光干渉断層像形成装置
【課題】波長掃引におけるデータの取り込みタイミングを当該波長掃引において生成されたトリガ信号により決定し、安定したデータの取り込みを可能にする。
【解決手段】測定光と参照光との干渉光に基づいて断層像を形成する光干渉断層像形成装置は、サンプリングタイミングで干渉光の光強度を電気的なデジタル信号に変換する変換器と、光源の１回の波長掃引における、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する光検出器とを、サンプリングタイミングごとに変換器から出力されるデジタル信号を所定の遅延時間だけ遅延させて出力する遅延部とを有する。信号処理部は、遅延部から出力されるデジタル信号のうちの、光検出器でトリガ信号が生成された時点から所定期間のデジタル信号を用いて１ライン分のラインデータを生成する。
【解決手段】測定光と参照光との干渉光に基づいて断層像を形成する光干渉断層像形成装置は、サンプリングタイミングで干渉光の光強度を電気的なデジタル信号に変換する変換器と、光源の１回の波長掃引における、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する光検出器とを、サンプリングタイミングごとに変換器から出力されるデジタル信号を所定の遅延時間だけ遅延させて出力する遅延部とを有する。信号処理部は、遅延部から出力されるデジタル信号のうちの、光検出器でトリガ信号が生成された時点から所定期間のデジタル信号を用いて１ライン分のラインデータを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光干渉断層像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテル、ステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために光干渉断層診断装置（OCT：Optical Coherent Tomography）が使用されている。光干渉断層診断装置は、先端に光学レンズおよび、光学ミラーを取付けた光ファイバを内蔵したカテーテルを血管内に挿入し、光学ミラーを回転させながら血管内に光を照射し、生体組織からの反射光を受光することでラジアル走査を行う。そして、光干渉断層診断装置では、このラジアル走査により得られた反射光をもとに、血管の断面画像を描出する。さらに、光干渉断層診断装置の改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層診断装置も開発されている。
【０００３】
光干渉断層診断装置は、装置内部で、光源から出力される光を測定光と参照光に分割し、測定光をカテーテル内部の光ファイバを介して先端から出射する。そして、生体組織により反射された反射光を同じ光ファイバを介して装置内部へ取り込み、反射光と参照光とを干渉させることで、参照光と同じ光路長からの測定光の強度、すなわち、反射光の強度を得ることができる。
【０００４】
上述のような光干渉断層診断装置では、装置内部で参照光をミラーで反射させて反射光を得るとともに、ミラーの位置を前後に移動させることで、参照光の光路長を走査する。そして、この光路長の走査に同期させて参照光と反射光との干渉光を得ることで、深度方向の反射強度の分布を得ることができる。光干渉断層診断装置は、光ファイバを軸方向に回転させることによりラジアル走査を行い、血管断面画像を描出する。
【０００５】
一方、参照光の光路長を変化させる代わりに波長掃引を利用することで断面像を形成する光干渉断層診断装置も提案されている。波長掃引を利用した光干渉断層診断装置では、出射する光の波長を繰り返し掃引することで、参照光の光路長を走査することなく、得られた干渉光の周波数分布から、測定光と参照光の光路差が同じ点を基準とした深度方向の反射強度分布を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように光干渉断層診断装置は、生体組織からの後方散乱光を受光することで得られた血管の断面画像を描出するものである。波長掃引を利用した光干渉断層診断装置は、一般に用いられている光干渉断層診断装置に比べて、感度が高い、撮像速度が速い、等の利点がある。波長掃引光源を作り出す方法としては様々な形態が提案されており、その代表的なものとしてＭＥＭＳミラーを利用した波長掃引光源、ポリゴンスキャナミラー（以下、ポリゴンミラー）を使用した波長掃引光源がある。
【０００８】
このような波長掃引光源を使用した光干渉断層診断装置では、波長掃引の開始とＡＤ変換によるデータ取得のタイミングを合わせることが重要である。そのため、光源出力に閾値を設定してトリガ信号を生成する方法や、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）ファイバを利用して特定波長を反射させ、その反射ピークに閾値を設定してトリガ信号を生成する方法などが知られている。ＦＢＧファイバを使用するトリガ信号生成方法では、波長掃引ラインごとの出力の増減がトリガのジッタ（jitter）に影響しないのでトリガ信号の安定度が高い。
【０００９】
しかしながら、トリガ信号の生成が、光源からの光が波長掃引の途中の所定波長に達したことを検出することにより行われるため、生成されたトリガ信号は次回の波長掃引におけるデータ取得タイミングに利用されることになる。この様子を図８を用いて説明する。
【００１０】
図８は一般的なトリガ信号の発生とデータ取り込みのタイミングを説明する図である。（ａ）は、光源からの出力光の、波長掃引による波長の変化を示している。（ｂ）は、波長掃引による干渉光の強度の変化を示している。また（ｃ）は、トリガ信号８０１、遅延トリガ信号８０２、データ取り込みタイミング８０３を示している。波長掃引により光源からの出力光が所定の波長λａとなったことを検出することで、トリガ信号８０１が生成される。そして、このトリガ信号８０１を遅延時間ΔＴだけ遅延させた遅延トリガ信号０８０２の発生時点から干渉光の光強度データの取り込みを開始する（８０３）。このように、ある波長掃引において発生したトリガ信号は次回の波長掃引におけるデータの取り込み開始タイミングの決定に用いられる。そのため、波長掃引と波長掃引の間のジッタの安定度が重要となる。
【００１１】
しかしながら、波長掃引光源に用いられるポリゴンミラーなどの製造における精度の限界から、ジッタを安定させることには限界があり、波長掃引と波長掃引の間の時間間隔には多少の揺らぎが存在する。そのため、図８に示すように、ある波長掃引から検出されたトリガ信号を次の波長掃引におけるデータ取り込みタイミングの特定に利用すると、各波長掃引毎に取り込まれるデータと実際のレーザ波長の掃引区間に対するデータとの間にずれが生じてしまい、分解能が低下してしまう。
【００１２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、波長掃引におけるデータの取り込みタイミングを当該波長掃引において生成されたトリガ信号により決定し、安定したデータの取り込みを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、例えば、本発明の光干渉断層像形成装置は以下の構成を備える。すなわち、
波長掃引による光源から出力された光を光分割手段で測定光と参照光に分割し、生体管腔内に挿入された光プローブ部を介して照射方向を回転させながら生体組織に前記測定光を出射し、得られた反射光と、前記参照光とから得られる干渉光の光強度に基づいて該生体組織の断面画像を生成する光干渉断層像形成装置であって、
サンプリングタイミングで前記干渉光の光強度を電気的なデジタル信号に変換する変換手段と、
前記光源の１回の波長掃引による、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する検出手段と、
前記サンプリングタイミングごとに前記変換手段から出力されるデジタル信号を所定の遅延時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、
前記遅延手段から出力されるデジタル信号のうちの、前記検出手段で前記トリガ信号が生成された時点から所定期間のデジタル信号を用いて１ライン分のラインデータを生成する生成手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、波長掃引におけるデータの取り込みタイミングを当該波長掃引において生成されたトリガ信号により決定する。そのため、波長掃引時のジッタの安定性等の影響を受けることなく、安定したデータの取り込みが可能になり、より高い精度（分解能）の断層像（断面画像）を構築することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態にかかる画像診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】画像診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】信号処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】血管内における光プローブ部による回転走査と軸方向移動、ならびに、測定光の照射と反射光の取り込みを説明する図である。
【図５】血管内におけるイメージングコアの動作を説明するための模式図である。
【図６】実施形態によるデータの取り込みタイミングを説明する図である。
【図７】実施形態における遅延部の構成例を示すブロック図である。
【図８】従来のデータ取り込みタイミングを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明を具備する波長掃引型光干渉断層像形成装置（ＯＣＴ装置）（以下、画像診断装置という）のシステム構成及び外観構成を示す図である。図１に示すように、画像診断装置１００は、光プローブ部１０１と、スキャナ／プルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備える。スキャナ／プルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線／光ファイバ１０４により接続されている。光プローブ部１０１は、生体組織（例えば血管等）の管腔内に直接に挿入され、イメージングコア（後述）を用いて生体組織の状態を測定する。スキャナ／プルバック部１０２は、光プローブ部１０１が着脱可能に構成されており、内蔵されたモータが駆動することで光プローブ部１０１内のイメージングコアのラジアル動作を規定する。
【００１８】
操作制御装置１０３は、生体管腔内の光干渉断層像形成を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、断面画像として表示するための機能を備える。操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり、測定により得られたデータを処理したり、処理結果を出力したりする。１１１−１はプリンタ／ＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１における処理結果を表示する。
【００１９】
図２は、図１に示す画像診断装置１００の機能構成図である。図示において、２０８は波長掃引光源であり、Swept Laserが用いられる。波長掃引光源２０８は、ＳＯＡ２１６（semiconductor optical amplifier）とリング状に結合された光ファイバ２１７を有する光源部（２０８ａ）と、ポリゴンスキャニングフィルタ（２０８ｂ）よりなる、Extended-cavity Laserの一種である。ＳＯＡ２１６から出力された光が、光ファイバ２１７を進み、ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ｂに入り、ここで波長選択された光が、ＳＯＡ２１６で増幅され、最終的にカップラ２１４から出力される。ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ｂは、光を分光する回折格子２１２とポリゴンミラー２０９との組み合わせで波長を選択する。回折格子２１２により分光された光を２枚のレンズ（２１０、２１１）によりポリゴンミラー２０９の表面に集光させる。これによりポリゴンミラー２０９と直交する波長の光のみ同一の光路を戻り、ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ｂから出力されるため、ミラーを回転させることで、波長の時間掃引を行う。ポリゴンミラー２０９は、例えば、７２面体のミラーが使用され、回転数が５００００ｒｐｍ程度である。ポリゴンミラー２０９と回折格子２１２とを組み合わせたユニークな波長掃引方式により、高速、高出力の波長掃引が可能である。
【００２０】
カップラ２１４から出力された波長掃引光源２０８からの光は、第１のシングルモードファイバ２３０の一端に入射される。第１のシングルモードファイバ２３０は、光カップラ部２４０で２つに分岐され、一方はＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）２４１に導かれる。実施形態におけるこのＦＢＧ２４１は、波長掃引光源２０８からの出力光のλｓからλｅまでの波長（掃引波長）のうちの特定の波長λａを持つ光のみを反射するようになっているものとする。この反射光は光カップラ部２４０を介して光検出器（例えばフォトダイオード）２４２に供給され、ここで、干渉光のサンプリング開始のトリガ信号が生成され、後述の信号処理部２２３に供給される。以上のように、ＦＢＧ２４１と光検出器２４２は、波長掃引光源２０８の１回の波長掃引における、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する。
【００２１】
また、波長掃引光源２０８から出力され、光カップラ部２４０で分岐した光は、第２のシングルモードファイバ２３１と光学的に結合されている光カップラ部２２６に導かれ、ここで、２つに分岐されて伝送される。すなわち、光カップラ部２２６は、波長掃引光源２０８から出力された光を測定光と参照光に分割する光分割手段として機能する。
【００２２】
第１のシングルモードファイバ２３０の光カップラ部２２６より先端側には、スキャナ／プルバック部１０２が設けられている。スキャナ／プルバック部１０２の回転駆動装置２０４内には、非回転部（固定部）と回転部（回転駆動部）との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント（光カップリング部）２０３が設けられている。更に、光ロータリジョイント２０３内の第４のシングルモードファイバ２３５の先端側は、光プローブ部１０１の第５のシングルモードファイバ２３６と、アダプタ２０２を介して着脱自在に接続されている。これにより光の送受信を繰り返すイメージングコア２０１内に挿通され回転駆動可能な第５のシングルモードファイバ２３６に波長掃引光源２０８からの光が伝送される。
【００２３】
第５のシングルモードファイバ２３６に伝送された光は、イメージングコア２０１の先端側から血管壁の生体組織に対してラジアル動作しながら照射される。そして、生体組織の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部はイメージングコア２０１により取り込まれ、逆の光路を経て第１のシングルモードファイバ２３０側に戻り、光カップラ部２２６によりその一部が第２のシングルモードファイバ２３７側に移る。第２のシングルモードファイバ２３７において反射光は後述の参照光と混合され、干渉光として、光検出器２１９（例えばフォトダイオード）にて受光される。
【００２４】
光ロータリジョイント２０３の回転部側は回転駆動装置２０４のラジアル走査モータ２０５により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ２０５の回転角度は、エンコーダ部２０６により検出される。更に、スキャナ／プルバック部１０２は、直線駆動装置２０７を備え、信号処理部２２３からの指示に基づいて、光プローブ部１０１の挿入方向（軸方向）の動作を規定している。軸方向移動は、信号処理部２２３からの制御信号に基づいて、直線駆動装置２０７内の直線駆動モータが動作することにより実現される。
【００２５】
また、第２のシングルモードファイバ２３１の光カップラ部２２６より先端側には、基準光の光路長を微調整する光路長の可変機構２２５が設けてある。この光路長の可変機構２２５は光プローブ部を交換して使用した場合の個々の光プローブ部の長さのばらつきを吸収できるように、その長さのバラツキに相当する光路長を変化させる光路長変化手段を備えている。第２のシングルモードファイバ２３１およびコリメートレンズ２３４は、その光軸方向に矢印２３３で示すように移動自在な１軸ステージ２３２上に設けられ、光路長調整手段を形成している。
【００２６】
具体的には、１軸ステージ２３２は光プローブ部１０１を交換した場合に、光プローブ部の光路長のバラツキを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する光路長変化手段を形成する。さらに、１軸ステージ２３２はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。すなわち、光プローブ部の先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、１軸ステージにより光路長を微小変化させることにより、干渉光を測定することが可能となる。
【００２７】
ミラー２２７，２２９及びレンズ２２８を介して、反射された光は参照光として第２のシングルモードファイバ２３１に入力される。光路長の可変機構２２５で光路長が微調整された光（参照光）は、第２のシングルモードファイバ２３１の途中に設けた光カップラ部２２６で第１のシングルモードファイバ２３０側からの光（反射光）と混合されて、干渉光となり、光検出器２１９にて受光される。光検出器２１９にて受光された光は光電変換され、得られた電気的な干渉光信号は増幅器２２０によって増幅される。増幅器２２０の出力は復調器２２１に供給される。復調器２２１では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はＡ／Ｄ変換器２２２に入力される。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器２２２では、干渉光の光強度を表す干渉光信号を１８０ＭＨｚでサンプリングしてデジタル信号に変換し、干渉光データとして出力する。なお、サンプリング周波数を１８０ＭＨｚとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を８０ｋＨｚにした場合に、波長掃引の周期（１２．５μｓｅｃ）の９０％程度を２０４８点のデジタルデータとして抽出することを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。Ａ／Ｄ変換器２２２にて生成された干渉光データ（デジタル信号）は、遅延部２５０に入力される。遅延部２５０は、Ａ／Ｄ変換器２２０のサンプリングタイミングごとにＡ／Ｄ変換器２２０から出力される干渉光データを入力し、所定の遅延時間（本実施形態ではサンプリング周期の整数倍となる）だけ遅延させて信号処理部２２３へ出力する。遅延部２５０の構成及び動作の詳細については後述する。
【００２９】
遅延部２５０で遅延された干渉光データは、信号処理部２２３に入力される。この信号処理部２２３では干渉光データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分解して深さ方向のデータを生成し、これを座標変換することにより、血管の各位置での断面画像を形成し、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ１１３に出力する。
【００３０】
なお、信号処理部２２３は光路長調整手段制御部２１８と接続されている。信号処理部２２３は光路長調整手段制御部２１８を介して１軸ステージ２３２の位置の制御を行う。また、信号処理部２２３はモータ制御回路２２４と接続され、断面画像を形成する際のビデオ同期信号に同期して内部のメモリに該断面画像を格納する。また、このモータ制御回路２２４のビデオ同期信号は、回転駆動装置２０４にも送られ、回転駆動装置２０４はビデオ同期信号に同期した駆動信号を出力する。更に、信号処理部２２３は、波長掃引における所定波長検出を示すトリガ信号を光検出器２４２から受信すると、その時点から１ライン分に相当する干渉光データを取り込み、ラインデータを生成する。
【００３１】
図４（ａ）は光プローブ部１０１のイメージングコア２０１が血管内腔（生体管腔）に挿入され、ラジアル走査が行われる様子を説明する図である。光学ミラー４０１、光学レンズ４０２を先端に有する光ファイバ２３６により構成されるイメージングコア２０１を内蔵したカテーテルシース４０３は、血管内腔に挿入される。回転駆動装置２０４は、カテーテルシース４０３内でイメージングコア２０１を矢印４０５の方向に回転させ、直線駆動装置２０７は矢印４０６の方向に移動させる。このとき、図４（ｂ）に示すように、波長掃引光源２０８からの測定光が光ファイバ２３６を経て、光学ミラー４０１により血管壁へ照射される。照射された光の反射光は、光学ミラー４０１により光ファイバ２３６を経て装置へ戻される。
【００３２】
図５は血管の断層像撮影時の光プローブ部１０１の動作を説明するための模式図である。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ光プローブ部１０１が挿入された状態の血管の斜視図及び断面図である。図５（ａ）において、５０１は光プローブ部１０１が挿入された血管断面を示している。上述のように、光プローブ部１０１のイメージングコア２０１はその先端に光学レンズ４０２、光学ミラー４０１が取り付けられており、ラジアル走査モータ２０５により図５（ｂ）の４０５で示される方向に回転する。
【００３３】
光学レンズ４０２からは、各回転角度にて測定光の送信／受信が行われる。ライン１、２、…、５１２は各回転角度における測定光の照射方向を示している。本実施形態では、光学ミラー４０１及び光学レンズ４０２を含むイメージングコア２０１が所定の血管断面５０１の位置で３６０度回動する間に、５１２ラインのラインデータが生成されるようにしている。なお、３６０度回動する間における測定光の送信／受信回数は特にこれに限られず、任意に設定可能であるものとする。このように、イメージングコア２０１を回転させながら信号の送信／受信を繰り返すスキャン（走査）を、一般に「ラジアルスキャン（ラジアル走査、回転走査）」という。また、このようなイメージングコア２０１による測定光の送信／反射光の受信は、イメージングコア２０１が血管内を矢印４０６（図４（ａ）参照）の方向に進みながら行われる。
【００３４】
次に、実施形態における干渉光データの取り込みのシーケンスを図６を参照して詳しく説明する。図６の（ａ）は、波長掃引光源２０８から第１のシングルモードファイバ２３０へ出力される光（レーザ光）の波長の時間変化を示している。また（ｂ）は、干渉光（光検出器２１９に入力される光）の、波長掃引による強度の変化を示している。（ｃ）は、光検出器２４２により生成されるトリガ信号６０１、Ａ／Ｄ変換器２２２からの干渉光データ（デジタル信号）出力６０２、遅延部２５０からの干渉光データ出力６０３の各々のタイミングを示している。
【００３５】
図６の（ａ）において縦軸は波長、横軸は時間である。波長掃引光源２０８から出力される光は波長掃引によりλｓからλｅまで変化し、出力された光の波長が所定波長λａに到達すると、ＦＢＧ２４１と光検出器２４２によりトリガ信号６０１が生成、出力される。また、Ａ／Ｄ変換器２２２からは、光検出器２１９で検出された干渉光の強度に応じた干渉光データ６０２が、ほぼリアルタイムで出力される。そのため、ある波長掃引においてトリガ信号６０１の発生を検出した時点では、Ａ／Ｄ変換器２２２からすでに出力済みとなった干渉光データが少なからず存在することになる。
【００３６】
上述したように、遅延部２５０からはＡ／Ｄ変換部２２２からの干渉光データ出力６０２を所定時間遅延させた干渉光データ出力６０３が得られる。図６の（ｃ）では、この遅延時間をΔＴＤとしている。遅延部２５０の遅延時間ΔＴＤを適切に設定することで、トリガ信号６０１の発生タイミングと、波長掃引のデータ取り込み開始タイミングの干渉光データが信号処理部２２３に入力されるタイミングとを合わせることができる。このような遅延時間の調整により、信号処理部２２３は、単に、光検出器２４２からのトリガ信号を受信した時点から２０４８点の干渉光データ６０４を取り込むことで、ラインデータの生成に必要な干渉光データを得ることができる。また、この場合、波長掃引光源２０８の波長掃引において得られたトリガ信号をもとに、その波長掃引における干渉光データの取り込み開始タイミングが決定されることになるので、ポリゴンミラー２０９に起因したジッタ等の影響を低減することができる。
【００３７】
次に、Ａ／Ｄ変換器２２２から出力された干渉光データを所定時間だけ遅延させる遅延部２５０の構成及び動作について、図７を参照して説明する。
【００３８】
図７は遅延部２５０の構成例を示すブロック図である。遅延部２５０はＡ／Ｄ変換器２２２と同期するため、Ａ／Ｄ変換器２２２のサンプリングクロックと同じ１８０ＭＨｚのクロック７０１により動作する。カウンタ７０２は、ノンストップカウンタで構成され、クロック７０１をカウントしてバッファメモリ７０６にアクセスするためのアドレスを生成、出力する。バッファメモリ７０６は、異なるアドレスに対する書き込みと読み出しとが同時に可能なデュアルポートメモリである。なお、本実施形態では、１ラインのデータに２０４８点の干渉光データが用いられるので、バッファメモリ７０６は２０４８（＝２１１）個の干渉光データを格納する記憶容量を有すればよい。したがって、バッファメモリ７０６にアクセスするためのアドレスは、１１ビットを有していれば十分である。クロック７０１によりカウンタ７０２はカウント値を１つずつインクリメントし、０〜２０４７のカウントを繰り返し、カウント値が循環するようにしている。
【００３９】
加算器７０３は、カウンタ７０２のカウント値と、操作パネル１１２により設定された遅延時間（図６のΔＴＤ）に相当するアドレス量の値７２１とを加算し、加算値を出力する。本実施形態の場合、１８０ＭＨｚでアドレスがインクリメントされるので、１アドレスが［１／１８０］×１０−６秒の遅延量に相当する。従って、例えば、アドレス量の値７２１として“１０８”を設定すれば、遅延部２５０は０．６×１０−６秒だけ遅延させた干渉光データを出力することになる。なお、加算器７０３の加算値も１１ビットで制限されるため、加算値が２０４７を超えた場合、桁上げ分が無視される。例えば、加算値が“２０５０”であれば、“２”が出力されることになり、０〜２０４７の加算結果が循環することになる。
【００４０】
以上のカウンタ７０２及び加算器７０３の出力は、バッファメモリ７０６の読み出しアドレス７２０と書き込みアドレス７２２として用いられる。即ち、カウンタ７０２及び加算器７０３はバッファメモリ７０６のアクセスアドレスを生成するアドレス生成部として機能する。カウンタ７０２が出力したカウント値は読み出しアドレス７２０としてフリップフロップ７０５にラッチされ、加算器７０３が出力した加算値は書き込みアドレス７２２としてフリップフロップ７０４にラッチされる。そして、バッファメモリ７０６の、フリップフロップ７０４にラッチされた書き込みアドレス７２２で指定されたアドレスには、Ａ／Ｄ変換器２２２からの干渉光データ７２３がそのまま書き込まれる。また、バッファメモリ７０６の、フリップフロップ７０５にラッチされた読み出しアドレス７２０で指定されたアドレスから干渉光データが読み出され、遅延された干渉光データ７２４として出力される。
【００４１】
以上のように、遅延部２５０では、クロック７０１をカウンタ７０２でカウントすることにより、Ａ／Ｄ変換器２２２のサンプリングタイミングごとに更新される読み出しアドレスが生成される。また、加算器７０３により読み出しアドレスより所定の遅延時間に相当するアドレス量だけ異なる書き込みアドレスが生成される。そして、バッファメモリ７０６においては、書き込みアドレス７２２が示すアドレスへの干渉光データの書き込みと、読み出しアドレス７２０が示すアドレスからの干渉光データの読み出しとが実質的に同時に行われる。こうして、遅延部２５０からは、Ａ／Ｄ変換器２２２が出力する干渉光データが、所定の遅延時間だけ遅延して出力されることになる。
【００４２】
なお、加算器７０３に代えて減算器を用い、カウンタ７０２で生成したアドレス値を読み出しアドレスとして用いるようにしてもよいことは明らかである。また、遅延部２５０において、インクリメントタイプのカウンタ７０２を用いたが、デクリメントタイプのカウンタを用いた構成としてもよい。更に、バッファメモリ７０６をデュアルポートメモリとして、書き込みと読み出しを同時に行うようにしたが、これに限られるものではない。バッファメモリ７０６へのデジタル信号の書き込みと、バッファメモリ７０６からのデジタル信号の読み出しは、サンプリングタイミングの一周期内（本実施形態では１８０ＭＨｚ）で実行されればよい。
【００４３】
以上のような遅延部２５０の構成において、遅延時間データが、１回の波長掃引のうちの、ラインデータ生成に利用する波長の光の発生開始から前記所定の波長の光を発生するまでの時間を遅延時間ΔＴＤとして設定される。このようにすれば、信号処理部２２３は、トリガ信号の検出と同時にデータの取り込みを開始するだけで、ラインデータの生成に適した干渉光データを得ることができる。なお、操作パネル１１２からのユーザ操作により「遅延時間」を設定するものとしたが、「アドレス量」を設定するようにしてもよい。或いは、工場出荷時にのみ設定可能な構成、サービスマンにのみ設定が可能な構成としてもよい。
【００４４】
以上の通りであるので、信号処理部２２３は、「光検出器２４２からトリガ信号を入力したときに直ちに遅延部２５０から出力される干渉光データの取り込みを開始し、波長掃引の１周期に対応する所定期間（図７の期間Ｔ１）だけ実行する」ことを繰り返せば良いこととなる。この信号処理部２２３の具体的な処理を図３を用いて説明すると次の通りである。
【００４５】
先に説明したように、光プローブ部１０１からの測定光と、光路長の可変機構２２５からの参照光は光カップラ部２２６で合わせられて、干渉光となる。この過程で、光検出器２４２は、予め設定した波長の光を検出した信号、すなわちトリガ信号を信号処理部２２３に供給する。信号処理部２２３のラインメモリ部３０１は、光検出器２４２からのトリガ信号を受信すると、遅延部２５０により所定時間遅延された干渉光データから１ライン分（２０４８点）のデータを取得し保持する。
【００４６】
波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置では、ここで得られた干渉光データをフーリエ変換することで、深度方向の反射強度分布を得ることができる。すなわち、光路長の走査をすることなく、深度方向のデータを取得することができるため、高速のデータ取得が可能になる。図３のラインメモリ部３０１は、モータ制御回路２２４から出力されるモータのエンコーダ信号をもとに、モータ１回転あたりのライン数が５１２本となるように信号を選択し、グルーピングする。すなわち、１ラインごとの干渉光データが、モータ１回転あたり５１２個ずつラインデータ生成部３０２に出力される。
【００４７】
ラインデータ生成部３０２は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換処理）を行うことで、ラインデータを生成するととともに、ライン加算平均処理、フィルター処理、対数変換等を行い、得られたラインデータを後段の後処理部に出力する。
【００４８】
後処理部３０３では、ラインデータ生成部３０２より受け取ったラインデータに対してコントラスト調整、輝度調整、ガンマ補正、フレーム相関、シャープネス処理等を施し、処理結果を画像構築部３０４に出力する。画像構築部３０４は、極座標のラインデータ列をビデオ信号に変換し、ＬＣＤモニタ１１３に血管断面画像として表示する。なお、ここでは一例として、５１２ラインから画像を構築する例を示しているが、このライン数に限定されるものではない。制御部３０５は上述した各部の一連の動作を制御することになる。血管断層像を得るための演算内容、並びに、その表示処理に関する部分は、本願発明には直接には関係しないので、これ以上の説明は省略する。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置において、着目ライン分の波長掃引において取得されたトリガ信号を次ラインの干渉光データの取り込みに利用するのではなく、着目ラインに対する波長掃引における干渉光データの取り込みに利用できる。このため、各ラインにおけるサンプリングのタイミングのバラツキが発生しにくく、これまでよりも高い精度の断層像を構築することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００：画像診断装置、 １０１：光プローブ部、 １０２：スキャナ／プルバック部、 ２０８：波長掃引光源、 ２１９：光検出器、 ２２１：復調器、 ２２２：Ａ／Ｄ変換器、 ２２３：信号処理部、 ２４０：光カップラ部、 ２５０：遅延部、 ７０２：カウンタ、 ７０３：加算器、 ７０４〜７０５：フリップフロップ、 ７０６：バッファメモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は光干渉断層像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテル、ステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために光干渉断層診断装置（OCT：Optical Coherent Tomography）が使用されている。光干渉断層診断装置は、先端に光学レンズおよび、光学ミラーを取付けた光ファイバを内蔵したカテーテルを血管内に挿入し、光学ミラーを回転させながら血管内に光を照射し、生体組織からの反射光を受光することでラジアル走査を行う。そして、光干渉断層診断装置では、このラジアル走査により得られた反射光をもとに、血管の断面画像を描出する。さらに、光干渉断層診断装置の改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層診断装置も開発されている。
【０００３】
光干渉断層診断装置は、装置内部で、光源から出力される光を測定光と参照光に分割し、測定光をカテーテル内部の光ファイバを介して先端から出射する。そして、生体組織により反射された反射光を同じ光ファイバを介して装置内部へ取り込み、反射光と参照光とを干渉させることで、参照光と同じ光路長からの測定光の強度、すなわち、反射光の強度を得ることができる。
【０００４】
上述のような光干渉断層診断装置では、装置内部で参照光をミラーで反射させて反射光を得るとともに、ミラーの位置を前後に移動させることで、参照光の光路長を走査する。そして、この光路長の走査に同期させて参照光と反射光との干渉光を得ることで、深度方向の反射強度の分布を得ることができる。光干渉断層診断装置は、光ファイバを軸方向に回転させることによりラジアル走査を行い、血管断面画像を描出する。
【０００５】
一方、参照光の光路長を変化させる代わりに波長掃引を利用することで断面像を形成する光干渉断層診断装置も提案されている。波長掃引を利用した光干渉断層診断装置では、出射する光の波長を繰り返し掃引することで、参照光の光路長を走査することなく、得られた干渉光の周波数分布から、測定光と参照光の光路差が同じ点を基準とした深度方向の反射強度分布を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１２８０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように光干渉断層診断装置は、生体組織からの後方散乱光を受光することで得られた血管の断面画像を描出するものである。波長掃引を利用した光干渉断層診断装置は、一般に用いられている光干渉断層診断装置に比べて、感度が高い、撮像速度が速い、等の利点がある。波長掃引光源を作り出す方法としては様々な形態が提案されており、その代表的なものとしてＭＥＭＳミラーを利用した波長掃引光源、ポリゴンスキャナミラー（以下、ポリゴンミラー）を使用した波長掃引光源がある。
【０００８】
このような波長掃引光源を使用した光干渉断層診断装置では、波長掃引の開始とＡＤ変換によるデータ取得のタイミングを合わせることが重要である。そのため、光源出力に閾値を設定してトリガ信号を生成する方法や、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）ファイバを利用して特定波長を反射させ、その反射ピークに閾値を設定してトリガ信号を生成する方法などが知られている。ＦＢＧファイバを使用するトリガ信号生成方法では、波長掃引ラインごとの出力の増減がトリガのジッタ（jitter）に影響しないのでトリガ信号の安定度が高い。
【０００９】
しかしながら、トリガ信号の生成が、光源からの光が波長掃引の途中の所定波長に達したことを検出することにより行われるため、生成されたトリガ信号は次回の波長掃引におけるデータ取得タイミングに利用されることになる。この様子を図８を用いて説明する。
【００１０】
図８は一般的なトリガ信号の発生とデータ取り込みのタイミングを説明する図である。（ａ）は、光源からの出力光の、波長掃引による波長の変化を示している。（ｂ）は、波長掃引による干渉光の強度の変化を示している。また（ｃ）は、トリガ信号８０１、遅延トリガ信号８０２、データ取り込みタイミング８０３を示している。波長掃引により光源からの出力光が所定の波長λａとなったことを検出することで、トリガ信号８０１が生成される。そして、このトリガ信号８０１を遅延時間ΔＴだけ遅延させた遅延トリガ信号０８０２の発生時点から干渉光の光強度データの取り込みを開始する（８０３）。このように、ある波長掃引において発生したトリガ信号は次回の波長掃引におけるデータの取り込み開始タイミングの決定に用いられる。そのため、波長掃引と波長掃引の間のジッタの安定度が重要となる。
【００１１】
しかしながら、波長掃引光源に用いられるポリゴンミラーなどの製造における精度の限界から、ジッタを安定させることには限界があり、波長掃引と波長掃引の間の時間間隔には多少の揺らぎが存在する。そのため、図８に示すように、ある波長掃引から検出されたトリガ信号を次の波長掃引におけるデータ取り込みタイミングの特定に利用すると、各波長掃引毎に取り込まれるデータと実際のレーザ波長の掃引区間に対するデータとの間にずれが生じてしまい、分解能が低下してしまう。
【００１２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、波長掃引におけるデータの取り込みタイミングを当該波長掃引において生成されたトリガ信号により決定し、安定したデータの取り込みを可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、例えば、本発明の光干渉断層像形成装置は以下の構成を備える。すなわち、
波長掃引による光源から出力された光を光分割手段で測定光と参照光に分割し、生体管腔内に挿入された光プローブ部を介して照射方向を回転させながら生体組織に前記測定光を出射し、得られた反射光と、前記参照光とから得られる干渉光の光強度に基づいて該生体組織の断面画像を生成する光干渉断層像形成装置であって、
サンプリングタイミングで前記干渉光の光強度を電気的なデジタル信号に変換する変換手段と、
前記光源の１回の波長掃引による、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する検出手段と、
前記サンプリングタイミングごとに前記変換手段から出力されるデジタル信号を所定の遅延時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、
前記遅延手段から出力されるデジタル信号のうちの、前記検出手段で前記トリガ信号が生成された時点から所定期間のデジタル信号を用いて１ライン分のラインデータを生成する生成手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、波長掃引におけるデータの取り込みタイミングを当該波長掃引において生成されたトリガ信号により決定する。そのため、波長掃引時のジッタの安定性等の影響を受けることなく、安定したデータの取り込みが可能になり、より高い精度（分解能）の断層像（断面画像）を構築することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態にかかる画像診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】画像診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】信号処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図４】血管内における光プローブ部による回転走査と軸方向移動、ならびに、測定光の照射と反射光の取り込みを説明する図である。
【図５】血管内におけるイメージングコアの動作を説明するための模式図である。
【図６】実施形態によるデータの取り込みタイミングを説明する図である。
【図７】実施形態における遅延部の構成例を示すブロック図である。
【図８】従来のデータ取り込みタイミングを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明に係る実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明を具備する波長掃引型光干渉断層像形成装置（ＯＣＴ装置）（以下、画像診断装置という）のシステム構成及び外観構成を示す図である。図１に示すように、画像診断装置１００は、光プローブ部１０１と、スキャナ／プルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備える。スキャナ／プルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線／光ファイバ１０４により接続されている。光プローブ部１０１は、生体組織（例えば血管等）の管腔内に直接に挿入され、イメージングコア（後述）を用いて生体組織の状態を測定する。スキャナ／プルバック部１０２は、光プローブ部１０１が着脱可能に構成されており、内蔵されたモータが駆動することで光プローブ部１０１内のイメージングコアのラジアル動作を規定する。
【００１８】
操作制御装置１０３は、生体管腔内の光干渉断層像形成を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、断面画像として表示するための機能を備える。操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり、測定により得られたデータを処理したり、処理結果を出力したりする。１１１−１はプリンタ／ＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１における処理結果を表示する。
【００１９】
図２は、図１に示す画像診断装置１００の機能構成図である。図示において、２０８は波長掃引光源であり、Swept Laserが用いられる。波長掃引光源２０８は、ＳＯＡ２１６（semiconductor optical amplifier）とリング状に結合された光ファイバ２１７を有する光源部（２０８ａ）と、ポリゴンスキャニングフィルタ（２０８ｂ）よりなる、Extended-cavity Laserの一種である。ＳＯＡ２１６から出力された光が、光ファイバ２１７を進み、ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ｂに入り、ここで波長選択された光が、ＳＯＡ２１６で増幅され、最終的にカップラ２１４から出力される。ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ｂは、光を分光する回折格子２１２とポリゴンミラー２０９との組み合わせで波長を選択する。回折格子２１２により分光された光を２枚のレンズ（２１０、２１１）によりポリゴンミラー２０９の表面に集光させる。これによりポリゴンミラー２０９と直交する波長の光のみ同一の光路を戻り、ポリゴンスキャニングフィルタ２０８ｂから出力されるため、ミラーを回転させることで、波長の時間掃引を行う。ポリゴンミラー２０９は、例えば、７２面体のミラーが使用され、回転数が５００００ｒｐｍ程度である。ポリゴンミラー２０９と回折格子２１２とを組み合わせたユニークな波長掃引方式により、高速、高出力の波長掃引が可能である。
【００２０】
カップラ２１４から出力された波長掃引光源２０８からの光は、第１のシングルモードファイバ２３０の一端に入射される。第１のシングルモードファイバ２３０は、光カップラ部２４０で２つに分岐され、一方はＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）２４１に導かれる。実施形態におけるこのＦＢＧ２４１は、波長掃引光源２０８からの出力光のλｓからλｅまでの波長（掃引波長）のうちの特定の波長λａを持つ光のみを反射するようになっているものとする。この反射光は光カップラ部２４０を介して光検出器（例えばフォトダイオード）２４２に供給され、ここで、干渉光のサンプリング開始のトリガ信号が生成され、後述の信号処理部２２３に供給される。以上のように、ＦＢＧ２４１と光検出器２４２は、波長掃引光源２０８の１回の波長掃引における、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する。
【００２１】
また、波長掃引光源２０８から出力され、光カップラ部２４０で分岐した光は、第２のシングルモードファイバ２３１と光学的に結合されている光カップラ部２２６に導かれ、ここで、２つに分岐されて伝送される。すなわち、光カップラ部２２６は、波長掃引光源２０８から出力された光を測定光と参照光に分割する光分割手段として機能する。
【００２２】
第１のシングルモードファイバ２３０の光カップラ部２２６より先端側には、スキャナ／プルバック部１０２が設けられている。スキャナ／プルバック部１０２の回転駆動装置２０４内には、非回転部（固定部）と回転部（回転駆動部）との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント（光カップリング部）２０３が設けられている。更に、光ロータリジョイント２０３内の第４のシングルモードファイバ２３５の先端側は、光プローブ部１０１の第５のシングルモードファイバ２３６と、アダプタ２０２を介して着脱自在に接続されている。これにより光の送受信を繰り返すイメージングコア２０１内に挿通され回転駆動可能な第５のシングルモードファイバ２３６に波長掃引光源２０８からの光が伝送される。
【００２３】
第５のシングルモードファイバ２３６に伝送された光は、イメージングコア２０１の先端側から血管壁の生体組織に対してラジアル動作しながら照射される。そして、生体組織の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部はイメージングコア２０１により取り込まれ、逆の光路を経て第１のシングルモードファイバ２３０側に戻り、光カップラ部２２６によりその一部が第２のシングルモードファイバ２３７側に移る。第２のシングルモードファイバ２３７において反射光は後述の参照光と混合され、干渉光として、光検出器２１９（例えばフォトダイオード）にて受光される。
【００２４】
光ロータリジョイント２０３の回転部側は回転駆動装置２０４のラジアル走査モータ２０５により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ２０５の回転角度は、エンコーダ部２０６により検出される。更に、スキャナ／プルバック部１０２は、直線駆動装置２０７を備え、信号処理部２２３からの指示に基づいて、光プローブ部１０１の挿入方向（軸方向）の動作を規定している。軸方向移動は、信号処理部２２３からの制御信号に基づいて、直線駆動装置２０７内の直線駆動モータが動作することにより実現される。
【００２５】
また、第２のシングルモードファイバ２３１の光カップラ部２２６より先端側には、基準光の光路長を微調整する光路長の可変機構２２５が設けてある。この光路長の可変機構２２５は光プローブ部を交換して使用した場合の個々の光プローブ部の長さのばらつきを吸収できるように、その長さのバラツキに相当する光路長を変化させる光路長変化手段を備えている。第２のシングルモードファイバ２３１およびコリメートレンズ２３４は、その光軸方向に矢印２３３で示すように移動自在な１軸ステージ２３２上に設けられ、光路長調整手段を形成している。
【００２６】
具体的には、１軸ステージ２３２は光プローブ部１０１を交換した場合に、光プローブ部の光路長のバラツキを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する光路長変化手段を形成する。さらに、１軸ステージ２３２はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。すなわち、光プローブ部の先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、１軸ステージにより光路長を微小変化させることにより、干渉光を測定することが可能となる。
【００２７】
ミラー２２７，２２９及びレンズ２２８を介して、反射された光は参照光として第２のシングルモードファイバ２３１に入力される。光路長の可変機構２２５で光路長が微調整された光（参照光）は、第２のシングルモードファイバ２３１の途中に設けた光カップラ部２２６で第１のシングルモードファイバ２３０側からの光（反射光）と混合されて、干渉光となり、光検出器２１９にて受光される。光検出器２１９にて受光された光は光電変換され、得られた電気的な干渉光信号は増幅器２２０によって増幅される。増幅器２２０の出力は復調器２２１に供給される。復調器２２１では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はＡ／Ｄ変換器２２２に入力される。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器２２２では、干渉光の光強度を表す干渉光信号を１８０ＭＨｚでサンプリングしてデジタル信号に変換し、干渉光データとして出力する。なお、サンプリング周波数を１８０ＭＨｚとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を８０ｋＨｚにした場合に、波長掃引の周期（１２．５μｓｅｃ）の９０％程度を２０４８点のデジタルデータとして抽出することを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。Ａ／Ｄ変換器２２２にて生成された干渉光データ（デジタル信号）は、遅延部２５０に入力される。遅延部２５０は、Ａ／Ｄ変換器２２０のサンプリングタイミングごとにＡ／Ｄ変換器２２０から出力される干渉光データを入力し、所定の遅延時間（本実施形態ではサンプリング周期の整数倍となる）だけ遅延させて信号処理部２２３へ出力する。遅延部２５０の構成及び動作の詳細については後述する。
【００２９】
遅延部２５０で遅延された干渉光データは、信号処理部２２３に入力される。この信号処理部２２３では干渉光データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分解して深さ方向のデータを生成し、これを座標変換することにより、血管の各位置での断面画像を形成し、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ１１３に出力する。
【００３０】
なお、信号処理部２２３は光路長調整手段制御部２１８と接続されている。信号処理部２２３は光路長調整手段制御部２１８を介して１軸ステージ２３２の位置の制御を行う。また、信号処理部２２３はモータ制御回路２２４と接続され、断面画像を形成する際のビデオ同期信号に同期して内部のメモリに該断面画像を格納する。また、このモータ制御回路２２４のビデオ同期信号は、回転駆動装置２０４にも送られ、回転駆動装置２０４はビデオ同期信号に同期した駆動信号を出力する。更に、信号処理部２２３は、波長掃引における所定波長検出を示すトリガ信号を光検出器２４２から受信すると、その時点から１ライン分に相当する干渉光データを取り込み、ラインデータを生成する。
【００３１】
図４（ａ）は光プローブ部１０１のイメージングコア２０１が血管内腔（生体管腔）に挿入され、ラジアル走査が行われる様子を説明する図である。光学ミラー４０１、光学レンズ４０２を先端に有する光ファイバ２３６により構成されるイメージングコア２０１を内蔵したカテーテルシース４０３は、血管内腔に挿入される。回転駆動装置２０４は、カテーテルシース４０３内でイメージングコア２０１を矢印４０５の方向に回転させ、直線駆動装置２０７は矢印４０６の方向に移動させる。このとき、図４（ｂ）に示すように、波長掃引光源２０８からの測定光が光ファイバ２３６を経て、光学ミラー４０１により血管壁へ照射される。照射された光の反射光は、光学ミラー４０１により光ファイバ２３６を経て装置へ戻される。
【００３２】
図５は血管の断層像撮影時の光プローブ部１０１の動作を説明するための模式図である。図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ光プローブ部１０１が挿入された状態の血管の斜視図及び断面図である。図５（ａ）において、５０１は光プローブ部１０１が挿入された血管断面を示している。上述のように、光プローブ部１０１のイメージングコア２０１はその先端に光学レンズ４０２、光学ミラー４０１が取り付けられており、ラジアル走査モータ２０５により図５（ｂ）の４０５で示される方向に回転する。
【００３３】
光学レンズ４０２からは、各回転角度にて測定光の送信／受信が行われる。ライン１、２、…、５１２は各回転角度における測定光の照射方向を示している。本実施形態では、光学ミラー４０１及び光学レンズ４０２を含むイメージングコア２０１が所定の血管断面５０１の位置で３６０度回動する間に、５１２ラインのラインデータが生成されるようにしている。なお、３６０度回動する間における測定光の送信／受信回数は特にこれに限られず、任意に設定可能であるものとする。このように、イメージングコア２０１を回転させながら信号の送信／受信を繰り返すスキャン（走査）を、一般に「ラジアルスキャン（ラジアル走査、回転走査）」という。また、このようなイメージングコア２０１による測定光の送信／反射光の受信は、イメージングコア２０１が血管内を矢印４０６（図４（ａ）参照）の方向に進みながら行われる。
【００３４】
次に、実施形態における干渉光データの取り込みのシーケンスを図６を参照して詳しく説明する。図６の（ａ）は、波長掃引光源２０８から第１のシングルモードファイバ２３０へ出力される光（レーザ光）の波長の時間変化を示している。また（ｂ）は、干渉光（光検出器２１９に入力される光）の、波長掃引による強度の変化を示している。（ｃ）は、光検出器２４２により生成されるトリガ信号６０１、Ａ／Ｄ変換器２２２からの干渉光データ（デジタル信号）出力６０２、遅延部２５０からの干渉光データ出力６０３の各々のタイミングを示している。
【００３５】
図６の（ａ）において縦軸は波長、横軸は時間である。波長掃引光源２０８から出力される光は波長掃引によりλｓからλｅまで変化し、出力された光の波長が所定波長λａに到達すると、ＦＢＧ２４１と光検出器２４２によりトリガ信号６０１が生成、出力される。また、Ａ／Ｄ変換器２２２からは、光検出器２１９で検出された干渉光の強度に応じた干渉光データ６０２が、ほぼリアルタイムで出力される。そのため、ある波長掃引においてトリガ信号６０１の発生を検出した時点では、Ａ／Ｄ変換器２２２からすでに出力済みとなった干渉光データが少なからず存在することになる。
【００３６】
上述したように、遅延部２５０からはＡ／Ｄ変換部２２２からの干渉光データ出力６０２を所定時間遅延させた干渉光データ出力６０３が得られる。図６の（ｃ）では、この遅延時間をΔＴＤとしている。遅延部２５０の遅延時間ΔＴＤを適切に設定することで、トリガ信号６０１の発生タイミングと、波長掃引のデータ取り込み開始タイミングの干渉光データが信号処理部２２３に入力されるタイミングとを合わせることができる。このような遅延時間の調整により、信号処理部２２３は、単に、光検出器２４２からのトリガ信号を受信した時点から２０４８点の干渉光データ６０４を取り込むことで、ラインデータの生成に必要な干渉光データを得ることができる。また、この場合、波長掃引光源２０８の波長掃引において得られたトリガ信号をもとに、その波長掃引における干渉光データの取り込み開始タイミングが決定されることになるので、ポリゴンミラー２０９に起因したジッタ等の影響を低減することができる。
【００３７】
次に、Ａ／Ｄ変換器２２２から出力された干渉光データを所定時間だけ遅延させる遅延部２５０の構成及び動作について、図７を参照して説明する。
【００３８】
図７は遅延部２５０の構成例を示すブロック図である。遅延部２５０はＡ／Ｄ変換器２２２と同期するため、Ａ／Ｄ変換器２２２のサンプリングクロックと同じ１８０ＭＨｚのクロック７０１により動作する。カウンタ７０２は、ノンストップカウンタで構成され、クロック７０１をカウントしてバッファメモリ７０６にアクセスするためのアドレスを生成、出力する。バッファメモリ７０６は、異なるアドレスに対する書き込みと読み出しとが同時に可能なデュアルポートメモリである。なお、本実施形態では、１ラインのデータに２０４８点の干渉光データが用いられるので、バッファメモリ７０６は２０４８（＝２１１）個の干渉光データを格納する記憶容量を有すればよい。したがって、バッファメモリ７０６にアクセスするためのアドレスは、１１ビットを有していれば十分である。クロック７０１によりカウンタ７０２はカウント値を１つずつインクリメントし、０〜２０４７のカウントを繰り返し、カウント値が循環するようにしている。
【００３９】
加算器７０３は、カウンタ７０２のカウント値と、操作パネル１１２により設定された遅延時間（図６のΔＴＤ）に相当するアドレス量の値７２１とを加算し、加算値を出力する。本実施形態の場合、１８０ＭＨｚでアドレスがインクリメントされるので、１アドレスが［１／１８０］×１０−６秒の遅延量に相当する。従って、例えば、アドレス量の値７２１として“１０８”を設定すれば、遅延部２５０は０．６×１０−６秒だけ遅延させた干渉光データを出力することになる。なお、加算器７０３の加算値も１１ビットで制限されるため、加算値が２０４７を超えた場合、桁上げ分が無視される。例えば、加算値が“２０５０”であれば、“２”が出力されることになり、０〜２０４７の加算結果が循環することになる。
【００４０】
以上のカウンタ７０２及び加算器７０３の出力は、バッファメモリ７０６の読み出しアドレス７２０と書き込みアドレス７２２として用いられる。即ち、カウンタ７０２及び加算器７０３はバッファメモリ７０６のアクセスアドレスを生成するアドレス生成部として機能する。カウンタ７０２が出力したカウント値は読み出しアドレス７２０としてフリップフロップ７０５にラッチされ、加算器７０３が出力した加算値は書き込みアドレス７２２としてフリップフロップ７０４にラッチされる。そして、バッファメモリ７０６の、フリップフロップ７０４にラッチされた書き込みアドレス７２２で指定されたアドレスには、Ａ／Ｄ変換器２２２からの干渉光データ７２３がそのまま書き込まれる。また、バッファメモリ７０６の、フリップフロップ７０５にラッチされた読み出しアドレス７２０で指定されたアドレスから干渉光データが読み出され、遅延された干渉光データ７２４として出力される。
【００４１】
以上のように、遅延部２５０では、クロック７０１をカウンタ７０２でカウントすることにより、Ａ／Ｄ変換器２２２のサンプリングタイミングごとに更新される読み出しアドレスが生成される。また、加算器７０３により読み出しアドレスより所定の遅延時間に相当するアドレス量だけ異なる書き込みアドレスが生成される。そして、バッファメモリ７０６においては、書き込みアドレス７２２が示すアドレスへの干渉光データの書き込みと、読み出しアドレス７２０が示すアドレスからの干渉光データの読み出しとが実質的に同時に行われる。こうして、遅延部２５０からは、Ａ／Ｄ変換器２２２が出力する干渉光データが、所定の遅延時間だけ遅延して出力されることになる。
【００４２】
なお、加算器７０３に代えて減算器を用い、カウンタ７０２で生成したアドレス値を読み出しアドレスとして用いるようにしてもよいことは明らかである。また、遅延部２５０において、インクリメントタイプのカウンタ７０２を用いたが、デクリメントタイプのカウンタを用いた構成としてもよい。更に、バッファメモリ７０６をデュアルポートメモリとして、書き込みと読み出しを同時に行うようにしたが、これに限られるものではない。バッファメモリ７０６へのデジタル信号の書き込みと、バッファメモリ７０６からのデジタル信号の読み出しは、サンプリングタイミングの一周期内（本実施形態では１８０ＭＨｚ）で実行されればよい。
【００４３】
以上のような遅延部２５０の構成において、遅延時間データが、１回の波長掃引のうちの、ラインデータ生成に利用する波長の光の発生開始から前記所定の波長の光を発生するまでの時間を遅延時間ΔＴＤとして設定される。このようにすれば、信号処理部２２３は、トリガ信号の検出と同時にデータの取り込みを開始するだけで、ラインデータの生成に適した干渉光データを得ることができる。なお、操作パネル１１２からのユーザ操作により「遅延時間」を設定するものとしたが、「アドレス量」を設定するようにしてもよい。或いは、工場出荷時にのみ設定可能な構成、サービスマンにのみ設定が可能な構成としてもよい。
【００４４】
以上の通りであるので、信号処理部２２３は、「光検出器２４２からトリガ信号を入力したときに直ちに遅延部２５０から出力される干渉光データの取り込みを開始し、波長掃引の１周期に対応する所定期間（図７の期間Ｔ１）だけ実行する」ことを繰り返せば良いこととなる。この信号処理部２２３の具体的な処理を図３を用いて説明すると次の通りである。
【００４５】
先に説明したように、光プローブ部１０１からの測定光と、光路長の可変機構２２５からの参照光は光カップラ部２２６で合わせられて、干渉光となる。この過程で、光検出器２４２は、予め設定した波長の光を検出した信号、すなわちトリガ信号を信号処理部２２３に供給する。信号処理部２２３のラインメモリ部３０１は、光検出器２４２からのトリガ信号を受信すると、遅延部２５０により所定時間遅延された干渉光データから１ライン分（２０４８点）のデータを取得し保持する。
【００４６】
波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置では、ここで得られた干渉光データをフーリエ変換することで、深度方向の反射強度分布を得ることができる。すなわち、光路長の走査をすることなく、深度方向のデータを取得することができるため、高速のデータ取得が可能になる。図３のラインメモリ部３０１は、モータ制御回路２２４から出力されるモータのエンコーダ信号をもとに、モータ１回転あたりのライン数が５１２本となるように信号を選択し、グルーピングする。すなわち、１ラインごとの干渉光データが、モータ１回転あたり５１２個ずつラインデータ生成部３０２に出力される。
【００４７】
ラインデータ生成部３０２は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換処理）を行うことで、ラインデータを生成するととともに、ライン加算平均処理、フィルター処理、対数変換等を行い、得られたラインデータを後段の後処理部に出力する。
【００４８】
後処理部３０３では、ラインデータ生成部３０２より受け取ったラインデータに対してコントラスト調整、輝度調整、ガンマ補正、フレーム相関、シャープネス処理等を施し、処理結果を画像構築部３０４に出力する。画像構築部３０４は、極座標のラインデータ列をビデオ信号に変換し、ＬＣＤモニタ１１３に血管断面画像として表示する。なお、ここでは一例として、５１２ラインから画像を構築する例を示しているが、このライン数に限定されるものではない。制御部３０５は上述した各部の一連の動作を制御することになる。血管断層像を得るための演算内容、並びに、その表示処理に関する部分は、本願発明には直接には関係しないので、これ以上の説明は省略する。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、波長掃引を利用した光干渉断層像形成装置において、着目ライン分の波長掃引において取得されたトリガ信号を次ラインの干渉光データの取り込みに利用するのではなく、着目ラインに対する波長掃引における干渉光データの取り込みに利用できる。このため、各ラインにおけるサンプリングのタイミングのバラツキが発生しにくく、これまでよりも高い精度の断層像を構築することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１００：画像診断装置、 １０１：光プローブ部、 １０２：スキャナ／プルバック部、 ２０８：波長掃引光源、 ２１９：光検出器、 ２２１：復調器、 ２２２：Ａ／Ｄ変換器、 ２２３：信号処理部、 ２４０：光カップラ部、 ２５０：遅延部、 ７０２：カウンタ、 ７０３：加算器、 ７０４〜７０５：フリップフロップ、 ７０６：バッファメモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長掃引による光源から出力された光を光分割手段で測定光と参照光に分割し、生体管腔内に挿入された光プローブ部を介して照射方向を回転させながら生体組織に前記測定光を出射し、得られた反射光と、前記参照光とから得られる干渉光の光強度に基づいて該生体組織の断面画像を生成する光干渉断層像形成装置であって、
サンプリングタイミングで前記干渉光の光強度を電気的なデジタル信号に変換する変換手段と、
前記光源の１回の波長掃引による、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する検出手段と、
前記サンプリングタイミングごとに前記変換手段から出力されるデジタル信号を所定の遅延時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、
前記検出手段で前記トリガ信号が生成された時点から所定期間にわたる、前記遅延手段から出力されるデジタル信号を用いて、１ライン分のラインデータを生成する生成手段と、を備えることを特徴とする光干渉断層像形成装置。
【請求項２】
前記遅延手段は、
バッファメモリと、
前記サンプリングタイミングごとに更新される読み出しアドレスと、前記読み出しアドレスより前記所定の遅延時間に相当するアドレス量だけ異なる書き込みアドレスとを生成するアドレス生成手段と、
前記バッファメモリの前記書き込みアドレスに前記変換手段からのデジタル信号を書き込む書き込み手段と、
前記バッファメモリの前記読み出しアドレスからデジタル信号を読み出す読み出し手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項３】
前記書き込み手段による前記バッファメモリへのデジタル信号の書き込みと、前記読み出し手段による前記バッファメモリからのデジタル信号の読み出しは、前記サンプリングタイミングの一周期内で実行されることを特徴とする請求項２に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項４】
前記バッファメモリは、前記生成手段が１ライン分のラインデータを生成するのに必要なデジタル信号を格納する記憶容量を有し、
前記書き込みアドレスおよび前記読み出しアドレスは循環するように生成されることを特徴とする請求項２または３に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項５】
前記所定の遅延時間は、前記１回の波長掃引において、ラインデータ生成に利用する波長の光の発生開始から前記所定波長の光を検出するまでの時間であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項６】
前記遅延時間を、ユーザ操作により設定するための設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項１】
波長掃引による光源から出力された光を光分割手段で測定光と参照光に分割し、生体管腔内に挿入された光プローブ部を介して照射方向を回転させながら生体組織に前記測定光を出射し、得られた反射光と、前記参照光とから得られる干渉光の光強度に基づいて該生体組織の断面画像を生成する光干渉断層像形成装置であって、
サンプリングタイミングで前記干渉光の光強度を電気的なデジタル信号に変換する変換手段と、
前記光源の１回の波長掃引による、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する検出手段と、
前記サンプリングタイミングごとに前記変換手段から出力されるデジタル信号を所定の遅延時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、
前記検出手段で前記トリガ信号が生成された時点から所定期間にわたる、前記遅延手段から出力されるデジタル信号を用いて、１ライン分のラインデータを生成する生成手段と、を備えることを特徴とする光干渉断層像形成装置。
【請求項２】
前記遅延手段は、
バッファメモリと、
前記サンプリングタイミングごとに更新される読み出しアドレスと、前記読み出しアドレスより前記所定の遅延時間に相当するアドレス量だけ異なる書き込みアドレスとを生成するアドレス生成手段と、
前記バッファメモリの前記書き込みアドレスに前記変換手段からのデジタル信号を書き込む書き込み手段と、
前記バッファメモリの前記読み出しアドレスからデジタル信号を読み出す読み出し手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項３】
前記書き込み手段による前記バッファメモリへのデジタル信号の書き込みと、前記読み出し手段による前記バッファメモリからのデジタル信号の読み出しは、前記サンプリングタイミングの一周期内で実行されることを特徴とする請求項２に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項４】
前記バッファメモリは、前記生成手段が１ライン分のラインデータを生成するのに必要なデジタル信号を格納する記憶容量を有し、
前記書き込みアドレスおよび前記読み出しアドレスは循環するように生成されることを特徴とする請求項２または３に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項５】
前記所定の遅延時間は、前記１回の波長掃引において、ラインデータ生成に利用する波長の光の発生開始から前記所定波長の光を検出するまでの時間であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光干渉断層像形成装置。
【請求項６】
前記遅延時間を、ユーザ操作により設定するための設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光干渉断層像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２３９５１４（Ｐ２０１２−２３９５１４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９５８５（Ｐ２０１１−１０９５８５）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]