WO2010064516A1 - 光立体構造像装置及びその光信号処理方法 - Google Patents

光立体構造像装置及びその光信号処理方法 Download PDF

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寺村　友一
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an optical three-dimensional structure image device and an optical signal processing method thereof, and more particularly to an optical three-dimensional structure image device characterized by generation of an optical three-dimensional structure image and an optical signal processing method thereof.
  • an optical tomographic image acquisition device using OCT Optical Coherence Tomography
  • This optical tomographic image acquisition apparatus divides low-coherent light emitted from a light source into measurement light and reference light, and then reflects or backscatters light from the measurement object when the measurement light is applied to the measurement object.
  • the light and the reference light are combined, and an optical tomographic image is acquired based on the intensity of the interference light between the reflected light and the reference light (Patent Document 1).
  • the reflected light and the backscattered light from the measurement object are collectively referred to as reflected light.
  • the above-mentioned OCT measurement is roughly divided into two types: TD-OCT (Time domain) OCT measurement and FD-OCT (Fourier domain OCT) measurement.
  • TD-OCT Time domain OCT measurement
  • FD-OCT Fullier domain OCT
  • the reflected light intensity distribution corresponding to the position in the depth direction of the measurement target (hereinafter referred to as the depth position) is obtained by measuring the interference light intensity while changing the optical path length of the reference light. Is the method.
  • the interference light intensity is measured for each spectral component of the light without changing the optical path lengths of the reference light and the signal light, and the obtained spectral interference intensity signal is Fourier transformed by a computer.
  • This is a method of obtaining a reflected light intensity distribution corresponding to a depth position by performing a representative frequency analysis.
  • it has been attracting attention as a technique that enables high-speed measurement by eliminating the need for mechanical scanning existing in TD-OCT.
  • SD-OCT Spectral Domain OCT
  • SS-OCT Session Source OCT
  • the SD-OCT apparatus uses broadband low-coherent light such as SLD (Super Luminescence Diode) or ASE (Amplified Spontaneous Emission) light source or white light as a light source, and uses a Michelson interferometer or the like to generate broadband low-coherent light. After splitting into measurement light and reference light, irradiate the measurement light on the object to be measured, cause the reflected light and reference light that have returned at that time to interfere with each other, and decompose this interference light into frequency components using a spectrometer.
  • SLD Super Luminescence Diode
  • ASE Amontaneous Emission
  • the interference light intensity for each frequency component is measured using a detector array in which elements such as photodiodes are arranged in an array, and the spectrum interference intensity signal obtained thereby is Fourier transformed by a computer to obtain an optical signal.
  • a tomographic image is constructed.
  • the SS-OCT apparatus uses a laser that temporally sweeps the optical frequency as a light source, causes reflected light and reference light to interfere with each other at each wavelength, and measures the time waveform of the signal corresponding to the temporal change of the optical frequency.
  • An optical tomographic image is constructed by Fourier-transforming the spectral interference intensity signal thus obtained with a computer.
  • OCT measurement is a method for acquiring an optical tomographic image of a specific region as described above.
  • an endoscope for example, a cancer lesion is observed by observation with a normal illumination endoscope or a special optical endoscope.
  • OCT measurement of the region it is possible to determine how far the cancerous lesion has infiltrated.
  • scanning the optical axis of the measurement light two-dimensionally three-dimensional information can be acquired together with depth information obtained by OCT measurement.
  • the optical three-dimensional structure image is usually acquired by infrared light that is less absorbed by the living tissue, it is different from a color image obtained by a normal illumination light endoscope. From the color image of the surface of the biological tissue that is usually measured by the illumination optical endoscope, information such as the distribution of blood vessels and inflammation near the surface layer and the difference in color between normal and lesions can be obtained from the change in color. There is no such information in images obtained by OCT measurement. In addition, it is difficult to accurately apply the optical axis of the measurement light of the OCT measurement to a place that the user wishes to see when observing with a normal illumination light endoscope.
  • the conventional technique for observing a normal illumination light endoscope image and an OCT image at the same time is a combination of a normal illumination light endoscope and an OCT measurement integrated.
  • a mirror Patent Document 2
  • a probe Patent Document 3
  • an endoscope that combines a fiber bundle and OCT measurement
  • the endoscope disclosed in Patent Document 2 has a problem that it is difficult to match the images of the two because the viewpoint angle of the OCT measurement is different from that of the normal illumination light endoscope.
  • the probe disclosed in Patent Document 3 has the same viewpoint direction for the CCD camera and OCT measurement, which is convenient for synthesizing both images, but it is necessary to incorporate the CCD camera into the probe tip. There is a drawback that the probe is enlarged. In addition, in order to reduce the diameter of the probe, the probe is limited to one having a small number of CCD pixels, and there is a drawback that a normal illumination light image becomes rough.
  • the CCD camera can be arranged on the base end side of the main body and the probe can be reduced in diameter, but can be bundled.
  • the number of fibers is small and the resolution is remarkably inferior.
  • the probe becomes relatively thick.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and has a wavelength different from that of the measurement light without increasing the size of the optical system that scans the measurement light, irradiates the measurement object, and enters the light from the measurement object.
  • An optical three-dimensional structure image apparatus capable of acquiring image information by light in a band with high resolution and corresponding the image information to surface information of an optical three-dimensional structure image to be measured with high accuracy and an optical signal processing method thereof The purpose is to provide.
  • an optical three-dimensional structure imaging device refers to a first wavelength band light source that emits light in a first wavelength band, and the light in the first wavelength band as measurement light.
  • a light separation unit that separates light; an irradiation unit that irradiates the measurement object with the measurement light; a condensing unit that collects return light from a point on the measurement object; and the irradiation onto the measurement object
  • a scanning unit that scans measurement light, an interference information detection unit that detects interference information between the return light and the reference light, light in the first wavelength band from the return light from the measurement target, and the first
  • a demultiplexing unit that demultiplexes light in a second wavelength band different from the first wavelength band, and a light receiving unit that receives light in the second wavelength band and acquires a light reception signal.
  • the interference information detection unit detects interference information between the light from the point on the measurement target and the reference light, and the demultiplexing unit is detected from the measurement target. From the return light, the light in the first wavelength band and the light in the second wavelength band different from the first wavelength band are demultiplexed, and the light receiving unit receives the light in the second wavelength band. Obtain the received light signal. This scans the measurement light, irradiates the measurement target, and acquires image information with high resolution light in a wavelength band different from the measurement light without increasing the size of the optical system that receives the return light from the measurement target. It is possible to do. Furthermore, the image information can be made to correspond to the surface information of the optical three-dimensional structure image to be measured with high accuracy.
  • the interference information detected by the interference information detection unit is information in a depth direction of the measurement target, and the scanning unit Two-dimensional scanning is performed on a surface substantially orthogonal to the depth direction.
  • the second wavelength band is a visible light region
  • the light receiving unit is an R component of the visible light region.
  • G component and B component are received.
  • the first wavelength band is between 700 nm and 1600 nm
  • the second wavelength band is It is preferably between 350 nm and 1000 nm.
  • the interference information detection unit includes an InGaAs photodetector
  • the light receiving unit includes a Si photodetector
  • the optical three-dimensional structure image device further includes a second wavelength band light source that emits light of the second wavelength band, and the demultiplexing The unit has a multiplexing function for combining the measurement light and the light in the second wavelength band and supplying the combined light to the condensing unit, and the scanning unit includes the combined measurement light and the second light Scans light in the wavelength band.
  • the optical three-dimensional structure imaging device according to the first aspect or the second aspect further includes an excitation light source that emits excitation light for exciting autofluorescence or drug fluorescence, and the second aspect.
  • the light in the wavelength band is autofluorescence or drug fluorescence from the measurement object, and the demultiplexing unit has a multiplexing function that combines the measurement light and the excitation light and supplies the combined light to the condensing unit
  • the scanning unit scans the combined measurement light and excitation light.
  • the optical three-dimensional structure image device includes the detection timing of the interference information in the interference information detection unit, and the light reception in the light reception unit.
  • a synchronization unit for synchronizing the information acquisition timing is further provided.
  • the optical three-dimensional structure image device further comprises an optical path length varying unit that sweeps and varies the predetermined optical path length of the reference light based on a trigger signal, and the synchronization The unit synchronizes the detection timing of the interference information in the interference information detection unit and the acquisition timing of the light reception information in the light receiving unit based on the trigger signal.
  • the light in the first wavelength band is a broadband low-coherent light
  • the interference information detection unit A detector array for detecting an intensity for each frequency component of interference light between reflected light from a measurement target and reflected light from the reference light reflecting portion of the reference light, and the detector array is based on a predetermined trigger signal; Interference information is detected, and the synchronization unit synchronizes the detection timing of the interference information in the interference information detection unit and the acquisition timing of the light reception information in the light receiving unit based on the trigger signal.
  • the first wavelength band light source is a laser that sweeps the frequency of the light in the first wavelength band based on a trigger signal.
  • the synchronization unit synchronizes the detection timing of the interference information in the interference information detection unit and the acquisition timing of the light reception information in the light receiving unit based on the trigger signal.
  • the demultiplexing unit has a first wavelength band from the reflected light from the measurement target of the measurement light based on a trigger signal.
  • a switching device that demultiplexes light and light in the second wavelength band, and the synchronization unit detects the interference information at the interference information detection unit based on the trigger signal and receives the light at the light receiving unit. Synchronize with information acquisition timing.
  • an optical stereoscopic image device includes a first storage unit that stores the interference information detected by the interference information detection unit, Based on the interference information stored in the first storage unit and the second storage unit that stores the light reception information acquired by the light receiving unit, the optical path length of the measurement light at an arbitrary point on the measurement target Generating an optical structure image based on the optical structure information generating unit that generates optical structure information depending on the scanning unit, the scanning information of the scanning unit, the optical structure information, and the light reception information stored in the second storage unit And an optical structure image generation unit.
  • the optical three-dimensional structure image of the measurement target is scanned without increasing the size of the optical system that scans the measurement light, irradiates the measurement target, and receives the return light from the measurement target.
  • the optical structure image generation unit since the optical structure image generation unit generates an optical structure image, the image information can be visualized on the optical three-dimensional structure image.
  • the structure information is three-dimensional structure information
  • the optical structure image generation unit calculates a surface position of the measurement object.
  • a rendering unit for rendering at the position of the structure information.
  • the image information generation unit is based on the light reception information of a plurality of narrowband light components among the light reception information of the light reception unit. Generate image information.
  • the light receiving unit receives a plurality of narrowband light
  • the image information generation unit is based on the light reception information of the narrowband light. Generate image information.
  • the optical three-dimensional structure image device according to any one of the first to fifth aspects further includes a second wavelength band light source that emits light of the second wavelength band, and The one wavelength band light source emits light of the first wavelength band light, and the second wavelength band light source emits light of the second wavelength band when the first wavelength band light source is not emitting light.
  • An optical signal processing method for generating an optical three-dimensional structure image, comprising: a separation step of separating light in a first wavelength band into measurement light and reference light; An irradiation step of irradiating the measurement light, a return light condensing step of condensing return light from a point on the measurement object, a scanning step of scanning the irradiated measurement light on the measurement object, An interference information detecting step for detecting interference information between the return light and the reference light; light in the first wavelength band from the return light; and light in a second wavelength band different from the first wavelength band; A return light demultiplexing step, and a light receiving step of receiving light in the second wavelength band and acquiring a light reception signal.
  • interference information between the return light from the point on the measurement object and the reference light is detected in an interference information detection step, and the second wavelength is detected in a light reception step. Receives light in the band and obtains the received light signal. This makes it possible to acquire high-resolution image information using light in a wavelength band different from that of the measurement light without increasing the size of the optical system that scans the measurement light, irradiates the measurement object, and enters the light from the measurement object. Is possible. Furthermore, the image information can be made to correspond to the surface information of the optical three-dimensional structure image to be measured with high accuracy.
  • the optical signal processing method includes a first storage step for storing the interference information detected in the interference information detection step, and the acquired in the light receiving step. Based on the interference information stored in the second storage step for storing the received light information and the first storage step, structure information depending on the optical path length of the measurement light at the point on the measurement target is generated.
  • an optical system that scans measurement light, irradiates the measurement target, and receives return light from the measurement target is enlarged on the optical three-dimensional structure image of the measurement target.
  • the image information by the light in the wavelength band different from that of the measurement light can be acquired with high positional accuracy and high resolution. Furthermore, since the light structure image is generated in the light structure image generation step, the image information can be visualized on the light three-dimensional structure image.
  • the structure information is three-dimensional structure information
  • the optical structure image generation step calculates the surface position of the measurement object.
  • An image information generating step for generating image information of the measurement object based on the received light information stored in the position calculating step, and the second storing step; and the three-dimensional structure corresponding to the surface position of the image information. Rendering to render the location of information.
  • a twenty-first aspect is a three-dimensional image generation device that generates a three-dimensional image indicating a three-dimensional structure of a measurement object, the first wavelength band light source emitting light in the first wavelength band, and the light in the first wavelength band.
  • a light separation unit that separates the measurement light and the reference light, an irradiation unit that irradiates the measurement target with the measurement light, a condensing unit that collects return light from a point on the measurement target, and the measurement target
  • a scanning unit that scans the irradiated measurement light, an interference information detection unit that detects interference information between the return light and the reference light, and a first wavelength band from the return light from the measurement target.
  • a demultiplexing unit that demultiplexes light and light in a second wavelength band different from the first wavelength band, a light receiving unit that receives light in the second wavelength band and obtains light reception information, and the interference Based on the interference information detected by the information detector, the depth at an arbitrary point on the measurement target
  • An optical structure information generating unit that generates optical structure information indicating a structure in the vertical direction, an optical three-dimensional structure image generating unit that generates an optical three-dimensional structure image indicating the three-dimensional structure of the measurement target using the optical structure information, and Based on the received light information, a surface image generation unit that generates a surface image that is an image showing the surface of the measurement object, and image synthesis that pastes the surface image at a position corresponding to the surface on the optical three-dimensional structure image
  • a stereoscopic image generation apparatus comprising: a unit.
  • the wavelength band different from the measurement light can be obtained without increasing the size of the optical system that scans the measurement light, irradiates the measurement target, and enters the light from the measurement target. It is possible to obtain image information by light of high resolution. Furthermore, the image information can be made to correspond to the surface information of the optical three-dimensional structure image to be measured with high accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the optical three-dimensional structure imaging apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing a modification of the scanning means in the optical three-dimensional structure imaging apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the signal processing unit of FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the three-dimensional CG image generation process of the optical three-dimensional structure imaging apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing a three-dimensional CG image generated by the process of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an endoscopic image compared with the three-dimensional CG image of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a first modification of the visible light information detection unit of FIG. FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing a second modification of the visible light information detection unit of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a third modification of the visible light information detection unit in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing a fourth modification of the visible light information detection unit in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing a first modification of the optical transmission / reception unit of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing a second modification of the optical transmission / reception unit of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a third modification of the optical transmission / reception unit in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the optical three-dimensional structure imaging apparatus according to the first embodiment.
  • the optical three-dimensional structure imaging apparatus 1 acquires a tomographic image of a measurement target such as a living tissue or a cell in a body cavity, for example, by SS-OCT measurement centered on a wavelength of 1.3 ⁇ m, for example.
  • the optical three-dimensional structure imaging apparatus 1 includes an OCT light source 10 as a first wavelength band light source, a visible light source 20 as a second wavelength band light source, an OCT interferometer 30, a probe 40, and optical multiplexing / demultiplexing.
  • the OCT interferometer 30 includes an interference information detection unit 70 that detects interference information that is information related to interference light, an optical demultiplexing unit 3 that demultiplexes light, an optical multiplexing / demultiplexing unit 4 that multiplexes and demultiplexes light, and It has circulators 5a and 5b.
  • the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 has a demultiplexing function for demultiplexing light and a multiplexing function for multiplexing.
  • the visible light information detection unit 60 has a light receiving function for detecting light.
  • the three-dimensional CG image generation unit 90 has an optical structure information generation function that generates optical structure information (described later) and an optical structure image generation function that generates an optical structure image (described later).
  • the laser light L emitted from the OCT light source 10 is demultiplexed into the measurement light L1 and the reference light L2 by the optical demultiplexing unit 3 in the OCT interferometer 30.
  • the optical path length adjusting unit 80 changes the optical path length of the reference light L2 in order to adjust the position where the acquisition of tomographic images is started, and includes collimator lenses 81 and 82 and a reflection mirror 83.
  • the reference light L2 from the circulator 5a passes through the collimator lenses 81 and 82 and then is reflected by the reflection mirror 83.
  • the return light L2a of the reference light L2 is incident on the circulator 5a again through the collimator lenses 81 and 82.
  • the reflection mirror 83 is disposed on the movable stage 84, and the movable stage 84 is provided so as to be movable in the arrow A direction by the mirror moving unit 85.
  • the movable stage 84 moves in the direction of arrow A, the optical path length of the reference light L2 is changed.
  • the return light L2a of the reference light L2 from the optical path length adjustment unit 80 is guided to the optical multiplexing / demultiplexing unit 4 via the circulator 5a.
  • the measurement light L1 demultiplexed by the optical demultiplexing unit 3 enters the port 1 (P1) of the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 via the circulator 5b.
  • the dichroic mirror 51 of the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 advances infrared light straight and reflects visible light.
  • a visible light source 20 is disposed via a half mirror 21 at a position orthogonal to the optical axis of the measurement light L1, and the visible light La from the visible light source 20 enters the port 2 (P2) of the optical multiplexing / demultiplexing unit 50. Is done.
  • the measurement light L1 enters the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 from the OCT interferometer 30 via the port 1 (P1). Subsequently, the measurement light L1 travels straight through the dichroic mirror 51 and is emitted from the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 via the port 3 (P3) to which the probe 40 is connected. Further, visible light La enters the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 via the port 2 (P2). Subsequently, the visible light La is reflected by the dichroic mirror 51 and output via the port 3 (P3), and is guided to the probe 40 along the same optical axis as the measurement light L1. That is, in the optical multiplexing / demultiplexing unit 50, the measurement light L1 and the visible light La are multiplexed and guided to the probe 40.
  • the visible light La and the measurement light L1 are emitted from the emission end of the probe 40 and irradiated onto the measurement target T.
  • the return light L3 (Feedback Light) is incident on the probe 30 again, and the port 3 (P3 of the optical multiplexing / demultiplexing unit 50) ) Come back.
  • the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 reflects the visible light component of the return light L3 and reflects the reflected light (or rearward) of the measurement light L1, which is the infrared light component of the return light L3, to the port 2 (P2).
  • the scattered light L4 is guided to the port 1 (P1).
  • the probe 40 guides the incident visible light La and the measurement light L1 to the measurement target T via the optical rotary connector 41 and irradiates the measurement target T.
  • the probe 40 guides the return light L3 from the measurement target T when the measurement light T is irradiated with the visible light La and the measurement light L1.
  • the probe 40 When the depth direction of the measurement target T is Z, the longitudinal axis direction of the probe is X, and the direction perpendicular to the ZX plane is Y, the probe 40 is moved from the optical rotary connector unit 41 by a motor (not shown) in the optical scanning unit 42. The previous fiber portion is configured to rotate. Thereby, since the probe 40 can scan the visible light La and the measurement light L1 in a circumferential shape on the measurement target T, a two-dimensional tomographic image on the ZY plane can be measured.
  • the tip of the probe 40 is advanced and retracted in a direction X perpendicular to the plane formed by the scanning circle of the visible light La and the measuring light L1 by a motor (not shown) in the optical scanning unit 42, thereby XYZ 3 Dimensional tomographic images can be measured.
  • the probe 40 is detachably attached to the optical fiber FB by an optical connector (not shown).
  • a light transmission / reception unit 900 in which a high-speed scanning mirror M such as a lens L and a galvanometer mirror is arranged is provided on the fiber tip side.
  • Two-dimensional scanning may be performed by the high-speed scanning mirror M.
  • you may comprise a condensing part and a scanning part so that advancing and retreating scanning may be performed by a stage (not shown).
  • the measurement object may be scanned two-dimensionally with a stage.
  • these optical axis scanning mechanisms and measurement sample moving mechanisms may be combined.
  • the visible light component light emitted from the port 2 (P 2) of the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 is reflected by the half mirror 21 and guided to the visible light information detection unit 60.
  • the visible light information detection unit 60 the light of the visible light component is incident on three Si photodetectors 111r, 111g, and 111b having red, green, and blue filters 110r, 110g, and 110b attached to the front surface, respectively.
  • the visible light detector 112 detects the light of the visible light component incident on the Si photodetectors 111r, 111g, and 111b, so that each of red, green, and blue at that moment is detected. The light intensity is detected.
  • the reflected light (or backscattered light) L4 output from the port 1 (P1) of the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 is guided to the OCT interferometer 30 and further passed through the circulator 5b by the OCT interferometer 30. It is guided to the optical multiplexing / demultiplexing unit 4.
  • the reflected light (or backscattered light) L4 of the measurement light L1 and the return light L2a of the reference light L2 are combined and emitted to the interference information detecting unit 70 side.
  • the interference information detection unit 70 generates the interference light L5 between the reflected light (or backscattered light) L4 of the measurement light L1 combined by the optical multiplexing / demultiplexing unit 4 and the return light L2a of the reference light L2 at a predetermined sampling frequency. To detect.
  • the interference information detection unit 70 includes InGaAs photodetectors 71a and 71b that measure the light intensity of the interference light L5, and an interference light detection unit 72 that performs a balance detection of the detection value of the InGaAs photodetector 71a and the detection value of the InGaAs photodetector 71b. Yes.
  • the interference light L5 is divided into two by the optical multiplexing / demultiplexing unit 4, detected by the InGaAs photodetectors 71a and 71b, and output to the interference light detection unit 72.
  • the interference light detection unit 72 performs Fourier transform on the interference light L5 in synchronization with the sweep trigger signal S of the OCT light source 10, thereby the intensity of the reflected light (or backscattered light) L4 at each depth position of the measurement target T. Is detected.
  • the three-dimensional CG image generation unit 90 stores the intensity of the reflected light (or backscattered light) L4 at each depth position of the measurement target T detected by the interference light detection unit 72 in the first memory 91 as interference information. Further, the three-dimensional CG image generation unit 90 uses the red, green, and blue light intensity signals of the visible light components from the measurement target T detected by the visible light detection unit 112 as image information in the second memory 92. To store.
  • the three-dimensional CG image generation unit 90 includes a signal processing unit 93 and a control unit 94 in addition to the first memory 91 as the first storage unit and the second memory 92 as the second storage unit.
  • the signal processing unit 93 generates an optical three-dimensional structure image composed of the structure information of the measurement target T based on the interference information stored in the first memory 91 and measures based on the image information stored in the second memory 92. Render a visible light image on the surface of the object T. A detailed configuration will be described later.
  • control unit 94 controls the signal processing unit 93, performs light emission control of the OCT light source 10 and the visible light source 20, and controls the mirror moving unit 85.
  • the signal processing unit 93 includes a three-dimensionalization unit 120, a surface position calculation unit 121, a visible light image generation unit 122, and a rendering unit 123.
  • the three-dimensionalization unit 120 constructs an optical three-dimensional structure image including the optical structure information of the measurement target T based on the interference information stored in the first memory 92.
  • the surface position calculation unit 121 calculates the surface position of the measurement target T, which is position information on the surface of the optical three-dimensional structure image constructed by the three-dimensionalization unit 110.
  • the visible light image generation unit 122 (image information generation unit) generates a visible light image of the measurement target T based on the image information stored in the second memory 92.
  • the rendering unit 123 applies the light three-dimensional structure image to the surface of the light three-dimensional structure image based on the light three-dimensional structure image from the three-dimensionalization unit 120, the surface position information from the surface position calculation unit 121, and the color image from the visible light image generation unit 122.
  • a three-dimensional CG image that is an optical structure image obtained by rendering a visible light image is generated. These units are controlled by the control unit 94, and the three-dimensional CG image generated by the rendering unit 123 is output to the monitor 100.
  • the optical structure information is the structure information in the depth direction of the measurement target T based on the interference information
  • the optical three-dimensional structure image is a light three-dimensional structure model generated using the optical structure information of the measurement target T.
  • the structure image is a three-dimensional CG image obtained by rendering a visible light image on the surface of the light three-dimensional structure image.
  • the light structure image generation unit mainly includes a surface position calculation unit 121, a visible light image generation unit 122 (image information generation), and a rendering unit 123.
  • the surface position calculation unit 121 calculates the surface position of the measurement target T from, for example, a change in OCT signal intensity that moves from space to the object.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the three-dimensional CG image generation process of the optical three-dimensional structure imaging apparatus of FIG.
  • control unit 94 controls the OCT light source 10 and the visible light source 20 to start light emission from infrared light and visible light (step S1).
  • the OCT light source 10 emits laser light L in the infrared region while sweeping the frequency at a constant period in synchronization with the sweep trigger signal S.
  • control unit 94 stores the intensity of the reflected light (or backscattered light) L4 at each depth direction Z position of the measurement target T detected by the interference light detection unit 72 in the first memory 91 as interference information. . Further, the control unit 94 stores the light intensity signals of red, green, and blue light of the visible light component from the measurement target T detected by the visible light detection unit 112 in the second memory 92 as image information. (Step S2).
  • control unit 94 controls the light scanning unit 42 to scan the visible light La and the measurement light L1 on the measurement target T in the Y direction (step S3), and performs step S2 to step until the Y direction scanning is completed.
  • step S3 is repeated (step S4).
  • control unit 94 controls the optical scanning unit 42 to scan the visible light La and the measuring light L1 on the measurement target T in the X direction (step S5), and the X-direction scanning is completed. Steps S2 to S5 are repeated until (Step S6).
  • control unit 94 controls the three-dimensional unit 120 to construct an optical three-dimensional structure image of the measurement target T based on the interference information stored in the first memory 91 (step S7). .
  • control unit 94 controls the surface position calculation unit 121 to calculate the position information of the surface of the optical three-dimensional structure image constructed by the three-dimensionalization unit 110 (step S8).
  • control unit 94 controls the visible light image generation unit 122 to generate a visible light image of the measurement target T based on the image information stored in the second memory 92 (step S9).
  • control unit 94 controls the rendering unit 123 to display the three-dimensional three-dimensional structure image from the three-dimensionalization unit 120, the surface position information from the surface position calculation unit 121, and the visible light image generation unit 122.
  • a three-dimensional CG image is generated by rendering the visible light image on the surface of the light three-dimensional structure image (step S10), and the three-dimensional CG image is displayed on the monitor 100 (step S11). finish.
  • visible light image information which is image information acquired at the same timing synchronized with the sweep trigger signal S of the OCT light source 10, is rendered at the surface position of the optical three-dimensional structure image.
  • visible light surface information can be given to the surface of the optical three-dimensional structure image.
  • a normal visible light image 200 is displayed in full color from the upper surface, and a three-dimensional CG which is an optical structure image in which an optical three-dimensional structure image 201 obtained by OCT is displayed thereunder.
  • the image 203 is completed. Since the visible light image 200 is pasted as a surface image based on the OCT information, the three-dimensional CG image 203 displayed on the monitor 100 is an image having a three-dimensional surface image.
  • the optical three-dimensional structure imaging apparatus 1 of the present embodiment is used with, for example, a normal electronic endoscope apparatus that uses visible light as illumination light
  • the probe 40 is inserted through a treatment instrument channel or the like of the electronic endoscope. It will be.
  • the electronic endoscope images the affected part in the body cavity as the measurement target T, an endoscope image 300 as shown in FIG. 6 is displayed on a monitor or the like.
  • the affected area 301 when the affected area 301 is visible from the endoscopic image 300, OCT measurement is performed on the affected area 301 with the probe 40, and an optical stereoscopic structure image of the affected area 301 is obtained.
  • the affected area 301 is smaller than the field of view of the endoscopic image, it is determined whether or not the affected area 301 is included in the area where the user has performed the OCT measurement from the optical stereoscopic structure image. It is difficult.
  • the user can view the visible light surface information (hue, contrast, luminance, etc.) of the affected area 301 (see FIG. 5) on the visualized image 200 on the surface of the three-dimensional CG image 203 and the endoscopic image.
  • the visible light image information (hue, contrast, brightness, etc.) of the affected area 301 can be observed correspondingly, it is easily determined whether the affected area 301 has been reliably subjected to OCT measurement. be able to.
  • the image quality differs greatly only with the conventional OCT image, it is difficult to align with the normal endoscope image.
  • the visible light surface information is attached to the optical three-dimensional structure image, the user can easily specify the position in the endoscopic image with a wide field of view by pattern matching. Become.
  • this three-dimensional CG image it is possible to extract a lesion part by using a feature of a lesion that can be visually recognized with a normal endoscopic image and a feature of an optical three-dimensional structure image. Become. Therefore, the user can determine the boundary of the lesioned part with higher accuracy.
  • the visible light information detection unit 60 generates the sweep trigger signal S of the OCT light source 10 by three Si photodetectors 111r, 111g, and 111b having red, green, and blue filters 110r, 110g, and 110b attached to the front surface, respectively. It has been described that the visible light detection unit 112 detects the red, green, and blue light intensities at that moment as image information in synchronization with visible light component light. However, the present invention is not limited to this, and the visible light information detection unit 60 may be configured as described in (1-1) to (1-4) below.
  • the two dichroic mirrors 400 and 401 divide the visible light component into red, green and blue.
  • the visible light detection unit 112 detects each of red, green, and blue light incident on the three Si photodetectors 111 r, 111 g, and 111 b without a filter in synchronization with the sweep trigger signal S of the OCT light source 10. As a result, the red, green, and blue light intensities at that moment are detected as image information.
  • the diffraction grating 410 separates the light of the visible light component into red, green, and blue.
  • the visible light detection unit 112 detects each of red, green, and blue light incident on the three Si photodetectors 111 r, 111 g, and 111 b without a filter in synchronization with the sweep trigger signal S of the OCT light source 10. As a result, the red, green, and blue light intensities at that moment are detected as image information.
  • the light of the visible light component is red, green, and blue using an all-fiber optical system 420 such as a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler or an AWG (Arrayed Waveguide Grating).
  • an all-fiber optical system 420 such as a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler or an AWG (Arrayed Waveguide Grating).
  • the visible light detection unit 112 detects each of red, green, and blue light incident on the three Si photodetectors 111 r, 111 g, and 111 b without a filter in synchronization with the sweep trigger signal S of the OCT light source 10. Thereby, the red, green, and blue light intensities at that moment are detected as image information.
  • the color of the illumination light from the visible light source 20 may be irradiated in a time division manner. That is, the visible light source 20 is configured by using red, green, and blue lasers as illumination light, and the red, green, and blue lasers are respectively pulsed from the visible light source 20 so that the emission time zones do not overlap. Irradiate.
  • the visible light information detector 60 receives the irradiated red, green, and blue laser beams with one Si photodetector 111.
  • the laser light emission timing of the visible light source 20 and the detection timing of the visible light information detector 60 are synchronized with the sweep trigger signal S, and are input to the computer as information on the color of light emitted according to the time zone to generate a full color image.
  • a white light source through a color filter may be used and the color filter may be switched over time.
  • FIG. 11 is a diagram showing a first modification of the optical transmission / reception unit in FIG. 2
  • FIG. 12 is a diagram showing a second modification of the optical transmission / reception unit in FIG. 2
  • FIG. 13 is a third modification of the optical transmission / reception unit in FIG. FIG.
  • an irradiation optical system 910 for irradiating the measurement light L1 is configured in the light transmitting / receiving unit 900 in which the high-speed scanning mirror M shown in FIG.
  • the condensing optical system 920 that condenses the reflected light may be separated.
  • the irradiation optical system 910 may irradiate the measurement light L1 over a wide area so as to cover the entire scanning area of the condensing optical system 920.
  • the irradiation optical system 910 may scan using a high-speed scanning mirror M1 that is another scanning mechanism synchronized with the high-speed scanning mirror M that is a condensing scanning mechanism. Further, although not shown, the irradiation optical system 910 may be configured to use a high-speed scanning mirror M that is a condensing scanning mechanism.
  • a corner reflector 950 is provided instead of the reflecting mirror 83 (see FIG. 1), so that the reference path incident part is also provided in the optical path length adjusting unit 80. It is possible to separate the 951 and the emission unit 952, and the circulators 5 a and 5 b can be eliminated from the OCT interferometer 30. As a result, it is possible to avoid circulator-specific problems such as wavelength band limitations and light loss.
  • the measurement light L1 is transmitted and the visible light component is reflected between the high-speed scanning mirror M and the lens L.
  • the dichroic mirror 970 and the lens 971 may be provided so that the visible light component light from the measurement target T is guided to the visible light information detection unit 60 via the half mirror 21.
  • the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 can be omitted as a configuration, and the dichroic mirror 970 and the lens 971 can be used as a demultiplexing unit.
  • the SS-OCT measurement is described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to TD-OCT measurement and SD-OCT measurement.
  • the trigger signal corresponding to the sweep trigger signal S is the period of the optical path length delay circuit in the case of TD-OCT measurement, and the signal acquisition period of the detector array for OCT in the case of SD-OCT measurement.
  • the optical multiplexing / demultiplexing unit 50 multiplexes / demultiplexes the measurement light L1 and the visible light La using the dichroic mirror 51, but is not limited thereto, and instead of the dichroic mirror 51, the following (2-1) to (2-3) ).
  • any wavelength range is not limited to red, green, and blue.
  • NBI Near Band Imaging
  • FICE Fluorescent Spectral Imaging Color Enhancement
  • NBI Narrow Band Imaging
  • FICE Fluorescent Spectral Imaging Color Enhancement
  • the number of detectors is not limited to three, and a detector corresponding to special light observation such as NBI or fluorescent endoscope may be arranged in addition to the same red, green, and blue as the normal endoscope.
  • the illumination light is not limited to white light.
  • a fluorescence endoscope that makes it easy to visually recognize a lesion by irradiating a blue laser to receive autofluorescence of cells.
  • a display similar to the fluorescence endoscope and OCT can be combined, and more cancer can be displayed. The visibility of the area can be improved.
  • a cancer that is selectively accumulated in cancer, injected with a drug that emits specific fluorescence, combined with a detector that selectively receives the fluorescence wavelength, using the excitation light as illumination light can be more visible in the cancer area. Can raise the sex.
  • illumination light and observation light are not necessarily in the visible range.
  • a known fluorescent material called indocyanine green has an absorption wavelength in the invisible region of 800 nm to 810 nm, and emits fluorescence with a wavelength of 830 nm in the invisible region when excited with a laser beam of 806 nm. Therefore, by using a filter that removes the light near 806 nm and extracts the light near 830 nm as the illumination light for the 806 nm laser and the detector, the region on the XY plane where the indocyanine green is accumulated is shown as an optical three-dimensional structure image. Can be specified.
  • the effect of synthesizing the surface image is not limited to a three-dimensional optical three-dimensional structure image, but is also effective when synthesized with a two-dimensional OCT tomographic image.
  • an agent that selectively accumulates in cancer and injects a specific fluorescence is injected, the excitation light is used as illumination light, and a detector that selectively receives the fluorescence wavelength is combined.
  • the area A when the fluorescence intensity above a certain threshold is observed, and in the other areas, the fluorescence intensity below the threshold is observed, the area A has a red background color on the OCT tomographic image, and the background color otherwise.
  • the illumination light also has an effect as aiming light (marking light that clearly indicates the measurement position).
  • aiming light marking light that clearly indicates the measurement position.
  • ambient illumination light such as illumination light of an endoscope
  • optical three-dimensional structure imaging device as the optical three-dimensional structure image device of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the above examples, and various types can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, improvements and modifications may be made.
  • SYMBOLS 10 OCT light source, 20 ... Visible light source, 30 ... OCT interferometer, 40 ... Probe, 50 ... Optical multiplexing / demultiplexing unit, 60 ... Visible light information detection unit, 70 ... Interference information detection unit, 90 ... Tomographic image generation unit, 91 ... first memory, 92 ... second memory, 93 ... signal processing unit, 94 ... control unit, 100 ... monitor, 120 ... three-dimensionalization unit, 121 ... surface position calculation unit, 122 ... visible light image generation unit, 123 ... Rendering part

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Abstract

　光源（１０）からの測定光（Ｌ１）が照射され、戻り光（Ｌ３）が測定対象（Ｔ）から戻る。光合分波部（５０）は、戻り光（Ｌ３）を前記第1の波長帯域の光と前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とに分波する。戻り光（Ｌ３）と参照光との干渉情報に基づいて、測定対象（Ｔ）上の任意の点における深さ方向の構造を示す光構造情報が生成され、その干渉情報に基づいて測定対象Ｔの光立体構造像が生成される。さらに、第２の波長帯域の光を受光し、その受光信号に基づいて測定対象（Ｔ）の表面の画像が生成される。

Description

光立体構造像装置及びその光信号処理方法
　本発明は光立体構造像装置及びその光信号処理方法に係り、特に光立体構造像の生成に特徴のある光立体構造像装置及びその光信号処理方法に関する。
　従来、生体組織の光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取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置は、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである（特許文献１）。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。
　上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ－ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ－ＯＣＴ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測の２種類がある。ＴＤ－ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
　一方、ＦＤ－ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ－ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、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計測を行う装置構成で代表的な物としては、ＳＤ－ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ－ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。ＳＤ－ＯＣＴ装置は、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｏｄｅ）やＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源、白色光といった広帯域の低コヒーレント光を光源に用い、マイケルソン型干渉計等を用いて、広帯域の低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光をスペクトロメータを用いて各周波数成分に分解し、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて各周波数成分毎の干渉光強度を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより、光断層画像を構成するようにしたものである。
　一方、ＳＳ－ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザを光源に用い、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、光周波数の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより光断層画像を構成するようにしたものである。
　ところで、ＯＣＴ計測は上述したように特定の領域の光断層像を取得する方法であるが、内視鏡下では、例えば癌病変部を通常照明光内視鏡や特殊光内視鏡の観察により発見し、その領域をＯＣＴ測定することで、癌病変部がどこまで浸潤しているかを見わけることが可能となる。また、測定光の光軸を２次元的に走査することで、ＯＣＴ計測による深さ情報と合わせて３次元的な情報を取得することができる。
　ＯＣＴ計測と３次元コンピュータグラフィック（ＣＧ）技術の融合により、マイクロメートルオーダの分解能を持つ測定対象の構造情報からなる３次元構造モデルを表示することが可能となる事から、以下ではこのＯＣＴ計測による３次元構造モデルを光立体構造像と呼ぶ。
　光立体構造像は通常、生体組織による吸収が少ない赤外光により取得するため、通常照明光内視鏡で得られるようなカラー画像とは異なる。通常照明光内視鏡による測定対象である生体組織の表面のカラー画像からは、その色の変化から表層近くの血管や炎症の分布、正常と病変の色味の違いといった情報が得られるが、ＯＣＴ計測で得られる画像にはそのような情報はない。また、通常照明光内視鏡で観察した際に見たいと思った場所に、ＯＣＴ計測の測定光の光軸を正確に当てることは困難である。
　そこで、通常照明光内視鏡画像と同様な生体組織の表面からのフルカラー画像と、ＯＣＴ測定による３次元画像を正確に対比させて見ることが望まれる。光立体構造像を目的としたものではないが、通常照明光内視鏡画像とＯＣＴ画像を同時に観察する従来技術としては、通常照明光内視鏡とＯＣＴ測定を一体化させて組み合わせた内視鏡（特許文献２）、ダイクロイックミラーを用いてＣＣＤカメラの光軸とOCT測定の測定光の光軸を同軸に配置するプローブ（特許文献３）、ファイババンドルとＯＣＴ計測を組み合わせた内視鏡（特許文献４）等が開示されている。
特開２００８－１２８７０８号公報 特開２００１－７０２２８号公報 特開２００４－３４４２６０号公報 特開２００１－７４９４６号公報
　しかしながら、例えば特許文献２に開示されている内視鏡は、通常照明光内視鏡とＯＣＴ測定の視点角度が異なるため、両者の画像を一致させることが難しいといった問題がある。
　また、例えば特許文献３に開示されているプローブは、ＣＣＤカメラとＯＣＴ計測の視点向きが一致しており、両者の画像を合成するには都合がよいが、ＣＣＤカメラをプローブ先端部に組み込む必要があり、プローブが大型化する欠点がある。また、プローブを細径化するためには、ＣＣＤの画素数が少ないものに限定され、通常照明光画像が粗くなるという欠点がある。
　さらに、例えば特許文献４に開示されている内視鏡では、ファイババンドルを用いればＣＣＤカメラを本体基端側に配置できプローブの細径化を図ることができるという利点があるが、バンドル化できるファイバ本数は少なく、解像度が著しく劣るという欠点がある。また、逆に解像度を上げようと、ファイバ本数を増やすと、プローブが相対的に太くなる欠点がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得し、かつ該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることのできる光立体構造像装置及びその光信号処理方法を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、第１の態様に係る光立体構造像装置は、第１の波長帯域の光を発する第１波長域光源と、前記第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する光分離部と、測定対象に前記測定光を照射する照射部と、前記測定対象上の点からの戻り光を集光する集光部と、前記測定対象上に前記照射された測定光を走査させる走査部と、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出部と、前記測定対象からの前記戻り光から前記第1の波長帯域の光と前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とを分波する分波部と、前記第２の波長帯域の光を受光し受光信号を取得する受光部と、を備える。
　第１の態様に係る光立体構造像装置では、前記干渉情報検出部が前記測定対象上の前記点からの光と前記参照光との干渉情報を検出し、前記分波部が前記測定対象からの戻り光から前記第１の波長帯域の光と前記第1の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とを分波し、前記受光部が前記第２の波長帯域の光を受光し受光信号を取得する。これにより、測定光を走査して測定対象に照射し、測定対象からの戻り光を受光する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得することを可能とする。さらに、該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることを可能とする。
　第２の態様によれば、第１の態様に係る光立体構造像装置において、前記干渉情報検出部が検出する前記干渉情報は前記測定対象の深さ方向の情報であり、前記走査部は前記深さ方向に対して略直交する面上を２次元走査する。
　第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様に係る光立体構造像装置において、前記第２の波長帯域は可視光域であり、前記受光部は前記可視光域のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分毎に受光する。
　第４の態様によれば、第１から３の態様のいずれか１つに係る光立体構造像装置において、前記第１の波長帯域は７００ｎｍから１６００ｎｍの間であり、前記第２の波長帯域が３５０ｎｍから１０００ｎｍの間であることが好ましい。
　第５の態様によれば、第４の態様に係る光立体構造像装置において、前記干渉情報検出部はＩｎＧａＡｓフォトディテクタを含み、前記受光部はＳｉフォトディテクタを含むことが好ましい。
　第６の態様によれば、第１ないし５の態様のいずれか１つに係る光立体構造像装置は、前記第２の波長帯域の光を発する第２波長域光源をさらに備え、前記分波部は前記測定光と前記第２の波長帯域の光とを合波して前記集光部に供給する合波機能を有し、前記走査部は合波された前記測定光及び前記第２の波長帯域の光を走査する。
　第７の態様によれば、第１の態様または第２の態様に係る光立体構造像装置は、自家蛍光あるいは薬剤蛍光を励起させるための励起光を発する励起光光源を更に備え、前記第２の波長帯域の光は前記測定対象からの自家蛍光あるいは薬剤蛍光であり、前記分波部は前記測定光と前記励起光とを合波して前記集光部に供給する合波機能を有し、前記走査部は合波された前記測定光及び前記励起光を走査する。
　第８の態様によれば、第１ないし７の態様のいずれか１つに係る光立体構造像装置は、前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと、前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる同期部をさらに備える。
　第９の態様によれば、第８の態様に係る光立体構造像装置は、前記参照光の前記所定光路長をトリガ信号に基づいて掃引して可変する光路長可変部をさらに備え、前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる。
　第１０の態様によれば、第８の態様に係る光立体構造像装置において、前記第１の波長帯域の光は広帯域の低コヒーレント光であり、前記干渉情報検出部は、前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光の前記参照光反射部からの反射光との干渉光の周波数成分毎の強度を検出するディテクタアレイを備え、前記ディテクタアレイは所定のトリガ信号に基づいて前記干渉情報を検出し、前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる。
　第１１の態様によれば、第８の態様に係る光立体構造像装置において、前記第１波長域光源は前記第１の波長帯域の光の周波数をトリガ信号に基づいて時間掃引するレーザであり、前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる。
　第１２の態様によれば、第８の態様に係る光立体構造像装置において、前記分波部はトリガ信号に基づいて前記測定光の前記測定対象からの反射光から前記第１の波長帯域の光と前記第２の波長帯域の光を分波するスイッチングデバイスであり、前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる。
　第１３の態様によれば、第１ないし１２の態様のいずれか１つに係る光立体構造像装置は、前記干渉情報検出部が検出した前記干渉情報を記憶する第１の記憶部と、前記受光部が取得した前記受光情報を記憶する第２の記憶部と、前記第１の記憶部に記憶されている前記干渉情報に基づき、前記測定対象上の任意の点における前記測定光の光路長に依存した光構造情報を生成する光構造情報生成部と、前記走査部の走査情報と前記光構造情報と前記第２の記憶部に記憶されている前記受光情報に基づき、光構造画像を生成する光構造画像生成部と、をさらに備える。
　第１３の態様に係る光立体構造像装置では、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの戻り光を受光する光学系を大型化することなく、測定対象の光立体構造像上において、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高位置精度かつ高解像度で取得できる。さらに、前記光構造画像生成部が光構造画像を生成するため、前記画像情報を前記光立体構造像上で可視化することができる。
　第１４の態様によれば、第１３の態様に係る光立体構造像装置において、前記構造情報は３次元構造情報であり、前記光構造画像生成部は、前記測定対象の表面位置を算出する表面位置算出部と、前記第２の記憶部に記憶されている前記受光情報に基づいて前記測定対象の画像情報を生成する画像情報生成部と、前記画像情報を前記表面位置に対応する前記３次元構造情報の位置にレンダリングするレンダリング部とを備える。
　第１５の態様によれば、第１４の態様に係る光立体構造像装置において、前記画像情報生成部は、前記受光部の受光情報のうちの複数の狭帯域光成分の受光情報に基づいて前記画像情報を生成する。
　第１６の態様によれば、第１５の態様に係る光立体構造像装置において、前記受光部は複数の狭帯域光を受光し、前記画像情報生成部は前記狭帯域光の受光情報に基づき前記画像情報を生成する。
　第１７の態様によれば、第１ないし５の態様のいずれか１つに係る光立体構造像装置は、前記第２の波長帯域の光を発光する第２波長域光源をさらに備え、前記第１波長域光源は前記第1の波長帯域の光をパルス発光し、前記第２波長域光源は、前記第１波長域光源の非発光時に前記第２の波長帯域の光を発光する。
　第１８の態様に係る光信号処理方法は、光立体構造像を生成する光信号処理方法であって、第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する分離ステップと、測定対象上に前記測定光を照射する照射ステップと、前記測定対象上の点からの戻り光を集光する戻り光集光ステップと、前記測定対象上に前記照射された測定光を走査させる走査ステップと、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出ステップと、前記戻り光から前記第１の波長帯域の光と前記第1の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とを分波する戻り光分波ステップと、前記第２の波長帯域の光を受光し受光信号を取得する受光ステップと、を備える。
　第１８の態様に係る光信号処理方法では、干渉情報検出ステップにて前記測定対象上の前記点からの戻り光と前記参照光との干渉情報を検出し、受光ステップにて前記第２の波長帯域の光を受光し受光信号を取得する。これにより、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得することを可能とする。さらに、該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることを可能とする。
　第１９の態様によれば、第１８の態様に係る光信号処理方法は、前記干渉情報検出ステップにて検出した前記干渉情報を記憶する第１の記憶ステップと、前記受光ステップにて取得した前記受光情報を記憶する第２の記憶ステップと、前記第１の記憶ステップにて記憶した前記干渉情報に基づき、前記測定対象上の前記点における前記測定光の光路長に依存した構造情報を生成する光構造情報生成ステップと、前記走査部の走査情報と前記光構造情報と前記第２の記憶部に記憶されている前記受光情報に基づき、光構造画像を生成する光構造画像生成ステップと、をさらに備える。
　第１９の態様に係る光信号処理方法では、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの戻り光を受光する光学系を大型化することなく、測定対象の光立体構造像上において、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高位置精度かつ高解像度で取得できる。さらに、前記光構造画像生成ステップにて光構造画像を生成するため、前記画像情報を前記光立体構造像上で可視化することを可能とする。
　第２０の態様によれば、第１９の態様に係る光信号処理方法において、前記構造情報は、３次元構造情報であり、前記光構造画像生成ステップは、前記測定対象の表面位置を算出する表面位置算出ステップと、前記第２の記憶ステップにて記憶した前記受光情報に基づき、前記測定対象の画像情報を生成する画像情報生成ステップと、前記画像情報を前記表面位置に対応する前記３次元構造情報の位置にレンダリングするレンダリングステップと、を含む。
　第２１の態様は、測定対象の立体構造を示す立体画像を生成する立体画像生成装置であって、第１の波長帯域の光を発する第１波長域光源と、前記第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する光分離部と、測定対象に前記測定光を照射する照射部と、前記測定対象上の点からの戻り光を集光する集光部と、前記測定対象上に前記照射された測定光を走査させる走査部と、前記戻り光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出部と、前記測定対象からの前記戻り光から前記第1の波長帯域の光と前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とを分波する分波部と、前記第２の波長帯域の光を受光し受光情報を取得する受光部と、前記干渉情報検出部が検出した前記干渉情報に基づいて、前記測定対象上の任意の点における深さ方向の構造を示す光構造情報を生成する光構造情報生成部と、前記光構造情報を用いて前記測定対象の立体構造を示す光立体構造像を生成する光立体構造像生成部と、前記受光情報に基づいて、前記測定対象の表面を示す画像である表面画像を生成する表面画像生成部と、前記光立体構造像上の前記表面に相当する位置に、前記表面画像を貼り付ける画像合成部と、を備える立体画像生成装置を提供する。
　以上説明したように、本発明の各態様によれば、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得することができる。さらに、該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることができる。
図１は第１の実施形態に係る光立体構造画像化装置の構成を示すブロック図である。 図２は図１の光立体構造画像化装置において走査手段の変形例を示す図である。 図３は図１の信号処理部の構成を示すブロック図である。 図４は図１の光立体構造画像化装置の３次元ＣＧ画像生成処理の流れを示すフローチャートである。 図５は図４の処理により生成される３次元ＣＧ画像を示す図である。 図６は図５の３次元ＣＧ画像と対比される内視鏡画像の一例を示す図である。 図７は図１の可視光情報検出部の第１の変形例を示す図である。 図８は図１の可視光情報検出部の第２の変形例を示す図である。 図９は図１の可視光情報検出部の第３の変形例を示す図である。 図１０は図１の可視光情報検出部の第４の変形例を示す図である。 図１１は図２の光送受部の第１の変形例を示す図である。 図１２は図２の光送受部の第２の変形例を示す図である。 図１３は図２の光送受部の第３の変形例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る光立体構造画像化装置の実施の形態について詳細に説明する。
　第１の実施形態：
　図１は第１の実施形態に係る光立体構造画像化装置の構成を示すブロック図である。光立体構造画像化装置１は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像を例えば波長１．３μｍを中心とするＳＳ－ＯＣＴ計測により取得する。図１に示すように、光立体構造画像化装置１は、第１波長帯域光源としてのＯＣＴ光源１０、第２波長帯域光源としての可視光光源２０、ＯＣＴ干渉計３０、プローブ４０、光合分波部５０、可視光情報検出部６０、３次元ＣＧ画像生成部９０及びモニタ１００を備える。
　ＯＣＴ干渉計３０は、干渉光に関する情報である干渉情報を検出する干渉情報検出部７０、光を分波する光分波部３、光を合波及び分波する光合分波部４、及び、サーキュレータ５ａ，５ｂを有する。光合分波部５０は、光を分波する分波機能と合波する合波機能とを有する。可視光情報検出部６０は、光を検出する受光機能を有する。３次元ＣＧ画像生成部９０は、光構造情報（後述）を生成する光構造情報生成機能と、光構造画像（後述）を生成する光構造画像生成機能とを有する。
　ＯＣＴ光源１０は周波数を一定の周期で掃引させながら赤外領域のレーザ光Ｌを射出する光源であり、可視光光源２０は白色光からなる可視光Ｌａを射出する光源である。なお、同期手段はＯＣＴ光源１０により構成され、赤外領域のレーザ光Ｌの周波数掃引のための掃引トリガ信号Ｓが同期手段の同期信号となっている。
　ＯＣＴ光源１０から射出されたレーザ光Ｌは、ＯＣＴ干渉計３０内の光分波部３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分波される。光分波部３は、例えば、分岐比９０：１０の光カプラから構成され、測定光：参照光＝９０：１０の割合で分波する。
　ＯＣＴ干渉計３０では、光分波部３により分波された参照光Ｌ２は、サーキュレータ５ａを介して参照光調整手段としての光路長調整部８０により光路長が調整されて反射される。
　この光路長調整部８０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り、コリメータレンズ８１、８２および反射ミラー８３を有している。そして、サーキュレータ５ａからの参照光Ｌ２はコリメータレンズ８１、８２を透過した後に反射ミラー８３により反射され、参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａは再びコリメータレンズ８１、８２を介してサーキュレータ５ａに入射される。
　ここで、反射ミラー８３は可動ステージ８４上に配置されており、可動ステージ８４はミラー移動部８５により矢印Ａ方向に移動可能に設けられている。そして可動ステージ８４が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するようになっている。そして、光路長調整部８０からの参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａは、サーキュレータ５ａを介して光合分波部４に導光される。
　一方、光分波部３により分波された測定光Ｌ１は、サーキュレータ５ｂを介して光合分波部５０のポート１（Ｐ１）に入射される。光合分波部５０のダイクロイックミラー５１は、赤外光を直進させ、可視光を反射する。測定光Ｌ１の光軸に直交した位置にハーフミラー２１を介して可視光光源２０が配置されており、可視光光源２０からの可視光Ｌａは光合分波部５０のポート２（Ｐ２）に入射される。
　詳細には、光合分波部５０に、ポート１（Ｐ１）を介してＯＣＴ干渉計３０から測定光Ｌ１が入射する。続いて、測定光Ｌ１はダイクロイックミラー５１を直進しプローブ４０が接続されるポート３（Ｐ３）を介して光合分波部５０から出射する。さらに、光合分波部５０にポート２（Ｐ２）を介して可視光Ｌａが入射する。続いて、可視光Ｌａはダイクロイックミラー５１を反射してポート３（Ｐ３）を介して出力され、測定光Ｌ１と同光軸でプローブ４０に導光される。すなわち、光合分波部５０において、測定光Ｌ１と可視光Ｌａが合波されてプローブ４０に導光される。
　プローブ４０の出射端から可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１が出射されて測定対象Ｔに照射され、その戻り光Ｌ３（Feedback Light）が再びプローブ３０に入射し、光合分波部５０のポート３（Ｐ３）に戻ってくる。光合分波部５０は、戻り光Ｌ３のうちの可視光成分の光は反射してポート２（Ｐ２）に、戻り光Ｌ３のうちの赤外光成分である測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４はポート１（Ｐ１）に、それぞれ導光する。
　プローブ４０は、入射された可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１を、光学ロータリコネクタ部４１を介して測定対象Ｔまで導光し、測定対象Ｔに照射する。また、プローブ４０は、可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１が測定対象Ｔに照射されたときの測定対象Ｔからの戻り光Ｌ３を導光する。
　測定対象Ｔの深さ方向をＺ、プローブの長手軸方向をＸ、ＺＸ面に直角な方向をＹとすると、プローブ４０は、光走査部４２内の図示しないモータにより、光学ロータリコネクタ部４１から先のファイバ部が回転するように構成されている。これにより、プローブ４０は、測定対象Ｔ上において円周状に可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１を走査することができるため、ＺＹ平面の２次元断層画像が計測可能となっている。さらに、光走査部４２内の図示しないモータにより、プローブ４０の先端が、可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１の走査円が形成する平面に対して垂直な方向Ｘに進退走査することにより、ＸＹＺの３次元断層画像の計測が可能となっている。また、プローブ４０は、図示しない光コネクタにより光ファイバＦＢに対して着脱可能に取り付けられている。
　勿論、プローブ先端形状や走査方向はこれに限る物ではなく、例えば、ファイバ先端側に図２に示すように、レンズＬ及びガルバノミラー等の高速走査ミラーＭを配置した光送受部９００を設け、高速走査ミラーＭにより２次元走査を行ってもよい。あるいは、ステージ（図示せず）によって進退走査するように集光部及び走査部を構成してもよい。あるいは、測定対象をステージによって２次元的に走査してもよい。あるいは、これら光軸走査機構、および測定試料移動機構を組み合わせて構成してもよい。
　図１に戻り、光合分波部５０のポート２（Ｐ２）から出た可視光成分の光は、ハーフミラー２１を反射して可視光情報検出部６０に導光される。可視光情報検出部６０では、可視光成分の光は、それぞれ赤、緑、青のフィルタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂを前面に貼り付けられた３つのＳｉフォトディテクタ１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに入射する。ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して、可視光検出部１１２がＳｉフォトディテクタ１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに入射した可視光成分の光を検出することにより、その瞬間の赤、緑、青の各光強度が検出される。
　一方、光合分波部５０のポート１（Ｐ１）から出力された反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４は、ＯＣＴ干渉計３０に導光され、さらに、ＯＣＴ干渉計３０にてサーキュレータ５ｂを介して光合分波部４に導光される。そして、この光合分波部４において測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４と参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａとを合波し干渉情報検出部７０側に射出するようになっている。
　干渉情報検出部７０は、光合分波部４により合波された測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４と参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａとの干渉光Ｌ５を、所定のサンプリング周波数で検出する。干渉情報検出部７０は、干渉光Ｌ５の光強度を測定するＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ａおよび７１ｂと、ＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ａの検出値とＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ｂの検出値のバランス検波を行なう干渉光検出部７２とを備えている。なお、干渉光Ｌ５は、光合分波部４において２分され、ＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ａおよび７１ｂにおいて検出され、干渉光検出部７２に出力される。干渉光検出部７２は、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して、干渉光Ｌ５をフーリエ変換することにより、測定対象Ｔの各深さ位置における反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４の強度を検出する。
　３次元ＣＧ画像生成部９０は、干渉光検出部７２により検出された測定対象Ｔの各深さ位置における反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４の強度を干渉情報として第１メモリ９１に格納する。また、３次元ＣＧ画像生成部９０は、可視光検出部１１２にて検出された測定対象Ｔからの可視光成分の光の赤、緑、青の各光強度信号を画像情報として第２メモリ９２に格納する。
　３次元ＣＧ画像生成部９０は、第１の記憶部としての前記第１メモリ９１及び第２の記憶部としての第２メモリ９２のほかに、信号処理部９３、制御部９４を備える。
　信号処理部９３は、第１メモリ９１に格納された干渉情報に基づいて測定対象Ｔの構造情報からなる光立体構造像を生成すると共に、第２メモリ９２に格納された画像情報に基づいて測定対象Ｔの表面に可視光画像をレンダリングする。詳細な構成は後述する。
　また、制御部９４は、信号処理部９３を制御すると共に、ＯＣＴ光源１０及び可視光光源２０の発光制御を行うと共に、ミラー移動部８５を制御する。
　信号処理部９３は、図３に示すように、３次元化部１２０と、表面位置算出部１２１と、可視光画像生成部１２２と、レンダリング部１２３とを備える。
　３次元化部１２０（光構造情報生成部）は、第１メモリ９２に格納された干渉情報に基づいて測定対象Ｔの光構造情報からなる光立体構造像を構築する。表面位置算出部１２１は、３次元化部１１０により構築された光立体構造像の表面の位置情報である測定対象Ｔの表面位置を算出する。可視光画像生成部１２２（画像情報生成部）は、第２メモリ９２に格納された画像情報に基づいて、測定対象Ｔの可視光画像を生成する。レンダリング部１２３は、３次元化部１２０からの光立体構造像、表面位置算出部１２１からの表面の位置情報及び可視光画像生成部１２２からのカラー画像に基づいて、光立体構造像の表面に可視光画像をレンダリングした光構造画像である３次元ＣＧ画像を生成する。これら各部は制御部９４によって制御され、レンダリング部１２３が生成した３次元ＣＧ画像はモニタ１００に出力される。
　なお、光構造情報は干渉情報に基づいた測定対象Ｔの深さ方向の構造情報であり、光立体構造像は測定対象Ｔの光構造情報を用いて生成された光立体構造モデルであり、光構造画像は光立体構造像の表面に可視光画像をレンダリングした３次元ＣＧ画像である。
　光構造画像生成部は、主として表面位置算出部１２１と、可視光画像生成部１２２（画像情報生成）と、レンダリング部１２３により構成される。
　なお、表面位置算出部１２１は、例えば空間から対象物に移るＯＣＴ信号強度の変化から、測定対象Ｔの表面位置を算出する。
　次に、このように構成された本実施形態の光立体構造画像化装置１の作用を図４のフローチャートを用いて説明する。図４は図１の光立体構造画像化装置の３次元ＣＧ画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
　図４に示すように、制御部９４は、ＯＣＴ光源１０及び可視光光源２０を制御し、赤外光及び可視光からの発光を開始する（ステップＳ１）。この赤外光の発光制御では、ＯＣＴ光源１０は掃引トリガ信号Ｓに同期して周波数を一定の周期で掃引させながら赤外領域のレーザ光Ｌを射出する。
　次に、制御部９４は、干渉光検出部７２により検出された測定対象Ｔの各深さ方向Ｚ位置における反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４の強度を干渉情報として第１メモリ９１に格納する。さらに、制御部９４は、可視光検出部１１２にて検出された測定対象Ｔからの可視光成分の光の赤、緑、青のそれぞれの光強度信号を画像情報として第２メモリ９２に格納する（ステップＳ２）。
　続いて、制御部９４は、光走査部４２を制御して測定対象Ｔ上において可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１をＹ方向走査し（ステップＳ３）、このＹ方向走査が終了するまでステップＳ２～ステップＳ３の処理を繰り返す（ステップＳ４）。
　このＹ方向走査が終了すると、制御部９４は、光走査部４２を制御して測定対象Ｔ上において可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１をＸ方向走査し（ステップＳ５）、このＸ方向走査が終了するまでステップＳ２～ステップＳ５の処理を繰り返す（ステップＳ６）。
　このＸ方向走査が終了すると、制御部９４は、３次元化部１２０を制御して第１メモリ９１に格納された干渉情報に基づいて測定対象Ｔの光立体構造像を構築する（ステップＳ７）。
　また、制御部９４は、表面位置算出部１２１を制御して３次元化部１１０により構築された光立体構造像の表面の位置情報を算出する（ステップＳ８）。
　さらに、制御部９４は、可視光画像生成部１２２を制御して第２メモリ９２に格納された画像情報に基づいて測定対象Ｔの可視光画像を生成する（ステップＳ９）。
　そして、制御部９４は、レンダリング部１２３を制御して、３次元化部１２０からの３光立体構造像、表面位置算出部１２１からの表面の位置情報、及び可視光画像生成部１２２からの可視光画像に基づいて、光立体構造像の表面に可視光画像をレンダリングした３次元ＣＧ画像を生成し（ステップＳ１０）、モニタ１００にその３次元ＣＧ画像を表示して（ステップＳ１１）、処理を終了する。
　このように本実施形態では、光立体構造像の表面位置に、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期した同じタイミングで取得した画像情報である可視光画像情報をレンダリングする。これにより、光立体構造像の表面に可視光表面情報を与えることが可能となる。その結果、図５に示すように、上面からは通常の可視光画像２００がフルカラーで表示され、その下にＯＣＴで得られた光立体構造像２０１が表示された光構造画像である３次元ＣＧ画像２０３が完成する。ＯＣＴ情報を元に表面画像として可視光画像２００を貼り付けているため、モニタ１００に表示される３次元ＣＧ画像２０３は立体感のある表面画像を有する画像になる。
　特に、本実施形態の光立体構造画像化装置１を、例えば可視光を照明光とする通常の電子内視鏡装置と共に使用する場合、プローブ４０を電子内視鏡の処置具チャンネル等に挿通させることになる。電子内視鏡が測定対象Ｔとして体腔内の患部を撮像した場合、図６に示すような内視鏡画像３００がモニタ等に表示される。
　このとき、例えば内視鏡画像３００上から患部領域３０１が視認できた場合、この患部領域３０１に対してプローブ４０によりＯＣＴ測定を行い、患部領域３０１の光立体構造像を得ることになる。従来技術では、内視鏡画像の視野の広さに比べて患部領域３０１が小さいために、光立体構造像からユーザがＯＣＴ測定を行った領域に患部領域３０１含まれているかどうかを判断することは困難である。しかし、本実施形態では、ユーザは、３次元ＣＧ画像２０３の表面の可視化画像２００上の患部領域３０１（図５参照）の可視光表面情報（色相、コントラスト、輝度等）と内視鏡画像上での患部領域３０１（図６参照）の可視光画像情報（色相、コントラスト、輝度等）を対応させて観察することができるので、患部領域３０１が確実にＯＣＴ測定されたかどうかを容易に判断することができる。
　また、従来のＯＣＴ画像だけでは、画質が大きく異なるために通常内視鏡の画像との位置あわせが困難だった。しかし、本実施形態では、可視光表面情報が光立体構造像に添付されているため、ユーザが、パターンマッチングで視野の広い内視鏡画像中の位置の特定を容易に行うことができるようになる。
　さらに、この３次元ＣＧ画像では、通常内視鏡画像で視認できる病変の特徴と、光立体構造像の特徴を複合的に利用して病変部を抽出することが可能であるため、分解能が高くなる。よって、ユーザは、病変部の境界をより高精度に見極めることができる。
　なお、可視光情報検出部６０は、それぞれ赤、緑、青のフィルタ１１０ｒ，１１０ｇ，１１０ｂを前面に貼り付けられた３つのＳｉフォトディテクタ１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂにより、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して可視光成分の光に対して可視光検出部１１２にてその瞬間の赤、緑、青の各光強度を画像情報として検出するとして説明した。しかし、これに限らず、可視光情報検出部６０を以下の（１－１）から（１－４）のように構成してよい。
　（１－１）図７に示すように、２つのダイクロイックミラー４００，４０１により可視光成分の光を赤、緑、青に分ける。続いて、フィルタのない３つのＳｉフォトディテクタ１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに入射する赤、緑、青の光のそれぞれを、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して可視光検出部１１２が検出する。これにより、その瞬間の赤、緑、青の各光強度が画像情報として検出される。
　（１－２）また、図８に示すように、回折格子４１０にて可視光成分の光を赤、緑、青を分ける。続いて、フィルタのない３つのＳｉフォトディテクタ１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに入射する赤、緑、青の光のそれぞれを、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して可視光検出部１１２が検出する。これにより、その瞬間の赤、緑、青の各光強度が画像情報として検出される。
　（１－３）さらに、図９に示すように、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カップラやＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ）のような全ファイバ光学系４２０を用いて可視光成分の光を赤、緑、青を分ける。続いて、フィルタのない３つのＳｉフォトディテクタ１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに入射する赤、緑、青の光のそれぞれを、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して可視光検出部１１２が検出する。これにより、その瞬間の赤、緑、青の各光強度を画像情報として検出される。
　（１－４）また、図１０に示すように、可視光情報検出部６０のディテクタで色を分けるかわりに、可視光光源２０からの照明光の色を時間分割して照射してもよい。すなわち、照明光に赤、緑、青のレーザを用いて可視光光源２０を構成し、この可視光光源２０からそれぞれ赤、緑、青のレーザを発光時間帯が重ならないようにしてパルス的に照射する。そして、可視光情報検出部６０においてひとつのＳｉフォトディテクタ１１１で、照射された赤、緑、青のレーザを受光する。可視光光源２０のレーザの発光タイミングと可視光情報検出部６０の検出タイミングは掃引トリガ信号Ｓで同期させ、時間帯に応じて発光している色の情報としてコンピュータに入力し、フルカラー画像を生成する。なお、レーザの代わりに、色フィルタを通した白色光源を用い、色フィルタを時間的に切り替えてもよい。
　図１１は図２の光送受部の第１の変形例を示す図、図１２は図２の光送受部の第２の変形例を示す図、図１３は図２の光送受部の第３の変形例を示す図である。
　図２に示した高速走査ミラーＭを配置した光送受部９００に、図１１に示すように、測定光Ｌ１を照射する照射光学系９１０を構成し、測定光Ｌ１を照射する照射光学系９１０と、反射光を集光する集光光学系９２０とを分離してもよい。この場合、集光光学系９２０の走査領域を全面的にカバーするように、照射光学系９１０は広い領域に測定光Ｌ１を照射するようにしてもよい。
　なお、照射光学系９１０は、図１２に示すように、集光用の走査機構である高速走査ミラーＭと同期した別の走査機構である高速走査ミラーＭ１を利用して走査してもよい。また、照射光学系９１０は、図示はしないが、集光用の走査機構である高速走査ミラーＭを利用した構成としてもよい。
　さらに、図１１または図１２に示すように、光路長調整部８０においては、反射ミラー８３（図１参照）の代わりにコーナーリフレクタ９５０を設けることで、光路長調整部８０でも参照光の入射部９５１と出射部９５２を分離することができ、ＯＣＴ干渉計３０からサーキュレータ５ａ、５ｂをなくすことが可能となる。これにより、波長帯域の制限や光量損失といったサーキュレータ特有の弊害を回避することができる。
　また、図１３に示すように、図２に示した高速走査ミラーＭを配置した光送受部９００において、高速走査ミラーＭとレンズＬとの間に、測定光Ｌ１は透過し可視光成分は反射するダイクロイックミラー９７０及びレンズ９７１を設け、測定対象Ｔからの可視光成分の光を、ハーフミラー２１を介して可視光情報検出部６０に導光するように構成してもよい。この場合、光合分波部５０が構成として省略でき、ダイクロイックミラー９７０及びレンズ９７１を分波手段とすることができる。
　本実施形態ではＳＳ－ＯＣＴ計測を例に説明したがこれに限らず、ＴＤ－ＯＣＴ計測、ＳＤ－ＯＣＴ計測に対しても適用できる。掃引トリガ信号Ｓに対応するトリガ信号としては、ＴＤ－ＯＣＴ計測の場合は光路長遅延回路の周期となり、ＳＤ－ＯＣＴ計測の場合はＯＣＴ用ディテクタアレイの信号取得周期となる。
　光合分波部５０は、測定光Ｌ１と可視光Ｌａをダイクロイックミラー５１を用いて合分波するとしたがこれに限らず、ダイクロイックミラー５１の代わりに以下の（２－１）から（２－３）のように構成してもよい。
　（２－１）ＷＤＭカップラのような全ファイバ光学系を用いる。
　（２－２）スイッチングデバイスを用いる。ＳＳ－ＯＣＴの場合、波長掃引の合間に、非発光時間帯が存在する。そこで、波長掃引光源からの掃引トリガ信号Ｓと同期させ、ＯＣＴ測定光が発光している間はポート１（Ｐ１）とポート３（Ｐ３）を光学的に連結して測定光を出力し、非発光の時間帯はポート２（Ｐ２）とポート３（Ｐ３）を光学的に連結して照明光を出力する。ダイクロイックミラーの性能が悪いと照明光がＯＣＴ信号のノイズとなる場合がある。この場合には特に有効である。本手法は、（ＴＤ－ＯＣＴ、ＳＤ－ＯＣＴに対し）ＳＳ－ＯＣＴで特に効果を発揮する。
　（２－３）スイッチングデバイスの代わりに、照明光をパルス発光させる。波長掃引光源からの掃引トリガ信号Ｄと同期させ、ＯＣＴ測定光が発光している間は照明光をＯＦＦ、非発光の時間帯は照明光をＯＮとする。照明光がＯＣＴ信号にノイズとなる場合に有効である。本手法は、ＳＳ－ＯＣＴで特に効果を発揮する。
　また、複数の色情報を取得するには、赤、緑、青に限らず、どの波長域でもよい。例えば、癌のスクリーニングに公知のＮＢＩ（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）と呼ばれる手法や公知のＦＩＣＥ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｃｏｌｏｒ　Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）と呼ばれる手法がある。これらは、青、緑の波長域を画像化することで、病変部の特徴を視認しやすくする手法である。このＮＢＩ／ＦＩＣＥ画像と重ねるには、ＮＢＩ／ＦＩＣＥで用いる緑、青のフィルタと同じ波長域の物を用いることが望ましい。これにより、光立体構造像上でもより病変部の抽出がしやすくなる。ディテクタの数は３つに限らず、通常内視鏡と同じ赤緑青の他に、ＮＢＩや蛍光内視鏡などの特殊光観察に対応したディテクタを配置してもよい。
　さらに、照明光は、白色光に限らない。例えば、青色レーザを照射して細胞の自家蛍光を受光することで病変部を視認しやすくする蛍光内視鏡がある。この蛍光内視鏡で用いられる青色励起光を照明光として用い、ディテクタに緑色の蛍光を透過するフィルタを用いることで、蛍光内視鏡と同様な画像とＯＣＴを組み合わせた表示ができ、より癌の領域の視認性を上げることができる。あるいは、癌に選択的に集積し、特定の蛍光を発する薬剤を注入し、その励起光を照明光として使い、その蛍光波長を選択的に受光するディテクタを組み合わせることでも、より癌の領域の視認性を上げることができる。
　また、照明光、および観察光は、可視域とは限らない。例えば、インドシアニングリーンという公知の蛍光材料は、不可視領域である８００ｎｍ～８１０ｎｍの領域に吸収波長があり、８０６ｎｍのレーザ光で励起されると不可視領域である波長８３０ｎｍの蛍光を発色する。従って、照明光には８０６ｎｍレーザ、ディテクタには８０６ｎｍ近傍の光を除去し８３０ｎｍ近傍の光を抽出するフィルタを用いることで、インドシアニングリーンが集積しているＸＹ平面上の領域を光立体構造像に明示することができる。また、インドシアニングリーンを静脈注射し、粘膜深部の血管を強調表示する公知の技術がある。ＯＣＴ断層像だけでは血管と他の腺管との区別が難しいが、ＸＹ平面上での血管位置が明瞭となることで、３次元的な血管網を描画することができる。
　表面画像を合成する効果は、３次元の光立体構造像だけに限らず、２次元ＯＣＴ断層像との合成でも効果がある。例えば、癌に選択的に集積し、特定の蛍光を発する薬剤を注入し、その励起光を照明光として使い、その蛍光波長を選択的に受光するディテクタを組み合わせる。ある領域Ａはある閾値以上の蛍光強度が観察され、それ以外の領域では閾値以下の蛍光強度が観察された場合、ＯＣＴ断層像上において、領域Ａは背景色を赤、それ以外は背景色を白として、その上にＯＣＴ情報を濃淡表示することで、病変部を強調して観察者に伝えることができる。
　なお、照明光は、エイミング光（測定位置を明示する目印光）としての効果もある。また、内視鏡の照明光など、周囲の照明光だけで充分な照度が得られる場合は、照明光はなくてもよい。
　以上、本発明の光立体構造像装置としての光立体構造画像化装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
１０…ＯＣＴ光源、２０…可視光光源、３０…ＯＣＴ干渉計、４０…プローブ、５０…光合分波部、６０…可視光情報検出部、７０…干渉情報検出部、９０…断層画像生成部、９１…第１メモリ、９２…第２メモリ、９３…信号処理部、９４…制御部、１００…モニタ、１２０…３次元化部、１２１…表面位置算出部、１２２…可視光画像生成部、１２３…レンダリング部

Claims (21)

  1. 　第１の波長帯域の光を発する第１波長域光源と、
    　前記第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する光分離部と、
    　測定対象に前記測定光を照射する照射部と、
    　前記測定対象上の点からの戻り光を集光する集光部と、
    　前記測定対象上に前記照射された測定光を走査させる走査部と、
    　前記戻り光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出部と、
    　前記測定対象からの前記戻り光から前記第１の波長帯域の光と前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とを分波する分波部と、
    　前記第２の波長帯域の光を受光し受光信号を取得する受光部と、
    　を備える光立体構造像装置。
  2. 　前記干渉情報検出部が検出する前記干渉情報は前記測定対象の深さ方向の情報であり、前記走査部は前記深さ方向に対して略直交する面上を２次元走査する請求項１に記載の光立体構造像装置。
  3. 　前記第２の波長帯域は可視光域であり、
    　前記受光部は前記可視光域のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分毎に受光する請求項１または２に記載の光立体構造像装置。
  4. 　前記第１の波長帯域は７００ｎｍから１６００ｎｍの間であり、
    　前記第２の波長帯域は３５０ｎｍから１０００ｎｍの間である請求項３に記載の光立体構造像装置。
  5. 　前記干渉情報検出部はＩｎＧａＡｓフォトディテクタを含み、
    　前記受光部はＳｉフォトディテクタを含む請求項４に記載の光立体構造像装置。
  6. 　前記第２の波長帯域の光を発する第２波長域光源をさらに備え、
    　前記分波部は前記測定光と前記第２の波長帯域の光とを合波して前記集光部に供給する合波機能を有し、
    　前記走査部は合波された前記測定光及び前記第２の波長帯域の光を走査する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
  7. 　　　自家蛍光あるいは薬剤蛍光を励起させるための励起光を発する励起光光源を更に備え、
    　　　前記第２の波長帯域の光は前記測定対象からの自家蛍光あるいは薬剤蛍光であり、
    　前記分波部は前記測定光と前記励起光とを合波して前記集光部に供給する合波機能を有し、
    　前記走査部は合波された前記測定光及び前記励起光を走査する請求項１または２に記載の光立体構造像装置。
  8. 　前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと、前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる同期部をさらに備える請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
  9. 　前記参照光の前記所定光路長をトリガ信号に基づいて掃引して可変する光路長可変部をさらに備え、
    　前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる請求項８に記載の光立体構造像装置。
  10. 　前記第１の波長帯域の光は広帯域の低コヒーレント光であり、
    　前記干渉情報検出部は、前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光の前記参照光反射部からの反射光との干渉光の周波数成分毎の強度を検出するディテクタアレイを備え、
    　前記ディテクタアレイは所定のトリガ信号に基づいて前記干渉情報を検出し、
    　前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる請求項８に記載の光立体構造像装置。
  11. 　前記第１波長域光源は前記第１の波長帯域の光の周波数をトリガ信号に基づいて時間掃引するレーザであり、
    　前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる請求項８に記載の光立体構造像装置。
  12. 　前記分波部は、トリガ信号に基づいて前記測定光の前記測定対象からの反射光から前記第1の波長帯域の光と前記第２の波長帯域の光を分波するスイッチングデバイスであり、
    　前記同期部は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出部での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光部での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる請求項８に記載の光立体構造像装置。
  13. 　前記干渉情報検出部が検出した前記干渉情報を記憶する第１の記憶部と、
    　前記受光部が取得した前記受光情報を記憶する第２の記憶部と、
    　前記第１の記憶部に記憶されている前記干渉情報に基づき、前記測定対象上の任意の点における前記測定光の光路長に依存した光構造情報を生成する光構造情報生成部と、
    　前記走査部の走査情報と前記光構造情報と前記第２の記憶部に記憶されている前記受光情報に基づき、光構造画像を生成する光構造画像生成部と、
    　をさらに備える請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
  14. 　前記構造情報は３次元構造情報であり、
    　前記光構造画像生成部は、
    　前記測定対象の表面位置を算出する表面位置算出部と、
    　前記第２の記憶部に記憶されている前記受光情報に基づき、前記測定対象の画像情報を生成する画像情報生成部と、
    　前記画像情報を前記表面位置に対応する前記３次元構造情報の位置にレンダリングするレンダリング部と、
    　を備える請求項１３に記載の光立体構造像装置。
  15. 　前記画像情報生成部は、前記受光部の受光情報のうちの複数の狭帯域光成分の受光情報に基づき前記画像情報を生成することを特徴とする請求項１４に記載の光立体構造像装置。
  16. 　前記受光部は複数の狭帯域光を受光し、
    　前記画像情報生成部は前記狭帯域光の受光情報に基づき前記画像情報を生成する請求項１４に記載の光立体構造像装置。
  17. 　前記第２の波長帯域の光を発光する第２波長域光源をさらに備え、
    　前記第１波長域光源は前記第1の波長帯域の光をパルス発光し、
    　前記第２波長域光源は、前記第１波長域光源の非発光時に前記第２の波長帯域の光を発光する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
  18. 　第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する分離ステップと、
    　測定対象上に前記測定光を照射する照射ステップと、
    　前記測定対象上の点からの戻り光を集光する戻り光集光ステップと、
    　前記測定対象上に前記照射された測定光を走査させる走査ステップと、
    　前記戻り光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出ステップと、
    　前記戻り光から前記第１の波長帯域の光と前記第1の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とを分波する戻り光分波ステップと、
    　前記第２の波長帯域の光を受光し受光信号を取得する受光ステップと、
    　を備える光立体構造像を生成する光信号処理方法。
  19. 　前記干渉情報検出ステップにて検出した前記干渉情報を記憶する第１の記憶ステップと、
    　前記受光ステップにて取得した前記受光情報を記憶する第２の記憶ステップと、
    　前記第１の記憶ステップにて記憶した前記干渉情報に基づき、前記測定対象上の任意の点における前記測定光の光路長に依存した構造情報を生成する光構造情報生成ステップと、
    　前記走査部の走査情報と前記光構造情報と前記第２の記憶部に記憶されている前記受光情報に基づき、光構造画像を生成する光構造画像生成ステップと、
    　をさらに備える請求項１８に記載の光信号処理方法。
  20. 　前記構造情報は３次元構造情報であり、
    　前記光構造画像生成ステップは、
    　　前記測定対象の表面位置を算出する表面位置算出ステップと、
    　　前記第２の記憶ステップにて記憶した前記受光情報に基づき、前記測定対象の画像情報を生成する画像情報生成ステップと、
    　　前記画像情報を前記表面位置に対応する前記３次元構造情報の位置にレンダリングするレンダリングステップと、
    　を含む請求項１９に記載の光信号処理方法。
  21. 　測定対象の立体構造を示す立体画像を生成する立体画像生成装置であって、
    　第１の波長帯域の光を発する第１波長域光源と、
    　前記第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する光分離部と、
    　測定対象に前記測定光を照射する照射部と、
    　前記測定対象上の点からの戻り光を集光する集光部と、
    　前記測定対象上に前記照射された測定光を走査させる走査部と、
    　前記戻り光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出部と、
    　前記測定対象からの前記戻り光から前記第1の波長帯域の光と前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光とを分波する分波部と、
    　前記第２の波長帯域の光を受光し受光情報を取得する受光部と、
    　前記干渉情報検出部が検出した前記干渉情報に基づいて、前記測定対象上の任意の点における深さ方向の構造を示す光構造情報を生成する光構造情報生成部と、
    　前記光構造情報を用いて前記測定対象の立体構造を示す光立体構造像を生成する光立体構造像生成部と、
    　前記受光情報に基づいて、前記測定対象の表面を示す画像である表面画像を生成する表面画像生成部と、
    　前記光立体構造像上の前記表面に相当する位置に、前記表面画像を貼り付ける画像合成部と、
    　を備える立体画像生成装置。
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