WO2007083376A1

WO2007083376A1 - 光コヒーレンストモグラフィー装置および計測ヘッド

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Publication number: WO2007083376A1
Application number: PCT/JP2006/300719
Authority: WO
Inventors: Masami Tamura
Original assignee: Shofu Inc.
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-07-26
Also published as: US7965392B2; DE112006003666T5; US20090021745A1

Abstract

　光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源１６と、光源光を、参照光２９と被計測試料２２に照射する計測光２８とに分ける光分割部１９と、計測光２８と、参照光２９とを干渉させて干渉光とする干渉部１９と、干渉光を計測する光検出部２６と、運動可能な計測ヘッド２０１であって、その運動によって計測光２８が被計測試料２２に照射される位置が変化する計測ヘッド２０１と、計測ヘッド２０１の運動を測定する力学量センサ３８と、光検出部２６で計測された干渉光と、力学量センサ３８で測定された計測ヘッド２０１の運動に基づいて、被計測試料２２の情報を求める演算部２７とを備える。これにより、構造が簡単で、高速で撮像できる光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することができる。

Description

明細書

光コヒーレンストモグラフィー装置および計測ヘッド

技術分野

[0001] 本発明は、非破壊断層計測技術の 1つである光コヒーレンストモグラフィー (低コヒ一レンスな光をプローブとして用いる断層計測）装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、歯科の診断において、顎口腔領域を撮影するために、 X線撮影装置、口腔内力メラ、歯科用カメラ、 X線 CT、 MRI等が使用されてきた。

[0003] X線撮影装置で得られる像は、あくまで透過像であり、被写体の X線進行方向の情報は、重ねあわされて検出される。そのため、被写体の内部構造を 3次元的に知ることができない。また、 X線は人体に有害であるため、年間被爆線量が決められており、資格を持った術者しか装置を扱えない上に、鉛'鉛ガラスなどの遮蔽部材に囲まれた部屋でしか使用できない。

[0004] 口腔内力メラは、口腔内組織の表面のみを撮像するので、歯等の内部情報が得られない。 X線 CTは、 X線撮影装置と同様人体に有害である上に、分解能が悪ぐ装置も大型かつ高価である。 MRIは、分解能が悪ぐ装置が大型かつ高価である上に、水分のな、歯の内部構造は撮影できな、。

[0005] ところで、光コヒーレンストモグラフィー装置（以下、 OCT装置と称する）は、人体に無害で、被写体の 3次元情報が高分解能で得られるため、角膜や網膜の断層計測等の眼科の分野で応用されている（例えば、特許文献 1〜4参照)。

[0006] ここで、従来の OCT装置について説明する。図 13は、従来の OCT装置の構成を示す図である。図 13に示す OCT装置を構成する OCTユニット 1において、光源 2から射出された光はレンズ 3でコリメートされた後に、ビームスプリッタ 4により、参照光 6 と計測光 5に分けられる。計測光 5は、ガルバノミラー 8を経て対物レンズ 9によって被計測試料 10に集光され、そこで散乱、反射した後に再び対物レンズ 9、ガルバノミラ一 8、ピープスプリッタ 4を通って集光レンズ 7によって光検出器 14に集光される。一方、参照光 6は、対物レンズ 12を通って参照ミラー 13で反射し、再び、対物レンズ 12 、ビームスプリッタ 4を通過した後に、計測光 5と並行に集光レンズ 7に入射し光検出器 14に集光される。

[0007] 光源 2は、時間的に低コヒーレンスな光源である。時間的に低コヒーレンスな光源から、異なった時刻に出た光どうしは極めて干渉しにくい。そのため、計測光 5が通過する光路の距離と、参照光 6が通過する光路の距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号力 S現れることとなる。その結果、参照ミラー 13を参照光 6の光軸方向に動力して計測光 5と参照光 6の光路長差を変化させながら、光検出器 14で干渉信号の強度を計測すると、被計測試料 10の奥行き方向（z軸方向）の反射率分布を得ることができる。つまり、光路長差走査により、被計測試料 10の奥行き方向の構造が得られる。

[0008] 参照ミラー 13による被計測試料の奥行き方向（z軸方向）の走査に加えて、ガルバノミラー 8による横方向（X軸方向）の走査を行うことで、被計測試料 10の 2次元断面画像が得られる。このような OCT装置では、数； z mという高分解能な計測が可能である。したがって、 OCT装置によって、非破壊、非接触で生体内部の高分解能な画像を得ることができる。

[0009] OCT装置の歯科の分野への適用につ!/、ては、 OCT装置を用いて、歯の断層を撮影した例が開示されている (例えば、非特許文献 1〜5参照)。

特許文献 1：特開 2003 - 329577号

特許文献 2 :特開 2002— 310897号

特許文献 3：特開平 11― 325849号

特許文献 4 :特開 2001— 059714号

非特許文献 1：レーザー研究 2003年 10月号：医療を中心とする光コヒーレンストモグラフィ一の技術展開

非特許文献 2 : Journal of Biomedical Optics, October 2002, Vol.7 No.4 : Imaging cari eslesions and lesion progression with polarization sensitive optical coherencetomogr aphy

非特許文献 3 : APPLIED OPTICS, Vol.37, No.16, 1 June 1998: Imaging of hard- and soft— tissuestructure In the oral cavity by optical coherence tomography

非特許文献 4 : OPTICS EXPRESS, Vol.3,No.6,14 September 1998: Dental OCT 非特許文献 5 : OPTICS EXPRESS, Vol.3,No.6,14 September 1998: In vivo OCT Ima ging of hardand soft tissue of the oral cavity

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] し力しながら、 OCT装置は実際の歯科診療に使用されていない。 OCT装置を歯科診断に使用することは、少なくとも現時点では実用的ではなぐ歯科測定用の OCT 装置は製品として存在していない。なぜならば、 OCT装置では、 1枚の断層像を得るのに奥行き方向を含む 2次元の機械的走査が必要であるため、撮像に時間が力かる上に、装置が複雑で高価となり、耐久性も劣っているという課題があつたためである。

[0011] そこで、本発明は上記課題を鑑み、構造が簡単で、高速で撮像できる光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0012] 上記目的を達成するために、本発明に力かる光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を計測する光検出部と、外部力の操作によって、運動可能な計測ヘッドであって、該計測ヘッドが運動することにより、前記計測光が前記被計測試料に照射される位置または方向の少なくとも 1つが変化する計測ヘッドと、前記計測ヘッドの少なくとも一方向の運動を測定する力学量センサと、前記光検出部で計測された前記干渉光と、前記力学量センサで測定された前記計測ヘッドの運動に基づいて、前記被計測試料の情報を求める演算部とを備える。

[0013] 上記目的を達成するために、本発明に力かる光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を計測する光検出部と、前記光検出部で計測された前記干渉光に基づ、て、前記被計測試料の情報を求める演算部と、前記計測光が通る光ファイバと、前記光ファイバの先端に設けられ、前記計測光を前記光ファイバから前記被計測試料へ導く計測ヘッドと、前記計測ヘッドは、前記計測光の光軸の方向を変更する 1または 2以上の光軸変更部を備え、前記光軸変更部は、前記計測ヘッドに着脱可能である発明の効果

[0014] 本発明によれば、構造が簡単で、高速で撮像できる光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]実施の形態 1におけるフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置（以下、 FD— OCT装置と称する）の構成の一例を表す図である。

[図 2]実施の形態 2における FD— OCT装置の構成の一例を表す図である。

[図 3] (a)は、計測ヘッドの構成の例を示す図である。 (b)は、計測ヘッドの構成の別の例を示す図である。

[図 4] (a)は、参照物体 41を被計測試料 22に取りつけた状態の例を示す図である。 ( b)は参照物体 41の例を示す図である。

[図 5]複数の計測領域データにおける画像を示す図である。

[図 6]計測ヘッドの構成の好ましい一例を示す図である。

[図 7]計測ヘッドの構成の好ましい他の例を示す図である。

[図 8] (a)は計測ヘッドの構成の好ましい他の例を示す図である。 (b)は、計測ヘッドの構成の好ましいさらに他の例を示す図である。

[図 9]計測ヘッドの構成の好ましい他の例を示す図である。

[図 10]計測ヘッドの構成の好ましい他の例を示す図である。

[図 11] (a)は、参照ミラーの位置を切り替える場合の例を示す図である。 (b)は、位置の異なる複数の参照ミラー間で参照光を反射する参照ミラーが切り替わる構成の例を示す図である。

[図 12]滅菌用キャップを計測ヘッドに装着した場合の例を示す図である。

[図 13]従来の OCT装置の構成を示す図である。

符号の説明、 100、 101 OCTユニット、 16 光源

、 17、 23、 46 レンズ、 34 ビームスプリッタ、 28 計測光

、 29 参照光

、 20、 49 ガルバノミラー、 12、 21 対物レンズ0、 22 被計測試料

3、 24 参照ミラー

光検出器

8 光ファイバ

9 ファイバカップラ

5 回折素子

6 CCDカメラ

7 計算機

集光レンズ

3 シリンドリカルレンズ

加速度センサ

加速度'角速度センサ1 参照物体

、 43 画像範囲

特徴パターン

ミラー

撮像範囲

切替ミラー

回転軸

キャップ 57 回転ミラー

201、 202、 204、 205、 210、 211、 212、 213、 214、 215、 216 計測ヘッド、発明を実施するための最良の形態

[0017] 本発明にかかる光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を計測する光検出部と、外部力もの操作によって、運動可能な計測ヘッドであって、該計測ヘッドが運動することにより、前記計測光が前記被計測試料に照射される位置または方向の少なくとも 1つが変化する計測ヘッドと、前記計測ヘッドの少なくとも一方向の運動を測定する力学量センサと、前記光検出部で計測された前記干渉光と、前記力学量センサで測定された前記計測ヘッドの運動に基づいて、前記被計測試料の情報を求める演算部とを備える。

[0018] 力学量センサは、例えば、加速度センサ、角速度センサ等を用いることができる。加速度センサとして、互いに直交する 3方向それぞれについて感応軸を配置した 3つの加速センサを設けることができる。角速度センサとして、互いに直交する 3方向の軸周りの角速度を検出する 3つの角速度センサを設けることができる。上記 3つの加速度センサと、上記 3つの角速度センサのうち、任意に組み合わせたものを用いることができる。撮影の目的、つまり被計測試料の計測領域と、それを撮像するための計測へッドの運動の仕方に応じて、力学量センサを適切に選択、配置することができる。

[0019] 例えば、前記計測ヘッドを少なくとも前記一方向へ移動させる操作により、前記計測光が前記被計測試料に照射される位置が変化するので、被計測試料の前記一方向に連なる複数の断層画像、または前記一方向に連なる断層画像による情報が得られる。一方、前記一方向に感応軸を配置した 1つの加速度センサで測定された加速度から、前記計測ヘッドの前記一方向に移動した位置が得られる。前記計測ヘッドが移動した位置情報と、前記被計測試料の一方向に連なる複数の断層画像または連続した断層画像による情報とを同期して得ることにより、機械的走査しなくても前記一方向における前記被計測試料の複数のまたは連続した広、領域の断面情報が得られる。その結果、機械的走査手段を装置内に組み込む必要がないので、装置の構造が単純になり、装置が安価に製造できる。

[0020] 光分割部と干渉部は、ビームスプリッタまたはファイバカップラにより両機能を兼用する構成が好ましい。

[0021] 本発明にかかる光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を計測する光検出部と、前記光検出部で計測された前記干渉光に基づいて、前記被計測試料の情報を求める演算部と、前記計測光が通る光ファイバと、前記光ファイバの先端に設けられ、前記計測光を前記光ファイバから前記被計測試料へ導く計測ヘッドと、前記計測へッドは、前記計測光の光軸の方向を変更する 1または 2以上の光軸変更部を備え、前記光軸変更部は、前記計測ヘッドに着脱可能である。

[0022] 前記計測光は、光ファイバを通り、光ファイバの先端に設けられた前記計測ヘッドを通じて前記被計測試料に照射される。そのため、前記計測ヘッドは、被計測試料の位置にあわせて移動することができる。

[0023] 前記計測ヘッドは、前記計測光の照射方向を変更する 1または 2以上のミラーを含む光路変更部を備えるので、例えば、口腔内等の限られた空間にある被計測試料を様々な方向から撮影することができる。また、前記光路変更部は、前記計測ヘッドに着脱可能であるため、被計測試料の環境に合うように、前記光路変更部を着けるか否か選択することができる。その結果、例えば、口腔内等のように入り組んだ場所にある被計測試料を様々な方向から撮影することができる。

[0024] 本発明に力かる計測ヘッドは、光ファイバの先端に設けられ、前記光ファイバの先端力出射された計測光を前記光ファイバから被計測試料へ導く計測ヘッドであって、前記計測光の光軸の方向を変更する 1または 2以上の光軸変更部を備え、前記光軸変更部は、前記計測ヘッドに着脱可能であることを特徴とする。

[0025] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

[0026] (実施の形態 1) 図 1は、実施の形態 1におけるフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置（以下、 FD— OCT装置と称する）の構成の一例を表す図である。

[0027] FD— OCT装置は、被計測試料で反射した計測光と参照ミラーで反射した参照光との干渉光を分光して得られたスペクトルを検出し、このスペクトル力被計測試料の計測光照射方向における情報を、フーリエ逆変換を用いて求めることを特徴とする O CT装置である。

[0028] 図 1に示すように、 FD— OCT装置は、 OCTユニット 100、計測ヘッド 201および計算機 27で構成されている。 OCTユニット 100には、光源 16、ファイバカップラ 19、参照ミラー 24、回折素子 25、 CCDカメラ 26が設けられている。計測ヘッド 201には、ガルバノミラー 20、対物レンズ 21が設けられている。計算機 27は、光源 16、 CCDカメラ 26、ガルバノミラー 20と通信できるように接続されている。計算機 27は、例えば、パ一ソナルコンピュータ等であり、 CPU等の演算部、ハードディスク等の記録部を少なくとも備えている。

[0029] なお、 OCTユニット 100、計測ヘッド 201、計算機 27の構成は、図 1に示す構成に限られない。例えば、計算機 27の機能を OCTユニット 100内に組み込むことができる。

[0030] 本実施の形態において、被計測試料 22は、生体の顎口腔領域組織または、顎口腔領域の人工組成物である。

[0031] 光源 16は、時間的に低コヒーレントな光源である。すなわち、狭い範囲に波長が分布した光源である。光源 16は、例えば、スーパールミネッセントダイオードであることが好ましい。

[0032] ファイバカップラ 19は、光分割部および干渉部の機能を果たす光学干渉器の一例である。光学干渉器とは、 2つの入力光を干渉させて 2方向に出力する入出力可換な光学部品である。光学干渉器の例として、ファイバカップラ 19の他にビームスプリッタ、ハーフミラー等が挙げられる。

[0033] 回折素子 25は、回折分光機能を備えた反射型または透過型の光学的部材である。回折素子 25は、例えば、グレーティング素子、回折格子、プリズム等であることが好ましい。また、回折素子 25は、光記録メディアの切片でもよい。光記録メディアは例えば、 CD、 DVD, MO等である。

[0034] CCDカメラ 26は、光検出部の一例である。光検出部として、例えば、 1次元光検出器、 2次元光検出器などを用いることができる。 1次元光検出器は、リニア CCDが好ましぐ 2次元光検出器は CCD撮像素子、 CMOS撮像素子が好ましい。 2次元光検出器は 2次元撮像装置を含む。

[0035] 計測ヘッド 201は、操作者が手持ちで操作できる構成であることが好まヽ。 OCT ユニット 100と計測ヘッド 201の間を、光ファイバ 18によって光が伝達されることで、計測ヘッド 201の可動範囲が広くなる。

[0036] FD— OCT装置を歯科用に適用する場合、患者が通常診療の際に座っている椅子のチェアサイドで FD— OCT装置が使用されることが想定される。この場合、計測ヘッドを位置付けするのに、空中光学系（計測ヘッドへの光路を光ファイバではなく空中とする）では、 OCTユニット全体を患者の口腔に精密に位置付けしなければならない。また、比較的重い OCTユニットを、操作者が持って操作するのは、非現実的である。

[0037] 計測ヘッド 201は、操作者が手持ちで操作できる構成であるため、歯科診療において、操作者がチェアサイドで手軽に利用できる。患者と計測ヘッドの位置関係がフリ一な状態で、操作者が FD— OCT装置を使用できる。

[0038] 次に、図 1に示す FD— OCT装置の動作について説明する。以下の説明において、座標系を次のように定義する。図 1に示すように、被計測試料 22においては計測光 28の光軸方向すなわち被計測試料 22の奥行き方向を z、断層面を zy面 (ガルバノミラー 20のスキャン方向を yにとることで実現）とし、被計測試料 22以外の場所では被計測試料 22の x、 y、 zのそれぞれに光学的に対応する方向を x、 y、 zとする。光学的に対応するとは、ミラーやレンズ'光ファイバ等で空間的な方向が変化しても、光の進行方向を z、ガルバノミラー等で走査される方向を y、 zと yの両方に垂直な方向を Xとするということである。

[0039] 光源 16から射出された光はレンズ 17でコリメートされた後に、ファイバカップラ 19により、参照光 29と計測光 28に分けられる。計測光 28は、光ファイバ 18、ガルバノミラ一 20を経て対物レンズ 21によって被計測試料 22に集光され、そこで散乱、反射した後に再び対物レンズ 21、ガルバノミラー 20、光ファイバ 18、ファイバカップラ 19を通つて集光レンズ 30によって回折素子 25に導かれる。

[0040] 一方、参照光 29は、光ファイバ 18、レンズ 23を通って参照ミラー 24で反射し、再び、レンズ 23を通ってファイバカップラ 19で計測光 28と干渉させられて、計測光 28と並行に集光レンズ 30に入射し回折素子 25に導かれる。

[0041] この計測光 28と参照光 29は、回折素子 25で同時に分光されスペクトル領域で重ねあわされることで CCDカメラ 26上にスペクトルの干渉縞、つまり計測光 28と参照光 29の結合パワースペクトルを形成する。この CCDカメラ 26によって計測されるスぺクトル干渉縞を計算機 27内でフーリエ逆変換することによって、計測光 28と参照光 29 の結合相関が得られる。この結合相関より、被計測試料 22の奥行き方向（z軸方向）の反射率特性が得られる。この反射率特性から、被計測試料 22の奥行き方向における構造、組成または光学特性に関する情報が得られる。

[0042] したがって、参照ミラー 24を動力して、計測光 28の光路長と参照光 29の光路長を調節し、 z軸方向の走査を行う必要がない。すなわち、 z軸方向の機械的操作を行うことなぐ被計測試料 22の奥行き方向 (z軸方向）の構造に関する情報を得ることができる。

[0043] 被計測試料 22の 2次元断面画像を得るためには、 z軸方向に加えて、 y軸方向の走査を行うこと必要がある。本実施の形態において、 y軸方向の走査は、ガルバノミラ一 20を駆動することにより行われている。

[0044] なお、 y軸方向の走査方法として、カルパノミラー 20を駆動する方法の他に、後述するシリンドリカルレンズを用いる方法や、レンズを駆動する方法、光ファイバを駆動する方法、被計測試料 22を駆動する方法、または、後述する操作者が計測ヘッド 20 1を動かす方法等を用いることができる。

[0045] ここで、 y軸方向の走査方法の変形例として、シリンドリカルレンズを用いる方法を説明する。

[0046] 図 2は、シリンドリカルレンズを用いて y軸方向に光を拡張する FD— OCT装置の構成の一例を表す図である。図 2において、図 1に示す FD— OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。 [0047] 図 2に示す FD— OCT装置が図 1に示す FD— OCT装置と異なる点は、シリンドリカルレンズ 33が設けられている点と、ファイバカップラ 19の代わりにビームスプリッタ 3 4が用いられている点と、ガルバノミラー 20の走査方向がである。

[0048] 図 1に示す FD— OCT装置においては、 y軸方向の走査方法として、カルパノミラー 20を駆動させる方法を用いていたが、図 2に示す FD— OCT装置においては、カルノノミラー 20による y軸方向の走査に替えて、シリンドリカルレンズ 33による y軸方向への光拡張を採用している。

[0049] シリンドリカルレンズ 33には、レンズとして機能する方向とレンズとして機能しない方向とがある。シリンドリカルレンズ 33は、レンズとして機能する方向と光軸を含む平面内での断面は、通常の凸レンズまたは凹レンズの断面と同様であり、この断面形状はレンズとして機能しない方向における位置によらず同一である。シリンドリカルレンズ 3 3は、レンズとして機能する方向力 y方向となる様に配置する。つまり、シリンドリカルレンズ 33によって y方向に広げられた光が被計測試料 22の y方向に分布照射される (シリンドリカルレンズ 33上の y方向と被計測試料 22の y方向は、光学的に同一な方向であり、必ずしも空間的に同一の方向ではない）。シリンドリカルレンズ 33が y方向光拡張手段になっている。計測光 28の断面は、 y軸方向に沿う線状となる。

[0050] なお、シリンドリカルレンズ 33と同様の機能を、シリンドリカルミラーを用いて実現することちでさる。

[0051] 計測光は y軸方向に空間的に拡張された光であるために、この光を光ファイバで導光する場合には、この光ファイバ 18は、断面を 1次元線上に束ねた光フアイノ^または断面を 2次元円形に束ねた光ファイバであることが必要となる。

[0052] また、回折素子 25の溝の向きは、 y軸方向であることが好ましい。

[0053] 前記計測光 28は、被計測試料 22の y軸方向に分布照射されるので、 y軸方向に機械的走査をしなくても、被計測試料 22の y軸方向の断面を CCDカメラ 26ワンショットで得ることができる。そのため、カルパノミラー 20は、 X軸方向に走査を行うだけで、被計測試料 22の 3次元構造を得ることができる。

[0054] 被計測試料 22の 3次元構造を得るには、 z軸方向および y軸方向の操作にカ卩えて、 X軸方向の走査を行う必要がある。本実施の形態においては、操作者が計測ヘッド 2 01を動かすことによって、 X軸方向の走査を行う方法を用いて、る。

[0055] 図 3 (a)および (b)は、本実施の形態における計測ヘッドの構成の例を示す図である。

[0056] まず、図 3 (a)に示す計測ヘッド 201について説明する。

[0057] 図 3 (a)に示す計測ヘッド 201は、加速度センサ 38を備えている。加速度センサ 38 に含まれるセンサ Gxは、 X軸方向の加速度を検出する。計測ヘッド 201は、例えば、操作者の操作等の外部からの操作により、被計測試料 22に対して、少なくとも X軸方向に移動可能となっている。

[0058] 操作者が、計測ヘッド 201を X軸方向に動かすと、計測光 28が被計測試料 22に照射される位置が変化する。この位置の変化は、加速度センサ 38によって検出された加速度を積分することによって得られる。従って、 X方向に連なる被計測試料 22の各断面情報を取得するとともに、これらに同期して加速度センサ 38の情報を得ることにより、各断面情報の X方向の位置を特定することが出来る。すなわち、操作者が計測ヘッド 201を X方向に動かすことで、 X方向の走査が可能となる。その結果、 X軸方向の機械的走査が不要になるので、 X軸方向の機械的な走査手段を計測ヘッド 201内に組み込む必要がなくなり、構造が簡単、小型化した計測ヘッドが、安価で得られるようになる。

[0059] 加速度センサ 38は、計算機 27 (例えば図 1参照）に接続されており、加速度センサが検出したデータは、計算機 27へ送られる。

[0060] なお、計測ヘッド 201に X方向の加速度センサと y方向の加速度センサを 2個装着する構成にしてもょヽ。操作者が計測ヘッド 201を y方向に動力ゝした場合にぉヽても、 X方向に動力した場合と同様に、 y方向に連なる被計測試料 22の各断面情報と、これらに同期した y方向の加速度センサの情報により、各断面情報の y方向の位置を特定することができる。この場合、カルパノミラー 20による y軸方向の走査または、シリンドリカルレンズ 33による y軸方向への光拡張は省略できる。

[0061] 本実施の形態に力かる FD— OCT装置においては、上述のように、被計測試料 22 の z軸方向の構造は、スペクトル干渉縞から求められる。 y軸方向または X軸方向の走查は、計測ヘッド 201を動かすことによって行うことができる。そのため、機械的な走查手段を装置に組み込むことを省略できる。その結果、装置の構造が簡単になり、高速で撮像が可能となる。

[0062] 次に、図 3 (b)に示す計測ヘッド 204につ、て説明する。計測ヘッド 204は、計測へッド 201の変形例である。

[0063] 図 3 (b)に示す計測ヘッド 204は、加速度 ·角速度センサ 39を備えている。加速度センサ 39は、 x、 y、 z軸方向の加速度をそれぞれ検出する加速度センサ Gx、 Gy、 G zおよび、 x、 y、 z軸周りの角速度を検出する角速度センサ Ω χ、 Ωγ, Ω ζを含む。計測ヘッド 204は、操作者の操作等の外部からの操作により、被計測試料 22に対して移動可能となっている。また、加速度'角速度センサ 39は、計算機 27に接続されており、加速度 ·角速度センサ 39が検出したデータは、計算機 27へ送られる。

[0064] 加速度 ·角速度センサ 39を計測ヘッド 204に設けることで、操作者による計測へッド 204の任意の動きに対して、動きの際に計測ヘッド 204が計測した複数の計測断面のそれぞれの空間的位置 ·方向を特定することができる。その結果、計測ヘッド 20 4が動ヽた範囲で、被計測試料 22の内部構造を含む 3次元データを得ることができる。この場合、カルパノミラー 20による X軸および y軸方向の走査を省略することができる。

[0065] 以下に被計測試料 22の 3次元データを得る処理の流れの例を説明する。

[0066] 計測開始時に、計算機 27において位置 ·方向情報をリセットする。リセットと同時に最初の断層画像を取得し、この断面画像の面を x=0上の zy面とし、断層像の奥行き方向を z方向、横方向を y方向とし、断層像の中心を y=0、 z = 0とする。

[0067] その後の計測ヘッド 204の動きは、加速度センサの出力を計算機 27内で 2回時間積分、角速度センサの出力を計算機 27内で 1回時間積分することで、計測ヘッド 20 4の位置 ·方向データとして求められる。計測ヘッド 204の位置 ·方向データは、計測ヘッド 204が動いた際に取得した断面画像データと同期して保存される。

[0068] 計算機 27は、計測ヘッド 204の位置'方向データから、リセット後の断層画像の位置'方向を演算し、各断層画像データを空間的に合成して被計測試料 22の内部構造を含む 3次元データを構築する。

[0069] 計算機 27においては、被計測試料 22の 3次元データに関するデータ処理 (例えば、組織の抽出、病変部の特定、データ解析等）が行われ、これら処理結果は、保存される。

[0070] また、計算機 27は、計測断面の接続、任意断面の表示、計測断面の整列表示、立体表面表示、またはこれらの組み合わせ等をモニタに表示することもできる。

[0071] 本実施の形態によれば、計測ヘッド 204に設けられた加速度 ·角速度センサ 39によって、 OCT計測時の計測ヘッド 204の 3次元的動きを検出することにより、被計測試料 22の内部情報を含む計測領域データの 3次元空間上の 6自由度の位置決めを行うことができる。

[0072] また、 FD— OCT装置を含む OCT装置の撮像範囲は、ガルバノミラー等の機械的走査を行っても、数 mm X数 mmと限られている。これに対し、例えば、口腔およびその周辺組織においては、歯 1本だけとつても 5〜15mmである。歯周組織を入れると 2 Omm、歯列弓は 100〜 150mmと!ヽぅ大きさである。

[0073] ガルバノミラーゃシリンドリカルレンズ等を用いた X軸または y軸方向の走査もしくは拡張により断層画像が得られる FD— OCT装置においても、その断層画像の幅は数 mmであり、それを超えた領域の断層画像については、別途計測する必要がある。

[0074] そのため、多くの場合には y方向に連なる複数の断層画像を複数回の計測で取得する必要がある力これらの「連なった複数の断層画像データ」の位置関係を求める必要がある。本実施の形態によると、連なった複数の断層画像の 3次元的位置'方向関係が明確になるため、広い範囲の計測データが構築可能となる。また、複数の断層画像の 3次元的な位置および方向関係を特定することができる。

[0075] ひいては、 OCT装置の持つ被計測試料の 3次元的内部情報を定量的に取得できるという基本的特性や、非侵襲性、高分解能等の優れた特性が例えば、歯科分野等で生力されることになる。

[0076] なお、本実施の形態においては、 FD— OCT装置について説明を行った力必ずしも FD— OCT装置である必要はなく、 FD— OCT装置ではな!/、OCT装置でもよ!/ヽ。す例えば、回折素子 25の代わりに単純なミラーを用いて、 CCDカメラ 26は光検出器である構成でもよい。

[0077] (実施の形態 2) 実施の形態 2における FD— OCT装置は、以下に説明する部分以外の部分は、図 1または図 2に示す FD— OCT装置を適用することができるので、その説明を省略する。

[0078] 本実施の形態における FD— OCT装置では、計算機 27 (例えば図 1参照）が、計測ヘッドで計測された被計測試料 22の情報の 3次元空間上の位置決めを行う。本実施の形態においては、予めその形状が判っている参照物体 41を被計測試料 22に取りつけたものを測定する。

[0079] 図 4 (a)は、参照物体 41を被計測試料 22に取りつけた状態の例を示す図である。

図 4 (b)は参照物体 41の例を示す図である。参照物体 41は、どの断面をとつてもその断面の位置と方向が特定できるものとする。参照物体 41は、四角錐であることが好ましい。以下の処理の流れを説明する。

[0080] 計測開始時に、計算機 27内で位置 ·方向情報をリセットする。リセットと同時に予めその形状が判っている参照物体 41を含む最初の断層画像を取得し、参照物体 41を基準とした被計測試料 22の座標系を決定する。

[0081] その後、計測ヘッド 205が移動して取得された断層画像についても参照物体 41とともに計測し、計算機 27内で、参照物体 41の位置'方向を基に、断層画像の位置 · 方向を演算する。各断層画像データを空間的に合成して被計測試料 22の内部構造を含む 3次元データを構築する。

[0082] 上記処理において、 FD— OCT装置は、 OCT計測操作をする以前に予めその形状が判っている参照物体 41を被計測試料 22に固定して計測した。これとは別の方法であって、以下に示す方法を用いることもできる。

[0083] 計測ヘッドの移動を伴い、複数または連続した OCT断層画像データを計測した O CT計測操作以降に、計測データの一部より被計測物体の全体または部分を特定し参照形状データとし、被計測物体の OCT計測データ全体の中から該参照物体の形状を照合することにより、被計測物体の複数または連続した OCT断層画像データの 3次元空間上の 6自由度の位置決めを行うこともできる。

[0084] なお、本実施の形態においては、 FD— OCT装置について説明を行った力必ずしも FD— OCT装置である必要はなく、 FD— OCT装置ではな!/、OCT装置でもよ!/ヽ [0085] (実施の形態 3)

実施の形態 3における OCT装置は、以下に説明する部分以外の部分は、図 1または図 2に示す FD— OCT装置を適用することができるので、その説明を省略する。

[0086] 本実施の形態における FD— OCT装置では、 FD— OCT装置で計測された被計測試料 22の断面画像の 3次元空間上の位置決めを行う。本実施の形態にお!、ては、被計測試料 22の内部情報を含む複数の計測領域データの中から共通のデータ構造を抽出することにより、これらの計測領域データの 3次元空間上の 6自由度の位置関係を決定する。

[0087] 図 5は、複数の計測領域データにおける画像を示す図である。画像範囲 42は、 FD — OCT装置で得られた被計測試料 22のある断面画像である。画像範囲 43は、例えば、計測ヘッドが移動すること等により、画像範囲 42の計測領域とは別の計測領域を計測した場合の断面画像である。以下処理の流れを説明する。

[0088] 計測開始時に、計算機 27 (例えば図 1参照）内で位置，方向をリセットする。リセット時に被計測試料 22の断面を計測する。このリセット時の計測で得られた断面画像が画像範囲 42であるとする。計算機 27は、この画像範囲 42から特徴パターン 45を抽出する。特徴パターンは、例えば、被計測試料 22に含まれる病変部の画像等である

[0089] その後、例えば、計測ヘッドが移動すること等により、画像範囲 42の計測領域とは別の計測領域を計測する。その際に得られた断面画像が画像範囲 43であるとする。計算機 27は、画像範囲 43中から特徴パターン 45を抽出する。一連の計測は、計測ヘッドを移動しながら不連続または連続して計測されるので、この作業を続けることで、特徴パターンの位置を追跡することができる。

[0090] 計算機 27は、画像範囲 42中の特徴パターン 45と画像範囲 43中の特徴パターンを同一パターンとみなして、各画像を接続する。図 5に示す場合では、画像範囲 43 の右辺 40を画像範囲 42中で二点鎖線 44で示す位置にあわせるように接続することができる。

[0091] 計算機 27は、以上のような画像接続処理を複数の画像について行うことによって、被計測試料 22の内部構造を含む広範囲なデータを構築する。

[0092] なお、本実施の形態においては、 FD— OCT装置について説明を行った力必ずしも FD— OCT装置である必要はなく、 FD— OCT装置ではな!/、OCT装置でもよ!/ヽ

[0093] (実施の形態 4)

図 6〜12は実施の形態 4における OCT装置の計測ヘッドの構成を表す図である。本実施の形態における OCT装置で、以下に説明する部分以外については、図 1または図 2に示す FD— OCT装置または従来の OCT装置を適用することができるので

、その説明は省略する。

[0094] 図 6は、本実施の形態における OCT装置の計測ヘッドの構成の好ましい一例を示す図である。

[0095] 図 6に示す例においては、計測ヘッド 210は、光ファイバ 18の先端に設けられている。光ファイバは、 OCTユニット 101 (例えば図 2参照）の光分割部（例えば、ビームスプリッタ 34)から照射された計測光を被計測試料 22へ導き、被計測試料 22で反射した計測光を、再び OCTユニット 101の干渉部（例えば、ビームスプリッタ 34)へ導く。

[0096] 計測ヘッド 210は、例えば、図 2に示す FD— OCT装置のようにシリンドリカルレンズを用いたタイプの FD— OCT装置の計測ヘッドとして用いることが好まし、。光ファィバ 18は、束ねたものであって、光ファイバ 18からは、 y方向に広げられた計測光が被計測試料 22の y方向に沿って分布照射される。図 6中、点線 gは、中心結像光線を表し、一点鎖線 hは、撮像エリアを示す。

[0097] 計測ヘッド 210において、光ファイバ 18の先端力も先の部分は、照射集光部 210a である。照射集光部 210aは、計測光を、光ファイバ先端部の光ファイバの光軸方向に対して、光軸方向を変更することなぐレンズ 46を通してコリメートし、被計測試料 2 2に照射する。また、照射集光部 210aは、被計測試料 22からの z方向反射光を集光する。

[0098] 図 7は、本実施の形態における OCT装置の計測ヘッドの構成の好ましい他の例を示す図である。

[0099] 図 7に示す例において、照射集光部 21 laは、照射集光部 21 laに固定された走査駆動されるミラー 49 (ガルバノミラー）と走査駆動されないミラー 47 (固定ミラー）により計測光の光軸方向を、光ファイバ 18先端部の光ファイバ 18の光軸方向とは別の方向に変更する。つまり、ガルバノミラー 49およびミラー 47が光軸変更部となる。

[0100] 計測ヘッド 211は、例えば、図 1に示す FD— OCT装置のようなガルバノミラーを備えるタイプの FD— OCT装置の計測ヘッドとして用いることができる。光ファイバ 18は 1本であって、光ファイバ 18から出た計測光は、カルパノミラー 49によって、 y軸方向に走査される。すなわち、ガルバノミラー 49が回転運動することによって、被計測試料内の結像点が撮像範囲 51内を移動する。

[0101] 図 6および図 7に示す計測ヘッド 210、 211は、前歯、犬歯、第 1大臼歯の頰側面からの断層画像計測に有効である。

[0102] 図 8 (a)は、本実施の形態における OCT装置の計測ヘッドの構成の好ましいさらに他の例を示す図である。

[0103] 計測ヘッド 212は、例えば、図 2に示す OCT装置の計測ヘッドのようにシリンドリカルレンズを用いたタイプの FD— OCT装置の計測ヘッドとして用いることができる。光ファイバ 18は、束ねたものであって、光ファイバ 18からは、 y方向に広げられた計測光が被計測試料 22の y方向に沿って分布照射される。図 8 (a)中、点線 gは、中心結像光線を表し、一点鎖線 hは、撮像エリアを示す。

[0104] 照射集光部 212aは、固定された走査駆動されないミラー 47により計測光の光軸方向を変更する。

[0105] 図 8 (b)は、本実施の形態における OCT装置の計測ヘッドの構成の好ましいさらに他の例を示す図である。

[0106] 計測ヘッド 213は、例えば、図 1に示す FD— OCT装置のようにガルバノミラーを備えるタイプの FD— OCT装置の計測ヘッドとして用いることができる。光ファイバ 18は

1本であって、光ファイバ 18から出た計測光は、カルパノミラー 49によって、 y軸方向に走査される。

[0107] 図 8 (b)に示す例において、照射集光部 213aは、照射集光部 213aに固定された走査駆動されるミラー (ガルバノミラー) 49により計測光の光軸方向を、光ファイバ 18 先端部の光ファイバ 18の光軸方向に対して変更する。 [0108] 図 8 (a)および図 8 (b)に示す計測ヘッド 212、 213は、歯の咬合面からの断層画像計測に有効である。また、咬合面以外に臼歯部の舌側面からの断層計測にも有効である。

[0109] 図 9は、本実施の形態における OCT装置の計測ヘッドの構成の好ましいさらに他の例を示す図である。

[0110] 計測ヘッド 214は、例えば、図 2に示す OCT装置の計測ヘッドのようにシリンドリカルレンズを用いたタイプの FD— OCT装置の計測ヘッドとして用いることができる。光ファイバ 18は、束ねたものであって、光ファイバ 18からは、 y方向に広げられた計測光が被計測試料 22の y方向に沿って分布照射される。図 9中、点線 gは、中心結像光線を表し、一点鎖線 hは、撮像エリアを示す。

[0111] 照射集光部 214aは、照射集光部 214aに固定された 2つの走査駆動されないミラ一 47A、 47Bにより計測光の光軸方向を変更する。照射集光部 214aは L字型の形状を実現し、この L字型の内側に被計測試料 22である歯芽を配置することが可能な開いた空間を有することができる。

[0112] 図 10は、本実施の形態における OCT装置の計測ヘッドの構成の好ましいさらに他の例を示す図である。

[0113] 計測ヘッド 215は、例えば、図 1に示す FD— OCT装置のようにガルバノミラーを備えるタイプの FD— OCT装置の計測ヘッドとして用いることができる。光ファイバ 18は 1本であって、光ファイバ 18から出た計測光は、カルパノミラー 49によって、 y軸方向に走査される。

[0114] 図 10に示す例において、照射集光部 215aは、走査駆動されるミラー (ガルバノミラ一) 49と走査駆動されないミラー 47により計測光の光軸方向を変更する。照射集光部 215aは、 L字型の形状を実現し、この L字型の内側に被計測試料 22である歯芽を配置することが可能な開いた空間を有する。

[0115] 図 9および図 10に示す計測ヘッド 214、 215は、歯の舌側面からの断層画像計測に有効である。

[0116] 図 6〜13に示す計測ヘッド 210〜215において、照射集光部 210a〜215aの少なくとも一部は、光ファイバ 18先端部または OCTユニットから分離可能で、かつ取り替え可能であることが好ま、。

[0117] また、図 6〜13に示す計測ヘッド 210〜215の少なくとも一部は回転可能であることが好ましい。例えば、図 10に示す計測ヘッド 215の先端部分が矢印 jの方向に回転可能とすることができる。また、計測ヘッドの照射集光部の最も被写体に近いミラーが回転可能であるような態様とすることもできる。

[0118] ここで、計測ヘッド 210〜215において、照射集光部 210a〜215aの少なくとも一部を分離または、取り替えた場合の例を説明する。

[0119] 例えば、図 6に示す照射集光部 210aを取り外し、図 8に示す照射集光部 212aに取り替えた場合、照射集光部内の計測光の光学的距離は長くなる。しかしながら、 O CT装置においては、計測光の光学的距離と参照光の光学的距離が略一致する必要がある。そのため、計測光の光学的距離が変化すると、それにあわせて参照光の光学的距離も変化させる必要がある。すなわち、ビームスプリッタ 34またはファイバ力ップラ 19等の光分割部 (干渉部)力も計測範囲の略中心位置までの光学的距離が、光分割部 (干渉部)力も参照ミラーまでの光学的距離と等しくなる様に、参照光の光学的距離を変化させる必要がある。

[0120] 参照光の光学的距離を変化させる方法につ!、ては、参照ミラーの位置が変更されるか、位置の異なる複数の参照ミラー間で参照光を反射する参照ミラーが切り替わることが好ましい。

[0121] 図 11 (a)は、参照ミラーの位置を切り替える場合の例を示す図である。参照ミラー 2 4とレンズ 23の位置は実線で示す位置と点線で示す位置とに切り替わる。これらはリ -ァァクチユエータまたは手動で動作することができる。図 11 (a)では、実線と点線で参照ミラー 24とレンズ 23の 2つの位置が示されている。参照ミラー 24とレンズ 23の停止位置を 3ケ所以上設けて、光学的距離の異なる 3ケ所以上で参照ミラー 24の位置を切り替えても良い。

[0122] 図 11 (b)は、位置の異なる複数の参照ミラー間で参照光を反射する参照ミラーが切り替わる構成の例を示す図である。図 11 (b)に示す構成においては、参照光路長の異なる 2つの参照ミラー 24A、 24Bが設けられている。これら 2つの参照ミラー 24A 、 24Bの切り替えは、切替ミラー 52によって行われる。切替ミラー 52は、その端部を回転軸 53として略 45度回転する。切替ミラー 52はモーターまたは手動により回転する。図 11 (b)においては、実線と破線で切替ミラー 52の角度と切り替わる光路を示している。切替ミラー 52の停止角度を 3つ以上設けて、光学的距離の異なる 3ケ所以上の参照ミラー 24を切り替えることもできる。参照ミラー 24とともに参照ミラー 24へ結像するレンズを複数備えてヽてもよヽ。

[0123] また、照射集光部 210a〜215aのうちいずれか 2つを互いに取り替えた場合でも、計測光の光学的距離が変化しないように照射集光部 210a〜215aを設計することもできる。すなわち、照射集光部 210a〜215aの計測光の光学的距離が等しくなるように、ミラー 47やカルパノミラー 49等の光軸変更部を配置することもできる。また、照射集光部 210a〜215a内に光ファイバを備えることで、計測光の光学的距離を調整することができる。

[0124] 例えば、図 7に示す計測ヘッド 211において、計測光の光学的距離が、図 8 (b)に示す計測ヘッド 213および図 10に示す計測ヘッド 215における計測光の光学的距離と等しくなるように、ミラー 47とカルパノミラー 49との間の距離を設定することができる。

[0125] ところで、計測ヘッドは口腔内に挿入する使用形態が想定される。計測ヘッドが口腔内に挿入された際、歯芽に触れる可能性がある。従って、計測ヘッドを滅菌もしくは除菌する必要がある。そのため、計測ヘッドの先端に、計測光 (z方向物体反射光) が透過可能な材料のキャップまたはカバー等の覆いを取り付けることが可能であることが好ましい。

[0126] 図 12は、滅菌用キャップを計測ヘッドに装着した場合の例を示す図である。図 12 に示すように、計測ヘッド 216の先端部にキャップ 55が装着されている。キャップ 55 は、計測ヘッド 216に固定されるためのくびれ 55aを備える。キャップ 55のくびれ 55a に対応して計測ヘッド 216のハウジングにもくびれが設けられている。

[0127] キャップ 55および計測ヘッド 216は、滅菌可能である必要がある。そのため、計測ヘッド 216の構成部品には 100°C以上 150°C以下の温度で耐熱性のある素材または、滅菌用ガスによって変質、変形しない素材を使用することが好ましい。キャップ 5 5は強度，波長を除く計測光の光学的性質を変化させない素材を使用することが好ましい。また、位相 ·偏光状態の影響について既知の素材を使用することが好ましい。キャップは透明な素材であり、デイスポーサブル (使い捨て）であることが好ましい。好適な材料として、ガラスゃ榭脂、セラミックがあげられる。これらは計測光を透過すれば良く、必ずしも可視光で透明である必要は無、。

[0128] 以上のように、本実施の形態に力かる計測ヘッドを用いることで、従来計測が困難であった被計測試料を OCT装置により計測することができる。例えば、歯列は複雑な並び方をしており、個々の歯の面は、いろいろな角度、方向をもつ。また、これは個人によっても大きく差がある。これら多様な方向を向、て、る面を口腔と、う限られた開口部から挿入した計測ヘッドで計測するとなれば、計測光を歯面に垂直に当てるために、計測ヘッドを持つ手をいろいろな方向に向ける必要がある。従来の OCT装置では、多くの場合、患者が無理な姿勢となる場合や、計測光を計測したい歯面に垂直に当てることが不可能な場合も生じていた。本実施の形態に力かる計測ヘッドによれば、様々な方向から口腔内の歯列に対して、計測光を歯面に垂直に当てることができる。

産業上の利用可能性

[0129] 本発明は、高速計測が可能であり、かつ簡単な構造で安価な光コヒーレンストモグラフィー装置として、特に歯科測定用装置として利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 光源と、

前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、

前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、

前記干渉光を計測する光検出部と、

外部力もの操作によって、運動可能な計測ヘッドであって、該計測ヘッドが運動することにより、前記計測光が前記被計測試料に照射される位置または方向の少なくとも 1つが変化する計測ヘッドと、

前記計測ヘッドの少なくとも一方向の運動を測定する力学量センサと、前記光検出部で計測された前記干渉光と、前記力学量センサで測定された前記計測ヘッドの運動に基づいて、前記被計測試料の情報を求める演算部とを備える光コヒーレンストモグラフィー装置。

[2] 光源と、

前記干渉光を計測する光検出部と、

前記光検出部で計測された前記干渉光に基づ!、て、前記被計測試料の情報を求める演算部と、

前記計測光が通る光ファイバと、

前記光ファイバの先端に設けられ、前記計測光を前記光ファイバから前記被計測試料へ導く計測ヘッドと、

前記計測ヘッドは、前記計測光の光軸の方向を変更する 1または 2以上の光軸変更部を備え、

前記光軸変更部は、前記計測ヘッドに着脱可能である光コヒーレンストモグラフィー装置。

光ファイバの先端に設けられ、前記光ファイバの先端から出射された計測光を前記光ファイバから被計測試料へ導く計測ヘッドであって、

前記計測光の光軸の方向を変更する 1または 2以上の光軸変更部を備え、前記光軸変更部は、前記計測ヘッドに着脱可能であることを特徴とする計測ヘッド