(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光源からの光波を４つに分け、それぞれ３個の周波数シフターを透過させて第１光波、第２光波、第３光波及び前記周波数シフターを通さずに参照光として光検出器に入射される第４光波（周波数：ｆ0 ＋ｆ1,2,3 ）となし、前記第１光波は対物レンズの光軸上を該対物レンズに入射し、前記第２光波は前記対物レンズの周辺部で該対物レンズに入射し、その出射光波はＸ−Ｚ平面内でなす角θで前記第１光波と交叉させ、さらに前記第３光波は前記対物レンズの周辺部で該対物レンズに入射し、その出射光波は、Ｙ−Ｚ平面内でなす角θで前記第１光波と交叉させ、生体組織である散乱体が所定速度で移動しているとき、前記散乱体による散乱光は、前記光検出器でヘテロダイン検出され、ＲＦスペクトラムアナライザーで周波数分析されることを特徴とする光波断層画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元速度ベクトル測定が可能な光波断層画像測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、ＩＥＥＥ  ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＳＥＬＥＣＴＥＤ  ＴＯＰＩＣＳ  ＩＮ  ＱＵＡＮＴＵＭ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ，ＶＯＬ．５，ＮＯ．４．ＪＵＬＹ／ＡＵＧＵＳＴ  １９９９に開示されるように、ＯＤＴ（オプティカル・ドップラー・トモグラフィー）は、ＯＣＴ（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー）とドップラー速度計を組み合わせたものが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のＯＤＴでは、速度ベクトルの３成分のうち、一成分の測定しかできないといった問題があった。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、３次元速度ベクトル測定が可能な光波断層画像測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
光波断層画像測定装置において、コヒーレント光源２０１からの光波を４つに分け、それぞれ３個の周波数シフター（ＡＯＭ１，２，３）２０７，２０８，２０９を透過させて第１光波１，第２光波２，第３光波３および前記周波数シフターを通さずに参照光として光検出器２１９に入射される第４光波４（周波数：ｆ0 ＋ｆ1,2,3 ）となし、前記第１光波１は対物レンズ（ＯＬ）２１３の光軸上をこのＯＬ２１３に入射し、前記第２光波２は前記ＯＬ２１３の周辺部でこのＯＬ２１３に入射し、その出射光波は、Ｘ−Ｚ平面内でなす角θで前記第１光波１と交叉させ、さらに前記第３光波３は前記ＯＬ２１３の周辺部でこのＯＬ２１３に入射し、出射光波は、Ｙ−Ｚ平面内でなす角θで前記第１光波１と交叉させ、生体組織である散乱体が所定速度Ｖ1 で移動しているとき、前記散乱体による散乱光は、前記光検出器２１９でヘテロダイン検出され、ＲＦスペクトラムアナライザー２２０で周波数分析されることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００７】
図１は本発明にかかる速度ベクトル測定の原理の説明をする模式図である。
【０００８】
この図において、１０１はコヒーレント光源、１０２，１０３はハーフミラー、１０４はミラー、１０５は周波数シフター（ＡＯＭ１）、１０６は周波数シフター（ＡＯＭ２）、１０７はミラー、１０８はハーフミラー、１０９はミラー、１１０はレンズ、１１１は光検出器、１１２はＲＦスペクトラムアナライザー、１１３は対物レンズ、１１４は散乱体である。
【０００９】
コヒーレント光源１０１からの光波（周波数：ｆ0 ）は、ハーフミラー１０２，１０３とミラー１０４で３つに分けられ、一つは周波数シフター（ＡＯＭ１）１０５を透過して光波１（周波数：ｆ0 ＋ｆ1 ）に、２つ目は同様に周波数シフター（ＡＯＭ２）１０６を透過して光波２（周波数：ｆ0 ＋ｆ2 ）となる。３つ目は周波数シフターを通らずに光波３となり、参照光として光検出器１１１に入射する。
【００１０】
光波１は対物レンズ（ＯＬ）１１３の光軸上をＯＬ１１３に入射し、光波２はＯＬ１１３の周辺部でＯＬ１１３に入射し、それらの出射光波は、光波１となす角θで交叉する。今、ある散乱体１１４が速度Ｖ0 で光軸とαのなす角で移動しているとする。散乱体１１４による散乱光は、光検出器１１１でヘテロダイン検出されＲＦスペクトラムアナライザー１１２で周波数分析される。この時、散乱体の速度によるドップラーシフトを伴った光波１，２のビート周波数ｆ1 −ｆ2 ＋ΔｆX'が測定されるが、２つの光波入射時のドップラー速度計測の原理に従って、ドップラーシフトΔｆX'から、次式によって散乱体の特定方向の速度成分ＶX'が求まる。
【００１１】
【数１】
0003672827.tif 000002
【００１２】
ここで、λは光源の波長である。また、光軸方向の速度成分については、光波１，３のヘテロダインビート検出よりビート周波数ｆ1 ＋ΔｆZ が測定され、さらにドップラーシフトΔｆZ から散乱体の光軸方向速度成分ＶZ が次式によって求まる。
【００１３】
【数２】
0003672827.tif 000003
【００１４】
つまり、従来のドップラー速度計測の原理に従って、光波１，２の検出よりＶX'が、光波１，３の検出よりＶZ が測定され、これらは周波数ｆ1 −ｆ2 、ｆ1 で区分されて、同時に測定が可能である。さらに速度成分ＶX'，ＶZ より速度成分ＶZ は次式で与えられる。
【００１５】
【数３】
0003672827.tif 000004
【００１６】
以上より、周波数軸上で同時にΔｆX'とΔｆZ が測定され、速度ベクトル成分ＶX ，ＶZ が求められる。
【００１７】
次に、３次元速度ベクトルＶ1 の測定方法を図２を参照しながら説明する。
【００１８】
Ｖ1 のＸ−Ｚ平面への射影がＶ0 である。３次元速度ベクトルを測定するには、３軸方向速度成分を測定すればよい。上記の方法により、Ｖ1 のＺ、Ｘ成分は測定可能であり、Ｙ成分に関してもＯＬへの入射光波を増やしてＶY の測定が可能となる。
【００１９】
具体的には、図３を参照しながら説明する。
【００２０】
図３は３次元速度ベクトル測定用光波断層画像測定装置の構成図である。
【００２１】
この図において、２０１はコヒーレント光源、２０２はＯ．Ｉ．（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｓｏｌａｔｏｒ）、２０３はビームスプリッター（ＢＳ１）、２０４はビームスプリッター（ＢＳ２）、２０５はビームスプリッター（ＢＳ３）、２０６はミラー（Ｍ１）、２０７は周波数シフター（ＡＯＭ）〔ＡＯＭ１〕、２０８はＡＯＭ２、２０９はＡＯＭ３、２１０はミラー（Ｍ２）、２１１はハーフミラー（Ｍ３）、２１２はミラー（Ｍ４）、２１３は対物レンズ（ＯＬ）、２１４はサンプル、２１５はサンプルステージ、２１６はレンズ、２１７はビームスプリッター（ＢＳ４）、２１８は空間フィルター、２１９は光検出器、２２０はＲＦスペクトラムアナライザー、２２１はコンピューターである。
【００２２】
コヒーレント光源２０１からの光波（周波数：ｆ0 ）は、４つに分けられ、それぞれ３個の周波数シフター（ＡＯＭ１，２，３）２０７，２０９，２０８を透過して光波１，３，２（周波数：ｆ0 ＋ｆ1,2,3 ）となる。４つ目は周波数シフターを通らずに光波４となり、参照光として光検出器２１９に入射する。
【００２３】
光波１は対物レンズ（ＯＬ）２１３の光軸上をＯＬ２１３に入射し、光波２はＯＬ２１３の周辺部でＯＬ２１３に入射し、その出射光波２は、Ｘ−Ｚ平面内でなす角θで光波１と交叉する。
【００２４】
さらに、光波３はＯＬ２１３の周辺部でＯＬ２１３に入射し、出射光波は、Ｙ−Ｚ平面内でなす角θで光波１と交叉する。今、図２のようにある散乱体が速度Ｖ1 で移動しているとする。散乱体による散乱光は、光検出器２１９でヘテロダイン検出されＲＦスペクトラムアナライザー２２０で周波数分析される。
【００２５】
今、３つのＡＯＭ２０７，２０８，２０９の周波数をｆ1 ＝８０．００ＭＨｚ、ｆ2 ＝８０．０５ＭＨｚ、ｆ3 ＝８０．１０ＭＨｚとすると、ドップラーシフトしたビート信号は、スペクトル軸上で図４に示すように分離する。
【００２６】
よって、３成分ΔｆX'，ΔｆY'，ΔｆZ の同時測定ができて、上記の式（１），（２），（３）に示した処理で速度ベクトルが測定される。
【００２７】
断層画像の測定に関しては、近赤外領域のコヒーレント光源を用いれば比較的生体内に侵入することが容易である。入射ビームはＯＬ２１３の大きさに対して十分細いビームなので、有効開口数は小さく、直径１ミリ程度の試料領域を照射する。その際、照射されたあらゆる領域から後方散乱光が発生し、この散乱光は、ＯＬ２１３の全開口を用いて集光され、空間フィルター２１８へと導入される。よって、ＯＬ２１３と空間フィルター２１８によって共焦点光学系が構成されているので、後方散乱光の発生領域が広くても共焦点光学系の検出系で、検出領域を制限し、３次元空間分解能を持たせている。光検出器２１９からの信号は、ＲＦスペクトラムアナライザー２２０へ入力され、その強度信号とサンプルステージ２１５からの同期信号からコンピュータ２２１内で断層画像化される。
【００２８】
以上のシステムを用いることにより、生体試料の断層画像、そこを流れる血液などの３次元速度ベクトル分布画像が測定される。
【００２９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３１】
生体組織は３次元構造であり、血管なども３次元に入り組んだ構造をしている。したがって、血流測定も１つの速度成分のみの測定では不十分であるが、３次元速度ベクトルを測定することによって、十分な情報が得られることになる。
【００３２】
よって、本発明は、生体組織の生理、病理に関して、特に血流などについての生体情報計測に対して極めて有効的である。
【００３３】
また、本発明によれば、組織構造と毛細血管内の血流ベクトル分布測定が可能となり、臨床での応用範囲は非常に広い。例えば、生活習慣病で、血液・血管に関する疾患は非常に多いことから、血流の３次元ベクトルの測定と断層画像との比較により、本発明はそれらの疾患の診断などに幅広く役に立つと考えられる。
【００３４】
よって、本発明により医学分野での新しい臨床診断が期待され、さらに、他の計測産業分野への波及効果も多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる速度ベクトル測定の原理の説明をする模式図である。
【図２】本発明にかかる３次元速度ベクトルＶ1 の測定方法の説明図である。
【図３】本発明の具体例を示す３次元速度ベクトル測定用光波断層画像測定装置の構成図である。
【図４】本発明にかかるドップラーシフトしたビート信号のスペクトル軸上での分離状態を示す図である。
【符号の説明】
１０１，２０１    コヒーレント光源
１０２，１０３，１０８    ハーフミラー
１０４，１０７，１０９    ミラー
１０５，２０７    周波数シフター（ＡＯＭ１）
１０６，２０８    周波数シフター（ＡＯＭ２）
１１０，２１６    レンズ
１１１，２１９    光検出器
１１２，２２０    ＲＦスペクトラムアナライザー
１１３，２１３    対物レンズ（ＯＬ）
１１４    散乱体
２０２    Ｏ．Ｉ．
２０３    ビームスプリッター（ＢＳ１）
２０４    ビームスプリッター（ＢＳ２）
２０５    ビームスプリッター（ＢＳ３）
２０６    ミラー（Ｍ１）
２０９    周波数シフター（ＡＯＭ３）
２１０    ミラー（Ｍ２）
２１１    ハーフミラー（Ｍ３）
２１２    ミラー（Ｍ４）
２１４    サンプル
２１５    サンプルステージ
２１７    ビームスプリッター（ＢＳ４）
２１８    空間フィルター
２２１    コンピューター
【図１】
0003672827.tif 000005
【図２】
0003672827.tif 000006
【図３】
0003672827.tif 000007
【図４】
0003672827.tif 000008