバ中を５０ＭＨｚ帯までの高周波超音波が伝送可能であることが確認されているが、そのような超音波伝送技術が応用される形態については言及されていない。
特開２００２−１４８１８５号公報（第２頁）特開平１１−５６７５２号公報（第１頁、図１）堀井章弘、「内視鏡的光断層画像診断技術」、精密工学会誌、第６７巻、第４号、２００１年、ｐ．５５０−５５３入江喬介、他３名、「可撓性伝送線路を用いた３０ＭＨｚ帯超音波伝送」、第２３回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム、２００２年１１月、ｐｐ．３−４

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、比較的簡単な構造により、光による画像情報と超音波による画像情報との両方を、輻射ノイズの影響を受けることなく取得することができるプローブ、並びに、そのようなプローブを用いる断層画像観察装置及び内視鏡装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係るプローブは、低コヒーレンス光の干渉に基づいて画像を生成するＯＣＴ（光学的コヒーレンス断層撮像）、及び、超音波エコーに基づいて画像を生成する超音波撮像において用いられるプローブであって、少なくとも一部に光及び超音波を透過させる領域が設けられ、被検体の体内に挿入される挿入部と、該挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、光を入射及び出射する２つの端面を有し、一方の端面から入射した光を他方の端面に伝搬する光伝搬手段と、挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、超音波を入射及び出射する２つの端面を有し、一方の端面から入射した超音波を他方の端面に伝搬する少なくとも１つの超音波伝搬手段と、挿入部内に収納され、光伝搬手段の端面から出射される光を挿入部の外部に向けると共に、少なくとも１つの超音波伝搬手段の端面から出射される超音波を挿入部の外部に向けるガイド手段とを具備する。

また、本発明の１つの観点に係る装置は、低コヒーレンス光の干渉に基づいて画像を生成するＯＣＴ（光学的コヒーレンス断層撮像）、及び、超音波エコーに基づいて画像を生成する超音波撮像において用いられる装置であって、光源から発生した低コヒーレンス光を信号光及び参照光に分割する光分割手段と、駆動信号に基づいて超音波を発生する少なくとも１つの超音波トランスデューサと、該少なくとも１つの超音波トランスデューサに供給される駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、プローブであって、少なくとも一部に光及び超音波を透過させる領域が設けられ、被検体の体内に挿入される挿入部と、該挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、分割手段によって分割された信号光を入射して伝搬する光伝搬手段と、挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、少なくとも１つの超音波トランスデューサから入射した超音波を伝搬する少なくとも１つの超音波伝搬手段と、挿入部内に収納され、光伝搬手段から出射される光を挿入部の外部に向けると共に、少なくとも１つの超音波伝搬手段から出射される超音波を挿入部の外部に向けるガイド手段とを含むプローブと、被検体から反射され、光伝搬手段を伝搬した信号光と、参照光との干渉によって生じる干渉光を検出することにより検出信号を生成する検出手段と、該検出手段によって生成される検出信号に基づいて断層画像データを生成する第１の画像データ生成手段と、被検体から反射された超音波を受信することによって生成される検出信号に基づいて断層画像データを生成する第２の画像データ生成手段とを具備する。

本発明によれば、プローブの外部で発生させた超音波を、可撓性を有する超音波伝搬路を介してプローブの先端に伝搬させるので、プローブ内に振動子を配置する必要がなくなる。また、振動子を駆動するための高周波信号をプローブに送信する必要がないので、輻射ノイズ対策が不要になる。そのため、プローブの構造を簡素化して、細径化することができると共に、生成される画像の画質を維持しつつ、プローブの製造コストを低く抑えることができる。さらに、そのようなプローブを断層画像観察装置又は内視鏡装置に組み込むことにより、超音波を用いて撮像された断層画像と、光を用いて撮像された断層画像又は内表面画像とを同時に表示させることができるので、効率良く医療診断を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る断層画像観察装置の構成を示すブロック図である。この断層画像観察装置は、生体内に挿入されてＯＣＴ（optical coherence tomography）撮像及び超音波撮像を行う断層画像観察用プローブ（以下、単にプローブともいう）１０と、ＯＣＴによる断層画像を生成する光源部２０〜ＯＣＴ画像データ生成部２６と、超音波による断層画像を生成する超音波トランスデューサ３０〜超音波画像データ生成部３６と、生成されたＯＣＴ画像データ及び超音波画像データを記憶する画像データ記憶部４０と、画像合成部４１と、表示部４２と、本実施形態に係る断層画像観察装置全体を制御する制御部４３と、オペレータによる命令や情報を入力する際に用いられる入力部４４とを含んでいる。また、プローブ１０に結合される回転駆動部４５が設けられている。

図２は、図１に示すプローブ１０の構造を示す断面図である。このプローブ１０は、バンドルファイバ１１と、コリメータ１２と、回転軸を中心として回転する反射ミラー１３とを含んでいる。バンドルファイバ１１及びコリメータ１２は、可撓性を有する材料によって形成されている被覆管１４内に挿入して固定されており、反射ミラー１３は、被覆管１４の先端に取り付けられている。これらの部分１１〜１４は、先端キャップ１５が設けられた軟性部材１６を含む挿入部内に収納されている。先端キャップ１５は、ガラスや樹脂材のように、光透過性を有すると共に、生体との音響特性が良好な材料によって形成されており、先端キャップ１５の内側は、水や流動パラフィン等の液体によって満たされている。また、被覆管１４の一方の端部（図２においては右端）には、ギア部４５ａを含むモータ等の回転駆動部４５が設けられている。この回転駆動部４５によって被覆管１４が回転し、それにより、反射ミラー１３が回転する。

バンドルファイバ１１は、ＯＣＴのために用いられる光を伝搬させる光伝搬路１１ａと、超音波撮像のために用いられる超音波を伝搬させる超音波伝搬路１１ｂとを含んでいる。これらの光伝搬路１１ａ及び超音波伝搬路１１ｂは、可撓性を有する材料によって形成されている。光伝搬路１１ａとしては、例えば、コア径１０μｍを有するシングルモードの光ファイバが用いられ、超音波伝搬路１１ｂとしては、例えば、石英ファイバが用いられる。なお、超音波伝搬路１１ｂは、シングルモードでなくても良い。

図３は、図２に示すバンドルファイバ１１の断面を示している。本実施形態においては、図３の（ａ）に示すように、バンドルファイバ１１の中央に光伝搬路１１ａを配置し、その周囲を囲むように複数の超音波伝搬路１１ｂを配置すると共に、伝搬路１１ａ及び１１ｂを保護すると共に不要な振動を吸収するために、それらの隙間に樹脂材料１１ｃを充填している。光伝搬路１１ａ及び超音波伝搬路１１ｂの配置は、このような形態には限定されず、その他にも様々な配置を用いることができる。例えば、図３の（ｂ）に示すように、１つの光伝搬路１１ａと１つの超音波伝搬路１１ｂとを並べて配置しても良い。

再び、図２を参照すると、このような光伝搬路１１ａ及び超音波伝搬路１１ｂの一方の端面は、コリメータ１２に直接的に接続されている。また、光伝搬路１１ａの他方の端面は、図１に示す結合光学系２１に接続されており、超音波伝搬路１１ｂの他方の端面は、図１に示す超音波トランスデューサ３０に接続されている。

コリメータ１２は、バンドルファイバ１１よりも大きい開口径を有しており、光伝搬路１１ａの端面から出射した光が拡散することなく反射ミラー１３に入射するように、出射光の波面を整形すると共に、超音波伝搬路１１ｂの端面から出射した超音波を伝搬させる。本実施形態においては、コリメータ１２として、セルフォック（登録商標）レンズを用いている。セルフォック（登録商標）レンズは、位置によって異なる屈折率を有する屈折率分布型レンズであり、その長さを変えることによって光学特性が変化する。例えば、セルフォック（登録商標）レンズを物体像面間距離（光が正立に結像するピッチ）の１／４の長さにすると、入射光が平行光となって出射する。なお、コリメータ１２の替わりに凸レンズ等の結像光学系を用いることにより、光伝搬路１１ａから出射した光の径を絞りつつ反射ミラー１３に入射させても良い。

反射ミラー１３は、金属の反射面１３ａを有しており、コリメータ１２から出射した光ＯＰ及び超音波ＵＳの波面を偏向させることにより、所定の位置に集束させる。反射面１３ａの形状は、入射光の状態（例えば、平行光、集束光等）及び開口径と光の焦点Ｆ_ＯＰの位置との関係や、入射する超音波の開口径と超音波の焦点Ｆ_ＵＳの位置との関係等に基づいて規定される。その際に、光の焦点距離及び超音波の焦点距離については、光及び超音波の性質（例えば、深達度）に応じて、観察対象となる深さの範囲内でそれぞれ設定される。なお、通常、ＯＣＴによって被検体の浅部を撮像し、超音波によって被検体の深部を撮像するので、光の焦点距離よりも超音波の焦点距離の方が長くなる。反射面１３ａの形状としては、平面、放物面、楕円面等様々なものを用いることができる。

被覆管１４の一部には、反射面１３ａから反射された光ＯＰ及び超音波ＵＳを透過させるための窓１４ａが設けられている。反射ミラー１３によって反射された光及び超音波は、この窓１４ａ及び先端キャップ１５を透過して被検体内に伝搬し、光の焦点Ｆ_ＯＰ及び超音波の焦点Ｆ_ＵＳを形成する。このような被覆管１４を回転させることにより、反射ミラー１３が回転して、光の焦点Ｆ_ＯＰ及び超音波の焦点Ｆ_ＵＳが回転軸に垂直な平面内を移動することにより、被検体を走査する。或いは、軟性部材内をスライドするように被覆管１４を駆動することにより、光の焦点Ｆ_ＯＰ及び超音波の焦点Ｆ_ＵＳを移動させて、被検体をリニアに走査させても良い。さらに、回転運動及びスライド運動を組み合わせることにより、３次元走査を行うこともできる。

再び、図１を参照すると、本実施形態に係る断層画像観察装置は、ＯＣＴ画像を生成するために、光源部２０と、結合光学系２１と、光路遅延部２２と、光検出部２３と、ＯＣＴ信号処理部２４と、メモリ２５と、ＯＣＴ画像データ生成部２６とを有している。

図４は、光源部２０〜光検出部２３の構成を示す模式図である。図４に示すように、光源部２０は、例えば、モードロックチタンサファイアレーザ２０ａと、レーザ２０ａから出射した光を集光して光ファイバ２７ａに導くレンズ２０ｂとを含んでいる。光源としては、低コヒーレンス光を出射できるものであれば良く、上記のようなレーザの他にも、ＳＬＤ（スーパー・ルミネセント・ダイオード）等を用いることができる。

結合光学系２１は、ファイバカプラ２１ａ及び２１ｂと、周波数シフタ２１ｃとを含んでいる。ファイバカプラ２１ａは、光源部２０から出射し、光ファイバ２７ａを介して導入された低コヒーレンス光を分割し、一方の低コヒーレンス光Ｌ１をファイバカプラ２１ｂに導くと共に、他方の低コヒーレンス光Ｌ１’を光ファイバ２７ｄを介して光検出部２３に導く。ファイバカプラ２１ｂは、低コヒーレンス光Ｌ１を、参照光Ｌ２及び信号光Ｌ３に分割して光ファイバ２７ｂ及び１１ａにそれぞれ導くと共に、光ファイバ２７ｂ及び１１ａからそれぞれ導入された参照光Ｌ２’及び反射光Ｌ３’を合波することにより合成光Ｌ４として光ファイバ２７ｃに導く。周波数シフタ２１ｃは、信号光Ｌ３を僅かに周波数変調することにより、参照光Ｌ２と信号光Ｌ３との間に僅かな周波数差Δｆを生じさせる。

光路遅延部２２は、レンズ２２ａと、反射ミラー２２ｂと、ミラー駆動部２２ｃとを含んでいる。レンズ２２ａは、ファイバ２７ｂから出射した参照光Ｌ２を集光して反射ミラー２２ｂに入射させると共に、反射ミラー２２ｂからの反射光（参照光Ｌ２’）を光ファイバ２７ｂに入射させる。ここで、反射ミラー２２ｂは、レンズ２２ａの光軸に対して垂直且つ水平方向に移動可能な状態で保持されている。ミラー駆動部２２ｃは、制御部４３（図１）の制御の下で、反射ミラー２２ｂを光軸に対して水平方向に移動させることにより、参照光Ｌ２及びＬ２’の光路長を変化させる。

光検出部２３は、光ファイバ２７ｄを介して入射した低コヒーレンス光Ｌ１’の強度を検出する光検出器２３ａと、光ファイバ２７ｃを介して入射した合波光Ｌ４の強度を検出する光検出器２３ｂとを含んでいる。これらの光検出器２３ａ及び２３ｂの検出信号は、ＯＣＴ信号処理部２４（図１）に出力される。

光源部２０から出射され、結合光学系２１を介して光ファイバ１１ａに入射した信号光Ｌ３は、図２に示すプローブ１０の先端から出射して被検体の走査領域を照射する。この信号光Ｌ３は、被検体内のある深さにおける組織から反射され、反射光Ｌ３’としてプローブ１０の先端に入射する。そして、反射光Ｌ３’は、光ファイバ１１ａを通って再び結合光学系２１に入射し、参照光Ｌ２’と合波される。ここで、参照光Ｌ２’と反射光Ｌ３’とは、参照光Ｌ２が光路遅延部２２において反射されて戻って来るまでの光路長と、信号光Ｌ３が被検体において反射されて戻って来るまでの光路長との差が、光の干渉距離以下（例えば、１０μｍ〜２０μｍ）である場合に、互いに干渉し合う。言い換えれば、参照光Ｌ２及びＬ２’と反射光Ｌ３’とが干渉し合うとき、その反射光Ｌ３’は、参照光Ｌ２及びＬ２’の光路長に対応する深さにおいて反射されたものであり、その深さ領域に関する情報を表していると言える。そこで、参照光Ｌ２及びＬ２’の光路長を変化させつつ、参照光Ｌ２’と反射光Ｌ３’との干渉を計測することにより、被検体の深さ方向に関する情報を取得することができる。

図１に示すＯＣＴ信号処理部２４は、光検出部２３から出力された低コヒーレント光Ｌ１’の検出信号と、参照光Ｌ２’及び反射光Ｌ３’の合波光Ｌ４の検出信号とに基づいて、ＯＣＴ検出データを生成する。ＯＣＴ信号処理部２４は、差動増幅器を有しており、光検出器２３ａの出力値と光検出器２３ｂの出力値との間の入力バランスを調整すると共に、それらの間のノイズ成分やドリフト成分を相殺した上で、差分を増幅する。さらに、ＯＣＴ信号処理部２４は、増幅された信号をＡ／Ｄ変換する。このようにして生成されたＯＣＴ検出データは、光路遅延部２２における反射ミラー２２ｂの移動量に対応する参照光Ｌ２及びＬ２’の光路長（信号光Ｌ３が反射された深さと関連する）と関連付けられ、メモリ２５に記憶される。

ＯＣＴ画像データ生成部２６は、メモリ２５に記憶されているＯＣＴ検出データに基づいて、プローブ１０による走査方式（例えば、ラジアル走査）に対応する座標変換を行うことにより、表示用のＯＣＴ画像データを生成する。生成されたＯＣＴ画像データは、画像データ記憶部４０に記憶される。

一方、本実施形態に係る断層画像観察装置は、超音波画像を生成するために、超音波トランスデューサ３０と、走査制御部３１と、駆動信号発生部３２と、送受信切替部３３と、超音波信号処理部３４と、メモリ３５と、超音波画像データ生成部３６とを有している。

超音波トランスデューサ３０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電材料等の圧電性を有する材料（圧電体）の両端に電極を形成した振動子によって作製されている。このような振動子の電極に、パルス状の電気信号又は連続波の電気信号を送って電圧を印加すると、圧電体は伸縮する。この伸縮により、振動子からパルス状の超音波又は連続波の超音波が発生する。また、振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。この電気信号は、超音波の検出信号として出力される。

図５は、超音波トランスデューサ３０から発生した超音波を、プローブ１０から伸びる超音波伝搬路１１ｂに導入する様子を示す模式図である。この超音波トランスデューサ３０は、発生した超音波を集束させるために、凹面状の超音波発生面を有している。このような超音波トランスデューサ３０に電圧を印加することにより発生した超音波は、音響ミラー３０ａによって反射され、超音波伝搬路１１ｂに入射する。なお、音響ミラー３０ａの反射面は、図５に示すように平面であっても良く、凹面状であっても良い。

このような超音波トランスデューサ３０は、プローブ１０に含まれる超音波伝搬路１１ｂと同じ数だけ設けても良いし、１つの超音波伝搬路１１ｂに対して、共振周波数の異なる複数種類の超音波トランスデューサ３０を用意しても良い。後者の場合には、撮像部位の深さや性状等の条件に応じて、使用する超音波トランスデューサの種類を切り替えるようにしても良い。例えば、比較的浅い領域を撮像する場合には、高分解能を得ることができる高い周波数帯域の超音波を発生するトランスデューサを用いれば良いし、比較的深い領域を撮像する場合には、散乱し難く深達度の深い、低い周波数帯域の超音波を発生するトランスデューサを用いれば良い。

再び、図１を参照すると、走査制御部３１は、制御部４３の制御の下で、プローブ１０の回転運動に応じて、超音波トランスデューサに与えられる駆動信号の駆動タイミングを設定する。また、駆動信号発生部３２は、例えば、パルサを含んでおり、走査制御部３１によって設定された駆動タイミングに従って駆動信号を発生する。

送受信切替部３３は、駆動信号発生部３２から出力される駆動信号の超音波トランスデューサ３０への供給と、超音波トランスデューサ３０から出力される検出信号の超音波信号処理部３４への供給とを、走査制御部３１の制御に従って所定のタイミングで切り替える。

超音波信号処理部３４は、超音波伝搬路１１ｂの数に対応する複数のチャンネルを有しており、対応する超音波トランスデューサから出力された検出信号を所定のタイミングで取り込み、対数増幅、検波、ＳＴＣ（センシティビティ・タイム・コントロール）、フィルタ処理等の信号処理を行い、さらに、Ａ／Ｄ変換を行うことにより、超音波検出データを生成する。ここで、検出信号の取り込み時間帯を限定することにより、被検体の特定の深さから反射された超音波エコー信号が検出される。このようにして生成された超音波検出データは、メモリ３５に記憶される。

超音波画像データ生成部３６は、メモリ３５に記憶されている超音波検出データに基づいて、プローブ１０による走査方式に対応する座標変換を行うことにより、表示用の超音波画像データを生成する。生成された超音波画像データは、画像データ記憶部４０に記憶される。

画像合成部４１は、画像データ記憶部４０に記憶されているＯＣＴ画像データ及び超音波画像データに基づいて、画面表示用の合成画像データを生成する。画像の合成方法としては、例えば、所定の深度より浅い領域を表すＯＣＴ画像と、所定の深度より深い領域を表す超音波画像とを合成することが考えられる。なお、画像合成部４１の前段又は後段に、階調補正等を行う画像処理部を設けても良い。

表示部４２は、ＣＲＴディスプレイ又はＬＣＤディスプレイを含む表示デバイスであり、画像合成部によって生成された画面表示用の合成画像データに基づいて、ＯＣＴ撮像及び超音波撮像によって生成された画像を表示する。
図６は、表示部４２に表示される画面を示す模式図である。図６には、撮像領域の浅部が明確に表されたＯＣＴ画像１０１と、撮像領域の深部が表された超音波画像１０２と、ＯＣＴ画像における浅部と超音波画像における深部とを合成することによって生成された合成画像１０３とが示されている。オペレータは、入力部４５を用いて命令を入力することにより、ＯＣＴ画像１０１、超音波画像１０２、又は、合成画像１０３の各々を単独で、或いは、図６に示すように複数の画像を並べて表示させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＯＣＴ及び超音波撮像が可能なプローブを用いることにより、１回の走査によって浅部から深部に渡る良質な断層画像を得ることができる。従って、そのような断層画像を用いて効率良く、質の高い医療診断を行うことが可能になる。ここで、プローブの外部において発生した超音波をプローブの先端に伝搬させるので、プローブ自体の構成を簡単にして、細径化することができる。そのため、プローブの細径化及び撮像時間の短縮により、被検体である患者への負担を軽くすることができる。

また、本実施形態によれば、共振周波数の異なる複数種類の超音波トランスデューサを切り替えて使用することもできるので、撮像部位に応じて、様々な周波数帯域の超音波を使い分けることが可能になる。加えて、超音波トランスデューサの大きさに関する制約が少なくなるので、安価で大型の超音波トランスデューサを用いることが可能となり、製造コストを削減することができる。

さらに、本実施形態によれば、プローブにおいて、光及び超音波を反射可能な１つの反射ミラーを用いることにより、光と超音波を同じ回転方向に出射させることができる。そのため、ある領域に関する浅部及び深部についての情報を同時に取得することができるので、深さ方向におけるタイムラグの少ない、良質な画像を生成することが可能になる。

本実施形態においては、干渉信号の時間変化を計測するタイムドメインＯＣＴを用いているが、その他にも、干渉信号の周波数応答特性を計測するスペクトルドメインＯＣＴ又はフーリエドメインＯＣＴを用いても良い。
また、本実施形態においては、超音波を送信した超音波トランスデューサを用いて超音波エコーを受信しているが、超音波送信用のトランスデューサと超音波受信用のトランスデューサとを使い分けても良い。その場合には、超音波受信用のトランスデューサに駆動信号を供給する必要がないので、超音波受信用のトランスデューサをプローブの先端に配置することも可能である。それにより、受信された超音波エコーが、長距離を伝搬する間に減衰することなく電気信号に変換されるので、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る内視鏡装置について説明する。この内視鏡装置は、ＯＣＴ及び超音波撮像のほかに、内視鏡観察を可能にしたものであるが、ＯＣＴ機能を省略して、超音波撮像及び内視鏡観察のみを行うようにしても良い。
図７は、本実施形態に係る内視鏡装置の構成を示すブロック図である。この内視鏡装置は、図１に示す断層画像観察装置に示す断層画像観察用プローブ１０及び回転駆動部４５の替わりに、内視鏡プローブ６０及び回転駆動部７１を有しており、画像データ記憶部４０及び画像合成部４１の替わりに、画像データ合成部５４及び画像合成部５５を有している。さらに、この内視鏡装置は、光源部５１と、信号処理部５２と、内視鏡画像データ生成部５３とを有している。

図８は、図７に示す内視鏡装置の一部の概観を示す模式図である。この内視鏡装置は、被検体である患者の体腔内に挿入される内視鏡プローブ６０と、所定の場所に設置されて内視鏡プローブ６０を操作するために用いられる本体操作部７０とを含んでいる。
内視鏡プローブ６０の挿入部には、ＯＣＴ及び超音波観測部６１と、内視鏡観察部６２とが設けられている。また、内視鏡プローブ６０の挿入部は、アングル部６３と、軟性部６４とを含んでおり、軟性部６４が本体操作部７０に連結されて使用される。また、本体操作部７０は、モータ等の回転駆動部７１を含んでいる。

図９の（ａ）は、図８に示す内視鏡プローブの挿入部の先端部分を示す断面図である。ＯＣＴ及び超音波観測部６１は、挿入部から突出する先端キャップ６５を有しており、挿入部内には、図８に示す回転駆動部７１に連結された被覆管６６が設けられている。被覆管６６の内部には、図２に示すプローブ１０と同様に、バンドルファイバ１１、反射ミラー１２、及び、コリメータ１３が配置されている。なお、先端キャップ６５内は、液体で満たされている。

図９の（ｂ）は、図８に示す内視鏡プローブの挿入部の先端部分を示す上面図である。内視鏡観察部６２は、挿入部の側面の一部を面取りすることによって平坦化された観察機構装着部６２ａに設けられた照明窓６２ｂ及び観察窓６２ｃを有している。照明窓６２ｂには、光源部５１（図７）からライトガイドを介して供給される照明光を出射させて被検体の内表面を照射するための照明用レンズ６２ｆが装着されている。また、観察窓６２ｃには、対物レンズ６２ｇが装着されており、この対物レンズ６２ｇの結像位置に、イメージガイドの入力端又はＣＣＤカメラ等の固体撮像素子６２ｈが配置されている。

さらに、観察機構装着部６２ａには、観察窓６２ｃの前方位置に、鉗子等の処置具を導出されるための処置具導出孔６２ｄが形成されている。また、面取りされた部分の段差領域には、照明窓６２ｂ及び観察窓６２ｃを洗浄するための液体を供給するノズル孔６２ｅが形成されている。
図１０に示すように、超音波観測部６１と内視鏡観察部６２とを含む内視鏡プローブ６０が、被検体である患者の消化管１００内に挿入されて、ＯＣＴ及び超音波撮像、並びに、内視鏡検査が行われる。

再び、図７を参照すると、光源部５１から発生した光は、内視鏡プローブ６０に導かれ、被検体内を照射するために用いられる。光源部５１としては、例えば、ハロゲン光源やキセノン光源が用いられる。信号処理部５２は、図９に示す観察窓６２ｃ内に設けられている固定撮像素子から出力された検出信号について、所定の信号処理を施す。内視鏡画像データ生成部５４は、信号処理が施された検出信号に基づいて、被検体内の表面画像（内視鏡画像）を表す画像データを生成する。画像データ記憶部５４は、ＯＣＴ画像データ生成部２６、超音波画像データ生成部３６、及び、内視鏡画像データ生成部５３によってそれぞれ生成された画像データを記憶する。画像合成部５５は、画像データ記憶部５４に記憶されているＯＣＴ画像データ及び超音波画像データに基づいて断層画像データを合成すると共に、合成された断層画像データ及び内視鏡画像データに基づいて、画面表示用の合成画像データを生成する。画面の表示方法としては、ＯＣＴ画像、超音波画像、合成された断層画像、及び、内視鏡画像の各々を単独で順次表示しても良いし、それらの内の複数の画像又は全ての画像を並べて表示しても良い。なお、画像合成部４１の前段又は後段に、階調補正等を行う画像処理部を設けても良い。

本実施形態によれば、ＯＣＴ及び超音波撮像によって取得された断層画像と、内視鏡撮像によって取得された生体内部の表面画像とを、１回の検査によって取得することができる。そのため、それらの画像を用いて効率良く良質な診断を行うことができると共に、患者の負担を少なくすることができる。また、超音波トランスデューサをプローブの先端に設ける場合には伝送される駆動信号のために必須であったノイズ対策等が不要になるので、プローブの構造を簡単にすることができる。

本発明は、生体内の臓器や骨等の撮像を行って、診断のために用いられる断層画像を生成する医療用画像観察装置において利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る断層画像観察装置の構成を示すブロック図である。図１に示す断層画像観察用プローブの構造を示す断面図である。図２に示すバンドルファイバにおける光伝搬路及び超音波伝搬路の配置について説明するための図である。図１に示す光源部〜光検出部の構成を説明するための模式図である。図１に示す超音波トランスデューサから発生した超音波を超音波伝搬路に入射させる様子を示す模式図である。図１に示す表示部に表示される断層画像を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る内視鏡装置の構成を示すブロック図である。図７に示す内視鏡装置の一部の概観を示す図である。図８に示す内視鏡プローブの挿入部の先端部分を示す図である。図８に示す内視鏡プローブが患者の消化管内に挿入されて、ＯＣＴ撮像及び超音波撮像並びに内視鏡検査が行われる様子を示す図である。

符号の説明

１０断層画像観察用プローブ
１１バンドルファイバ
１１ａ光伝搬路
１１ｂ超音波伝搬路
１２コリメータ
１３反射ミラー
１４、５６被覆管
１５、５５先端キャップ
１６軟性部材
２０、５１光源部
２１結合光学系
２２光路遅延部
２３光検出部
２４ＯＣＴ信号処理部
２５、３５メモリ
２６ＯＣＴ画像データ生成部
３０超音波トランスデューサ
３１走査制御部
３２駆動信号発生部
３３送受信切替部
３４超音波信号処理部
３６超音波画像データ生成部
４０、５４画像データ記憶部
４１、５５画像合成部
４２表示部
４３制御部
４４入力部
４５、７１回転駆動部
４５ａギア部
５２信号処理部
５３内視鏡画像データ生成部
６０内視鏡プローブ
６１超音波観測部
６２内視鏡観察部
６２ａ観察機構装着部
６２ｂ照明窓
６２ｃ観察窓
６２ｄ処置具導出孔
６２ｅノズル孔
６２ｆ照明用レンズ
６２ｇ対物レンズ
６２ｈ固体撮像素子
６３アングル部
６４軟性部
７０本体操作部
１００消化管
１０１ＯＣＴ画像
１０２超音波画像
１０３合成画像

Claims

低コヒーレンス光の干渉に基づいて画像を生成するＯＣＴ（光学的コヒーレンス断層撮像）、及び、超音波エコーに基づいて画像を生成する超音波撮像において用いられるプローブであって、
少なくとも一部に光及び超音波を透過させる領域が設けられ、被検体の体内に挿入される挿入部と、
前記挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、光を入射及び出射する２つの端面を有し、一方の端面から入射した光を他方の端面に伝搬する光伝搬手段と、
前記挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、超音波を入射及び出射する２つの端面を有し、一方の端面から入射した超音波を他方の端面に伝搬する少なくとも１つの超音波伝搬手段と、
前記挿入部内に収納され、前記光伝搬手段の端面から出射される光を前記挿入部の外部に向けると共に、前記少なくとも１つの超音波伝搬手段の端面から出射される超音波を前記挿入部の外部に向けるガイド手段と、
を具備するプローブ。
前記ガイド手段が、前記光伝搬手段の端面から出射した光の波面を整形すると共に、前記超音波伝搬手段の端面から出射した超音波を伝搬させるコリメート手段を含む、請求項１記載のプローブ。
前記ガイド手段が、前記光伝搬手段の端面から出射した光を前記挿入部の外部に向けて反射すると共に、前記少なくとも１つの超音波伝搬手段の端面から出射した超音波を前記挿入部の外部に向けて反射する反射手段を含む、請求項１又は２記載のプローブ。
前記反射手段が、前記光伝搬手段の端面から出射した光を、該光が所定の深度に焦点を形成するように反射すると共に、前記少なくとも１つの超音波伝搬手段の端面から出射した超音波を、該超音波が所定の深度に焦点を形成するように反射する、請求項３記載のプローブ。
前記ガイド手段が、前記反射手段を回転させることにより、光及び超音波が反射される方向を変化させる回転機構をさらに含む、請求項３又は４記載のプローブ。
前記光伝搬手段が、光ファイバを含み、
前記少なくとも１つの超音波伝搬手段が、複数の石英ファイバを含む、
請求項１〜５のいずれか１項記載のプローブ。
低コヒーレンス光の干渉に基づいて画像を生成するＯＣＴ（光学的コヒーレンス断層撮像）、及び、超音波エコーに基づいて画像を生成する超音波撮像において用いられる装置であって、
光源から発生した低コヒーレンス光を信号光及び参照光に分割する光分割手段と、
駆動信号に基づいて超音波を発生する少なくとも１つの超音波トランスデューサと、
前記少なくとも１つの超音波トランスデューサに供給される駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
プローブであって、少なくとも一部に光及び超音波を透過させる領域が設けられ、被検体の体内に挿入される挿入部と、前記挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、前記分割手段によって分割された信号光を入射して伝搬する光伝搬手段と、前記挿入部内に収納され、可撓性を有する材料によって形成されており、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサから入射した超音波を伝搬する少なくとも１つの超音波伝搬手段と、前記挿入部内に収納され、前記光伝搬手段から出射される光を前記挿入部の外部に向けると共に、前記少なくとも１つの超音波伝搬手段から出射される超音波を前記挿入部の外部に向けるガイド手段とを含むプローブと、
前記被検体から反射され、前記光伝搬手段を伝搬した信号光と、参照光との干渉によって生じる干渉光を検出することにより検出信号を生成する検出手段と、
前記検出手段によって生成される検出信号に基づいて断層画像データを生成する第１の画像データ生成手段と、
前記被検体から反射された超音波を受信することによって生成される検出信号に基づいて断層画像データを生成する第２の画像データ生成手段と、
を具備する装置。
前記少なくとも１つの超音波トランスデューサが、前記被検体から反射され、前記超音波伝搬手段を伝搬した超音波を受信して検出信号を生成する、請求項７記載の装置。
前記プローブが、前記挿入部内に収納され、前記被検体から反射された超音波を受信して検出信号を生成する少なくとも１つの第２の超音波トランスデューサをさらに含む、請求項７又は８記載の装置。