JP5301191B2 - 光断層画像化装置および断層画像取得方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長掃引光源を用いたＯＣＴ光断層画像化装置および断層画像取得方法に関する。

生体組織等の測定対象を切断せずに断面画像を取得する装置として、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測を利用した光断層画像化装置がある。
このＯＣＴ計測は、光干渉計測の一種であり、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。

光断層画像化装置としては、参照光の光路長を変更することで測定対象に対する測定位置（測定深さ）を変更して断層画像を取得する、ＴＤ−ＯＣＴ（Time Domain OCT）によるものと、参照光の光路長を変更するのではなく、各光周波数成分毎の干渉光強度を測定して得られたスペクトル干渉波形をフーリエ変換することにより、光軸方向の断層画像を得る、ＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）およびＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source OCT）によるものが知られている。

ＳＳ−ＯＣＴでは、光源のコヒーレンス長内に測定したい範囲が入るように、対象物から反射してきた信号光（測定光）と参照光の光路長が一致する基準位置（ゼロパス位置）を調整し、一旦ゼロパス位置を合わせたらその位置に固定して、干渉信号を検出し、検出された干渉信号をフーリエ変換して、各特徴周波数の絶対値をプロットすることで、光路長を変更せずに断層画像を得ている。

特にＳＳ方式およびＴＤ方式では、一度に取得できる測定範囲は光源のコヒーレンス長内に限定される。そのため、例えば、特許文献１では、眼底検査装置で用いられるＯＣＴ装置が、コヒーレンス長が短いためにそのＯＣＴ横画像が網膜の断片を示すに過ぎず、従来の走査レーザ検眼鏡（ＳＬＯ）に比べて解釈が困難であることを課題として、コヒーレンス長が１０μｍから３００μｍの範囲の非常に小さいコヒーレンス長を有する光源を使用したＯＣＴにおいて、参照光路を段階的に変化させて、異なる奥行きにおいて横ＯＣＴ画像を収集し、収集された横ＯＣＴ画像をソフトウェア処理して横画像を作る光学マッピング装置が提案されている。
この技術は、参照光路を段階的に変化させて複数回に分けてＯＣＴ画像を収集することで、１回の測定では測定不能な範囲にわたるＯＣＴ画像を得ようとするものである。

特表２００３−５１６５３１号公報

コヒーレンス長が十分長い光源を用いるＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）の場合、１回の測定で測定対象を捉えることができる。
しかし、１回の測定で測定可能な範囲内であっても、低コヒーレンス光の特徴から、干渉強度はゼロパス位置から遠くなる程、干渉強度が小さくなり、画像が劣化するという課題がある。例えば医療診断画像の場合、診断対象部位やその状況によって、測定関心領域の深度が異なるが、測定関心領域がゼロパス位置から遠かった場合、十分な画質が得られない場合もある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、ＳＤ−ＯＣＴに比べてコヒーレンス長が長い、波長掃引光源を用いるＳＳ−ＯＣＴにおいて、測定関心領域の位置（深度）によらず、測定関心領域を高解像に測定できる光断層画像化装置および断層画像取得方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、波長掃引光源と、前記波長掃引光源から射出された光を測定光と参照光に分岐する分岐部と、前記分岐部からの前記測定光を測定対象に照射するとともに、その測定対象からの反射光を取得する測定部を、外筒に内包する光プローブと、前記参照光の光路長を調整することにより、測定深度方向の第１基準位置を測定範囲の内縁部に設定する光路長調整部と、前記第１基準位置に対して測定深度が所定量異なり測定範囲の外縁部となる第２基準位置を与える光路長が予め設定されており、前記光路長調整部によって調整された前記参照光の光路長または前記反射光の光路長を変更して、前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替える光路長切替部と、前記光路長調整部および前記光路長切替部を制御する制御部と、前記光路長調整部および前記光路長切替部の下流側に配置され、前記測定部で取得された反射光と前記参照光とを合波して干渉光を生成する合波部と、前記合波部で生成された前記干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出部と、前記干渉光検出部で検出された前記干渉信号から断層画像を取得する断層画像取得処理部とを有し、前記制御部は、前記測定部による測定中に、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、前記断層画像取得処理部は、同一の測定対象について、前記光路長切替部によって切り替えられた前記第１基準位置と前記第２基準位置との両方に基づく２つの断層画像をそれぞれ取得し、取得された前記２つの断層画像を合成して合成断層画像を取得する光断層画像化装置を提供する。

また、前記制御部は、前記測定部による測定中に、前記測定部の回転走査周期または平面走査周期と同期させて、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、前記断層画像取得処理部は、前記第１基準位置に基づく断層画像の全部または前記第１基準位置側の部分と、前記第２基準位置に基づく断層画像の全部または前記第２基準位置側の部分とを合成して前記合成断層画像を取得するのが好ましい。
また、前記断層画像取得処理部は、前記第１基準位置に基づく断層画像と前記第２基準位置に基づく断層画像とをそれらの縮尺を合わせて合成して前記合成断層画像を取得するのが好ましい。

また、前記光路長切替部は、前記第２基準位置を与える光路長として、複数の光路長を有するのが好ましい。
さらに、測定部位毎に予め設定された前記第２基準位置のパラメータを保持するパラメータ記憶部を有し、前記制御部は、入力された測定部位情報に応じて前記パラメータ記憶部から前記第２基準位置のパラメータを読み出して、読み出した前記パラメータに応じて前記光路長切替部を切り替えるのが好ましい。

また、前記パラメータ記憶部は、１の測定部位情報について前記パラメータを複数有し、前記制御部は、入力された指示情報に応じて、前記第２基準位置のパラメータを読み出して、読み出した前記パラメータに応じて前記光路長切替部を切り替えるのが好ましい。

また、前記断層画像取得処理部は、前記光プローブの先端と測定対象との距離を検出する検出部を有し、前記制御部は、前記断層画像取得処理部が検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときは、前記光路長切替部を前記第１基準位置に対応する光路に切り替えるのが好ましい。

また、前記制御部は、前記断層画像取得処理部が検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときに、前記測定範囲の内縁部に最も近い測定対象の表面に前記第１基準位置を合わせるように、前記光路長切替部または光路長調整部を調整するのが好ましい。

また、前記光プローブは、前記測定部と、前記測定部への前記測定光および前記測定部からの前記反射光を伝達する光ファイバとを回転させる駆動部を有し、前記断層画像取得処理部は、前記測定部の回転に対応する円形の二次元断層画像を得るものであり、かつ、前記第１基準位置の調整量、および、調整後の前記第１基準位置と調整前の前記第１基準位置について得られる断層画像の中心との距離から、前記調整後の前記第１基準位置に基づいて得られた断層画像を補正するのが好ましい。

また、前記光路長切替部は、長さの異なる複数の光路と、前記複数の光路を切り替える切替手段とを有するのが好ましい。
また、前記光路長切替部は、前記光路長調整部の光路長調整手段を移動させて、複数の光路長に光路を切り替えるのが好ましい。

また、本発明は、上記に記載の光断層画像化装置における断層画像取得方法であって、前記制御部が、前記測定部による測定中に、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、前記断層画像取得処理部が、同一の測定対象について、前記第１基準位置および前記第２基準位置の両方に基づく２つの断層画像をそれぞれ取得し、取得された前記２つの断層画像を合成して合成断層画像を取得する断層画像取得方法を提供する。

上記方法において、前記制御部が、前記測定部による測定中に、前記測定部の回転走査周期または平面走査周期と同期させて、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、前記断層画像取得処理部が、前記第１基準位置に基づく断層画像の前記第１基準位置側の部分と、前記第２基準位置に基づく断層画像の前記第２基準位置側の部分とを合成して前記合成断層画像を取得するのが好ましい。
また、前記断層画像取得処理部が、前記第１基準位置に基づく断層画像と前記第２基準位置に基づく断層画像とをそれらの縮尺を合わせて合成して前記合成断層画像を取得するのが好ましい。

また、本発明は、上記に記載の光断層画像化装置における断層画像取得方法であって、 測定部位情報が入力されることにより、前記制御部が、前記パラメータ記憶部から前記第２基準位置のパラメータを読み出して、読み出した前記パラメータに応じて前記光路長切替部を切り替える断層画像取得方法を提供する。

また、本発明は、上記に記載の光断層画像化装置における断層画像取得方法であって、測定関心領域に応じて前記第１基準位置および前記第２基準位置の一方が選択された場合に、前記光路長切替部が、選択された一方の基準位置に切り替えて、前記断層画像取得処理部が、切り替えられた前記一方の基準位置に基づく断層画像を取得するに際し、前記断層画像取得処理部が、前記光プローブの先端と測定対象との距離を検出し、検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときは、前記制御部が、前記光路長切替部に前記第１基準位置を自動で選択させる断層画像取得方法を提供する。

また、検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときは、前記測定範囲の内縁部に最も近い測定対象の表面に前記第１基準位置を合わせるように、前記制御部が、前記光路長調整部を調整するのが好ましい。

また、前記断層画像取得処理部が、前記測定部の回転に対応する円形の二次元断層画像を得る場合において、前記第１基準位置の調整量、および、調整後の前記第１基準位置と調整前の前記第１基準位置について得られる断層画像の中心との距離から、前記調整後の前記第１基準位置に基づいて得られた断層画像を補正して、調整前の前記第１基準位置について得られる断層画像と同様の画像を生成するのが好ましい。

本発明によれば、波長掃引光源を用いるＳＳ−ＯＣＴにおいて、測定の基準位置（ゼロパス位置）を測定可能範囲の内側と外側とに切替可能な構成としたことにより、測定関心領域の位置（深度）によらず、測定関心領域を高解像に測定することができる。
また、本発明の一態様では、ゼロパス位置を測定可能範囲の内側と外側とに切り替えて測定することにより得られた画像を合成することにより、測定可能範囲の全体について高解像な画像を得ることができる。

また、本発明の一態様では、測定部位毎に、ゼロパス位置のパラメータが用意されており、オペレータが、測定部位がどこであるかの情報（測定部位情報）を入力するだけで、ゼロパス位置を自動で即時に切り替えて測定することができるので、測定の高速化および装置の利便性を向上させることができる。

さらに、本発明の一態様では、測定装置のプローブが測定対象（サンプル）から一定距離以上離れた状態であることを検知すると、自動的に、ゼロパス位置を測定可能範囲の内側に切り替え、さらには、プローブに最も近い測定対象の表面にゼロパス位置を合わせるので、表示画像において、表面付近の解像度を上げて全体の形状を把握し易くすることができ、測定の利便性を向上させることができる。

本発明に係る光断層画像化装置およびおよび断層画像取得方法を、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の断層画像取得方法を実施する本発明の光断層画像化装置の第１実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１に示す光断層画像化装置１０は、波長掃引光源を用い、測定光で測定対象を走査して反射光を得て、反射光と参照光との干渉光に基づいて測定光の光軸方向の断層画像を得る、いわゆるＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source OCT）装置である。

光断層画像化装置１０は、光を射出する光源ユニット１２と、光源ユニット１２から射出された光を測定光と参照光に分岐し、かつ、測定光の測定対象からの反射光と参照光とを合波して干渉光を生成する分岐合波部１４と、測定光を導光して測定対象に照射するとともに、測定対象からの反射光を受光する光プローブ１６と、参照光の光路長を調整する光路長調整部１８と、参照光の光路長を異なる光路長に選択的に切り替える光路長切替部３４と、分岐合波部１４で生成された干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出部２０と、干渉光検出部２０で検出された干渉信号を処理する処理部２２と、処理部２２で取得された光断層画像（以下単に「断層画像」ともいう。）を表示する表示部２４と、光路長調整部１８および光路長切替部３４を含む光断層画像化装置１０の全体を制御する制御部３２と、外部からの各種条件の入力や設定の変更等の指示入力を受け付ける操作部３６とを有する。

また、光断層画像化装置１０は、測定光の回転走査のために光プローブの測定部を回転させる回転駆動部２６や、光源ユニット１２から射出された光を分光する光ファイバカプラ２８や、光源光（レーザ光）光を検出する検出部３０ａおよび反射光を検出する検出部３０ｂを有する。また、各構成要素間の光の経路として光ファイバＦＢを用い、この光ファイバによって各部に光源光（レーザ光）Ｌａ、測定光Ｌ１、参照光Ｌ２、反射光Ｌ３、および干渉光Ｌ４を導光している。以下、各部について詳細に説明する。

光源ユニット１２は、半導体光増幅器４０と、光分岐器４２と、コリメータレンズ４４と、回折格子素子４６と、光学系４８と、回転多面鏡５０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。

半導体光増幅器（半導体利得媒質）４０は、駆動電流が印加されることで、微弱な放出光を射出し、また、入射された光を増幅する。半導体光増幅器４０には、光ファイバＦＢ１０の両端が接続されてループが形成されている。すなわち、光ファイバＦＢ１０の一端は、半導体光増幅器４０から光が射出される部分に接続されており、光ファイバＦＢ１０の他端は、半導体光増幅器４０に光を入射する部分に接続されており、半導体光増幅器４０から射出された光は、光ファイバＦＢ１０に射出され、再び半導体光増幅器４０に入射する。このように、半導体光増幅器４０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４０および光ファイバＦＢ１０が光共振器となり、半導体光増幅器４０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。

光分岐器４２は、光ファイバＦＢ１０の光路上に設けられ、光ファイバＦＢ１１とも接続している。光分岐器４２は、光ファイバＦＢ１０内を導波される光の一部を光ファイバＦＢ１１に分岐させる。コリメータレンズ４４は、光ファイバＦＢ１１の他端、すなわち光ファイバＦＢ１０と接続していない端部の近傍に配置され、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４６は、コリメータレンズ４４で生成された平行光の光路上に所定角度に傾斜して配置されている。回折格子素子４６は、コリメータレンズ４４から射出される平行光を分光する。

光学系４８は、回折格子素子４６で分光された光の光路上に配置されている。光学系４８は、複数のレンズで構成されており、回折格子素子４６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５０は、光学系４８で生成された平行光の光路上に配置され、平行光を反射させる。回転多面鏡５０は、図１中、Ｒ１方向に等速で回転する回転体である。回転多面鏡５０は、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５０は、回転することで、各反射面の角度を光学系４８の光軸に対して変化させる。

光ファイバＦＢ１１から射出された光は、コリメータレンズ４４、回折格子素子４６、光学系４８を通り、回転多面鏡５０で反射される。反射された光は、光学系４８、回折格子素子４６、コリメータレンズ４４を通り、光ファイバＦＢ１１に入射する。

上述したように、回転多面鏡５０の反射面の角度が光学系４８の光軸に対して変化するため、回転多面鏡５０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４６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４８の光軸と回転多面鏡５０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４８の光軸と回転多面鏡５０の反射面との角度の変化により変化する。

光ファイバＦＢ１１に入射した特定の周波数域の光は、光分岐器４２から光ファイバＦＢ１０に入射され、光ファイバＦＢ１０の光と合波される。これにより、光ファイバＦＢ１０に導光されるパルス状のレーザ光は、特定の周波数域のレーザ光となり、この特定周波数域のレーザ光Ｌａが光ファイバＦＢ１に射出される。ここで、回転多面鏡５０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ＦＢ１に射出されるレーザ光Ｌａの周波数も、時間の経過に伴って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ＦＢ１側に射出する。

次に、分岐合波部１４は、例えば２×２の光ファイバカプラで構成されており、光ファイバＦＢ１、光ファイバＦＢ２、光ファイバＦＢ３、光ファイバＦＢ４とそれぞれ光学的に接続されている。

分岐合波部１４は、光源ユニット１２から光ファイバＦＢ１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ＦＢ３に入射させる。また、分岐合波部１４は、光ファイバＦＢ３に入射され、光路長切替部３４および光路長調整部１８を経由して光ファイバＦＢ３を戻り、再び分岐合波部１４に入射した参照光Ｌ２と、光ファイバＦＢ２に入射された測定光Ｌ１に基づいて光プローブ１６で取得され、光ファイバＦＢ２を戻って再び分岐合波部１４に入射した、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４に射出する。

光プローブ１６は、被検体内に挿入されて測定対象Ｓの測定を行う器具である。光プローブ１６は、その基端部が光ファイバＦＢ２と接続されており、光ファイバＦＢ２から入射された測定光Ｌ１を、その先端部まで導光し、先端部の測定部において測定対象Ｓに照射するとともに、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を受光する。また、光プローブ１６は、回転駆動部２６によって測定部が回転され、測定光Ｌ１を、光プローブ１６の軸周りに回転走査する。

図２に、光プローブ１６の先端部の拡大断面図を示す。図２に示すように、光プローブ１６は、プローブ外筒（シース）５２と、プローブ外筒５２の先端を閉塞するキャップ５４と、光ファイバ５６と、フレキシブルシャフト５８と、固定部材（スリーブ）６０と、光学レンズ６２とを有する。

プローブ外筒５２は、可撓性を有する筒状の部材であり、少なくともその先端部の測定光Ｌ１および反射光Ｌ３を通過させる部分は、光を透過する材料（透明な材料）で形成されている。

光ファイバ５６は、プローブ外筒５２の内部に挿通されており、その基端部が光ファイバＦＢ２に接続され、その先端が測定部となる光学レンズ６２に接続されている。光ファイバ５６は、光ファイバＦＢ２から射出された測定光Ｌ１を光学レンズ６２まで導波するとともに、光学レンズ６２で取得した、測定光Ｌ１に対する測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を、光ファイバＦＢ２まで導波する。

光学レンズ６２は、光ファイバ５６の先端に、光学的に接続されて配置されている。光学レンズ６２は、いわゆる半球レンズであり、光ファイバ５６から射出された測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対して集光する。また、光学レンズ６２は、測定光Ｌ１の測定対象Ｓにおける反射光Ｌ３を集光し、光ファイバ５６に入射させる。

光ファイバ５６の先端と光学レンズ６２の接続部分は、固定部材６０によって保持されており、この固定部材６０には、フレキシブルシャフト５８が取り付けられている。フレキシブルシャフト５８は、中空の部分に光ファイバ５６を収容し、プローブ外筒５２の基端部まで延在している。フレキシブルシャフト５８の基端部は、回転駆動部２６に接続されている。回転駆動部２６は、フレキシブルシャフト５８を回転駆動することで、光ファイバ５６および光学レンズ６２をプローブ外筒５２に対し、例えば図２における矢印Ｒ２方向に回転させる。

光ファイバ５６は、プローブ外筒５２に対して回転自在な状態で支持されている。また、光ファイバ５６と光ファイバＦＢ２とは、ロータリージョイント等で接続されており、光ファイバ５６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、回転駆動部２６は、回転エンコーダ（図示せず）を備えており、回転エンコーダからの信号に基づいて、光学レンズ６２の位置情報（角度情報）から測定光Ｌ１の照射位置を検出し、位置情報として処理部２２へ送る。

光プローブ１６は、基本的に以上のような構成であり、回転駆動部２６により光ファイバ５６およびフレキシブルシャフト５８が図２中矢印Ｒ２方向に回転されることで、光学レンズ６２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５２の円周方向）に対し走査しながら照射し、反射光Ｌ３を取得する。これにより、プローブ外筒５２の円周方向の全周において、測定対象Ｓを反射した反射光Ｌ３を取得することができる。

光路長調整部１８は、参照光Ｌ２の光路長を調整する部分である。光路長調整部１８は、レーザ光Ｌａから分岐された参照光Ｌ２の導波路である光ファイバＦＢ３に、光路長切替部３２を介して接続されている。光路長調整部１８と光路長切替部３２とは、光ファイバＦＢ６で接続されている。

光路長調整部１８は、光ファイバＦＢ６から射出された参照光Ｌ２を平行光にする第１光学レンズ６４と、第１光学レンズ６４で平行光にされた光を集光する第２光学レンズ６６と、第２光学レンズ６６で集光された光を反射させる反射ミラー６８と、第２光学レンズ６６および反射ミラー６８を固定的に支持する基台７０と、基台７０を光軸方向に平行な方向に移動させるミラー移動機構７２とを有する。

光路長調整部１８は、第１光学レンズ６４と第２光学レンズ６６との距離を変化させることで参照光Ｌ２の光路長を調整し、測定光Ｌ１によって測定する測定対象の深度の基準位置（以下、ゼロパス位置という。）を設定する。

第１光学レンズ６４は、光ファイバＦＢ６のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー６８で反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ６のコアに集光する。第２光学レンズ６６は、第１光学レンズ６４により平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー６８上に集光するとともに、反射ミラー６８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６４と第２光学レンズ６６とにより共焦点光学系が形成されている。反射ミラー６８は、第２光学レンズ６６で集光される光の焦点に配置されており、第２光学レンズ６６で集光された参照光Ｌ２を反射する。

光ファイバＦＢ６から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ６４により平行光になり、第２光学レンズ６６により反射ミラー６８上に集光される。その後、反射ミラー６８により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ６６により平行光になり、第１光学レンズ６４により光ファイバＦＢ６のコアに集光される。

ミラー移動機構７２は、基台７０を第１光学レンズ６４の光軸方向（図１中、矢印Ａ方向）に移動させる。ミラー移動機構７２は、制御部３２によって制御され、基台７０を光軸方向に移動させることで、第１光学レンズ６４と第２光学レンズ６６との距離を変化させて、参照光Ｌ２の光路長を調整する。

光路長切替部３４は、本発明の特徴とする部分であり、分岐合波部１４と光路長調整部１８との間に配置されている。分岐合波部１４と光路長切替部３４とは、光ファイバＦＢ３で接続されており、光路長切替部３４と光路長調整部１８とは、光ファイバＦＢ６で接続されている。

光路長切替部３４は、予め設定された２種類の光路長に切り替え可能な構成を有しており、制御部３２からの制御により、光路長を選択的に切り替える。２種類の光路長の差は、光断層画像化装置１０における測定可能範囲の深度の最大値と最小値の差にほぼ等しくなるように設定される。したがって、光路長切替部３４の一方の光路長に対して光路長調整部１８でゼロパス位置（深度方向の測定範囲の基準位置）が設定された後、光路長切替部３４で光路長が切り替えられると、ゼロパス位置が、測定可能範囲の反対側の縁部に切り替わる。

光路長切替部３４は、光路長を切り替えると、選択されている光路、すなわち前後の光ファイバＦＢ３，ＦＢ６に接続している光路長の情報をゼロパス情報として、制御部３２に送る。

光路長切替部３４の具体的な構成は、所定の光路長に切り替えられるものであれば、特に限定されない。光路長切替部３４としては、次のような構成を例示することができる。

例えば、光路長切替部３４は、長さが異なる複数の光ファイバと、その光ファイバを切り替える光スイッチによって構成することができる。すなわち、図３の（Ａ）に示すように、光路長切替部３４を、光路長の異なる２本の光ファイバＦＢ１００およびＦＢ１０２と、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を射出する光路を、光ファイバＦＢ１００およびＦＢ１０２のどちらかに切り替える光スイッチＳＷ１と、光スイッチＳＷ１に連動して、光ファイバＦＢ１００および光ファイバＦＢ１０２を切り替える光スイッチＳＷ２とを有する構成とし、光スイッチＳＷ１および光スイッチＳＷ２を切り替えることで、参照光Ｌ２の光路長を瞬時に切り替える。

これにより、光スイッチＳＷ１およびＳＷ２により光ファイバＦＢ１００を経由する第１の光路と、光スイッチＳＷ１およびＳＷ２を切り替えて光ファイバＦＢ１０２を経由する第２の光路とで、参照光Ｌ２の光路長を、光ファイバＦＢ１００と光ファイバＦＢ１０２の光路差の分だけ変化させる。

また、別の例として、光路長切替部３４は、複数の空間距離が選択できる光スイッチを用いて構成することができる。例えば、図３の（Ｂ）に示すように、光路長切替部３４を、反射ミラーＭＲ１およびＭＲ２の位置が異なり光路長が異なる空間Ｌ１およびＬ２と、空間Ｌ１，Ｌ２を切り替える光スイッチＳＷ１およびＳＷ２とを有する構成としてもよい。

また、光路長切替部３４は、非接触で空間長を切り替える構成としてもよい。すなわち、図３の（Ｃ）に示すように、固定ミラーＭＲ３とＭＥＭＳミラーまたはガルバノミラーＭＲ４の振り角制御を用い、ＭＥＭＳミラーまたはガルバノミラーＭＲ３を予め設定された角度Ｒ３に振って、空間Ｌ３，Ｌ４を切り替えて、空間長を切り替えることにより、非接触で光路長を切り替えることができる。

あるいは、光路長切替部３４は、反射ミラーの高速駆動によって光路長を切り替える構成としてもよい。例えば、光路長切替部３４として、光路長調整部１８を兼用し、または、光路長調整部１８と同様の構成を光路長切替部３４として別途設けて、ミラー移動機構７２を用いた遅延器を高速で動作させて、光路長を切り替えることもできる。

干渉光検出部２０は、分岐合波部１４で参照光Ｌ２と反射光Ｌ３とを合波して生成された干渉光Ｌ４を干渉信号として検出する。干渉光検出部２０は、光ファイバＦＢ４によって分岐合波部１４と接続されている。干渉光検出部２０の入り口側には、光ファイバカプラ２８によって光ファイバＦＢ１から光ファイバＦＢ５に分岐したレーザ光Ｌａの光強度を検出する検出器３０ａと、分岐合波部１４からの干渉光Ｌ４の光強度を検出する検出器３０ｂとが接続されており、検出器３０ａおよび検出器３０ｂの検出結果が干渉光検出部２０に送られる。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、干渉光Ｌ４の光強度のバランスを調整する。

処理部２２は、干渉光検出部２０で検出した干渉信号から断層画像を取得する。図４に、処理部２２の概略構成を示す。図４に示すように、処理部２２は、干渉信号取得手段８０と、Ａ／Ｄ変換手段８２と、断層情報生成手段８６と、画質補正手段８８とを有する。

干渉信号取得手段８０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、回転駆動機構２６で検出された測定位置の位置情報、具体的には、回転方向における光学レンズ６２の位置情報から検出された測定光Ｌ１の照射位置の情報を取得し、干渉信号と測定位置の位置情報とを対応付ける。

干渉信号と測定位置の位置情報との対応付けは、次のようにして行うことができる。
まず、光学レンズ６２の１回転あたりの測定回数は、光学レンズ６２の回転速度と、測定光Ｌ１の周波数を掃引させる周期とから決定される。光学レンズ６２の回転、および、干渉信号の取得回数、すなわち測定光Ｌ１の掃引の周期は一定とすると、測定光Ｌ１による測定位置は、光学レンズ６２の回転軸を中心として所定角度ずつ移動していく。

干渉信号を取得した位置が所定角度ずつ移動するため、それぞれの干渉信号の測定位置にライン番号ｎを対応付けることができる。例えば、光学レンズ６２が１回転する間に干渉信号を１０２４回取得するものとすると、ｎ＝１〜１０２４のライン番号を、干渉信号の取得位置（測定位置）として割り当てることができる。なお、光学レンズ６２は回転しているため、ｎ＝１０２４の測定位置とｎ＝１の測定位置とは隣接する。測定位置の位置情報が対応付けられた干渉信号は、Ａ／Ｄ変換手段８２へ送られる。

Ａ／Ｄ変換手段８２は、干渉信号取得手段８０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。デジタル変換された干渉信号は、断層情報生成手段８６へ送られる。

断層情報生成手段８６は、Ａ／Ｄ変換手段８２でデジタル信号に変換された干渉信号に対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、周波数成分と強度との関係の情報を取得し、取得した情報を処理することで、深さ方向の断層画像を取得する。

ここで、断層情報生成手段８６は、干渉信号と、制御部３２から送られたゼロパス位置情報とから、設定されているゼロパス位置が、測定範囲の、光プローブ１６から見て手前側（測定深度の浅い側、内側）なのか奥側（測定深度の深い側、外側）なのかを判断し、その判断結果に応じて、深さ方向の断層画像を生成する。ゼロパス位置が手前側であれば、ＦＦＴ処理後の奥側に向かう方向の結果を用い、ゼロパス位置が奥側であれば、ＦＦＴ処理後の奥側のゼロパス位置から手前側である光プローブ１６の中心に向かう方向の結果を用いることで、測定範囲内で取得された適切な干渉信号から断層画像を生成することができる。

断層情報生成手段８６における画像の生成は、「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載の技術を用いて行うことができる。簡単に説明すれば、次のとおりである。

測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光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、断層情報生成手段８６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。

画質補正手段８８は、断層画像生成手段８６により生成された断層画像に対し、対数変換、ラジアル変換を施し、ライン番号順に配置し、光学レンズの回転中心を中心とした円形の画像とする。さらに、画質補正手段８８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。画質補正手段８８は、画質補正が施された断層画像を表示部２４に送信する。

画質補正手段８８から表示部２４への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２４へ送信し、表示部２４において、１ライン毎に書き換えて表示させてもよいし、全ラインの処理、すなわち光学レンズ６２を１周させて取得した全画像の処理が終了し、１枚の円形の断層画像が形成された段階で表示部２４へ送信してもよい。

表示部２４は、ＣＲＴやＬＣＤ等の表示装置であり、画質補正手段８８から送信された断層画像を表示する。操作部３６は、キーボードやマウス等の通常の入力手段を備える。また、表示部２４に操作画面を表示し、操作部３６として機能させてもよい。

制御部３２は、光路長調整部１８および光路長切替部３４を含め、光断層画像化装置１０の各部を制御する。制御部３２には、処理部２２、表示部２４、操作部３６が接続されている。例えば、制御部３２は、操作部３６の入力手段から入力されたオペレータの指示に基づいて、光路長切替部３４や光路長調整部１８の動作を制御する。また、制御部３２は、処理部２２における処理条件の入力や、表示部２４の表示設定の変更等を行う。

また、制御部３２は、光路長切替部３４から送られてきたゼロパス位置情報を受け取って、処理部２２の断層情報生成手段８６に、そのゼロパス位置情報を供給する。

次に、光断層画像化装置１０の作用について説明する。
光断層画像化装置１０では、測定に先立ち、まず、ゼロパス位置の初期設定が行われる。ゼロパス位置の設定は、制御部３２が光路長調整部１８を制御することにより行う。制御部３２は、ミラー移動機構７２を駆動して、基台７０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が位置し、かつ、ゼロパス位置が測定対象Ｓの手前側（内側）となるように、光路長を調整して、ゼロパス位置を設定する。

このゼロパスの初期設定のとき、光路長切替部３４は、短い方の光路長（第１光路長とする。）が選択された状態としておく。この第１光路長が、測定対象Ｓの手前側に設定されたゼロパス位置（第１ゼロパス位置とする。）に対応する。光路長切替部３４は、第１光路長が選択されていること、すなわち手前側の第１ゼロパス位置が設定されていることを示す情報を、ゼロパス位置情報として制御部３２へ送る。

第１ゼロパス位置を設定した後、光プローブ１６を被検体内に挿入して、測定を開始する。まず、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。測定光Ｌ１は、光プローブ１６に導波されて、測定対象Ｓに照射される。測定光Ｌ１が測定対象Ｓの各深さ位置で反射されて得られた光が、反射光Ｌ３として光プローブ１６に入射する。この反射光Ｌ３は、分岐合波部１４へ送られる。

一方、参照光Ｌ２は、光路長切替部３４を経由して、光路長調整部１８に入射される。そして、光路長調整部１８により光路長が調整された参照光Ｌ２が、再び光路長切替部３４を経由して分岐合波部１４に入射される。分岐合波部１４では、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と、光路長調整部１８により光路長が調整された参照光Ｌ２とを合波して、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を生成する。干渉光は、干渉光検出部２０に送られ、干渉信号として検出される。

干渉光検出部２０で検出された干渉信号は、処理部２２へ送られ、処理部２２で断層画像を作成するための処理が施される。処理部２２は、まず、干渉信号取得手段８０で、ライン番号ｎ（ｎは任意の数）の干渉信号を取得し、Ａ／Ｄ変換手段８２で、干渉信号取得手段８０が取得したアナログ信号の干渉信号をデジタル信号に変換する。次に、断層情報生成手段８６で、Ａ／Ｄ変換された干渉信号にＦＦＴ処理を行い、ＦＦＴ処理の結果から、ライン番号ｎの断層画像を取得する。

このとき、断層情報生成手段８６には、制御部３２からゼロパス位置情報が送られており、そのゼロパス位置情報に応じて、ゼロパス位置の内側または外側のＦＦＴ処理後の結果を用いる。ここでは、ゼロパス位置は、測定対象Ｓの内側に設定されているので、ＦＦＴ処理後の外側に向かう方向の結果を用いる。これにより、ゼロパス位置から外側へ一定距離の範囲が測定可能範囲となる。

このようにして取得された断層画像は、画質補正手段８８に送られ、ラジアル処理、鮮鋭化処理等の、表示するための画像処理が施される。その後、表示部２４に送られて表示される。

このようにして取得された断層画像の模式図を図５（Ａ）に示す。図５（Ａ）において、画像の中心には、光プローブ１６が映し出されている。符号１１２で示す円は、光プローブ１６のプローブ外筒（シース）５２の内面であり、符号１１４で示す円がプローブ外筒５２の外面である。また、ゼロパス１１０は、プローブ外筒５２の内面１１２にほぼ一致する位置に設定されている。したがって、ゼロパス１１０は、測定対象Ｓの手前側（内側）に設定されている。

波長掃引光源を用いるＳＳ−ＯＣＴ装置では、例えば、ゼロパスから１０ｍｍまでが測定可能範囲となる。しかし、本発明者の知見によれば、この測定可能範囲内であっても、全範囲において均一に高解像な画像が得られるわけではなく、ゼロパス位置に近い程、高解像な画像になり、ゼロパス位置から離れる程、低解像な画像になる。これは、低コヒーレンス光の特徴から、ゼロパス位置に近い程干渉信号が強く（干渉強度が大きく）、ゼロパス位置から遠い程干渉信号が弱く（干渉強度が小さく）なるためと考えられた。

図５（Ａ）の例では、ゼロパス１１０が、プローブ外筒５２の内面１１２付近に設定されているため、測定範囲の手前側（内側）、すなわちゼロパス１１０からの距離が近い領域にある対象１１６については、高解像な断層画像を取得することができる。一方、測定範囲の奥側（外側）の領域にある対象１１８は、ゼロパス１１０からの距離が遠いため干渉信号が弱くなり、低解像な断層画像となってしまう。

したがって、測定範囲の手前側にある対象１１６の領域が関心領域である場合には、ゼロパス１１０を測定範囲の内側縁部に設定して得られた図５（Ａ）が、有効な画像となる。これに対し、測定範囲の奥側にある対象１１８の領域が関心領域である場合には、その関心領域について高解像な画像を得るために、光路長切替部３４を切り替えて、ゼロパス位置を測定範囲の外側に切り替える。

光路長切替部３４は、測定中でも切り替えることができる。オペレータは、表示部２４に表示された断層画像を観察し、関心領域がゼロパス位置から遠いために十分な断層画像が得られていないと判断した場合には、操作部３６から、ゼロパス位置の切り替え指示を入力する。

操作部３６から入力された指示は、制御部３２に送られ、制御部３２が、光路長切替部３４を切り替えるように制御する。それにより、光路長切替部３４は、異なる光路長、ここでは長いほうの光路長（第２光路長とする。）に接続を切り替える。この第２光路長は、初期設定において手前側に設定された第１ゼロパス位置から所定距離だけ離れた、測定可能範囲の奥側の縁部に対応し、光路長切替部３４が第２光路長に切り替えられることで、ゼロパス位置が、測定可能範囲の奥側の縁部の第２ゼロパス位置に切り替わる。

また、制御部３２は、光路長切替部３４を切り替えるとともに、第２光路長に切り替えたことを示す情報、すなわち、奥側の第２ゼロパス位置が設定されていることを示す情報を、ゼロパス位置情報として、処理部２２の断層情報生成手段８６へ送る。

光路長切替部３４を切り替えた後、上述したのと同様の方法で、断層画像を取得する。このとき、処理部２２の断層情報生成手段８６では、制御部３２からのゼロパス位置情報、すなわち、ゼロパスが外側に設定されているという情報に応じて、ゼロパス位置から内側へ向かう方向のＦＦＴ処理後の結果を用いる。これにより、ゼロパス位置から内側へ一定距離の範囲の断層画像が取得される。

このようにして取得された断層画像の模式図を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）では、測定範囲の奥側（外側）の縁部近傍にゼロパス１１０が設定されているので、測定範囲の中央より外側の領域は、ゼロパス１１０からの距離が近くなり、高解像な断層画像を取得することができる。したがって、測定範囲の外側の領域にある対象１１８が、高解像度で表示される。

ここで、ゼロパス１１０を測定範囲の外側に設定した場合、干渉光が測定対象の深くまで到達する必要があり干渉光は減衰するが、ゼロパス位置からの距離が近いためＳ／Ｎ比が上がり、高解像な断層画像を取得することができる。

一方、測定範囲の中央より手前側（内側）にある領域は、ゼロパス１１０からの距離が遠いため干渉信号が弱くなり、低解像な断層画像となる。したがって、測定範囲の内側の領域にある対象１１６が、低解像度で表示されている。

このように、本発明の光断層画像化装置１０によれば、測定中であっても、ゼロパス位置を測定範囲の手前側（内側）と奥側（外側）とに切り替えることで、測定範囲のうち高解像な断層画像が取得できる深さ方向の領域を容易に切り替えることができ、関心領域を高解像な画像で取得することができる。

なお、上記では、ゼロパス位置の初期位置を測定範囲の手前側（内側）に設定し、測定範囲の奥側の位置へ任意に切り替えることとしたが、ゼロパス位置の初期位置を測定範囲の奥側（外側）に設定してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の光断層画像化装置の第２実施形態の概略構成を模式的に示すブロック図である。図６に示す光断層画像化装置１００は、図１の光断層画像化装置１０に、さらにパラメータ記憶部３８を追加したものであり、その他の構成は光断層画像化装置１０と基本的に同様であるので、同様の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。以下、主に、光断層画像化装置１００が光断層画像化装置１０と異なる点について説明する。

光断層画像化装置１００には、制御部３２に接続されたパラメータ記憶部３８が設けられている。パラメータ記憶部３８は、測定部位および関心領域に応じたゼロパスの位置パラメータを記憶する。

光断層画像化装置１００を医療用の装置とした場合、光プローブ１６によって測定する部位（測定対象Ｓ）が、食道であるか、胃であるかなどのように異なる場合、主たる関心領域の表面からの深さは異なる。また、同じ測定部位であっても、目的や症状等によって、関心領域の深さは異なってくる。

上述したように、コヒーレンス光によって断層画像の情報を取得するＯＣＴ装置では、ゼロパス位置に近い程、高解像な画像を得ることができ、ゼロパス位置から離れる程、画像が劣化する。したがって、関心領域について高解像な画像を得るための、ゼロパス位置の好ましい値は、それぞれの測定部位および関心領域によって異なることになる。

なお、通常、測定範囲の手前側のゼロパス位置（第１ゼロパス位置）は、初期値として光プローブ１６のプローブ外筒５２の内面の位置に設定された、信頼度の高い位置なので、測定部位ごとに切り替えるゼロパス位置は、測定範囲の奥側（外側）の第２ゼロパス位置とするのが好ましい。

上記より、光断層画像化装置１００では、それぞれの測定部位に対応して、第２ゼロパス位置の位置パラメータを予め設定し、パラメータ記憶部３８に記憶させる。さらに、好ましくは、それぞれの測定部位について、関心領域の深さ範囲に応じたゼロパス位置パラメータを、パラメータ記憶部３８に記憶させる。

また、光路長切替部３４には、ゼロパス位置パラメータに対応する光路長の光路を複数用意し、パラメータに応じて切り替え可能とする。あるいは、光路長切替部３４を、ゼロパス位置パラメータに応じて光路長を任意に切り替え可能な構成とする。

光路長切替部３４が任意に光路長を変更できる構成の場合には、パラメータ記憶部３８に記憶されるパラメータを、オペレータが自由に設定できるようにしてもよい。また、単に、第２ゼロパス位置の切り替え位置を段階的に用意するとともに、各位置に対応するパラメータをパラメータ記憶部３８に記憶させておき、オペレータが関心領域の深度の範囲を選択することで、第２ゼロパス位置を切り替えられるようにしてもよい。

図７を参照して、光断層画像化装置１００における第２ゼロパス位置の設定方法を説明する。測定開始時または測定中において、オペレータによる操作部３６からの指示入力があると、制御部３２は、入力された測定部位情報または関心領域の深さ情報を取得し（ステップＳ１１）、取得した測定部位情報に基づいて、パラメータ記憶部３８から、その測定部位情報に対応するパラメータを選択し、読み出す（ステップＳ１２）。

次に、制御部３２は、パラメータ記憶部３８から読み出したパラメータに応じて光路長切替部３４を切り替えて、参照光Ｌ２の光路長を切り替える（ステップＳ１３）。参照光Ｌ２の光路長が切り替わることで、ゼロパス位置が切り替わる。

また、制御部３２は、ステップＳ１３で光路長切替部３４を切り替えるとともに、処理部２２へ、パラメータ記憶部３８から読み出したパラメータに対応するゼロパス位置情報を供給する。処理部は、断層情報生成手段８６での断層画像の生成において、処理部２２から供給されたゼロパス位置情報に応じた干渉信号について処理をすることで、適切な領域の断層情報を生成する。

このように、測定部位および関心領域によってパラメータを保持することにより、測定部位および関心領域に応じて、容易にゼロパス位置を切り替えることができる。また、測定部位および関心領域を、測定中に変更する場合であっても、容易にゼロパス位置を切り替えることができ、測定を高速化できるとともに、光断層画像化装置の利便性をより一層向上させることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
上述の第１実施形態および第２実施形態では、関心領域に応じて、手前側（内側）にゼロパス位置を設定して取得した断層画像と、奥側（外側）にゼロパス位置を設定して取得した断層画像とが、それぞれ得られた。そして、そのようにして得た画像は、図５（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明したように、ゼロパス位置に近い領域については高解像で、ゼロパス位置から遠い領域についてはそれよりも低解像な画像となっていた。

これに対し、本実施形態では、手前側（内側）にゼロパス位置を設定して取得した断層画像と、奥側（外側）にゼロパス位置を設定して取得した断層画像とを合成し、全体として高解像な断層画像を取得する。

図８は、本実施形態の光断層画像化装置における処理部２２Ａの概略構成を示すブロック図である。図８に示す処理部２２Ａは、断層情報生成手段８６と画質補正手段８８との間に、画像合成手段８７を有している点が、上述の例における処理部２２（図４参照）と異なっている。また、本実施形態では、処理部２２Ａ以外の構成は、上記第１実施形態の光断層画像化装置１０または第２実施形態の光断層画像化装置１００と同様である。以下では、図１の光断層画像化装置１０を参照して本実施形態について説明する。

本実施形態において、光断層画像化装置１０では、まず、光路長切替部３４が第１光路長に切り替えられている状態で、光路長調整部１８によって、ゼロパス位置の初期設定が行われる。それにより、初期設定値として、光プローブ１６のプローブ外筒５２の内面に、第１ゼロパス位置が設定され、この位置が測定範囲の最も内側となる。次に、操作部３６からの指示入力により、制御部３２によって、光路長切替部３４が第２光路長に切り替えられ、第２ゼロパス位置に切り替わる。

制御部３２は、回転駆動機構２６により光プローブ１６の光学レンズ６２（図２参照）を回転させるとともに、その回転走査周期と同期させて、光路長切替部３４によってゼロパス位置を測定範囲の内側と外側に切り替えながら、測定対象Ｓの測定を行う。例えば、光学レンズ６２の１回転毎に、測定範囲の内側の第１ゼロパス位置と、外側の第２ゼロパス位置とが切り替えられる。

光断層画像化装置１０を、測定光Ｌ１を平面走査させる装置とした場合には、光学レンズの平面走査周期と同期させて、ゼロパス位置を切り替えて測定すればよい。

処理部２２Ａは、光プローブ１６で得られた反射光Ｌ３に基づく干渉光Ｌ４から検出された干渉信号を受け取って、干渉信号取得手段８０において、干渉信号と、測定位置の位置情報とを対応付ける。測定位置の位置情報が対応付けられた干渉信号は、Ａ／Ｄ変換手段８２でデジタル信号に変換され、断層情報生成手段８６へ送られる。

断層情報生成手段８６は、光路長切替部３４におけるゼロパスの切り替え時の情報に基づいて、第１ゼロパス位置で取得された干渉信号と、第２ゼロパス位置で取得された干渉信号とを分け、それぞれについて、対応するゼロパス位置情報に基づいて選択された干渉信号にＦＦＴ処理を行い、２つの断層画像を取得する。すなわち、第１ゼロパス位置で取得された干渉信号については、ＦＦＴ処理後の奥側に向かう方向の結果を用いて断層画像情報を生成し、第２ゼロパス位置で取得された干渉信号については、ＦＦＴ処理後の手前側に向かう方向の結果を用いて断層画像情報を生成する。これにより、同一の測定対象Ｓについて、測定範囲の手前側（内側）が高解像な断層画像と、測定範囲の奥側（外側）が高解像な断層画像の２枚の画像を取得することができる。

次に、画像合成手段８７は、断層情報生成手段８６で得られた２つの断層画像を合成して、１つの合成画像を生成する。２つの断層画像は、取得された時刻がわずかに異なるので、両画像間には若干の変動が含まれると考えられる。そのため、両画像の縮尺を合わせることにより、その変動等を補正して、画像合成を行うのが好ましい。両画像は、例えば、第１ゼロパス位置の画像と第２ゼロパス位置の画像のそれぞれで、プローブ外筒５２の外面と、測定対象Ｓの表面の同位置との距離を算出し、片方の値に一致させるようにすることで、その縮尺を合わせることができる。

画像合成手段８７による画像合成方法は、例えば、図９に示すように、第１ゼロパス位置で得られた画像のうちの、ゼロパス位置から測定範囲の半分まで、すなわち画像の内側半分の、高解像な断層画像１２２と、第２ゼロパス位置で得られた画像のうちの、ゼロパス位置から測定範囲の半分まで、すなわち画像の外側半分の高解像な断層画像１２４とを、画像採用域の境界１１７で合わせ、全体が高解像な断層画像を得る方法が挙げられる。

それぞれの画像における画像採用域の幅は、その画像のゼロパス位置から測定範囲の反対側の縁部までの間で、任意に変更できるようにするのが好ましい。例えば、操作部３６からの入力により、各画像の採用域の幅を設定および変更できるようにしてもよい。それにより、画像採用域は、半径方向に５０％（半分）ずつとすることや、内側７０％、外側３０％などのように、任意の比率とすることができる。

画像採用域の境界領域は、幅を持たせ、境界領域の両画像に重み付けをしてつなぎ合わせるようにしてもよい。また、２つの画像の一方または両方について、測定範囲全体を画像採用域とし、すなわち、取得した画像全体を用い、重み付けをして合成してもよい。これらの条件の設定も、操作部３６から任意に、または選択的に行えるようにすればよい。

画像合成手段８７で合成された断層画像は、画質補正手段８８によって画像補正が施され、表示部２４に表示される。

上記第３実施形態によれば、ゼロパス位置を手前側（内側）と奥側（外側）とに切り替えて２つの断層画像を取得し、それぞれの断層画像のうち高解像の部分を合成することで、全体として高解像な１つの断層画像を取得して、表示部２４に表示できるので、深さの異なる関心領域である対象１１６と対象１１８の両方について、その場で直接、高解像な断層画像を確認することができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
本実施形態では、ゼロパス位置を測定領域の内側と外側に切り替え可能な本発明の光断層画像化装置において、光プローブ１６が測定対象Ｓから離れているときは、自動的に内側の第１ゼロパス位置に切り替えて、測定対象Ｓの表面付近がよく見えるようにする。

図１０は、本実施形態の光断層画像化装置における処理部２２Ｂの概略構成を示すブロック図である。図１０に示す処理部２２Ｂは、Ａ／Ｄ変換手段８２の下流に、接触情報取得手段８４を有している点が、上述の第１実施形態および第２実施形態における処理部２２（図４参照）と異なっている。また、本実施形態では、処理部２２Ｂ以外の構成は、上記第１実施形態の光断層画像化装置１０または第２実施形態の光断層画像化装置１００と同様である。

接触情報取得手段８４は、光プローブ１６と測定対象Ｓの位置関係、すなわちそれらの距離を検出し、光プローブ１６が測定対象Ｓに接触しているか否かの情報（接触情報）を取得して、その接触情報を制御部３２へ出力する。

制御部３２は、接触情報取得手段８４から接触情報を受け取ると、その情報に応じて光路長切替部３４を制御する。すなわち、制御部３２は、光プローブ１６が測定対象Ｓから離れていた場合には、ゼロパス位置を、測定範囲の内縁部の第１ゼロパス位置に自動的に切り替えるように、光路長切替部３４を制御する。なお、上述したように、第１ゼロパス位置は、光プローブ１６のプローブ外筒５２の内面に設定されている。

このように、光プローブ１６が測定対象Ｓから一定距離以上離れているときには、ゼロパス位置を第１ゼロパス位置に切り替えることにより、測定対象Ｓの表面の解像度を上げることができる。それにより、測定対象Ｓの全体の形状が把握し易くなり、測定の利便性を向上させることができる。

以下に、接触情報取得手段８４における接触情報の取得方法について説明する。
接触情報取得手段８４は、Ａ／Ｄ変換手段８２でデジタル信号に変換された干渉信号を用い、光プローブ１６の、測定光Ｌ１が透過する位置におけるプローブ外筒５２の外表面の位置と、プローブ外筒５２に最も近い測定対象Ｓの表面の位置とを検出して、それらの距離から、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの接触状態を検出する。

プローブ外筒５２の外表面の位置は、次のように検出する。
まず、任意の１ライン分の干渉信号にＦＦＴ処理を行って取得した、周波数成分と干渉強度との関係の情報において、その周波数成分を、深さ方向（回転中心から離れる方向）の情報に置き換えることで、深さ方向と強度との関係の情報を取得する。

図１２は、干渉信号にＦＦＴ処理を行って取得した計算結果（深さ方向の位置と干渉強度との関係）の一例を示すグラフである。図１２では、横軸を深さ方向とし、縦軸を強度としている。図１２において、強度のピークが検出されている深さが、物性が変わっている位置を示す。

光断層画像化装置１０において、光プローブ１６の光学レンズ６２から射出された測定光Ｌ１が、最初に反射される物質は、プローブ外筒５２であるため、図１２における最初のピーク位置Ｐ１は、プローブ外筒５２の外表面の位置を示すことになる。ここで、光プローブ１６において、光学レンズ６２とプローブ外筒５２は、同軸に配置されている。したがって、光学レンズ６２の光軸とプローブ外筒５２の外周面との距離は、測定位置によらず一定となるので、１つのラインで検出したプローブ外筒５２の外周面の位置を、全測定位置について用いることができる。

なお、図１２は、測定対象Ｓを測定したときの干渉信号による結果であるが、プローブ外筒５２の外表面の位置の測定には、通常は、測定対象Ｓを測定しないときの干渉信号を用いる。その場合は、図１２において、ピークＰ１より深い位置のピークは表れない。

次に、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの接触状態の検出について説明する。
まず、上述したプローブ外筒５２の外周面の位置の検出と同様に、１ライン分の干渉信号にＦＦＴ処理を行い、深さ方向と干渉強度の情報を取得する。これにより、図１２のようなグラフが得られる。

図１２において、深さ方向に複数のピークが検出されている。この複数のピークのうち、最初のピークＰ１は、上述したように、プローブ外筒５２の外周面を示し、ピークＰ１の次のピークＰ２が、測定対象Ｓの表面を示すことになる。

この結果に基づき、接触情報取得手段８４は、プローブ外筒５２の外表面と測定対象Ｓの表面との距離を検出し、検出した距離から、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの接触状態を検出する。すなわち、接触情報取得手段８４は、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの距離が閾値以下の場合は、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとが接触状態であると判定し、検出した距離が閾値より大きい場合は、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとが非接触状態であると判定する。

隣のラインについても同様にして、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの接触状態を判定する。このような、判定をライン毎に、全測定領域、すなわちプローブ外筒５２の全周について行う。次いで、接触情報取得手段８４は、全周の測定対象Ｓとプローブ外周との接触状態の判定結果に基づいて、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの接触領域の有無を検出して、その検出結果を接触情報として制御部３２に出力する。

次に、本発明の第４の実施形態の他の例について説明する。
上述の例では、ゼロパス位置を手前側（内側）に切り替えることとしたが、制御部３２は、接触情報取得手段８４からの接触情報に基づいて、ゼロパス位置を、最も近い測定対象Ｓの表面に合わせるように、光路長切替部３４を調整してもよい。この場合は、接触情報として、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの接触領域の有無の情報に加え、測定対象Ｓの位置（深さ）の情報も、接触情報取得手段８４から制御部３２に出力する。また、光路長切替部３４は、第１ゼロパス位置を任意の位置に設定できる構成とする。

プローブ外筒５２と測定対象Ｓとが非接触状態であると検出した場合に、ゼロパス位置を、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの距離が最も近いラインのピークＰ２の位置に合わせることで、測定対象Ｓの表面付近を、より一層、高解像で測定することができる。

この場合は、処理部２２の接触情報取得手段８４が、全測定領域（光プローブ１６の全周）のうち、プローブ外筒５２と測定対象Ｓとの距離が一番近いライン番号における、測定対象Ｓの表面の位置、すなわちピークＰ２の位置の情報を、接触情報として制御部３２に出力する。

制御部３２は、受け取ったピークＰ２の位置の情報に基づいて、プローブ外筒５２の内周面に設定されている現在のゼロパス位置（第１ゼロパス位置）からのゼロパス位置の移動量を算出し、その結果に基づいて、光路長切替部３４の光路長を切り替える。このようにして、ゼロパス位置を測定対象Ｓの表面と設定した後に、光プローブ１６を回転走査させ、干渉信号を取得する。

ここで、処理部２２は、取得した干渉信号より断層画像を生成するが、手前側（内側）のゼロパス位置を初期位置として設定された位置から移動させているので、そのままでは、通常通りの断層画像を生成することができない。すなわち、断層情報生成手段８６は、第１ゼロパス位置がプローブ外筒５２の内面に一致しているものとして、プローブ外筒５２の中心から内面までの距離をオフセットとして各ラインに加えることで、図５や図１１に示すような、プローブ外筒５２の軸を中心とする円形の画像を生成する。しかし、移動後の第１ゼロパス位置は、プローブ外筒５２の中心からさらに所定量移動した、等距離上を移動する。言い換えれば、移動後の第１ゼロパス位置は、元の第１ゼロパス位置、すなわちプローブ外筒５２の内表面から所定量移動した、等距離上を移動する。そのため、第１ゼロパス位置を移動した後の干渉信号による画像は、元の処理設定のままでは、実際のプローブ外筒５２と測定対象Ｓとの位置関係とは異なる様子を示してしまう。

そこで、処理部２２の断層情報生成手段８６において、断層画像を生成するときに、ゼロパス位置の移動量と、元の画像の中心の距離を計算し、実際のプローブ外筒５２を中心とした円表示となるように演算して表示する。すなわち、ゼロパス位置を移動させた移動量の分だけ画像を深さ方向（または光軸方向）にオフセットさせる。

このように、測定対象Ｓとプローブ外周とが非接触状態である場合に、ゼロパス位置を測定対象Ｓの表面に設定することにより、より測定対象Ｓの表面付近を高解像で測定することができる。

なお、上記の例では、第１ゼロパス位置の移動を、光路長切替部３４の光路長の調整によって行っているが、光路長調整部１８を調整することにより、第１ゼロパス位置を移動させるようにしてもよい。

なお、上記では、測定光を回転走査させる光断層画像化装置について説明したが、本発明の光断層画像化装置は、測定光を平面走査させて測定対象の光断層画像を生成する装置にも適用可能である。

また、上記では、好ましい形態として、参照光Ｌ２の光路長を切り替えることで、ゼロパス位置を切り替える形態について説明したが、測定光Ｌ１の光路長を切り替えて、ゼロパス位置を切り替えるようにすることも可能である。

以上、本発明の光断層画像化装置および断層画像取得方法について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよい。

本発明に係る光断層画像化装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 光プローブの先端部を拡大して示す部分断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、光路長切替部の概略構成例を示す模式図である。 処理部の一例の概略構成を示すブロック図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、図１に示す光断層画像化装置により取得した断層画像例の説明図である。 本発明に係る光断層画像化装置の他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 ゼロパス位置の切替方法の一例を示すフロー図である。 処理部の他の例の概略構成を示すブロック図である。 画像合成手段により合成された断層画像例の説明図である。 処理部の他の例の概略構成を示すブロック図である。 断層画像の表示例を示す説明図である。 干渉信号にＦＦＴ処理を行って取得した計算結果の一例を示す模式的なグラフである。

符号の説明

１０、１００ 光断層画像化装置
１２ 光源ユニット
１４ 分岐合波部
１６ 光プローブ
１８ 光路長調整部
２０ 干渉光検出部
２２、２２Ａ、２２Ｂ 処理部
２４ 表示部
２６ 回転駆動部
２８ 光ファイバカプラ
３０ａ、３０ｂ 検出部
３２ 制御部
３４ 光路長切替部
３６ 操作部
３８ パラメータ記憶部
４０ 半導体光増幅器
４２ 光分岐器
４４ コリメータレンズ
４６ 回折格子素子
４８ 光学系
５０ 回転多面鏡（ポリゴンミラー）
５２ プローブ外筒（シース）
５４ キャップ
５６ 光ファイバ
５８ フレキシブルシャフト
６０ 固定部材（スリーブ）
６２ 光学レンズ
６４ 第１光学レンズ
６６ 第２光学レンズ
６８ 反射ミラー
７０ 基台
７２ ミラー駆動機構
８０ 干渉信号取得手段
８２ Ａ／Ｄ変換手段
８４ 接触状態検出手段
８６ 断層情報生成手段
８７ 画像合成手段
８８ 画質補正手段
Ｓ 測定対象

Claims (18)

1. 波長掃引光源と、
   前記波長掃引光源から射出された光を測定光と参照光に分岐する分岐部と、
   前記分岐部からの前記測定光を測定対象に照射するとともに、その測定対象からの反射光を取得する測定部を、外筒に内包する光プローブと、
   前記参照光の光路長を調整することにより、測定深度方向の第１基準位置を測定範囲の内縁部に設定する光路長調整部と、
   前記第１基準位置に対して測定深度が所定量異なり測定範囲の外縁部となる第２基準位置を与える光路長が予め設定されており、前記光路長調整部によって調整された前記参照光の光路長または前記反射光の光路長を変更して、前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替える光路長切替部と、
   前記光路長調整部および前記光路長切替部を制御する制御部と、
   前記光路長調整部および前記光路長切替部の下流側に配置され、前記測定部で取得された反射光と前記参照光とを合波して干渉光を生成する合波部と、
   前記合波部で生成された前記干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出部と、
   前記干渉光検出部で検出された前記干渉信号から断層画像を取得する断層画像取得処理部とを有し、
   前記制御部は、前記測定部による測定中に、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、
   前記断層画像取得処理部は、同一の測定対象について、前記光路長切替部によって切り替えられた前記第１基準位置と前記第２基準位置との両方に基づく２つの断層画像をそれぞれ取得し、取得された前記２つの断層画像を合成して合成断層画像を取得する光断層画像化装置。
2. 前記制御部は、前記測定部による測定中に、前記測定部の回転走査周期または平面走査周期と同期させて、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、
   前記断層画像取得処理部は、前記第１基準位置に基づく断層画像の全部または前記第１基準位置側の部分と、前記第２基準位置に基づく断層画像の全部または前記第２基準位置側の部分とを合成して前記合成断層画像を取得する請求項１に記載の光断層画像化装置。
3. 前記断層画像取得処理部は、前記第１基準位置に基づく断層画像と前記第２基準位置に基づく断層画像とをそれらの縮尺を合わせて合成して前記合成断層画像を取得する請求項１又は２に記載の光断層画像化装置。
4. 前記光路長切替部は、前記第２基準位置を与える光路長として、複数の光路長を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光断層画像化装置。
5. さらに、測定部位毎に予め設定された前記第２基準位置のパラメータを保持するパラメータ記憶部を有し、
   前記制御部は、入力された測定部位情報に応じて前記パラメータ記憶部から前記第２基準位置のパラメータを読み出して、読み出した前記パラメータに応じて前記光路長切替部を切り替える請求項４に記載の光断層画像化装置。
6. 前記パラメータ記憶部は、１の測定部位情報について前記パラメータを複数有し、
   前記制御部は、入力された指示情報に応じて、前記第２基準位置のパラメータを読み出して、読み出した前記パラメータに応じて前記光路長切替部を切り替える請求項５に記載の光断層画像化装置。
7. 前記断層画像取得処理部は、前記光プローブの先端と測定対象との距離を検出する検出部を有し、
   前記制御部は、前記断層画像取得処理部が検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときは、前記光路長切替部を前記第１基準位置に対応する光路に切り替える請求項１〜６のいずれか１項に記載の光断層画像化装置。
8. 前記制御部は、前記断層画像取得処理部が検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときに、前記測定範囲の内縁部に最も近い測定対象の表面に前記第１基準位置を合わせるように、前記光路長切替部または光路長調整部を調整する請求項７に記載の光断層画像化装置。
9. 前記光プローブは、前記測定部と、前記測定部への前記測定光および前記測定部からの前記反射光を伝達する光ファイバとを回転させる駆動部を有し、
   前記断層画像取得処理部は、前記測定部の回転に対応する円形の二次元断層画像を得るものであり、かつ、前記第１基準位置の調整量、および、調整後の前記第１基準位置と調整前の前記第１基準位置について得られる断層画像の中心との距離から、前記調整後の前記第１基準位置に基づいて得られた断層画像を補正する請求項８に記載の光断層画像化装置。
10. 前記光路長切替部は、長さの異なる複数の光路と、前記複数の光路を切り替える切替手段とを有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の光断層画像化装置。
11. 前記光路長切替部は、前記光路長調整部の光路長調整手段を移動させて、複数の光路長に光路を切り替える請求項１〜９のいずれか１項に記載の光断層画像化装置。
12. 請求項１に記載の光断層画像化装置における断層画像取得方法であって、
    前記制御部が、前記測定部による測定中に、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、
    前記断層画像取得処理部が、同一の測定対象について、前記第１基準位置および前記第２基準位置の両方に基づく２つの断層画像をそれぞれ取得し、取得された前記２つの断層画像を合成して合成断層画像を取得する断層画像取得方法。
13. 前記制御部が、前記測定部による測定中に、前記測定部の回転走査周期または平面走査周期と同期させて、前記光路長切替部に前記第１基準位置と前記第２基準位置とを切り替えさせ、
    前記断層画像取得処理部が、前記第１基準位置に基づく断層画像の前記第１基準位置側の部分と、前記第２基準位置に基づく断層画像の前記第２基準位置側の部分とを合成して前記合成断層画像を取得する請求項１２に記載の断層画像取得方法。
14. 前記断層画像取得処理部が、前記第１基準位置に基づく断層画像と前記第２基準位置に基づく断層画像とをそれらの縮尺を合わせて合成して前記合成断層画像を取得する請求項１２又は１３に記載の断層画像取得方法。
15. 請求項５に記載の光断層画像化装置における断層画像取得方法であって、
    測定部位情報が入力されることにより、前記制御部が、前記パラメータ記憶部から前記第２基準位置のパラメータを読み出して、読み出した前記パラメータに応じて前記光路長切替部を切り替える断層画像取得方法。
16. 請求項７に記載の光断層画像化装置における断層画像取得方法であって、
    測定関心領域に応じて前記第１基準位置および前記第２基準位置の一方が選択された場合に、前記光路長切替部が、選択された一方の基準位置に切り替えて、
    前記断層画像取得処理部が、切り替えられた前記一方の基準位置に基づく断層画像を取得するに際し、
    前記断層画像取得処理部が、前記光プローブの先端と測定対象との距離を検出し、
    検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときは、前記制御部が、前記光路長切替部に前記第１基準位置を自動で選択させる断層画像取得方法。
17. 検出した前記光プローブの先端と測定対象との距離が所定距離以上あるときは、前記測定範囲の内縁部に最も近い測定対象の表面に前記第１基準位置を合わせるように、前記制御部が、前記光路長調整部を調整する請求項１６に記載の断層画像取得方法。
18. 前記断層画像取得処理部が、前記測定部の回転に対応する円形の二次元断層画像を得る場合において、前記第１基準位置の調整量、および、調整後の前記第１基準位置と調整前の前記第１基準位置について得られる断層画像の中心との距離から、前記調整後の前記第１基準位置に基づいて得られた断層画像を補正して、調整前の前記第１基準位置について得られる断層画像と同様の画像を生成する請求項１７に記載の断層画像取得方法。

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