光断層画像化装置
【課題】測定光と参照光の干渉光の周波数解析を行うことにより断層画像を取得する光コヒーレンストモグラフィー計測において、所望のタイミングで、自動的に測定光と参照光の光路長差を調整する。
【解決手段】光プローブ230において、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、断層情報取得部250は、光路長調整用の断層情報を取得する。リアルタイム光路長調整部253は、光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である光プローブ230の窓入射点16aにおいて、測定光Ｌ１+反射光Ｌ３の光路長と参照光Ｌ２の光路長とが一致するように、光路長変更手段220の反射ミラー22を移動し、参照光Ｌの光路長を調整する。
【解決手段】光プローブ230において、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、断層情報取得部250は、光路長調整用の断層情報を取得する。リアルタイム光路長調整部253は、光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である光プローブ230の窓入射点16aにおいて、測定光Ｌ１+反射光Ｌ３の光路長と参照光Ｌ２の光路長とが一致するように、光路長変更手段220の反射ミラー22を移動し、参照光Ｌの光路長を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測による光断層画像を取得する光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、体腔内の断層画像を取得する装置として超音波を用いた超音波断層画像取得装置等が知られているが、その他に低コヒーレンス光による光干渉を用いた光断層画像取得装置を用いることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１においては、タイムドメイン計測により断層画像を取得するものであって、内視鏡の鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内にプローブを挿入することにより測定光が体腔内に導波されるようになっている。
【０００３】
具体的には、光源から射出された低コヒーレンス光が測定光と参照光とに分割された後、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導波される。一方、参照光は光路長の変更が施された後に合波手段に導波される。そして、合波手段により反射光と参照光とが合波され、合波されたことによる干渉光がヘテロダイン検波等により測定される。ここで、タイムドメイン計測は測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致したときに干渉光が検出されることを利用した計測方法であり、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）が変更されるようになっている。
【０００４】
ところで、近年、干渉光を空間的あるいは時間的に分光することにより、参照光の光路長を掃引することなく高速に光断層画像を取得する周波数ドメインＯＣＴ計測が提案されている（たとえば特許文献２、３参照）。この周波数ドメインＯＣＴ計測としては、干渉光を空間的に分光することにより光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測と、干渉光を時間的に分光することにより光断層画像を取得するＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測とが知られている。
【０００５】
ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測では、光源から射出される光の周波数を空間的に分光して干渉光を時間的に一括して検出を行うものであり、例えばマイケルソン型干渉計を用いて光源から広帯域の低コヒーレンス光を射出して測定光と参照光とに分割した後、測定対象に測定光が照射されたときの反射光と参照光との干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトル信号をフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに光断層画像を取得するようになっている。
【０００６】
ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測は、光源から射出されたコヒーレンス光を測定光と参照光とに分割した後、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、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。このＳＳ−ＯＣＴ計測では、光源から射出される光の周波数を時間的に変化させながら干渉光の検出を行うものであり、例えば、マイケルソン型干渉計を用いて、光源から射出されるレーザ光の周波数を時間的に変化させながら反射光と参照光との干渉が行われる。そして、光周波数領域のインターフェログラムから所定の測定対象の深さ位置における反射強度を検出し、これを用いて断層画像を生成する。
【０００７】
このように、周波数ドメインＯＣＴ装置においては、周波数解析を行うことにより各深さ方向における反射率すなわち断層情報を取得することができる。
【特許文献１】特開２００３−１７２６９０号公報
【特許文献２】米国特許第５５６５９８６号明細書
【特許文献３】特開平１１−８２８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
周波数ドメインＯＣＴ装置においては、光路差がゼロの点を基準点として、該基準点からの相対位置を得ることができるため、原理的には測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させる必要はない。しかし、実際には光路長差が大きい領域では、干渉信号の空間周波数が拡大してしまうため、干渉光を検出する光検出器の空間分解能あるいは時間分解能により、断層情報を取得可能な光路長差の最大値が決められてしまう。すなわち、ＳＤ−ＯＣＴ装置では、例えば光検出器としてフォトダイオードアレイを使用する場合であれば、フォトダイオードの間隔である空間分解能によって、ＳＳ−ＯＣＴ装置であれば、光検出器によるサンプリング間隔である時間分解能によって、断層情報を取得可能な光路長差範囲が決められる。
【０００９】
このため、少なくとも光断層情報を取得する前に、光断層情報を取得可能な光路長差範囲内に測定対象が含まれるように、光路長差を調整する必要があり、光断層画像化装置には、測定光または参照光の光路中に光路長を調整する光路長調整手段が設けられている。通常、使用者は目的の光断層画像を取得する前に、適当な光路長を設定して、光断層画像を取得して、この光断層画像を表示装置へ表示させる。使用者は、その光断層画像を目視して、光断層画像の中に測定対象が含まれるように、手動動作により光路長調整手段を調整する。その後、目的の光断層画像を取得する。
【００１０】
しかしながら、測定光または参照光の光路長は、温度変動などにより変化することがある。また、測定光または参照光の導光に導波路、例えば光ファイバ等を用いている場合には、該ファイバの屈曲により光路長に変化が生じる場合もある。このため、目的の光断層画像を取得している最中に、光路長が変化し、その結果光断層画像の取得部位（深さ）がずれてしまい、測定対称の光断層画像が良好に取得できない場合がある。
【００１１】
そこで、本発明は、測定光と参照光の干渉光を検出し、検出された干渉光を周波数解析することにより測定対象の光断層情報を取得する光断層画像化装置において、所望のタイミングで、自動的に光路長差を調整することのできる光断層画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光断層画像化装置は、光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された前記光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光を、測定対象に、走査しながら照射する照射手段と、
前記測定対象で反射した反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する第１の干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の各走査位置における光断層情報を取得する断層情報取得手段とを有する光断層画像化装置において、
前記干渉光を検出する第２の干渉光検出手段と、
該第２の干渉光検出手段の検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
なお、ここで「測定対象で反射した反射光」とは、測定対象で反射した光に加え測定対象で散乱された光を含むものである。また、「測定光を、測定対象に、走査しながら照射する」とは、測定光を連続的に移動させながら、測定対象を照射するものであってもよいし、あるいは測定光を、各走査位置において一旦停止し、その後移動させる動作を繰り返しながら、測定対象を照射するものであってもよい。
【００１４】
また、前記第２の干渉光検出手段が、前記干渉光を空間的または時間的に積算した積算値を検出結果として出力するものであり、前記光路長を変更する光路長変更手段を備えていれば、前記光路長調整手段は、前記光路長変更手段による前記光路長の変更前後に前記第２の干渉光検出手段により検出された前記積算値を比較し、該比較結果に基づいて前記光路長を調整するものであってもよい。なお、光路長変更手段は、光路長調整手段とは別個に設けられているものであってもよいし、光路長調整手段が兼ねているものであってもよい。
【００１５】
さらに、前記光路長調整手段は、前記測定対象の複数の走査位置から検出した複数の前記検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整するものであってもよい。
【００１６】
さらに、前記第１の干渉光検出手段は、前記第２の干渉光検出手段を兼ねるものであってもよい。
【００１７】
また、前記干渉光を前記第１の干渉光検出手段へ入射する光と、前記第２の干渉光検出手段へ入射する光とへ分離する光分離手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光断層画像化装置は、光を射出する光源ユニットと、該光源ユニットから射出された前記光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、該光分割手段により分割された前記測定光を、測定対象に、走査しながら照射する照射手段と、前記測定対象で反射した反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する第１の干渉光検出手段と、該干渉光検出手段により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の各走査位置における光断層情報を取得する断層情報取得手段とを有する光断層画像化装置において、前記干渉光を検出する第２の干渉光検出手段と、該第２の干渉光検出手段の検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段を備えることにより、所望のタイミング、例えば光断層情報の取得毎に、自動的に光路長差を調整することができ、装置の利便性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記第２の干渉光検出手段が、前記干渉光を空間的または時間的に積算した積算値を検出結果として出力するものであり、前記光路長を変更する光路長変更手段を備え、前記光路長調整手段が、前記光路長変更手段による前記光路長の変更前後に前記第２の干渉光検出手段により検出された前記積算値を比較し、該比較結果に基づいて前記光路長を調整するものであれば、積算値を用いることによりノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することができる。
【００２０】
さらに、前記光路長調整手段が、前記測定対象の複数の走査位置から検出した複数の前記検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整するものであれば、複数の前記検出結果に基づいて光路長を調整するため、誤差の影響を低減することができ、より正確に光路長を調整することができる。
【００２１】
また、前記第１の干渉光検出手段が、前記第２の干渉光検出手段を兼ねるものであれば、装置を小型化することができる。
【００２２】
前記干渉光を前記第１の干渉光検出手段へ入射する光と、前記第２の干渉光検出手段へ入射する光とへ分離する光分離手段を備えるものであれば、前記第２の干渉光検出手段として所望の検出手段を使用することができ、いっそう短時間で光路長を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な第１の実施形態である光断層画像化装置について図１を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である光断層画像化装置の概略構成図である。
【００２４】
本光断層画像化装置200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前述のＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、低コヒーレンス光Ｌaを射出する光源ユニット210と、光源ユニット210から射出された光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長変更手段220と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Sに照射する光プローブ230と、こうして測定対象Sに測定光Ｌ１が照射されたとき該測定対象Sで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波された反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との間の干渉光Ｌ４を空間的に分光して検出する干渉光検出手段240と、該干渉光検出手段240の検出結果から断層情報を取得する断層情報取得部250と、該断層情報取得部250で取得された断層情報から断層画像を生成する画像生成部251と、該画像生成部251で生成された断層画像を表示する画像表示部252と、断層情報取得部250で取得された断層情報に基づいて参照光Ｌ２の光路長をリアルタイムに調整するリアルタイム光路長調整部253とを有している。
【００２５】
光源ユニット210は、中心波長（λｃ）1.1μｍ、スペクトル半値全幅９０ｎｍの低コヒーレント光Ｌaを射出するＳＬＤ（Super Luminescent Diode）211と、この光源10から射出された光を光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系212とを有している。
【００２６】
光分割手段３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット210から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。この光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２を伝播し、参照光Ｌは光ファイバＦＢ３内を伝播する。なお、本例におけるこの光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。
【００２７】
光ファイバＦＢ２には、光プローブ230が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ230へ導波する。光プローブ230は、例えば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタ31により光ファイバＦＢ２に対して着脱可能に取り付けられている。
【００２８】
光プローブ230は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒15と、このプローブ外筒15の内部空間に、該外筒15の軸方向に延びる状態に配設された１本の光ファイバ13と、光ファイバ13の先端から出射した測定光Ｌ１をプローブ外筒15の周方向に偏向させるミラー17と、光ファイバ13の先端から出射した測定光Ｌ１を、プローブ外筒15の周外方に配された被走査体としての測定対象Sにおいて収束するように集光する集光レンズ18aおよび18ｂと、光ファイバ13を光ファイバ13の軸を回転軸として回転させるモータ14とを備えている。なお、光ファイバ13、集光レンズ18aおよび18ｂ、およびミラー１7は、一体的に構成され、光ファイバ13が回転した場合には、集光レンズ18aおよび18ｂ、およびミラー１7も回転する。また、プローブ外筒15の先端部には、測定光Ｌ１を透過するリング状の窓部１６が設けられている。
【００２９】
一方、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側には光路長変更手段220が配置されている。光路長変更手段220は、断層画像の取得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って、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー22と、反射ミラー22と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ21ａと、第１光学レンズ21ａと反射ミラー22との間に配置された第２光学レンズ21ｂとを有している。
【００３０】
第１光学レンズ21ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ21ｂは、第１光学レンズ21ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー22上に集光するとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。つまり、第１光学レンズ21ａと第２光学レンズ21ｂとにより共焦点光学系が形成されている。
【００３１】
したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ21ａにより平行光になり、第２光学レンズ21ｂにより反射ミラー22上に集光される。その後、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ21ｂにより平行光になり、第１光学レンズ21ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。
【００３２】
さらに光路長変更手段220は、第２光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23と、該基台23を第１光学レンズ21ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段24とを有している。そして基台23が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられるようになっている。
【００３３】
また合波手段４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長変更手段220により光路長が変更された参照光Ｌ２と、測定対象Sで反射した反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段240側に射出するように構成されている。
【００３４】
一方、干渉光検出手段240は、合波手段４により合波された反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を、空間的に分光することにより、各波長成分に分解して、チャンネルドスペクトル信号を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から出射した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ241と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光すると、該回折格子242により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出するＣＣＤアレイ244とを有している。
【００３５】
またＣＣＤアレイ244は、例えば１次元もしくは２次元に光センサが配列されてなるＣＣＤアレイであり。各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。
【００３６】
上記ＣＣＤアレイ244は断層情報取得部250に接続され、この断層情報取得部250は画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253に接続されている。画像生成部251は、ＣＲＴや液晶画像表示部等からなる画像表示部252に接続されている。また、リアルタイム光路長調整部253は、光路長調整手段220へ接続されている。
【００３７】
断層情報取得部250は、ＣＣＤアレイ244において検出された干渉光Ｌ４のチャンネルドスペクトル信号をフーリエ解析することにより、周波数解析を行ない、各深さ位置における反射情報からなる断層情報を取得する。そして、画像生成部251では、測定部位を僅かにずらしなら取得した断層情報に基いて断層画像を生成する。そして生成された断層画像は、画像表示部252において表示される。
【００３８】
なお、干渉光検出手段240、断層情報取得部250および画像生成部251における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成についての詳細は、「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。
【００３９】
なお、断層情報取得部250、画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムとして形成される。
【００４０】
以下、上記構成を有する光断層画像化装置200の作用について説明する。説明を簡単にするために、まず、断層情報を取得して、その断層情報を用いて断層画像を生成する方法を説明し、その後、本光断層画像化装置200の動作全体について説明する。
【００４１】
光源ユニット210から低コヒーレンス光Ｌaが射出され、この低コヒーレンス光Ｌaは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光プローブ230から体腔内に向けて射出され、測定対象Sに照射される。このとき、前述したように作動する該光プローブ230により、そこから出射した測定光Ｌ１が測定対象Sを１次元に走査する。そして、測定対象Sで反射した反射光Ｌ３が反射ミラー22において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段240によって検出される。断層情報取得部250では、この検出した干渉信号に対して、適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換を施し、測定対象Sの深さ方向の反射光強度分布情報である断層情報を生成し、画像生成部251へ出力し、不図示のメモリへ記憶する。
【００４２】
断層情報を取得後、光ファイバ13、ロッドレンズ18およびプリズムミラー17を微少角度回転させ、前回断層情報を取得した位置からわずかに離れた位置において、上記と同様の動作を繰り返し、断層情報を取得する。このように、この動作を繰り返し、測定光Ｌ１が照射される各点において光断層情報を取得することにより、測定光Ｌ１の回転方向に沿った各部分において測定対象Sの断層情報が得られる。これらの断層情報は順次画像生成部251の不図示のメモリへ記憶される。測定光Ｌ１の照射角度を１回転させること、即ち測定光Ｌ１により測定対象Sを走査することにより、一周分の断層情報を画像生成部251のメモリに記憶する。その後、これらの断層情報を合成することにより、輪切り状の断層面についての断層画像を生成することができる。このようにして取得された断層画像は、画像表示部252に表示される。なお、例えば光プローブ230を図１左右方向に移動させて、測定対象Sに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
【００４３】
次に、本光断層画像化装置200の動作を動作開始から順を追って説明する。使用者は、断層画像を取得する前に、光プローブ230を被検者の体腔へ挿入する。最初に、光路長変更手段220の基台23を手動操作により矢印Ａ方向に移動させることにより、測定の際の基準点、例えば窓入射点16aが測定可能領域内に位置するようにおおまかに光路長を設定する。その後、各点における断層情報を取得する直前に、光路長をリアルタイムに調整する。以下このリアルタイム調整方法の詳細を説明する。
【００４４】
まず、上記の断層画像用の断層情報の取得動作と同様の動作により、その点における光路長調整用の断層情報を取得する。断層情報取得部250では、取得した光路調整用の断層情報をリアルタイム光路長調整部253へ出力する。なお、この断層情報は前述したように、測定対象Sの深さ方向の反射光強度分布情報である。リアルタイム光路長調整部253では、この断層情報から、反射光強度が大きくなる点である窓部16への窓入射点16aにおいて、断層画像を取得する際に測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するために必要な光路長変更手段220の基台23の移動方向および移動量である光路長調整値を算出し、この光路長調整値を光路長変更手段220のミラー移動手段24へ出力する。ミラー移動手段24は、光路長調整値に基づいて、ミラー22の基台23を移動する。この光路長調整動作により、窓入射点16aにおいて測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とがするように、ミラー22の位置が調整される。その後、断層画像用の断層情報を再度取得する。
【００４５】
測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置200では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。
【００４７】
また、本実施の形態において、リアルタイム光路長調整部253は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において断層情報を取得して、各断層情報毎に光路長調整値を算出し、これらの複数個の光路長調整値の平均値を求め、該平均値に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の光路長調整値の平均値を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置300の概略構成図である。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００４９】
この第２の実施形態の光断層画像装置300は、光路長をリアルタイムに調整する際に、干渉光の光強度を空間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させるものであり、その他の点は基本的に第1の実施形態である光断層画像化装置200と同様に構成されている。
【００５０】
干渉光検出手段340は、反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波された干渉光Ｌ４を検出するものであって、コリメータレンズ241と、回折格子242と、ＣＣＤアレイであるＣＣＤアレイ244とを有している。また干渉光検出手段340は、ＣＣＤアレイ244に接続され、光路長を調整する際に、該ＣＣＤアレイ244の各ＣＣＤの出力を積算した値、すなわち干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値を、リアルタイム光路長調整部353へ出力する積算部341を有している。
【００５１】
本光断層画像化装置300の動作を動作開始から順を追って説明する。使用者は、光プローブ230を被検者の体腔へ挿入し、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を行う。初期設定においては、光路長変更手段220の基台23を手動操作により矢印Ａ方向に移動させることにより、測定の際の基準点、例えば窓入射点16aが測定可能領域内に位置するようにおおまかに光路長を設定する。その後、各点における断層情報を取得する直前に、光路長をリアルタイムに調整する。
【００５２】
以下、光路長をリアルタイムに調整する際の動作について、リアルタイム光路長調整部353の動作に基づいて説明する。図３は、干渉光の光強度を空間的にまたは時間的に積算した積算値と測定深度との関係を示すグラフである。通常、干渉光の光強度を積算した積算値は、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置の測定光の反射率を表している。このため、干渉光の光強度を空間的に積算した積算値を比較することは、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置における測定光の反射率を比較することとなる。
【００５３】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部341から出力された積算値をモニタしつつ、光路長変更手段220のミラー移動手段24を制御して、第２光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23を、該基台23を第１光学レンズ21ａの光軸方向に僅かに移動させる。このとき基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より大きければ、同じ方向へさらに基台23を移動させる。また、基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より小さければ、逆の方向へ基台23を移動させる。このような基台23の微小移動を繰り返し、最終的にどちらの方向へ移動させても積算値が小さくなる位置、すなわち積算値が最大になる位置で基台23を停止させる。このような動作により、常に積算値が最大になる基準点、本実施形態においては反射率の高い窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させることができる。なお、より大幅な光路長の変動が予想される場合であれば、光路長の変更範囲を広げ、図３に示すような積算値の測定結果を取得し、積算値が最も大きくなる基準点を検出し、該基準点が得られた位置に基台23を配置してもよい。
【００５４】
光断層画像化装置300においても、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように干渉光の光強度を空間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００５５】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置300では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、光路長を調整する際に、干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値を用いることにより、ノイズの影響を受けにくく、正確に光路長を調整することが可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態において、リアルタイム光路長調整部353は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長の調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初に走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において積算値が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態の変形例として、図４に示すように、リアルタイム調整手段353とは別個に、光路長初期設定部354を設けた装置も考えられる。光路長初期設定部354は、断層情報取得部250およびミラー駆動手段24へ接続され、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を行うものである。
【００５８】
光路長初期設定部354は、図１に示す光断層画像化装置200におけるリアルタイム光路長調整部253と同様の動作により、光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長の初期値を設定するものである。その後、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、リアルタイム光路長調整部353により、参照光の光路長がリアルタイムに調整される。なお、光路長初期設定部354においても、複数の走査位置から検出した断層情報に基いて、光路長を調整してもよいことは言うまでもない。
【００５９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置400の概略構成図である。なおこの図５において、図２中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００６０】
この第３の実施形態の光断層画像化装置400は、先に説明した第２の実施形態である光断層画像300と比べ、干渉光L4の一部を、分光する前に分離する光分離手段441と、分離された干渉光L4を集光するレンズ442と、分離された干渉光L4の光強度を検出する光検出器443とを備えた点が異なるものであり、その他の点は、基本的に第２の実施形態である光断層画像化装置300と同様に構成されている。
【００６１】
干渉光検出手段440は、反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波された干渉光Ｌ４を検出するものであって、コリメータレンズ241と、回折格子242と、ＣＣＤアレイであるＣＣＤアレイ244とを有している。また干渉光検出手段440は、干渉光L4の光路中に配置され干渉光L4の１０％を分光する前に反射して分離する光分離手段441と、分離された干渉光L4を集光するレンズ442と、分離された干渉光L4の光強度を検出する光検出器443とを備えている。なお、光分離手段441としては、例えば光の９０％を透過し、１０％を反射する反射ミラーを用いることができる。また、光検出器443の出力値は、干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値の１０％であり、実質的に、図２に示す第２の実施形態である光断層画像化装置300に用いられている積算部341の出力の１０％に相当するものである。
【００６２】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部341から出力された積算値の変わりに、光検出器443から出力された光強度をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、光強度の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００６３】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置400においても、光断層画像化装置300と同様に、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、積算値を用いているために、ノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することができる。さらに、本実施の形態においては、光路長を調整する際に光検出器443で検出した、分光される前に分離された干渉光Ｌ４の光強度を用いるので、分光された干渉光L4を検出する必要も、またその検出値を積算する必要もなく、迅速に光路長を調整することができる。
【００６４】
また、本実施の形態においても、リアルタイム光路長調整部353は、光路長の調整を複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行なって、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において積算値が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００６５】
さらに、図４に示す第２の実施形態の変形例と同様に、リアルタイム光路長調整部353に加えて、光路長初期設定部354を設け、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を自動的に行ってもよい。
【００６６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態による光断層画像化装置600の概略構成図である。なおこの図６において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００６７】
この第４の実施形態の光断層画像化装置600は、先に説明した第１の実施形態である光断層画像200と比べ、測定対象の断層画像を前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものである点が異なるものであり、その他の点は、基本的に第１の実施形態である光断層画像化装置200と同様に構成されている。
【００６８】
光断層画像化装置600は、光Ｌｓを射出する光源ユニット610と、光源ユニット610から射出された光Ｌｓを測定光Ｌｓ１と参照光Ｌｓ２とに分割する光分割手段63と、光分割手段63により分割された参照光Ｌｓ２の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段63により分割された測定光Ｌｓ１を測定対象Sに照射する光プローブ230と、こうして測定対象Ｓに測定光Ｌｓ１が照射されたとき該測定対象Ｓで反射した反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２とを合波する合波手段64と、合波された反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との間の干渉光Ｌｓ４を検出する干渉光検出手段640と、該干渉光検出手段640の検出結果から断層情報を取得する断層情報取得部650と、該断層情報取得部650で取得された断層情報から断層画像を生成する画像生成部251と、該画像生成部251で生成された断層画像を表示する画像表示部252と、断層情報取得部650で取得された断層情報に基づいて、参照光Ｌｓ２の光路長をリアルタイムに調整するリアルタイム光路長調整部253とを有している。
【００６９】
光源ユニット610は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌｓを射出するものである。レーザ光Ｌｓの周波数ｆは、図７に示すように、中心周波数ｆｃ であって所定の周波数掃引幅Δｆの範囲において周期的に掃引するようになっている。従って、周波数ｆは、周波数ｆ０（ｆｃ-Δｆ／２）〜周波数ｆｃ+Δｆ／２の間で鋸波状に掃引する。
【００７０】
なお、説明の便宜上、レーザ光Ｌｓの周波数ｆの変化に着目して説明しているが、周波数ｆ=光速ｃ/波長λであるため、レーザ光Ｌｓの周波数ｆを一定の周期で掃引させることはレーザ光Ｌｓの波長λを一定の周期で掃引させることと同義であり、図６におけるレーザ光Ｌｓの中心周波数ｆｃは、波長λを掃引させたさせたときの中心波長λｓｃであり、周波数掃引幅Δｆは波長掃引幅Δλｓである。また、図７においては、周波数が鋸波状に掃引する場合について例示しているが、波状に掃引するものであってもよい。
【００７１】
光源ユニット610は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）611と光ファイバＦＢ70とを有しており、光ファイバＦＢ70が半導体光増幅器611の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器611は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ70の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ70の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器611に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器611および光ファイバＦＢ70により形成される光共振器により鋸波状のレーザ光Ｌｓが光ファイバＦＢ61へ射出されるようになっている。
【００７２】
さらに、光ファイバＦＢ70には光分岐器612が結合されており、光ファイバＦＢ70内を導波する光の一部が光分岐器612から光ファイバＦＢ71側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ71から射出した光はコリメータレンズ613、回折格子614、光学系615を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）616において反射される。そして反射された光は光学系615、回折格子614、コリメータレンズ613を介して再び光ファイバＦＢ71に入射される。
【００７３】
ここで、この回転多面鏡616は矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系615の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子614において分光された光のうち、特定の周波数域の光だけが再び光ファイバＦＢ71に戻るようになる。この光ファイバＦＢ71に戻る光の周波数は光学系615の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ71に入射した特定の周波数域の光が光分岐器612から光ファイバＦＢ70に入射され、結果として特定の周波数域のレーザ光Ｌｓが光ファイバＦＢ61側に射出されるようになっている。
【００７４】
したがって、回転多面鏡616が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ71に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。こうして光源ユニット610からは、波長掃引されたレーザ光Ｌｓが光ファイバＦＢ61側に射出される。
【００７５】
光分割手段63は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット610から光ファイバＦＢ61を介して導波した光Ｌｓを測定光Ｌｓ１と参照光Ｌｓ２とに分割する。この光分割手段63は、２本の光ファイバＦＢ62、ＦＢ63にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌｓ１は光ファイバＦＢ62を導波し、参照光Ｌｓ２は光ファイバＦＢ63を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段63は、合波手段64としても機能するものである。
【００７６】
光ファイバＦＢ62には、光プローブ230が光学的に接続されており、測定光Ｌｓ１は光ファイバＦＢ62から光プローブ230へ導波する。
【００７７】
一方、光ファイバＦＢ63の参照光Ｌｓ２の射出側には光路長調整手段220が配置されている。
【００７８】
また合波手段64は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段220により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌｓ２と、測定対象Ｓからの反射光Ｌｓ３とを合波し、光ファイバＦＢ64を介して干渉光検出手段640側に射出するように構成されている。
【００７９】
干渉光検出手段640は、合波手段64により合波された反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との干渉光Ｌｓ４を、時間的に分光して検出するものであり、干渉光Ｌｓ４の光強度を、所定のサンプリング周波数で検出するIｎGaAｓ系の光検出器642aおよび642bと、光検出器642aの検出値と光検出器642b の検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行う演算部641とを備えている。なお、干渉光Ｌｓ4は光分割手段63において二分され光検出器642aと642bにおいて検出される。
【００８０】
上記演算部641は断層情報取得部650に接続され、この断層情報取得部650は画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253に接続されている。画像生成部251は、ＣＲＴや液晶画像表示部等からなる画像表示部252に接続されている。また、リアルタイム光路長調整部253は、光路長調整手段220へ接続されている。
【００８１】
断層情報取得部650は、演算部641の出力である光周波数領域のインターフェログラム(干渉波形)をフーリエ変換し、所定の測定対象の各深さ位置における反射強度を算出し、これを用いて断層情報を生成する。
【００８２】
なお、干渉光検出手段640、断層情報取得部650および画像生成部251における干渉光Ｌｓ４の検出および画像の生成についての詳細は、「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。
【００８３】
また、断層情報取得部650、画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムとして形成される。
【００８４】
以下、上記構成を有する光断層画像化装置600の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台23を矢印Ａ方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット610から光Ｌｓが射出され、この光Ｌｓは光分割手段63により測定光Ｌｓ１と参照光Ｌｓ２とに分割される。測定光Ｌｓ１は光プローブ230から体腔内に向けて射出され、測定対象Ｓに照射される。このとき、前述したように作動する光プローブ230により、そこから出射した測定光Ｌｓ１が測定対象Ｓを１次元に走査する。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌｓ３が反射ミラー523において反射した参照光Ｌｓ２と合波され、反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との干渉光Ｌｓ４が干渉光検出手段640によって検出される。断層情報取得部650において、干渉光検出手段640により検出された干渉光Ｌｓ４のインターフェログラム（干渉波形）を、適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換し、測定対象Ｓの各深さ方向の反射光強度分布情報である断層情報を取得する。
【００８５】
そして、光プローブ230のモータ14により、光ファイバ13を回転させることにより、測定光Ｌｓ１を測定対象Ｓ上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓの断層情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を生成することができる。このようにして取得された断層画像は、画像表示部252に表示される。
【００８６】
次に、本光断層画像化装置600の動作を動作開始から順を追って説明する。使用者は、断層画像を取得する前に、光プローブ230を被検者の体腔へ挿入する。最初に、光路長変更手段220の基台23を手動操作により矢印Ａ方向に移動させることにより、測定の際の基準点、例えば窓入射点16aが測定可能領域内に位置するようにおおまかに光路長の調整を行なう。その後、各点における断層画像を取得する直前に、上記の断層画像用の断層情報の取得動作と同様の動作により、その点における光路長調整用の断層情報を取得する。断層情報取得部250では、取得した光路調整用の断層情報をリアルタイム光路長調整部253へ出力する。なお、この断層情報は前述したように、測定対象Sの深さ方向の反射光強度分布情報である。リアルタイム光路長調整部253では、この断層情報から、反射光強度が大きくなる点である窓部16への窓入射点16aにおいて、断層画像を取得する際に測定光の光路長と参照光の光路長とが一致するために必要な光路長変更手段220の基台23の移動方向および移動量である光路長調整値を算出し、この光路長調整値を光路長変更手段220のミラー移動手段24へ出力する。ミラー移動手段24は、光路長調整値に基づいて、ミラー22の基台23を移動する。この光路長調整動作により、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、ミラー22の位置が調整される。その後、断層画像用の断層情報を再度取得する。
【００８７】
測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００８８】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置600では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。
【００８９】
また、本実施の形態においても、リアルタイム光路長調整部253は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長の調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において断層情報を取得して、各断層情報毎に光路長調整値を算出し、これらの複数個の光路長調整値の平均値を求め、該平均値に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の光路長調整値の平均値を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００９０】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図８は、本発明の第５の実施形態による光断層画像化装置700の概略構成図である。なおこの図８において、図６中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００９１】
この第５の実施形態の光断層画像装置700は、光路長を調整する際に、干渉光の光強度を時間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させるものであり、その他の点は基本的に第４の実施形態である光断層画像化装置600と同様に構成されている。
【００９２】
干渉光検出手段740は、合波手段64により合波された反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との干渉光Ｌｓ４を、時間的に分光して検出するものであり、干渉光Ｌｓ４の光強度を、所定のサンプリング周波数で検出するIｎGaAｓ系の光検出器642aおよび642bと、光検出器642aの検出値と光検出器642b の検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行う演算部641とを備えている。なお、干渉光Ｌｓ4は光分割手段63において二分され光検出器642aと642bにおいて検出される。また、干渉光検出手段740は、演算部641に接続され、光路長を調整する際に、該演算部641の波長掃引一周期分の出力を積算した値、すなわち干渉光Ｌｓ４を時間的に積算した積算値を、リアルタイム光路長調整部353へ出力する積算部741を有している。なお、通常、干渉光の光強度を時間的に積算した積算値は、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置の測定光の反射率を表している。このため、干渉光の光強度を時間的に積算した積算値を比較することは、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置における測定光の反射率を比較することとなる。
【００９３】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部741から出力された積算値をモニタしつつ、光路長変更手段220のミラー移動手段24を制御して、第２光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23を、該基台23を第１光学レンズ21ａの光軸方向に僅かに移動させる。このとき基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より大きければ、同じ方向へさらに基台23を移動させる。また、基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より小さければ、逆の方向へ基台23を移動させる。このような基台23の微小移動を繰り返し、最終的にどちらの方向へ移動させても積算値が小さくなる位置、すなわち積算値が最大になる位置で基台23を停止させる。このような動作により、常に積算値が最大になる基準点、本実施形態においては反射率の高い窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させることができる。なお、より大幅な光路長の変動が予想される場合であれば、光路長の変更範囲を広げ、図３に示すような積算値の測定結果を取得し、積算値が最も大きくなる基準点を検出し、該基準点が得られた位置に基台23を配置してもよい。
【００９４】
光断層画像化装置700においても、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように干渉光の光強度を時間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００９５】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置700では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、光路長を調整する際に、干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値を用いることにより、ノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することが可能となる。
【００９６】
また、本実施の形態において、リアルタイム光路長調整部353は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長の調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初に走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において積算値が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００９７】
なお、本実施の形態の変形例として、図９に示すように、リアルタイム調整手段353とは別個に、光路長初期設定部751を設けた装置も考えられる。光路長初期設定部751は、断層情報取得部650およびミラー駆動手段24へ接続され、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を行うものである。
【００９８】
光路長初期設定部751は、図６に示す光断層画像化装置600における光路長初期設定部354と同様の動作により、光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長の初期値を設定するものである。その後、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、リアルタイム光路長調整部353により、参照光の光路長がリアルタイムに調整される。なお、光路長初期設定部751においても、複数の走査位置から検出した断層情報に基いて、光路長を調整してもよいことは言うまでもない。
【００９９】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第６の実施形態による光断層画像化装置800の概略構成図である。なおこの図１０おいて、図８中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【０１００】
この第６の実施形態の光断層画像化装置800は、先に説明した第５の実施形態である光断層画像700と比べ、干渉光Lｓ4の一部を検出する前に分離する光分離手段841と、分離された干渉光Ｌｓ４の光強度を検出する光検出器842とを備えた点が異なるものであり、その他の点は、基本的に第５の実施形態である光断層画像化装置700と同様に構成されている。
【０１０１】
干渉光検出手段840の光分離手段841としては、例えば光ファイバＦＢ64に結合された光分岐器843と、該光分枝器842に結合された光ファイバＦＢ80を用いることができる。光分枝器842は、光ファイバＦＢ64内を導波する光の１０％を、光分岐器842から光ファイバＦＢ80側へ射出するものである。光検出器842は光源ユニット610における周波数掃引の周期毎に光強度を検出する。この光検出器842の出力値は、干渉光Ｌｓ４を時間的に積算した積算値の１０％であり、図7に示す第５の実施形態である光断層画像化装置700に用いられている積算部741の出力の１０％に相当するものである。なお、光分離手段としては、光ファイバＦＢ64の光路中に一部空間を伝播する部位を作成し、この部位に一部の光を反射するミラーを設けるように構成してもよい。
【０１０２】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部341から出力された積算値の変わりに、光検出器842から出力された光強度をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、光強度の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【０１０３】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置800においても、光断層画像化装置700と同様に、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、積算値を用いているために、ノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することができる。さらに、本実施の形態においては、光路長を調整する際に光検出器842で検出した干渉光Ｌｓ４の光強度を用いるので、干渉光Ｌｓ４を時間的に分光して検出する必要も、またその検出値を積算する必要もなく、迅速に光路長を調整することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態においても、リアルタイム光路長調整部353は、光路長の調整を複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行なって、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において光強度が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【０１０５】
さらに、図９に示す第５の実施形態の変形例と同様に、リアルタイム光路長調整部353に加えて、光路長初期設定部751を設け、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を自動的に行ってもよい。
【０１０６】
なお、本発明の各実施の形態においては、測定光、参照光および干渉光などの各光はそれぞれ光ファイバ中を伝搬しているが、これに限定されるものではなく、大気中もしくは真空中を伝搬させるようにしてもよい。
【０１０７】
また、干渉光を空間的に積算する場合または時間的に積算する場合には、干渉光の全部を積算してもよいし、あるいは一部を積算してもよい。
【０１０８】
また、各実施の形態においては、参照光の光路長を変更することにより光路長を調整したが、測定光あるいは反射光の光路長を変更することにより、光路長を調整してもよい。
【０１０９】
さらに、各実施の形態では、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させる基準点として、窓入射点16aを用いたが、これに限定されるものではなく、測定光の入射方向の前後の近傍部位に比べ反射率が高い、あるいは低い点であれば、いかなる点であっても基準点として用いることができる。例えば測定対象表面や、異なる組織の境界なども基準点として用いることができる。また、各実施の形態では、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように光路長を調整したが、これに限定されるものではなく、基準点から所定距離離れている位置、例えば窓入射点16aから０．５ｍｍ外側の位置において、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように光路長を調整してもよい。
【０１１０】
また、リアルタイムに光路長を調整するために参照光の光路長を変更する場合、光路長変更手段を用いて光路長を変更したが、これに限定されるものではなく、参照光の光路長を変更できるものであればいかなる変更手段を用いてもよい。例えば補助参照光および参照光の光路中にピエゾ素子等の光路長変更素子を設け、この光路長変更素子により光路長を変更してもよい。
【０１１１】
また、干渉光の光強度を空間的または時間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更する場合に、光路長調整手段を用いて光路長を変更したが、このような場合には光路長の変更距離が短いため、例えば参照光の光路中にピエゾ素子等の光路長をわずかに変更できる素子を設けて、光路長を変更してもよい。
【０１１２】
さらに、各実施の形態においては、マイケルソン型干渉計を用いたが、これに限定されるものではなく、他の形式の干渉計、例えばマッハツェンダー型干渉計等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図３】干渉光強度と測定対象の深さとの関係を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態である光断層画像化装置の変形例の概略構成図
【図５】本発明の第３の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図６】本発明の第４の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図７】周波数掃引レーザ光における周波数掃引状態の説明図
【図８】本発明の第５の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図９】本発明の第５の実施形態である光断層画像化装置の変形例の概略構成図
【図１０】本発明の第６の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【符号の説明】
【０１１４】
200,300,400,600,700,800光断層画像化装置
３,63 光分割手段
４,64 合波手段
210,610 光源ユニット
220 光路長変更手段
230 光プローブ
240,340,440,640,740,840 干渉光検出手段
253,353 リアルタイム光路長調整部
Ｌa 低コヒーレンス光
Ｌｓ レーザ光
Ｌ１,Ｌｓ１ 測定光
Ｌ２,Ｌｓ２ 参照光
Ｌ３,Ｌｓ３ 反射光
Ｌ４,Ｌｓ４ 干渉光
Ｓ 測定対象
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測による光断層画像を取得する光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、体腔内の断層画像を取得する装置として超音波を用いた超音波断層画像取得装置等が知られているが、その他に低コヒーレンス光による光干渉を用いた光断層画像取得装置を用いることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１においては、タイムドメイン計測により断層画像を取得するものであって、内視鏡の鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内にプローブを挿入することにより測定光が体腔内に導波されるようになっている。
【０００３】
具体的には、光源から射出された低コヒーレンス光が測定光と参照光とに分割された後、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導波される。一方、参照光は光路長の変更が施された後に合波手段に導波される。そして、合波手段により反射光と参照光とが合波され、合波されたことによる干渉光がヘテロダイン検波等により測定される。ここで、タイムドメイン計測は測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致したときに干渉光が検出されることを利用した計測方法であり、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）が変更されるようになっている。
【０００４】
ところで、近年、干渉光を空間的あるいは時間的に分光することにより、参照光の光路長を掃引することなく高速に光断層画像を取得する周波数ドメインＯＣＴ計測が提案されている（たとえば特許文献２、３参照）。この周波数ドメインＯＣＴ計測としては、干渉光を空間的に分光することにより光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測と、干渉光を時間的に分光することにより光断層画像を取得するＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測とが知られている。
【０００５】
ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｏｕｒｃｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測では、光源から射出される光の周波数を空間的に分光して干渉光を時間的に一括して検出を行うものであり、例えばマイケルソン型干渉計を用いて光源から広帯域の低コヒーレンス光を射出して測定光と参照光とに分割した後、測定対象に測定光が照射されたときの反射光と参照光との干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトル信号をフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに光断層画像を取得するようになっている。
【０００６】
ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測は、光源から射出されたコヒーレンス光を測定光と参照光とに分割した後、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、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。このＳＳ−ＯＣＴ計測では、光源から射出される光の周波数を時間的に変化させながら干渉光の検出を行うものであり、例えば、マイケルソン型干渉計を用いて、光源から射出されるレーザ光の周波数を時間的に変化させながら反射光と参照光との干渉が行われる。そして、光周波数領域のインターフェログラムから所定の測定対象の深さ位置における反射強度を検出し、これを用いて断層画像を生成する。
【０００７】
このように、周波数ドメインＯＣＴ装置においては、周波数解析を行うことにより各深さ方向における反射率すなわち断層情報を取得することができる。
【特許文献１】特開２００３−１７２６９０号公報
【特許文献２】米国特許第５５６５９８６号明細書
【特許文献３】特開平１１−８２８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
周波数ドメインＯＣＴ装置においては、光路差がゼロの点を基準点として、該基準点からの相対位置を得ることができるため、原理的には測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させる必要はない。しかし、実際には光路長差が大きい領域では、干渉信号の空間周波数が拡大してしまうため、干渉光を検出する光検出器の空間分解能あるいは時間分解能により、断層情報を取得可能な光路長差の最大値が決められてしまう。すなわち、ＳＤ−ＯＣＴ装置では、例えば光検出器としてフォトダイオードアレイを使用する場合であれば、フォトダイオードの間隔である空間分解能によって、ＳＳ−ＯＣＴ装置であれば、光検出器によるサンプリング間隔である時間分解能によって、断層情報を取得可能な光路長差範囲が決められる。
【０００９】
このため、少なくとも光断層情報を取得する前に、光断層情報を取得可能な光路長差範囲内に測定対象が含まれるように、光路長差を調整する必要があり、光断層画像化装置には、測定光または参照光の光路中に光路長を調整する光路長調整手段が設けられている。通常、使用者は目的の光断層画像を取得する前に、適当な光路長を設定して、光断層画像を取得して、この光断層画像を表示装置へ表示させる。使用者は、その光断層画像を目視して、光断層画像の中に測定対象が含まれるように、手動動作により光路長調整手段を調整する。その後、目的の光断層画像を取得する。
【００１０】
しかしながら、測定光または参照光の光路長は、温度変動などにより変化することがある。また、測定光または参照光の導光に導波路、例えば光ファイバ等を用いている場合には、該ファイバの屈曲により光路長に変化が生じる場合もある。このため、目的の光断層画像を取得している最中に、光路長が変化し、その結果光断層画像の取得部位（深さ）がずれてしまい、測定対称の光断層画像が良好に取得できない場合がある。
【００１１】
そこで、本発明は、測定光と参照光の干渉光を検出し、検出された干渉光を周波数解析することにより測定対象の光断層情報を取得する光断層画像化装置において、所望のタイミングで、自動的に光路長差を調整することのできる光断層画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光断層画像化装置は、光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された前記光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光を、測定対象に、走査しながら照射する照射手段と、
前記測定対象で反射した反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する第１の干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の各走査位置における光断層情報を取得する断層情報取得手段とを有する光断層画像化装置において、
前記干渉光を検出する第２の干渉光検出手段と、
該第２の干渉光検出手段の検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
なお、ここで「測定対象で反射した反射光」とは、測定対象で反射した光に加え測定対象で散乱された光を含むものである。また、「測定光を、測定対象に、走査しながら照射する」とは、測定光を連続的に移動させながら、測定対象を照射するものであってもよいし、あるいは測定光を、各走査位置において一旦停止し、その後移動させる動作を繰り返しながら、測定対象を照射するものであってもよい。
【００１４】
また、前記第２の干渉光検出手段が、前記干渉光を空間的または時間的に積算した積算値を検出結果として出力するものであり、前記光路長を変更する光路長変更手段を備えていれば、前記光路長調整手段は、前記光路長変更手段による前記光路長の変更前後に前記第２の干渉光検出手段により検出された前記積算値を比較し、該比較結果に基づいて前記光路長を調整するものであってもよい。なお、光路長変更手段は、光路長調整手段とは別個に設けられているものであってもよいし、光路長調整手段が兼ねているものであってもよい。
【００１５】
さらに、前記光路長調整手段は、前記測定対象の複数の走査位置から検出した複数の前記検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整するものであってもよい。
【００１６】
さらに、前記第１の干渉光検出手段は、前記第２の干渉光検出手段を兼ねるものであってもよい。
【００１７】
また、前記干渉光を前記第１の干渉光検出手段へ入射する光と、前記第２の干渉光検出手段へ入射する光とへ分離する光分離手段を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光断層画像化装置は、光を射出する光源ユニットと、該光源ユニットから射出された前記光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、該光分割手段により分割された前記測定光を、測定対象に、走査しながら照射する照射手段と、前記測定対象で反射した反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する第１の干渉光検出手段と、該干渉光検出手段により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の各走査位置における光断層情報を取得する断層情報取得手段とを有する光断層画像化装置において、前記干渉光を検出する第２の干渉光検出手段と、該第２の干渉光検出手段の検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段を備えることにより、所望のタイミング、例えば光断層情報の取得毎に、自動的に光路長差を調整することができ、装置の利便性を向上させることができる。
【００１９】
また、前記第２の干渉光検出手段が、前記干渉光を空間的または時間的に積算した積算値を検出結果として出力するものであり、前記光路長を変更する光路長変更手段を備え、前記光路長調整手段が、前記光路長変更手段による前記光路長の変更前後に前記第２の干渉光検出手段により検出された前記積算値を比較し、該比較結果に基づいて前記光路長を調整するものであれば、積算値を用いることによりノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することができる。
【００２０】
さらに、前記光路長調整手段が、前記測定対象の複数の走査位置から検出した複数の前記検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整するものであれば、複数の前記検出結果に基づいて光路長を調整するため、誤差の影響を低減することができ、より正確に光路長を調整することができる。
【００２１】
また、前記第１の干渉光検出手段が、前記第２の干渉光検出手段を兼ねるものであれば、装置を小型化することができる。
【００２２】
前記干渉光を前記第１の干渉光検出手段へ入射する光と、前記第２の干渉光検出手段へ入射する光とへ分離する光分離手段を備えるものであれば、前記第２の干渉光検出手段として所望の検出手段を使用することができ、いっそう短時間で光路長を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な第１の実施形態である光断層画像化装置について図１を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である光断層画像化装置の概略構成図である。
【００２４】
本光断層画像化装置200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前述のＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、低コヒーレンス光Ｌaを射出する光源ユニット210と、光源ユニット210から射出された光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長変更手段220と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Sに照射する光プローブ230と、こうして測定対象Sに測定光Ｌ１が照射されたとき該測定対象Sで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波された反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との間の干渉光Ｌ４を空間的に分光して検出する干渉光検出手段240と、該干渉光検出手段240の検出結果から断層情報を取得する断層情報取得部250と、該断層情報取得部250で取得された断層情報から断層画像を生成する画像生成部251と、該画像生成部251で生成された断層画像を表示する画像表示部252と、断層情報取得部250で取得された断層情報に基づいて参照光Ｌ２の光路長をリアルタイムに調整するリアルタイム光路長調整部253とを有している。
【００２５】
光源ユニット210は、中心波長（λｃ）1.1μｍ、スペクトル半値全幅９０ｎｍの低コヒーレント光Ｌaを射出するＳＬＤ（Super Luminescent Diode）211と、この光源10から射出された光を光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系212とを有している。
【００２６】
光分割手段３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット210から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。この光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２を伝播し、参照光Ｌは光ファイバＦＢ３内を伝播する。なお、本例におけるこの光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。
【００２７】
光ファイバＦＢ２には、光プローブ230が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ230へ導波する。光プローブ230は、例えば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタ31により光ファイバＦＢ２に対して着脱可能に取り付けられている。
【００２８】
光プローブ230は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒15と、このプローブ外筒15の内部空間に、該外筒15の軸方向に延びる状態に配設された１本の光ファイバ13と、光ファイバ13の先端から出射した測定光Ｌ１をプローブ外筒15の周方向に偏向させるミラー17と、光ファイバ13の先端から出射した測定光Ｌ１を、プローブ外筒15の周外方に配された被走査体としての測定対象Sにおいて収束するように集光する集光レンズ18aおよび18ｂと、光ファイバ13を光ファイバ13の軸を回転軸として回転させるモータ14とを備えている。なお、光ファイバ13、集光レンズ18aおよび18ｂ、およびミラー１7は、一体的に構成され、光ファイバ13が回転した場合には、集光レンズ18aおよび18ｂ、およびミラー１7も回転する。また、プローブ外筒15の先端部には、測定光Ｌ１を透過するリング状の窓部１６が設けられている。
【００２９】
一方、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側には光路長変更手段220が配置されている。光路長変更手段220は、断層画像の取得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って、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー22と、反射ミラー22と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ21ａと、第１光学レンズ21ａと反射ミラー22との間に配置された第２光学レンズ21ｂとを有している。
【００３０】
第１光学レンズ21ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ21ｂは、第１光学レンズ21ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー22上に集光するとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。つまり、第１光学レンズ21ａと第２光学レンズ21ｂとにより共焦点光学系が形成されている。
【００３１】
したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ21ａにより平行光になり、第２光学レンズ21ｂにより反射ミラー22上に集光される。その後、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ21ｂにより平行光になり、第１光学レンズ21ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。
【００３２】
さらに光路長変更手段220は、第２光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23と、該基台23を第１光学レンズ21ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段24とを有している。そして基台23が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられるようになっている。
【００３３】
また合波手段４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長変更手段220により光路長が変更された参照光Ｌ２と、測定対象Sで反射した反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段240側に射出するように構成されている。
【００３４】
一方、干渉光検出手段240は、合波手段４により合波された反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を、空間的に分光することにより、各波長成分に分解して、チャンネルドスペクトル信号を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から出射した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ241と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光すると、該回折格子242により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出するＣＣＤアレイ244とを有している。
【００３５】
またＣＣＤアレイ244は、例えば１次元もしくは２次元に光センサが配列されてなるＣＣＤアレイであり。各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。
【００３６】
上記ＣＣＤアレイ244は断層情報取得部250に接続され、この断層情報取得部250は画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253に接続されている。画像生成部251は、ＣＲＴや液晶画像表示部等からなる画像表示部252に接続されている。また、リアルタイム光路長調整部253は、光路長調整手段220へ接続されている。
【００３７】
断層情報取得部250は、ＣＣＤアレイ244において検出された干渉光Ｌ４のチャンネルドスペクトル信号をフーリエ解析することにより、周波数解析を行ない、各深さ位置における反射情報からなる断層情報を取得する。そして、画像生成部251では、測定部位を僅かにずらしなら取得した断層情報に基いて断層画像を生成する。そして生成された断層画像は、画像表示部252において表示される。
【００３８】
なお、干渉光検出手段240、断層情報取得部250および画像生成部251における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成についての詳細は、「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。
【００３９】
なお、断層情報取得部250、画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムとして形成される。
【００４０】
以下、上記構成を有する光断層画像化装置200の作用について説明する。説明を簡単にするために、まず、断層情報を取得して、その断層情報を用いて断層画像を生成する方法を説明し、その後、本光断層画像化装置200の動作全体について説明する。
【００４１】
光源ユニット210から低コヒーレンス光Ｌaが射出され、この低コヒーレンス光Ｌaは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光プローブ230から体腔内に向けて射出され、測定対象Sに照射される。このとき、前述したように作動する該光プローブ230により、そこから出射した測定光Ｌ１が測定対象Sを１次元に走査する。そして、測定対象Sで反射した反射光Ｌ３が反射ミラー22において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段240によって検出される。断層情報取得部250では、この検出した干渉信号に対して、適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換を施し、測定対象Sの深さ方向の反射光強度分布情報である断層情報を生成し、画像生成部251へ出力し、不図示のメモリへ記憶する。
【００４２】
断層情報を取得後、光ファイバ13、ロッドレンズ18およびプリズムミラー17を微少角度回転させ、前回断層情報を取得した位置からわずかに離れた位置において、上記と同様の動作を繰り返し、断層情報を取得する。このように、この動作を繰り返し、測定光Ｌ１が照射される各点において光断層情報を取得することにより、測定光Ｌ１の回転方向に沿った各部分において測定対象Sの断層情報が得られる。これらの断層情報は順次画像生成部251の不図示のメモリへ記憶される。測定光Ｌ１の照射角度を１回転させること、即ち測定光Ｌ１により測定対象Sを走査することにより、一周分の断層情報を画像生成部251のメモリに記憶する。その後、これらの断層情報を合成することにより、輪切り状の断層面についての断層画像を生成することができる。このようにして取得された断層画像は、画像表示部252に表示される。なお、例えば光プローブ230を図１左右方向に移動させて、測定対象Sに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
【００４３】
次に、本光断層画像化装置200の動作を動作開始から順を追って説明する。使用者は、断層画像を取得する前に、光プローブ230を被検者の体腔へ挿入する。最初に、光路長変更手段220の基台23を手動操作により矢印Ａ方向に移動させることにより、測定の際の基準点、例えば窓入射点16aが測定可能領域内に位置するようにおおまかに光路長を設定する。その後、各点における断層情報を取得する直前に、光路長をリアルタイムに調整する。以下このリアルタイム調整方法の詳細を説明する。
【００４４】
まず、上記の断層画像用の断層情報の取得動作と同様の動作により、その点における光路長調整用の断層情報を取得する。断層情報取得部250では、取得した光路調整用の断層情報をリアルタイム光路長調整部253へ出力する。なお、この断層情報は前述したように、測定対象Sの深さ方向の反射光強度分布情報である。リアルタイム光路長調整部253では、この断層情報から、反射光強度が大きくなる点である窓部16への窓入射点16aにおいて、断層画像を取得する際に測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するために必要な光路長変更手段220の基台23の移動方向および移動量である光路長調整値を算出し、この光路長調整値を光路長変更手段220のミラー移動手段24へ出力する。ミラー移動手段24は、光路長調整値に基づいて、ミラー22の基台23を移動する。この光路長調整動作により、窓入射点16aにおいて測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とがするように、ミラー22の位置が調整される。その後、断層画像用の断層情報を再度取得する。
【００４５】
測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置200では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。
【００４７】
また、本実施の形態において、リアルタイム光路長調整部253は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において断層情報を取得して、各断層情報毎に光路長調整値を算出し、これらの複数個の光路長調整値の平均値を求め、該平均値に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の光路長調整値の平均値を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００４８】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置300の概略構成図である。なおこの図２において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００４９】
この第２の実施形態の光断層画像装置300は、光路長をリアルタイムに調整する際に、干渉光の光強度を空間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させるものであり、その他の点は基本的に第1の実施形態である光断層画像化装置200と同様に構成されている。
【００５０】
干渉光検出手段340は、反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波された干渉光Ｌ４を検出するものであって、コリメータレンズ241と、回折格子242と、ＣＣＤアレイであるＣＣＤアレイ244とを有している。また干渉光検出手段340は、ＣＣＤアレイ244に接続され、光路長を調整する際に、該ＣＣＤアレイ244の各ＣＣＤの出力を積算した値、すなわち干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値を、リアルタイム光路長調整部353へ出力する積算部341を有している。
【００５１】
本光断層画像化装置300の動作を動作開始から順を追って説明する。使用者は、光プローブ230を被検者の体腔へ挿入し、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を行う。初期設定においては、光路長変更手段220の基台23を手動操作により矢印Ａ方向に移動させることにより、測定の際の基準点、例えば窓入射点16aが測定可能領域内に位置するようにおおまかに光路長を設定する。その後、各点における断層情報を取得する直前に、光路長をリアルタイムに調整する。
【００５２】
以下、光路長をリアルタイムに調整する際の動作について、リアルタイム光路長調整部353の動作に基づいて説明する。図３は、干渉光の光強度を空間的にまたは時間的に積算した積算値と測定深度との関係を示すグラフである。通常、干渉光の光強度を積算した積算値は、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置の測定光の反射率を表している。このため、干渉光の光強度を空間的に積算した積算値を比較することは、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置における測定光の反射率を比較することとなる。
【００５３】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部341から出力された積算値をモニタしつつ、光路長変更手段220のミラー移動手段24を制御して、第２光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23を、該基台23を第１光学レンズ21ａの光軸方向に僅かに移動させる。このとき基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より大きければ、同じ方向へさらに基台23を移動させる。また、基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より小さければ、逆の方向へ基台23を移動させる。このような基台23の微小移動を繰り返し、最終的にどちらの方向へ移動させても積算値が小さくなる位置、すなわち積算値が最大になる位置で基台23を停止させる。このような動作により、常に積算値が最大になる基準点、本実施形態においては反射率の高い窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させることができる。なお、より大幅な光路長の変動が予想される場合であれば、光路長の変更範囲を広げ、図３に示すような積算値の測定結果を取得し、積算値が最も大きくなる基準点を検出し、該基準点が得られた位置に基台23を配置してもよい。
【００５４】
光断層画像化装置300においても、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように干渉光の光強度を空間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００５５】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置300では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、光路長を調整する際に、干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値を用いることにより、ノイズの影響を受けにくく、正確に光路長を調整することが可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態において、リアルタイム光路長調整部353は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長の調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初に走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において積算値が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態の変形例として、図４に示すように、リアルタイム調整手段353とは別個に、光路長初期設定部354を設けた装置も考えられる。光路長初期設定部354は、断層情報取得部250およびミラー駆動手段24へ接続され、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を行うものである。
【００５８】
光路長初期設定部354は、図１に示す光断層画像化装置200におけるリアルタイム光路長調整部253と同様の動作により、光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長の初期値を設定するものである。その後、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、リアルタイム光路長調整部353により、参照光の光路長がリアルタイムに調整される。なお、光路長初期設定部354においても、複数の走査位置から検出した断層情報に基いて、光路長を調整してもよいことは言うまでもない。
【００５９】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は、本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置400の概略構成図である。なおこの図５において、図２中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００６０】
この第３の実施形態の光断層画像化装置400は、先に説明した第２の実施形態である光断層画像300と比べ、干渉光L4の一部を、分光する前に分離する光分離手段441と、分離された干渉光L4を集光するレンズ442と、分離された干渉光L4の光強度を検出する光検出器443とを備えた点が異なるものであり、その他の点は、基本的に第２の実施形態である光断層画像化装置300と同様に構成されている。
【００６１】
干渉光検出手段440は、反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波された干渉光Ｌ４を検出するものであって、コリメータレンズ241と、回折格子242と、ＣＣＤアレイであるＣＣＤアレイ244とを有している。また干渉光検出手段440は、干渉光L4の光路中に配置され干渉光L4の１０％を分光する前に反射して分離する光分離手段441と、分離された干渉光L4を集光するレンズ442と、分離された干渉光L4の光強度を検出する光検出器443とを備えている。なお、光分離手段441としては、例えば光の９０％を透過し、１０％を反射する反射ミラーを用いることができる。また、光検出器443の出力値は、干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値の１０％であり、実質的に、図２に示す第２の実施形態である光断層画像化装置300に用いられている積算部341の出力の１０％に相当するものである。
【００６２】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部341から出力された積算値の変わりに、光検出器443から出力された光強度をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、光強度の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００６３】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置400においても、光断層画像化装置300と同様に、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、積算値を用いているために、ノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することができる。さらに、本実施の形態においては、光路長を調整する際に光検出器443で検出した、分光される前に分離された干渉光Ｌ４の光強度を用いるので、分光された干渉光L4を検出する必要も、またその検出値を積算する必要もなく、迅速に光路長を調整することができる。
【００６４】
また、本実施の形態においても、リアルタイム光路長調整部353は、光路長の調整を複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行なって、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において積算値が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００６５】
さらに、図４に示す第２の実施形態の変形例と同様に、リアルタイム光路長調整部353に加えて、光路長初期設定部354を設け、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を自動的に行ってもよい。
【００６６】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は、本発明の第４の実施形態による光断層画像化装置600の概略構成図である。なおこの図６において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００６７】
この第４の実施形態の光断層画像化装置600は、先に説明した第１の実施形態である光断層画像200と比べ、測定対象の断層画像を前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものである点が異なるものであり、その他の点は、基本的に第１の実施形態である光断層画像化装置200と同様に構成されている。
【００６８】
光断層画像化装置600は、光Ｌｓを射出する光源ユニット610と、光源ユニット610から射出された光Ｌｓを測定光Ｌｓ１と参照光Ｌｓ２とに分割する光分割手段63と、光分割手段63により分割された参照光Ｌｓ２の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段63により分割された測定光Ｌｓ１を測定対象Sに照射する光プローブ230と、こうして測定対象Ｓに測定光Ｌｓ１が照射されたとき該測定対象Ｓで反射した反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２とを合波する合波手段64と、合波された反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との間の干渉光Ｌｓ４を検出する干渉光検出手段640と、該干渉光検出手段640の検出結果から断層情報を取得する断層情報取得部650と、該断層情報取得部650で取得された断層情報から断層画像を生成する画像生成部251と、該画像生成部251で生成された断層画像を表示する画像表示部252と、断層情報取得部650で取得された断層情報に基づいて、参照光Ｌｓ２の光路長をリアルタイムに調整するリアルタイム光路長調整部253とを有している。
【００６９】
光源ユニット610は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌｓを射出するものである。レーザ光Ｌｓの周波数ｆは、図７に示すように、中心周波数ｆｃ であって所定の周波数掃引幅Δｆの範囲において周期的に掃引するようになっている。従って、周波数ｆは、周波数ｆ０（ｆｃ-Δｆ／２）〜周波数ｆｃ+Δｆ／２の間で鋸波状に掃引する。
【００７０】
なお、説明の便宜上、レーザ光Ｌｓの周波数ｆの変化に着目して説明しているが、周波数ｆ=光速ｃ/波長λであるため、レーザ光Ｌｓの周波数ｆを一定の周期で掃引させることはレーザ光Ｌｓの波長λを一定の周期で掃引させることと同義であり、図６におけるレーザ光Ｌｓの中心周波数ｆｃは、波長λを掃引させたさせたときの中心波長λｓｃであり、周波数掃引幅Δｆは波長掃引幅Δλｓである。また、図７においては、周波数が鋸波状に掃引する場合について例示しているが、波状に掃引するものであってもよい。
【００７１】
光源ユニット610は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）611と光ファイバＦＢ70とを有しており、光ファイバＦＢ70が半導体光増幅器611の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器611は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ70の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ70の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器611に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器611および光ファイバＦＢ70により形成される光共振器により鋸波状のレーザ光Ｌｓが光ファイバＦＢ61へ射出されるようになっている。
【００７２】
さらに、光ファイバＦＢ70には光分岐器612が結合されており、光ファイバＦＢ70内を導波する光の一部が光分岐器612から光ファイバＦＢ71側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ71から射出した光はコリメータレンズ613、回折格子614、光学系615を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）616において反射される。そして反射された光は光学系615、回折格子614、コリメータレンズ613を介して再び光ファイバＦＢ71に入射される。
【００７３】
ここで、この回転多面鏡616は矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系615の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子614において分光された光のうち、特定の周波数域の光だけが再び光ファイバＦＢ71に戻るようになる。この光ファイバＦＢ71に戻る光の周波数は光学系615の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ71に入射した特定の周波数域の光が光分岐器612から光ファイバＦＢ70に入射され、結果として特定の周波数域のレーザ光Ｌｓが光ファイバＦＢ61側に射出されるようになっている。
【００７４】
したがって、回転多面鏡616が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ71に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。こうして光源ユニット610からは、波長掃引されたレーザ光Ｌｓが光ファイバＦＢ61側に射出される。
【００７５】
光分割手段63は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット610から光ファイバＦＢ61を介して導波した光Ｌｓを測定光Ｌｓ１と参照光Ｌｓ２とに分割する。この光分割手段63は、２本の光ファイバＦＢ62、ＦＢ63にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌｓ１は光ファイバＦＢ62を導波し、参照光Ｌｓ２は光ファイバＦＢ63を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段63は、合波手段64としても機能するものである。
【００７６】
光ファイバＦＢ62には、光プローブ230が光学的に接続されており、測定光Ｌｓ１は光ファイバＦＢ62から光プローブ230へ導波する。
【００７７】
一方、光ファイバＦＢ63の参照光Ｌｓ２の射出側には光路長調整手段220が配置されている。
【００７８】
また合波手段64は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段220により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌｓ２と、測定対象Ｓからの反射光Ｌｓ３とを合波し、光ファイバＦＢ64を介して干渉光検出手段640側に射出するように構成されている。
【００７９】
干渉光検出手段640は、合波手段64により合波された反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との干渉光Ｌｓ４を、時間的に分光して検出するものであり、干渉光Ｌｓ４の光強度を、所定のサンプリング周波数で検出するIｎGaAｓ系の光検出器642aおよび642bと、光検出器642aの検出値と光検出器642b の検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行う演算部641とを備えている。なお、干渉光Ｌｓ4は光分割手段63において二分され光検出器642aと642bにおいて検出される。
【００８０】
上記演算部641は断層情報取得部650に接続され、この断層情報取得部650は画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253に接続されている。画像生成部251は、ＣＲＴや液晶画像表示部等からなる画像表示部252に接続されている。また、リアルタイム光路長調整部253は、光路長調整手段220へ接続されている。
【００８１】
断層情報取得部650は、演算部641の出力である光周波数領域のインターフェログラム(干渉波形)をフーリエ変換し、所定の測定対象の各深さ位置における反射強度を算出し、これを用いて断層情報を生成する。
【００８２】
なお、干渉光検出手段640、断層情報取得部650および画像生成部251における干渉光Ｌｓ４の検出および画像の生成についての詳細は、「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。
【００８３】
また、断層情報取得部650、画像生成部251およびリアルタイム光路長調整部253は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムとして形成される。
【００８４】
以下、上記構成を有する光断層画像化装置600の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台23を矢印Ａ方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット610から光Ｌｓが射出され、この光Ｌｓは光分割手段63により測定光Ｌｓ１と参照光Ｌｓ２とに分割される。測定光Ｌｓ１は光プローブ230から体腔内に向けて射出され、測定対象Ｓに照射される。このとき、前述したように作動する光プローブ230により、そこから出射した測定光Ｌｓ１が測定対象Ｓを１次元に走査する。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌｓ３が反射ミラー523において反射した参照光Ｌｓ２と合波され、反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との干渉光Ｌｓ４が干渉光検出手段640によって検出される。断層情報取得部650において、干渉光検出手段640により検出された干渉光Ｌｓ４のインターフェログラム（干渉波形）を、適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換し、測定対象Ｓの各深さ方向の反射光強度分布情報である断層情報を取得する。
【００８５】
そして、光プローブ230のモータ14により、光ファイバ13を回転させることにより、測定光Ｌｓ１を測定対象Ｓ上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓの断層情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を生成することができる。このようにして取得された断層画像は、画像表示部252に表示される。
【００８６】
次に、本光断層画像化装置600の動作を動作開始から順を追って説明する。使用者は、断層画像を取得する前に、光プローブ230を被検者の体腔へ挿入する。最初に、光路長変更手段220の基台23を手動操作により矢印Ａ方向に移動させることにより、測定の際の基準点、例えば窓入射点16aが測定可能領域内に位置するようにおおまかに光路長の調整を行なう。その後、各点における断層画像を取得する直前に、上記の断層画像用の断層情報の取得動作と同様の動作により、その点における光路長調整用の断層情報を取得する。断層情報取得部250では、取得した光路調整用の断層情報をリアルタイム光路長調整部253へ出力する。なお、この断層情報は前述したように、測定対象Sの深さ方向の反射光強度分布情報である。リアルタイム光路長調整部253では、この断層情報から、反射光強度が大きくなる点である窓部16への窓入射点16aにおいて、断層画像を取得する際に測定光の光路長と参照光の光路長とが一致するために必要な光路長変更手段220の基台23の移動方向および移動量である光路長調整値を算出し、この光路長調整値を光路長変更手段220のミラー移動手段24へ出力する。ミラー移動手段24は、光路長調整値に基づいて、ミラー22の基台23を移動する。この光路長調整動作により、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、ミラー22の位置が調整される。その後、断層画像用の断層情報を再度取得する。
【００８７】
測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００８８】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置600では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。
【００８９】
また、本実施の形態においても、リアルタイム光路長調整部253は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長の調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において断層情報を取得して、各断層情報毎に光路長調整値を算出し、これらの複数個の光路長調整値の平均値を求め、該平均値に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の光路長調整値の平均値を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００９０】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図８は、本発明の第５の実施形態による光断層画像化装置700の概略構成図である。なおこの図８において、図６中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００９１】
この第５の実施形態の光断層画像装置700は、光路長を調整する際に、干渉光の光強度を時間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させるものであり、その他の点は基本的に第４の実施形態である光断層画像化装置600と同様に構成されている。
【００９２】
干渉光検出手段740は、合波手段64により合波された反射光Ｌｓ３と参照光Ｌｓ２との干渉光Ｌｓ４を、時間的に分光して検出するものであり、干渉光Ｌｓ４の光強度を、所定のサンプリング周波数で検出するIｎGaAｓ系の光検出器642aおよび642bと、光検出器642aの検出値と光検出器642b の検出値の入力バランスを調整してバランス検波を行う演算部641とを備えている。なお、干渉光Ｌｓ4は光分割手段63において二分され光検出器642aと642bにおいて検出される。また、干渉光検出手段740は、演算部641に接続され、光路長を調整する際に、該演算部641の波長掃引一周期分の出力を積算した値、すなわち干渉光Ｌｓ４を時間的に積算した積算値を、リアルタイム光路長調整部353へ出力する積算部741を有している。なお、通常、干渉光の光強度を時間的に積算した積算値は、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置の測定光の反射率を表している。このため、干渉光の光強度を時間的に積算した積算値を比較することは、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致している位置における測定光の反射率を比較することとなる。
【００９３】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部741から出力された積算値をモニタしつつ、光路長変更手段220のミラー移動手段24を制御して、第２光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23を、該基台23を第１光学レンズ21ａの光軸方向に僅かに移動させる。このとき基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より大きければ、同じ方向へさらに基台23を移動させる。また、基台23を移動させた後の積算値が、移動させる前の積算値より小さければ、逆の方向へ基台23を移動させる。このような基台23の微小移動を繰り返し、最終的にどちらの方向へ移動させても積算値が小さくなる位置、すなわち積算値が最大になる位置で基台23を停止させる。このような動作により、常に積算値が最大になる基準点、本実施形態においては反射率の高い窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させることができる。なお、より大幅な光路長の変動が予想される場合であれば、光路長の変更範囲を広げ、図３に示すような積算値の測定結果を取得し、積算値が最も大きくなる基準点を検出し、該基準点が得られた位置に基台23を配置してもよい。
【００９４】
光断層画像化装置700においても、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、上記のように干渉光の光強度を時間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、積算値の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【００９５】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置700では、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、光路長を調整する際に、干渉光Ｌ４を空間的に積算した積算値を用いることにより、ノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することが可能となる。
【００９６】
また、本実施の形態において、リアルタイム光路長調整部353は、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に参照光の光路長を調整したが、光路長の調整は必ずしも、測定光の照射位置を微少移動する毎に、すなわち各走査位置毎に行う必要はない。光路長の調整は、複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初に走査位置において行ない、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において積算値が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【００９７】
なお、本実施の形態の変形例として、図９に示すように、リアルタイム調整手段353とは別個に、光路長初期設定部751を設けた装置も考えられる。光路長初期設定部751は、断層情報取得部650およびミラー駆動手段24へ接続され、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を行うものである。
【００９８】
光路長初期設定部751は、図６に示す光断層画像化装置600における光路長初期設定部354と同様の動作により、光路長調整用の断層情報を取得し、該光路長調整用の断層情報に基づいて、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長の初期値を設定するものである。その後、測定光Ｌ１を照射する位置を微少に移動する毎に、リアルタイム光路長調整部353により、参照光の光路長がリアルタイムに調整される。なお、光路長初期設定部751においても、複数の走査位置から検出した断層情報に基いて、光路長を調整してもよいことは言うまでもない。
【００９９】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第６の実施形態による光断層画像化装置800の概略構成図である。なおこの図１０おいて、図８中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【０１００】
この第６の実施形態の光断層画像化装置800は、先に説明した第５の実施形態である光断層画像700と比べ、干渉光Lｓ4の一部を検出する前に分離する光分離手段841と、分離された干渉光Ｌｓ４の光強度を検出する光検出器842とを備えた点が異なるものであり、その他の点は、基本的に第５の実施形態である光断層画像化装置700と同様に構成されている。
【０１０１】
干渉光検出手段840の光分離手段841としては、例えば光ファイバＦＢ64に結合された光分岐器843と、該光分枝器842に結合された光ファイバＦＢ80を用いることができる。光分枝器842は、光ファイバＦＢ64内を導波する光の１０％を、光分岐器842から光ファイバＦＢ80側へ射出するものである。光検出器842は光源ユニット610における周波数掃引の周期毎に光強度を検出する。この光検出器842の出力値は、干渉光Ｌｓ４を時間的に積算した積算値の１０％であり、図7に示す第５の実施形態である光断層画像化装置700に用いられている積算部741の出力の１０％に相当するものである。なお、光分離手段としては、光ファイバＦＢ64の光路中に一部空間を伝播する部位を作成し、この部位に一部の光を反射するミラーを設けるように構成してもよい。
【０１０２】
リアルタイム光路長調整部353は、積算部341から出力された積算値の変わりに、光検出器842から出力された光強度をモニタしつつ、参照光の光路長を変更し、光強度の大小を比較することにより、窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように、参照光の光路長を調整する。
【０１０３】
以上の説明から明らかなように、本光断層画像化装置800においても、光断層画像化装置700と同様に、測定光または参照光の光路長に、温度変動あるいは光ファイバの屈曲等により変化が生じた場合であっても、自動的に窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するため、測定対称Sの光断層画像を良好に取得することができる。また、積算値を用いているために、ノイズの影響を受けにくく、より正確に光路長を調整することができる。さらに、本実施の形態においては、光路長を調整する際に光検出器842で検出した干渉光Ｌｓ４の光強度を用いるので、干渉光Ｌｓ４を時間的に分光して検出する必要も、またその検出値を積算する必要もなく、迅速に光路長を調整することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態においても、リアルタイム光路長調整部353は、光路長の調整を複数個の走査位置毎に行なってもよいし、あるいは１周分の断層情報を取得する際の最初の走査位置において行なって、その後は光路長を調整することなく断層情報を取得してもよい。また、このような場合であれば、光路長を調整する際に、複数の走査位置において光強度が最も大きくなる基準点を検出し、各走査位置における基準点の平均を求め、該基準点の平均に基づいて光路長を調整してもよい。複数個の基準点の平均を算出することにより、誤差の影響を低減することができる。
【０１０５】
さらに、図９に示す第５の実施形態の変形例と同様に、リアルタイム光路長調整部353に加えて、光路長初期設定部751を設け、断層画像を取得する前に、光路長の初期設定を自動的に行ってもよい。
【０１０６】
なお、本発明の各実施の形態においては、測定光、参照光および干渉光などの各光はそれぞれ光ファイバ中を伝搬しているが、これに限定されるものではなく、大気中もしくは真空中を伝搬させるようにしてもよい。
【０１０７】
また、干渉光を空間的に積算する場合または時間的に積算する場合には、干渉光の全部を積算してもよいし、あるいは一部を積算してもよい。
【０１０８】
また、各実施の形態においては、参照光の光路長を変更することにより光路長を調整したが、測定光あるいは反射光の光路長を変更することにより、光路長を調整してもよい。
【０１０９】
さらに、各実施の形態では、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とを一致させる基準点として、窓入射点16aを用いたが、これに限定されるものではなく、測定光の入射方向の前後の近傍部位に比べ反射率が高い、あるいは低い点であれば、いかなる点であっても基準点として用いることができる。例えば測定対象表面や、異なる組織の境界なども基準点として用いることができる。また、各実施の形態では、基準点である窓入射点16aにおいて、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように光路長を調整したが、これに限定されるものではなく、基準点から所定距離離れている位置、例えば窓入射点16aから０．５ｍｍ外側の位置において、測定光+反射光の光路長と参照光の光路長とが一致するように光路長を調整してもよい。
【０１１０】
また、リアルタイムに光路長を調整するために参照光の光路長を変更する場合、光路長変更手段を用いて光路長を変更したが、これに限定されるものではなく、参照光の光路長を変更できるものであればいかなる変更手段を用いてもよい。例えば補助参照光および参照光の光路中にピエゾ素子等の光路長変更素子を設け、この光路長変更素子により光路長を変更してもよい。
【０１１１】
また、干渉光の光強度を空間的または時間的に積算した積算値をモニタしつつ、参照光の光路長を変更する場合に、光路長調整手段を用いて光路長を変更したが、このような場合には光路長の変更距離が短いため、例えば参照光の光路中にピエゾ素子等の光路長をわずかに変更できる素子を設けて、光路長を変更してもよい。
【０１１２】
さらに、各実施の形態においては、マイケルソン型干渉計を用いたが、これに限定されるものではなく、他の形式の干渉計、例えばマッハツェンダー型干渉計等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明の第１の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図２】本発明の第２の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図３】干渉光強度と測定対象の深さとの関係を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態である光断層画像化装置の変形例の概略構成図
【図５】本発明の第３の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図６】本発明の第４の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図７】周波数掃引レーザ光における周波数掃引状態の説明図
【図８】本発明の第５の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【図９】本発明の第５の実施形態である光断層画像化装置の変形例の概略構成図
【図１０】本発明の第６の実施形態である光断層画像化装置の概略構成図
【符号の説明】
【０１１４】
200,300,400,600,700,800光断層画像化装置
３,63 光分割手段
４,64 合波手段
210,610 光源ユニット
220 光路長変更手段
230 光プローブ
240,340,440,640,740,840 干渉光検出手段
253,353 リアルタイム光路長調整部
Ｌa 低コヒーレンス光
Ｌｓ レーザ光
Ｌ１,Ｌｓ１ 測定光
Ｌ２,Ｌｓ２ 参照光
Ｌ３,Ｌｓ３ 反射光
Ｌ４,Ｌｓ４ 干渉光
Ｓ 測定対象
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された前記光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光を、測定対象に、走査しながら照射する照射手段と、
前記測定対象で反射した反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する第１の干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の各走査位置における光断層情報を取得する断層情報取得手段とを有する光断層画像化装置において、
前記干渉光を検出する第２の干渉光検出手段と、
該第２の干渉光検出手段の検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段を備えることを特徴とする光断層画像化装置。
【請求項２】
前記第２の干渉光検出手段が、前記干渉光を空間的または時間的に積算した積算値を出力するものであり、
前記光路長を変更する光路長変更手段を備え、
前記光路長調整手段が、前記光路長変更手段による前記光路長の変更前後に前記第２の干渉光検出手段により検出された前記積算値を比較し、該比較結果に基づいて前記光路長を調整するものであることを特徴とする前記請求項１記載の光断層画像化装置。
【請求項３】
前記光路長調整手段が、前記測定対象の複数の走査位置から検出した複数の前記検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整するものであることを特徴とする請求項１または２記載の光断層画像化装置。
【請求項４】
前記第１の干渉光検出手段が、前記第２の干渉光検出手段を兼ねるものであることを特徴とする請求項１から３いずれか1項記載の光断層画像化装置。
【請求項５】
前記干渉光を前記第１の干渉光検出手段へ入射する光と、前記第２の干渉光検出手段へ入射する光とへ分離する光分離手段を備えることを特徴とする請求項１から３いずれか1項記載の光断層画像化装置。
【請求項１】
光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された前記光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光を、測定対象に、走査しながら照射する照射手段と、
前記測定対象で反射した反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する第１の干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の各走査位置における光断層情報を取得する断層情報取得手段とを有する光断層画像化装置において、
前記干渉光を検出する第２の干渉光検出手段と、
該第２の干渉光検出手段の検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段を備えることを特徴とする光断層画像化装置。
【請求項２】
前記第２の干渉光検出手段が、前記干渉光を空間的または時間的に積算した積算値を出力するものであり、
前記光路長を変更する光路長変更手段を備え、
前記光路長調整手段が、前記光路長変更手段による前記光路長の変更前後に前記第２の干渉光検出手段により検出された前記積算値を比較し、該比較結果に基づいて前記光路長を調整するものであることを特徴とする前記請求項１記載の光断層画像化装置。
【請求項３】
前記光路長調整手段が、前記測定対象の複数の走査位置から検出した複数の前記検出結果に基づいて、前記測定光、前記反射光または前記参照光の光路長を調整するものであることを特徴とする請求項１または２記載の光断層画像化装置。
【請求項４】
前記第１の干渉光検出手段が、前記第２の干渉光検出手段を兼ねるものであることを特徴とする請求項１から３いずれか1項記載の光断層画像化装置。
【請求項５】
前記干渉光を前記第１の干渉光検出手段へ入射する光と、前記第２の干渉光検出手段へ入射する光とへ分離する光分離手段を備えることを特徴とする請求項１から３いずれか1項記載の光断層画像化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−８６４１４（Ｐ２００８−８６４１４Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６８４１５（Ｐ２００６−２６８４１５）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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