JP5236573B2 - 光構造計測装置及びその光プローブ - Google Patents

Description

本発明は光構造計測装置及びその光プローブに係り、特に測定光の測定対象への測定光のラジアル走査に特徴のある光構造計測装置及びその光プローブに関する。

従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置は、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである（特許文献１）。

上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ−ＯＣＴ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測の２種類がある。

ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。

一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ−ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。

図１６に示すように、従来のＯＣＴ計測に用いられるＯＣＴプローブ８００は、光ロータリジョイント（不図示）により回転側光ファイバＦＢ１およびトルク伝達コイル８２４が、図１６中矢印Ｒ方向に回転されることで、光学レンズ８２８から射出される測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し、矢印Ｒ方向に対しラジアル走査しながら照射し、戻り光Ｌ３を取得する。

これにより、ＯＣＴプローブ８００のシース８２０の円周方向の全周において、測定対象Ｓの所望の部位を正確にとらえることができ、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。

さらに、光立体構造像を生成するための複数の光構造情報を取得する場合は、軸方向移動駆動部により光学レンズ８２８が矢印Ｓ１方向の移動可能範囲の終端まで移動され、断層像からなる光構造情報を取得しながら所定量ずつＳ２方向に移動し、又は光構造情報取得とＳ２方向への所定量移動を交互に繰り返しながら、移動可能範囲の終端まで移動する。

このように測定対象Ｓに対して所望の範囲の複数の光構造情報を得て、取得した複数の光構造情報に基づいて光立体構造像を得ることができる。

つまり、干渉信号により測定対象Ｓの深さ方向（第１の方向）の光構造情報を取得し、測定対象Ｓに対し図１６矢印Ｒ方向（シース８２０の円周方向）にラジアル走査することで、測定対象Ｓの深さ方向（第１の方向）と、該深さ方向と略直交する方向（第２の方向）とからなるスキャン面での光構造情報を取得することができ、さらには、このスキャン面に略直交する方向（第３の方向）に沿ってスキャン面を移動させることで、光立体構造像を生成するための複数の光構造情報が取得できる。

一方、例えば特許文献２には、連続する位置に焦点を結ぶように複数本のファイバと光路収束手段を配置することにより光軸に対して同時走査し、この連続する焦点をミラーにより光軸の横方向に対して走査することで、連続する焦点を２次元領域走査することのできるＯＣＴプローブが開示されている。

また、例えば特許文献３には、反射角度が異なる複数の反射面を有するポリゴンミラーによりファイバの出射光を測定対象に照射し、ポリゴンミラーを回転させることで所定２次元領域を高速に取得することのできるＯＣＴプローブが開示されている。

特開２００８−１２８７０８号公報 特表２００４−５０２９５７号公報 特開２００１−５１２２５号公報

しかしながら、図１６にて説明した従来のＯＣＴプローブ８００では、シースの全周にわたってラジアル走査する場合には、光学レンズ８２８を回転側光ファイバＦＢ１と共に回転駆動させる必要があり、全周にわたる光構造情報の取得時間は、光学レンズ８２８及び回転側光ファイバＦＢ１の回転速度により制限され、光構造情報の取得の高速化には限界があるといった問題がある。また、特許文献２に開示されているＯＣＴプローブの走査原理においても、全周にわたる光構造情報の取得時間は、ミラーの回転速度により制限される。

さらに、図１６にて説明した従来のＯＣＴプローブ８００では、トルクコイルに内包固定された１本のファイバと光学系（プリズム、あるいは半球レンズ）であり、トルクコイルの回転に伴い、ファイバも回転させる必要があるため、光伝達において、光ロータリージョイントなる構成部品が必要となり、この構成部品の挿入において、測定対象Ｓへ導く測定光の光量のロスや構成部品内での反射損失、あるいは測定対象Ｓからの反射光の光量ロスがあり、Ｓ／Ｎを劣化させる等、画像品質へ影響を及ぼすといった問題もある。

一方、特許文献３に開示されているＯＣＴプローブの走査原理においては、ポリゴンミラーを回転させて２次元走査さているため、２次元走査される走査範囲が限定され、シースの全周にわたってラジアル走査することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定対象の光構造情報の取得のためのラジアル走査を高速に行い、かつＳ／Ｎを向上させることのできる光構造計測装置及びその光プローブを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の光構造計測装置は、先端が閉塞された細長な円筒状のシースと、３以上の整数ｎにおいて前記シース内に該シースの長手軸に沿って固定されて挿通された光を導波するｎチャンネル導波手段と、前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれから出射される前記光を前記シースの長手軸を中心としたラジアル方向に偏向して測定対象に照射する前記シースの先端内に設けられた照射手段と、前記長手軸を回転中心として前記照射手段を回転させる回転手段と、前記ｎチャンネル導波手段及び照射手段を前記長手軸に沿った方向に進退移動させる進退移動手段と、を備えた光プローブと、広帯域の波長の光を発光する光源手段と、前記光源手段からの光を測定光と参照光に分波する分波手段と、前記測定光を前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれに分波して導光させる分波導光手段と、前記分波導光手段を介して前記ｎチャンネル導波手段を導波したそれぞれの前記測定対象からの前記測定光の戻り光をチャンネル単位で前記参照光と干渉させた干渉光を検出するｎチャンネル干渉光検出手段と、前記ｎチャンネル干渉光検出手段が検出したそれぞれの前記干渉光に基づき前記測定対象の深さ方向の信号強度からなる干渉信号を生成するｎチャンネル干渉信号生成手段と、前記ｎチャンネル干渉信号生成手段が生成したそれぞれの前記干渉信号に基づき前記測定対象の断層構造像を生成する断層構造像生成手段と、を備えて構成される。

請求項１に記載の光構造計測装置では、前記光プローブにおいて、前記ｎチャンネル導波手段にて３以上の整数ｎにおいて前記シース内に該シースの長手軸に沿って固定されて挿通された光を導波し、前記照射手段にて前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれから出射される前記光を前記シースの長手軸を中心としたラジアル方向に偏向して測定対象に照射し、前記回転手段にて前記長手軸を回転中心として前記照射手段を回転させ、前記進退移動手段にて前記ｎチャンネル導波手段及び照射手段を前記長手軸に沿った方向に進退移動させると共に、前記分波手段にて前記光源手段からの光を測定光と参照光に分波し、前記分波導光手段にて前記測定光を前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれに分波して導光させ、前記ｎチャンネル干渉光検出手段にて前記分波導光手段を介して前記ｎチャンネル導波手段を導波したそれぞれの前記測定対象からの前記測定光の戻り光をチャンネル単位で前記参照光と干渉させた干渉光を検出し、前記ｎチャンネル干渉信号生成手段により、前記ｎチャンネル干渉光検出手段が検出したそれぞれの前記干渉光に基づき前記測定対象の深さ方向の信号強度からなる干渉信号を生成し、前記断層構造像生成手段にて前記ｎチャンネル干渉信号生成手段が生成したそれぞれの前記干渉信号に基づき前記測定対象の断層構造像を生成することで、測定対象の光構造情報の取得のためのラジアル走査を高速に行い、かつＳ／Ｎを向上させることを可能とする。

請求項２に記載の光構造計測装置のように、請求項１に記載の光構造計測装置であって、前記照射手段は、平面ｎ角形を底面とするｎ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｎ角錐面よりｎ個の光偏向面を形成した略ｎ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｎ個の光偏向面を回転可能に配置したｎ面光偏向照射手段からなることが好ましい。

請求項３に記載の光構造計測装置のように、請求項２に記載の光構造計測装置であって、前記平面ｎ角形は、前記長手軸を中心とする回転対称形状をなすことが好ましい。

請求項４に記載の光構造計測装置のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光構造計測装置であって、前記回転手段は、先端が前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結され、前記シースの長手軸に沿って回転自在に挿通されたトルク伝達コイルと、前記トルク伝達コイルの基端に回転軸を連結し前記トルク伝達コイルを前記長手軸周りに回転させるモータと、を備えて構成されることが好ましい。

請求項５に記載の光構造計測装置のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光構造計測装置であって、前記回転手段は、前記ｎ面光偏向照射手段よりも前記シース内の先端側に設けられた、前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結された前記長手軸を回転軸としたモータからなることが好ましい。

請求項６に記載の光構造計測装置のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光構造計測装置であって、前記分波手段は、前記ｎチャンネル干渉光検出手段毎に設けられたｎチャンネル分波手段からなることが好ましい。

請求項７に記載の光構造計測装置のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光構造計測装置であって、前記分波導光手段を介して前記ｎチャンネル導波手段を導波したそれぞれの前記測定対象からの前記測定光の戻り光と干渉させる前記ｎチャンネル干渉光検出手段毎のチャンネル参照光に分波するｎチャンネル参照光分波手段をさらに備えることが好ましい。

請求項８に記載の光構造計測装置のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の光構造計測装置であって、前記参照光の光路長を補正する光路長補正手段をさらに備えることが好ましい。

請求項９に記載の光構造計測装置のように、請求項７に記載の光構造計測装置であって、前記ｎチャンネル干渉光検出手段毎に設けられた、前記チャンネル参照光の光路長を補正するｎ個あるいはｎ−１個のチャンネル光路長補正手段をさらに備えることが好ましい。

請求項１０に記載の光構造計測装置のように、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光構造計測装置であって、前記光源手段は、前記広帯域の波長の光を発光するｎ個以下の光源からなることが好ましい。

請求項１１に記載の光構造計測装置のように、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の光構造計測装置であって、前記長手軸に沿った複数の前記断層構造像に基づき、前記測定対象の３次元構造像を生成する３次元構造像生成手段をさらに備えることが好ましい。

請求項１２に記載の光構造計測装置のように、請求項１に記載の光構造計測装置であって、前記照射手段は、ｎ以上の整数であるｍにおいて、平面ｍ角形を底面とするｍ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｍ角錐面よりｍ個の光偏向面を形成した略ｍ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｍ個の光偏向面を回転可能に配置したｍ面光偏向照射手段からなることが好ましい。

請求項１３に記載の光構造計測装置のように、請求項１２に記載の光構造計測装置であって、ｎは２を含み、ｎ＝２のときｍ＝３とすることが好ましい。

請求項１に記載の光構造計測装置の光プローブは、先端が閉塞された細長な円筒状のシースと、２以上の整数ｎにおいて前記シース内に該シースの長手軸に沿って固定されて挿通された光を導波するｎチャンネル導波手段と、前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれから出射される前記光を前記シースの長手軸を中心としたラジアル方向に偏向して測定対象に照射する前記シースの先端内に設けられた照射手段と、前記長手軸を回転中心として前記照射手段を回転させる回転手段と、前記ｎチャンネル導波手段及び照射手段を前記長手軸に沿った方向に進退移動させる進退移動手段と、を備えて構成される。

請求項１４に記載の光構造計測装置の光プローブでは、前記ｎチャンネル導波手段にて３以上の整数ｎにおいて前記シース内に該シースの長手軸に沿って固定されて挿通された光を導波し、前記照射手段にて前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれから出射される前記光を前記シースの長手軸を中心としたラジアル方向に偏向して測定対象に照射し、前記回転手段にて前記長手軸を回転中心として前記照射手段を回転させ、前記進退移動手段にて前記ｎチャンネル導波手段及び照射手段を前記長手軸に沿った方向に進退移動させることで、測定対象の光構造情報の取得のためのラジアル走査を高速に行い、かつＳ／Ｎを向上させることを可能とする。

請求項１５に記載の光構造計測装置の光プローブのように、請求項１４に記載の光構造計測装置の光プローブであって、前記照射手段は、平面ｎ角形を底面とするｎ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｎ角錐面よりｎ個の光偏向面を形成した略ｎ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｎ個の光偏向面を回転可能に配置したｎ面光偏向照射手段からなることが好ましい。

請求項１６に記載の光構造計測装置の光プローブのように、請求項１５に記載の光構造計測装置の光プローブであって、前記平面ｎ角形は、前記長手軸を中心とする回転対称形状をなすことが好ましい。

請求項１７に記載の光構造計測装置の光プローブのように、請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の光構造計測装置の光プローブであって、前記回転手段は、先端が前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結され、前記シースの長手軸に沿って回転自在に挿通されたトルク伝達コイルと、前記トルク伝達コイルの基端に回転軸を連結し前記トルク伝達コイルを前記長手軸周りに回転させるモータと、を備えて構成されることが好ましい。

請求項１８に記載の光構造計測装置の光プローブのように、請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の光構造計測装置の光プローブであって、前記回転手段は、前記ｎ面光偏向照射手段よりも前記シース内の先端側に設けられた、前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結された前記長手軸を回転軸としたモータからなることが好ましい。

請求項１９に記載の光構造計測装置の光プローブのように、請求項１４に記載の光構造計測装置の光プローブであって、前記照射手段は、ｎ以上の整数であるｍにおいて、平面ｍ角形を底面とするｍ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｍ角錐面よりｍ個の光偏向面を形成した略ｍ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｍ個の光偏向面を回転可能に配置したｍ面光偏向照射手段からなることが好ましい。

請求項２０に記載の光構造計測装置の光プローブのように、請求項１９に記載の光構造計測装置の光プローブであって、ｎは２を含み、ｎ＝２のときｍ＝３とすることが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、測定対象の光構造情報の取得のためのラジアル走査を高速に行い、かつＳ／Ｎを向上させることができるという効果がある。

本発明の実施形態に係る画像診断装置を示す外観図 図１のＯＣＴプロセッサに接続されるＯＣＴプローブの構成を示す図 図２のｎ反射面体の詳細な構成を示す図 図３のｎ反射面体の第１の変形例の構成を示す図 図３のｎ反射面体の第２の変形例の構成を示す図 図３のｎ反射面体の第３の変形例の構成を示す図 図１のＯＣＴプロセッサの構成を示すブロック図 図７の干渉部における第ｋチャンネル干渉部の構成を示すブロック図 図８の光路長補正部の構成例を示す図 図７のＯＣＴプロセッサの変形例１の構成を示すブロック図 図７のＯＣＴプロセッサの変形例２の構成を示すブロック図 図１１の第ｋチャンネル干渉部及び第ｋ光路長補正部の構成を示すブロック図 図２のＯＣＴプローブの変形例の構成を示す図 図３のｎ反射面体の反射面境界に配置可能なマスク部材を示す図 図２のＯＣＴプローブにおけるチャンネルファイバの配置の変形例を示す図 従来のＯＣＴ計測に用いられるＯＣＴプローブを示す図

以下、添付図面を参照して、本発明に係る光構造計測装置の実施形態について詳細に説明する。

＜画像診断装置の外観＞
図１は本発明の実施形態に係る画像診断装置を示す外観図である。

図１に示すように、本実施形態の画像診断装置１０は、主として内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、光構造計測装置としてのＯＣＴプロセッサ４００、及びモニタ装置である画像表示部５００とから構成されている。尚、内視鏡プロセッサ２００は、光源装置３００を内蔵するように構成されていてもよい。

内視鏡１００は、手元操作部１１２と、この手元操作部１１２に連設される挿入部１１４とを備える。術者は手元操作部１１２を把持して操作し、挿入部１１４を被検者の体内に挿入することによって観察を行う。

手元操作部１１２には、鉗子挿入部１３８が設けられており、この鉗子挿入部１３８が挿入部１１４内に設けられている鉗子チャンネル（不図示）を介して先端部１５５の鉗子口１５６に連通されている。画像診断装置１０では、光プローブとしてのＯＣＴプローブ６００を鉗子挿入部１３８から挿入することによって、ＯＣＴプローブ６００を鉗子口１５６から導出する。ＯＣＴプローブ６００は、鉗子挿入部１３８から挿入され、鉗子口１５６から導出される挿入部６０２と、術者がＯＣＴプローブ６００を操作するための操作部６０４、及びコネクタ４１０を介してＯＣＴプロセッサ４００と接続されるケーブル６０６から構成されている。

＜内視鏡、内視鏡プロセッサ、光源装置の構成＞
［内視鏡］
内視鏡１００の先端部１５５には、観察光学系１５０、照明光学系１５２、及びＣＣＤ（不図示）が配設されている。

観察光学系１５０は、被検体を図示しないＣＣＤの受光面に結像させ、ＣＣＤは受光面上に結像された被検体像を各受光素子によって電気信号に変換する。この実施の形態のＣＣＤは、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが所定の配列（ベイヤー配列、ハニカム配列）で各画素ごとに配設されたカラーＣＣＤである。

［光源装置］
光源装置３００は、可視光を図示しないライトガイド（内視鏡１００のケーブル１１６に内挿している）に入射させる。ライトガイドの一端はＬＧコネクタ１２０を介して光源装置３００に接続され、ライトガイドの他端は照明光学系１５２に対面している。光源装置３００から発せられた光は、ライトガイドを経由して照明光学系１５２から出射され、観察光学系１５０の視野範囲を照明する。

［内視鏡プロセッサ］
内視鏡プロセッサ２００には、内視鏡１００のケーブル１１６を介してＣＣＤから出力される画像信号が電気コネクタ１１０を介して入力される。このアナログの画像信号は、内視鏡プロセッサ２００内においてデジタルの画像信号に変換され、画像表示部５００の画面に表示するための必要な処理が施される。

このように、内視鏡１００で得られた観察画像のデータが内視鏡プロセッサ２００に出力され、内視鏡プロセッサ２００に接続された画像表示部５００に画像が表示される。

＜ＯＣＴプローブ及びＯＣＴプロセッサの構成＞
［ＯＣＴプローブ］
図２は図１のＯＣＴプロセッサに接続されるＯＣＴプローブの構成を示す図であり、図３は図２のｎ反射面体の詳細な構成を示す図である。また、図４ないし図６は図３のｎ反射面体の変形例の構成を示す図である。

図２に示すように、ＯＣＴプローブ６００は、先端が閉塞された細長の略円筒状のシース６２０と、シース６２０に先端内に設けられたｎ面（ｎは３以上の整数）の反射面を有する照射手段としてのｎ反射面体６２１と、このｎ反射面体６２１の各反射面をシース６２０の長手軸周りに回転させる回転トルクを伝達するシース６２０の長手軸に沿って設けられた回転手段としてのトルク伝達コイル６２２と、トルク伝達コイル６２２に並設してシース内に固定して設けられたｎチャンネル導波手段としてのｎ本のファイバ６２３（１）〜６２３（ｎ）とを備えて構成される。以下、説明を簡略化するためｎ＝６として説明する。

６反射面体６２１の各反射面は、所定の角度（例えば４５度）をもって６チャンネルのファイバ６２３（１）〜６２３（６）の先端面と対峙して配置されており（図３参照）、６チャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（６）のそれぞれの先端面には集光手段としてのＧＲＩＮレンズ６２４が設けられている。そして、６チャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（６）を導光した光は、ＧＲＩＮレンズ６２４により集光されて、６反射面体６２１の反射面にて反射されシース６２０の長手軸を中心としたラジアル方向に偏向されるようになっている。

トルク伝達コイル６２２は、先端が６反射面体６２１の頭頂点側に連結され、基端がシース６２０の長手軸を回転軸としたモータ６２５に一体的に連結されて構成される。

上記６チャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（６）、６反射面体６２１及びトルク伝達コイル６２２はＯＣＴプローブ６００に内包され挿通されているシース内包部材６３０を構成しており、このシース内包部材６３０は、シース６２０の長手軸方向に進退駆動する進退移動手段としての進退駆動機構部６３１に接続されている。この進退駆動機構部６３１は、ボールネジ（不図示）等から構成され、モータ６２６の回転駆動力を進退駆動力に変換することで、シース内包部材６３０をシース６２０の長手軸方向に進退駆動するように構成されている。

ここで、６チャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（６）は、シース６２０内では回転することなく固定されているので、光ロータリージョイントを必要とせず、６反射面体６２１の各反射面をトルク伝達コイル６２２により回転させることで、６チャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（６）からの光をラジアル走査することができる。

図３に示すように、６反射面体６２１は、平面正６角形を底面６２１ａとする正６角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断し６角錐面より６個の光偏向面６４０（１）〜６４０（６）を形成した略６角錐体形状であって、シース６２０の長手軸を前記回転中心として前記６個の光偏向面を回転可能に配置した構成となっている。６反射面体６２１は、シース６２０の長手軸を中心とする回転対称形状をなしている。

したがって、６チャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（６）からの光は、ＧＲＩＮレンズ６２４にて集光され反射面体６２１の６個の光偏向面６４０（１）〜６４０（６）にて反射されてラジアル方向に照射される。

このとき、６反射面体６２１を６０度（＝３６０度×１／６）回転させることで、６チャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（６）からの６本の光にて全周にわたるラジアル走査が可能となる。

つまり、３以上の整数ｎに対して、ｎ反射面体６２１を「３６０度×１／ｎ」回転させることで、ｎチャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（ｎ）からのｎ本の光にて３６０度の全周にわたるラジアル走査を高速に行うことが可能となる。

なお、ｎ＝６を例に説明したがこれに限らず、例えば、ｎ反射面体の底面は、図４に示すように平面正８角形としてもよいし、図５に示すように平面正４角形としてもよいし、図６に示すように平面正３角形としてもよく、ｎ反射面体のｎ個の光偏向面６４０（１）〜６４０（ｎ）に対応して、ｎチャンネルファイバ６２３（１）〜６２３（ｎ）が配置されるように構成すればよい。

［ＯＣＴプロセッサ］
図７は図１のＯＣＴプロセッサの構成を示すブロック図である。図７に示すように、ＯＣＴプロセッサ４００は、光干渉断層（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）計測法による測定対象Ｓの光断層画像を取得するためのもので、測定のための光Ｌａを射出する光源手段としてのＯＣＴ光源１２と、ＯＣＴ光源１２から射出された光Ｌａをｎチャンネルの光Ｌ１〜光Ｌｎに分岐する分岐カプラ１３と、ｎチャンネルの光Ｌ１〜光Ｌｎを測定光と参照光に分波して干渉波を検波する第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）より構成されるｎチャンネル干渉光検出手段としての干渉部１４と、干渉部１４の第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）からの干渉波より干渉信号を生成するｎチャンネル干渉信号生成手段としての干渉信号生成部１５と、干渉信号生成部１５により生成された干渉信号に基づき測定対象Ｓの断層構造画像及び３次元立体構造画像を生成し画像表示部５００にこれらが像を表示させる断層構造像生成手段及び３次元構造像生成手段としての画像処理部１７とを備えて構成される。

以下、説明を簡略化するため、１からｎをｋにより代表させて説明する。図８は図７の干渉部における第ｎチャンネル干渉部の構成を示すブロック図である。

図８に示すように、干渉部１４における第ｋチャンネル干渉部１４（ｋ）は、分岐カプラ１３により分岐された光Ｌｋを測定光Ｌ１（ｋ）と参照光Ｌ２（ｋ）に分岐する分波手段及びｎチャンネル分波手段としての分岐カプラ１４０と、測定光Ｌ１（ｋ）をＯＣＴプローブ６００のｋチャンネルファイバ６２３（ｋ）に導波する分波導光手段としてのサーキュレータ１４１と、参照光Ｌ２（ｋ）を伝送させる光路長を補正する光路長補正手段としての光路長補正部１４２と、ＯＣＴプローブ６００のｋチャンネルファイバ６２３（ｋ）からのサーキュレータ１４１を介した測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３（ｋ）と光路長補正部１４２を介した参照光Ｌ２（ｋ）とを干渉させる５０：５０カプラ１４３と、５０：５０カプラ１４３にて干渉した干渉光Ｌ４（ｋ）をバランス検波し干渉信号生成部１５に出力するバランス検波部１４４とを備えて構成される。

図９は図８の光路長補正部の構成例を示す図である。参照光Ｌ２（ｋ）の光路長補正部１４２は、各ｎチャネルのゼロパス位置を調整するため、第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）のチャネル毎に設けられたｎ個の光路長（微調）調整手段であって、図９に示すように、２つのコリメートレンズ１４２ａ及び１４２ｂを用いて、コリメートレンズ１４２ａ及び１４２ｂ間のコリメート光Ｌｃに対して空間長を変えるように構成される。ここで、第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）のいずれか１つの光路長を基準とすることで、光路長補正部１４２をｎ−１個とすることが可能である。なお、複屈折性を利用して光路長を変えるものでも構わない。

このように構成された本実施形態の作用について説明する。

干渉信号生成部１５は、各第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）のバランス検波部１４４で検波された干渉光Ｌ４（１）〜Ｌ４（ｎ）に基づいて干渉信号を生成する。ｎ反射面体６２１を３６０／ｎ度回転させることで、干渉信号生成部１５は、ＯＣＴ光源１２からの波長掃引の周期に同期して出力される波長掃引同期信号をトリガとして、干渉信号をＡ／Ｄ変換する。この結果、各第第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）からの１回の波長掃引に相当するデータが、デジタル化された１／ｎラジアル走査ラインの干渉信号となる。

さらに、干渉信号生成部１５は、第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）からのデジタル化された１／ｎラジアル走査ライン毎の干渉信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行し周波数分解し、測定対象Ｓの深度方向の反射強度データとし、対数変換を行い、第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）の１／ｎラジアル走査ライン反射強度データを合成して１ラジアル走査ラインデータを生成して画像処理部１７に出力する。

そして、画像処理部１７は、干渉信号生成部１５からの１ラジアル走査ラインデータである反射強度データに対して、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換等を行い、１フレームの断層画像を生成し、画像表示部５００に断層画像を表示させる。

本実施形態では、上述したように、トルク伝達コイル６２２に結合されたｎ反射面体６２１をモータ６２５による回転することにより、ラジアル方向の２次元の断層像を得るための手段と、ｎ反射面体６２１とモータ６２５及びＧＲＩＮレンズ６２４付きのｋチャンネルファイバ６２３（ｋ）をシース６２０の長手軸方向にモータ６２６でリニアスキャンすることにより３次元断層像を得る手段と、によりＯＣＴプローブ６００を構成している。この構成によれば、トルク伝達コイル６２２を回転駆動手段としているので、プローブ先端部の径を小さくすることができ（例えば、径＜φ２．８ｍｍ）、内視鏡１００の鉗子挿入部１３８に、ＯＣＴプローブ６００を挿入することで、生体内の断層像を得ることができる。ｎ面の反射体とｎチャネル干渉信号取得により、ラジアル方向1周分の信号が、通常１個の反射体の構成に対し、同じ回転速度の場合、１／ｎの時間で取得可能となり、高速化が図れる。

このように本実施形態では、以下のような効果を有する。

（１）１ラジアル走査をｎチャネル化することにより、ｎ倍の高速化が図れ、短時間で断層構造画像及び３次元構造画像を取得することができる。

（２）光ファイバをＯＣＴプローブ内で固定し回転ミラーを分離させたことにより、従来必要であった光ロータリージョイントを不要とすることができ、光ロータリージョイントにおける測定光及び戻り光の反射損失を低減でき、Ｓ／Ｎを向上させることができる。

なお、本実施形態では、シース内包部材６３０は、シース６２０に対してその長手軸方向にシース内包部材６３０を進退駆動するとしたが、これに限らず、ＯＣＴプローブ６００全体を進退駆動する構成としてもよい。

本実施形態は、以下のような変形例１、２のように構成することができる。

（Ａ）変形例１：図１０は図７のＯＣＴプロセッサの変形例１の構成を示すブロック図である。

本実施形態では、１個のＯＣＴ光源１２からの光Ｌａを分岐カプラ１３によりｎチャンネル分の光Ｌ１〜Ｌｎを分波していたが、図１０に示すように、本実施形態の変形例１として、生体へ必要とする光量確保のために、複数、例えば２組のＯＣＴ光源１２（１）、１２（２）及び分岐カプラ１３（１）、１３（２）を用い、ＯＣＴ光源１２（１）、１２（２）からの光Ｌａ１、Ｌａ２を分岐カプラ１３（１）、１３（２）によりｎチャンネル分の光Ｌ１〜Ｌｎに分岐するように構成としてもよい。また、図示はしないが、光量確保のために、最大、第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）毎にｎ組のＯＣＴ光源及び分岐カプラを準備した構成としてもよい。

この変形例１でも、本実施形態と同様の作用・効果を得ることができるのはいうまでもない。

（Ｂ）変形例２：図１１は図７のＯＣＴプロセッサの変形例２の構成を示すブロック図であり、図１２は図１１の図１１の第ｋチャンネル干渉部及び第ｋ光路長補正部の構成を示すブロック図である。

変形例２のＯＣＴプロセッサ４００は、図１１に示すように、ＯＣＴ光源１２からの光Ｌａをｎチャンネルの測定光Ｌ１（１）〜Ｌ１（ｎ）と１本の参照光Ｌｒに分波する分岐カプラ１３Ａと、参照光Ｌｒを更にｎチャンネルの参照光Ｌ２（１）〜Ｌ２（ｎ）に分波するｎチャンネル参照光分波手段としての分岐カプラ１３Ｂとを備えて構成され、さらに光路長補正部１４２を構成からはずした第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）からなるｎチャンネル干渉部１４Ａと、第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）に対応した光路長補正部を第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）より分離し第１ないし第ｎ光路長補正部１４２（１）〜１４２（ｎ）からなるｎチャンネル光路長補正部１４２Ａと、を備えて構成される。

図１２に示すように、ｎチャンネル干渉部１４Ａの第ｋチャンネル干渉部１４（ｋ）は、サーキュレータ１４１、５０：５０カプラ１４３及びバランス検波部１４４により構成される。また、チャンネル光路長補正部１４２Ａは、参照光Ｌ２（ｋ）を伝送させる光路長を補正するｎ個の光路長補正部１４２より構成される。

この構成により、上述した本実施形態と同様に、この変形例２では、ＯＣＴプロセッサ４００は、分岐カプラ１３Ａからの測定光Ｌ１（ｋ）をサーキュレータ１４１によりＯＣＴプローブ６００のｋチャンネルファイバ６２３（ｋ）に導波し、ｎチャンネル光路長補正部１４２Ａの第ｋ番目の光路長補正部１４２（ｋ）において分岐カプラ１３Ｂからの参照光Ｌ２（ｋ）を伝送させる光路長を補正し、５０：５０カプラ１４３によりＯＣＴプローブ６００のｋチャンネルファイバ６２３（ｋ）からのサーキュレータ１４１を介した測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３（ｋ）とｎチャンネル光路長補正部１４２Ａの第ｋ番目の光路長補正部１４２を介した参照光Ｌ２（ｋ）とを干渉させ、バランス検波部１４４において、５０：５０カプラ１４３にて干渉した干渉光Ｌ４（ｋ）をバランス検波し干渉信号生成部１５に出力する。

この変形例２でも、本実施形態と同様の効果を得ることができるのはいうまでもない。

なお、第１ないし第ｎチャンネル干渉部１４（１）〜１４（ｎ）のいずれか１つの光路長を基準とすることで、光路長補正部１４２をｎ−１個とすることが可能である。なお、複屈折性を利用して光路長を変えるものでも構わない。

本実施形態では、ＯＣＴプローブ６００は、先端が閉塞された細長の略円筒状のシース６２０と、シース６２０に先端内に設けられたｎ面（ｎは３以上の整数）の反射面を有するｎ反射面体６２１と、このｎ反射面体６２１の各反射面をシース６２０の長手軸周りに回転させる回転トルクを伝達するシース６２０の長手軸に沿って設けられたトルク伝達コイル６２２と、トルク伝達コイル６２２に並設してシース内に固定して設けられたｎ本のファイバ６２３（１）〜６２３（ｎ）とを備えて構成するとした（図２参照）が、これに限らず、図１３のように構成してもよい。図１３は図２のＯＣＴプローブの変形例の構成を示す図である。

すなわち、図１３に示すように、ＯＣＴプローブ６００は、シース６２０の先端内部にシース内包部材６３０に一体的に連結されたマイクロモータ６７０を設けることで、このマイクロモータ６７０のモータ軸６７０ａよりｎ反射面体６２１をシース６２０の長手軸を中心としたラジアル方向のスキャンを実施するように構成してもよい。

図１４は図３のｎ反射面体の反射面境界に配置可能なマスク部材を示す図である。図１４に示すように、ｎ反射面体６２１の光偏向面６４０（ｋ）の境界部では、光が集光されず、断層像が得られなく、ノイズとなるため、境界部に低反射マスク６８０を加えることにより、ノイズの影響を抑えるように構成してもよい。

図１５は図２のＯＣＴプローブにおけるチャンネルファイバの配置の変形例を示す図である。本実施形態では、ｎ反射面体６２１の各反射面とｎ本のファイバ６２３（１）〜６２３（ｎ）の先端端とを所定の角度（例えば４５度）をもって対峙させて構成するとしたが、これに限らず、図１５に示すように、例えば６反射面体６２１に対して、例えば４本のファイバ６２３（１）〜６２３（４）の先端端とを所定の角度（例えば４５度）をもって対峙させて構成してもよい。この場合、シース６２０の全周にわたるラジアル走査はできないが、例えば胃壁等、シース６２０の全周にわたるラジアル走査が必要のないＯＣＴ計測においては、図１５のように構成することで、６０度（３６０度×１／ｎ）回転させるだけで、ラジアル走査が必要な領域を限定した光構造画像を高速に取得することが可能となる。

すなわち、ｎ以上の整数であるｍにおいて、平面ｍ角形を底面とするｍ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｍ角錐面よりｍ個の光偏向面を形成した略ｍ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｍ個の光偏向面を回転可能に配置してｍ反射面体６２１を構成してもよい。なお、ファイバ６２３が２チャンネルの場合には、３個の光偏向面からなる３反射面体６２１（図６参照）を用いる。

以上、本発明の光構造計測装置及びその光プローブについて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…画像診断装置、１００…内視鏡、２００…内視鏡プロセッサ、４００…ＯＣＴプロセッサ、５００…画像表示部、６００…ＯＣＴプローブ、６２０…シース、６２１…ｎ反射面体、６２２…トルク伝達コイル、６２３（１）〜６２３（ｎ）…ファイバ、６２４…ＧＲＩＮレンズ、６２５，６２６…モータ

Claims (20)

1. 先端が閉塞された細長な円筒状のシースと、３以上の整数ｎにおいて前記シース内に該シースの長手軸に沿って固定されて挿通された光を導波するｎチャンネル導波手段と、前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれから出射される前記光を前記シースの長手軸を中心としたラジアル方向に偏向して測定対象に照射する前記シースの先端内に設けられた照射手段と、前記長手軸を回転中心として前記照射手段を回転させる回転手段と、前記ｎチャンネル導波手段及び照射手段を前記長手軸に沿った方向に進退移動させる進退移動手段と、を備えた光プローブと、
   広帯域の波長の光を発光する光源手段と、
   前記光源手段からの光を測定光と参照光に分波する分波手段と、
   前記測定光を前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれに分波して導光させる分波導光手段と、
   前記分波導光手段を介して前記ｎチャンネル導波手段を導波したそれぞれの前記測定対象からの前記測定光の戻り光をチャンネル単位で前記参照光と干渉させた干渉光を検出するｎチャンネル干渉光検出手段と、
   前記ｎチャンネル干渉光検出手段が検出したそれぞれの前記干渉光に基づき前記測定対象の深さ方向の信号強度からなる干渉信号を生成するｎチャンネル干渉信号生成手段と、
   前記ｎチャンネル干渉信号生成手段が生成したそれぞれの前記干渉信号に基づき前記測定対象の断層構造像を生成する断層構造像生成手段と、
   を備えたことを特徴とする光構造計測装置。
2. 前記照射手段は、平面ｎ角形を底面とするｎ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｎ角錐面よりｎ個の光偏向面を形成した略ｎ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｎ個の光偏向面を回転可能に配置したｎ面光偏向照射手段からなることを特徴とする請求項１に記載の光構造計測装置。
3. 前記平面ｎ角形は、前記長手軸を中心とする回転対称形状をなすことを特徴とする請求項２に記載の光構造計測装置。
4. 前記回転手段は、先端が前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結され、前記シースの長手軸に沿って回転自在に挿通されたトルク伝達コイルと、前記トルク伝達コイルの基端に回転軸を連結し前記トルク伝達コイルを前記長手軸周りに回転させるモータと、を備えて構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光構造計測装置。
5. 前記回転手段は、前記ｎ面光偏向照射手段よりも前記シース内の先端側に設けられた、前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結された前記長手軸を回転軸としたモータからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光構造計測装置。
6. 前記分波手段は、前記ｎチャンネル干渉光検出手段毎に設けられたｎチャンネル分波手段からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光構造計測装置。
7. 前記分波導光手段を介して前記ｎチャンネル導波手段を導波したそれぞれの前記測定対象からの前記測定光の戻り光と干渉させる前記ｎチャンネル干渉光検出手段毎のチャンネル参照光に分波するｎチャンネル参照光分波手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光構造計測装置。
8. 前記参照光の光路長を補正する光路長補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の光構造計測装置。
9. 前記ｎチャンネル干渉光検出手段毎に設けられた、前記チャンネル参照光の光路長を補正するｎ個あるいはｎ−１個のチャンネル光路長補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の光構造計測装置。
10. 前記光源手段は、前記広帯域の波長の光を発光するｎ個以下の光源からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光構造計測装置。
11. 前記長手軸に沿った複数の前記断層構造像に基づき、前記測定対象の３次元構造像を生成する３次元構造像生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の光構造計測装置。
12. 前記照射手段は、ｎ以上の整数であるｍにおいて、平面ｍ角形を底面とするｍ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｍ角錐面よりｍ個の光偏向面を形成した略ｍ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｍ個の光偏向面を回転可能に配置したｍ面光偏向照射手段からなることを特徴とする請求項１に記載の光構造計測装置。
13. ｎは２を含み、ｎ＝２のときｍ＝３とすることを特徴とする請求項１２に記載の光構造計測装置。
14. 先端が閉塞された細長な円筒状のシースと、
    ２以上の整数ｎにおいて前記シース内に該シースの長手軸に沿って固定されて挿通された光を導波するｎチャンネル導波手段と、
    前記ｎチャンネル導波手段のそれぞれから出射される前記光を前記シースの長手軸を中心としたラジアル方向に偏向して測定対象に照射する前記シースの先端内に設けられた照射手段と、
    前記長手軸を回転中心として前記照射手段を回転させる回転手段と、
    前記ｎチャンネル導波手段及び照射手段を前記長手軸に沿った方向に進退移動させる進退移動手段と、
    を備えたことを特徴とする光構造計測装置の光プローブ。
15. 前記照射手段は、平面ｎ角形を底面とするｎ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｎ角錐面よりｎ個の光偏向面を形成した略ｎ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｎ個の光偏向面を回転可能に配置したｎ面光偏向照射手段からなることを特徴とする請求項１４に記載の光構造計測装置の光プローブ。
16. 前記平面ｎ角形は、前記長手軸を中心とする回転対称形状をなすことを特徴とする請求項１４に記載の光構造計測装置の光プローブ。
17. 前記回転手段は、前記回転手段は、先端が前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結され、前記シースの長手軸に沿って回転自在に挿通されたトルク伝達コイルと、前記トルク伝達コイルの基端に回転軸を連結し前記トルク伝達コイルを前記長手軸周りに回転させるモータと、を備えて構成されることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の光構造計測装置の光プローブ。
18. 前記回転手段は、前記ｎ面光偏向照射手段よりも前記シース内の先端側に設けられた、前記ｎ面光偏向照射手段の前記回転中心に一体的に連結された前記長手軸を回転軸としたモータからなることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の光構造計測装置の光プローブ。
19. 前記照射手段は、前記照射手段は、ｎ以上の整数であるｍにおいて、平面ｍ角形を底面とするｍ角錐体において頭頂点側を所定の高さで切断しｍ角錐面よりｍ個の光偏向面を形成した略ｍ角錐体形状であって、前記長手軸を前記回転中心として前記ｍ個の光偏向面を回転可能に配置したｍ面光偏向照射手段からなることを特徴とする請求項１４に記載の光構造計測装置の光プローブ。
20. ｎは２を含み、ｎ＝２のときｍ＝３とすることを特徴とする請求項１２に記載の光構造計測装置の光プローブ。

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