JP5429447B2 - 光断層画像測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測による光断層画像を取得する光断層画像測定装置に関するものである。

近年、生体の体腔内を観察する内視鏡装置として、照明光が照射された生体から反射した反射光を用いて生体の像を撮像し、モニタ等に表示する電子内視鏡装置が広く普及され様々な分野で利用されている。また多くの内視鏡は鉗子口を備え、この鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に導入されたプローブにより、体腔内の組織の生検や治療を行なうことができる。

上述した内視鏡装置として超音波を用いた超音波断層画像取得装置等が知られているが、その他に例えば低コヒーレンス光による光干渉を用いた光断層画像化装置が用いられることがある（特許文献１参照）。特許文献１の光断層画像化装置においては、光源から射出された低コヒーレンス光が測定光と参照光とに分割された後、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導波される。一方、参照光は、測定対象内の測定深さを変更するために、光路長の変更が施された後に合波手段に導波される。そして、合波手段により反射光と参照光とが合波され、合波されたことによる干渉光がヘテロダイン検波等により測定される。

更に、測定光を測定対象に照射する際に、内視鏡の鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるプローブが用いられている。プローブは、測定光を導光する光ファイバと、光ファイバの先端に配置された、測定光を直角に反射するミラーとを備えている。そして、このプローブから体腔内の測定対象に対し測定光を照射し、測定対象からの反射光を再びプローブの光ファイバを介して合波手段へ導波する。このとき、測定光および反射光と参照光との光路長が一致したときに干渉光が検出されることを利用して、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）が変更されるようになっている。これをＯＣＴ計測と呼ぶ。

ところで、体腔内にプローブを挿入してＯＣＴ計測を行う場合、プローブを使用後に消毒・洗浄等する必要があるため、プローブは光断層画像化装置の本体に対し着脱可能に設けることが望ましい。よって、光断層画像化装置に用いられるプローブを複数用意して、測定毎にプローブを付け替えることができるようになっている。

しかし、上述した複数のプローブの長さ、特に光ファイバの長さは製造誤差によるばらつきが生じているため、測定光および反射光の光路長が各プローブ毎に変わってしまうが、参照光の変更幅は一定の範囲に制限されている。結果として各プローブ毎に測定領域がずれてしまい、プローブを取り替える毎に測定領域がずれた状態で光断層画像が取得されてしまうという問題がある。そこで、特許文献１の技術では、プローブの個体ばらつきを補正するために、参照光路長変更手段を２つ設け、更にプローブファイバにID番号を振ってプローブ光路長管理を行っている。

一方、特許文献２の技術では、プローブ個体ばらつきによる測定範囲のズレを防止するために、プローブ内部（プローブ出射端など）にプローブ反射基準点を作り、そこからプローブ長を計測して、プローブ個体ばらつきを参照光路にて補正している。
特開２００６−２１５００５号公報 特開２００３−１７２６９０号公報

しかるに、プローブ長が大きく変わってしまっては、干渉信号さえ確認できないため測定初期設定さえ困難となるという実情がある。よって、特許文献１の技術では、大きなプローブ個体ばらつきに対応することができず、また参照光路長変更手段を２つ必要とするため構成の複雑化をまねき装置も大きくなる。一方、特許文献２の技術では、付替える側のプローブ側に基準反射点を置くため、付け替えプローブの性能ばらつきやコスト高を招き、またプローブを付け替えた際には、いちいちプローブ長を測定して参照光路長を合わせる作業が必要となり、測定に手間取るという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成であって、広範囲なプローブ個体ばらつきに対応でき、しかも測定のための調整が容易である光断層画像測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光断層画像測定装置は、
測定対象の光断層画像を取得する本体に、測定光を測定対象まで導波するプローブを着脱可能に取り付けて測定を行う光断層画像測定装置であって、
前記本体が、
低コヒーレンス光を射出する光源と、
該光源から射出された前記低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
複数の反射部を備え、前記光分割手段により分割された前記参照光をそれぞれの反射部で反射することにより、前記参照光に異なる光路長を与える光路体と、
前記プローブから前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と、前記光路体の反射部で反射された前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有するものであり、
前記光路体は、前記複数の反射部による参照光の反射位置を変更する変更手段を備え、
前記反射位置を変更する変更手段は、少なくとも1つの反射部を参照光進行方向に移動する手段であり、
前記複数の反射部は、前記干渉光検出手段による測定可能範囲内に少なくとも１つの断層信号を検出可能となる光路長差を与えるように各反射部間の間隔が設定されており、
前記干渉光検出手段により検出された干渉光に基づいて前記測定対象に関して複数の断層信号が得られたとき、最も強度の強い断層信号を選択抽出して画像化することを特徴とする。
請求項２に記載の光断層画像測定装置は、請求項１に記載の発明において、前記測定対象の測定対象範囲がｄｎであるときに、前記複数の反射部からの反射光の光路長の差Δは、ｄｎより大きいことを特徴とする。

本発明によれば、複数の反射部を備え、前記光分割手段により分割された前記参照光をそれぞれの反射部で反射することにより、前記参照光に異なる光路長を与える光路体を設けたので、付け替えたプローブの個体ばらつきが比較的大きくても、それに応じて最適な参照光の光路長を選択できるのでプローブを付け替えた際の調整を容易に行うことができる。

前記反射位置を変更する変更手段は、少なくとも1つの反射部を参照光進行方向に移動する手段であることを特徴とするので、光路長の変更を行う機構を簡単な構成で行うことができる。

前記複数の反射部は、前記干渉光検出手段による測定可能範囲内に少なくとも１つの断層信号を検出可能となる光路長差を与えるように各反射部間の間隔が設定されていることを特徴とするので、断層信号が測定範囲外に出てしまうことが抑制され、適切な測定を容易に行うことができる。

請求項３に記載の光断層画像測定装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記光分割手段と前記反射部との間に、光量可変手段を設けたことを特徴とするので、光路長が変化することに応じて参照光の光量が変化した場合にも、前記光量可変手段を用いて、出力される参照光の光量を略一定と出来、それにより適切な測定を行うことができる。光量可変手段としては、例えばＮＤフィルタなどがある。

請求項４に記載の光断層画像測定装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記光路体は、前記反射部としてハーフミラーと全反射ミラーとを有することを特徴とするので、ハーフミラーと全反射ミラーとを組み合わせることで、参照光の光路長を任意に変更できる。

請求項５に記載の光断層画像測定装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記光路体は、前記反射部としての反射面を複数個備えたプリズムを有することを特徴とするので、プリズムを用いることで、参照光の光路長を任意に変更できる。

請求項６に記載の光断層画像測定装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記光路体は、端面が垂直に裁断された複数の光ファイバを有することを特徴とするので、複数の光ファイバをつなぎ合わせた際に、その突き合わせ端面にハーフミラーの機能を持たせることで、参照光の光路長を任意に変更できる。また、ファイバ端面を薄膜コートすることで任意の光量を反射させるよう調整可能である。

請求項７に記載の光断層画像測定装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記光路体の内部で、前記参照光が伝播する光路が分岐していることを特徴とするので、参照光の光路長を任意に変更できる。

本発明によれば、簡素な構成であって、広範囲なプローブ個体ばらつきに対応でき、しかも測定のための調整が容易である光断層画像測定装置を提供することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる光断層画像測定装置の外観模式図である。光断層画像測定装置１は、光コヒーレンストモグラフィー計測により測定対象の断層画像を取得する本体１Ａと、該本体に着脱可能に取り付けられる、測定光を測定対象まで導波するプローブ１０とを備えている。この本体１Ａに用いられるプローブ１０は複数用意されており、プローブ１０を取り外して洗浄・消毒、または別プローブに付替えをおこなうことができるようになっている。

図２は、本実施の形態にかかる光断層画像測定装置の概略構成図である。ここではＳＳ（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ）−ＯＣＴの構成をとっている。光断層画像測定装置１の本体１Ａは、低コヒーレント光Ｌを射出する光源ＳＬＤと、光源ＳＬＤから射出された低コヒーレント光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段ＢＳと、光分割手段ＢＳにより分割された測定光Ｌ１をプローブ１０側に導くと共に、プローブ１０側からの測定光Ｌ１を干渉光検出手段７０に導く第１サーキュレータＣＬＴ１と、第１サーキュレータＣＬＴ１とプローブ１０との間に形成され、プローブ１０の着脱を可能とするコネクタＣＴと、測定対象Ｓまで測定光Ｌ１を導波するプローブ１０と、光分割手段ＢＳにより分割された参照光Ｌ２を光路体ＯＰＳに導くと共に、光路体ＯＰＳ側からの参照光Ｌ２を干渉光検出手段７０に導く第２サーキュレータＣＬＴ２と、第２サーキュレータＣＬＴ２と光路体ＯＰＳとの間に形成され、光路体ＯＰＳに向かって参照光Ｌ２を出射すると共に光路体ＯＰＳからの反射光Ｌ４を入射する出入射端ＯＩと、光路体ＯＰＳと、プローブ１０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と、光路体ＯＰＳからの反射光Ｌ４とを合波するカプラＣＰＬと、カプラＣＰＬにより合波された干渉光Ｌ３’と干渉光Ｌ４’とを検出する干渉光検出手段７０とを有している。光源ＳＬＤは波長走査することが可能であり、これにより測定対象Ｓの奥行き情報を取得できる。尚、光源ＳＬＤ、コネクタＣＴ、出入射端ＯＩ、干渉光検出手段７０の間は、光ファイバＦＢ１〜ＦＢ４で連結され、光はその内部を伝播するようになっている。

ここで、光源ＳＬＤは、たとえばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の低コヒーレント光を射出するレーザ光源からなっている。なお、光断層画像測定装置１は、体腔内の生体を測定対象Ｓとしたときの断層画像を取得するものであるため、測定対象Ｓ内を透過するときの散乱・吸収による光の減衰を最小限に抑えることができる、たとえば広スペクトル帯域の超短パルスレーザ光源等を用いるのが好ましい。

光分割手段ＢＳは、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光源ＳＬＤから光ファイバＦＢ１を介して導波された低コヒーレント光Ｌを、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割するようになっている。光分割手段ＢＳは、２つの光ファイバ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側により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に導波されるようになっている。

光ファイバＦＢ２は、プローブ１０に着脱可能に連結可能なコネクタＣＴに光学的に接続されており、測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２からコネクタＣＴを介してプローブ１０へ導波されるようになっている。ここで、図３はプローブの先端部分１０Ａを示す断面図であり、図１と図３を参照してプローブ１０について説明する。

プローブ１０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、コネクタＣＴ（図４）により回転駆動ユニット３０（図５）に対して着脱可能に取り付けられている。図３において、プローブ１０は、チューブ１１と、チューブ１１内に収容された光ファイバＦＢ１０と、光ファイバＦＢ１０を導波した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに向かって射出するためのプリズム１７と備えている。チューブ１１はたとえば樹脂等の可撓性を有し、かつ光透過性を有する物質からなっており、チューブ１１の先端部分にはチューブ１１内を封止するためのキャップ１２が固定されている。

チューブ１１内にはフレキシブルシャフト１３が収容されており、このフレキシブルシャフト１３内に光ファイバＦＢ１０が収容されている。フレキシブルシャフト１３は、たとえば金属線材を螺旋状に巻回した２重の密着コイルからなるものであって、各密着コイルはそれぞれ巻回方向が反対なるように巻回されている。

フレキシブルシャフト１３の先端および光ファイバＦＢ１０の先端は基台１４の一端側１４ａにそれぞれ固定されており、基台１４の他端側１４ｂにはプリズム１７が固定されている。また、基台１４内にはフェルール１５および屈折率分散レンズ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ Ｌｅｎｓ）１６が収容されている。よって、光ファイバＦＢ１０から射出した測定光Ｌ１はフェルール１５および屈折率分散レンズ１６に導波されてプリズム１７に入射されることになる。

プリズム１７は光ファイバＦＢ１０内において導波された測定光Ｌ１をチューブ１１の側壁面１１ａ側に射出し、よって測定光Ｌ１は、チューブ１１を透過して測定対象に照射されるようになっている。同時に、プリズム１７は測定光Ｌ１の照射による測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を受光し、光ファイバＦＢ１０側に射出するようになっている。

ここで、フレキシブルシャフト１３および光ファイバＦＢ１０はチューブ１１に対し矢印Ｒ方向に回転可能に設けられており、フレキシブルシャフト１３および光ファイバＦＢ１０の回転に伴い基台１４およびプリズム１７も矢印Ｒ方向に回転するようになっている。したがって、プリズム１７から射出される測定光Ｌ１は矢印Ｒ方向に回転しながら測定対象Ｓに対し照射されることになる。これにより、体腔内において回転方向（ラジアル方向）の光断層画像の取得が可能となる。

図４はプローブ１０のコネクタＣＴの一例を示す断面図である。コネクタＣＴは、プローブ１０を回転駆動ユニット３０に対し着脱可能に取り付ける機能を有し、回転駆動ユニット３０に固定されるカバー１９と、カバー１９内に収容された固定スリーブ２０と、固定スリーブ２０に対して回転可能に設けられた回転筒２２と、回転筒２２と回転駆動ユニット３０のロータリコネクタ３２とを固定するための接続リング２３とを備えている。カバー１９は、回転駆動ユニット３０の筐体３１に固定されるものであって、固定スリーブ２０に対してスライドするように設けられている。一方、固定スリーブ２０は、固定部材２１によりカバー１９に固定されるようになっている。

回転筒２２は固定スリーブ２０に対しベアリング２２ａを介して回転可能に保持されている。また回転筒２２はフレキシブルシャフト１３と固定されており、回転筒２２が回転することによりフレキシブルシャフト１３が回転するようになっている。また回転筒２２には接続リング２３が接続されており、接続リング２３の内側にはねじ山が形成されている。そして、接続リング２３がロータリコネクタ３２に固定されることにより、回転筒２２がロータリコネクタ３２に同期して回転するようになっている。回転筒２２内にはフェルール２４が収容されており、フェルール２４を介して光ファイバＦＢ１０と回転駆動ユニット３０側の光ファイバＦＢ２とが光学的に接続されるようになっている（図示せず）。

図５は回転駆動ユニット３０の一例を示す断面図である。図５の回転駆動ユニット３０は、チューブ１１内の光ファイバＦＢ１０およびプリズム１７を矢印Ｒ方向に回転させるものであって、コネクタＣＴが挿入されるコネクタ挿入口３１ａが形成された筐体３１と、コネクタ挿入口３１ａから突出した、コネクタＣＴに接続されるロータリコネクタ３２と、ロータリコネクタ３２を回転させるモータ３５とを有している。ロータリコネクタ３２はギア３３と同期して回転するものであって、ギア３３はモータ３５の回転軸に固定されたギア３４に接続されている。そしてモータ３５が駆動することによりギア３３、３４を介してロータリコネクタ３２が回転するようになっている。また、回転駆動ユニット３０にはストッパ３６が設けられており、ストッパ３６が押されてギア３３に接触することにより、ロータリコネクタ３２が回転するのを抑止できるようになっている。

ここで、図２から図５を参照してプローブ１０および回転駆動ユニット３０の動作例について説明する。まず、回転駆動ユニット３０においてモータ３５が駆動するとロータリコネクタ３２が回転し、これに接続されているプローブ１０の回転筒２２が回転する。さらに、回転筒２２に固定されているフレキシブルシャフト１３が回転することにより、光ファイバＦＢ１０およびプリズム１７が矢印Ｒ方向に回転する。これにより、プリズム１７から射出される測定光Ｌ１が矢印Ｒ方向に回転しながら測定対象Ｓに照射されるようになる。ここで、上述したように、フレキシブルシャフト１３はそれぞれ巻回方向が逆の２つの密着コイルからなっているため、いずれの方向に回転させたときであっても、その回転力を先端の基台１４まで伝達することができる（図４参照）。

図２に示す光路体ＯＰＳは、出入射端ＯＩから出射される発散光状態の参照光Ｌ２を平行光束に変換するカップリングレンズＣＬと、光量可変手段であるＮＤフィルタＮＦと、参照光Ｌ２をミラー付きファイバＭＦＢの入射端部に集光する集光レンズＣＮＬと、ミラー付きファイバＭＦＢとを有している。ミラー付きファイバＭＦＢは、入射端部より等間隔で配置された複数のハーフミラー（ＨＭ１〜ＨＭ３）と、奥側の端部に配置された全反射ミラーＡＭとを有する。

カプラＣＰＬは、２×２の光ファイバカプラからなり、光路体ＯＰＳで反射された反射光Ｌ４と、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し、５０：５０の割合で分割し、干渉信号の信号強度をπだけ互いにシフトして２つの干渉光Ｌ３‘、Ｌ４’を干渉光検出手段７０側に射出するようになっている。

干渉光検出手段７０は、干渉信号の干渉成分のみを選択的に検出するように差分検出を行っている。具体的には、測定光Ｌ１の全光路長と、反射光Ｌ３の全光路長との合計（以下、測定光路長ということがある）が、参照光Ｌ２の全光路長と、反射光Ｌ４の全光路長との合計（以下、参照光路長ということがある）と、およそ等しいときもしくは２つの光路長差が可干渉距離にあるときに２つの光波は干渉を起こすが、光源ＳＬＤの波長を走査することで干渉信号に干渉成分に起因するビート信号が発生する。５０：５０のカプラを通過することで干渉信号のビート信号の位相がπずれるため、この２つの信号の差分を取ると干渉信号の干渉成分つまりビート信号のみを選択的に検出でききそれ以外の信号を差し引きする事ができるので精度良く測定対象の奥行き情報を得ることができる。信号処理手段１００により干渉信号を信号処理することで測定物の断層信号を得ている。なお、ここでは光干渉検出手段７０は差分検出を行っているが、干渉信号の干渉成分効率的に取得するための手法の１つであるので、差分検出せずに干渉信号そのものを検出して信号処理をする構成をとっても構わない。

光断層画像測定装置１の動作につて説明する。図２において、光源ＳＬＤから射出された低コヒーレント光Ｌは、光ファイバＦＢ１の内部を伝播し、光分割手段ＢＳで測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。光分割手段ＢＳにより分割された測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２の内部を伝播し、第１サーキュレータＣＬＴ１を通過し、コネクタＣＴを介してプローブ１０から測定対象Ｓに照射される。測定対象Ｓからの反射光Ｌ３は、再びプローブ１０，コネクタＣＴを介して戻り、第１サーキュレータＣＬＴ１で進行方向を変えられて、光ファイバＦＢ４に沿ってカプラＣＰＬに向かう。一方、光分割手段ＢＳにより分割された参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ３の内部を伝播し、第２サーキュレータＣＬＴ２を通過し、その出入射端ＯＩから光路体ＯＰＳに照射される。参照光Ｌ２は、光路体ＯＰＳ内で、カップリングレンズＣＬ、ＮＤフィルタＮＦを通過し、集光レンズＣＮＬで、ミラー付きファイバＭＦＢの入射端に集光された参照光Ｌ２は、ハーフミラーＨＭ１〜ＨＭ３と全反射ミラーＡＭとで反射され、光路長が異なる反射光Ｌ４となって、再びミラー付きファイバＭＦＢの入射端から出射し、集光レンズＣＮＬ、ＮＤフィルタＮＦ，カップリングレンズＣＬを通って、光路体ＯＰＳから出射する。光路体ＯＰＳから出射した反射光Ｌ４は、再び出入射端ＯＩから入射して戻り、第２サーキュレータＣＬＴ２で進行方向を変えられて、光ファイバＦＢ５に沿ってカプラＣＰＬに向かう。カプラＣＰＬにより合波された反射光Ｌ３’と反射光Ｌ４’とは、干渉光検出手段７０で差分をとられて処理され、それに応じた干渉信号を生じさせることとなる。

図６は、ＯＣＴ測定の原理について説明する為の概略図である。具体的に、図６を参照してＴＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ測定の原理について説明する。図６において、光源ＳＬＤから出射された低コヒーレンス光は、光分割手段ＢＳで分割されて、測定光Ｌ１は測定対象Ｓに向かい、その反射光Ｌ３は光分割手段ＢＳに再度戻る。一方、光分割手段ＢＳで分割された参照光Ｌ２はミラーＭＲＲに向かい、その反射光Ｌ４は光分割手段ＢＳに再度戻る。反射光Ｌ３とＬ４が光分割手段ＢＳで合波され、合波された光は検出器１７０へ向かい検出される。ここで、測定光Ｌ１は、測定対象Ｓの内部組織の屈折率差に従い、異なる奥行き方向の位置で反射光Ｌ３を生じる。即ち、反射光Ｌ３は、異なる光路長で伝播した複数の光を含んでいることとなる。参照光の反射ミラーＭＲＲを光軸方向に移動させて、参照光Ｌ２と反射光Ｌ４の全光路長がほぼ一致するところで測定対象物Ｓから反射してきた反射光Ｌ３とミラーから反射してきた光Ｌ４とで干渉が起こり、測定対象の奥行き情報を取得できる。干渉信号は光検出手段１７０で検出し、信号処理をすることで図７に示すように、内部組織の深さ方向の屈折率境界面に応じたピークの異なる断層信号ＷＳを得ることができる。かかる断層信号ＷＳに基づいて画像処理を行えば内部組織の断層画像などを形成することができる。

しかるに、図７にて点線で示す測定可能範囲ＭＲＧは、測定対象Ｓの奥行き方向の測定可能範囲に相当し、ミラーＭＲＲの位置や、測定対象内部における測定光の吸収率や測定光のコヒーレント長等によってその位置や範囲が決定されるものであり、検出されるべき断層信号ＷＳが測定可能範囲ＭＲＧからはずれていると、干渉信号を検出することができないという問題がある（図７（ａ）参照）。これに対し、反射部としてのミラーＭＲＲを参照光進行方向に移動する手段（例えば不図示のアクチュエータ等の変更手段）により、図６に示すミラーＭＲＲを移動させて、参照光Ｌ２と、その反射光Ｌ４の光路長の和を変更すれば、測定可能範囲ＭＲＧが移動するので、断層信号ＷＳを捉えることで、内部組織の適切な画像を形成できる。

ここで、上述したようにプローブ１０は光ファイバＦＢ１０を有しており、回転駆動ユニット３０に対して着脱可能な構成を有している。この光ファイバＦＢ１０の長さＦＢＬはどのプローブ１０であって規定の長さを有するように製造されているが、光ファイバＦＢ１０の長さにはたとえば数ｍｍ単位の製造誤差によるばらつきが生じている。もしくはコネクタＣＴの長さについても同様に数ｍｍ単位の製造誤差によるばらつきが生じている場合もある。

一方、ＯＣＴ計測においては、数μｍ単位での計測を行うものであり、光ファイバＦＢ１０の製造誤差はＯＣＴ測定装置にとっては大きいものになってしまう。１つのプローブ１０が１つの光断層画像測定装置１のみに使用されるものであれば、光断層画像測定装置１の組立時に光ファイバＦＢ１０の製造誤差を含めて光路長を管理することができる。しかし、実際には診察毎にプローブ１０を洗浄もしくは使い捨てである必要が生じるために、複数のプローブ１０を使用する必要があり、プローブ１０が取り換えられる度に測定光Ｌ１および反射光Ｌ３の光路長がずれてしまう。その結果、プローブ１０が取り替えられる毎に測定領域の異なる光断層画像が取得されてしまうことになる。

そこで、本実施の形態においては、光路体ＯＰＳに、複数のハーフミラーＨＭ１〜ＨＭ３と、全反射ミラーＡＭを設けることで、かかる問題を解消している。図８は、光路体ＯＰＳの一部を概略的に示しているが、光ファイバは省略している。ここで、ハーフミラーＨＭ１〜ＨＭ３と全反射ミラーＡＭとは、等間隔Δで配置されているものとする。参照光Ｌ２が光路体ＯＰＳに入射すると、ハーフミラーＨＭ１〜ＨＭ３と全反射ミラーＡＭのそれぞれで反射して反射光Ｌ４を生じる。しかしながら、ハーフミラーＨＭ１で反射した反射光Ｌ４は、ハーフミラーＨＭ２で反射した反射光Ｌ４に対して光路長がΔ（往復光路長で２・Δ）だけ短く、ハーフミラーＨＭ２で反射した反射光Ｌ４は、ハーフミラーＨＭ３で反射した反射光Ｌ４に対して光路長がΔ（往復光路長で２・Δ）だけ短く、ハーフミラーＨＭ３で反射した反射光Ｌ４は、全反射ミラーＡＭで反射した反射光Ｌ４に対して光路長がΔ（往復光路長で２・Δ）だけ短くなる。

このように、光路長が異なった測定光Ｌ２の反射光Ｌ４を、測定光Ｌ１の反射光Ｌ３と干渉させると、測定物の奥行き方向に複数の断層信号が生じることとなる。これを、図を参照して説明する。

図９（ａ）で、測定物の奥行き方向におけるZ=0に、ｎ番目のミラー位置基準があるとし、ｎ番目のハーフミラーと測定対象からの反射光による断層信号をＷＳn、ｎ+１番目のハーフミラーと測定対象からの反射光による断層信号をＷＳ（ｎ+1）とする。即ち複数の反射部としてのミラーは、測定可能範囲内に少なくとも１つの断層信号を検出可能となる光路長差を与えるように各ミラー間の間隔が設定されている。ここで、図９（ｂ）に示すように、n番目のミラー反射点とｎ+1番目のミラー反射点の光路長差をΔとおくと、断層信号ＷＳnと断層信号ＷＳ（n+1）の奥行き方向の位置の差（最大ピーク位置の差とする）もΔとなる。ここで、測定可能範囲ＭＲＧが図のような範囲にあると、断層信号ＷＳｎと断層信号ＷＳ（ｎ＋１）が信号として検出され、測定対象位置から遠い断層信号ＷＳ（ｎ＋１）は信号強度が小さくなる。断層信号ＷＳｎと断層信号ＷＳ（ｎ＋１）がそれぞれ測定対象の断層信号であり、この場合強度の強い断層信号ＷＳｎを選択抽出し画像化すればよい。また、図２に示す光路体ＯＰＳ（ここでは集光レンズＣＮＬから全反射ミラーＡＭまで）を、光路方向に沿って一体的に移動させれば、断層信号ＷＳｎが左右に移動し、断層信号の強度や分解能が最適になるような位置まで移動することが出来る。更に、測定可能範囲ＭＲＧがΔより長いため、プローブ長の誤差があっても測定対象Ｓからの反射光は、参照ミラーからの反射光のうちのいずれかと干渉信号を生成するので信号を見失うことは無い。但し、測定対象の測定対象範囲がdnであるとすると、断層信号ＷＳnと断層信号ＷＳn＋1の信号が、区別可能な程度に分離されている必要があるので、Δがdnより大きいことが望ましい。さらに検出器で検出した干渉信号を信号処理する時にフーリエ変換を行う場合がある。この時断層画像は位相共役な２つの信号を生成することになる。その場合ｎ番目のハーフミラーの反射点からΔ後方に位置しさらに測定対象Ｓの後方に位置するｎ−１番目のハーフミラー（図示せず）からの断層信号を考えた場合、断層信号ＷＳｎ−1（図示せず）とそれと位相共役な断層信号ＷＳｎ−１’（図示せず）の２つとなり、位相共役な断層信号ＷＳｎ−１’とも断層信号Ｗｓｎと区別する必要がある。この場合はΔが２×ｄｎより大きいことが望ましい。

また、測定光路長が参照光路長と非常に離れているとき、具体的には可干渉距離より離れているもしくは検出サンプリング数からはずれているときなどは、断層信号が検出されない。断層信号が検出可能である測定光路長と参照光路長との最大光路長差が測定可能範囲ＭＲＧであるから、もしｎ番目とｎ+1番目のミラー面の光路長差が測定可能範囲ＭＲＧ以上のとき、ミラー位置によっては測定対象の断層信号が検出できない恐れがある。断層信号が検出されないと、測定光路長と参照光路長を信号が無い状態から再度信号を検出するためにミラー位置を無作為に調整する必要が出てくるので信号を検出するのに手間がかかってしまう。断層信号を常に検出するためには、異なる参照面同士の光路長差Δは測定可能範囲ＭＲＧ以下である必要があるので、この条件を満たすことが望ましい。

このように、複数のプローブ１０を取り替えて使用するとき、各プローブ１０毎の長さのばらつきによる測定光Ｌ１および反射光Ｌ３の光路長にばらつきが生じた場合であっても、本実施の形態によれば断層信号が複数生じることから、必ず断層信号を検出することができる。また、光路体ＯＰＳを一体で移動して微調整を行うことで、いずれかの断層信号を迅速に且つ容易に捉えることができる。尚、明らかであるが、参照光がハーフミラーを通過する毎に光量が低下するので、光路長の長い反射光の強度が低下することとなり、測定光との強度バランスが悪化して測定に影響を与える恐れがある。そこで、本実施の形態では、光量可変手段としてＮＤフィルタＮＦを設けており、測定時に光路長が短い参照光を用いる場合には光量を大きく低下させ、光路長が長い参照光を用いる場合には光量の低下を少なくするように調整することで、測定光との強度バランスを維持している。また、ハーフミラー同時の多重反射を利用して複数参照光路分離を行ってもよい。

図１０は、光路体ＯＰＳの変形例を示す図である。変形例にかかる光路体ＯＰＳは、内部等間隔（Δ）に配置された光路分岐用の複数のハーフミラー面ＨＭＰ１〜ＨＭＰ３と、全反射ミラー面ＡＭＰとを有するプリズムＰＲと、ミラーＭＲＲを有している。プリズムＰＲの内部反射面（ハーフミラー面ＨＭＰ１〜ＨＭＰ３及び全反射ミラー面ＡＭＰ）と、ミラーＭＲＲとの間隔をＬとする。本変形例でも同様に、参照光Ｌ２がプリズムＰＲに入射すると、ハーフミラー面ＨＭＰ１〜ＨＭＰ３と全反射ミラー面ＡＭＰのそれぞれで反射して反射光Ｌ４を生じる。ハーフミラー面ＨＭＰ１を通過しミラーＭＲＲで反射した反射光Ｌ４は、ハーフミラー面ＨＭＰ１で反射しハーフミラー面ＨＭＰ２で反射しミラーＭＲＲで反射した反射光Ｌ４に対して光路長がΔ（往復光路長で２・Δ）だけ短く、又ハーフミラー面ＨＭＰ１で反射しハーフミラー面ＨＭＰ２を通過しハーフミラー面ＨＭＰ３で反射しミラーＭＲＲで反射した反射光Ｌ４に対して光路長が２・Δ（往復光路長で４・Δ）だけ短く、又ハーフミラー面ＨＭＰ１で反射しハーフミラー面ＨＭＰ２を通過しハーフミラー面ＨＭＰ３を通過し全反射ミラー面ＡＭＰで反射しミラーＭＲＲで反射した反射光Ｌ４に対して光路長が３・Δ（往復光路長で６・Δ）だけ短くなる。更に、本変形例では、プリズムＰＲに対してミラーＭＲＲを移動させることで、参照光の光路長を任意の値に設定できる。この場合、プリズムＰＲは固定していても良い。

図１１は、光路体ＯＰＳの別な変形例を示す図である。変形例にかかる光路体ＯＰＳは、ハーフミラーを設ける代わりに、ＰＣコネクタＰＣＴで光ファイバＦＢの端部同士を直列に連結している。いずれの光ファイバＦＢの端面も軸線に直角に切断（裁断）されている。終端に全反射ミラーＡＭが配置されている点は同様である。本変形例では、ＰＣコネクタＰＣＴで連結された複数の光ファイバＦＢの端面がハーフミラーの機能を果たすので、上述した実施の形態と同様に、異なる参照光の光路長を与えることができる。尚、光ファイバＦＢの端面に半透明膜を成膜しても良い。

尚、本発明は、ＴＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ測定、ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ測定のいずれにも適用可能であり、光学系の構成はこれら干渉信号を検出できるものであれば実施例の構成でなくともよい。また、これらの複数の参照ミラーの最終ミラーは全反射ミラーでなくともよい。

光断層画像測定装置の好ましい実施の形態を示す外観模式図である。 本発明の光断層画像測定装置の好ましい実施の形態を示すブロック図である。 図１の光断層画像測定装置におけるプローブの先端部分の一例を示す断面図である。 図１の光断層画像測定装置におけるプローブのコネクタの一例を示す断面図である。 図１の光断層画像測定装置における回転駆動ユニットの一例を示す断面図である。 ＯＣＴ測定の原理について説明する為の概略図である。 縦軸に信号強度を取り、横軸に測定対象の奥行き長さをとって示す測定対象の奥行き断層信号の図である。 光路体ＯＰＳの一部を示す概略図である。 （ａ）は、縦軸に信号強度を取り、横軸に測定対象の奥行き長さをとって示す本実施の形態にかかる測定対象の奥行き断層信号の図である。（ｂ）は、ｎ＋１番目のミラーと、ｎ番目のミラーとで反射する参照光と、測定対象から反射する測定光との関係を示す図である。 変形例にかかる光路体ＯＰＳの一部を示す概略図である。 変形例にかかる光路体ＯＰＳの一部を示す概略図である。

符号の説明

１ 光断層画像測定装置
１Ａ 本体
１０ プローブ
７０ 干渉光検出手段
１００ 駆動制御手段
ＡＭ 全反射ミラー
ＡＭＰ 全反射ミラー面
ＢＳ 光分割手段
ＣＬＴ１ 第１サーキュレータ
ＣＬＴ２ 第２サーキュレータ
ＣＮＬ 集光レンズ
ＣＬ カップリングレンズ
ＣＰＬ カプラ
ＣＴ コネクタ
ＦＢ 光ファイバ
ＦＢ１０ 光ファイバ
ＦＢ１〜ＦＢ５ 光ファイバ
ＨＭ１〜ＨＭ３ ハーフミラー
ＨＭＰ１〜ＨＭＰ３ ハーフミラー面
Ｌ 低コヒーレント光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 測定光の反射光
Ｌ４ 参照光の反射光
ＭＦＢ ミラー付きファイバ
ＭＲＧ 測定可能範囲
ＭＲＲ ミラー
ＮＦ ＮＤフィルタ
ＯＩ 出入射端
ＯＰＳ 光路体
ＰＣＴ コネクタ
ＰＲ プリズム
Ｓ 測定対象
ＳＬＤ 光源

Claims (7)

1. 測定対象の光断層画像を取得する本体に、測定光を測定対象まで導波するプローブを着脱可能に取り付けて測定を行う光断層画像測定装置であって、
   前記本体が、
   低コヒーレンス光を射出する光源と、
   該光源から射出された前記低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   複数の反射部を備え、前記光分割手段により分割された前記参照光をそれぞれの反射部で反射することにより、前記参照光に異なる光路長を与える光路体と、
   前記プローブから前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と、前記光路体の反射部で反射された前記参照光とを合波する合波手段と、
   該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有するものであり、前記光路体は、前記複数の反射部による参照光の反射位置を変更する変更手段を備え、
   前記反射位置を変更する変更手段は、少なくとも1つの反射部を参照光進行方向に移動する手段であり、
   前記複数の反射部は、前記干渉光検出手段による測定可能範囲内に少なくとも１つの断層信号を検出可能となる光路長差を与えるように各反射部間の間隔が設定されており、
   前記干渉光検出手段により検出された干渉光に基づいて前記測定対象に関して複数の断層信号が得られたとき、最も強度の強い断層信号を選択抽出して画像化することを特徴とする光断層画像測定装置。
2. 前記測定対象の測定対象範囲がｄｎであるときに、ｎ番目と（ｎ＋１）番目の前記反射部からの反射光の光路長の差Δは、ｄｎより大きいことを特徴とする請求項１に記載の光断層画像測定装置。
3. 前記光分割手段と前記反射部との間に、光量可変手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光断層画像測定装置。
4. 前記光路体は、前記反射部としてハーフミラーと全反射ミラーとを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光断層画像測定装置。
5. 前記光路体は、前記反射部としての反射面を複数個備えたプリズムを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光断層画像測定装置。
6. 前記光路体は、端面が垂直に裁断された複数の光ファイバを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光断層画像測定装置。
7. 前記光路体の内部で、前記参照光が伝播する光路が分岐していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光断層画像測定装置。

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