JP6875827B2

JP6875827B2 - 酸素飽和度測定装置

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Publication number: JP6875827B2
Application number: JP2016209718A
Authority: JP
Inventors: 正博河野
Original assignee: MTEX Matsumura Corp
Current assignee: MTEX Matsumura Corp
Priority date: 2016-10-26
Filing date: 2016-10-26
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2036-10-26
Also published as: JP2018068484A

Description

本発明は、眼底用の酸素飽和度測定装置に関する。

眼底疾患を簡易かつ高精度に検査することができる測定装置が求められている。当該測定装置の例として、光干渉断層計（ＯＣＴ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の測定装置では、眼底の同じ位置に光を異なるタイミングで複数回照射したときの、眼底からの反射光に由来する干渉光を検出することで、複数の断層画像を取得する。取得された複数の断層画像を互いに比較して、信号強度が変化する部分と、信号強度が変化しない部分とを判別する。当該信号強度が変化する部分は、血液が流れる血管の存在を示している。特許文献１に記載の測定装置は、当該信号強度が変化する部分を抽出することで、眼底における血管の位置に関する３次元情報を生成することができる。また、特許文献１に記載の測定装置では、分割スペクトル振幅相関除去血管造影法（ＳＳＡＤＡ）というアルゴリズムに基づいて、上記断層画像を処理する。これにより、特許文献１に記載の測定装置は、ノイズを低減して血管の位置に関する３次元情報を高精度に取得することができる。

特表２０１５−５２７１７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の測定装置は、血管の位置に関する３次元情報を取得できるものの、当該血管を流れる血液の酸素飽和度を測定することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、血管の位置に関する３次元情報とともに、眼底の血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を取得することができる眼底用の酸素飽和度測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る酸素飽和度測定装置は、眼底の血管を流れる血液の酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定装置であって、所定の中心波長を有する第１光を出射するための第１光出射部と、前記第１光と異なる中心波長を有する第２光を出射するための第２光出射部と、前記第１光および前記第２光の光路上に配置され、前記第１光を第１測定光と第１参照光とに分波するとともに、第２光を第２測定光と第２参照光とに分波するための光分波部と、前記第１測定光および前記第２測定光が前記眼底の同じ位置に同時に照射され、かつ前記眼底の同じ位置に前記第１測定光および前記第２測定光が複数回照射されるように、前記第１測定光および前記第２測定光の照射位置を前記眼底の表面の面内方向に沿って走査するための光走査部と、前記第１測定光の前記眼底からの反射光と、前記第１参照光とを合波して、前記眼底の３次元情報を含む第１干渉光を生成するとともに、前記第２測定光の前記眼底からの反射光と、前記第２参照光とを合波して、前記眼底の３次元情報を含む第２干渉光を生成するための干渉光生成部と、前記第１干渉光を異なるタイミングで複数回検出して複数の第１検出像を取得するとともに、前記第２干渉光を異なるタイミングで複数回検出して複数の第２検出像を取得するための光検出部と、前記複数の第１検出像と、前記複数の第２検出像とを処理するための処理部と、を有し、前記処理部は、前記第１測定光が互いに異なるタイミングで前記眼底に複数回照射されたときに得られる前記複数の第１検出像、または前記第２測定光が互いに異なるタイミングで前記眼底に複数回照射されたときに得られる前記複数の第２検出像に基づいて、前記眼底における血管の位置に関する３次元情報を生成し、前記第１測定光および前記第２測定光が互いに同時に前記眼底に照射されたときに得られる、前記第１検出像および前記第２検出像に基づいて、前記眼底の酸素飽和度に関する３次元情報を生成し、かつ前記血管の位置に関する３次元情報と、前記眼底の酸素飽和度に関する３次元情報とを関連づけて、前記血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する。

本発明の酸素飽和度測定装置によれば、血管の位置に関する３次元情報とともに、眼底の血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を取得することができる。

図１は、実施の形態に係る酸素飽和度測定装置の構成の一例を示す模式図である。図２は、酸素飽和度の測定原理について説明するためのグラフである。図３は、酸素飽和度に関する３次元情報を生成するための方法について説明するための図である。図４は、眼底における血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報の一例を示す模式図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。以下の説明では、本発明に係る酸素飽和度測定装置の代表例として、スペクトラルドメインＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）を利用した眼底用の酸素飽和度測定装置（以下、単に「測定装置」ともいう）について説明する。

［測定装置の構成］
図１は、本実施の形態に係る測定装置１００の構成を示す模式図である。測定装置１００は、第１光出射部１１０、第２光出射部１２０、第１ファイバーカプラ１３０、第２ファイバーカプラ（特許請求の範囲では、「光分波部」または「干渉光生成部」と称している）１４０、光走査部１５０、参照光発生部１６０、第３ファイバーカプラ１７０、第１光検出部１８０、第２光検出部１９０、制御処理部（処理部）２００および表示部２１０を有する。

なお、図１において、第１光出射部１１０と第１ファイバーカプラ１３０は、光ファイバー１０ａを介して互いに光学的に接続されている。第２光出射部１２０と第１ファイバーカプラ１３０は、光ファイバー１０ｂを介して互いに光学的に接続されている。第１ファイバーカプラ１３０と第２ファイバーカプラ１４０は、光ファイバー１０ｃを介して互いに光学的に接続されている。第２ファイバーカプラ１４０と光走査部１５０は、光ファイバー１０ｄを介して互いに光学的に接続されている。第２ファイバーカプラ１４０と参照光発生部１６０は、光ファイバー１０ｅを介して互いに光学的に接続されている。第２ファイバーカプラ１４０と第３ファイバーカプラ１７０は、光ファイバー１０ｆを介して互いに光学的に接続されている。第３ファイバーカプラ１７０と第１光検出部１８０は、光ファイバー１０ｇを介して互いに光学的に接続されている。第３ファイバーカプラ１７０と第２光検出部１９０は、光ファイバー１０ｈを介して互いに光学的に接続されている。

第１光出射部１１０は、第１光源１１１および第１光源制御部１１２を有する。第１光源１１１は、所定の中心波長を有する第１光を出射する。第１光出射部１１０からの出射光である第１光の波長およびスペクトル半値全幅は、必要に応じて適宜調整されうる。眼底１のより深い部位まで光を侵入させて、より深い部位の血管についても測定を行う観点からは、第１光の波長は長いことが好ましい。一方で、第１光の水による吸収を抑制し、より高精度に測定を行う観点からは、第１光の波長は短いことが好ましい。また、眼底１の観察時の患者の眩しさを低減する観点からは、第１光は赤外光であることが好ましい。また、空間分解能を高める観点からは、第１光のスペクトル半値全幅は、大きいことが好ましい。また、本実施の形態では、第１光の中心波長は、６８７ｎｍであり、第１光のスペクトル半値全幅は、２０ｎｍ程度である。第１光源１１１の例には、ハロゲンランプおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）が含まれる。

第１光源制御部１１２は、第１光出射部１１０に含まれる各種機器（例えば、第１光源１１１）を制御して、第１光出射部１１０からの第１光の出射を制御する。第１光源制御部１１２は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。

第２光出射部１２０は、第２光源１２１および第２光源制御部１２２を有する。第２光源１２１は、第１光と異なる中心波長を有する第２光を出射する。第２光出射部１２０からの出射光である第２光の波長およびスペクトル半値全幅も、第１光と同様の観点から、適宜調整されうる。本実施の形態では、第２光出射部１２０からの出射光の中心波長は、８３０ｎｍであり、第２光のスペクトル半値全幅は、４０ｎｍである。第２光源１２１の例は、第１光源１１１と同様である。

第２光源制御部１２２は、第２光出射部１２０に含まれる各種機器（例えば、第２光源１２１）を制御して、第２光出射部１２０からの第２光の出射を制御する。第２光源制御部１２２は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。

詳細については後述するが、第１光の中心波長と第２光の中心波長との差は、酸化ヘモグロビンのモル吸光係数と、還元ヘモグロビンのモル吸光係数とに応じて適宜調整されうる。酸素飽和度をより高精度で測定する観点からは、第１光の中心波長と第２光の中心波長との差は、第１光および第２光の半値幅以上であることが好ましい。第１光の中心波長と第２光の中心波長との差の上限は、特に限定されず、第１光源１１１、および第２光源１２１の出射可能な波長範囲に応じて決定されうる。

第１ファイバーカプラ１３０は、光ファイバー１０ａを介して導かれた第１光と、光ファイバー１０ｂを介して導かれた第２光とを合波させる。第１ファイバーカプラ１３０は、互いに異なる波長の光を合波させうるＷＤＭカプラである。

第２ファイバーカプラ１４０は、第１光および前記第２光の光路上に配置され、第１光を第１測定光と第１参照光とに分波するとともに、第２光を第２測定光と第２参照光とに分波する。本実施の形態では、第１測定光の光路および第２測定光の光路は、互いに合致している。第１測定光および第２測定光は、光ファイバー１０ｄに導かれ、第１参照光および第２参照光は、光ファイバー１０ｅに導かれる。このとき、第２ファイバーカプラ１４０により光ファイバー１０ｄに導かれる測定光と、光ファイバー１０ｅに導かれる参照光との光量比は、適宜に調整されうる。当該光量比は、例えば、１：１（光ファイバー１０ｄ：光ファイバー１０ｅ）である。

また、第２ファイバーカプラ１４０は、第１測定光の眼底１からの反射光と、参照光発生部１６０を介して戻ってきた第１参照光とを合波して、眼底１の３次元情報を含む第１干渉光を生成するとともに、第２測定光の眼底１からの反射光と、参照光発生部１６０を介して戻ってきた第２参照光とを合波して、眼底１の３次元情報を含む第２干渉光を生成する。第１干渉光および第２干渉光は、光ファイバー１０ｃおよび光ファイバー１０ｆに導かれる。このとき、第２光ファイバーカプラ１４０により、光ファイバー１０ｃに導かれる干渉光と、光ファイバー１０ｆに導かれる干渉光との光量比は、適宜に調整されうる。

光走査部１５０は、第１測定光および第２測定光が眼底１の同じ位置に同時に照射され、かつ眼底１の同じ位置に第１測定光および第２測定光が複数回照射されるように、第１測定光および第２測定光の照射位置を眼底１の表面の面内方向に沿って走査する。また、光走査部１５０は、眼底１からの反射光を光ファイバー１０ｄに導く。なお、「同時」とは、ほぼ同じタイミングという意味であり、実質的に同時であればよい。光走査部１５０は、第１コリメートレンズ１５１、ガルバノスキャナー１５２および対物レンズ１５３を有する。

第１コリメートレンズ１５１は、光ファイバー１０ｄからの測定光（第１測定光および第２測定光）を平行光にする。また、第１コリメートレンズ１５１は、眼底１からの反射光を光ファイバー１０ｄに向けて集光する。第１コリメートレンズ１５１は、公知のレンズから適宜選択されうる。第１コリメートレンズ１５１の例には、平凸レンズおよび平凹レンズが含まれる。また、第１コリメートレンズ１５１の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。

ガルバノスキャナー１５２は、ガルバノミラー１５４と、ガルバノミラー１５４の角度を調整するための角度調整部１５５とを含む。ガルバノスキャナー１５２は、ガルバノミラー１５４の角度を調整することで、第１コリメートレンズ１５１により平行光とされた測定光の進行方向を調整する。これにより、ガルバノスキャナー１５２は、第１測定光および第２測定光の照射位置を眼底１の表面の面内方向において走査する。ガルバノスキャナー１５２は、例えば、第１測定光および第２測定光の照射位置を、眼底１の表面の面内方向の一方向において調整するためのガルバノミラーと、眼底１の表面の面内方向の当該一方向に直交する方向において調整するためのガルバノミラーと、これらのガルバノミラー１５４の角度を調整するための角度調整部１５５とにより構成される。

対物レンズ１５３は、ガルバノスキャナー１５２により進行方向を調整された光を被検体の眼底１に集光する。また、対物レンズ１５３は、眼底からの反射光を平行光にする。対物レンズ１５３は、公知のレンズから適宜選択されうる。たとえば、対物レンズ１５３は、凸レンズおよび凹レンズを組み合わせて構成することができる。このとき、対物レンズ１５３は、当該凸レンズおよび当該凹レンズが互いに貼り合わされて構成されるアクロマートレンズであってもよい。

角度調整部１５５は、ガルバノミラー１５４の角度を調整する。これにより、眼底１の表面における、第１測定光および第２測定光の照射位置が調整される。角度調整部１５５は、例えば、ガルバノミラー１５４のガルバノモーターを動かすための制御装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。

参照光発生部１６０は、光ファイバー１０ｅからの、第１参照光および第２参照光を後述のミラー１６３で反射させ、反射した第１参照光および第２参照光を光ファイバー１０ｅに導く。参照光発生部１６０は、第２コリメートレンズ１６１、集光レンズ１６２およびミラー１６３を有する。

第２コリメートレンズ１６１は、光ファイバー１０ｅからの、第１参照光および第２参照光を平行光にする。また、第２コリメートレンズ１６１は、ミラー１６３で反射され、集光レンズ１６２により平行光とされた光を光ファイバー１０ｅに向けて集光する。第２コリメートレンズ１６１の例は、第１コリメートレンズ１５１と同じである。

集光レンズ１６２は、第２コリメートレンズ１６１により平行光とされた光をミラー１６３に向けて集光する。また、集光レンズ１６２は、ミラー１６３で反射した光を平行光にする。集光レンズ１６２は、公知のレンズから適宜選択されうる。集光レンズ１６２の例には、平凸レンズが含まれる。また、集光レンズ１６２の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。

ミラー１６３は、第１参照光および第２参照光を反射する。ミラー１６３は、眼底１の表面で反射する第１測定光および第２測定光の光路長と、第１参照光および第２参照光の光路長とが、同じとなるように配置される。ミラー１６３は、使用される波長帯域の光を反射できればよく、例えば、表面にアルミニウムコートや金コートなどが施された平面ミラーである。

第３ファイバーカプラ１７０は、光ファイバー１０ｆを介して導かれた第１干渉光および第２干渉光を分波させつつ、光ファイバー１０ｇおよび光ファイバー１０ｈに導く。本実施の形態では、第１干渉光は、光ファイバー１０ｇに導かれ、第２干渉光は、光ファイバー１０ｈに導かれる。第３ファイバーカプラ１７０は、互いに異なる波長の光を合波させうるＷＤＭカプラである。

第１光検出部１８０は、光ファイバー１０ｇからの第１干渉光を検出する。第１光検出部１８０は、第１干渉光を異なるタイミングで複数回検出して、複数の第１検出像を取得する。本明細書中、「干渉光を異なるタイミングで複数回検出」するとは、眼底１の同じ位置に測定光が異なるタイミングで複数回照射されたときに得られる上記干渉光を検出することをいう。第１光検出部１８０は、第３コリメートレンズ１８１、第１分光器１８２、第１結像レンズ１８３、第１受光センサー１８４および第１受光センサー制御部１８５を有する。

第３コリメートレンズ１８１は、光ファイバー１０ｇからの第１干渉光を平行光にする。第３コリメートレンズ１８１の例は、第１コリメートレンズ１５１と同じである。

第１分光器１８２は、第３コリメートレンズ１８１により平行光とされた第１干渉光を分光する。これにより、第１干渉光は、波長に応じて異なる方向に向かって進行する。第１分光器１８２は、公知の分光器から適宜選択されうる。第１分光器１８２の例には、回折格子およびプリズムが含まれる。

第１結像レンズ１８３は、第１分光器１８２により分光された光を第１受光センサー１８４上に結像させる。第１結像レンズ１８３は、公知のレンズから適宜選択されうる。たとえば、第１結像レンズ１８３の例には、平凸レンズが含まれる。また、第１結像レンズ１８３の材料の例には、樹脂およびガラスが含まれる。

第１受光センサー１８４は、第１分光器１８２で分光され、第１結像レンズ１８３によって結像された光を波長毎に検出する。第１受光センサー１８４は、検出結果を制御処理部２００に出力する。第１受光センサー１８４の種類は、１次元撮像素子（ラインセンサー）または２次元撮像素子（イメージセンサー）である。第１受光センサー１８４の例には、電荷結合素子（ＣＣＤ）および相補型金属酸化膜半導体素子（ＣＭＯＳ）が含まれる。

第１受光センサー制御部１８５は、第１受光センサー１８４の出力値の検出や、当該出力値による、第１受光センサー１８４の感度の管理、適切な出力値を得るための第１受光センサー１８４の感度の変更などを制御する。第１受光センサー制御部１８５は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。

第２光検出部１９０は、光ファイバー１０ｈからの第２干渉光を検出する。第２光検出部１９０は、第２干渉光を異なるタイミングで複数回検出して、複数の第２検出像を取得する。第２光検出部１９０は、第４コリメートレンズ１９１、第２分光器１９２、第２結像レンズ１９３、第２受光センサー１９４および第２受光センサー制御部１９５を有する。

第４コリメートレンズ１９１は、光ファイバー１０ｈからの第２干渉光を平行光にする。第４コリメートレンズ１９１の例は、第１コリメートレンズ１５１と同じである。

第２分光器１９２は、第４コリメートレンズ１９１により平行光とされた第２干渉光を分光する。これにより、第２干渉光は、波長に応じて異なる方向に向かって進行する。第２分光器１９２の例は、第１分光器１８２と同じである。

第２結像レンズ１９３は、第２分光器１９２により分光された光を第２受光センサー１９４上に結像させる。第２結像レンズ１９３の例は、第１結像レンズ１８３と同じである。

第２受光センサー１９４は、第２分光器１９２で分光され、第２結像レンズ１９３によって結像された光を波長毎に受光する。第２受光センサー１９４は、検出結果を制御処理部２００に出力する。第２受光センサー１９４の例は、第１受光センサー１８４と同じである。

第２受光センサー制御部１９５は、第２受光センサー１９４の出力値の検出や、当該出力値による、第２受光センサー１９４の感度の管理、適切な出力値を得るための第２受光センサー１９４の感度の変更などを制御する。第２受光センサー制御部１９５は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。

制御処理部２００は、第１光源制御部１１２、第２光源制御部１２２、角度調整部１５５、第１受光センサー制御部１８５および第２受光センサー制御部１９５を制御する。制御処理部２００は、第１光源制御部１１２を制御することで第１光出射部１１０を制御し、第２光源制御部１２２を制御することで第２光出射部１２０を制御する。制御処理部２００は、角度調整部１５５も制御することで、ガルバノミラー１５４の角度を調整する。制御処理部２００は、第１受光センサー制御部１８５を制御することで第１受光センサー１８４を制御し、第２受光センサー制御部１９５を制御することで第２受光センサー１９４を制御する。

制御処理部２００は、第１光検出部１８０（第１受光センサー１８４）での第１干渉光の検出結果である、複数の第１検出像と、第２光検出部１９０（第２受光センサー１９４）での第２干渉光の検出結果である、複数の第２検出像とを処理する処理部としても機能する。上記第１検出像は、第１干渉光の検出結果であり、眼底１内部の３次元像である。上記第２検出像は、第２干渉光の検出結果であり、眼底１内部の３次元像である。

詳細については後述するが、制御処理部２００は、第１測定光が互いに異なるタイミングで眼底１に複数回照射されたときに得られる複数の第１検出像、または第２測定光が互いに異なるタイミングで眼底１に複数回照射されたときに得られる複数の第２検出像に基づいて、眼底１における血管の位置に関する３次元情報を生成する。また、制御処理部２００は、第１測定光および第２測定光が互いに同時に眼底１に照射されたときに得られる、第１検出像および第２検出像に基づいて、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する。さらに、制御処理部２００は、眼底１における血管の位置に関する３次元情報と、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報とを関連づけて、眼底１の血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する。

制御処理部２００は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置および出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成されている。

表示部２１０は、測定結果を表示するための装置である。表示部２１０の例には、ＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイなどの表示装置、およびプリンタなどの印刷装置が含まれる。

（測定装置における光路）
次に、測定装置１００における光路について説明する（図１参照）。第１光出射部１１０から出射された第１光と、第２光出射部１２０から出射された第２光とは、第１ファイバーカプラ１３０により合波される。合波された第１光および第２光は、第２ファイバーカプラ１４０に到達し、第１光は、第１測定光および第１参照光に分波され、第２光は、第２測定光および第２参照光に分波される。第１測定光および第２測定光は、光走査部１５０により眼底１に導かれ、照射される。第１測定光および第２測定光の、眼底１からの反射光は、光走査部１５０により導かれ、再度、第２ファイバーカプラ１４０に到達する。一方、第１参照光および第２参照光は、参照光発生部１６０におけるミラー１６３で反射され、再度、第２ファイバーカプラ１４０に到達する。第１測定光の眼底１からの反射光と、第１参照光とは、第２ファイバーカプラ１４０により、合波され、第１干渉光が生成される。また、第２測定光の眼底１からの反射光と、第２参照光とは、第２ファイバーカプラ１４０により、合波され、第２干渉光が生成される。第１干渉光および第２干渉光は、第３ファイバーカプラ１７０により、互いに分波される。分波された第１干渉光は、第１光検出部１８０で検出され、分波された第２干渉光は、第２光検出部１９０で検出される。

（測定装置の動作）
次に、測定装置１００の動作、すなわち眼底１の血管を流れる血液の酸素飽和度の測定方法について説明する。

まず、測定の準備をする。具体的には、被検体の眼底１が所定の位置に配置されるように被検体を配置する。

次いで、眼底１の３次元情報を含む、複数の第１検出像および複数の第２検出像を取得する。具体的には、まず、制御処理部２００は、第１光出射部１１０を制御して第１光を出射させるとともに、第２光出射部１２０を制御して第２光を出射させる。また、制御処理部２００は、角度調整部１５５を制御して、第１測定光および第２測定光の照射位置を、眼底１の表面の面内方向に沿って走査させる。これにより、第１測定光および第２測定光は、眼底１の異なる位置に照射される。また、このとき、制御処理部２００は、第１測定光および第２測定光の照射位置を、眼底１の表面において往復走査させる。これにより、第１測定光および第２測定光は、眼底１の同じ位置に同時に照射されるとともに、眼底１の同じ位置に複数回照射される。眼底１の同じ位置に第１測定光および第２測定光を照射する回数は、例えば、２〜１００回である。そして、第１光検出部１８０は、眼底１からの第１測定光の反射光と、第１参照光との干渉により得られる第１干渉光を検出するとともに、第２光検出部１９０は、眼底１からの第２測定光の反射光と、第２参照光との干渉により得られる第２干渉光を検出する。これにより、眼底１の３次元情報を含む、複数の第１検出像および複数の第２検出像が取得される。取得された情報は、制御処理部２００に送信され、記憶される。

次いで、制御処理部２００は、眼底１における血管の位置に関する３次元情報を生成する。前工程において、第１測定光が互いに異なるタイミングで眼底１に複数回照射されたときに得られる複数の第１検出像と、第２測定光が互いに異なるタイミングで眼底１に複数回照射されたときに得られる複数の第２検出像とが取得された。制御処理部２００は、例えば、複数の第１検出像について、眼底１の同じ位置の信号強度を互いに比較し、信号強度が変化している部分と、信号強度がほとんど変化していない部分とを判別する。信号強度の変化は、形状または位置が経時的に変化する組織の存在を示している。互いに異なるタイミングで取得された第１検出像を比較することで、形状または位置が経時的に変化する組織の位置を抽出することができる。通常、眼底１において、形状または位置が経時的に変化する組織は、内部を赤血球が移動することにより形状が変化する血管（特に毛細血管）のみである。すなわち、信号強度が変化している部分を抽出することによって、眼底１の血管の位置を決定することができる。これにより、制御処理部２００は、眼底１における血管の位置に関する３次元情報を取得することができる。

なお、ここでは、第１検出像に基づいて、血管の位置に関する３次元情報を生成する例について説明したが、第２検出像に基づいて、血管の位置に関する３次元情報を生成してもよい。

次いで、制御処理部２００は、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する。まず、酸素飽和度の測定原理について説明する。図２は、酸素飽和度の測定原理について説明するためのグラフである。図２において、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸はモル吸光係数［ｍｏｌ^−１・ｃｍ^−１］を示している。また、実線は、酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ_２）の吸収スペクトルを示し、破線は、還元ヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収スペクトルを示す。

図２に示されるように、赤外光（中心波長８３０ｎｍの光）に対する還元ヘモグロビンのモル吸光係数と比較して、赤色光（中心波長６８７ｎｍの光）に対する還元ヘモグロビンのモル吸光係数は、より高い（図２中の破線参照）。一方、赤色光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸光係数と比較して、赤外光に対する酸化ヘモグロビンのモル吸光係数は、より高い（図２中の実線参照）。このように、ヘモグロビンの酸素との結合状態に応じて、赤色光に対するモル吸光係数と赤外光に対するモル吸光係数とは、互いに異なる。測定装置１００は、この特性を利用して眼底１の血管内を流れる血液中の、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの割合を決定することができる。

本実施の形態に係る測定装置１００では、中心波長が互いに異なる第１測定光および第２測定光が眼底１に照射されたときに得られる、第１干渉光および第２干渉光の光量を測定することで、第１光および第２光に対する眼底１の吸光度比を決定し、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビンの割合を決定することができる。これにより、測定装置１００は、眼底１の酸素飽和度を決定することができる。

次いで、酸素飽和度に関する３次元情報を生成するための方法について説明する。本実施の形態に係る測定装置１００では、第１測定光および第２測定光が互いに同時に眼底１に照射されたときに得られる、第１検出像および第２検出像に基づいて、酸素飽和度の３次元情報を生成する。図３は、酸素飽和度に関する３次元情報を生成するための方法について説明するための図である。図３において、横軸は、眼底１の深さ方向の位置を示し、縦軸は、光量を示している。

まず、図３に示されるように、ｍ次の干渉光となる光が反射される反射位置を第ｍ層とし、ｎ次の干渉光となる光が反射される反射位置を第ｎ層とする。眼底１に到達した測定光は、眼底１の表面で反射されるだけでなく、眼底１の内部に侵入し、眼底１の内部でも反射される。眼底１の内部での反射は、眼底１の深さ方向において、連続的に位置している反射層で反射される。しかし、眼底１からの反射光のうち、光検出部（第１光検出部１８０および第２光検出部１９０）で検出される光は、参照光との干渉により強められた干渉光である。そこで、ここでは、第ｍ層および第ｎ層について考慮する。なお、図３において、ｚ_ｍ（ｎ）は、眼底１の表面を基準としたときに、眼底１の深さ方向における第ｍ層（第ｎ層）の位置（眼底１の表面からの深さ）を示し、Ｉ_０ ^λは、第ｍ層に入射する波長λの光の光量を示し、Ｉ_{ｍ（ｎ）０}は、第ｍ層（第ｎ層）の層を透過した光の光量を示し、Ｉ_ｍ（ｎ） ^λは、第ｍ層（第ｎ層）で反射した波長λの光の光量を示している。

酸素飽和度の３次元情報を取得する際には、眼底１の内部での光の透過、反射および減衰について考慮する必要がある。眼底１内部における光の透過、反射および減衰は、ランバート・ベールの法則にしたがって考えられうる。第ｍ層（第ｎ層）における波長λの光の透過率をＴ_ｍ（ｎ） ^λ、第ｍ層（第ｎ層）における波長λの光の反射率をＲ_ｍ（ｎ） ^λ、第ｍ層および第ｎ層の間における吸光散乱係数の総和をα^λとしたときに、ｚ_ｍ（ｎ）、Ｉ_０ ^λ、Ｉ_{ｍ（ｎ）０}、Ｉ_ｍ（ｎ） ^λ、Ｒ_ｍ（ｎ） ^λ、Ｔ_ｍ（ｎ） ^λおよびα^λは、下記式（１）および（２）を満足する。

また、第ｍ層および第ｎ層の間における、波長λの光に対する層間吸光度ＯＤ_ｍ ^λは、下記式（３）で表される。

前述のとおり、酸素飽和度は、中心波長が互いに異なる第１光および第２光を眼底１に照射したときに得られる２つの吸光度の比に基づいて決定されうる。したがって、酸素飽和度をＳａＯ_２、第１光の波長をλ_１、第２光の波長をλ_２としたときに、酸素飽和度は、下記式（４）で表される。

すなわち、第ｍ層および第ｎ層の間の酸素飽和度は、下記式（５）で表される、第ｍ層および第ｎ層の間の、眼底１の深さ方向における層間微分画像を、第１光および第２光についてそれぞれ取得し、取得された２つの層間微分画像の比をとることにより決定されうる。

制御処理部２００は、眼底１の深さ方向と、眼底１の表面の面内方向に沿う方向とについて、同様の処理を行うことによって、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報を取得することができる。

最後に、制御処理部２００は、眼底１における血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する。図４は、眼底１における血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報の一例を示す模式図である。図４において、酸素飽和度が所定の閾値以上の血管２（動脈に対応する）を濃い梨地で示し、酸素飽和度が所定の閾値未満の血管３（静脈に対応する）を薄い梨地で示している。

制御処理部２００は、血管の位置に関する３次元情報と、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報とを関連づけることにより、眼底１に配置されている血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する。具体的には、血液の酸素飽和度に関する３次元情報には、血管（血液）が存在しない領域においても、血液以外の細胞組織に起因するノイズ成分が含まれる。制御処理部２００は、血管の位置に関する３次元情報と、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報とを関連づけることにより、血管が存在しない位置における酸素飽和度に関する情報（ノイズ）を除去し、血管が存在する位置における酸素飽和度に関する情報のみを抽出する。これにより、制御処理部２００は、血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を生成することができる。

本実施の形態では、血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報は、表示部２１０に表示される。表示部２１０としてカラーディスプレイを用いる場合には、酸素飽和度に応じて連続的に色彩（カラーパレット）を設定し、例えば、血管２（動脈）を赤色で示し、血管３（静脈）を青色で示し、動脈から分岐、結合し、静脈へ至る毛細血管をそれらの中間色または他の色で示すことによって、各血管の部位毎の酸素飽和度を一目でわかるように表示することが可能となる。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る測定装置１００は、中心波長が互いに異なる光を眼底１に照射して、眼底１の３次元情報を含む第１干渉光および第２干渉光を検出して、第１検出像および第２検出像を取得する。測定装置１００では、複数の第１検出像または複数の第２検出像に基づいて、眼底１における血管の位置に関する３次元情報を生成するとともに、第１検出像および第２検出像に基づいて、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する。そして、測定装置１００では、血管の位置に関する３次元情報と、眼底１の酸素飽和度に関する３次元情報とを関連づけることで、眼底１における血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を生成することができる。

なお、本発明に係る測定装置は上記実施の形態に限定されず、本発明の効果を得られる範囲内において、測定装置の構成を適宜変更してもよい。たとえば、上記実施の形態では、２つの光出射部（第１光出射部１１０および第２光出射部１２０）と、２つの光検出部（第１光検出部１８０および第２光検出部１９０）とを有する測定装置１００について説明したが、本発明に係る測定装置は、１つの光出射部および１つの光検出部を有していてもよい。この場合、光出射部は、第１光および第２光の両方を出射し、光検出部は、第１干渉光および第２干渉光の両方を検出する。よって、第１ファイバーカプラ１３０および第３ファイバーカプラ１７０が不要となるため、測定装置の構成を簡単にして測定装置の製造コストを低減することができる。

本発明の測定装置は、眼底の血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を取得することができるため、例えば臨床検査機器として有用である。

１眼底
２酸素飽和度が所定の閾値以上の血管（動脈）
３酸素飽和度が所定の閾値未満の血管（静脈）
１０ａ〜ｈ光ファイバー
１００測定装置（酸素飽和度測定装置）
１１０第１光出射部
１１１第１光源
１１２第１光源制御部
１２０第２光出射部
１２１第２光源
１２２第２光源制御部
１３０第１ファイバーカプラ
１４０第２ファイバーカプラ（光分波部、干渉光生成部）
１５０光走査部
１５１第１コリメートレンズ
１５２ガルバノスキャナー
１５３対物レンズ
１５４ガルバノミラー
１５５角度調整部
１６０参照光発生部
１６１第２コリメートレンズ
１６２集光レンズ
１６３ミラー
１７０第３ファイバーカプラ
１８０第１光検出部
１８１第３コリメートレンズ
１８２第１分光器
１８３第１結像レンズ
１８４第１受光センサー
１８５第１受光センサー制御部
１９０第２光検出部
１９１第４コリメートレンズ
１９２第２分光器
１９３第２結像レンズ
１９４第２受光センサー
１９５第２受光センサー制御部
２００制御処理部（処理部）
２１０表示部

Claims

眼底の血管を流れる血液の酸素飽和度を測定するための酸素飽和度測定装置であって、
所定の中心波長を有する第１光を出射するための第１光出射部と、前記第１光と異なる中心波長を有する第２光を出射するための第２光出射部と、
前記第１光および前記第２光の光路上に配置され、前記第１光を第１測定光と第１参照光とに分波するとともに、第２光を第２測定光と第２参照光とに分波するための光分波部と、
前記第１測定光および前記第２測定光が前記眼底の同じ位置に同時に照射され、かつ前記眼底の同じ位置に前記第１測定光および前記第２測定光が複数回照射されるように、前記第１測定光および前記第２測定光の照射位置を前記眼底の表面の面内方向に沿って走査するための光走査部と、
前記第１測定光の前記眼底からの反射光と、前記第１参照光とを合波して、前記眼底の３次元情報を含む第１干渉光を生成するとともに、前記第２測定光の前記眼底からの反射光と、前記第２参照光とを合波して、前記眼底の３次元情報を含む第２干渉光を生成するための干渉光生成部と、
前記第１干渉光を異なるタイミングで複数回検出して複数の第１検出像を取得するとともに、前記第２干渉光を異なるタイミングで複数回検出して複数の第２検出像を取得するための光検出部と、
前記複数の第１検出像と、前記複数の第２検出像とを処理するための処理部と、
を有し、
前記処理部は、
前記第１測定光が互いに異なるタイミングで前記眼底に複数回照射されたときに得られる前記複数の第１検出像、または前記第２測定光が互いに異なるタイミングで前記眼底に複数回照射されたときに得られる前記複数の第２検出像に基づいて、前記眼底における血管の位置に関する３次元情報を生成し、
前記第１測定光および前記第２測定光が互いに同時に前記眼底に照射されたときに得られる、前記第１検出像および前記第２検出像に基づいて、前記眼底の酸素飽和度に関する３次元情報を生成し、かつ
前記血管の位置に関する３次元情報と、前記眼底の酸素飽和度に関する３次元情報とを関連づけて、前記血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を生成する、
酸素飽和度測定装置。
前記第１光の中心波長と前記第２光の中心波長との差は、前記第１光および前記第２光の半値幅以上である、請求項１に記載の酸素飽和度測定装置。
前記血管を流れる血液の酸素飽和度に関する３次元情報を表示するための表示部をさらに有する、請求項１または請求項２に記載の酸素飽和度測定装置。