JP5052279B2 - 光断層画像化装置 - Google Patents
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Description
このOCT計測法は、光干渉計測法の一種であり、光源から射出された光を測定光と参照光との2つに分け、測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉が検出されることを利用した計測方法である。
このような従来の光断層画像化装置においては、診断部位毎にプローブの長さが大きく異なるため、診断部位毎に複数種類のプローブを揃えておく必要がある問題がある。このため、製造や販売をする側においては、診断部位に応じた複数種類のプローブを多数用意しておかなければならず、多数のプローブの在庫管理が必要となるばかりか、多くの開発工数や製造用図面が必要となり、また、多くの部品管理をする必要があり、結果的に装置全体のコストをアップさせるという問題がある。一方、使用する側、例えば、病院等においては、診断部位に応じた複数種類のプローブを用意しておかなければならず、多種類で多数のプローブの管理が必要であるという問題がある。
なお、プローブの長さの変化に応じた参照光の光路長の変化に対応するために、特許文献1に開示された第2光路長変更手段を用いることが考えられるが、プローブ毎の長さの製造誤差程度のばらつきを調整する第2光路長変更手段では、参照光の光路長の大きな変化には、対処が困難であるという問題がある。仮に、プローブの長さの違いが、このような第2光路長変更手段で調整可能な長さの違いであっても、第2光路長変更手段は高価であり、装置全体のコストアップを招くという問題があるのは、上述した通りである。
この光断層画像化システムは、参照光の導波経路となる光ファイバ自体を取り替えるのに比べれば、診断部位毎に長さの異なるプローブに応じて準備する光プローブの長さは短くて済むし、付け替えも極めて簡単であるという特徴を有するものであるが、用意しておかなければならない異なる長さの複数種類の光ファイバは、長さの異なるプローブの種類毎に必要であるし、一部とはいえ、参照光用光ファイバの付け替えを行う必要があることには変わりはなく、やはり、未熟なオペレータには、難しいという問題があった。
また、前記余長処理機構は、前記所定の直径以上の円状ループに巻回された前記光プローブを格納するための格納部を備えるのが好ましい。
また、前記余長処理機構は、前記光プローブの余長を、前記光プローブの前記プローブ外筒内における前記第1光ファイバの回転変動に影響を与えない直径100mm以上の円状ループに巻回する機構を備えるのが好ましい。
また、前記回転駆動部は、前記光プローブの前記第1光ファイバを前記第2光ファイバに対して所定間隔離間させて回転自在に接続し、前記測定光および前記戻り光を伝送する光ロータリアダプタまたは光ロータリジョイントであるのが好ましい。
また、前記着脱機構は、前記余長処理機構と前記回転駆動部との間において設けられ、前記光プローブの前記第1光ファイバを着脱可能に接続する光コネクタ接続部または光アダプタの接続機構であるのが好ましい。
また、前記光プローブは、診断部位まで挿入される内視鏡内に挿入されて、前記測定部のある先端部分を前記診断部位の前記測定対象に接触させて前記測定対象を測定するためのものであり、前記内視鏡が挿入される前記診断部位までの挿入長さに応じて、前記余長処理機構に巻回され、前記余長処理機構から先の前記第1光ファイバの長さが設定されるのが好ましい。
また、前記光源は、一定の周期で波長を掃引しながら光を射出するものであるのが好ましい。
n1×sinθ1=n3×sinθ3 …(1)
δ1=f1×tan(θ3−θ1) …(2)
n2×sinθ2=n3×sinθ4 …(3)
δ2=f2×tan(θ4−θ2) …(4)
また、前記第2光ファイバおよび前記第1光ファイバは、それぞれフェルールによって支持され、それぞれのフェルールは、前記第2光ファイバおよび前記第1光ファイバの各傾斜端面と同じ平面をなす傾斜端面を持つのが好ましい。
また、前記第1光ファイバおよび前記第1コリメータレンズを固定的に支持する前記取付筒は、前記第2光ファイバおよび前記第2コリメータレンズを固定的に支持する前記固定スリーブから着脱可能であるのが好ましい。
また、前記回転筒の他方の端部において、前記第1光ファイバは、その光軸と前記取付筒の回転中心軸とが一致するように前記回転筒の中心に支持されるのが好ましい。
また、前記第1光ファイバは、前記回転筒の他方の端部において、他方の端面を有し、前記回転筒の他方の端部は、固定型の光コネクタの端子を構成するのが好ましく、また、前記第1光ファイバの他方の端面は、その光軸と前記取付筒の回転中心軸とが一致するように前記回転筒の中心に取り付けられるのが好ましい。
または、前記第1光ファイバは、前記回転筒の他方の端部から延在し、その先端部は、前記測定対象に前記測定光を照射し、その戻り光を取得する測定部に接続され、透明なプローブ外筒に回転自在に保持され、光プローブを構成するのが好ましい。
また、本発明によれば、診察部位に応じて異なる光プローブを付け替える光プローブ交換作業が不要であり、その結果、長さの異なる光プローブの交換作業に伴う参照光の光路長合わせするための機能や作業が必要がなく、したがって参照光の光路長合わせのための複数の参照光用光ファイバ(全長またはその一部)を用意する必要がないし、また、参照光用光ファイバの交換作業も不要であり、作業性の良い光断層画像化装置を提供できる。その結果、本発明によれば、光プローブ交換や光ファイバの交換に伴う、光ファイバ端面の劣化を防ぐことができ、性能の劣化や性能の信頼性の低下を防止することができる。
その結果、本発明によれば、作業性が良く、効率よく分解能の高い、測定対象の光断層画像を取得することができる光断層画像化装置を提供できるという効果を奏する。
図1は、本発明の光断層画像化装置の一実施形態の概略構成を示す説明図であり、図2は、図1に示す光断層画像化装置の装置本体の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
図3は、図2に示す光ロータリアダプタの概略断面図であり、図4は、図3に示す光ロータリアダプタの回転中心と光ファイバおよびコリメータレンズの位置関係を説明するための説明図である。
図3に示す光ロータリアダプタ16は、筐体34と、筐体34の外側に取り付けられるモータ36と、筐体34内に固定される固定スリーブ38と、固定スリーブ38の一端面に固定的に取り付けられるホルダ40aおよび40bを介して取り付けられる固定側光ファイバFB2および固定側コリメータレンズ42と、固定スリーブ38に軸受け44を介して回転自在に支持される取付筒46aおよびこれに一体的に組み立てられた回転筒46bからなる回転組立体46と、取付筒46aの一端面の略中心に固定的に取り付けられるホルダ48aおよび48bを介して取り付けられる回転側光ファイバFB1および回転側コリメータレンズ50と、回転組立体46の回転筒46bの外周に取り付けられた歯車52と、モータ36の回転軸36aに取り付けられ、回転筒46bの歯車52と噛合する歯車54とを有する。
モータ36は、回転筒46bを回転させることにより、回転組立体46の取付筒46aを回転させ、取付筒46aおよび回転筒46bの略中心に支持されるFB1を回転させるためのものである。モータ36は、自身の回転軸36aを回転させることにより、回転軸36aの先端に取り付けられた歯車54を回転させ、歯車54と噛合する回転筒46bの歯車52を回転させて、回転筒46bを回転させることにより、回転組立体46の取付筒46aを回転させる。その結果、回転組立体46の取付筒46aおよび回転筒46bの略中心に支持されるFB1は回転する。
このように筐体34に固定された固定スリーブ38の円板部38cの外側には、その中央開口38bを覆うようにホルダ40aのフランジ部が取り付けられる。
一方、固定スリーブ38の円管部38aには開放側から回転組立体46の取付筒46aが嵌め込まれ、固定スリーブ38の円管部38aの内周と、回転組立体46の円筒状取付筒46aの外周との間には、2個の軸受け44が介在する。2個の軸受け44は、固定スリーブ38の円管部38aの内周の段部に押し当てられ、円管部38aの内周から開放側に抜けないように、円管部38aの開放端の内周面に形成された雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を持つリング39によって止められている。
なお、光ファイバFB2は、光ファイバコード17に内蔵されているもので、光ファイバコード17としては、従来公知の光ファイバコードを用いれば良い。
一方、ホルダ40bは、コリメータレンズ42を保持するためのフランジ付き円管状部材であり、そのフランジ部がホルダ40aのフランジ部に、光ファイバFB2の先端中心とコリメータレンズ42の中心とが光軸に沿って所定距離、具体的には、コリメータレンズ42の焦点距離だけ離間するように取り付けられる。
なお、光ファイバFB2の光軸と、コリメータレンズ42の中心とは、光線を水平に射出させる位置にオフセットさせて取り付けられている。
固定側コリメータレンズ42は、光ファイバFB2の先端から射出された測定光L1をコリメートして回転側コリメータレンズ50に入射させるとともに、コリメータレンズ50からのコリメートされた戻り光L3を集光して光ファイバFB2に入射させるためのものであり、光ファイバFB2の先端面とコリメータレンズ42とは、光ファイバFB2の傾斜端面の中心とコリメータレンズ42の中心との間の(光軸上の)距離がコリメータレンズ42の焦点距離に等しくなるように配置される。
回転組立体46の取付筒46aは、その後端側にフランジ状端面46eを持つ円筒状部材であって、その先端側の端面が固定スリーブ38の円板部38cに対向し、その外周部に2個の軸受け44が配置され、その後端側のフランジ状端面46eの中心側に光ファイバFB1およびコリメータレンズ50を取り付けるためのもので、ファイバコリメータ取付筒として機能し、その周辺側には回転筒46bの端面が取り付けられている。
回転組立体46においては、2個の軸受け44は、取付筒46aの外周に圧入され、その段部に押し当てられ、取付筒46aの外周から開放側に抜けないように、取付筒46aの開放端の外周面に形成された雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を持つリング47によって止められている。
また、回転組立体46の取付筒46aと回転筒46bとの間には、取付筒46aのフランジ状端面46eによって段部が形成され、この段部に押し当てて回転筒46bの先端側の外周には歯車52が取り付けられ、歯車52の回転に伴って回転筒46bが回転して、回転組立体46が回転し、回転組立体46を構成する取付筒46aが回転するように構成されている。
回転筒46bの後端側には、その略中心軸上に、取付筒46aの略中心軸上に取り付けられた光ファイバFB1の他端(後端)側の傾斜端面を支持するとともに、このようにして回転筒46b内に保持される光ファイバFB1を光プローブ16内の光ファイバFB1に接続するための接続部46cが取り付けられている。
なお、回転組立体46は、回転筒46bの先端側の端面を取付筒46aの後端側のフランジ状端面46eから取り外すことにより、取付筒46aと回転筒46bに分解するように構成することもできる。
ホルダ48aは、ホルダ40aと同様に、その中心に円筒状フェルール49に保持された光ファイバFB1を保持するためのフランジ付き円管状部材である。フェルール49に保持された光ファイバFB1は、その先端面がホルダ48aのフランジ側端面から所定距離だけ離れて位置するようにホルダ48aに保持される。なお、ホルダ48aは、保持する固定側光ファイバFB1の中心光軸が取付筒46aの中央開口46dの略中心、具体的には、取付筒46a(回転組立体46)の回転中心に対して、所定量(わずかに)オフセット(偏心)した位置に来るように、フランジ状端面46eの中央開口46dの周辺部に外側に向けて取り付けられる。
一方、ホルダ48bは、ホルダ40bと同様に、コリメータレンズ50を保持するためのフランジ付き円管状部材であり、そのフランジ部がホルダ48aのフランジ部に、光ファイバFB1の先端中心とコリメータレンズ50の中心とが光軸に沿って所定距離、具体的には、コリメータレンズ50の焦点距離だけ離間するように取り付けられる。
なお、光ファイバFB1の光軸と、コリメータレンズ50の中心とは、光線を水平に射出させる位置にオフセットさせて取り付けられている。
回転側コリメータレンズ50は、コリメータレンズ42からのコリメートされた測定光L1を集光して光ファイバFB1に入射させるとともに、光ファイバFB1の先端から射出された戻り光L3をコリメートして固定側コリメータレンズ42に入射させるためのものであり、光ファイバFB1の先端面とコリメータレンズ50とは、光ファイバFB1の傾斜端面の中心とコリメータレンズ50の中心との間の(光軸上の)距離がコリメータレンズ50の焦点距離に等しくなるように配置される。
接続部46cは、回転筒46bの後端面に嵌め込まれ、その内周に設けられた段部に当接して取り付けられるフランジ部56aと、その両側に設けられた雄ねじ部56bおよび56cと、取付筒46aの略中心にホルダ48aによってフェルール49を介して保持される光ファイバFB1が略回転中心軸上に挿通されて割りスリーブ57を介して保持される中央貫通孔56dとを持つ端面部材56と、光ファイバFB1挿通する中央開口および端面部材56の雄ねじ部56bに螺合する雌ねじ部を持ち、中央貫通孔56dに挿通された光ファイバFB1を通す貫通孔を備える袋ナット58とを備える。ここで、接続部46cの端面部材56、特に、雄ねじ部56cは、光プローブ16内の光ファイバFB1をロータリアダプタ18に取り付けるためのファイバコネクタとして機能する。
ここで、回転筒46bの接続部46cの雄ねじ部56cは、筐体34の開口34cに臨んでおり、光プローブ16の光ファイバFB1を、回転組立体46内のファイバFB1とを光学的に接続するコネクタとして機能し、通常の光コネクタ、例えば、SCコネクタやFCコネクタなどや、フィジカルコンタクト用光コネクタなどをも含め、種々の光コネクタを接続することができる。
したがって、本発明の光断層画像化装置10においては、光ロータリアダプタ18の回転組立体46の接続部46cを光コネクタ接続部とし、光プローブ16内の光ファイバFB1の末端部に光コネクタを取り付けておき、これらの接続部46cと光ファイバFB1の末端部の光コネクタとを着脱することにより、装置本体11に直接FCコネクタなどの光コネクタによって接続された固定側の光ファイバFB2と、光プローブ16内の光ファイバFB1とを着脱するのが好ましい。
なお、後述するが、光プローブ16内の光ファイバFB1をある程度の可撓性を持たせた状態で保護しつつ回転自在に保持するために、バネ等で被覆されている。
このとき、光ファイバFB1およびFB2の先端には、コリメータレンズ50および42が取り付けられているため、光ファイバFB1およびFB2の先端を誤って損傷し、あるいは破損することを防止することができる。
なお、図示例では、回転組立体46の回転筒46bの接続部46cは、光ファイバのコネクタとして機能するように構成されているが、取付筒46aに取り付けられたホルダ48aによって保持される光ファイバFB1を保持し、保持された光ファイバFB1がそのまま光プローブ16の先端まで延在する構成することもできる。
図4は、このような固定側光ファイバFB2およびコリメータレンズ42からなる固定側光伝送系と、回転側光ファイバFB1およびコリメータレンズ50からなる回転側光伝送系との位置関係について示す模式図である。
n1×sinθ1=n3×sinθ3 …(1)
δ1=f1×tan(θ3−θ1) …(2)
n2×sinθ2=n3×sinθ4 …(3)
δ2=f2×tan(θ4−θ2) …(4)
ここで、図4に示す固定側光ファイバFB2およびコリメータレンズ42からなる固定側光伝送系と、回転側光ファイバFB1およびコリメータレンズ50からなる回転側光伝送系とは、対称、すなわち線対称に配置されるのが好ましい。
この場合、両伝送系における屈折率(n1=n2)、傾斜角度(θ1=θ2)、屈折角度(θ3=θ4)、焦点距離(f1=f2)、オフセット量(δ1=δ2)は、等しくなる。
光ロータリアダプタ18は、基本的に以上のように構成される。
ここで、光プローブ16は、図1および図2に示すように、光ロータリアダプタ18(回転組立体46の接続部46c、図3参照)に接続されており、光ロータリアダプタ18に接続されている側で、余長処理機構15内において、所定の直径以上の円状ループ16aに巻回されて保持されている。なお、余長処理機構15および光プローブ16の円状ループ16aの詳細については後述する。
また、光ファイバFB1を内蔵する光プローブ16は、光ロータリアダプタ18を介して、光ファイバFB2を内蔵する光ファイバコード17と接続され、光ファイバFB2から、光ロータリアダプタ18を介して、光ファイバFB1に測定光L1が入射され、入射された測定光L1を光ファイバFB1によって伝送して測定対象Sに照射し、測定対象Sからの戻り光L3を取得し、取得した戻り光L3を光ファイバFB1によって伝送して、光ロータリアダプタ18を介して、光ファイバFB2に射出するものである。
プローブ外筒(シース)70は、可撓性を有する筒状の部材であり、測定光L1および戻り光L3が透過する材料からなっている。なお、プローブ外筒70は、測定光L1および戻り光L3が通過する先端(光ロータリアダプタ18と反対側の光ファイバFB1の先端、以下、プローブ外筒70の先端という)側の一部が全周に渡って光を透過する材料(透明な材料)で形成されていればよい。
キャップ72は、プローブ外筒70の先端に設けられ、プローブ外筒70の先端を閉塞している。
ここで、光ファイバFB1と光ファイバFB2とは、光ロータリアダプタ18によって接続されており、光ファイバFB1の回転が光ファイバFB2に伝達しない状態で、光学的に接続されている。また、光ファイバFB1は、プローブ外筒70に対して回転自在な状態で配置されている。
バネ74は、光ファイバFB1の外周に固定されている。また、光ファイバFB1およびバネ74は、光ロータリアダプタ18に接続されている。
光学レンズ78は、光ファイバFB1から射出した測定光L1を測定対象Sに対し照射し、測定対象Sからの戻り光L3を集光し光ファイバFB1に入射する。
固定部材76は、光ファイバFB1と光学レンズ78との接続部の外周に配置されており、光学レンズ78を光ファイバFB1の端部に固定する。ここで、固定部材76による光ファイバFB1と光学レンズ78の固定方法は、特に限定されず、接着剤により、固定部材76と光ファイバFB1および光学レンズ78を接着させて固定させても、ボルト等を用い機械的構造で固定してもよい。なお、固定部材76は、上述したフェルール41および49と同様に、ジルコニアフェルールやメタルフェルールなど光ファイバの固定や保持や保護のために用いられるものであれば、如何なるものを用いても良い。
光プローブ16は、以上のような構成であり、光ロータリアダプタ18により光ファイバFB1およびバネ74が、図5中矢印R2方向に回転されることで、光学レンズ78から射出される測定光L1を測定対象Sに対し、矢印R2方向(プローブ外筒70の円周方向)に対し走査しながら照射し、戻り光L3を取得する。
これにより、プローブ外筒70の円周方向の全周において、測定対象Sを反射した戻り光L3を取得することができる。
図2に示すように、光源ユニット12は、半導体光増幅器60と、光分岐器62と、コリメータレンズ64と、回折格子素子66と、光学系67と、回転多面鏡68とを有し、周波数を一定の周期で掃引させたレーザ光Laを射出する。
このように、半導体光増幅器60および光ファイバFB10で光路のループを形成することで、半導体光増幅器60および光ファイバFB10が光共振器となり、半導体光増幅器60に駆動電流が印加されることで、パルス状のレーザ光が生成される。
コリメータレンズ64は、光ファイバFB11の他端、つまり光ファイバFB10と接続していない端部に配置され、光ファイバFB11から射出された光を平行光にする。
回折格子素子66は、コリメータレンズ64で生成された平行光の光路上に所定角度傾斜して配置されている。回折格子素子66は、コリメータレンズ64から射出される平行光を分光する。
光学系67は、回折格子素子66で分光された光の光路上に配置されている。光学系67は、複数のレンズで構成されており、回折格子素子66で分光された光を屈折させ、屈折させた光を平行光にする。
回転多面鏡68は、光学系67で生成された平行光の光路上に配置され、平行光を反射する。回転多面鏡68は、図2中R1方向に等速で回転する回転体であり、回転軸に垂直な面が正八角形であり、平行光が照射される側面(八角形の各辺を構成する面)が照射された光を反射する反射面で構成されている。
回転多面鏡68は、回転することで、各反射面の角度を光学系67の光軸に対して変化させる。
ここで、上述したように、回転多面鏡68の反射面の角度が光学系67の光軸に対して変化するため、回転多面鏡68が光を反射する角度は時間により変化する。このため、回折格子素子66により分光された光のうち、特定の周波数域の光だけが再び光ファイバFB11に入射する。ここで、光ファイバFB11に入射する特定の周波数域の光は、光学系67の光軸と回転多面鏡68の反射面との角度により決まるため、光ファイバFB11に入射する光の周波数域は、光学系67の光軸と回転多面鏡68の反射面との角度により変化する。
ここで、回転多面鏡68が矢印R1方向に等速で回転しているため、再び光ファイバFB11に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化する。これにより、光ファイバFB3に射出されるレーザ光Laの周波数も、時間の経過に伴った一定の周期で変化する。
光源ユニット12は、このような構成であり、波長掃引されたレーザ光Laを光ファイバFB3側に射出する。
分岐合波部14は、光源ユニット12から光ファイバFB3を介して入射した光Laを測定光L1と参照光L2とに分割し、測定光L1を光ファイバFB2に入射させ、参照光L2を光ファイバFB5に入射させる。
さらに、分岐合波部14は、光ファイバFB5に入射され、後述する光路長調整部26により周波数シフトおよび光路長の変更が施された後、光ファイバFB5を戻り、分岐合波部14に入射した参照光L2と、光プローブ16で取得され、光ファイバFB2から分岐合波部14に入射した測定対象Sからの戻り光L3とを合波し、光ファイバFB4に射出する。
光路長調整部26は、光ファイバFB5から射出された光を平行光にする第1光学レンズ80と、第1光学レンズ80で平行光にされた光を集光する第2光学レンズ82と、第2光学レンズ82で集光された光を反射する反射ミラー84と、第2光学レンズ82および反射ミラー84を支持する基台86と、基台86を光軸方向に平行な方向に移動させるミラー駆動機構88とを有し、第1光学レンズ80と第2光学レンズ82との距離を変化させることで参照光L2の光路長を調整する。
また、第2光学レンズ82は、第1光学レンズ80により平行光にされた参照光L2を反射ミラー84上に集光するとともに、反射ミラー84により反射された参照光L2を平行光にする。このように、第1光学レンズ80と第2光学レンズ82とにより共焦点光学系が形成されている。
これにより、光ファイバFB5から射出した参照光L2は、第1光学レンズ80により平行光になり、第2光学レンズ82により反射ミラー84上に集光される。その後、反射ミラー84により反射された参照光L2は、第2光学レンズ82により平行光になり、第1光学レンズ80により光ファイバFB5のコアに集光される。
また、基台86は、第2光学レンズ82と反射ミラー84とを固定し、ミラー移動機構88は、基台86を第1光学レンズ80の光軸方向(図2矢印A方向)に移動させる。
ミラー移動機構88で、基台86を矢印A方向に移動させることで、第1光学レンズ80と第2光学レンズ82との距離を変更することができ、参照光L2の光路長を調整することができる。
ここで、光断層画像化装置10は、光ファイバFB3から光ファイバFB6にレーザ光Laを分岐する光ファイバカプラ28と、光ファイバカプラ28から分岐させた光ファイバFB6に設けられ、分岐されたレーザ光Laの光強度を検出する検出器30aと、光ファイバFB4の光路上に干渉光L4の光強度を検出する検出器30bとを有する。
干渉光検出部20は、検出器30aおよび検出器30bの検出結果に基づいて、光ファイバFB4から検出する干渉光L4の光強度のバランスを調整する。
図6に示すように、処理部22は、干渉信号取得部90と、A/D変換部92と、接触領域検出部94と、断層画像生成部96と、画像補正部98とを有する。
干渉信号取得部90は、干渉光検出部20で検出された干渉信号を取得し、さらに、光ロータリアダプタ18で検出された測定位置の情報、具体的には、回転方向における光学レンズ78の位置情報から検出された測定位置の位置情報を取得し、干渉信号と測定位置の位置情報を対応付ける。
測定位置の位置情報が対応付けられた干渉信号は、A/D変換部92に送られる。
A/D変換部92は、干渉信号取得部90で測定位置の位置情報と対応つけられたアナログ信号として出力されている干渉信号をデジタル信号に変換する。
測定位置の位置情報が対応付けられ、デジタル変換された干渉信号は、接触領域検出部94および断層情報精生成部96に送られる。
このようにして接触領域検出部94によって検出されたプローブ外筒70と測定対象Sとの接触領域は、断層情報生成部96に送られる。
ここで、断層情報取得部96は、接触領域検出部98から送られた接触領域情報から、接触領域と判断された位置情報の干渉信号のみの断層画像を取得し、接触領域以外の位置情報の干渉信号は断層画像の取得を行わず、つまりFFTやFFTをかけた結果からの画像取得処理を行わず、マスク処理をする。
測定光L1が測定対象Sに照射されたとき、測定対象Sの各深さからの戻り光L3と参照光L2とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差lに対する干渉縞の光強度をS(l)とすると、干渉光検出部20において検出される干渉信号の光強度I(k)は、
I(k)=∫0 ∞S(l)[1+cos(kl)]dl
で表される。ここで、kは波数、lは光路長差である。上式は波数k=ω/cを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、断層情報取得部96において、干渉光検出部20で検出したスペクトル干渉縞に高速フーリエ変換を施し、干渉光L4の光強度S(l)を決定することにより、測定対象Sの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。
さらに、画像補正部98は、断層画像に対し、鮮鋭化処理、平滑化処理等を施すことにより画質を補正する。
画像補正部98は、画質補正が施された断層画像を表示部24に送信する。
ここで、断層画像の送信タイミングは特に限定されず、1ラインの処理が終わる毎に表示部に送信し、1ライン毎に書き換えて表示させてもよく、全ラインの処理(つまり、光学レンズを1周させて取得した画像の処置)が終了し1枚の円形の断層画像を形成した段階で送信してもよい。
操作制御部32は、キーボード、マウス等の入力手段と、入力された情報に基づいて各種条件を管理する制御手段とを有し、処理部22および表示部24に接続されている。操作制御部32は、入力力手段からの入力されたオペレータの指示に基づいて、処理部22の上述した閾値や各種処理条件等の入力、設定、変更や、表示部24の表示設定の変更等を行う。なお、操作制御部32は、操作画面を表示部24に表示させてもよいし、別途表示部を設けて、操作画面を表示させてもよい。また、操作制御部32で、光源ユニット12、光ロータリアダプタ18、干渉光検出部20、光路長調整部26ならびに検出部30aおよび30bの動作制御や、各種条件の設定を行うようにしてもよい。
本発明の光断層画像化装置10の装置本体11は、基本的に以上のように構成される。
図7は、図1および図2に示す光断層画像化装置10の余長処理機構15の一実施形態の概略構成を示す断面図であり、余長処理機構15内に光プローブ16を円状ループ16aに巻き取る時の状態を示し、図8は、この余長処理機構15の上面図であり、図9は、余長処理機構15の異なる使用形態を示す断面図であり、余長処理機構15から光プローブ16の円状ループ16aを解き、光プローブ16を取り出す時の状態を示す。また、図10は、光プローブ16の円状ループ16aの直径と先端部分の速度変動との相関関係の一例を示すグラフである。
図7〜図9に示すように、余長処理機構15は、光プローブ16を所定の直径以上の円状ループ16aに巻回するための規制ガイド102と、光プローブ16の円状ループ16aを規制ガイド102ごと格納する筐体104と、規制ガイド102と筐体104との間に介在する付勢ばね106とを有する。
ここで、中央円管部108は、上方の円周面の一部が、挿入された光プローブ16を円環殻部112の内側基部112bから、直ぐに円環殻部112の円環状の上側周面に沿って、かつ、図8に示すように、回転方向に滑らかな円弧を描くように巻きつけられるように削り取られた形状をしている。
こうして、光プローブ16は、図7に示すように、円環殻部112の円環状の上側周面の所定位置に巻きつけられるように、円環殻部112の右側の半円状断面の上側周面に形成された溝112eに埋められるので、容易に、位置ずれすることなく、円環殻部112の円環状の上側周面の所定位置に巻きつけられることができる。
なお、円環殻部112は、半円状の尾根が丸く円状に繋がった形状を有し、円環殻部112の左右の半円状断面は、対称形状を有するが、図7においては、円環殻部112の右側の半円状断面の上側周面には半円状の溝112eが形成されているため、その厚みは、
円環殻部112の右側の半円状断面の厚みより薄くなっているが、この半円状の溝112eに光プローブ16が埋められることにより、光プローブ16の包絡線が、円環殻部112の左側の円状断面と対称形を成すように形成されている。
なお、図10に示す回転の速度変動は、光ファイバFB1の先端部分の回転速度変動が回転駆動源に回転速度変動として影響するので、光プローブ16の円状ループ16aの所定の直径とし、回転駆動部である光ロータリジョイント18のモータ36で回転組立体46を介して光ファイバFB1を回転させた時に、モータ36に取り付けられたロータリエンコーダによって計測することができる。この理由は、光プローブ16内のばね74は、ねじり剛性が高く、モータ36の回転速度と、光ファイバFB1の先端部分の回転速度とは等しいとみなすことができるからである。しかしながら、ここでは、さらに、正確さを期するために、モータ36に取り付けられたロータリエンコーダによる計測に加え、光ファイバFB1の先端部分の回転速度は、その先端部分から出る光をフォトディテクタで計測した。このとき、光プローブ16の円状ループ16aの直径は、250mm、200mm、150mm、100mm、90mmとした。
図10に示す光プローブ16の円状ループ16aの直径と先端部分の速度変動との相関関係の一例を示すグラフから、所定直径以上では、光プローブ16のプローブ外筒70内における光ファイバFB1の回転変動に影響を与えないことが分かり、本発明の光断層画像化装置10に用いられる光プローブ16の場合、その直径は、100mm以上であることが分かる。
こうすることにより、光プローブ16が券回されて、円状ループ16aを形成している場合に、光プローブ16の円状ループ16aの直径が上記最小直径を下回ることがないので、光プローブ16のプローブ外筒70内において光ファイバFB1を回転変動に影響を与えることがないし、誤って、光プローブ16の光ファイバFB1を損傷したり、破損したりすることがない。
また、円環殻部112の内側基部112bには、筐体104の中央円管部120の円管上部120bが挿入される円環状の凹部112dが形成されている。
蓋部118の山部118aは、中央部分が平坦で、周辺部分の断面形状が四分円である平鍋状をなし、規制ガイド102の円環殻部112およびその上側周面に沿って巻回された光プローブ16をぴったり覆うことができる。蓋部118の円状縁部118bには、規制ガイド102の円環殻部112に巻回された光プローブ16を巻き出し、また、円環殻部112に光プローブ16を巻回するために光プローブ16が通過する開口128が形成されている。
また、中央円管部120の円管下部120cおよび中央円管部120の中央貫通孔120aに移動可能に挿通された規制ガイド102の中央円管部108の外周には、付勢ばね106が、取り付けられ、筐体104の円板状部材122の裏面側と規制ガイド102の中央円管部108の末端の円板状ばね受け部110との間で支持される。
ここで、図7に示す余長処理機構15の状態では、規制ガイド102のばね受け部110が、筐体104の円板状部材122に向かって押され、付勢ばね106が最も縮み、規制ガイド102が筐体104に最も入り、規制ガイド102の円環殻部112が筐体104の蓋部118に接近し、少しの隙間を空けるまで入り込んだ状態を示し、図示しないロック機構によって、規制ガイド102と筐体104とは上下方向に相対的に動かないようにロックされる。
このため、図7に示す余長処理機構15においては、このように、規制ガイド102と筐体104とが上下方向に相対的に動かないように上下動ロックがされた状態で、筐体104の中央円管部120の円管上部120bの内周面と規制ガイド102の中央円管部108の外周面との間には、ブッシュ130が介在し、中央円管部108が中央円管部120内を相対的に回転でき、その結果、規制ガイド102と筐体104とが相対的に回転することができるように構成されている。
こうして、光プローブ16を、円状ループ16aの直径が、光プローブ16のプローブ外筒70内における光ファイバFB1の回転変動に影響を与えない最小直径以上となるように巻回することができる。
この図9に示す余長処理機構15の状態においては、筐体104の円板状部材122上に立設される複数のストッパ124は、規制ガイド102の円環殻部112の内周側の下側に放射状に設けられた複数本のリブ116間に入り込んで係合しているため、規制ガイド102と筐体104とが相対的に回転することができない。
上述したように、本発明の余長処理機構15においては、光プローブ16の余長を規制ガイド102に巻回することにより、所定の直径以上の円状ループ16aとすることができるので、診察部位が、例えば食道、気管支、肺、胃、十二指腸、小腸および大腸など、使用する内視鏡の長さ、従って、光プローブ16の長さの異なる診察部位であっても、1本の光プローブを用いて、診察に使用する光プローブ16の長さを診察部位に応じた適切な長さにすることができる。
本発明に用いられる余長処理機構15および本発明の光断層画像化装置10は、基本的に以上のように構成される。
まず、撮影前において、光ロータリアダプタ18において、固定スリーブ38から、光プローブ16が取り付けられている回転組立体46から取り外された状態で、光プローブ16は洗浄されたものとする。
この状態において、光プローブ16を、図7に示す状態の余長処理機構15において、規制ガイド102の中央円管部108の中央貫通孔108aに挿入し、円環殻部112の溝112eに埋め、筐体104に対して規制ガイド102を回転させ、円筒部112cに巻回し、光プローブ16の余長を円状ループ16aとし、光プローブ16を十分に、例えば、最も短い長さに巻き取っておく。次いで、光ロータリアダプタ18の固定スリーブ38に光プローブ16が取り付けられた回転組立体46を回転可能に取り付ける。
なお、光ロータリアダプタ18を固定スリーブ38と回転組立体46とを一体化する前に、診察部位に応じた測定対象Sまでの長さが分かっている場合には、光プローブ16の長さを診察部位に応じた測定対象Sまでの適切な長さとしておいても良い。また、光ロータリアダプタ18自体を分解するのではなく、光プローブ16を、光ロータリアダプタ18の回転組立体46の接続部46cから取り外したり、取り付けたりしても良い。
まず、測定対象Sを測定した干渉光および干渉信号の取得方法について説明する。
まず、ミラー駆動機構88で基台86を矢印A方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Sが位置するように光路長を調整し、設定する。
その後、光源ユニット12からレーザ光Laを射出する。射出されたレーザ光Laは、分岐合波部14により測定光L1と参照光L2とに分割される。この測定光L1は、光ファイバFB2、光ロータリアダプタ18および光プローブ16(光ファイバFB1)を導波されて、測定対象Sに照射される。
この時、光ロータリアダプタ18によって、光プローブ16内の光ファイバFB1および光学レンズ78は回転されているので、回転する光学レンズ78によって体腔などの測定対象Sを全周に亘って測定光L1が照射されることになる。この時、光ロータリアダプタ18では、ロータリエンコーダ(図示せず)などにより測定対称Sの測定位置の情報を検出する。
この時、光ロータリアダプタ18においては、回転側光ファイバFB1および固定側光ファイバFB2の各光軸と、回転中心、すなわち回転組立体46(取付筒46a)の回転中心とは、所定量オフセットしているので、戻り光L3の減衰を小さくして、ホワイトノイズを減らし、戻り光L3のS/N比を向上させることができる。
そして、分岐合波部14で測定対象Sからの戻り光L3を光路長調整手段40により光路長が調整された参照光L2と合波する。戻り光L3と参照光L2との干渉光L4が生成される。干渉光は、干渉光検出部20によって干渉信号として検出される。
処理部22では、干渉信号取得部90が、送られた干渉信号を取得するとともに、光ロータリアダプタ18で検出された測定位置の情報を取得し、干渉信号と測定位置の位置情報を対応付ける。
次に、A/D変換部92では、干渉信号取得部90で取得され、測定位置の位置情報と対応付けられた干渉信号をA/D変換し、アナログ信号の干渉信号をデジタル信号に変換する。測定位置の位置情報が対応付けられ、デジタル変換された干渉信号は、A/D変換部92から接触領域検出部94および断層情報生成部96に送られる。
一方、断層情報取得部96では、A/D変換部92でデジタル信号に変換された干渉信号をFFT(高速フーリエ変換)にかけて取得した周波数成分と強度との関係の情報を、接触領域検出部98から送られた接触領域情報から、接触領域と判断された位置情報の干渉信号のみについて処理することにより、接触領域についての深さ方向の断層画像を取得する。断層情報取得部96で取得された断層画像は、画像補正部98に送られる。
画像補正部98で画質補正が施された断層画像は、表示部24に送信される。
表示部24では、画像補正部98から送信された画質補正後の断層画像が表示される。
撮影終了後、図9に示す状態の余長処理機構15において、光プローブ16を全て巻き出して、余長処理機構15から取り出すとともに、光ロータリアダプタ18の固定スリーブ38から、光プローブ16とともに回転組立体46を取り外し、光プローブ16を洗浄する。
この後、次の撮影に備えるために、上述したように、洗浄済光プローブ16を余長処理機構15に円形ループ16aとして十分に巻回しておく。
12 光源ユニット
14 分岐合波部
16 光プローブ
16a 円状ループ
18 光ロータリアダプタ
20 干渉光検出部
22 処理部
24 表示部
26 光路長調整部
28 光ファイバカプラ
30a,30b 検出部
32 操作部
34 筐体
36 モータ
38 固定スリーブ
40a,40b,48a,48b ホルダ
41,49 フェルール
42,50 コリメータレンズ
44 軸受け
46 回転組立体
46a 取付筒
46b 回転筒
46c 接続部
52,54 歯車(ギア)
56 端面部材
58 袋ナット
60 半導体光増幅器
62 光分岐器
64 コリメータレンズ
66 回折格子素子
67 光学系
68 回転多面鏡(ポリゴンミラー)
70 プローブ外筒
72 キャップ
74 バネ
76 固定部材
78 光学レンズ
80 第1光学レンズ
82 第2光学レンズ
84 反射ミラー
86 基台
88 ミラー駆動機構
90 干渉信号取得部
92 A/D変換部
94 接触状態検出部
96 断層情報生成部
98 画像補正部
102 規制ガイド
104 筐体
106 付勢ばね
108,120 中央円管部
110 ばね受け部
112 円環殻部
114 鍔部
116 リブ
118 蓋部
122 円板状部材
124 ストッパ
126 側面板
128 開口
130 ブッシュ
FB1,FB2,FB3,FB4,FB5,FB6 光ファイバ
S 測定対象
δ1,δ2 オフセット量
θ1,θ2 傾斜角度
θ3,θ4 屈折角度
n1,n2,n3 屈折率
f1,f2 焦点距離
Claims (10)
- 測定対象の光断層画像を取得する装置本体と、
この装置本体からの測定光を前記測定対象まで導波すると共に前記測定対象からの戻り光を前記装置本体に導波するための回転自在な第1光ファイバ、その先端部に配置され、前記測定対象に前記測定光を照射し、その戻り光を取得する測定部、前記第1光ファイバおよび前記測定部を回転自在に保持するように、それらの外周を覆い、少なくとも、前記測定部からの前記測定光および前記測定対象からの前記戻り光が透過する領域が透明な材料で形成されているプローブ外筒を備える所定長の光プローブと、
前記装置本体に接続され、前記測定光を前記第1光ファイバまで導波するとともに前記第1光ファイバによって導波された前記戻り光を前記装置本体まで導波する固定された第2光ファイバと、
前記光プローブと前記第2光ファイバとの間に設けられ、前記光プローブ内の前記測定部およびこれに続く前記第1光ファイバを、前記第2光ファイバに対して回転自在に接続し、前記測定光および前記戻り光を伝送する回転駆動部と、
前記光プローブを前記回転駆動部側において所定の直径以上の円状ループに巻回して保持する余長処理機構と、
前記回転駆動部または前記回転駆動部と前記余長処理機構との間において、前記光プローブを着脱する着脱機構とを備え、
前記装置本体は、導波された前記戻り光を用いて前記測定対象の前記光断層画像を取得し、
前記余長処理機構は、前記光プローブを、前記円状ループと直交する方向から前記円状ループの中心を通って前記円状ループに巻回し、前記測定対象に応じて前記光プローブの余長を巻回処理することで前記余長処理機構から前記光プローブの先端までの長さを設定することを特徴とする光断層画像化装置。 - 前記余長処理機構は、前記光プローブを、前記所定の直径以上の円状ループに巻回するための規制ガイドを備える請求項1に記載の光断層画像化装置。
- 前記余長処理機構は、前記所定の直径以上の円状ループに巻回された前記光プローブを格納するための格納部を備える請求項1または2に記載の光断層画像化装置。
- 前記余長処理機構は、前記光プローブの余長を、前記光プローブの前記プローブ外筒内における前記第1光ファイバの回転変動に影響を与えない直径100mm以上の円状ループに巻回する機構を備える請求項1〜3のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記回転駆動部は、前記光プローブの前記第1光ファイバを前記第2光ファイバに対して所定間隔離間させて回転自在に接続し、前記測定光および前記戻り光を伝送する光ロータリアダプタまたは光ロータリジョイントである請求項1〜4のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記着脱機構は、前記回転駆動部内に設けられ、前記光プローブの前記第1光ファイバを前記第2光ファイバに対して着脱する機構である請求項1〜5のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記着脱機構は、前記余長処理機構と前記回転駆動部との間において設けられ、前記光プローブの前記第1光ファイバを着脱可能に接続する光コネクタ接続部または光アダプタの接続機構である請求項1〜5のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記光プローブは、診断部位まで挿入される内視鏡内に挿入されて、前記測定部のある先端部分を前記診断部位の前記測定対象に接触させて前記測定対象を測定するためのものであり、前記内視鏡が挿入される前記診断部位までの挿入長さに応じて、前記余長処理機構に巻回され、前記余長処理機構から先の前記第1光ファイバの長さが設定される請求項1〜7のいずれかに記載の光断層画像化装置。
- 前記装置本体は、
光源と、
前記光源から射出された光を前記測定光と参照光に分岐する分岐手段と、
前記光プローブの前記測定部で検出され、前記第1光ファイバ、前記回転駆動部および前記第2光ファイバを導波された前記戻り光と、前記参照光を合波して干渉光を生成する合波部と、
前記干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出部と、
前記干渉光検出部によって検出された前記干渉信号から前記光断層画像を取得する断層画像取得部とを有する請求項1〜8のいずれかに記載の光断層画像化装置。 - 前記光源は、一定の周期で波長を掃引しながら光を射出するものである請求項1〜9のいずれかに記載の光断層画像化装置。
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