３次元画像構築装置及びその画像処理方法
【課題】プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築する。
【解決手段】信号処理部２２は、Ａ／Ｄ変換部２２０、ラインデータ生成部２２１、フレームメモリ部２２２、メモリ制御部２２５、データ記録制御部２２６、画像構築部２２７、データ記録部２２８、軸方向移動量算出部２２９及び制御部２３０を備えて構成される。フレームメモリ部２２２は、ラインデータ生成部２２１からの反射強度データを回転検出信号Ｓａに基づいてフレーム単位で記憶するものであり、３フレーム分の反射強度データを記憶するための３つのフレームメモリからなる、第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃを備えて構成される。
【解決手段】信号処理部２２は、Ａ／Ｄ変換部２２０、ラインデータ生成部２２１、フレームメモリ部２２２、メモリ制御部２２５、データ記録制御部２２６、画像構築部２２７、データ記録部２２８、軸方向移動量算出部２２９及び制御部２３０を備えて構成される。フレームメモリ部２２２は、ラインデータ生成部２２１からの反射強度データを回転検出信号Ｓａに基づいてフレーム単位で記憶するものであり、３フレーム分の反射強度データを記憶するための３つのフレームメモリからなる、第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃを備えて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３次元画像構築装置及びその画像処理方法に係り、特にラジアル走査によって得られる断層画像による３次元画像の構築に特徴のある３次元画像構築装置及びその画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プローブを体腔内に挿入し、波動を生体組織にラジアル走査をすることで、生体の断層画像を描出する画像診断装置が広く使用されている。
【０００３】
画像診断装置の一例として、波動を超音波とし、超音波振動子からの超音波をラジアル走査させ、体腔内の生体組織で反射された反射波（超音波エコー）を同じ超音波振動子で受信した後、増幅、検波等の処理を施し、生成された超音波エコーの強度に基づいて、体腔の断面画像を描出する体腔内超音波診断装置があげられる（特許文献１）。
【０００４】
さらに、ラジアル走査と同時に超音波振動子を軸方向に走査することで、３次元的に断層画像を取得する体腔内超音波診断装置も使用されている（特許文献２）。この特許文献２では、設定された単位画像数に基づくピッチ間隔に相当する画像のみを抽出して三次元超音波画像生成装置に取り込ませ、それ以外の超音波画像を間引く（多数取得した画像のうちから、移動距離に合わせて少数抽出する）ことで、一定間隔のデータを抽出して３次元データとして構築する技術が開示されている。
【０００５】
また、超音波診断装置の他、近年では、波動を光とし、画像診断装置として光干渉断層診断装置(ＯＣＴ: Optical Coherent Tomography)も利用されるようになってきている。
【０００６】
光干渉断層診断装置は、低干渉光を測定光と参照光に分波し、先端に光学レンズ及び光学ミラーを取り付けた光ファイバを内蔵したプローブを体腔内に挿入し、光ファイバの先端側に配置した光学ミラーをラジアル走査させながら、体腔内に測定光を出射し、組織からの反射光と参照光との干渉強度に基づいて体腔の断面画像を描出するものである（特許文献３）。
【０００７】
例えば光干渉断層診断装置では、図２４に示すように、プローブを体腔内に挿入して、測定光を生体組織にラジアル走査を行う場合は、基本的にはプローブに垂直な断面画像を描出できる。それに対して、測定光を生体組織にラジアル走査と同時にプローブの長手軸方向に走査する場合、実際には、図２５に示すように、スパイラルに走査することになる。このスパイラル走査により、図２６に示すように、ラジアル走査毎の１フレームの擬似的な断層画像を構築することで、長手軸方向に一定間隔の複数の断層画像データが生成する。これら複数の断層画像データを並べて、３次元データとして扱うことで、３次元解析が可能になる。図２６では、例えば、回転速度５０Ｈｚ（３０００ｒｐｍ）でラジアル走査を行いながら、０．５ｍｍ／ｓｅｃで長手軸方向走査を行うときの、構築される断層画像を示したものである。なお、ラジアル走査の回転数と長手軸方向走査をそれぞれ、５０Ｈｚと０．５ｍｍ／ｓｅｃとしているが、特にこの値に限定するものではない。
【０００８】
一般的に、このように波動を生体組織に照射し、ラジアル走査と長手軸方向走査を組み合わせて、３次元画像データを構築する場合は、ラジアル操作の回転数と長手軸方向の走査速度をそれぞれ一定とし、それを前提としてデータ取得、解析を行う。すなわち、図２６の例では、５０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ、０．５ｍｍ／ｓｅｃであるため、取得した断層データは１０μｍ／ｆｒａｍｅのデータとなる。すなわち、長手軸方向の距離については、フレーム単位としたものとなる。
【０００９】
しかし、プローブをラジアル走査させる場合は、体腔内でのプローブの配置状態から、トルク変動などにより、一時的に回転数が変動することがある。そのような場合、図２７に示すように、回転数が低下した（例えば、ラジアル走査の回転速度が５０Ｈｚから４０Ｈｚに低下した）場合には、１フレームの断層画像を構築する時間が想定よりも長くなり、その間の長手軸方向の移動距離も長くなるため、結果として得られたデータは、長手軸方向にて一定間隔のものではなくなり、３次元的に解析する場合の長手軸方向の距離精度を悪化させることになる。
【００１０】
そこで、上記特許文献１は、超音波プローブ(超音波内視鏡)に速度センサを設け、超音波プローブを手動走査しながら３次元の画像を構築する際、超音波振動子の回転速度を移動速度に比例するように制御することで、実際の長手軸方向の移動速度の変動にあわせて、ラジアル走査の回転数を変化させる技術を開示している。すなわち、特許文献１は、長手軸方向移動速度が速くなった場合は、ラジアル走査の回転数を速くし、反対に、長手軸方向移動速度が遅くなった場合には、ラジアル走査の回転数を遅くするものである。
【００１１】
また、上記特許文献２では長手軸方向走査の一定距離ごとに信号を出力させるようにして、長手軸方向走査により得られた多くの断層画像データから、位置信号にあわせて断層画像を抽出する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３１０６１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１１６６５４号公報
【特許文献３】特開２００７−２６８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、長手軸方向走査を手動で行うことを前提としているため、ラジアル走査に対して、長手軸方向走査の精度が非常に悪く、その状況下で、超音波プローブ（超音波内視鏡）に速度センサを設け、超音波プローブを手動走査しながら３次元の画像を構築する際、超音波振動子の回転速度を移動速度に比例するように制御することで、術者の走査むらによらず、粗密部分の少ない３次元画像を構築するものであって、現在ではラジアル走査と軸方向走査はいずれも機械的に制御することが一般的で、ラジアル走査はＤＣモータで駆動するのに対して、長手軸方向走査はボールネジを使用しての駆動となるため、長手軸方向走査の機械的な精度はラジアル走査に比べ問題にならないくらい精度が高く、それ以上の長手軸方向走査の精度でラジアル走査を制御することは難しいといった問題がある。
【００１４】
また、上記特許文献２の技術では、多数取得した断層画像データのうちから、移動距離に合わせて断層画像データを抽出することになるため、取得したにもかかわらず使用しない断層画像データが多数存在することになり、処理に無駄が多く、また、特に３次元データ解析をする場合は、できるだけ高密度で断層画像を取得したいという要望があるが、この要望と逆行することになる。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することのできる３次元画像構築装置及びその画像処理方法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】
【００１６】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の３次元画像構築装置は、可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段と、前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転手段と、前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出手段と、前記回転検出手段からの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成手段と、前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納手段と、前記断層情報格納手段における断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御手段と、前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動手段と、前記格納制御手段により制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動手段による前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成手段と、前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、を備えて構成される。
【００１７】
請求項１に記載の３次元画像構築装置では、前記送受波回転手段にて前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンし、前記回転検出手段にて前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力し、前記断層情報生成手段にて前記回転検出手段からの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成し、前記断層情報格納手段にて前記断層情報をフレーム単位で格納し、前記格納制御手段にて前記断層情報格納手段における断層情報の書き込み及び読み出しを制御し、前記送受波移動手段にて前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させ、前記等間隔断層画像生成手段にて前記格納制御手段により制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動手段による前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成し、前記３次元画像生成手段にて前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成することで、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することを可能とする。
【００１８】
請求項２に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１に記載の３次元画像構築装置であって、あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、前記格納制御手段は、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶手段に書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出すことが好ましい。
【００１９】
請求項３に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１に記載の３次元画像構築装置であって、前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、前記格納制御手段は、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を断層情報記憶手段に書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出すことが好ましい。
【００２０】
請求項４に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記断層情報格納手段は、複数フレームの前記断層情報を格納する複数のフレームメモリからなることが好ましい。
【００２１】
請求項５に記載の３次元画像構築装置のように、請求項４に記載の３次元画像構築装置であって、前記格納制御手段は前記断層情報格納手段に読み出だし処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも古い断層情報が格納されている前記フレームメモリに、前記断層情報生成手段により新たに生成された前記断層情報を格納し、前記断層情報格納手段に書き込み処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも新しい前記断層情報が格納された前記フレームメモリより前記断層情報を読み出すことが好ましい。
【００２２】
請求項６に記載の３次元画像構築装置のように、請求項４または５に記載の３次元画像構築装置であって、前記断層情報格納手段は、少なくとも３つのフレームの前記断層情報を格納する３つのフレームメモリからなることが好ましい。
【００２３】
請求項７に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出手段と、前記断層情報生成手段が生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付け手段と、前記関連付け手段にて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納手段と、をさらに備えることが好ましい。
【００２４】
請求項８に記載の３次元画像構築装置のように、請求項７に記載の３次元画像構築装置であって、絶対時刻情報を有するリアルタイムクロックをさらに備え、前記時刻検出手段は、前記リアルタイムクロックの前記絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することが好ましい。
【００２５】
請求項９に記載の３次元画像構築装置のように、請求項７に記載の３次元画像構築装置であって、前記時刻検出手段は、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することが好ましい。
【００２６】
請求項１０に記載の３次元画像構築装置のように、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記時刻付加断層情報格納手段に格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成手段をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
請求項１１に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記送受波回転手段は前記送受波手段を先端に備えた前記プローブ内に設けられた前記長手軸を回転軸としたフレキシブルシャフトであって、前記送受波移動手段は前記フレキシブルシャフトを前記長手軸に沿って移動させることが好ましい。
【００２８】
請求項１２に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記波動は光であり、前記光は測定光及び参照光に分波され、前記プローブは該光を出力する光源に光ロータリージョイントを介して接続され、前記測定光の送受信が可能であり、前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記測定光の反射光と、所定経路において反射された前記参照光との干渉光に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成することが好ましい。
【００２９】
請求項１３に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１２に記載の３次元画像構築装置であって、前記光源は波長掃引レーザ光源であることが好ましい。
【００３０】
請求項１４に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記波動は超音波であり、前記プローブは、前記超音波の送受信が可能な超音波振動子を含み、前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記超音波のエコー信号に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成することが好ましい。
【００３１】
請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法は、可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転ステップと、前記送受波回転ステップでの回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出ステップと、前記回転検出ステップからの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成ステップと、前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納ステップと、前記断層情報格納ステップにおける断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御ステップと、前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動ステップと、前記格納制御ステップにより制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動ステップによる前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成ステップと、前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップと、を備えて構成される。
【００３２】
請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法では、前記送受波回転ステップにて前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンし、前記回転検出ステップにて前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力し、前記断層情報生成ステップにて前記回転検出ステップからの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成し、前記断層情報格納ステップにて前記断層情報をフレーム単位で格納し、前記格納制御ステップにて前記断層情報格納ステップにおける断層情報の書き込み及び読み出しを制御し、前記送受波移動ステップにて前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させ、前記等間隔断層画像生成ステップにて前記格納制御ステップにより制御されて前記断層情報格納ステップより読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動ステップによる前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成し、前記３次元画像生成ステップにて前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成することで、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することを可能とする。
【００３３】
請求項１６に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップをさらに備え、前記格納制御ステップは、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出すことが好ましい。
【００３４】
請求項１７に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップさらに備え、前記格納制御ステップは、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出すことが好ましい。
【００３５】
請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出ステップと、前記断層情報生成ステップが生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付けステップと、前記関連付けステップにて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納ステップと、をさらに備えることが好ましい。
【００３６】
請求項１９に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記時刻検出ステップは、リアルタイムクロックからの絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することが好ましい。
【００３７】
請求項２０に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記時刻検出ステップは、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することが好ましい。
【００３８】
請求項２１に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記時刻付加断層情報格納ステップにて格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成ステップをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像診断装置を示す外観図
【図２】図１のＯＣＴプロセッサの内部構成を示すブロック図
【図３】図１のＯＣＴプローブの長手軸方向の先端断面を示す断面図
【図４】図３の回転側光ファイバＦＢ１を接続する光ロータリジョイントの構成を示す断面図
【図５】図１の内視鏡の鉗子口から導出されたＯＣＴプローブを用いて光構造情報を得る様子を示す図
【図６】図２の信号処理部の構成を示すブロック図
【図７】図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための第１の図
【図８】図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための第２の図
【図９】図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための第３の図
【図１０】図６の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート
【図１１】図１０の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート
【図１２】図６の信号処理部の変形例を示すブロック図
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るＯＣＴプロセッサの構成を示すブロック図
【図１４】図１３の信号処理部のブロックの図
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る信号処理部のブロック図
【図１６】図１５の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート
【図１７】図１６の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート
【図１８】図１６の処理結果を説明する図
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る信号処理部のブロック図
【図２０】図１９の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る超音波観察装置の構成を示すブロック図
【図２２】図２１の信号処理部の構成を示すブロック図
【図２３】本発明の第６の実施形態に係る超音波観察装置の信号処理部の構成を示すブロック図
【図２４】プローブによる波動のラジアル走査を説明する図
【図２５】プローブによる波動のスパイラル走査を説明する図
【図２６】プローブのラジアル走査が安定して行われたときの断層像生成を説明する図
【図２７】プローブのラジアル走査の回転数が不安定なときの断層像生成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る３次元画像構築装置の実施形態について詳細に説明する。
【００４２】
第１の実施形態：
＜画像診断装置の外観＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る画像診断装置を示す外観図である。
【００４３】
図１に示すように、本実施形態の画像診断装置１０は、主として内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、３次元画像構築装置としてのＯＣＴプロセッサ４００、及びモニタ装置である画像表示部５００とから構成されている。尚、内視鏡プロセッサ２００は、光源装置３００を内蔵するように構成されていてもよい。
【００４４】
内視鏡１００は、手元操作部１１２と、この手元操作部１１２に連設される挿入部１１４とを備える。術者は手元操作部１１２を把持して操作し、挿入部１１４を被検者の体内に挿入することによって観察を行う。
【００４５】
手元操作部１１２には、鉗子挿入部１３８が設けられており、この鉗子挿入部１３８が挿入部１１４内に設けられている鉗子チャンネル（不図示）を介して先端部１４４の鉗子口１５６に連通されている。画像診断装置１０では、プローブとしてのＯＣＴプローブ６００を鉗子挿入部１３８から挿入することによって、ＯＣＴプローブ６００を鉗子口１５６から導出する。ＯＣＴプローブ６００は、鉗子挿入部１３８から挿入され、鉗子口１５６から導出される挿入部６０２と、術者がＯＣＴプローブ６００を操作するための操作部６０４、及びコネクタ４１０を介してＯＣＴプロセッサ４００と接続されるケーブル６０６から構成されている。
【００４６】
＜内視鏡、内視鏡プロセッサ、光源装置の構成＞
［内視鏡］
内視鏡１００の先端部１４４には、観察光学系１５０、照明光学系１５２、及びＣＣＤ（不図示）が配設されている。
【００４７】
観察光学系１５０は、被検体を図示しないＣＣＤの受光面に結像させ、ＣＣＤは受光面上に結像された被検体像を各受光素子によって電気信号に変換する。この実施の形態のＣＣＤは、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが所定の配列（ベイヤー配列、ハニカム配列）で各画素ごとに配設されたカラーＣＣＤである。
【００４８】
［光源装置］
光源装置３００は、可視光を図示しないライトガイド（内視鏡１００のケーブル１１６に内挿している）に入射させる。ライトガイドの一端はＬＧコネクタ１２０を介して光源装置３００に接続され、ライトガイドの他端は照明光学系１５２に対面している。光源装置３００から発せられた光は、ライトガイドを経由して照明光学系１５２から出射され、観察光学系１５０の視野範囲を照明する。
【００４９】
［内視鏡プロセッサ］
内視鏡プロセッサ２００には、内視鏡１００のケーブル１１６を介してＣＣＤから出力される画像信号が電気コネクタ１１０を介して入力される。このアナログの画像信号は、内視鏡プロセッサ２００内においてデジタルの画像信号に変換され、画像表示部５００の画面に表示するための必要な処理が施される。
【００５０】
このように、内視鏡１００で得られた観察画像のデータが内視鏡プロセッサ２００に出力され、内視鏡プロセッサ２００に接続された画像表示部５００に画像が表示される。
【００５１】
＜ＯＣＴプロセッサ、ＯＣＴプローブの内部構成＞
図２は図１のＯＣＴプロセッサの内部構成を示すブロック図である。
【００５２】
［ＯＣＴプロセッサ］
次に図２を用いて、第１の実施形態のＯＣＴプロセッサについて説明する。ＯＣＴプロセッサ４００は、光干渉断層（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）計測法による測定対象の光断層画像を取得するためのもので、測定のための光Ｌａを射出する波長掃引光源１２と、波長掃引光源１２から射出された光Ｌａを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分岐するとともに、被検体である測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３と参照ミラー１１で反射された参照光Ｌ２を合波して干渉光Ｌ４を生成する光カプラ１４と、光カプラ１４で分岐された測定光Ｌ１を測定対象まで導波するとともに測定対象からの戻り光Ｌ３を導波するＯＣＴプローブ６００に備えられた回転側光ファイバＦＢ１と、測定光Ｌ１を回転側光ファイバＦＢ１まで導波すると共に回転側光ファイバＦＢ１によって導波された戻り光Ｌ３を導波する固定側光ファイバＦＢ２と、回転側光ファイバＦＢ１を固定側光ファイバＦＢ２に対して回転可能に接続し、測定光Ｌ１および戻り光Ｌ３を伝送する光ロータリジョイント１８と、光カプラ１４で生成された干渉光Ｌ４を干渉信号として検出する干渉信号検出部２０と、この干渉信号検出部２０によって検出された干渉信号Ｓｂを処理して光構造情報を取得する信号処理部２２と、を有する。また、信号処理部２２で取得された光構造情報に基づいて生成された画像は画像表示部５００に表示される。
【００５３】
なお、図２に示すＯＣＴプロセッサ４００においては、上述した射出光Ｌａ、測定光Ｌ１、参照光Ｌ２および戻り光Ｌ３などを含む種々の光を各光デバイスなどの構成要素間で導波し、伝送するための光の経路として、回転側光ファイバＦＢ１および固定側光ファイバＦＢ２を含め種々の光ファイバ（不図示）が用いられている。
【００５４】
波長掃引光源１２は、ＯＣＴの測定のための光（例えば、波長１．３μｍのレーザ光あるいは低コヒーレンス光）を射出するものであり、この波長掃引光源１２は周波数を一定の周期で掃引させながら赤外領域である、例えば波長１．３μｍを中心とするレーザ光Ｌａを射出する光源である。この波長掃引光源１２は、図示はしないが、レーザ光あるいは低コヒーレンス光Ｌａを射出する光源部と、この光源部から射出された光Ｌａを集光するレンズとを備えている。また、光Ｌａは、光カプラ１４で測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割され、測定光Ｌ１は光ロータリジョイント１８に入力される。なお、波長掃引光源１２は、波長掃引の周期に同期した波長掃引同期信号Ｓｃを信号処理部２２に出力する。
【００５５】
光ロータリジョイント１８は、測定光Ｌ１をＯＣＴプローブ６００内の回転側光ファイバＦＢ１に導波する。
【００５６】
光カプラ１４は、波長掃引光源１２からの光Ｌａを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割し、測定光Ｌ１を固定側光ファイバＦＢ２に入射させ、参照光Ｌ２の光路長を調整する参照ミラー１１に入射させる。
【００５７】
さらに、光カプラ１４は、参照ミラー１１によって周波数シフトおよび光路長の変更が施されて戻った参照光Ｌ２と、後述するＯＣＴプローブ６００で取得され固定側光ファイバＦＢ２から導波された戻り光Ｌ３とを合波して干渉光Ｌ４を生成し、干渉光Ｌ４を干渉信号検出部２０に出力する。
【００５８】
ＯＣＴプローブ６００は、光ロータリジョイント１８を介して、固定側光ファイバＦＢ２と接続されており、固定側光ファイバＦＢ２から、光ロータリジョイント１８を介して、測定光Ｌ１が回転側光ファイバＦＢ１に入射され、測定光Ｌ１を回転側光ファイバＦＢ１によって伝送して測定対象Ｓ（図３及び図５参照）に照射する。そして測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を取得し、取得した戻り光Ｌ３を回転側光ファイバＦＢ１によって伝送して、光ロータリジョイント１８を介して、固定側光ファイバＦＢ２に射出するようになっている。
【００５９】
干渉信号検出部２０は、光ファイバカプラ１４で参照光Ｌ２と戻り光Ｌ３とを合波して生成された干渉光Ｌ４を干渉信号Ｓｂとして検出するものであり、次段の信号処理部２２がこの干渉信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射光（あるいは後方散乱光）の強度（光構造情報）を検出する。
【００６０】
すなわち、信号処理部２２は、干渉信号検出部２０で検出した干渉信号から光構造情報を取得し、取得した光構造情報に基づいて光立体構造像を生成すると共に、この光立体構造像に対して各種処理を施した画像を画像表示部５００へ出力する。信号処理部２２の詳細な構成は後述する。
【００６１】
参照ミラー１１は、参照光Ｌ２の射出側に配置されており、参照光Ｌ２を平行光にしてミラーに集光し、ミラーにて反射させる。このミラーはミラー移動機構により光軸方向に平行な方向に移動することで参照光Ｌ２の光路長を調整するようになっている。
【００６２】
光ロータリジョイント１８は、ＯＣＴプローブ６００内の回転側光ファイバＦＢ１からの測定光Ｌ１をラジアル走査するための送受波回転手段としての回転駆動部２４及びＯＣＴプローブ６００の長手軸に沿った進退走査を行うための送受波移動手段としての軸方向移動駆動部２５により制御される。
【００６３】
詳細には、回転駆動部２４は、回転側光ファイバＦＢ１を回転駆動するモータ２４ａと、モータ２４ａの１回転毎に１パルス（１パルス／回転）のパルス信号Ｓａを信号処理部２２に出力する回転検出手段としての回転検出部２４ｂとを備えて構成される。また、軸方向移動駆動部２５は、モータ２５ａを備え、このモータ２５ａにより回転側光ファイバＦＢ１、光ロータリジョイント１８及び回転駆動部２４をＯＣＴプローブ６００の長手軸に沿って進退走査する。
なお、光ロータリジョイント１８及び回転駆動部２４は、操作部６０４（図1参照）内に設けられている。
【００６４】
［ＯＣＴプローブ］
図３は図１のＯＣＴプローブの長手軸方向の先端断面を示す断面図である。また、図４は図３の回転側光ファイバＦＢ１を接続する光ロータリジョイントの構成を示す断面図である。
【００６５】
図３に示すように、ＯＣＴプローブ６００では、挿入部６０２の先端部は、先端が閉塞された略円筒状のシース６２０と、回転側光ファイバＦＢ１と、トルク伝達コイル６２４と、送受波手段としての光学レンズ６２８とを有している。
【００６６】
シース６２０は、可撓性を有する筒状の部材であり、測定光Ｌ１及び戻り光Ｌ３が透過する材料からなっている。なお、シース６２０は、測定光Ｌ１及び戻り光Ｌ３が通過する先端（光ロータリジョイント１８と反対側の回転側光ファイバＦＢ１の先端、以下シース６２０の先端と言う）側の一部が全周に渡って光を透過する材料（透明な材料）で形成されていればよく、シース６２０の先端に配置されており、先端部が、回転側光ファイバＦＢ１から射出された測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状で形成されている。
【００６７】
光学レンズ６２８は、回転側光ファイバＦＢ１から射出した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し照射し、測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を集光し回転側光ファイバＦＢ１に入射する。
【００６８】
また、回転側光ファイバＦＢ１及びトルク伝達コイル６２４は、後述する回転筒６５６に接続されており、回転筒６５６によって回転側光ファイバＦＢ１及びトルク伝達コイル６２４を回転させることで、光学レンズ６２８をシース６２０に対し、矢印Ｒ方向に回転させる。図４に示すように、回転側光ファイバＦＢ１と固定側光ファイバＦＢ２とは、光コネクタ１８ａによって接続されており、回転側光ファイバＦＢ１の回転が固定側光ファイバＦＢ２に伝達しない状態で、光学的に接続されている。また、回転側光ファイバＦＢ１は、シース６２０に対して回転自在、及びシース６２０の軸方向に移動自在な状態で配置されている。
トルク伝達コイル６２４は、回転側光ファイバＦＢ１の外周に固定されている。また、回転側光ファイバＦＢ１及びトルク伝達コイル６２４は、光ロータリジョイント１８に接続されている。
【００６９】
さらに、回転側光ファイバＦＢ１、トルク伝達コイル６２４、及び光学レンズ６２８は、光ロータリジョイント１８に設けられた後述する進退駆動部により、シース６２０内部を矢印Ｓ１方向（鉗子口方向）、及びＳ２方向（シース６２０の先端方向）に移動可能に構成されている。
【００７０】
シース６２０は、固定部材６７０に固定されている。これに対し、回転側光ファイバＦＢ１およびトルク伝達コイル６２４は、回転筒６５６に接続されており、回転筒６５６は、モータ２４ａの回転に応じてギア６５４を介して回転するように構成されている。回転筒６５６は、光ロータリジョイント１８の光コネクタ１８ａに接続されており、測定光Ｌ１及び戻り光Ｌ３は、光コネクタ１８ａを介して回転側光ファイバＦＢ１と固定側光ファイバＦＢ２間を伝送される。
【００７１】
また、これらを内蔵するフレーム６５０は支持部材６６２を備えており、支持部材６６２は、図示しないネジ孔を有している。光ロータリジョイント１８は、ネジ孔には進退移動用ボールネジ６６４が咬合しており、進退移動用ボールネジ６６４には、モータ２５ａが接続されて、ネジ孔、進退移動用ボールネジ６６４、モータ２５ａ等により軸方向移動駆動部２５を構成している。したがって、軸方向移動駆動部２５は、モータ２５ａを回転駆動することによりフレーム６５０を進退移動させ、これにより回転側光ファイバＦＢ１、トルク伝達コイル６２４、固定部材６２６、及び光学レンズ６２８を図４のＳ１及びＳ２方向に移動させることが可能となっている。
【００７２】
なお、モータ２５ａは、所定のピッチスピード、例えば０．５ｍｍ／ｓｅｃにて進退駆動し、この所定のピッチ毎にモータ２４ａが、例えば５０Ｈｚ（３０００ｒｐｍ）にて回転側光ファイバＦＢ１、トルク伝達コイル６２４、及び光学レンズ６２８を一回転させることで、測定光Ｌ１をラジアル走査にて測定対象Ｓに照射する。
【００７３】
ＯＣＴプローブ６００は、以上のような構成により、光ロータリジョイント１８により回転側光ファイバＦＢ１およびトルク伝達コイル６２４が、図３中矢印Ｒ方向に回転されることで、光学レンズ６２８から射出される測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し、矢印Ｒ方向（シース６２０の円周方向）に対しラジアル走査しながら照射し、戻り光Ｌ３を取得する。
【００７４】
これにより、シース６２０の円周方向の全周において、測定対象Ｓの所望の部位を正確にとらえることができ、測定対象Ｓを反射した戻り光Ｌ３を取得することができる。
【００７５】
さらに、光立体構造像を生成するための複数の光構造情報を取得する場合は、軸方向移動駆動部２５により光学レンズ６２８が矢印Ｓ１方向の移動可能範囲の終端まで移動され、断層像からなる光構造情報を取得しながら所定量ずつＳ２方向に移動し、又は光構造情報取得とＳ２方向への所定量移動を交互に繰り返しながら、移動可能範囲の終端まで移動する。
【００７６】
このように測定対象Ｓに対して所望の範囲の複数の光構造情報を得て、取得した複数の光構造情報に基づいて光立体構造像を得ることができる。
【００７７】
つまり、干渉信号により測定対象Ｓの深さ方向（第１の方向）の光構造情報を取得し、測定対象Ｓに対し図３矢印Ｒ方向（シース６２０の円周方向）にラジアル走査することで、測定対象Ｓの深さ方向（第１の方向）と、該深さ方向と略直交する方向（第２の方向）とからなるスキャン面での光構造情報を取得することができ、さらには、このスキャン面に略直交する方向（第３の方向）に沿ってスキャン面を移動させることで、光立体構造像を生成するための複数の光構造情報が取得できる。
【００７８】
図５は図１の内視鏡の鉗子口から導出されたＯＣＴプローブを用いて光構造情報を得る様子を示す図である。図５に示すように、ＯＣＴプローブの挿入部６０２の先端部を、測定対象Ｓの所望の部位に近づけて、光構造情報を得る。所望の範囲の複数の光構造情報を取得する場合は、ＯＣＴプローブ６００本体を移動させる必要はなく、前述の光ロータリジョイント１８の進退駆動部によりシース６２０内で光学レンズ６２８を移動させればよい。
【００７９】
［信号処理部］
図６は図２の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【００８０】
信号処理部２２は、図６に示すように、Ａ／Ｄ変換部２２０、断層情報生成手段としてのラインデータ生成部２２１、断層情報格納手段としてのフレームメモリ部２２２、格納制御手段及び等間隔断層画像生成手段としてのメモリ制御部２２５、データ記録制御部２２６、３次元画像生成手段としての画像構築部２２７、データ記録部２２８、移動距離信号出力手段としての軸方向移動量算出部２２９及び制御部２３０を備えて構成される。なお、制御部２３０は、信号処理部２２内の上記各部を制御するものである。
【００８１】
Ａ／Ｄ変換部２２０は、干渉信号検出部２０からのラジアル走査ライン毎の干渉信号をデジタル信号に変換するものである。
【００８２】
詳細には、Ａ／Ｄ変換部２２０は、波長掃引光源１２からの波長掃引の周期に同期して出力される波長掃引同期信号Ｓｃをトリガとして、干渉信号をＡ／Ｄ変換する。この結果、１回の波長掃引に相当するデータが、デジタル化された１ラジアル走査ラインの干渉信号となる。
【００８３】
ラインデータ生成部２２１は、Ａ／Ｄ変換部２２０にてデジタル化されたラジアル走査ライン毎の干渉信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行し周波数分解し、測定対象Ｓの深度方向の反射強度データとし、対数変換を行い、フレームメモリ部２２２に出力するものである。
【００８４】
フレームメモリ部２２２は、ラインデータ生成部２２１からの反射強度データを回転検出信号Ｓａに基づいてフレーム単位で記憶するものであり、例えば３フレーム分の反射強度データを記憶するための３つのフレームメモリからなる、第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃを備えて構成される。
【００８５】
メモリ制御部２２５は、回転検出信号Ｓａに基づいてフレームメモリ部２２２における反射強度データの第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃへの書き込みを制御し、かつ軸方向移動量算出部２２９からの移動距離換算信号Ｓｄに基づき第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃからの反射強度データの読み出しを制御するものである。
【００８６】
データ記録制御部２２６は、フレームメモリ部２２２に格納されているラジアル走査ライン毎の反射強度データのデータ記録部２２８への記録を制御するものである。
【００８７】
画像構築部２２７は、データ記録制御部２２６を介したラジアル走査ライン毎の反射強度データに対して、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換等を行い、１フレームの断層画像を生成し、画像表示部５００に断層画像を表示させるものである。
【００８８】
データ記録部２２８は、フレームメモリ部２２２に格納されているラジアル走査ライン毎の反射強度データを格納するものである。なお、データ記録部２２８は、例えばハードディスク、ＤＶＤディスク、ブルーレイディスク、あるいはリード／ライト可能な半導体メモリ等により構成される。
【００８９】
軸方向移動量算出部２２９は、（ネジ孔、進退移動用ボールネジ６６４、モータ６６０等からなる軸方向移動駆動部２５（図４参照）によって）設定された軸方向移動速度において、１フレーム毎の断層画像が取得される時間間隔でパルスを移動距離換算信号Ｓｄとしてメモリ制御部２２５出力する。例えば、ラジアル走査の回転数を５０Ｈｚ、軸方向走査速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとした場合は、２０μｓｅｃ（１／５０ ｍｓｅｃ）間隔でパルスを移動距離換算信号Ｓｄとしてフレームメモリ部２２２に出力する。なお、移動距離換算信号Ｓｄは、軸方向移動駆動部２５の移動量に換算すると１０μｍ間隔のパルスとなる。
【００９０】
ここで、本発明の要部であるフレームメモリ部２２２及びデータ記録制御部２２６の概略の動作を説明する。図７ないし図９は図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための図である。 図７に示すように、トルク伝達コイル６２４の回転速度が一時的に例えば５０Ｈｚから４０Ｈｚに低下した場合、ラインデータ生成部２２１から出力される反射強度データ［Ｆｒａｍｅ １］、［Ｆｒａｍｅ ２］、［Ｆｒａｍｅ ３］、…は、図８に示すように、回転検出信号Ｓａ（パルス立ち上がりタイミング）に基づいてフレーム単位で入力データとしてフレームメモリ部２２２に書き込まれる。
【００９１】
一方、フレームメモリ部２２２に書き込まれたフレーム単位の反射強度データ［Ｆｒａｍｅ １］、［Ｆｒａｍｅ ２］、［Ｆｒａｍｅ ３］、…は、データ記録制御部２２６の制御により移動距離換算信号Ｓｄ（パルス立ち上がりタイミング）に基づいてフレーム単位で出力データとして読み出されて、後段のデータ記録制御部２２６に出力される。
【００９２】
例えば、図７の場合、［Ｆｒａｍｅ ３］のデータのように、回転速度が一時的に５０Ｈｚから４０Ｈｚに低下した場合でも、図８に示したように、データ記録制御部２２６の制御によりフレームメモリ部２２２から［Ｆｒａｍｅ ２］のデータが重ねて読み出されることで、図９に示すように、回転数の変動による精度の低下を最小限に低下させることができる。
【００９３】
なお、図示していないが、反対に、一時的にラジアル走査の回転が速くなった場合は、フレームメモリ部２２２に書き込まれるものの、読み出されない反射強度データが発生し、結果として不要なデータを間引くことで、同様に精度の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【００９４】
この動作からわかるように、移動距離換算信号Ｓｄの間隔を適当に設定すれば、それにあわせて、データ記録制御部２２６の制御により反射強度データが重畳もしくは間引かれることになり、全体で見たときには、一定精度内で反射強度データを再構築することが可能である。
【００９５】
このように構成された本実施形態の作用を図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は図６の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート、図１１は図１０の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００９６】
まず、術者は、画像診断装置１０を構成する内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、ＯＣＴプロセッサ４００、及び画像表示部５００の電源を投入し、内視鏡１００の挿入部１１４を体腔内に挿入して、体腔内の測定対象Ｓに内視鏡１００の先端部１４４を接近させる。そして、術者は、ＯＣＴプローブ６００の先端を測定対象Ｓに当接させる。
【００９７】
この状態で、図１０に示すように、ＯＣＴプローブ６００は、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１のラジアルスキャンを開始する（ステップＳ１）。
【００９８】
そして、信号処理部２２は、Ａ／Ｄ変換部２２０にて波長掃引光源１２からの波長掃引の周期に同期して出力される波長掃引同期信号Ｓｃをトリガーとして、干渉信号をＡ／Ｄ変換する。この結果、１回の波長掃引に相当するデータが、デジタル化された１ラジアル走査ラインの干渉信号となる（ステップＳ２）。次に、信号処理部２２は、ラインデータ生成部２２１にてＡ／Ｄ変換部２２０にてデジタル化されたラジアル走査ライン毎の干渉信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行し周波数分解し、測定対象Ｓの深度方向の反射強度データとし、対数変換を行い、フレームメモリ部２２２に出力する（ステップＳ３）。
【００９９】
その後、信号処理部２２は、メモリ制御部２２５の制御によりフレームメモリ部２２２にラインデータ生成部２２１からの反射強度データを回転検出信号Ｓａに基づいてフレーム単位で記憶させる（ステップＳ４）。
【０１００】
フレームメモリ部２２２は、上述したように３フレーム分のフレームメモリの第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃより構成されている。このステップＳ４においては、ラインデータ生成部２２１から出力される反射強度データは、前述のように回転検出信号Ｓａに基づいてフレームメモリである第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃに書き込まれるが、その際に、読み出だし処理が行われていないフレームメモリのうち、格納されている反射強度データが古いほうのフレームメモリに記録される。
【０１０１】
図１１において、入力データが［Ｆｒａｍｅ ４］の反射強度データの場合で説明すると、［Ｆｒａｍｅ ４］の反射強度データが入力されたときには、それぞれのフレームメモリには、
第１メモリ２２２ａ＝［Ｆｒａｍｅ ３］の反射強度データ
第２メモリ２２２ｂ＝［Ｆｒａｍｅ １］の反射強度データ
第３メモリ２２２ｃ＝［Ｆｒａｍｅ ２（読み出し中）］の反射強度データ
が格納されており、この場合では、読み出し中でない第１メモリ２２２ａと第２メモリ２２２ｂを見た場合、第２メモリ２２２ｂに記録されている反射強度データの方が古い反射強度データ（Ｆｒａｍｅ １）となっているので、第２メモリ２２２ｂに［Ｆｒａｍｅ ４］の反射強度データを書き込む。
【０１０２】
図１０に戻り、信号処理部２２は、メモリ制御部２２５の制御により軸方向移動量算出部２２９からの移動距離換算信号Ｓｄに基づき第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃから反射強度データの読み出す（ステップＳ５）。
【０１０３】
このステップＳ５における反射強度データの読み出しは、移動距離換算信号に基づいて実行されるが、その際、書き込み処理が行われていないフレームメモリのうち、格納されているデータが新しい方のフレームメモリから読み出される。
【０１０４】
図１１において、出力データが［Ｆｒａｍｅ ３］の反射強度データの場合で説明すると、Ｆｒａｍｅ３を読み出そうとするとき、それぞれのフレームメモリには、
第１メモリ２２２ａ＝［Ｆｒａｍｅ ３］の反射強度データ
第２メモリ２２２ｂ＝［Ｆｒａｍｅ ４（書き込み中）］の反射強度データ
第３メモリ２２２ｃ＝［Ｆｒａｍｅ ２］の反射強度データ
が格納されているので、書き込み中でない第１メモリ２２２ａと第３メモリ２２２ｃを見た場合、第１メモリ２２２ａの方が新しい反射強度データ（Ｆｒａｍｅ ３）が格納されているので、第１メモリ２２２ａから反射強度データを読み出す。
【０１０５】
ここでは、３フレーム分のメモリとしているが、特にこの値に限定するものではなく、４フレーム分以上でも同様の効果を得ることができる。また、２フレーム分でも実現は可能であるが、その場合は、あるフレームの書き込みが終わったタイミングに、もう一方のメモリが読み出し中であった場合には、再度同じメモリに書き込まれることになり、その分同じデータが繰り返し出力されることになり、全体で見たときにデータの精度が劣ることになる。
【０１０６】
図１０に戻り、信号処理部２２は、フレームメモリ部２２２からの反射強度データをデータ記録制御部２２６に出力し、データ記録部２２８に反射強度データを記録（保存）するかどうか判断する。
【０１０７】
反射強度データの記録が必要な場合は、データ記録制御部２２６にてハードディスクやＤＶＤディスク等のデータ記録部２２８に記録される（ステップＳ７）。
【０１０８】
なお、記録するかどうかは、ユーザーインターフェース（不図示）から入力することで設定する。制御部２３０からの制御信号に基づいて、データ記録制御部２２６を制御する。データ記録制御部２２６から出力される反射強度データは画像構築部２２７に入力される。
【０１０９】
そして、信号処理部２２は、画像構築部２２７にてデータ記録制御部２２６を介したラジアル走査ライン毎の反射強度データに対して、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換等を行い、１フレームの断層画像を生成し、この断層画像に基づき３次元計測画像を画像表示部５００に表示させる（ステップＳ８）。
【０１１０】
このように本実施形態では、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして軸方向走査により３次元データ（複数の断層画像）の取得が可能になり、特に、３次元データＯＣＴ計測中のリアルタイムにおいて、長手方向の等間隔の断層画像を度の劣化を最小限にして３次元計測画像を構築できる。
【０１１１】
なお、図６に示した信号処理部２２のブロック構成では、ラインデータ生成部２２１からの反射強度データをフレームメモリ部２２２に入力しているが、これに限らない。図１２は図６の信号処理部の変形例を示す図である。例えば、信号処理部２２のブロック構成としては、図１２に示すように、Ａ／Ｄ変換部２２０にてＡ／Ｄ変換したデジタル化した干渉波形データをフレームメモリ部２２２に入力するように構成してもよい。その場合は、ＦＦＴを行う前の干渉信号をフレームメモリ部２２２に入力することになる。
【０１１２】
ここで必要になるＦＦＴ後のデータはナイキスト周波数のデータまで、すなわち低周波側の半分のデータのみが必要となるので、ラインデータ生成部２２１をフレームメモリ部２２２の前に配置した方がフレームメモリ（第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃ）の容量を小さくすることが可能になる。
【０１１３】
第２の実施形態：
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図１３は本発明の第２の実施形態に係るＯＣＴプロセッサの構成を示すブロック図である。第２の実施形態は第１の実施形態とほとんど同じであるので、異なる構成のみ説明し、同一の構成には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１１４】
図１３に示すように、本実施形態のＯＣＴプロセッサ４００の軸方向移動駆動部２５は、軸方向走査のために駆動するモータ２５ａに加え、長手軸方向の直線移動を検出し、一定距離の移動ごとに軸方向移動距離検出信号Ｓｋを信号処理部２２に出力する移動距離信号出力手段としての移動距離検出部２５ｂを備えて構成される。
【０１１５】
ここで出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋは、望ましくは、１フレームごとの断層画像が取得される距離間隔でパルスを出力する。たとえば、ラジアル走査の回転数が５０Ｈｚ（５０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ）、軸方向走査速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとした場合は、１０μｍごとにパルスを出力する。
【０１１６】
図１４は図１３の信号処理部のブロックの図である。ここで、第１の実施形態と異なるのは、軸方向移動量算出部２２９（図６参照）が存在せず、第１の実施形態における軸方向移動距離換算信号Ｓｄの代わりに、移動距離検出部２５ｂから出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋに基づいてフレームメモリ部２２２からの読み出し動作を行うものである。
【０１１７】
その他の構成及び作用は第１の実施形態と同じである。
【０１１８】
このように第１の実施形態では軸方向の移動距離が設定どおりに動作していることを前提にして、軸方向移動距離換算信号Ｓｄにより時間にて移動距離を推定してフレームメモリ部２２２からの読み出しを制御しているのに対して、第２の実施形態では、軸方向移動距離検出信号Ｓｋによる実際の移動距離を基にしてフレームメモリ部２２２からの読み出し動作を制御している。したがって、第２の実施形態では第１の実施形態の作用・効果に加え、第１の実施形態に比べ第２の実施形態は、より精度のよい三次元画像データの構築が可能になる。
【０１１９】
第３の実施形態：
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図１５は本発明の第３の実施形態に係る信号処理部のブロック図である。第３の実施形態は第２の実施形態とほとんど同じであるので、異なる構成のみ説明し、同一の構成には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１２０】
本実施形態の信号処理部２２は、第２の実施形態の構成に加え、図１５に示すように、時刻検出手段としての時刻信号生成部２３１、リアルタイムクロック２３２及び断層画像補間生成手段としてのフレームデータ補間部２２３を備えて構成される。
【０１２１】
リアルタイムクロック２３２は、時刻信号生成部２３１に接続される絶対時刻を出力するクロックであり、時刻信号生成部２３１は、回転検出部２４ｂから出力される回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出部２５ｂから出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻をデータ記録制御部２２６に出力するものである。また、フレームデータ補間部２２３は、データ記録部２２８に記録された反射強度データを回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出部２５ｂから出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻に基づいて補間した補間フレームデータを生成するものである。その他の構成は第２の実施形態と同じである。
【０１２２】
なお、関連付け手段はデータ記録制御部２２６により構成され、時刻付加断層情報格納手段はデータ記録部２２８により構成される。
【０１２３】
このように構成された本実施形態の作用を図１６ないし図１８を用いて説明する。図１６は図１５の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート、図１７は図１６の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート、図１８は図１６の処理結果を説明する図である。
【０１２４】
図１６に示すように、第１の実施形態で説明したステップＳ７の処理（図１０参照）の代わりに、ステップＳ７１，７２，７３の処理が行われる点が第２の実施形態と異なる。
【０１２５】
すなわち、図１０にて説明したステップＳ１〜Ｓ６の処理後に、信号処理部２２は、時刻信号生成部２３１にて回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻をリアルタイムクロック２３２より取得し、データ記録制御部２２６に出力する（ステップＳ７１）。
【０１２６】
そして、信号処理部２２は、データ記録制御部２２６にてラインデータ生成部２２１からの反射強度データに回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻を付加してデータ記録部２２８に格納する（ステップＳ７２）。
【０１２７】
このデータ記録部２２８へのデータ記録のタイミングを図１７を用いて説明すると、データ記録部２２８へのデータ記録は反射強度データをフレーム単位で行い、そのときに時刻信号生成部２３１から出力される絶対時刻データもあわせてフレームデータ（反射強度データ）のヘッダー情報として記録される。ここではヘッダー情報として記録するとしたが、特にこの方法に限定するものではなく、関連付けて記録されるのであればどのような方法でもよい。例えば、同様に絶対時刻データをフッター情報として記録されても、フレームデータ（反射強度データ）に関連付けられた別ファイルとして絶対時刻データを格納してもかまわない。
【０１２８】
図１６に戻り、信号処理部２２は、データ記録部２２８に記録された絶対時刻データが付加されたフレームデータ（反射強度データ）をデータ記録制御部２２６からの制御に基づいて、フレームデータ補間部２２３に出力し、フレームデータ補間部２２３にて記録されたフレームデータ（反射強度データ）と絶対時刻データから軸方向移動距離検出信号Ｓｋの時刻に相当するデータを前後のフレームデータ（反射強度データ）から補間により生成する（ステップＳ７３）。
【０１２９】
フレームデータ補間部２２３における補間方法としては、図１７の下部の式に示す直線補間で行う。ここでは直線補間としているが、Ｂスプライン補間等どのような方法でもよい。生成された補間フレームデータは画像構築部２２７に出力される。
【０１３０】
この結果、本実施形態では、「ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして軸方向走査により３次元データ（複数の断層画像）の取得が可能になり、特に、３次元データＯＣＴ計測中のリアルタイムにおいて、長手方向の等間隔の断層画像を度の劣化を最小限にして３次元計測画像を構築できる」という第１及び第２の実施形態の効果に加え、図１８に示すように、例えばＯＣＴ計測後に、要求する長手軸フレーム間隔でデータが生成されできるため、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして３次元データの取得が可能になる。
【０１３１】
また、図１５の信号処理部のブロック構成では、ＦＦＴを行った反射強度データをデータ記録制御部２２６に記録しているが、ラインデータ生成部２２１をデータ記録制御部２２６の後に配置してもよい。その場合は、時刻情報を保持しつつ、ラインデータ生成部２２１で反射強度データを生成し、フレームデータ補間部２２３で補間処理を行うことになる。
【０１３２】
また、図１５の信号処理部のブロック構成では全体で１つのシステム構成となっているが、これを、２つのシステムに分離してもよい。例えば、フフレームデータ補間部２２３を独立させてひとつのシステムとする方法である。なぜならば、データ記録部２２８をハードディスクやＤＶＤディスク等の汎用的なものにしておけば、フレームデータ補間部２２３は通常のＰＣのみにより構成することが可能になるためである。
【０１３３】
第４の実施形態：
次に本発明の第４の実施形態について説明する。図１９は本発明の第４の実施形態に係る信号処理部のブロック図であり、図２０は図１９の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャートである。第４の実施形態は第３の実施形態とほとんど同じであるので、異なる構成のみ説明し、同一の構成には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１３４】
第３の実施形態と異なるのは時刻信号生成部２３１の動作である。第４の実施形態においては、リアルタイムクロック２３２の代わりにカウンタ２３５を有する。なお、このカウンタ２３５は時刻信号生成部２３１内部に設けてもよい。その他の構成は第３の実施形態と同じである。
【０１３５】
本実施形態におけるデータ記録部２２８へのデータ記録のタイミングを図２０を用いて説明すると、回転検出信号Ｓａが入力されるごとにカウンタ２３５のカウント値がリセットされ、カウンタ２３５の内部クロックにてカウントを開始する。時刻信号生成部２３１は、直線移動距離出力信号Ｓｋが入力されたときのカウンタ２３５のカウント値とリセットパルスである回転検出信号Ｓａが入力されたときのカウント値をデータ記録部に出力する。それ以降の処理については第１の実施形態と同様である。
【０１３６】
このように本実施形態においても、第３の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１３７】
上記第１ないし第４の実施形態では、ＯＣＴプローブ６００を備えたＯＣＴプロセッサ４００を３次元画像構築装置として説明したが、本発明の３次元画像構築装置は、超音波を波動とした超音波観察装置にも適用可能であり、以下の第５及び第６の実施形態において超音波観察装置を３次元画像構築装置とした実施形態について説明する。
【０１３８】
第５の実施形態：
本発明の第５の実施形態について説明する。図２１は本発明の第５の実施形態に係る超音波観察装置の構成を示すブロック図であり、図２２は図２１の信号処理部の構成を示すブロック図である。本実施形態の要部の構成は第２の実施形態で説明したＯＣＴプロセッサと同じであるので、異なる点のみ説明する。
【０１３９】
図２１に示すように、本実施形態の超音波観察装置７００では、まず、信号処理部２２から出力される送信トリガ信号Ｓｍが超音波信号送受信部７１１に入力され、この送信トリガ信号Ｓｍに基づいて超音波信号送受信部７１１から超音波送信信号がロータリコネクタ７１０を介して超音波プローブ７０１に出力される。
【０１４０】
超音波送信信号はロータリコネクタ７１０により回転可能に接続された超音波プローブ７０１の先端に配置された送受波手段としての超音波振動子７０２に入力される。超音波振動子７０２では入力された電気信号を機械振動に変換し、波動としての超音波を生体組織等の測定対象Ｓに出力する。その際、超音波プローブ７０１は回転駆動部２４により、回転駆動され、生体内でラジアル走査を行う。また、回転駆動部２４は軸方向移動駆動部２５と機械的に接続されていて、超音波プローブ７０１は軸方向への移動を同時に行うことで、軸方向走査も行われる。
【０１４１】
測定対象Ｓにより反射された反射エコーは超音波振動子７０２で機械振動から電気信号に変換され、受信エコー信号Ｓｐとしてロータリコネクタ７１０を介して再度、超音波信号送受信部７１１に入力される。受信エコー信号Ｓｐは超音波信号送受信部７１１でフィルター処理、ゲイン調整等のアナログ信号処理が行われた後、信号処理部２２に入力される。
【０１４２】
また、前記回転駆動部２４は超音波プローブ７０１をラジアル走査するためのモータ２４ａと、回転信号を出力する回転検出部２４ｂから構成される。回転検出部２４ｂからは、例えば５１２パルス／回転というように、１回転あたり等角度間隔に出力されるパルスと、１回転あたり１パルス出力される信号の２種類の信号が出力され、信号処理部２２に入力される。ここでは５１２パルス／回転としているが、特にこの値に限定するものではなく、大きいほど走査ライン密度が細かくなり、反対に小さくなると粗くなるため、解像度と速度のバランスで決めることになる。
【０１４３】
信号処理部２２では、後述する信号処理により生体の断層画像を構築しＬＣＤモニタ等の画像表示部５００に表示する。
【０１４４】
また、軸方向移動駆動部２５は、軸方向走査のために駆動するモータ２５ａと、直線方向の移動を検出し、一定距離の移動ごとに軸方向移動距離検出信号を出力する移動距離検出部２５ｂから構成される。ここで出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋは信号処理部２２に出力される。軸方向移動距離検出信号Ｓｋは望ましくは、１フレームごとの断層画像が取得される距離間隔でパルスを出力する。例えば、ラジアル走査の回転数が５０Ｈｚ（５０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ）、軸方向走査速度を１ｍｍ／ｓｅｃとした場合は、２０μｍ毎にパルスを出力する。
【０１４５】
次に、本実施形態の信号処理部２２の構成について説明する。図２２に示すように、制御部２３０は信号処理部２２全体を統括的に制御するものである。
【０１４６】
前記回転検出部２４ｂから出力される回転検出信号Ｓａはメモリ制御部２２５に入力される。そのうち、１回転あたり等角度間隔で出力されるパルスに基づいて、メモリ制御部２２５は超音波送受信部７１１にトリガ信号Ｓｍを出力する。
【０１４７】
一方、前記超音波送受信部７１１から出力される受信エコー信号ＳｐはＡ／Ｄ変換部２２０に入力され、Ａ／Ｄ変換が行われデジタル信号とされる。デジタル化された受信エコーデータはフレームメモリ部２２２に出力される。フレームメモリ部２２２の動作は第２の実施形態と同じである。
【０１４８】
フレームメモリ部２２２から出力されたデジタル化した受信エコーデータは、データ記録制御部２２６に出力され、記録が必要な場合は、ハードディスクやＤＶＤディスク等のデータ記録部２２８に記録される。記録するかどうかは、ユーザーインターフェースから入力することで設定し、制御部２３０からの制御信号に基づいて、データ記録制御部２２６で制御される。
【０１４９】
データ記録制御部２２６から出力される受信エコーデータは画像構築部２２７に入力される。画像構築部２２７では、検波処理、対数変換、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換などを行い、断層画像を生成する。
【０１５０】
この結果、第１ないし第４の実施形態で説明したように、本実施形態においても、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の制度の劣化を最小限にして軸方向走査により３次元データの取得が可能になる。
【０１５１】
第６の実施形態：
本発明の第６の実施形態について説明する。図２３は本発明の第６の実施形態に係る超音波観察装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。本実施形態の基本構成は第５の実施形態とほとんど同じであり、また要部構成は第４の実施形態で説明したＯＣＴプロセッサと同じであるので、異なる点のみ説明する。
【０１５２】
図２３に示すように、本実施形態の超音波観察装置の信号処理部２２では、回転検出部２４ｂ（図２１参照）から出力される回転検出信号Ｓａはメモリ制御部２２５に入力される。そのうち、１回転あたり等角度間隔で出力されるパルスに基づいて、超音波送受信部７１１（図２１参照）にトリガ信号Ｓｍを出力する。
【０１５３】
一方、超音波送受信部７１１から出力される受信エコー信号ＳｐはＡ／Ｄ変換部２２０に入力され、Ａ／Ｄ変換が行われデジタル信号とされる。デジタル化された受信エコーデータはデータ記録制御部２２６に出力される。
【０１５４】
データ記録制御部２２６では、入力された受信エコーデータの記録が必要な場合は、ハードディスクやＤＶＤディスク等のデータ記録部２２８に記録される。そのときの受信エコーデータ記録はフレーム単位で行い、そのときに時刻信号生成部２３１から出力される時刻データもあわせてフレームデータのヘッダー情報として記録される。ここではヘッダー情報として記録しているが、特にこの方法に限定するものではなく、関連付けて記録されるのであればどのような方法でもよい。たとえば、同様にフッター情報として記録されても、別ファイルとしてもかまわない。なお、時刻信号生成部２３１の構成及び作用は第４の実施形態と同じである。
【０１５５】
データ記録部２２８に記録された受信エコーデータは、データ記録制御部２２６からの制御に基づいて、フレームデータ補間部２３３に出力される。フレームデータ補間部２３３では記録されたフレームデータ（受信エコーデータ）と時刻データから軸方向移動距離検出信号Ｓｋの時刻に相当するデータを前後のフレームデータから補間により生成する。なお、フレームデータ補間部２３３の構成及び作用は第４の実施形態と同じである。
【０１５６】
フレームデータ補間部２３３にて生成された補間フレームデータ（受信エコーデータ）は画像構築部５００に出力される。画像構築部５００では、検波処理、対数変換、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換などを行い、断層画像を生成する。
【０１５７】
この結果、第１ないし第５の実施形態で説明したように、本実施形態においても、要求するフレーム間隔でデータが生成され、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして３次元データの取得が可能になる。
【０１５８】
以上、本発明の３次元画像構築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。
【符号の説明】
【０１５９】
１０…画像診断装置、２２…信号処理部、１００…内視鏡、２００…内視鏡プロセッサ、２２０…Ａ／Ｄ変換部、２２１…ラインデータ生成部、２２２…フレームメモリ部、２２５…メモリ制御部、２２６…データ記録制御部、２２７…画像構築部、２２８…データ記録部、２２９…軸方向移動量算出部、２３０…制御部、３００…光源装置、４００…ＯＣＴプロセッサ、５００…画像表示部、６００…ＯＣＴプローブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は３次元画像構築装置及びその画像処理方法に係り、特にラジアル走査によって得られる断層画像による３次元画像の構築に特徴のある３次元画像構築装置及びその画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プローブを体腔内に挿入し、波動を生体組織にラジアル走査をすることで、生体の断層画像を描出する画像診断装置が広く使用されている。
【０００３】
画像診断装置の一例として、波動を超音波とし、超音波振動子からの超音波をラジアル走査させ、体腔内の生体組織で反射された反射波（超音波エコー）を同じ超音波振動子で受信した後、増幅、検波等の処理を施し、生成された超音波エコーの強度に基づいて、体腔の断面画像を描出する体腔内超音波診断装置があげられる（特許文献１）。
【０００４】
さらに、ラジアル走査と同時に超音波振動子を軸方向に走査することで、３次元的に断層画像を取得する体腔内超音波診断装置も使用されている（特許文献２）。この特許文献２では、設定された単位画像数に基づくピッチ間隔に相当する画像のみを抽出して三次元超音波画像生成装置に取り込ませ、それ以外の超音波画像を間引く（多数取得した画像のうちから、移動距離に合わせて少数抽出する）ことで、一定間隔のデータを抽出して３次元データとして構築する技術が開示されている。
【０００５】
また、超音波診断装置の他、近年では、波動を光とし、画像診断装置として光干渉断層診断装置(ＯＣＴ: Optical Coherent Tomography)も利用されるようになってきている。
【０００６】
光干渉断層診断装置は、低干渉光を測定光と参照光に分波し、先端に光学レンズ及び光学ミラーを取り付けた光ファイバを内蔵したプローブを体腔内に挿入し、光ファイバの先端側に配置した光学ミラーをラジアル走査させながら、体腔内に測定光を出射し、組織からの反射光と参照光との干渉強度に基づいて体腔の断面画像を描出するものである（特許文献３）。
【０００７】
例えば光干渉断層診断装置では、図２４に示すように、プローブを体腔内に挿入して、測定光を生体組織にラジアル走査を行う場合は、基本的にはプローブに垂直な断面画像を描出できる。それに対して、測定光を生体組織にラジアル走査と同時にプローブの長手軸方向に走査する場合、実際には、図２５に示すように、スパイラルに走査することになる。このスパイラル走査により、図２６に示すように、ラジアル走査毎の１フレームの擬似的な断層画像を構築することで、長手軸方向に一定間隔の複数の断層画像データが生成する。これら複数の断層画像データを並べて、３次元データとして扱うことで、３次元解析が可能になる。図２６では、例えば、回転速度５０Ｈｚ（３０００ｒｐｍ）でラジアル走査を行いながら、０．５ｍｍ／ｓｅｃで長手軸方向走査を行うときの、構築される断層画像を示したものである。なお、ラジアル走査の回転数と長手軸方向走査をそれぞれ、５０Ｈｚと０．５ｍｍ／ｓｅｃとしているが、特にこの値に限定するものではない。
【０００８】
一般的に、このように波動を生体組織に照射し、ラジアル走査と長手軸方向走査を組み合わせて、３次元画像データを構築する場合は、ラジアル操作の回転数と長手軸方向の走査速度をそれぞれ一定とし、それを前提としてデータ取得、解析を行う。すなわち、図２６の例では、５０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ、０．５ｍｍ／ｓｅｃであるため、取得した断層データは１０μｍ／ｆｒａｍｅのデータとなる。すなわち、長手軸方向の距離については、フレーム単位としたものとなる。
【０００９】
しかし、プローブをラジアル走査させる場合は、体腔内でのプローブの配置状態から、トルク変動などにより、一時的に回転数が変動することがある。そのような場合、図２７に示すように、回転数が低下した（例えば、ラジアル走査の回転速度が５０Ｈｚから４０Ｈｚに低下した）場合には、１フレームの断層画像を構築する時間が想定よりも長くなり、その間の長手軸方向の移動距離も長くなるため、結果として得られたデータは、長手軸方向にて一定間隔のものではなくなり、３次元的に解析する場合の長手軸方向の距離精度を悪化させることになる。
【００１０】
そこで、上記特許文献１は、超音波プローブ(超音波内視鏡)に速度センサを設け、超音波プローブを手動走査しながら３次元の画像を構築する際、超音波振動子の回転速度を移動速度に比例するように制御することで、実際の長手軸方向の移動速度の変動にあわせて、ラジアル走査の回転数を変化させる技術を開示している。すなわち、特許文献１は、長手軸方向移動速度が速くなった場合は、ラジアル走査の回転数を速くし、反対に、長手軸方向移動速度が遅くなった場合には、ラジアル走査の回転数を遅くするものである。
【００１１】
また、上記特許文献２では長手軸方向走査の一定距離ごとに信号を出力させるようにして、長手軸方向走査により得られた多くの断層画像データから、位置信号にあわせて断層画像を抽出する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−３１０６１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１１６６５４号公報
【特許文献３】特開２００７−２６８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、長手軸方向走査を手動で行うことを前提としているため、ラジアル走査に対して、長手軸方向走査の精度が非常に悪く、その状況下で、超音波プローブ（超音波内視鏡）に速度センサを設け、超音波プローブを手動走査しながら３次元の画像を構築する際、超音波振動子の回転速度を移動速度に比例するように制御することで、術者の走査むらによらず、粗密部分の少ない３次元画像を構築するものであって、現在ではラジアル走査と軸方向走査はいずれも機械的に制御することが一般的で、ラジアル走査はＤＣモータで駆動するのに対して、長手軸方向走査はボールネジを使用しての駆動となるため、長手軸方向走査の機械的な精度はラジアル走査に比べ問題にならないくらい精度が高く、それ以上の長手軸方向走査の精度でラジアル走査を制御することは難しいといった問題がある。
【００１４】
また、上記特許文献２の技術では、多数取得した断層画像データのうちから、移動距離に合わせて断層画像データを抽出することになるため、取得したにもかかわらず使用しない断層画像データが多数存在することになり、処理に無駄が多く、また、特に３次元データ解析をする場合は、できるだけ高密度で断層画像を取得したいという要望があるが、この要望と逆行することになる。
【００１５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することのできる３次元画像構築装置及びその画像処理方法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】
【００１６】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の３次元画像構築装置は、可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段と、前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転手段と、前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出手段と、前記回転検出手段からの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成手段と、前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納手段と、前記断層情報格納手段における断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御手段と、前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動手段と、前記格納制御手段により制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動手段による前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成手段と、前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、を備えて構成される。
【００１７】
請求項１に記載の３次元画像構築装置では、前記送受波回転手段にて前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンし、前記回転検出手段にて前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力し、前記断層情報生成手段にて前記回転検出手段からの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成し、前記断層情報格納手段にて前記断層情報をフレーム単位で格納し、前記格納制御手段にて前記断層情報格納手段における断層情報の書き込み及び読み出しを制御し、前記送受波移動手段にて前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させ、前記等間隔断層画像生成手段にて前記格納制御手段により制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動手段による前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成し、前記３次元画像生成手段にて前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成することで、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することを可能とする。
【００１８】
請求項２に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１に記載の３次元画像構築装置であって、あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、前記格納制御手段は、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶手段に書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出すことが好ましい。
【００１９】
請求項３に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１に記載の３次元画像構築装置であって、前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、前記格納制御手段は、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を断層情報記憶手段に書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出すことが好ましい。
【００２０】
請求項４に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記断層情報格納手段は、複数フレームの前記断層情報を格納する複数のフレームメモリからなることが好ましい。
【００２１】
請求項５に記載の３次元画像構築装置のように、請求項４に記載の３次元画像構築装置であって、前記格納制御手段は前記断層情報格納手段に読み出だし処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも古い断層情報が格納されている前記フレームメモリに、前記断層情報生成手段により新たに生成された前記断層情報を格納し、前記断層情報格納手段に書き込み処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも新しい前記断層情報が格納された前記フレームメモリより前記断層情報を読み出すことが好ましい。
【００２２】
請求項６に記載の３次元画像構築装置のように、請求項４または５に記載の３次元画像構築装置であって、前記断層情報格納手段は、少なくとも３つのフレームの前記断層情報を格納する３つのフレームメモリからなることが好ましい。
【００２３】
請求項７に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出手段と、前記断層情報生成手段が生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付け手段と、前記関連付け手段にて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納手段と、をさらに備えることが好ましい。
【００２４】
請求項８に記載の３次元画像構築装置のように、請求項７に記載の３次元画像構築装置であって、絶対時刻情報を有するリアルタイムクロックをさらに備え、前記時刻検出手段は、前記リアルタイムクロックの前記絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することが好ましい。
【００２５】
請求項９に記載の３次元画像構築装置のように、請求項７に記載の３次元画像構築装置であって、前記時刻検出手段は、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することが好ましい。
【００２６】
請求項１０に記載の３次元画像構築装置のように、請求項７ないし９のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記時刻付加断層情報格納手段に格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成手段をさらに備えることが好ましい。
【００２７】
請求項１１に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記送受波回転手段は前記送受波手段を先端に備えた前記プローブ内に設けられた前記長手軸を回転軸としたフレキシブルシャフトであって、前記送受波移動手段は前記フレキシブルシャフトを前記長手軸に沿って移動させることが好ましい。
【００２８】
請求項１２に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記波動は光であり、前記光は測定光及び参照光に分波され、前記プローブは該光を出力する光源に光ロータリージョイントを介して接続され、前記測定光の送受信が可能であり、前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記測定光の反射光と、所定経路において反射された前記参照光との干渉光に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成することが好ましい。
【００２９】
請求項１３に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１２に記載の３次元画像構築装置であって、前記光源は波長掃引レーザ光源であることが好ましい。
【００３０】
請求項１４に記載の３次元画像構築装置のように、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置であって、前記波動は超音波であり、前記プローブは、前記超音波の送受信が可能な超音波振動子を含み、前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記超音波のエコー信号に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成することが好ましい。
【００３１】
請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法は、可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転ステップと、前記送受波回転ステップでの回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出ステップと、前記回転検出ステップからの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成ステップと、前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納ステップと、前記断層情報格納ステップにおける断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御ステップと、前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動ステップと、前記格納制御ステップにより制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動ステップによる前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成ステップと、前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップと、を備えて構成される。
【００３２】
請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法では、前記送受波回転ステップにて前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンし、前記回転検出ステップにて前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力し、前記断層情報生成ステップにて前記回転検出ステップからの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成し、前記断層情報格納ステップにて前記断層情報をフレーム単位で格納し、前記格納制御ステップにて前記断層情報格納ステップにおける断層情報の書き込み及び読み出しを制御し、前記送受波移動ステップにて前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させ、前記等間隔断層画像生成ステップにて前記格納制御ステップにより制御されて前記断層情報格納ステップより読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動ステップによる前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成し、前記３次元画像生成ステップにて前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成することで、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することを可能とする。
【００３３】
請求項１６に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップをさらに備え、前記格納制御ステップは、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出すことが好ましい。
【００３４】
請求項１７に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップさらに備え、前記格納制御ステップは、前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出すことが好ましい。
【００３５】
請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出ステップと、前記断層情報生成ステップが生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付けステップと、前記関連付けステップにて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納ステップと、をさらに備えることが好ましい。
【００３６】
請求項１９に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記時刻検出ステップは、リアルタイムクロックからの絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することが好ましい。
【００３７】
請求項２０に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記時刻検出ステップは、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することが好ましい。
【００３８】
請求項２１に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法のように、請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法であって、前記時刻付加断層情報格納ステップにて格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成ステップをさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、プローブ先端からの波動照射がトルクの変動によりラジアル走査の回転速度の変動が発生した場合でも、プローブ長手軸方向走査により取得した各ラジアル走査による断層画像データの精度を悪化させることなく、３次元画像データを構築することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像診断装置を示す外観図
【図２】図１のＯＣＴプロセッサの内部構成を示すブロック図
【図３】図１のＯＣＴプローブの長手軸方向の先端断面を示す断面図
【図４】図３の回転側光ファイバＦＢ１を接続する光ロータリジョイントの構成を示す断面図
【図５】図１の内視鏡の鉗子口から導出されたＯＣＴプローブを用いて光構造情報を得る様子を示す図
【図６】図２の信号処理部の構成を示すブロック図
【図７】図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための第１の図
【図８】図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための第２の図
【図９】図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための第３の図
【図１０】図６の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート
【図１１】図１０の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート
【図１２】図６の信号処理部の変形例を示すブロック図
【図１３】本発明の第２の実施形態に係るＯＣＴプロセッサの構成を示すブロック図
【図１４】図１３の信号処理部のブロックの図
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る信号処理部のブロック図
【図１６】図１５の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート
【図１７】図１６の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート
【図１８】図１６の処理結果を説明する図
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る信号処理部のブロック図
【図２０】図１９の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る超音波観察装置の構成を示すブロック図
【図２２】図２１の信号処理部の構成を示すブロック図
【図２３】本発明の第６の実施形態に係る超音波観察装置の信号処理部の構成を示すブロック図
【図２４】プローブによる波動のラジアル走査を説明する図
【図２５】プローブによる波動のスパイラル走査を説明する図
【図２６】プローブのラジアル走査が安定して行われたときの断層像生成を説明する図
【図２７】プローブのラジアル走査の回転数が不安定なときの断層像生成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る３次元画像構築装置の実施形態について詳細に説明する。
【００４２】
第１の実施形態：
＜画像診断装置の外観＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る画像診断装置を示す外観図である。
【００４３】
図１に示すように、本実施形態の画像診断装置１０は、主として内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、３次元画像構築装置としてのＯＣＴプロセッサ４００、及びモニタ装置である画像表示部５００とから構成されている。尚、内視鏡プロセッサ２００は、光源装置３００を内蔵するように構成されていてもよい。
【００４４】
内視鏡１００は、手元操作部１１２と、この手元操作部１１２に連設される挿入部１１４とを備える。術者は手元操作部１１２を把持して操作し、挿入部１１４を被検者の体内に挿入することによって観察を行う。
【００４５】
手元操作部１１２には、鉗子挿入部１３８が設けられており、この鉗子挿入部１３８が挿入部１１４内に設けられている鉗子チャンネル（不図示）を介して先端部１４４の鉗子口１５６に連通されている。画像診断装置１０では、プローブとしてのＯＣＴプローブ６００を鉗子挿入部１３８から挿入することによって、ＯＣＴプローブ６００を鉗子口１５６から導出する。ＯＣＴプローブ６００は、鉗子挿入部１３８から挿入され、鉗子口１５６から導出される挿入部６０２と、術者がＯＣＴプローブ６００を操作するための操作部６０４、及びコネクタ４１０を介してＯＣＴプロセッサ４００と接続されるケーブル６０６から構成されている。
【００４６】
＜内視鏡、内視鏡プロセッサ、光源装置の構成＞
［内視鏡］
内視鏡１００の先端部１４４には、観察光学系１５０、照明光学系１５２、及びＣＣＤ（不図示）が配設されている。
【００４７】
観察光学系１５０は、被検体を図示しないＣＣＤの受光面に結像させ、ＣＣＤは受光面上に結像された被検体像を各受光素子によって電気信号に変換する。この実施の形態のＣＣＤは、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが所定の配列（ベイヤー配列、ハニカム配列）で各画素ごとに配設されたカラーＣＣＤである。
【００４８】
［光源装置］
光源装置３００は、可視光を図示しないライトガイド（内視鏡１００のケーブル１１６に内挿している）に入射させる。ライトガイドの一端はＬＧコネクタ１２０を介して光源装置３００に接続され、ライトガイドの他端は照明光学系１５２に対面している。光源装置３００から発せられた光は、ライトガイドを経由して照明光学系１５２から出射され、観察光学系１５０の視野範囲を照明する。
【００４９】
［内視鏡プロセッサ］
内視鏡プロセッサ２００には、内視鏡１００のケーブル１１６を介してＣＣＤから出力される画像信号が電気コネクタ１１０を介して入力される。このアナログの画像信号は、内視鏡プロセッサ２００内においてデジタルの画像信号に変換され、画像表示部５００の画面に表示するための必要な処理が施される。
【００５０】
このように、内視鏡１００で得られた観察画像のデータが内視鏡プロセッサ２００に出力され、内視鏡プロセッサ２００に接続された画像表示部５００に画像が表示される。
【００５１】
＜ＯＣＴプロセッサ、ＯＣＴプローブの内部構成＞
図２は図１のＯＣＴプロセッサの内部構成を示すブロック図である。
【００５２】
［ＯＣＴプロセッサ］
次に図２を用いて、第１の実施形態のＯＣＴプロセッサについて説明する。ＯＣＴプロセッサ４００は、光干渉断層（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）計測法による測定対象の光断層画像を取得するためのもので、測定のための光Ｌａを射出する波長掃引光源１２と、波長掃引光源１２から射出された光Ｌａを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分岐するとともに、被検体である測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３と参照ミラー１１で反射された参照光Ｌ２を合波して干渉光Ｌ４を生成する光カプラ１４と、光カプラ１４で分岐された測定光Ｌ１を測定対象まで導波するとともに測定対象からの戻り光Ｌ３を導波するＯＣＴプローブ６００に備えられた回転側光ファイバＦＢ１と、測定光Ｌ１を回転側光ファイバＦＢ１まで導波すると共に回転側光ファイバＦＢ１によって導波された戻り光Ｌ３を導波する固定側光ファイバＦＢ２と、回転側光ファイバＦＢ１を固定側光ファイバＦＢ２に対して回転可能に接続し、測定光Ｌ１および戻り光Ｌ３を伝送する光ロータリジョイント１８と、光カプラ１４で生成された干渉光Ｌ４を干渉信号として検出する干渉信号検出部２０と、この干渉信号検出部２０によって検出された干渉信号Ｓｂを処理して光構造情報を取得する信号処理部２２と、を有する。また、信号処理部２２で取得された光構造情報に基づいて生成された画像は画像表示部５００に表示される。
【００５３】
なお、図２に示すＯＣＴプロセッサ４００においては、上述した射出光Ｌａ、測定光Ｌ１、参照光Ｌ２および戻り光Ｌ３などを含む種々の光を各光デバイスなどの構成要素間で導波し、伝送するための光の経路として、回転側光ファイバＦＢ１および固定側光ファイバＦＢ２を含め種々の光ファイバ（不図示）が用いられている。
【００５４】
波長掃引光源１２は、ＯＣＴの測定のための光（例えば、波長１．３μｍのレーザ光あるいは低コヒーレンス光）を射出するものであり、この波長掃引光源１２は周波数を一定の周期で掃引させながら赤外領域である、例えば波長１．３μｍを中心とするレーザ光Ｌａを射出する光源である。この波長掃引光源１２は、図示はしないが、レーザ光あるいは低コヒーレンス光Ｌａを射出する光源部と、この光源部から射出された光Ｌａを集光するレンズとを備えている。また、光Ｌａは、光カプラ１４で測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割され、測定光Ｌ１は光ロータリジョイント１８に入力される。なお、波長掃引光源１２は、波長掃引の周期に同期した波長掃引同期信号Ｓｃを信号処理部２２に出力する。
【００５５】
光ロータリジョイント１８は、測定光Ｌ１をＯＣＴプローブ６００内の回転側光ファイバＦＢ１に導波する。
【００５６】
光カプラ１４は、波長掃引光源１２からの光Ｌａを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割し、測定光Ｌ１を固定側光ファイバＦＢ２に入射させ、参照光Ｌ２の光路長を調整する参照ミラー１１に入射させる。
【００５７】
さらに、光カプラ１４は、参照ミラー１１によって周波数シフトおよび光路長の変更が施されて戻った参照光Ｌ２と、後述するＯＣＴプローブ６００で取得され固定側光ファイバＦＢ２から導波された戻り光Ｌ３とを合波して干渉光Ｌ４を生成し、干渉光Ｌ４を干渉信号検出部２０に出力する。
【００５８】
ＯＣＴプローブ６００は、光ロータリジョイント１８を介して、固定側光ファイバＦＢ２と接続されており、固定側光ファイバＦＢ２から、光ロータリジョイント１８を介して、測定光Ｌ１が回転側光ファイバＦＢ１に入射され、測定光Ｌ１を回転側光ファイバＦＢ１によって伝送して測定対象Ｓ（図３及び図５参照）に照射する。そして測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を取得し、取得した戻り光Ｌ３を回転側光ファイバＦＢ１によって伝送して、光ロータリジョイント１８を介して、固定側光ファイバＦＢ２に射出するようになっている。
【００５９】
干渉信号検出部２０は、光ファイバカプラ１４で参照光Ｌ２と戻り光Ｌ３とを合波して生成された干渉光Ｌ４を干渉信号Ｓｂとして検出するものであり、次段の信号処理部２２がこの干渉信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射光（あるいは後方散乱光）の強度（光構造情報）を検出する。
【００６０】
すなわち、信号処理部２２は、干渉信号検出部２０で検出した干渉信号から光構造情報を取得し、取得した光構造情報に基づいて光立体構造像を生成すると共に、この光立体構造像に対して各種処理を施した画像を画像表示部５００へ出力する。信号処理部２２の詳細な構成は後述する。
【００６１】
参照ミラー１１は、参照光Ｌ２の射出側に配置されており、参照光Ｌ２を平行光にしてミラーに集光し、ミラーにて反射させる。このミラーはミラー移動機構により光軸方向に平行な方向に移動することで参照光Ｌ２の光路長を調整するようになっている。
【００６２】
光ロータリジョイント１８は、ＯＣＴプローブ６００内の回転側光ファイバＦＢ１からの測定光Ｌ１をラジアル走査するための送受波回転手段としての回転駆動部２４及びＯＣＴプローブ６００の長手軸に沿った進退走査を行うための送受波移動手段としての軸方向移動駆動部２５により制御される。
【００６３】
詳細には、回転駆動部２４は、回転側光ファイバＦＢ１を回転駆動するモータ２４ａと、モータ２４ａの１回転毎に１パルス（１パルス／回転）のパルス信号Ｓａを信号処理部２２に出力する回転検出手段としての回転検出部２４ｂとを備えて構成される。また、軸方向移動駆動部２５は、モータ２５ａを備え、このモータ２５ａにより回転側光ファイバＦＢ１、光ロータリジョイント１８及び回転駆動部２４をＯＣＴプローブ６００の長手軸に沿って進退走査する。
なお、光ロータリジョイント１８及び回転駆動部２４は、操作部６０４（図1参照）内に設けられている。
【００６４】
［ＯＣＴプローブ］
図３は図１のＯＣＴプローブの長手軸方向の先端断面を示す断面図である。また、図４は図３の回転側光ファイバＦＢ１を接続する光ロータリジョイントの構成を示す断面図である。
【００６５】
図３に示すように、ＯＣＴプローブ６００では、挿入部６０２の先端部は、先端が閉塞された略円筒状のシース６２０と、回転側光ファイバＦＢ１と、トルク伝達コイル６２４と、送受波手段としての光学レンズ６２８とを有している。
【００６６】
シース６２０は、可撓性を有する筒状の部材であり、測定光Ｌ１及び戻り光Ｌ３が透過する材料からなっている。なお、シース６２０は、測定光Ｌ１及び戻り光Ｌ３が通過する先端（光ロータリジョイント１８と反対側の回転側光ファイバＦＢ１の先端、以下シース６２０の先端と言う）側の一部が全周に渡って光を透過する材料（透明な材料）で形成されていればよく、シース６２０の先端に配置されており、先端部が、回転側光ファイバＦＢ１から射出された測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状で形成されている。
【００６７】
光学レンズ６２８は、回転側光ファイバＦＢ１から射出した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し照射し、測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を集光し回転側光ファイバＦＢ１に入射する。
【００６８】
また、回転側光ファイバＦＢ１及びトルク伝達コイル６２４は、後述する回転筒６５６に接続されており、回転筒６５６によって回転側光ファイバＦＢ１及びトルク伝達コイル６２４を回転させることで、光学レンズ６２８をシース６２０に対し、矢印Ｒ方向に回転させる。図４に示すように、回転側光ファイバＦＢ１と固定側光ファイバＦＢ２とは、光コネクタ１８ａによって接続されており、回転側光ファイバＦＢ１の回転が固定側光ファイバＦＢ２に伝達しない状態で、光学的に接続されている。また、回転側光ファイバＦＢ１は、シース６２０に対して回転自在、及びシース６２０の軸方向に移動自在な状態で配置されている。
トルク伝達コイル６２４は、回転側光ファイバＦＢ１の外周に固定されている。また、回転側光ファイバＦＢ１及びトルク伝達コイル６２４は、光ロータリジョイント１８に接続されている。
【００６９】
さらに、回転側光ファイバＦＢ１、トルク伝達コイル６２４、及び光学レンズ６２８は、光ロータリジョイント１８に設けられた後述する進退駆動部により、シース６２０内部を矢印Ｓ１方向（鉗子口方向）、及びＳ２方向（シース６２０の先端方向）に移動可能に構成されている。
【００７０】
シース６２０は、固定部材６７０に固定されている。これに対し、回転側光ファイバＦＢ１およびトルク伝達コイル６２４は、回転筒６５６に接続されており、回転筒６５６は、モータ２４ａの回転に応じてギア６５４を介して回転するように構成されている。回転筒６５６は、光ロータリジョイント１８の光コネクタ１８ａに接続されており、測定光Ｌ１及び戻り光Ｌ３は、光コネクタ１８ａを介して回転側光ファイバＦＢ１と固定側光ファイバＦＢ２間を伝送される。
【００７１】
また、これらを内蔵するフレーム６５０は支持部材６６２を備えており、支持部材６６２は、図示しないネジ孔を有している。光ロータリジョイント１８は、ネジ孔には進退移動用ボールネジ６６４が咬合しており、進退移動用ボールネジ６６４には、モータ２５ａが接続されて、ネジ孔、進退移動用ボールネジ６６４、モータ２５ａ等により軸方向移動駆動部２５を構成している。したがって、軸方向移動駆動部２５は、モータ２５ａを回転駆動することによりフレーム６５０を進退移動させ、これにより回転側光ファイバＦＢ１、トルク伝達コイル６２４、固定部材６２６、及び光学レンズ６２８を図４のＳ１及びＳ２方向に移動させることが可能となっている。
【００７２】
なお、モータ２５ａは、所定のピッチスピード、例えば０．５ｍｍ／ｓｅｃにて進退駆動し、この所定のピッチ毎にモータ２４ａが、例えば５０Ｈｚ（３０００ｒｐｍ）にて回転側光ファイバＦＢ１、トルク伝達コイル６２４、及び光学レンズ６２８を一回転させることで、測定光Ｌ１をラジアル走査にて測定対象Ｓに照射する。
【００７３】
ＯＣＴプローブ６００は、以上のような構成により、光ロータリジョイント１８により回転側光ファイバＦＢ１およびトルク伝達コイル６２４が、図３中矢印Ｒ方向に回転されることで、光学レンズ６２８から射出される測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し、矢印Ｒ方向（シース６２０の円周方向）に対しラジアル走査しながら照射し、戻り光Ｌ３を取得する。
【００７４】
これにより、シース６２０の円周方向の全周において、測定対象Ｓの所望の部位を正確にとらえることができ、測定対象Ｓを反射した戻り光Ｌ３を取得することができる。
【００７５】
さらに、光立体構造像を生成するための複数の光構造情報を取得する場合は、軸方向移動駆動部２５により光学レンズ６２８が矢印Ｓ１方向の移動可能範囲の終端まで移動され、断層像からなる光構造情報を取得しながら所定量ずつＳ２方向に移動し、又は光構造情報取得とＳ２方向への所定量移動を交互に繰り返しながら、移動可能範囲の終端まで移動する。
【００７６】
このように測定対象Ｓに対して所望の範囲の複数の光構造情報を得て、取得した複数の光構造情報に基づいて光立体構造像を得ることができる。
【００７７】
つまり、干渉信号により測定対象Ｓの深さ方向（第１の方向）の光構造情報を取得し、測定対象Ｓに対し図３矢印Ｒ方向（シース６２０の円周方向）にラジアル走査することで、測定対象Ｓの深さ方向（第１の方向）と、該深さ方向と略直交する方向（第２の方向）とからなるスキャン面での光構造情報を取得することができ、さらには、このスキャン面に略直交する方向（第３の方向）に沿ってスキャン面を移動させることで、光立体構造像を生成するための複数の光構造情報が取得できる。
【００７８】
図５は図１の内視鏡の鉗子口から導出されたＯＣＴプローブを用いて光構造情報を得る様子を示す図である。図５に示すように、ＯＣＴプローブの挿入部６０２の先端部を、測定対象Ｓの所望の部位に近づけて、光構造情報を得る。所望の範囲の複数の光構造情報を取得する場合は、ＯＣＴプローブ６００本体を移動させる必要はなく、前述の光ロータリジョイント１８の進退駆動部によりシース６２０内で光学レンズ６２８を移動させればよい。
【００７９】
［信号処理部］
図６は図２の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【００８０】
信号処理部２２は、図６に示すように、Ａ／Ｄ変換部２２０、断層情報生成手段としてのラインデータ生成部２２１、断層情報格納手段としてのフレームメモリ部２２２、格納制御手段及び等間隔断層画像生成手段としてのメモリ制御部２２５、データ記録制御部２２６、３次元画像生成手段としての画像構築部２２７、データ記録部２２８、移動距離信号出力手段としての軸方向移動量算出部２２９及び制御部２３０を備えて構成される。なお、制御部２３０は、信号処理部２２内の上記各部を制御するものである。
【００８１】
Ａ／Ｄ変換部２２０は、干渉信号検出部２０からのラジアル走査ライン毎の干渉信号をデジタル信号に変換するものである。
【００８２】
詳細には、Ａ／Ｄ変換部２２０は、波長掃引光源１２からの波長掃引の周期に同期して出力される波長掃引同期信号Ｓｃをトリガとして、干渉信号をＡ／Ｄ変換する。この結果、１回の波長掃引に相当するデータが、デジタル化された１ラジアル走査ラインの干渉信号となる。
【００８３】
ラインデータ生成部２２１は、Ａ／Ｄ変換部２２０にてデジタル化されたラジアル走査ライン毎の干渉信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行し周波数分解し、測定対象Ｓの深度方向の反射強度データとし、対数変換を行い、フレームメモリ部２２２に出力するものである。
【００８４】
フレームメモリ部２２２は、ラインデータ生成部２２１からの反射強度データを回転検出信号Ｓａに基づいてフレーム単位で記憶するものであり、例えば３フレーム分の反射強度データを記憶するための３つのフレームメモリからなる、第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃを備えて構成される。
【００８５】
メモリ制御部２２５は、回転検出信号Ｓａに基づいてフレームメモリ部２２２における反射強度データの第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃへの書き込みを制御し、かつ軸方向移動量算出部２２９からの移動距離換算信号Ｓｄに基づき第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃからの反射強度データの読み出しを制御するものである。
【００８６】
データ記録制御部２２６は、フレームメモリ部２２２に格納されているラジアル走査ライン毎の反射強度データのデータ記録部２２８への記録を制御するものである。
【００８７】
画像構築部２２７は、データ記録制御部２２６を介したラジアル走査ライン毎の反射強度データに対して、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換等を行い、１フレームの断層画像を生成し、画像表示部５００に断層画像を表示させるものである。
【００８８】
データ記録部２２８は、フレームメモリ部２２２に格納されているラジアル走査ライン毎の反射強度データを格納するものである。なお、データ記録部２２８は、例えばハードディスク、ＤＶＤディスク、ブルーレイディスク、あるいはリード／ライト可能な半導体メモリ等により構成される。
【００８９】
軸方向移動量算出部２２９は、（ネジ孔、進退移動用ボールネジ６６４、モータ６６０等からなる軸方向移動駆動部２５（図４参照）によって）設定された軸方向移動速度において、１フレーム毎の断層画像が取得される時間間隔でパルスを移動距離換算信号Ｓｄとしてメモリ制御部２２５出力する。例えば、ラジアル走査の回転数を５０Ｈｚ、軸方向走査速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとした場合は、２０μｓｅｃ（１／５０ ｍｓｅｃ）間隔でパルスを移動距離換算信号Ｓｄとしてフレームメモリ部２２２に出力する。なお、移動距離換算信号Ｓｄは、軸方向移動駆動部２５の移動量に換算すると１０μｍ間隔のパルスとなる。
【００９０】
ここで、本発明の要部であるフレームメモリ部２２２及びデータ記録制御部２２６の概略の動作を説明する。図７ないし図９は図６のフレームメモリ部及びデータ記録制御部の概略の動作を説明するための図である。 図７に示すように、トルク伝達コイル６２４の回転速度が一時的に例えば５０Ｈｚから４０Ｈｚに低下した場合、ラインデータ生成部２２１から出力される反射強度データ［Ｆｒａｍｅ １］、［Ｆｒａｍｅ ２］、［Ｆｒａｍｅ ３］、…は、図８に示すように、回転検出信号Ｓａ（パルス立ち上がりタイミング）に基づいてフレーム単位で入力データとしてフレームメモリ部２２２に書き込まれる。
【００９１】
一方、フレームメモリ部２２２に書き込まれたフレーム単位の反射強度データ［Ｆｒａｍｅ １］、［Ｆｒａｍｅ ２］、［Ｆｒａｍｅ ３］、…は、データ記録制御部２２６の制御により移動距離換算信号Ｓｄ（パルス立ち上がりタイミング）に基づいてフレーム単位で出力データとして読み出されて、後段のデータ記録制御部２２６に出力される。
【００９２】
例えば、図７の場合、［Ｆｒａｍｅ ３］のデータのように、回転速度が一時的に５０Ｈｚから４０Ｈｚに低下した場合でも、図８に示したように、データ記録制御部２２６の制御によりフレームメモリ部２２２から［Ｆｒａｍｅ ２］のデータが重ねて読み出されることで、図９に示すように、回転数の変動による精度の低下を最小限に低下させることができる。
【００９３】
なお、図示していないが、反対に、一時的にラジアル走査の回転が速くなった場合は、フレームメモリ部２２２に書き込まれるものの、読み出されない反射強度データが発生し、結果として不要なデータを間引くことで、同様に精度の低下を最小限に抑えることが可能になる。
【００９４】
この動作からわかるように、移動距離換算信号Ｓｄの間隔を適当に設定すれば、それにあわせて、データ記録制御部２２６の制御により反射強度データが重畳もしくは間引かれることになり、全体で見たときには、一定精度内で反射強度データを再構築することが可能である。
【００９５】
このように構成された本実施形態の作用を図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は図６の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート、図１１は図１０の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００９６】
まず、術者は、画像診断装置１０を構成する内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、ＯＣＴプロセッサ４００、及び画像表示部５００の電源を投入し、内視鏡１００の挿入部１１４を体腔内に挿入して、体腔内の測定対象Ｓに内視鏡１００の先端部１４４を接近させる。そして、術者は、ＯＣＴプローブ６００の先端を測定対象Ｓに当接させる。
【００９７】
この状態で、図１０に示すように、ＯＣＴプローブ６００は、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１のラジアルスキャンを開始する（ステップＳ１）。
【００９８】
そして、信号処理部２２は、Ａ／Ｄ変換部２２０にて波長掃引光源１２からの波長掃引の周期に同期して出力される波長掃引同期信号Ｓｃをトリガーとして、干渉信号をＡ／Ｄ変換する。この結果、１回の波長掃引に相当するデータが、デジタル化された１ラジアル走査ラインの干渉信号となる（ステップＳ２）。次に、信号処理部２２は、ラインデータ生成部２２１にてＡ／Ｄ変換部２２０にてデジタル化されたラジアル走査ライン毎の干渉信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行し周波数分解し、測定対象Ｓの深度方向の反射強度データとし、対数変換を行い、フレームメモリ部２２２に出力する（ステップＳ３）。
【００９９】
その後、信号処理部２２は、メモリ制御部２２５の制御によりフレームメモリ部２２２にラインデータ生成部２２１からの反射強度データを回転検出信号Ｓａに基づいてフレーム単位で記憶させる（ステップＳ４）。
【０１００】
フレームメモリ部２２２は、上述したように３フレーム分のフレームメモリの第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃより構成されている。このステップＳ４においては、ラインデータ生成部２２１から出力される反射強度データは、前述のように回転検出信号Ｓａに基づいてフレームメモリである第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃに書き込まれるが、その際に、読み出だし処理が行われていないフレームメモリのうち、格納されている反射強度データが古いほうのフレームメモリに記録される。
【０１０１】
図１１において、入力データが［Ｆｒａｍｅ ４］の反射強度データの場合で説明すると、［Ｆｒａｍｅ ４］の反射強度データが入力されたときには、それぞれのフレームメモリには、
第１メモリ２２２ａ＝［Ｆｒａｍｅ ３］の反射強度データ
第２メモリ２２２ｂ＝［Ｆｒａｍｅ １］の反射強度データ
第３メモリ２２２ｃ＝［Ｆｒａｍｅ ２（読み出し中）］の反射強度データ
が格納されており、この場合では、読み出し中でない第１メモリ２２２ａと第２メモリ２２２ｂを見た場合、第２メモリ２２２ｂに記録されている反射強度データの方が古い反射強度データ（Ｆｒａｍｅ １）となっているので、第２メモリ２２２ｂに［Ｆｒａｍｅ ４］の反射強度データを書き込む。
【０１０２】
図１０に戻り、信号処理部２２は、メモリ制御部２２５の制御により軸方向移動量算出部２２９からの移動距離換算信号Ｓｄに基づき第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃから反射強度データの読み出す（ステップＳ５）。
【０１０３】
このステップＳ５における反射強度データの読み出しは、移動距離換算信号に基づいて実行されるが、その際、書き込み処理が行われていないフレームメモリのうち、格納されているデータが新しい方のフレームメモリから読み出される。
【０１０４】
図１１において、出力データが［Ｆｒａｍｅ ３］の反射強度データの場合で説明すると、Ｆｒａｍｅ３を読み出そうとするとき、それぞれのフレームメモリには、
第１メモリ２２２ａ＝［Ｆｒａｍｅ ３］の反射強度データ
第２メモリ２２２ｂ＝［Ｆｒａｍｅ ４（書き込み中）］の反射強度データ
第３メモリ２２２ｃ＝［Ｆｒａｍｅ ２］の反射強度データ
が格納されているので、書き込み中でない第１メモリ２２２ａと第３メモリ２２２ｃを見た場合、第１メモリ２２２ａの方が新しい反射強度データ（Ｆｒａｍｅ ３）が格納されているので、第１メモリ２２２ａから反射強度データを読み出す。
【０１０５】
ここでは、３フレーム分のメモリとしているが、特にこの値に限定するものではなく、４フレーム分以上でも同様の効果を得ることができる。また、２フレーム分でも実現は可能であるが、その場合は、あるフレームの書き込みが終わったタイミングに、もう一方のメモリが読み出し中であった場合には、再度同じメモリに書き込まれることになり、その分同じデータが繰り返し出力されることになり、全体で見たときにデータの精度が劣ることになる。
【０１０６】
図１０に戻り、信号処理部２２は、フレームメモリ部２２２からの反射強度データをデータ記録制御部２２６に出力し、データ記録部２２８に反射強度データを記録（保存）するかどうか判断する。
【０１０７】
反射強度データの記録が必要な場合は、データ記録制御部２２６にてハードディスクやＤＶＤディスク等のデータ記録部２２８に記録される（ステップＳ７）。
【０１０８】
なお、記録するかどうかは、ユーザーインターフェース（不図示）から入力することで設定する。制御部２３０からの制御信号に基づいて、データ記録制御部２２６を制御する。データ記録制御部２２６から出力される反射強度データは画像構築部２２７に入力される。
【０１０９】
そして、信号処理部２２は、画像構築部２２７にてデータ記録制御部２２６を介したラジアル走査ライン毎の反射強度データに対して、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換等を行い、１フレームの断層画像を生成し、この断層画像に基づき３次元計測画像を画像表示部５００に表示させる（ステップＳ８）。
【０１１０】
このように本実施形態では、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして軸方向走査により３次元データ（複数の断層画像）の取得が可能になり、特に、３次元データＯＣＴ計測中のリアルタイムにおいて、長手方向の等間隔の断層画像を度の劣化を最小限にして３次元計測画像を構築できる。
【０１１１】
なお、図６に示した信号処理部２２のブロック構成では、ラインデータ生成部２２１からの反射強度データをフレームメモリ部２２２に入力しているが、これに限らない。図１２は図６の信号処理部の変形例を示す図である。例えば、信号処理部２２のブロック構成としては、図１２に示すように、Ａ／Ｄ変換部２２０にてＡ／Ｄ変換したデジタル化した干渉波形データをフレームメモリ部２２２に入力するように構成してもよい。その場合は、ＦＦＴを行う前の干渉信号をフレームメモリ部２２２に入力することになる。
【０１１２】
ここで必要になるＦＦＴ後のデータはナイキスト周波数のデータまで、すなわち低周波側の半分のデータのみが必要となるので、ラインデータ生成部２２１をフレームメモリ部２２２の前に配置した方がフレームメモリ（第１メモリ２２２ａ、第２メモリ２２２ｂ、第３メモリ２２２ｃ）の容量を小さくすることが可能になる。
【０１１３】
第２の実施形態：
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図１３は本発明の第２の実施形態に係るＯＣＴプロセッサの構成を示すブロック図である。第２の実施形態は第１の実施形態とほとんど同じであるので、異なる構成のみ説明し、同一の構成には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１１４】
図１３に示すように、本実施形態のＯＣＴプロセッサ４００の軸方向移動駆動部２５は、軸方向走査のために駆動するモータ２５ａに加え、長手軸方向の直線移動を検出し、一定距離の移動ごとに軸方向移動距離検出信号Ｓｋを信号処理部２２に出力する移動距離信号出力手段としての移動距離検出部２５ｂを備えて構成される。
【０１１５】
ここで出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋは、望ましくは、１フレームごとの断層画像が取得される距離間隔でパルスを出力する。たとえば、ラジアル走査の回転数が５０Ｈｚ（５０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ）、軸方向走査速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃとした場合は、１０μｍごとにパルスを出力する。
【０１１６】
図１４は図１３の信号処理部のブロックの図である。ここで、第１の実施形態と異なるのは、軸方向移動量算出部２２９（図６参照）が存在せず、第１の実施形態における軸方向移動距離換算信号Ｓｄの代わりに、移動距離検出部２５ｂから出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋに基づいてフレームメモリ部２２２からの読み出し動作を行うものである。
【０１１７】
その他の構成及び作用は第１の実施形態と同じである。
【０１１８】
このように第１の実施形態では軸方向の移動距離が設定どおりに動作していることを前提にして、軸方向移動距離換算信号Ｓｄにより時間にて移動距離を推定してフレームメモリ部２２２からの読み出しを制御しているのに対して、第２の実施形態では、軸方向移動距離検出信号Ｓｋによる実際の移動距離を基にしてフレームメモリ部２２２からの読み出し動作を制御している。したがって、第２の実施形態では第１の実施形態の作用・効果に加え、第１の実施形態に比べ第２の実施形態は、より精度のよい三次元画像データの構築が可能になる。
【０１１９】
第３の実施形態：
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図１５は本発明の第３の実施形態に係る信号処理部のブロック図である。第３の実施形態は第２の実施形態とほとんど同じであるので、異なる構成のみ説明し、同一の構成には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１２０】
本実施形態の信号処理部２２は、第２の実施形態の構成に加え、図１５に示すように、時刻検出手段としての時刻信号生成部２３１、リアルタイムクロック２３２及び断層画像補間生成手段としてのフレームデータ補間部２２３を備えて構成される。
【０１２１】
リアルタイムクロック２３２は、時刻信号生成部２３１に接続される絶対時刻を出力するクロックであり、時刻信号生成部２３１は、回転検出部２４ｂから出力される回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出部２５ｂから出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻をデータ記録制御部２２６に出力するものである。また、フレームデータ補間部２２３は、データ記録部２２８に記録された反射強度データを回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出部２５ｂから出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻に基づいて補間した補間フレームデータを生成するものである。その他の構成は第２の実施形態と同じである。
【０１２２】
なお、関連付け手段はデータ記録制御部２２６により構成され、時刻付加断層情報格納手段はデータ記録部２２８により構成される。
【０１２３】
このように構成された本実施形態の作用を図１６ないし図１８を用いて説明する。図１６は図１５の信号処理部の処理の流れを示すフローチャート、図１７は図１６の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャート、図１８は図１６の処理結果を説明する図である。
【０１２４】
図１６に示すように、第１の実施形態で説明したステップＳ７の処理（図１０参照）の代わりに、ステップＳ７１，７２，７３の処理が行われる点が第２の実施形態と異なる。
【０１２５】
すなわち、図１０にて説明したステップＳ１〜Ｓ６の処理後に、信号処理部２２は、時刻信号生成部２３１にて回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻をリアルタイムクロック２３２より取得し、データ記録制御部２２６に出力する（ステップＳ７１）。
【０１２６】
そして、信号処理部２２は、データ記録制御部２２６にてラインデータ生成部２２１からの反射強度データに回転検出信号Ｓａ及び軸方向移動距離検出信号Ｓｋの入力された絶対時刻を付加してデータ記録部２２８に格納する（ステップＳ７２）。
【０１２７】
このデータ記録部２２８へのデータ記録のタイミングを図１７を用いて説明すると、データ記録部２２８へのデータ記録は反射強度データをフレーム単位で行い、そのときに時刻信号生成部２３１から出力される絶対時刻データもあわせてフレームデータ（反射強度データ）のヘッダー情報として記録される。ここではヘッダー情報として記録するとしたが、特にこの方法に限定するものではなく、関連付けて記録されるのであればどのような方法でもよい。例えば、同様に絶対時刻データをフッター情報として記録されても、フレームデータ（反射強度データ）に関連付けられた別ファイルとして絶対時刻データを格納してもかまわない。
【０１２８】
図１６に戻り、信号処理部２２は、データ記録部２２８に記録された絶対時刻データが付加されたフレームデータ（反射強度データ）をデータ記録制御部２２６からの制御に基づいて、フレームデータ補間部２２３に出力し、フレームデータ補間部２２３にて記録されたフレームデータ（反射強度データ）と絶対時刻データから軸方向移動距離検出信号Ｓｋの時刻に相当するデータを前後のフレームデータ（反射強度データ）から補間により生成する（ステップＳ７３）。
【０１２９】
フレームデータ補間部２２３における補間方法としては、図１７の下部の式に示す直線補間で行う。ここでは直線補間としているが、Ｂスプライン補間等どのような方法でもよい。生成された補間フレームデータは画像構築部２２７に出力される。
【０１３０】
この結果、本実施形態では、「ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして軸方向走査により３次元データ（複数の断層画像）の取得が可能になり、特に、３次元データＯＣＴ計測中のリアルタイムにおいて、長手方向の等間隔の断層画像を度の劣化を最小限にして３次元計測画像を構築できる」という第１及び第２の実施形態の効果に加え、図１８に示すように、例えばＯＣＴ計測後に、要求する長手軸フレーム間隔でデータが生成されできるため、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして３次元データの取得が可能になる。
【０１３１】
また、図１５の信号処理部のブロック構成では、ＦＦＴを行った反射強度データをデータ記録制御部２２６に記録しているが、ラインデータ生成部２２１をデータ記録制御部２２６の後に配置してもよい。その場合は、時刻情報を保持しつつ、ラインデータ生成部２２１で反射強度データを生成し、フレームデータ補間部２２３で補間処理を行うことになる。
【０１３２】
また、図１５の信号処理部のブロック構成では全体で１つのシステム構成となっているが、これを、２つのシステムに分離してもよい。例えば、フフレームデータ補間部２２３を独立させてひとつのシステムとする方法である。なぜならば、データ記録部２２８をハードディスクやＤＶＤディスク等の汎用的なものにしておけば、フレームデータ補間部２２３は通常のＰＣのみにより構成することが可能になるためである。
【０１３３】
第４の実施形態：
次に本発明の第４の実施形態について説明する。図１９は本発明の第４の実施形態に係る信号処理部のブロック図であり、図２０は図１９の処理におけるフレームメモリ部の信号のタイミングを示すタイミングチャートである。第４の実施形態は第３の実施形態とほとんど同じであるので、異なる構成のみ説明し、同一の構成には同じ符号を付し説明は省略する。
【０１３４】
第３の実施形態と異なるのは時刻信号生成部２３１の動作である。第４の実施形態においては、リアルタイムクロック２３２の代わりにカウンタ２３５を有する。なお、このカウンタ２３５は時刻信号生成部２３１内部に設けてもよい。その他の構成は第３の実施形態と同じである。
【０１３５】
本実施形態におけるデータ記録部２２８へのデータ記録のタイミングを図２０を用いて説明すると、回転検出信号Ｓａが入力されるごとにカウンタ２３５のカウント値がリセットされ、カウンタ２３５の内部クロックにてカウントを開始する。時刻信号生成部２３１は、直線移動距離出力信号Ｓｋが入力されたときのカウンタ２３５のカウント値とリセットパルスである回転検出信号Ｓａが入力されたときのカウント値をデータ記録部に出力する。それ以降の処理については第１の実施形態と同様である。
【０１３６】
このように本実施形態においても、第３の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１３７】
上記第１ないし第４の実施形態では、ＯＣＴプローブ６００を備えたＯＣＴプロセッサ４００を３次元画像構築装置として説明したが、本発明の３次元画像構築装置は、超音波を波動とした超音波観察装置にも適用可能であり、以下の第５及び第６の実施形態において超音波観察装置を３次元画像構築装置とした実施形態について説明する。
【０１３８】
第５の実施形態：
本発明の第５の実施形態について説明する。図２１は本発明の第５の実施形態に係る超音波観察装置の構成を示すブロック図であり、図２２は図２１の信号処理部の構成を示すブロック図である。本実施形態の要部の構成は第２の実施形態で説明したＯＣＴプロセッサと同じであるので、異なる点のみ説明する。
【０１３９】
図２１に示すように、本実施形態の超音波観察装置７００では、まず、信号処理部２２から出力される送信トリガ信号Ｓｍが超音波信号送受信部７１１に入力され、この送信トリガ信号Ｓｍに基づいて超音波信号送受信部７１１から超音波送信信号がロータリコネクタ７１０を介して超音波プローブ７０１に出力される。
【０１４０】
超音波送信信号はロータリコネクタ７１０により回転可能に接続された超音波プローブ７０１の先端に配置された送受波手段としての超音波振動子７０２に入力される。超音波振動子７０２では入力された電気信号を機械振動に変換し、波動としての超音波を生体組織等の測定対象Ｓに出力する。その際、超音波プローブ７０１は回転駆動部２４により、回転駆動され、生体内でラジアル走査を行う。また、回転駆動部２４は軸方向移動駆動部２５と機械的に接続されていて、超音波プローブ７０１は軸方向への移動を同時に行うことで、軸方向走査も行われる。
【０１４１】
測定対象Ｓにより反射された反射エコーは超音波振動子７０２で機械振動から電気信号に変換され、受信エコー信号Ｓｐとしてロータリコネクタ７１０を介して再度、超音波信号送受信部７１１に入力される。受信エコー信号Ｓｐは超音波信号送受信部７１１でフィルター処理、ゲイン調整等のアナログ信号処理が行われた後、信号処理部２２に入力される。
【０１４２】
また、前記回転駆動部２４は超音波プローブ７０１をラジアル走査するためのモータ２４ａと、回転信号を出力する回転検出部２４ｂから構成される。回転検出部２４ｂからは、例えば５１２パルス／回転というように、１回転あたり等角度間隔に出力されるパルスと、１回転あたり１パルス出力される信号の２種類の信号が出力され、信号処理部２２に入力される。ここでは５１２パルス／回転としているが、特にこの値に限定するものではなく、大きいほど走査ライン密度が細かくなり、反対に小さくなると粗くなるため、解像度と速度のバランスで決めることになる。
【０１４３】
信号処理部２２では、後述する信号処理により生体の断層画像を構築しＬＣＤモニタ等の画像表示部５００に表示する。
【０１４４】
また、軸方向移動駆動部２５は、軸方向走査のために駆動するモータ２５ａと、直線方向の移動を検出し、一定距離の移動ごとに軸方向移動距離検出信号を出力する移動距離検出部２５ｂから構成される。ここで出力される軸方向移動距離検出信号Ｓｋは信号処理部２２に出力される。軸方向移動距離検出信号Ｓｋは望ましくは、１フレームごとの断層画像が取得される距離間隔でパルスを出力する。例えば、ラジアル走査の回転数が５０Ｈｚ（５０ｆｒａｍｅ／ｓｅｃ）、軸方向走査速度を１ｍｍ／ｓｅｃとした場合は、２０μｍ毎にパルスを出力する。
【０１４５】
次に、本実施形態の信号処理部２２の構成について説明する。図２２に示すように、制御部２３０は信号処理部２２全体を統括的に制御するものである。
【０１４６】
前記回転検出部２４ｂから出力される回転検出信号Ｓａはメモリ制御部２２５に入力される。そのうち、１回転あたり等角度間隔で出力されるパルスに基づいて、メモリ制御部２２５は超音波送受信部７１１にトリガ信号Ｓｍを出力する。
【０１４７】
一方、前記超音波送受信部７１１から出力される受信エコー信号ＳｐはＡ／Ｄ変換部２２０に入力され、Ａ／Ｄ変換が行われデジタル信号とされる。デジタル化された受信エコーデータはフレームメモリ部２２２に出力される。フレームメモリ部２２２の動作は第２の実施形態と同じである。
【０１４８】
フレームメモリ部２２２から出力されたデジタル化した受信エコーデータは、データ記録制御部２２６に出力され、記録が必要な場合は、ハードディスクやＤＶＤディスク等のデータ記録部２２８に記録される。記録するかどうかは、ユーザーインターフェースから入力することで設定し、制御部２３０からの制御信号に基づいて、データ記録制御部２２６で制御される。
【０１４９】
データ記録制御部２２６から出力される受信エコーデータは画像構築部２２７に入力される。画像構築部２２７では、検波処理、対数変換、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換などを行い、断層画像を生成する。
【０１５０】
この結果、第１ないし第４の実施形態で説明したように、本実施形態においても、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の制度の劣化を最小限にして軸方向走査により３次元データの取得が可能になる。
【０１５１】
第６の実施形態：
本発明の第６の実施形態について説明する。図２３は本発明の第６の実施形態に係る超音波観察装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。本実施形態の基本構成は第５の実施形態とほとんど同じであり、また要部構成は第４の実施形態で説明したＯＣＴプロセッサと同じであるので、異なる点のみ説明する。
【０１５２】
図２３に示すように、本実施形態の超音波観察装置の信号処理部２２では、回転検出部２４ｂ（図２１参照）から出力される回転検出信号Ｓａはメモリ制御部２２５に入力される。そのうち、１回転あたり等角度間隔で出力されるパルスに基づいて、超音波送受信部７１１（図２１参照）にトリガ信号Ｓｍを出力する。
【０１５３】
一方、超音波送受信部７１１から出力される受信エコー信号ＳｐはＡ／Ｄ変換部２２０に入力され、Ａ／Ｄ変換が行われデジタル信号とされる。デジタル化された受信エコーデータはデータ記録制御部２２６に出力される。
【０１５４】
データ記録制御部２２６では、入力された受信エコーデータの記録が必要な場合は、ハードディスクやＤＶＤディスク等のデータ記録部２２８に記録される。そのときの受信エコーデータ記録はフレーム単位で行い、そのときに時刻信号生成部２３１から出力される時刻データもあわせてフレームデータのヘッダー情報として記録される。ここではヘッダー情報として記録しているが、特にこの方法に限定するものではなく、関連付けて記録されるのであればどのような方法でもよい。たとえば、同様にフッター情報として記録されても、別ファイルとしてもかまわない。なお、時刻信号生成部２３１の構成及び作用は第４の実施形態と同じである。
【０１５５】
データ記録部２２８に記録された受信エコーデータは、データ記録制御部２２６からの制御に基づいて、フレームデータ補間部２３３に出力される。フレームデータ補間部２３３では記録されたフレームデータ（受信エコーデータ）と時刻データから軸方向移動距離検出信号Ｓｋの時刻に相当するデータを前後のフレームデータから補間により生成する。なお、フレームデータ補間部２３３の構成及び作用は第４の実施形態と同じである。
【０１５６】
フレームデータ補間部２３３にて生成された補間フレームデータ（受信エコーデータ）は画像構築部５００に出力される。画像構築部５００では、検波処理、対数変換、輝度調整、コントラスト調整、ガンマ補正、表示サイズにあわせたリサンプル、走査方法に合わせての座標変換などを行い、断層画像を生成する。
【０１５７】
この結果、第１ないし第５の実施形態で説明したように、本実施形態においても、要求するフレーム間隔でデータが生成され、ラジアル走査の回転数が変動した場合でも、軸方向の精度の劣化を最小限にして３次元データの取得が可能になる。
【０１５８】
以上、本発明の３次元画像構築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。
【符号の説明】
【０１５９】
１０…画像診断装置、２２…信号処理部、１００…内視鏡、２００…内視鏡プロセッサ、２２０…Ａ／Ｄ変換部、２２１…ラインデータ生成部、２２２…フレームメモリ部、２２５…メモリ制御部、２２６…データ記録制御部、２２７…画像構築部、２２８…データ記録部、２２９…軸方向移動量算出部、２３０…制御部、３００…光源装置、４００…ＯＣＴプロセッサ、５００…画像表示部、６００…ＯＣＴプローブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段と、
前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転手段と、
前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出手段と、
前記回転検出手段からの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成手段と、
前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納手段と、
前記断層情報格納手段における断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御手段と、
前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動手段と、
前記格納制御手段により制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動手段による前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成手段と、
前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする３次元画像構築装置。
【請求項２】
あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、
前記格納制御手段は、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶手段に書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出す
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元画像構築装置。
【請求項３】
前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、
前記格納制御手段は、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を断層情報記憶手段に書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出す
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元画像構築装置。
【請求項４】
前記断層情報格納手段は、複数フレームの前記断層情報を格納する複数のフレームメモリからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項５】
前記格納制御手段は前記断層情報格納手段に読み出だし処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも古い断層情報が格納されている前記フレームメモリに、前記断層情報生成手段により新たに生成された前記断層情報を格納し、前記断層情報格納手段に書き込み処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも新しい前記断層情報が格納された前記フレームメモリより前記断層情報を読み出すことを特徴とする請求項４に記載の３次元画像構築装置。
【請求項６】
前記断層情報格納手段は、少なくとも３つのフレームの前記断層情報を格納する３つのフレームメモリからなることを特徴とする請求項４または５に記載の３次元画像構築装置。
【請求項７】
前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出手段と、前記断層情報生成手段が生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付け手段と、前記関連付け手段にて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項８】
絶対時刻情報を有するリアルタイムクロックをさらに備え、前記時刻検出手段は、前記リアルタイムクロックの前記絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することを特徴とする請求項７に記載の３次元画像構築装置。
【請求項９】
前記時刻検出手段は、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することを特徴とする請求項７に記載の３次元画像構築装置。
【請求項１０】
前記時刻付加断層情報格納手段に格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１１】
前記送受波回転手段は前記送受波手段を先端に備えた前記プローブ内に設けられた前記長手軸を回転軸としたフレキシブルシャフトであって、前記送受波移動手段は前記フレキシブルシャフトを前記長手軸に沿って移動させることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１２】
前記波動は光であり、前記光は測定光及び参照光に分波され、
前記プローブは該光を出力する光源に光ロータリージョイントを介して接続され、前記測定光の送受信が可能であり、
前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記測定光の反射光と、所定経路において反射された前記参照光との干渉光に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成する
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１３】
前記光源は波長掃引レーザ光源であることを特徴とする請求項１２に記載の３次元画像構築装置。
【請求項１４】
前記波動は超音波であり、
前記プローブは、前記超音波の送受信が可能な超音波振動子を含み、
前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記超音波のエコー信号に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成する、
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１５】
可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転ステップと、
前記送受波回転ステップでの回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出ステップと、
前記回転検出ステップからの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成ステップと、
前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納ステップと、
前記断層情報格納ステップにおける断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御ステップと、
前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動ステップと、
前記格納制御ステップにより制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動ステップによる前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成ステップと、
前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップと、
を備えたことを特徴とする３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１６】
あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップをさらに備え、
前記格納制御ステップは、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出す
ことを特徴とする請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１７】
前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップさらに備え、
前記格納制御ステップは、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出す
ことを特徴とする請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１８】
前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出ステップと、前記断層情報生成ステップが生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付けステップと、前記関連付けステップにて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納ステップと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１９】
前記時刻検出ステップは、リアルタイムクロックからの絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することを特徴とする請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項２０】
前記時刻検出ステップは、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することを特徴とする請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項２１】
前記時刻付加断層情報格納ステップにて格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１】
可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段と、
前記送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転手段と、
前記送受波回転手段の回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出手段と、
前記回転検出手段からの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成手段と、
前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納手段と、
前記断層情報格納手段における断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御手段と、
前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動手段と、
前記格納制御手段により制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動手段による前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成手段と、
前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
を備えたことを特徴とする３次元画像構築装置。
【請求項２】
あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、
前記格納制御手段は、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶手段に書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出す
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元画像構築装置。
【請求項３】
前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力手段をさらに備え、
前記格納制御手段は、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を断層情報記憶手段に書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報記憶手段に格納された前記断層情報を読み出す
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元画像構築装置。
【請求項４】
前記断層情報格納手段は、複数フレームの前記断層情報を格納する複数のフレームメモリからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項５】
前記格納制御手段は前記断層情報格納手段に読み出だし処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも古い断層情報が格納されている前記フレームメモリに、前記断層情報生成手段により新たに生成された前記断層情報を格納し、前記断層情報格納手段に書き込み処理が行われていない前記フレームメモリのうち、前記断層情報生成手段による生成順序がもっとも新しい前記断層情報が格納された前記フレームメモリより前記断層情報を読み出すことを特徴とする請求項４に記載の３次元画像構築装置。
【請求項６】
前記断層情報格納手段は、少なくとも３つのフレームの前記断層情報を格納する３つのフレームメモリからなることを特徴とする請求項４または５に記載の３次元画像構築装置。
【請求項７】
前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出手段と、前記断層情報生成手段が生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付け手段と、前記関連付け手段にて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項８】
絶対時刻情報を有するリアルタイムクロックをさらに備え、前記時刻検出手段は、前記リアルタイムクロックの前記絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することを特徴とする請求項７に記載の３次元画像構築装置。
【請求項９】
前記時刻検出手段は、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することを特徴とする請求項７に記載の３次元画像構築装置。
【請求項１０】
前記時刻付加断層情報格納手段に格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成手段をさらに備えたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１１】
前記送受波回転手段は前記送受波手段を先端に備えた前記プローブ内に設けられた前記長手軸を回転軸としたフレキシブルシャフトであって、前記送受波移動手段は前記フレキシブルシャフトを前記長手軸に沿って移動させることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１２】
前記波動は光であり、前記光は測定光及び参照光に分波され、
前記プローブは該光を出力する光源に光ロータリージョイントを介して接続され、前記測定光の送受信が可能であり、
前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記測定光の反射光と、所定経路において反射された前記参照光との干渉光に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成する
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１３】
前記光源は波長掃引レーザ光源であることを特徴とする請求項１２に記載の３次元画像構築装置。
【請求項１４】
前記波動は超音波であり、
前記プローブは、前記超音波の送受信が可能な超音波振動子を含み、
前記断層情報生成手段は、前記プローブより取得された体腔内での前記超音波のエコー信号に基づいて前記フレーム単位の前記断層情報を生成する、
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置。
【請求項１５】
可撓性を有した細長の略円筒状のプローブの先端内に設けられ、波動を送受波する送受波手段を前記プローブの長手軸を中心に回転させ、前記波動を測定対象の深さ方向を含むスキャン面にてラジアルスキャンする送受波回転ステップと、
前記送受波回転ステップでの回転を検出して回転検出信号を出力する回転検出ステップと、
前記回転検出ステップからの前記回転検出信号に基づき、前記ラジアルスキャンされ前記測定対象にて反射された前記波動の反射波動情報より前記測定対象の断層情報を生成する断層情報生成ステップと、
前記断層情報をフレーム単位で格納する断層情報格納ステップと、
前記断層情報格納ステップにおける断層情報の書き込み及び読み出しを制御する格納制御ステップと、
前記長手軸方向に沿って前記送受波手段を移動させる送受波移動ステップと、
前記格納制御ステップにより制御されて前記断層情報格納手段より読み出された前記断層情報に基づき、前記送受波移動ステップによる前記長手軸方向に沿った一定の等間隔毎の移動位置での前記測定対象の等間隔断層画像を生成する等間隔断層画像生成ステップと、
前記等間隔断層画像に基づき前記測定対象の３次元画像を生成する３次元画像生成ステップと、
を備えたことを特徴とする３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１６】
あらかじめ設定された時間間隔に基づいて、前記長手軸方向の送受波移動手段による送受波手段の移動距離を推定し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップをさらに備え、
前記格納制御ステップは、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出す
ことを特徴とする請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１７】
前記長手軸方向の送受波移動手段の移動距離を検出し、移動距離信号を出力する移動距離信号出力ステップさらに備え、
前記格納制御ステップは、
前記回転検出信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップにおいて書き込み、
前記移動距離信号の出力タイミングに同期して前記断層情報を前記断層情報記憶ステップより読み出す
ことを特徴とする請求項１５に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１８】
前記回転検出信号の出力タイミングのタイミング時刻を第１の時刻情報とし、かつ前記移動距離信号の出力タイミングのタイミング時刻を第２の時刻情報として検出する時刻検出ステップと、前記断層情報生成ステップが生成した前記断層情報と前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とを関連付ける関連付けステップと、前記関連付けステップにて前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報とが関連付けられた前記断層情報を時刻付加断層情報として格納する時刻付加断層情報格納ステップと、をさらに備えたことを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項１９】
前記時刻検出ステップは、リアルタイムクロックからの絶対時刻情報に基づき前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報を検出することを特徴とする請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項２０】
前記時刻検出ステップは、前記第１の時刻情報の検出時刻を基準とした相対時刻を前記第２の時刻情報として検出することを特徴とする請求項１８に記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【請求項２１】
前記時刻付加断層情報格納ステップにて格納されている複数の前記時刻付加断層情報により、前記第１の時刻情報及び前記第２の時刻情報に基づき、前記断層情報を補間して前記等間隔断層画像を生成する断層画像補間生成ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１８ないし２０のいずれか１つに記載の３次元画像構築装置の画像処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１０−２４６７６７（Ｐ２０１０−２４６７６７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１００１６６（Ｐ２００９−１００１６６）
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【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２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【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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