KR20140123591A - 광 프로브 및 광학적 측정 방법 - Google Patents

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미츠하루 히라노
마사토 다나카
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

혈관내의 지질의 분포를 측정하는 데에 바람직한 광학 측정 방법, 및 그러한 방법으로 이용하는 데에 적합한 광 프로브를 제공한다. 광 프로브(10)는, 근위단(11a)과 원위단(11b)의 사이에 광을 전송하는 광 섬유(11)와, 근위단(11a)에서 광 섬유(11)와 접속되어 있는 광 커넥터(12)와, 원위단(11b)에서 광 섬유(11)와 접속되어 있는 집광 광학계(13) 및 편향 광학계(14)와, 광 섬유(11)를 포위하여 광 섬유를 따라 연장하는 서포트 튜브(15) 및 쟈켓 튜브(16)와, 쟈켓 튜브의 내강에 충진된 완충 유체(17)를 구비한다. 광 섬유(11)는 1.53μm보다 짧은 컷오프 파장을 가진다. 광 섬유(11), 집광 광학계(13), 편향 광학계(14), 및 광 섬유(11)의 기저 모드에 결합하는 광로상에 있는 완충 유체(17) 및 쟈켓 튜브(17)는, 파장 대역 1.6μm∼1.8μm에서 -2dB∼0dB의 광 투과율을 가진다.

Description

광 프로브 및 광학적 측정 방법{OPTICAL PROBE AND OPTICAL MEASUREMENT METHOD}
본 발명은, 광 간섭 단층 촬상(Optical Coherence Tomography : OCT)의 수법을 이용하여 측정하기 위해서 사용되는 광 프로브에 관한 것이다.
혈관 등의 관강 형상의 대상물의 내강의 단층 구조를 측정하는 수법으로서 광 간섭 단층 촬상(OCT)이 알려져 있고, 또한, 이 OCT 측정을 위해서 대상물의 내강에 삽입되어 사용되는 광 프로브도 알려져 있다(특허 문헌 1 참조). OCT 측정은, 싱글 모드 광 섬유의 선단(원위단)에 접속된 그레이디드 인덱스(graded index) 광 섬유를 렌즈로서 기능시켜, 워킹 디스턴스(working distance)가 1mm보다 길고, 스폿 사이즈가 100μm보다 작아지도록 구성함으로써, 1mm보다 큰 내반경을 갖는 대상물을 100μm보다 미세한 공간 분해능으로 광학적으로 측정할 수 있다.
OCT 측정은, 혈관내의 병변(lesion)을 진단하여 치료 방법을 선택할 때에 이용된다. 병변을 OCT 측정하면, 병변의 단층 화상이 얻어진다. 단층 화상에서는, 병변의 내부에 있어서 광을 강하게 산란하는 부위는 밝고, 광을 약하게 산란하는 부위는 어두운 계조로, 단색의 화상으로 표시된다. 이 화상의 명암의 분포의 패턴은 병변에 따라 상이하므로, 화상의 명암 패턴으로부터 병변의 종류를 어느 정도 추정할 수 있는 것이 알려져 있다(비특허 문헌 1 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 미국 특허 6,445,939호 명세서
특허 문헌 2 : 미국 특허 출원 공개 제2002/0151823호 명세서
(비특허 문헌)
비특허 문헌 1 : W.m. Suh, Circ CardiovascImaging. 2011;4:169-178
종래의 광 프로브를 이용한 OCT 장치에서는, 병변의 종류의 식별이 곤란한 경우가 있고, 예를 들면 지질 병변(lipid-rich plaque)과 석회화 병변(fibrocalcific plaque)의 식별이 곤란한 것을, 본 발명자는 발견하였다.
비특허 문헌 1에도 기재되어 있는 바와 같이, 지질 병변은 어두운 계조와 명료하지 않은 윤곽을 특징으로 하고, 석회화 병변은 어두운 계조와 명료한 윤곽을 특징으로 한다. 그러나, 계조의 명암은 상대적인 것이므로, 개체차이나 측정 조건 등에 의한 편차가 가해지면, 판단이 어렵다. 또한, 윤곽의 명료함에 대해서도, 실제의 병변은 각종의 형태의 패턴이 있으므로, 이것도 판단이 어려운 경우가 많다.
본 발명은, 상기 문제점을 해소할 수 있어, 혈관내의 지질의 분포를 측정하는 데에 바람직한 광학 측정 방법, 및 그러한 방법에 이용하는 데에 적합한 광 프로브가 제공 가능하다.
본 발명의 한 측면에 따른 광 프로브는, 근위단(近位端)(proximal end)과 원위단(遠位端)(distal end)의 사이에 광을 전송하는 광 섬유와, 근위단에서 광 섬유와 접속되어 있는 광 커넥터와 원위단에서 광 섬유와 접속되어, 광 섬유의 원위단으로부터 출사되는 광을 집광하는 집광 광학계와, 원위단에서 광 섬유와 접속되어, 광 섬유의 원위단으로부터 출사되는 광을 편향하는 편향 광학계와, 광 섬유를 포위하여 광 섬유를 따라 연장하며, 광 섬유, 광 커넥터, 집광 광학계 및 편향 광학계에 대해서 회전 자유로운 쟈켓 튜브와, 쟈켓 튜브의 내강(內腔)에 충진된 완충 유체를 구비할 수 있다. 또한, 광 섬유가 1.53μm보다 짧은 컷오프 파장을 갖고, 광 섬유, 집광 광학계, 편향 광학계, 및 광 섬유의 기저 모드에 결합하는 광로상에 있는 완충 유체 및 쟈켓 튜브가 파장 대역 1.6μm∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)에서 -2dB∼0dB(-2dB 이상 0dB 이하)의 광 투과율을 가질 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 광 프로브에서는, 광 섬유, 집광 광학계 및 편향 광학계의 각각이, 석영 유리 또는 붕규산염 유리로 구성되고, 완충 유체가, 생리 식염수, 덱스트란(dextran) 수용액 또는 실리콘 오일이며, 쟈켓 튜브가, FEP, PFA, PTFE, PET 또는 나일론으로 구성되고, 편향 광학계와 완충 유체의 계면 및 완충 유체와 쟈켓 튜브의 계면 중 한쪽의 계면에서의 비굴절률차가 다른쪽의 계면에서의 비굴절률차에 대해서 3.2배 이상 상이할 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 광학적 측정 방법은, 상기의 본 발명의 한 측면에 따른 광 프로브와, 파장 대역 1.6μm∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)에서 광을 발생시키는 광원과, 광원으로부터 방출된 광을 2 분기하여 조명광 및 참조광으로서 출력하는 광 분기부와, 파장 대역에서 광을 검출하는 광 검출기와, 파장 대역에서 광 감쇠 스펙트럼을 분석하고, 분석하여 얻어진 분석 결과를 화상 정보로서 취득하는 분석부를 이용하여, 광 분기부로부터 출력된 조명광을 광 섬유의 근위단에 입사시키고 원위단으로부터 출사시켜 대상물에 조사하고, 그 조사에 따라 대상물에서 생긴 후방 반사광을 광 섬유의 원위단에 입사시키고 근위단으로부터 출사시켜 광 검출기에 유도함과 아울러, 광 분기부로부터 출력된 참조광도 광 검출기에 유도하여, 후방 반사광과 참조광에 의한 간섭광을 광 검출기에 의해 검출하고, 분석부에 의해 후방 반사광의 스펙트럼을 분석하여 대상물의 내부에 있어서의 물질의 분포 정보를 화상 정보로서 취득할 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 광학적 측정 방법에서는, 광 섬유, 집광 광학계 및 편향 광학계의 각각이, 석영 유리 또는 붕규산염 유리로 구성되고, 완충 유체는, 생리 식염수, 덱스트란 수용액 또는 실리콘 오일이며, 쟈켓 튜브는, FEP, PFA, PTFE, PET 또는 나일론으로 구성되고, 편향 광학계와 완충 유체의 계면 및 완충 유체와 쟈켓 튜브의 계면 중 한쪽의 계면에서의 비굴절률차가 다른쪽의 계면에서의 비굴절률차에 대해서 3.2배 이상 상이할 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 광학적 측정 방법에서는, 분석부에 의해, 후방 반사광의 스펙트럼 중 파장 범위 1.70∼1.75μm(1.70μm 이상 1.75μm 이하)에 흡수 피크를 갖는 스펙트럼 성분을 추출하고, 스펙트럼 성분에 근거하여 지질의 분포 정보를 분석하여 상기 분석 결과를 화상 정보로서 취득할 수 있다.
또한, 본 발명의 한 측면에 따른 광학적 측정 방법에서는, 광 분기부로부터 출력된 조명광이 한쪽의 계면에서 반사되어 광 검출기에 도달한 반사광과 참조광에 의한 간섭광을 광 검출기에 의해 검출하고, 분석부에 의해, 반사광의 스펙트럼을 한정된 파장 대역에서 푸리에 해석하여 자기(自己) 상관 함수를 지연 시간의 함수로서 계산하고, 이 자기 상관 함수가 피크를 갖는 지연 시간의 파장 대역에서의 파장 의존성을 계산하여, 후방 반사광이 받는 파장 분산의 추정값을 산출할 수 있다.
본 발명의 한 측면에 의하면, 예를 들면, 종래 기술에서는 측정이 어려웠던 혈관내의 지질의 분포를 측정할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태의 광 프로브(10)를 구비하는 OCT 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 지질 병변, 정상 혈관 및 라드(lard) 각각의 투과율의 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 형태를 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
도 1은, 본 실시 형태의 광 프로브(10)를 구비하는 OCT 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. OCT 장치(1)는, 광 프로브(10) 및 측정부(30)를 구비하며, 광 프로브(10) 및 측정부(30)를 이용하여 이하에 설명하는 방법(광학적 측정 방법)에 따라, 대상물(3)의 광 간섭 단층 화상을 취득한다.
광 프로브(10)는, 근위단(11a)과 원위단(11b)의 사이에서 광을 전송하는 광 섬유(11)와, 근위단(11a)에서 광 섬유(11)와 접속되어 있는 광 커넥터(12)와, 원위단(11b)에서 광 섬유(11)와 광학적으로 접속되어 있는 집광 광학계(13) 및 편향 광학계(14)와, 광 섬유(11)를 포위하여 광 섬유(11)를 따라 연장하는 서포트 튜브(15) 및 쟈켓 튜브(16)와, 쟈켓 튜브(16)의 내강에 충진된 완충 유체(17)를 구비한다. 광 커넥터(12)는 측정부(30)에 광학적으로 접속된다. 광 섬유(11)는 1.53μm보다 짧은 컷오프 파장을 가진다. 광 섬유(11), 집광 광학계(13), 편향 광학계(14), 및 광 섬유(11)의 기저 모드에 결합하는 광로상에 있는 완충 유체(17) 및 쟈켓 튜브(16)는, 파장 대역 1.6μm∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)에서 -2dB∼0dB(-2dB 이상 0dB 이하)의 광 투과율을 가진다.
광 섬유(11)는, 1∼2m(1m 이상 2m 이하)의 길이를 갖고, 석영 유리로 구성된다. 광 섬유(11)는, 파장 범위 1.6μm∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)에서 전송 손실이 2dB 이하일 수 있고, 1dB 이하의 전송 손실일 수도 있다. 광 섬유(11)는, 1.53μm 이하의 컷오프 파장을 갖고, 상기 파장 범위에서 싱글 모드로 동작한다. 그러한 광 섬유로서는, ITU-TG.652, G.654, G.657에 준거한 광 섬유를 이용할 수 있다. ITU-TG.654A 또는 ITU-TG.654C에 준거한 광 섬유는, 파장 1.55μm에서 전송 손실이 0.22dB/km 이하로 낮고, 전형적으로는 순(純)실리카 유리의 코어를 갖고, 비선형 광학 계수가 낮고, 자기 위상 변조 등의 비선형 광학 효과에 의한 잡음을 저감할 수 있다.
광 섬유(11)의 원위단(11b)에는, 집광 광학계(13)로서의 그레이디드 인덱스(GRIN) 렌즈와 편향 광학계(14)로서의 미러가 직렬적으로 융착 접속되어 마련되어 있다. 집광 광학계(13)는, 광 섬유(11)의 원위단(11b)으로부터 출사되는 광을 집광한다. 편향 광학계(14)는, 광 섬유(11)의 원위단(11b)으로부터 출사되는 광을 직경 방향으로 편향한다.
렌즈(집광 광학계(13)) 및 미러(편향 광학계(14))는, 석영 유리 또는 붕규산염 유리로 구성되고, 파장 1.6μm∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)의 파장 범위에서 2dB 이하의 전송 손실을 가진다. 미러는, 원주형의 유리에, 축에 대해 35∼55도(35도 이상 55도 이하)의 각도를 이루는 평탄한 반사면을 형성한 구조를 취한다. 이 평탄한 반사면은 그대로도 광을 반사시킬 수 있지만, 또한 반사면에 알루미늄 또는 금을 증착함으로써, 파장 1.6∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)에서의 반사율을 높일 수 있다.
광 섬유(11)는 서포트 튜브(15)의 내강에 수납되어 있다. 서포트 튜브(15)는, 광 섬유(11)의 적어도 일부분 및 광 커넥터(12)에 고정되어 있다. 그 결과, 광 커넥터(12)를 회전시키면, 그것과 함께 서포트 튜브(15)도 회전하고, 또한 회전 토크가 광 섬유(11)에 전달되어, 광 섬유(11), 집광 광학계(13), 편향 광학계(14) 및 서포트 튜브(15)가 일체로 되어 회전한다. 그에 의해, 광 섬유(11)만을 회전시켰을 경우에 비해, 광 섬유(11)에 부하되는 토크가 저감되어, 토크에 의한 광 섬유(11)의 파단(破斷)을 방지할 수 있다.
서포트 튜브(15)는, 0.15mm 이상의 두께를 가짐과 아울러, 스테인레스와 동등 정도의 100∼300GPa(100GPa 이상 300GPa 이하)의 영률(Young's modulus)을 가질 수 있다. 서포트 튜브(15)는, 반드시 둘레방향으로 연결하고 있지 않아도 좋고, 5∼20개 정도의 선을 서로 꼬이게 한 구조로 하여, 그에 따라 유연성을 조정할 수도 있다. 그러한 서포트 튜브는 특허 문헌 2에 개시되어 있다.
광 섬유(11), 집광 광학계(13), 편향 광학계(14) 및 서포트 튜브(15)는, 쟈켓 튜브(16)의 내강에 수납되고, 그 중에서 회전할 수 있다. 그에 의해, 회전하는 부분이 대상물(3)에 접촉하여 대상물(3)이 파손되는 것이 방지된다. 조명광은 편향 광학계(14)로부터 출사되고, 쟈켓 튜브(16)를 투과하여, 대상물(3)에 조사된다. 쟈켓 튜브(16)는, FEP, PFA, PTFE, PET 또는 나일론으로 구성되고, 10∼50μm(10μm 이상 50μm 이하)의 두께를 갖고, 파장 1.6∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)에서의 투과 손실이 2dB 이하로 되는 투명도를 가진다.
쟈켓 튜브(16)의 내강은 완충 유체(17)가 충진된다. 완충 유체(17)는, 회전하는 서포트 튜브(15)의 외면과 쟈켓 튜브(16)의 내면 사이의 마찰을 저감함과 아울러, 편향 광학계(14)와 쟈켓 튜브(16) 사이의 광로에 있어서의 굴절률 변화량을 조정한다. 서포트 튜브(15)는, 집광 광학계(13) 및 편향 광학계(14)에 대해서 회전 자유롭다. 완충 유체(17)는, 생리 식염수, 덱스트란 수용액 또는 실리콘 오일이며, 파장 1.6∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)에서 2dB 이하의 투과 손실을 가진다.
측정부(30)는, 광을 발생시키는 광원(31)과, 광원(31)으로부터 방출된 광을 2 분기하여 조명광 및 참조광으로서 출력하는 광 분기부(32)와, 광 분기부(32)로부터 도달한 광을 검출하는 광 검출기(33)와, 광 분기부(32)로부터 도달한 참조광을 출력하는 광 단말(34)과, 광 단말(34)로부터 출력된 참조광을 광 단말(34)에 반사시키는 반사경(35)과, 광 검출기(33)에 의해 검출된 광의 스펙트럼(광 감쇠 스펙트럼)을 분석하는 분석부(36)와, 분석부(36)에 의한 분석의 결과(화상 정보)를 출력하는 출력 포트(37)를 구비한다. 분석부(36)는, 분석부(36)에 의해 얻어지는 분석 결과(대상물(3)의 내부에 있어서의 물질의 분포 정보)를 화상 정보로서 취득한다.
측정부(30)에 있어서 광원(31)으로부터 출력된 광은, 광 분기부(32)에 의해 2 분기되고 조명광 및 참조광으로서 출력된다. 광 분기부(32)로부터 출력된 조명광은, 광 커넥터(12)를 거쳐 광 섬유(11)의 근위단(11a)에 입사되고, 광 섬유(11)에 의해 도광되어 원위단(11b)으로부터 출사되고, 집광 광학계(13) 및 편향 광학계(14)를 거쳐 대상물(3)에 조사된다. 그 대상물(3)로의 조명광의 조사에 따라 생긴 후방 반사광은, 편향 광학계(14) 및 집광 광학계(13)를 거쳐 광 섬유(11)의 원위단(11b)에 입사되고, 광 섬유(11)에 의해 도광되어 근위단(11a)으로부터 출사되고, 광 커넥터(12) 및 광 분기부(32)를 거쳐 광 검출기(33)에 결합된다.
광 분기부(32)로부터 출력된 참조광은, 광 단말(34)로부터 출사되어 반사경(35)에서 반사되고, 광 단말(34) 및 광 분기부(32)를 거쳐 광 검출기(33)에 결합된다. 대상물(3)로부터의 후방 반사광과 참조광은 광 검출기(33)에서 간섭하여, 이 간섭광이 광 검출기(33)에 의해 검출된다. 간섭광의 스펙트럼은 분석부(36)에 입력된다. 분석부(36)에서, 간섭광의 스펙트럼의 해석이 행해지고, 대상물(3)의 내부의 각 점에 있어서의 후방 반사 효율의 분포가 계산된다. 그 계산 결과에 근거하여 대상물(3)의 단층 화상이 계산되어, 화상 신호로서 출력 포트(37)로부터 출력된다.
또한, 광 섬유(11)의 원위단(11b)으로부터 출사된 조명광이 대상물(3)을 경유하여 재차 광 섬유(11)의 원위단(11b)으로 돌아오는 메커니즘으로서는, 엄밀하게는 반사나 굴절이나 산란이 있다. 그러나, 그러한 차이는 본 실시 형태에 있어서는 본질적이 아니기 때문에, 간결화를 위해서 본 명세서에서는 이들을 총칭하여 후방 반사라고 부른다.
본 실시 형태에 있어서는, 측정부(30)에 있어서, 광원(31)은, 파장 1.6μm∼1.8μm(1.6μm 이상 1.8μm 이하)의 파장 범위에 걸쳐 스펙트럼이 연속적으로 확산된 광대역의 광을 발생시킨다. 이 파장 범위에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 지질 병변은, 파장 1.70∼1.75μm(1.70μm 이상 1.75μm 이하)에 흡수 피크를 갖고 있고, 이 점에서 정상 혈관과 상이하다. 순수한 지질인 라드도 마찬가지의 흡수 피크를 가지므로, 이 흡수 피크는 지질에 의한 기여라고 말할 수 있다. 따라서, 지질을 포함하는 대상물(3)을 측정하면, 간섭광의 스펙트럼은, 지질에 의한 흡수의 영향을 받아, 파장 1.70∼1.75μm(1.70μm 이상 1.75μm 이하)에서 인접 파장대에 비해 큰 감쇠를 나타낸다. 여기서, 분석부(36)는, 후방 반사광의 스펙트럼 중 파장 범위 1.70∼1.75μm(1.70μm 이상 1.75μm 이하의 범위)에 흡수 피크를 갖는 스펙트럼 성분을 추출하고, 이 스펙트럼 성분에 근거하여 지질의 분포 정보를 분석하고, 이 분석 결과를 화상 정보로서 취득한다.
또한, 간섭광의 스펙트럼은 대상물(3)의 단층 구조의 정보도 갖고 있으므로, 물질의 흡수의 영향이 적은 파장 대역을 선택하여 스펙트럼을 푸리에 해석함으로써, 대상물(3)의 단층 구조의 정보를 얻을 수 있다. 단층 구조 정보와 지질 흡수 정보를 함께 해석함으로써, 지질을 분포 표시한 단층 화상을 계산할 수 있다.
이 계산은, 지질 자체의 흡수 및 지질의 분포의 쌍방이 스펙트럼에 영향을 주므로, 1개의 스펙트럼에 대응하는 지질의 분포는 다수 있을 수 있다. 그러나, 비특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이 지질은 정상 혈관에 비해 산란 강도가 낮은 특징을 갖는 것 등이 알려져 있으므로, 이 기지의 정보에 가장 정합하는 해를 선택함으로써, 지질의 분포를 구할 수 있다.
광 섬유(11), 집광 광학계(13), 편향 광학계(14), 완충 유체(17) 및 쟈켓 튜브(16)는, 모두가 동일한 물질은 아니기 때문에, 굴절률이 반드시 동일하지 않고, 상호 간의 계면에서 광이 반사할 수 있다. 이러한 광 프로브(10)의 계면에서 생기는 반사광은, 대상물(3)로부터의 후방 반사광과 혼합되어 검출되므로, 잡음으로도 될 수 있다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 광 프로브(10)의 계면에서 생기는 반사광을 측정계의 교정에 이용한다.
OCT 측정에 있어서, 대상물(3)로부터의 후방 반사광과 참조광은, 서로 상이한 광로를 경유하므로, 광로상의 파장 분산도 서로 상이할 수 있다. 파장 분산이 상이하면, 광의 그룹 지연 시간이 파장에 따라서 상이하다. OCT 측정에서는, 파장의 함수인 스펙트럼을 푸리에 해석함으로써 자기 상관 함수를 그룹 지연 시간의 함수로서 계산하고, 그것에 기초하여 단층 화상을 생성하므로, 파장에 의해 그룹 지연 시간이 상이하면 단층 화상의 공간 분해능이 저하하는 것이 알려져 있다. 이 문제는, 대상물(3)을 측정하기 전에, 대상물(3) 대신에 거울 등의 기준 물체를 측정하여 파장 분산의 영향을 측정하여 두고, 그 결과에 근거하여 분산을 보상하는 데이터 처리를 행함으로써 해결할 수 있는 것이 알려져 있다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 단층 화상의 취득 뿐만이 아니라 물질 분포의 추정 시에도 스펙트럼 정보를 이용하므로, 종래의 OCT에 비해 파장 분산의 영향에 대해서 보다 민감하게 된다. 그러므로, 대상물(3)을 측정하기 전에 분산 보상 처리를 행하는 종래의 방법에서는, 측정 중에 생길 수 있는 측정계의 기계적 변동이나 온도 변동에 의한 파장 분산 변동에 의해, 물질 분포의 추정에 영향이 생길 수 있다. 그래서, 측정 중, 측정 직전 또는 측정 직후에 원위단(11b)에서의 광 프로브(10)의 계면에서의 반사를 측정하여 분산 보상 처리를 행할 수 있다.
구체적으로는, 원위단(11b)에서의 광 프로브(10)의 계면에서 생기는 반사광과 참조광을 간섭시켜 광 검출기(33)에 의해 검출하고, 분석부(36)에 의해, 한정된 복수의 파장 대역에서 파장 스펙트럼을 푸리에 해석하여 자기 상관 함수를 계산하고, 그 자기 상관 함수상의 반사 피크의 위치가, 해석에 이용하는 파장 대역에 의해 변화하지 않는 파장 분산의 값을 추정하고(환언하면, 분석부(36)는, 자기 상관 함수가 피크를 갖는 지연 시간의 파장 대역에서의 파장 의존성을 계산하고, 후방 반사광이 받는 파장 분산의 추정값을 산출하고), 그 추정된 파장 분산을 상쇄하도록 수치적으로 분산을 부가함으로써 분산 보상 처리를 행할 수 있다.
원위단(11b)에서 광 프로브(10)의 1개소의 계면에 있어서, 관측 가능하고 또한 광 검출기(33)를 포화시키지 않는 강도의 반사광이 생기는 경우에는, 이 목적의 달성이 가능하다. OCT 측정에서는 전형적으로 -100∼-50dB(-100dB 이상 -50dB 이하)의 범위의 반사율을 측정하는 것이 가능하다. 그래서, 광 섬유(11)와 집광 광학계(13)의 계면, 집광 광학계(13)와 편향 광학계(14)의 계면, 편향 광학계(14)와 완충 유체(17)의 계면, 완충 유체(17)와 쟈켓 튜브(16)의 계면, 및 쟈켓 튜브(16)와 외부 매질의 계면 중 어느 1개의 계면에 있어서, -100∼-50dB(-100dB 이상 -50dB 이하)의 반사율이고 또한 다른 계면에 비해 10dB 이상 높은 반사율에서의 반사가 생길 수 있다.
여기서, 계면에서의 반사율은, 원위단(11b)에서의 광 섬유(11)의 코어로부터 출사하여 계면에 입사한 광 파워에 대한, 상기 계면에서 반사되어 광 섬유(11)의 코어에 재결합한 광 파워의 비율이다. 따라서, 계면에서의 반사율은, 계면에 있어서의 굴절률 변화 뿐만이 아니라 계면의 형상에도 의존한다. 편향 광학계(14)와 완충 유체(17)의 계면, 완충 유체(17)와 쟈켓 튜브(16)의 계면, 및 쟈켓 튜브(16)와 외부 매질의 계면은, 모두 원기둥 형상이므로, 그 형상의 효과로 반사율이 0∼30dB 정도 저하한다. 쟈켓 튜브(16)의 외측에 존재하는 외부 매질은, 대상물(3)이 혈관인 경우에는, 혈액 또는 생리 식염수인 것이 전형적이고, 굴절률(전형적인 굴절률 평가 파장인 파장 589nm에서의 값, 이하 동일함)은 1.33이다.
그래서, 하나의 가능한 조합은, 쟈켓 튜브(16)를 FEP 또는 PFA(굴절률 1.34)로 구성하고, 완충 유체(17)를 생리 식염수(굴절률 1.33)로 하고, 광 섬유(11), 집광 광학계(13) 및 편향 광학계(14)를 석영 유리로 구성하는 조합이다. 이 때, 광 섬유(11)와 집광 광학계(13)의 계면에서의 비굴절률차는 0%로 되고, 집광 광학계(13)와 편향 광학계(14)의 계면에서의 비굴절률차는 0%로 되고, 편향 광학계(14)와 완충 유체(17)의 계면에서의 비굴절률차는 8.99%로 되고, 완충 유체(17)와 쟈켓 튜브(16)의 계면에서의 비굴절률차는 0.82%로 되고, 쟈켓 튜브(16)와 외부 매질의 계면에서의 비굴절률차는 0.82%로 된다. 편향 광학계(14)와 완충 유체(17)의 계면 및 완충 유체(17)와 쟈켓 튜브(16)의 계면 중 한쪽의 계면에서의 비굴절률차가 다른쪽의 계면에서의 비굴절률차에 대해서 3.2배 이상 상이하다. 또한, 계면의 양측의 매질의 굴절률을 n1, n2으로 했을 때, 그 계면에서의 비굴절률차는 2(n1-n2)/(n1＋n2)로 되는 식으로 정의된다.
이 경우, 편향 광학계(14)와 완충 유체(17)의 계면에서의 비굴절률차 8.99%는, 다른 계면에 비해 11배로 된다. 계면에 있어서의 반사율은 비굴절률차의 2승에 비례하므로, 편향 광학계(14)와 완충 유체(17)의 계면에서의 반사율은, 다른 계면에서의 반사율에 비해 21dB 이상 높다. 또한, 광 섬유(11), 집광 광학계(13) 및 편향 광학계(14) 각각의 굴절률이 일치하고 있으므로, 이들의 사이의 계면에서의 반사율은 무시할 수 있다. 이 결과, 복수의 계면에서의 반사가 OCT 단층 화상상에서 겹치는 것이 없고, 편향 광학계(14)와 완충 유체(17)의 계면에서의 반사 피크를 명료하게 관측할 수 있어, 이 반사 피크를 이용하여 파장 분산의 교정을 행하는 것이 가능해진다.
(산업상의 이용 가능성)
혈관내의 지질의 분포를 측정하는 데에 바람직한 광학 측정 방법, 및 그러한 방법으로 이용하는 데에 적합한 광 프로브를 제공할 수 있다.
1 : OCT 장치 3 : 대상물
10 : 광 프로브 11 : 광 섬유
11a : 근위단 11b : 원위단
12 : 광 커넥터 13 : 집광 광학계
14 : 편향 광학계 15 : 서포트 튜브
16 : 쟈켓 튜브 17 : 완충 유체
30 : 측정부 31 : 광원
32 : 광 분기부 33 : 광 검출기
34 : 광 단말 35 : 반사경
36 : 분석부 37 : 출력 포트

Claims (6)

  1. 근위단(近位端)과 원위단(遠位端)의 사이에 광을 전송하는 광 섬유와,
    상기 근위단에서 상기 광 섬유와 접속되어 있는 광 커넥터와,
    상기 원위단에서 상기 광 섬유와 접속되고, 상기 광 섬유의 상기 원위단으로부터 출사되는 광을 집광하는 집광 광학계와,
    상기 원위단에서 상기 광 섬유와 접속되고, 상기 광 섬유의 상기 원위단으로부터 출사되는 광을 편향하는 편향 광학계와,
    상기 광 섬유를 포위하여 상기 광 섬유를 따라 연장하며, 상기 광 섬유, 상기 광 커넥터, 상기 집광 광학계 및 상기 편향 광학계에 대해서 회전 자유로운 쟈켓 튜브와,
    상기 쟈켓 튜브의 내강(內腔)에 충진된 완충 유체
    를 구비하며,
    상기 광 섬유가 1.53μm보다 짧은 컷오프 파장을 갖고,
    상기 광 섬유, 상기 집광 광학계, 상기 편향 광학계, 및 상기 광 섬유의 기저 모드에 결합하는 광로상에 있는 상기 완충 유체 및 상기 쟈켓 튜브가 파장 대역 1.6μm∼1.8μm에서 -2dB∼0dB의 광 투과율을 갖는
    것을 특징으로 하는 광 프로브.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 섬유, 상기 집광 광학계 및 상기 편향 광학계의 각각이, 석영 유리 또는 붕규산염 유리로 구성되고,
    상기 완충 유체는, 생리 식염수, 덱스트란(dextran) 수용액 또는 실리콘 오일이며,
    상기 쟈켓 튜브는, FEP, PFA, PTFE, PET 또는 나일론으로 구성되고,
    상기 편향 광학계와 상기 완충 유체의 계면 및 상기 완충 유체와 상기 쟈켓 튜브의 계면 중 한쪽의 계면에서의 비굴절률차가 다른쪽의 계면에서의 비굴절률차에 대해서 3.2배 이상 상이한 것을 특징으로 하는 광 프로브.
  3. 청구항 1에 기재된 광 프로브와, 파장 대역 1.6μm∼1.8μm에서 광을 발생시키는 광원과, 상기 광원으로부터 방출된 광을 2 분기하여 조명광 및 참조광으로서 출력하는 광 분기부와, 상기 파장 대역에서 광을 검출하는 광 검출기와, 상기 파장 대역에서 광 감쇠 스펙트럼을 분석하고, 분석하여 얻어진 분석 결과를 화상 정보로서 취득하는 분석부를 이용하여,
    상기 광 분기부로부터 출력된 조명광을 상기 광 섬유의 상기 근위단에 입사시키고 상기 원위단으로부터 출사시켜 대상물에 조사하고, 그 조사에 따라 상기 대상물에서 생긴 후방 반사광을 상기 광 섬유의 상기 원위단에 입사시키고 상기 근위단으로부터 출사시켜 상기 광 검출기에 유도함과 아울러, 상기 광 분기부로부터 출력된 참조광도 상기 광 검출기에 유도하여, 상기 후방 반사광과 상기 참조광에 의한 간섭광을 상기 광 검출기에 의해 검출하고, 상기 분석부에 의해 상기 후방 반사광의 스펙트럼을 분석하여 상기 대상물의 내부에 있어서의 물질의 분포 정보를 화상 정보로서 취득하는
    것을 특징으로 하는 광학적 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광 섬유, 상기 집광 광학계 및 상기 편향 광학계의 각각이, 석영 유리 또는 붕규산염 유리로 구성되고,
    상기 완충 유체는, 생리 식염수, 덱스트란 수용액 또는 실리콘 오일이며,
    상기 쟈켓 튜브는, FEP, PFA, PTFE, PET 또는 나일론으로 구성되고,
    상기 편향 광학계와 상기 완충 유체의 계면 및 상기 완충 유체와 상기 쟈켓 튜브의 계면 중 한쪽의 계면에서의 비굴절률차가 다른쪽의 계면에서의 비굴절률차에 대해서 3.2배 이상 상이한 것을 특징으로 하는 광학적 측정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 분석부에 의해, 상기 후방 반사광의 스펙트럼 중 파장 범위 1.70∼1.75μm에 흡수 피크를 갖는 스펙트럼 성분을 추출하고, 상기 스펙트럼 성분에 근거하여 지질의 분포 정보를 분석하여 상기 분석 결과를 화상 정보로서 취득하는 것을 특징으로 하는 광학적 측정 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 분기부로부터 출력된 조명광이 상기 한쪽의 계면에서 반사되어 상기 광 검출기에 도달한 반사광과 상기 참조광에 의한 간섭광을 상기 광 검출기에 의해 검출하고, 상기 분석부에 의해, 상기 반사광의 스펙트럼을 한정된 파장 대역에서 푸리에 해석하여 자기(自己) 상관 함수를 지연 시간의 함수로서 계산하고, 이 자기 상관 함수가 피크를 갖는 지연 시간의 상기 파장 대역에서의 파장 의존성을 계산하여, 상기 후방 반사광이 받는 파장 분산의 추정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 광학적 측정 방법.
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