JP5303804B2 - 光断層画像化装置の較正用の変換テーブルの作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、光断層画像化装置の較正用治具、および較正用変換テーブルの作成方法に関するものである。特に、光プローブが装着される、プローブ方式光断層画像化装置の装着部に装着して、この光断層画像化装置を較正する較正用治具、および較正用変換テーブルの作成方法に関するものである。

従来、体腔内で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化装置が用いられている。光断層画像化装置は、光源から射出された広帯域光を光干渉計にて測定光と参照光に分割した後、光軸走査手段を通して測定光を測定対象に照射するとともに、光軸走査手段にて光軸と垂直な１次元もしくは２次元方向に測定光の光軸を走査し、この測定対象からの反射光を干渉計に戻し、この反射光を参照光と合波し、反射光と参照光との干渉光強度に基づいて走査領域の光断層画像を取得するものである。光軸走査手段としては大きく２種類があり、光を空間伝搬させガルバノミラーやポリゴンミラーを用いて線形走査を行う空間走査方式と、光を光ファイバで伝搬させ、光ファイバの出射端を回転させてラジアル走査を行うプローブ方式とがある。空間走査方式には眼底を観察する眼底ＯＣＴ装置が代表であり、プローブ方式では血管カテーテルに光ファイバを通して血管壁を観察する血管ＯＣＴ装置や、内視鏡と組み合わせて消化管壁などを観察する内視鏡的ＯＣＴ装置などがある。プローブ方式の光走査方法には、ラジアル走査の他に、プローブ先端を線形に走査する方式や、プローブ内に微細な走査機構を設けて線形走査する方法もある。

ＯＣＴ計測には、ＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ計測とＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ計測の２種類が存在する。ＦＤ−ＯＣＴ計測は、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。ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う光断層画像化装置で代表的なものとしては、ＳＤ（Spectral Domain）−ＯＣＴ装置とＳＳ（Swept Source）−ＯＣＴ装置の２種類が挙げられる。

ＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型受光素子等にて各周波数成分に対応した干渉光強度を測定し、この干渉信号を計算機でフーリエ変換解析することにより、深さ方向における反射率、すなわち断層情報を取得するものである。

ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源に周波数を時間的に掃引させるレーザ等を用い、干渉光の周波数の時間的変化に対応した干渉光強度の時間波形を測定し、この干渉信号を計算機でフーリエ変換解析することにより、深さ方向における反射率、すなわち断層情報を取得するものである。

ここでＦＤ−ＯＣＴにおいては、断層画像、つまり深さ方向の位置情報を得るために、測定光の波数ｋに対して等間隔に取得した干渉信号にフーリエ変換を行う。しかし実際に装置で取得するデータは、ＳＤ−ＯＣＴでは分光された波長の空間変位に対し、ＳＳ−ＯＣＴでは時間に対し等間隔に取得される。これは、光源の特性、構成機器の影響等により、波数ｋと空間変位あるいは時間とが非線形な関係となって、フーリエ変換後の信号が歪んだ波形として得られるためである。したがって、空間変位軸または時間軸を波数軸へと変換する場合において、上記の歪を補正して正しく変換する変換テーブルを作成する必要がある。この変換テーブルの作成作業を較正と呼ぶ。

従来ＳＳ−ＯＣＴ方式における較正では、２通りの方法が提案されている。一つは、最も影響の大きい光源の周波数掃引特性のみを補正する較正方法である。測定光の一部を干渉フィルタやファイバブラッググレーティングを通して透過光や反射光を受光素子で測定し、その光信号から光源の時間ｔ−波数ｋ特性を算出し、較正用変換テーブルを作成する方法である。本手法では、評価に高価な機器が必要であること、光源の周波数掃引特性の歪のみが補正可能であり、干渉計やプローブなどで発生する分散などの影響は補正できないこと等の欠点がある。そしてもう１つは、特許文献１にあるように、このような特殊機材を使用することなしに、光断層画像化装置自体を使用する較正方法である。具体的には、光断層画像化装置により、周波数掃引型光源をモニタリングしてスペクトル干渉信号を時間信号として検出し、このスペクトル干渉信号から掃引周波数の時間依存性を求めて、この周波数掃引型光源の掃引周波数の時間依存特性を較正する較正方法が提案されている。

一方、ＳＤ−ＯＣＴ方式は、グレーティングにより光の周波数を空間的に分散し、ディテクタアレイにて測定を行う。グレーティングによる空間分散は、波長λに対して線形、すなわち波数ｋの逆数に対して線形である。従って、ＳＤ―ＯＣＴの場合は、このグレーティングの空間分散が波数ｋに対して非線形になる効果の影響が最も大きい。そこで、この効果のみを補正するために、グレーティングの波長分散を理論的に求めて、較正用変換テーブルを作成する方法が行われる。或いは、分光器を用いて空間変位に対する波長を測定して較正用変換テーブルを作成する方法も、容易に類推される。しかし、この方法では、干渉計や光プローブなどで発生する分散などの影響は補正できないという欠点がある。これに対し、特許文献１には、ＳＤ−ＯＣＴに対しても上記と同様な手法を適用できることが開示されている。
特開２００７−１０１３６５

しかしながら、特許文献１には、上述の較正方法を使用する場合の具体的な手段については、何等の記載もされていない。従来の基礎的なＯＣＴ実験装置では、実験テーブルの上に顕微鏡と光軸走査機構を組み合わせた測定装置を設置し、測定サンプルを実験テーブルに配置して測定することが行われていた。そこから、上述の較正方法を使用する場合の具体的な手段として、光プローブを使わずに、上記のように実験テーブルに設置した装置を使い、さらに測定サンプルの代わりに反射鏡を設置して上述の較正方法を使用する方法が、容易に類推される。しかし、この方法では、測定装置に用いられているレンズ等の光学部品の影響で、光プローブを用いた場合とは異なる波長歪み特性が含まれているために、較正は不完全なものとなる。また、装置の大きさの問題で簡便性が失われる。

これは以下の通りである。実際の測定に使用する光プローブは、その用途の性質上、実験テーブルの上に設置する顕微鏡と光軸走査機構を組み合わせた測定装置とは異なり、細径かつ長大である。さらに、生体から保護するための保護部材が光軸走査機構と作業者の間を完全に隔てているために、光軸の保持、固定、微調整が非常に困難である。そのため、実際の測定に使用する光プローブを、光プローブを着脱自在に光学的に接続させる光断層画像化装置の装着部に装着し、何らかの反射部材を光プローブの先端近傍に配置して、この反射部材に測定光を照射する場合において、反射部材から反射された反射光を光プローブへ正確に入射させることは、作業者にとって困難な作業となり、較正の再現性を得られない虞がある。また、実測定に使用する光プローブは、製造上のばらつきを有するため、較正毎に使用する光プローブが相違する場合には、較正の再現性を得ることは、さらに困難となる。

さらに、特許文献１には、較正用変換テーブルの作成方法において、干渉信号をフーリエ変換した後に、複数のスペクトルピークから対象とするピークを切り出す工程が含まれる（図９Ａ）。一般的にこのようなピークの切り出しは、切り出し領域Ａの選択基準がその手法や条件により大きく異なってくるため、一義的に行うことは困難である。したがって、この方法では時間がかかり精度も高くない。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、上記のような自由度の高いピークの切り出しを必要とせず、容易にかつ再現性よく光断層画像化装置の較正を実施することを可能にする光断層画像化装置の較正用治具、および較正用変換テーブルの作成方法の提供を目的とするものである。

本発明による光断層画像化装置の較正用治具は、
光プローブを備え、光プローブを着脱自在に光学的に接続させる装着部を有し、時間的に光周波数を掃引する周波数掃引型レーザ光源よりレーザ光を射出し、レーザ光を参照光と測定光に分割し、測定光を装着部の射出部から射出し、光プローブに導波させて測定対象に照射し、測定対象からの反射光を光プローブに導波させて参照光と合波し、反射光と参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出し、この干渉信号を用いて測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置の較正に使用される較正用治具であって、
装着部に着脱自在に装着可能な保持部材と、
保持部材に保持され、参照光と測定光とについてレーザ光が分割されてから合波されるまでの光路長が等しくなる測定光の反射面の位置を中心として、レーザ光のコヒーレント長分の領域内に配された単一反射面とを備えることを特徴とするもの、或いは
光プローブを備え、光プローブを着脱自在に光学的に接続させる装着部を有し、広い発光波長帯域を有する低コヒーレント光を参照光と測定光に分割し、測定光を装着部の射出部から射出し、光プローブに導波させて測定対象に照射し、測定対象からの反射光を光プローブに導波させて参照光と合波し、反射光と参照光とが合波したときの干渉光を、周波数毎に空間的に分散して空間的に配列した複数の受光素子にて干渉信号として検出し、この干渉信号を用いて測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置の較正に使用される較正用治具であって、
装着部に着脱自在に装着可能な保持部材と、
保持部材に保持され、複数の受光素子のうち１の受光素子に入射する前記低コヒーレント光の波長幅により決定される測定可能領域の領域内に配された単一反射面とを備えることを特徴とするものである。

ここで、「装着部に着脱自在に装着可能」とは、装着部へ固定するための部材や機構を用いることにより、装着部に着脱自在に装着することのみを意味するものではなく、単にこの装着部の近傍に配置することをも含むものである。

上記「保持部材に保持」とは、直接保持部材に保持されることのみを意味するものではなく、保持部材に保持されている他の部材に保持されている場合をも含むものである。

上記「単一反射面」とは、周波数掃引型レーザ光源を用いる場合では、保持部材内に存在して、測定光を反射させた反射光を射出部に入射させる反射面であって、参照光と測定光についてレーザ光が分割されてから合波されるまでの光路長が等しくなる測定光の反射面の位置を中心として、ある瞬間のレーザ光が有するコヒーレント長分の領域内に唯一存在するものを意味するものとする。一方、広い発光波長帯域を有する光源を用い、測定対象からの信号を分光しアレイ型光検出器で検出する場合では、「単一反射面」とは、保持部材内に存在して、測定光を反射させた反射光を射出部に入射させる反射面であって、検出器のピクセル数により決定される測定可能領域の範囲内に唯一存在するものを意味するものとする。なお、上記「測定光を反射させた反射光を射出部に入射させる」とは、測定光を反射させた反射光を射出部に直接入射させることのみを意味するものではなく、反射された光を射出部と反射面との間に、例えば、光ファイバや、コリメータレンズ等の光学系を介して射出部に入射させることをも含むものである。

上記「複数の受光素子のうち１の受光素子に入射する低コヒーレント光の波長幅」とは、干渉光を周波数に応じて空間的に分散し、空間的に配列した複数の受光素子にて干渉信号を受光する際に、１つの受光素子に空間的に割り当てられる波長幅を意味するものとする。

そして、本発明による較正用変換テーブルの作成方法は、
上記に記載の較正用治具とレーザ光とを用いて検出され、かつ時間の間隔が一定な時間軸で表された干渉信号を、波数の間隔が一定な波数軸へと変換する際に使用される、波数と時間との関係を表す較正用変換テーブルの作成方法であって、
時間軸で表された干渉信号の中から、波数軸で表された干渉信号において等間隔となる点群を抽出し、
点群の各点に対応する時間の値を求め、
較正用変換テーブルの波数軸上で点群が等間隔になると共に、上記時間の値に基づいて、点群を較正用変換テーブル上にプロットし、
プロットされた点群の間を補間することを特徴とするものである。

或いは、本発明による較正用変換テーブルの作成方法は、
上記に記載の較正用治具と低コヒーレント光とを用いて検出され、かつ変位の間隔が一定な変位軸で表された干渉信号を、波数の間隔が一定な波数軸へと変換する際に使用される、波数と変位との関係を表す較正用変換テーブルの作成方法であって、
変位軸で表された干渉信号の中から、波数軸で表された干渉信号において等間隔となる点群を抽出し、
点群の各点に対応する変位の値を求め、
較正用変換テーブルの波数軸上で点群が等間隔になると共に、上記変位の値に基づいて、点群を較正用変換テーブル上にプロットし、
プロットされた点群の間を補間することを特徴とするものである。

ここで、「時間の間隔が一定」或いは「変位の間隔が一定」である軸とは、単位時間または単位変位当たりの間隔が一定となるように表されている軸を意味するものとする。

本発明による較正用治具は、光プローブを光学的に接続させる、光断層画像化装置の装着部に着脱自在に装着可能な保持部材と、保持部材に保持され、装着部の射出部から射出された測定光を反射させて、反射された光を射出部に入射させる反射面とを備えている。これにより、作業者が光断層画像化装置を較正するときに、光プローブを光断層画像化装置の装着部から取り外し、この装着部に本発明による較正用治具の保持部材を装着するという簡便な作業のみで、この保持部材に保持されている反射面が、装着部の射出部から射出された測定光を反射させて、反射された光を射出部に入射させるため、作業者は測定光の反射光を正確に射出部に入射させることが可能となり、較正の再現性が向上する。

さらに、本発明による較正用治具では、周波数掃引型光源を用いる場合において上記反射面が、参照光と測定光についてレーザ光が分割されてから合波されるまでの光路長が等しくなる測定光の反射面の位置（ゼロパス）を中心として、ある瞬間のレーザ光が有するコヒーレント長分の領域内に配された、単一反射面を構成している。また広い発光波長帯域を有する光源及び測定対象からの信号を分光しアレイ型光検出器で検出する場合は検出器のピクセル数により決定される測定可能領域の範囲内に配された、単一反射面を構成している。これにより、保持部材内に他の部材が存在する場合であっても、フーリエ変換後の干渉信号に複数のスペクトルピークが表れることなく、単一のスペクトルピークが表れる。したがって、複数のスペクトルピークから対象とするピークを切り出す自由度の高い工程を行う必要がなく、容易にかつ再現性よく光断層画像化装置の較正を実施することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

「較正用治具」
＜第１の実施形態＞
まず、本発明による較正用治具を使用して較正される光断層画像化装置および光プローブについて説明する。図１は、光断層画像化装置と光プローブの概略構成図である。この光断層画像化装置１００は、一例として測定対象の断層画像をＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものとして説明する。

光断層画像化装置１００は、波長掃引レーザ光Ｌを射出する光源ユニット１１０と、この光源手段１１０から射出されたレーザ光Ｌを分割する光ファイバカプラ１０２と、この光ファイバカプラ１０２により分割された光から周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫを出力する周期クロック生成手段１２０と、この光ファイバカプラ１０２により分割された一方の光を測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する光分割手段１０３と、参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１３０と、測定光Ｌ１が、光断層画像化装置１００の装着部１０１に着脱自在に光学的に接続された光プローブ２００を導波し、光プローブ２００から測定対象Ｓｂに照射されたときの測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３が、再び光プローブ２００を導波し、参照光Ｌ２と合波する合波手段１０４と、この合波手段１０４により合波された、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段１４０と、この干渉光検出手段１４０により検出された干渉信号ＩＳを周波数解析することにより測定対象Ｓｂの断層画像を取得し、これを表示する断層画像取得手段１５０を有している。

光源ユニット１１０は、波長λを一定周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものである。光源ユニット１１０は、半導体光増幅器１１１と光ファイバＦＢ１０とを有し、光ファイバＦＢ１０が半導体光増幅器１１１の両端に接続された構造である。半導体光増幅器１１１は、駆動電流の供給により微弱なレーザ光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射されたレーザ光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器１１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりレーザ光Ｌが、光ファイバＦＢ０へ射出される。

光ファイバＦＢ１０には、サーキュレータ１１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内に導波する光がサーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１１へ射出される。光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１１３、回折光学素子１１４、光学系１１５を介して回転多面鏡１１６において反射される。反射された光は、光学系１１５、回折光学素子１１４、コリメータレンズ１１３を介して再び、光ファイバＦＢ１１に入射される。

回転多面鏡１１６は、矢印Ｒ１方向に例えば３万ｒｐｍ程度の高速で回転するものであって、各反射面の角度が光学系１１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１１４において分光された光のうち、光学系１１５の光軸と反射面とのある瞬間の角度によって決まる特定の中心波長λ、回折光学素子の周波数分解能によって決まる波長幅のレーザ光Ｌだけが、再び、光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。光ファイバＦＢ１１に戻った特定の波長λのレーザ光Ｌが、サーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１０に入射し、半導体光増幅器１１１で特定の波長λを中心に増幅される。半導体光増幅器による誘導増幅効果が働き、結果として特定の波長λ、波長幅δλ、コヒーレント長Ｗを持つレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ０に射出される。回転多面鏡１１６が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射する光の波長λは、時間の経過にともなって、一定周期で変化することになる。

光ファイバＦＢ０には、光ファイバカプラ１０２が接続され、光ファイバＦＢ１と光ファイバＦＢ５に分岐され、ＦＢ１に射出された光は、光分割手段１０３に導波され、ＦＢ５に射出された光は、掃引周期の周期クロックＴ_ＣＬＫを発生させる、周期クロック生成手段１２０に入射する。

周期クロック生成手段１２０は、光源ユニット１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長λが１周期掃引される毎に１つの周期クロック信号Ｔ_ＣＬＫを断層画像取得手段１５０に出力するものである。

光分割手段１０３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット１１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に９９：１の割合で分割する。具体的に、本実施形態においては、一例として測定光Ｌ１の光量は９．９ｍＷ、参照光Ｌ２の光量は、１００μＷに分割されるが、これに限定されるものではない。光分割手段１０３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２により導波し、光プローブ２００に射出され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３により導波し、光路長調整手段１３０に射出される。なお、本実施形態において、光分割手段１０３は、合波手段１０４としても機能するものである。

光路長調整手段１３０は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー１３２と、この反射ミラー１３２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ１３１ａおよび第２光学レンズ１３１ｂとを有している。

光路長調整手段１３０は、第２光学レンズ１３１ｂおよび反射ミラー１３２とを固定した基台１３３と、この基台１３３を第１光学レンズ１３１ａの光軸方向に移動させるミラー駆動手段１３４とを有している。そして基台１３３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられる。

合波手段１０４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段１３０により光路長の調整がされた参照光Ｌ２と、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３とを合波する。この合波による干渉光Ｌ４は、光ファイバＦＢ４により導波して干渉光検出手段１４０に入射する。

干渉光検出手段１４０は、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出し、この干渉光Ｌ４の光強度の経時変化を干渉信号ＩＳとして出力するものである。なお、本実施形態においては、一例として干渉光Ｌ４を合波手段１０４で５０：５０の割合で分割し、光検出器１４０ａ、１４０ｂに入射させ、バランス検波を行う機構を有している。この干渉信号ＩＳは、Ａ／Ｄ変換されて断層画像取得手段１５０に出力される。

断層画像取得手段１５０は、断層画像処理部１５１が断層画像作成プログラムを実行し、Ａ／Ｄ変換された干渉信号ＩＳを使用して、測定対象Ｓｂの断層情報を作成し、表示部１５２に断層画像を表示させるものである。本実施形態においては、断層画像取得手段１５０は、一例として外部に接続されたコンピュータで処理され、表示するものとして説明するが、光断層画像化装置１００の内部において処理され、これを表示するものであってもよい。また、断層画像処理部１５１のＡ／Ｄ変換された干渉信号ＩＳの処理については、後述する。

光断層画像化装置１００の筺体には、光プローブ２００を光ファイバＦＢ２と光学的に接続させる装着部１０１が設けられている。この装着部１０１は、光ファイバＦＢ２からの測定光Ｌ１を射出する射出部１０１ａを有している。本実施形態において、装着部は、一例として光断層画像化装置１００の筺体に設けられた光コネクタ１０１、射出部は、光コネクタ１０１の中心部１０１ａにより構成されるものとして説明するが、これに限定されるものではない。光プローブ２００は、光コネクタ１０１に装着されることにより、光ファイバＦＢ２と着脱自在に光学的に接続されることになる。これにより、光ファイバＦＢ２から射出された測定光Ｌ１は、光プローブ２００に射出される。

光プローブ２００は、内視鏡の鉗子チャンネル等から体腔内に挿入される先端部２１０と、駆動部２２０から構成されるものである。光プローブ２００は、略全長にわたり光ファイバ２０１を内蔵し、光コネクタ１０１に装着されることにより、この光ファイバ２０１が射出部１０１ａにおいて、光ファイバＦＢ２と光学的に接続されることになる。光ファイバ２０１は、先端部２１０と駆動部２２０との間で分割され、図示しない光学的ロータリージョイントにより、先端部２１０側の光ファイバ２０１が、駆動部２２０側の光ファイバ２０１に対して回転自在となるように接続されている。光ファイバ２０１の先端には、先端光学系２０２が配設され、測定光Ｌ１を測定対象Ｓｂに照射するとともに、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を光ファイバ２０１に入射させる。先端部２１０側の光ファイバ２０１は、駆動部２２０に内蔵された図示しない駆動モータにより、光ファイバ２０１の長手軸回り（図中Ｒ方向）に回転される。これにより、先端光学系２０２から出射する測定光Ｌ１は、光ファイバ２０１の長手軸回り（図中Ｒ方向）に走査される。

断層画像処理部１５１は、周期クロック生成手段１２０からの周期クロックＴ_ＣＬＫに基づいて、干渉光検出手段１４０により検出された、掃引周期の１周期分の干渉信号ＩＳを取得する。図２は、断層画像処理部１５１に入力される、Ｓｂが単一の反射面である場合の干渉信号ＩＳを示すものである。前述のとおり、干渉信号ＩＳは、干渉光Ｌ４の経時変化であり、図２において、横軸は時間ｔ、縦軸は干渉光Ｌ４の光強度Ｉを表すものである。

測定対象Ｓｂが単一反射面である場合、干渉信号ＩＳは波数ｋに対して単一周波数の正弦波となるはずである。しかし、光源ユニット１１０の特性、構成機器等の影響から波数ｋは時間軸に対して線形とならず、図２に示すように、干渉信号ＩＳは時間軸に対して単一周波数の正弦波とならない。しかしながら、前述のとおり、断層画像処理部１５１は、測定対象Ｓｂの正確な断層画像を得るために、この干渉信号ＩＳを、図３に示すような波数ｋ（＝２π／λ）に対して等間隔となるように再配列する必要がある。このため、断層画像処理部１５１は、光断層画像化装置１００を較正することにより得られる時間ｔ−波数ｋの較正用変換テーブルもしくは較正用変換関数を有し、これを用いて干渉信号ＩＳを波数軸ｋに対して等間隔、つまり単一周波数となるように再配列する。これにより、断層画像処理部１５１は、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間等において、干渉信号ＩＳが波数ｋに対して等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることが可能となる。なお、この変換手法の詳細は，ＵＳ５９５６３５５号に開示されている。

断層画像処理部１５１は、この変換された干渉信号ＩＳを、一例としてフーリエ変換、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等のスペクトル解析法により、測定対象Ｓｂの掃引周期の１周期分の断層情報を取得する。

断層画像処理部１５１は、光プローブ２００の先端から出射される測定光Ｌ１が光ファイバ２０１の軸回りに走査されることにより、測定対象Ｓｂの各照射位置での断層情報を取得し、光プローブ２００の駆動部２２０の有するエンコーダ等の信号に基づいて、測定対象Ｓｂの全周の断層情報を生成し、これを断層画像として表示部１５１に表示させる。

次に、本発明の較正用治具１の第１の実施形態について説明する。較正用治具１は、図１に示すように、光断層画像化装置１００の装着部の一例である光コネクタ１０１に、着脱自在に装着されるものである。図４Ａ〜４Ｄは、較正用治具１の第１の実施形態を示す図である。較正用治具１は、光コネクタ１０１に装着可能である保持部材２と、測定光Ｌ１を反射させる反射部材３とから主に構成されるものである（図４Ａ）。

保持部材２は、本実施形態において光コネクタ１０１と嵌合可能な光コネクタ２ａを有することにより、光コネクタ１０１と着脱自在に構成されるものとして説明する。なお、保持部材２を光コネクタ１０１と着脱自在とさせることは、保持部材２が光コネクタ２ａを有することに限定されるものではなく、保持部材２を光断層画像化装置１００の筺体にネジ等により固定すること、保持部材２を他の支持部材等により支持し、光コネクタ１０１の近傍に配置することをも含むものである。

また、保持部材２は、射出部の一例である光コネクタ１０１の中心部１０１ａから射出された測定光Ｌ１を反射させる反射部材３を保持するものである。反射部材３は、保持部材２により直接的に保持されるものであってもよいが、アダプタを介して間接的に保持部材２に保持されるものであってもよい。

また、保持部材２は、中心部１０１ａから射出された測定光Ｌ１を反射部材３に導波させるものである。本実施形態においては、測定光Ｌ１は、光コネクタ２ａに接続された光ファイバ２ｂを介して間接的に反射部材３に導波するものとして説明するが、これに限定されるものではなく、光ファイバ２ｂの代わりに他の光学系を介して導波するもの、図４Ｂに示すように、光ファイバ２ｂと光学系２ｃの両方を介して導波するものでもよい。さらに、測定光Ｌ１が、直接的に反射部材３に導波するものであってもよい。

反射部材３は、前述のとおり、保持部材２に直接的または間接的に保持されるものであり、中心部１０１ａから射出された測定光Ｌ１を反射させる反射面３ａを有するものである。なお反射部材３は特に限定されるものではなく、図４Ｃが示すように、較正用治具１内の光ファイバ２ｂが反射部材３を兼ねてもよい。すなわち光ファイバ２ｂが反射部材３を兼ねる場合には、この光ファイバ２ｂのファイバ端が反射面３ａとなる。また、本実施形態において、光ファイバ２ｂと反射部材３との間には空間を有するものとして説明しているが、反射部材３を光ファイバ２ｂの端面に固定するものであってもよい。例えば図４Ｄに示すように、異なる屈折率を有する反射部材３’および反射部材３’’の境界３ａ’を利用して単一反射面３ａ’を形成してもよい。

そして本発明において、上記で述べてきたすべての反射部材３は、図５に示すように参照光Ｌ２と測定光Ｌ１についてレーザ光Ｌが分割されてから合波されるまでの光路長が等しくなる測定光Ｌ１の反射面３ａの位置Ｚ（以下、ゼロパスという。）を中心として、レーザ光Ｌのコヒーレント長Ｗ分の領域Ｘ内に配された単一反射面を成している。すなわち、この領域Ｘ内には反射面３ａ以外の反射面が存在しないように構成している。なお、反射面３ａにおける反射率を低く設定する場合には、反射部材３の裏面３ｂからの反射の影響が発生することが考えられる。このような場合、反射部材３の厚さを調節し裏面３ｂを領域Ｘから外すことにより、裏面３ｂからの反射の影響を回避することができる。

以下、本実施形態における作用を説明する。
本実施形態による較正用治具１では、反射部材３が、保持部材２に直接的または間接的に保持され、中心部１０１ａから射出された測定光Ｌ１を反射させる反射面３ａを有するものであって、かつゼロパスを中心としてレーザ光Ｌのコヒーレント長Ｗ分の領域Ｘ内に配された単一反射面を成すものである。したがって、本実施形態による較正用治具１を用いて光断層画像化装置の較正を行うことにより、作業者が、光断層画像化装置１００の装着部１０１に較正用治具１を装着するだけで、射出部１０１から射出された測定光Ｌ１を反射面３ａが射出部１０１に反射することが可能となる。さらに、保持部材２内に他の部材（例えば後述する光減衰部材４）が存在する場合であっても、フーリエ変換後の干渉信号に複数のスペクトルピークが表れる（図９Ａ）ことなく、単一のスペクトルピークを得ることができる（図９Ｂ）。したがって、複数のスペクトルピークから対象とするピークを切り出す自由度の高い工程を行う必要がなく、容易にかつ再現性よく光断層画像化装置の較正を実施することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
較正用治具１の第２の実施形態について説明する。本実施形態における較正用治具１は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ゼロパスを中心としたコヒーレント長分の領域の外に光減衰部材４を備えるものである。前述のとおり、測定光Ｌ１の光量は、一例として９．９ｍＷであるが、実際の測定においては、反射光Ｌ３は、測定光Ｌ１に対して十分に減衰されたものである。具体的に、干渉光検出手段１４０は、前述の光量を有する測定光Ｌ１を測定対象Ｓｂに照射した場合の反射光Ｌ３の光量は、一例として１μＷ〜１００μＷの範囲であるとして、干渉光検出手段１４０の光量検出範囲が設定されている。したがって、反射面３ａの反射率が高い場合に、較正用治具１が光減衰部材４を備えることにより、反射面３ａからの反射光Ｌ３の光量を、干渉光検出手段１４０の光量検出範囲まで減衰させることが可能となる。本実施形態において、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、光減衰部材としてＮＤフィルタ４を中心部１０１ａと反射面３ａとの間に挿入するものとして説明するが、これに限定されるものではい。例えば、反射面３ａの表面に凹凸を形成し、反射面３ａの反射率を低下させることにより、反射光Ｌ３を減衰させることも可能である。すなわち、反射面３ａが光減衰部材４を兼ねることも可能である。なお、第２の実施形態の他の構成は、第１の実施形態と同じであり、その説明は省略する。

「較正用変換テーブルの作成方法」
次に、図４Ａに示される較正用治具１の第１の実施形態を使用した場合の較正について説明する。作業者は、図１に示す光断層画像化装置１００の光コネクタ１０１に装着された光プローブ２００を取り外し、較正用治具１の光コネクタ２ａを光コネクタ１０１に嵌合させることにより、光ファイバＦＢ２と光ファイバ２ｂとを光学的に接続させる（図４Ａ）。

中心部１０１ａから射出された測定光Ｌ１は、光ファイバ２ｂに入射し、光ファイバ２ｂに導波し、反射部材３に照射される。反射部材３の反射面３ａで反射された反射光Ｌ３は、光ファイバ２ｂに入射し、光ファイバ２ｂおよび光ファイバＦＢ２に導波し、合波手段１０４に入射する。合波手段１０４により参照光Ｌ２と反射光Ｌ３の干渉が生じ、干渉光Ｌ４が発生し、この干渉光Ｌ４は、合波手段１０４に分割されて干渉光検出手段１４０に入射し、干渉信号ＩＳが検出される。

したがって、本発明による較正用治具１を用いることにより、測定光Ｌ１は、反射部材３の有する単一反射面３ａでのみ反射するものである。仮に、測定光Ｌ１の波数ｋが時間に対して線形に変化するとき、前述のとおり、干渉信号ＩＳの位相φも線形に変化するため、干渉信号ＩＳは単一の干渉周波数の時間特性波形となるが、実際には、図７に示すように、光源ユニット１１０の特性等の影響により、単一の干渉周波数の時間特性波形よりも歪んだ時間特性波形となる。

ここで、単一反射面に入射する測定光Ｌ１の波数ｋが時間に対して線形に変化するとき、干渉信号ＩＳのゼロ点（干渉信号の最大強度Ｉ_ｍａｘと最小強度Ｉ_ｍｉｎの中間の強度の点）は、波数ｋに対して等間隔となるものである。この性質を利用して、干渉信号ＩＳの時間特性波形を波数ｋに対して等間隔とする較正用変換テーブルを作成する。なお、等間隔で並ぶ点であればゼロ点に限られるものではない。すなわち、２πずつ、πずつまたはπ／２ずつ等、干渉信号ＩＳの位相が等間隔に異なる点群を利用することができる。これらの点群としては例えば、位相が２πずつ異なる複数の極大値からなる点群、位相がπずつ異なる複数の極大値および極小値からなる点群または位相がπ／２ずつ異なる複数の極大値、極小値およびゼロ点からなる点群等が挙げられる。ただし、解析の容易さおよび再現性の観点から、最初に述べたゼロ点からなる点群を利用することが好ましい。そこで本実施形態における較正用変換テーブルの作成方法は、上記の時間軸で表された干渉信号ＩＳの中から、波数軸で表された干渉信号ＩＳにおいて等間隔となる点群を抽出し、点群の各点に対応する時間の値を求め、較正用変換テーブルの波数軸上で点群が等間隔になると共に、上記時間の値に基づいて、点群を較正用変換テーブル上にプロットし、プロットされた点群の間を補間することを特徴とするものである。

以下、具体的に、較正用治具１を装着して得られた干渉信号ＩＳから較正用変換テーブルを作成する方法について、図７を用いて説明する。まず、図７に示すように、干渉信号ＩＳの各ゼロ点での波数ｋをｋ₀、ｋ₁、・・・、ｋ_n-1（ｎは掃引周期内におけるゼロ点の数）と記号付けし、波数ｋ₀、ｋ₁、・・・、ｋ_n-1に対応する時間ｔ₀、ｔ₁、・・・、ｔ_n-1を求める。時間ｔ₀、ｔ₁、・・・、ｔ_n-1を求める方法としては、例えば、ゼロ点をまたぐ直近の２点間を線形近似することによりゼロ点を推定する方法がある。この場合に、干渉信号ＩＳに一度フーリエ変換処理をし、これにより得られたデータの高周波数側を０詰めし、その後逆フーリエ変換することにより、干渉信号ＩＳのデータ数を増やした後に、直近の２点間を線形近似することが好ましい。これにより、より精度よくゼロ点を推定することが可能である。また、時間ｔ₀、ｔ₁、・・・、ｔ_n-1を求める方法は、線形近似に限定されるものではなく、スプラインで近似することにより推定することも可能である。

このように、推定されたゼロ点に基づいて、各（ｔ_m、ｋ_m）（ｍ＝０、１、・・・、ｎ−１）を、横軸をｔ、縦軸をｋとして、図８Ａに示すようにｋ_mが等間隔に並ぶようにテーブル上にプロットする。すなわち、縦軸のｋ_n-1の位置を１として、０〜１の間をｎ等分するようにｋ₀〜ｋ_n-2の点をプロットする。そして、このように得られた各（ｔ_m、ｋ_m）（ｍ＝０、１、・・・、ｎ−１）間を、例えば、３次スプライン補間によって補間することにより較正用変換テーブルを得る（図８Ｂ）。なお、補間方法は特に限定されるものではない。

以上のように、本発明による較正用治具と較正用変換テーブルの作成方法とを使用して較正用変換テーブルを作成することにより、干渉信号から容易に較正用変換テーブルを作成することが可能となる。

＜設計変更＞
較正治具について以上述べてきた実施形態では、反射面を形成するために反射部材を用いてきたが、本発明において反射面の形成方法は、反射部材を用いた方法に限定されるものではない。例えば、較正治具内の光ファイバの端面をコーティング或いは研磨して反射光を調整することにより、反射面を形成することができる。

また、上記の実施形態においては、光断層画像化装置１００をＳＳ−ＯＣＴ装置として説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、本較正用治具１をＳＤ−ＯＣＴ装置に適用することによって、ＳＤ−ＯＣＴ計測により得られた干渉光Ｌ４の光強度の波長特性波形を波数に対して等間隔となるように補正する、較正用変換テーブルを作成することも可能である。ただし、ＳＳ−ＯＣＴの場合、測定可能範囲は光源のコヒーレント長で規定されたが、ＳＤ−ＯＣＴの場合は、アレイ型受光素子のうち１の受光素子に入射する低コヒーレント光の波長幅で決まる測定可能範囲Ｄで決まる。ここで、ＳＤ−ＯＣＴの測定可能範囲Ｄは、広帯域光源の中心波長をΛ０、１素子あたりに入射する波長幅をδλとすると、Ｄ＝Λ０＾２／δλで導出される。したがって、ＳＤ−ＯＣＴに関して本発明による較正用変換テーブルの作成方法を適用する場合においては、上記ＳＳ−ＯＣＴの実施形態におけるコヒーレント長を、上記測定可能範囲Ｄと置き換えて解釈するものとする。

また、ＳＤ−ＯＣＴの場合の較正用変換テーブルの作成方法においては、ＳＳ−ＯＣＴの場合における波数に対応する時間を、アレイ型受光素子上の空間変位と置き換えて解釈するものとする。これにより、上記空間変位と波数との関係を表した較正用変換テーブルが得られる。

光断層画像化装置と光プローブの概略構成図 断層画像処理部に入力される干渉信号ＩＳを示す図 再配列された干渉信号ＩＳを示す図 本発明による較正用治具の実施形態を示す図（その１） 本発明による較正用治具の実施形態を示す図（その２） 本発明による較正用治具の実施形態を示す図（その３） 本発明による較正用治具の実施形態を示す図（その４） 単一反射面とゼロパスとの関係を示す図 較正用治具の第３の実施形態を示す図（その１） 較正用治具の第３の実施形態を示す図（その２） 較正用治具１を装着した場合の干渉信号を示す図 較正用変換テーブルを示す図（その１） 較正用変換テーブルを示す図（その２） 保持部材内に存在する部材とスペクトルピークとの関係を示す概念図（その１） 保持部材内に存在する部材とスペクトルピークとの関係を示す概念図（その２）

符号の説明

１ 較正用治具
２ 保持部材
２ａ 光コネクタ
２ｂ 光ファイバ
２ｃ 光学系
３ 反射部材
３ａ 単一反射面
３ｂ 反射部材の裏面
４ 光減衰部材
１００ 光断層画像化装置
１０１ 装着部
１０１ａ 射出部
１０２ 光ファイバカプラ
１０３ 光分割手段
１０４ 合波手段
１１０ 光源ユニット
１２０ 周期クロック生成手段
１３０ 光路長調整手段
１４０ 干渉光検出手段
１５０ 断層画像取得手段
２００ 光プローブ
Ｌ レーザ光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｓｂ 測定対象
Ｗ コヒーレント長
Ｘ 単一反射面を配置する領域
Ｚ ゼロパス

Claims (2)

1. 時間の間隔が一定な時間軸で表された干渉信号を波数の間隔が一定な波数軸へと変換する際に使用される、波数と時間との関係を表す較正用変換テーブルの作成方法であって、
   光プローブを備え、該光プローブを着脱自在に光学的に接続させる装着部を有し、時間的に光周波数を掃引する周波数掃引型レーザ光源よりレーザ光を射出し、該レーザ光を参照光と測定光に分割し、該測定光を前記装着部の射出部から射出し、前記光プローブに導波させて測定対象に照射し、該測定対象からの反射光を前記光プローブに導波させて前記参照光と合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出し、該干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置の較正に使用される較正用治具であって、前記装着部に着脱自在に装着可能な保持部材と、該保持部材に保持され、前記参照光と前記測定光とについて前記レーザ光が分割されてから合波されるまでの光路長が等しくなる前記測定光の反射面の位置を中心として、前記レーザ光のコヒーレント長分の領域内に配された単一反射面とを備える較正用治具、および前記レーザ光を用いて検出された、時間軸で表された前記干渉信号の中から、波数軸で表された前記干渉信号において等間隔となる点群を抽出し、
   該点群の各点に対応する時間の値を求め、
   前記較正用変換テーブルの波数軸上で前記点群が等間隔になると共に、前記時間の値に基づいて、前記点群を前記較正用変換テーブル上にプロットし、
   該プロットされた前記点群の間を補間することを特徴とする較正用変換テーブルの作成方法。
2. 変位の間隔が一定な変位軸で表された干渉信号を波数の間隔が一定な波数軸へと変換する際に使用される、波数と変位との関係を表す較正用変換テーブルの作成方法であって、
   光プローブを備え、該光プローブを着脱自在に光学的に接続させる装着部を有し、広い発光波長帯域を有する低コヒーレント光を参照光と測定光に分割し、該測定光を前記装着部の射出部から射出し、前記光プローブに導波させて測定対象に照射し、該測定対象からの反射光を前記光プローブに導波させて前記参照光と合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの干渉光を、周波数毎に空間的に分散して空間的に配列した複数の受光素子にて干渉信号として検出し、該干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置の較正に使用される較正用治具であって、前記装着部に着脱自在に装着可能な保持部材と、該保持部材に保持され、前記複数の受光素子のうち１の受光素子に入射する前記低コヒーレント光の波長幅により決定される測定可能領域の領域内に配された単一反射面とを備える較正用治具、および前記低コヒーレント光を用いて検出された、変位軸で表された前記干渉信号の中から、波数軸で表された前記干渉信号において等間隔となる点群を抽出し、
   該点群の各点に対応する変位の値を求め、
   前記較正用変換テーブルの波数軸上で前記点群が等間隔になると共に、前記変位の値に基づいて、前記点群を前記較正用変換テーブル上にプロットし、
   該プロットされた前記点群の間を補間することを特徴とする較正用変換テーブルの作成方法。

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