(57)【要約】【課題】光コヒーレンス断層撮影カテーテルの長手方向移動中に生じる撮影画像を常に追従較正可能にする。【解決手段】カテーテル（６）を有する走査ヘッド（７）が光により走査すべき管腔（８）に挿入され、走査ヘッド（７）の周辺が測定光と基準光との間の検出された干渉およびその干渉強さに基づいて断層画像で表示され、カテーテル（６）内の測定光の光路長がカテーテル（６）の移動によって変化し表示尺度に変化を生じる光コヒーレンス断層撮影による管腔の断層画像表示方法において、カテーテル（６）の移動時に測定光の光路長の起こり得る変化が電子的に求められて自動的に補償される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カテーテル（６）を有する走査ヘッド（７）が光により走査すべき管腔（８）に挿入され、
走査ヘッド（７）の周辺が測定光と基準光との間の検出された干渉およびその干渉強さに基づいて断層画像で表示され、
カテーテル（６）内の測定光の光路長がカテーテル（６）の移動によって変化し表示尺度に変化を生じる光コヒーレンス断層撮影による管腔の断層画像表示方法において、
カテーテル（６）の移動時に測定光の光路長の起こり得る変化が電子的に求められて自動的に補償される
ことを特徴とする光コヒーレンス断層撮影による管腔の断層画像表示方法。
【請求項２】
測定光路（１２）の長さ変化が干渉測定により直接的に求められ、較正に使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
寸法が既知である対象も測定光によって走査され、
断層画像表示内でこの対象が持続的な画像解析によって検出されて測定され、
既知の対象の検出された寸法に基づいて自動的に補正が行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
補正として測定光の光路の長さが変更されることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
補正として基準光の光路の長さが変更されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
補正として基準光の走行時間が変更されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項７】
補正として測定光の走行時間が変更されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項８】
補正として表示尺度が変更されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項９】
寸法が既知である対象として走査ヘッド（７）の範囲内のカテーテル直径（ｄ）が使用されることを特徴とする請求項３乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
画像中央にあるカテーテル（６）の直径（ｄ）がエッジ認識によって求められ、画像が既知の直径により連続的に較正されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
寸法が既知である対象として付加的な基準対象が走査ヘッド（７）の走査範囲に導入され、較正に使用されることを特徴とする請求項３乃至１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
既知の対象の寸法がエッジ認識によって求められ、画像が既知の寸法により連続的に較正されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
コヒーレントレーザ光源（３）と、
レーザ光源から出射した光を分配する分配器（４）と、
レーザ光源（３）から出射した光の第１の部分（＝基準光）が入射する長さ調整可能な基準光路（１１）と、
少なくとも部分的にカテーテル（６）内を延び、レーザ光源（３）から出射した光の第２の部分（＝測定光）が入射し、周辺を少なくとも１つの平面（９）において半径方向に走査する光走査ヘッドを有する長さ調整可能な測定光路（１２）と、
基準光路および測定光路ための１つの入力端を有する干渉検出器（１０）と、
測定光と基準光との間の検出された干渉強さに基づいて走査ヘッド（７）の周辺の断層画像を表示するための計算および表示装置（１）と
を備え、光コヒーレンス断層撮影装置の一部が断層画像内で視認可能である検査対象の断層画像表示のための光コヒーレンス断層撮影装置において、
計算および表示装置（１）は、作動時に請求項１乃至１２の少なくとも１つに記載の方法ステップを実行するプログラム（Ｐｒｇ1〜Ｐｒｇn）を含んでいる
ことを特徴とする光コヒーレンス断層撮影装置。
【請求項１４】
付加的に測定光路の長さを直接的に検出するための干渉計（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１３記載の光コヒーレンス断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カテーテルを有する走査ヘッドが光により走査すべき管腔に挿入され、走査ヘッドの周辺が測定光と基準光との間の検出された干渉およびその干渉強さに基づいて断層画像で表示され、カテーテル内の測定光の光路長がカテーテルの移動によって変化し表示尺度に変化を生じる光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ＝Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）による管腔、とりわけ血管の断層画像表示方法に関する
【０００２】
更に、本発明は、コヒーレントレーザ光源と、レーザ光源から出射した光を分配する分配器と、レーザ光源から出射した光の第１の部分（＝基準光）が入射する長さ調整可能な基準光路と、少なくとも部分的にカテーテル内を延び、レーザ光源から出射した光の第２の部分（＝測定光）が入射し、周辺を少なくとも１つの平面において半径方向に走査する光走査ヘッドを有する長さ調整可能な測定光路と、基準光路および測定光路ための１つの入力端を有する干渉検出器と、測定光と基準光との間の検出された干渉強さに基づいて走査ヘッドの周辺の断層画像を表示するための計算および表示装置とを備え、光コヒーレンス断層撮影装置の一部、好ましくはカテーテル端部が断層画像内で視認可能である、検査対象の断層画像表示のための光コヒーレンス断層撮影装置（ＯＣＴ装置）にも関する。
【背景技術】
【０００３】
ＯＣＴ装置の基本原理は白色光干渉測定に基づく。この方法は信号走行時間を干渉計、大抵はマイケルスン干渉計により比較する。この場合には、既知の光学距離を有する光路すなわち干渉計の基準光路が測定光路に対する基準として利用される。両光路からの信号の干渉が、光学的な相互相関によって、相対的な光学距離、すなわち深さ信号を読み取ることができるパターンを生じる。１次元のラスター法においては、光線が横に１つまたは２つの方向に案内され、それにより平面走査または３次元トモグラムが取得される。ＯＣＴの傑出した特性は進行方向分解能からの横方向分解能の分離にある。これとは違って、通常の光顕微鏡においては、軸線方向分解能（深さにおける分解能）も横方向（側方）分解能も光線集束に依存する。
【０００４】
応用分野は、最優先的に医学、とりわけ眼科学ならびに早期癌検診、皮膚検査あるいはここで特に考察される血管検査にある。異なる屈折率を有する材料の境界面（皮膜、細胞膜、器官境界）における反射が測定され、２次元画像または３次元画像が再構成される。
【０００５】
ＯＣＴの使用は検査対象への電磁放射の侵入深さならびに帯域幅によって制限される。高度に発達した帯域［レーザ］が、１９９６年以来、ＵＨＲ−ＯＣＴ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ＯＣＴ、超高分解能光コヒーレンス断層撮影）の開発を可能にし、これによって分解能が数十マイクロメータ（μｍ）から１マイクロメータ以下にまで進歩した。このようにして人間の癌細胞における細胞以下の構造を表示することができる。
【０００６】
血管検査の分野において、ＯＣＴは、画像化用血管内カテーテルにより血管内部から画像を作成するのに用いられる（例えば、特許文献１参照）。ＯＣＴは例えば定性的なプラーク判定に特に好適である。このためにＯＣＴシステムは約１３００ｎｍの光波範囲で動作する。光は、血管内に挿入されたカテーテルから血管壁へ出射され、血管壁からの反射が上記のように干渉測定により深さ分解されて記録される。入射光線の並進によって血管壁の種々の隣接個所から情報が得られ、２Ｄ画像に合成される。カテーテルは付加的に撮像中、血管の相前後する部分を逐次表示するために、血管の長手軸線方向に移動される。
【０００７】
種々の血管壁層の反射は重要な画像情報を持ち、ＯＣＴ装置によって検出されて表示されなければならない。カテーテル自体が反射を発生する内部構造を持つので、ＯＣＴシステムは使用されたカテーテルを画像内に表示する。ＯＣＴおよびそれに使用される干渉測定においては検出しなければならない最小長さ差が問題である。カテーテル製造時におけるカテーテル長さの製造許容誤差が測定すべき長さ差を遥かに上回るために、ＯＣＴシステムは使い捨て材料として使用される新しいＯＣＴカテーテルごとに新たに較正されなければならない。
【０００８】
この場合にカテーテル自体からの自己反射を使用することは知られている。ＯＣＴ画像の中央において視認可能であるＯＣＴカテーテルの直径の製造許容誤差は、測定すべき長さ差に比べて無視可能であるので、多くの場合、較正のためにＯＣＴシステムの画面にマーキングが表示され、マーキングの相互間隔はＯＣＴカテーテルの既知の直径に一致する。使用者は較正の際に手動で測定光路の長さを、マーキングとカテーテルの表示された反射とが一致するまで調整する。
【０００９】
ＯＣＴカテーテルが押し込まれあるいは引き戻される際に、測定光路の一部であるカテーテル内にあるグラスファイバが数マイクロメータ圧縮もしくは伸長させられる。ＯＣＴカテーテルもしくはその芯の長さ変化が較正を変化させるので、カテーテルの移動に由来する撮影画像における長さ測定は大きな誤差を有し、従って検査に使用することができない。カテーテルの移動は非常に高速で行なわれるので、手動による追従較正は不可能である。
【特許文献１】国際公開第９７／３２１８２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の課題は、ＯＣＴカテーテルの長手方向移動中に生じる撮影画像を絶えず追従較正する方法を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題は独立請求項による特徴によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１２】
本発明者は、画像解析により絶えず寸法の既知の対象がＯＣＴカテーテルの走査範囲内で記録され、その対象の表示された寸法が既知の実際の寸法と比較され、検出された寸法変化に応じて追従較正が行なわれるならば、移動されたカテーテルにおけるグラスファイバの長さ変化に直接に影響を与えることも、作成された画像内で直接にこのような長さ変化の影響を補正することも自動的に可能であることを認識した。補正は、例えば純粋に電子的に実施される走査画像の表示の尺度変化であってもよいし、あるいは測定光または基準光の光路の１つの長さが直接に補正されてもよい。更に、測定光路または基準光路を通る光の走行時間が影響されてもよく、これは結果的に光路の長さ変化にも対応する。特に個々の選択肢が異なる応答時間および調整速度を有する場合には複数の選択肢の組み合わせも可能である。例えば画像表示における尺度変化の検出後に直ちにまず画像自体において電子的にその尺度変化を補償し、後に続いて光路の機械的長さの変更を行なうと有利である
【００１３】
この基本思想に従って、本発明者は、カテーテルを有する走査ヘッドが光により走査すべき管腔に挿入され、走査ヘッドの周辺が測定光と基準光との間の検出された干渉およびその干渉強さに基づいて断層画像で表示され、カテーテル内の測定光の光路長がカテーテルの移動によって変化し表示尺度に変化を生じる公知の光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）による管腔、とりわけ血管の断層画像表示方法を改善することを提案する。この改善は、カテーテルの移動時における測定光の光路長の起こり得る変化が電子的に求められて自動的に補償されることにある。
【００１４】
このために、測定光路の長さ変化を干渉測定により直接的に、とりわけ付加的な干渉計により求め、較正に使用することが可能である。
【００１５】
代替として、寸法が既知である対象も測定光によって走査され、断層画像表示内においてこの対象が持続的な画像解析によって検出されて測定され、既知の対象の検出された寸法に基づいて自動的に補正が行なわれるのもよい。
【００１６】
この常時の自動的な長さ追跡つまり表示較正によって、カテーテルの長手方向移動中にも、例えば、いわゆる引き抜き時にも、断層画像表示を解釈可能にかつ使用可能に保つことができる。手術者はカテーテル移動下で血管の経過を著しく簡単に評価することができる。
【００１７】
特別な実施態様では、補正として測定光および／または基準光の光路の長さが変更される。補正に対する追加または代替として、基準光および／または測定光の走行時間を変更すること、より正確にはその光路を搬送された波束を変更することもできる。
【００１８】
他の補正は表示尺度を変更することにある。
【００１９】
好ましくは上記の措置に加えて、寸法が既知である対象として走査ヘッドの範囲内のカテーテル直径が使用されるとよい。これは、そうでなくとも、走査の表示内で視認可能であり、その直径は良好な精度で既知である。他方では、寸法が既知である対象として付加的な基準対象が走査ヘッドの走査範囲に導入され、較正に使用されるのもよい。
【００２０】
既知の寸法の対象、とりわけ画像中央にあるカテーテルの直径は、例えばエッジ認識によって求めることができるので、簡単な連続的な較正を実施することができる。
【００２１】
付加的に、同様に干渉測定によって測定光路の長さ変化を直接的に求め、この測定値を常時の較正に使用することもできる。
【００２２】
上述の方法に対応して、本発明者は、
コヒーレントレーザ光源と、
レーザ光源から出射した光を分配する分配器と、
レーザ光源から出射した光の第１の部分（＝基準光）が入射する長さ調整可能な基準光路と、
少なくとも部分的にカテーテル内を延び、レーザ光源から出射した光の第２の部分（＝測定光）が入射し、周辺を少なくとも１つの平面において半径方向に走査する光走査ヘッドを有する長さ調整可能な測定光路と、
基準光路および測定光路ための１つの入力端を有する干渉検出器と、
測定光と基準光との間の検出された干渉強さに基づいて走査ヘッドの周辺の断層画像を表示するための計算および表示装置と
を備え、ＯＣＴ装置の一部、好ましくはカテーテル端部が断層画像内において視認可能である検査対象の断層画像表示のためのＯＣＴ装置を改善することも提案する。ＯＣＴ装置の本発明による改善は、計算および表示装置が、作動時に上述の方法ステップを実行するプログラムを含んでいることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下において、図面を参照しながら有利な実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。ここでは、本発明の理解のために必要な特徴だけが示されている。
図１はＯＣＴ装置の概略図を示し、
図２はカテーテルを有する血管の断層画像を示し、
図３は抽出された縁部を有する図１の血管の断層画像を示し、
図４は図２の断層画像のカテーテルの周りの部分拡大図を示し、
図５は図３の断層画像のカテーテルの周りの部分拡大図を示し、
図６は測定光路の長さ測定のための付加的な干渉計を備えたＯＣＴ装置の概略図を示す。
【００２４】
図面において次の参照符号が使用されている。１：計算ユニット、２：ＯＣＴ装置、３：レーザ、４：半透明ミラー、５：ミラー、６：カテーテル、７：走査ヘッド、８：血管、９：断面、１０：干渉計つまり検出器、１１：基準光路、１２：測定光路、１３：走査ヘッドの範囲内のカテーテルの外縁またはリング、１４：第２の干渉計、１５：第２の半透明ミラー、１６：共通な光路、１７：ミラー、ｄ：走査ヘッドの範囲内のカテーテルの直径、Ｐｒｇ1〜Ｐｒｇn：グラフィック表示、断層撮影画像表示および較正のためのプログラム。
【００２５】
図１は、計算ユニット１および本来のＯＣＴユニット２を有する公知のＯＣＴ装置を示す。これはレーザ３から構成され、レーザ３は共通な光路１６を介してコヒーレント光を半透明ミラー４に向けて出射させる。この半透明ミラー４において光の一部が測定光路１２でカテーテル６の走査ヘッド７に案内され、そこで平面９においてここでは概略的に示された血管８の周辺が走査される。反射された光はさらに測定光路１２へ戻され、半透明ミラー４において後続の検出器１０へ向けて反射される。同時に半透明ミラー４において光の分離された部分が基準光路１１へ導かれる。この基準光路１１にはミラー５が存在し、このミラー５が光を戻し、半透明ミラー４を通して検出器１０へ導く。
【００２６】
検出器において、重なり合った両光線がそれらの干渉の大きさに関して基準光路の長さの変化および走査ヘッド７の範囲において出射した光のその都度の角度に依存して検出されるので、計算ユニット１における評価後に走査ヘッド７の周辺の断層撮影画像が作成可能である。
【００２７】
図２は、カテーテル６が中に存在する血管８の平面９におけるこのような断層撮影画像の模範例を示す。カテーテル６の外側の縁が同心円１３によって再現されている。
【００２８】
図３は、同じ撮影画像を示すが、しかしエッジが電子的に強調されているので、走査ヘッド７の範囲内のカテーテルの直径ｄが簡単に検出可能である。この表示された直径ｄに基づいて、血管８の表示された断層撮影画像を較正することができる。本発明によれば、この較正が検査中に絶えず電子的に行なわれるので、血管８内でのカテーテル６の移動時にも表示が評価可能に保たれる。
【００２９】
図４および図５は、もう一度具体的に説明するために、直径ｄを有するカテーテル６の周辺が示されている図２および図３の画像の中央の部分拡大図を示す。
【００３０】
従って、これらの画像において直径ｄを有する強調されたリング１３として示されているカテーテル縁を追跡することができ、それによりリング半径の変化を介して表示の圧縮または伸長に関する情報を得ることができる。代替として、画像内において視認可能な他の信号を追跡することもできる。しかしながら、カテーテルリング１３が適している。なぜならば、可能性のある探索空間が画像全体よりも遥かに小さいからである。というのはリング中心点がいつも画像中央に配置され、それにより探索すべき画像部分が既知であるからである。これは対象の自動的な探索を相当簡単にする。
【００３１】
リング１３の追跡は、とりわけ直前のリング位置も移動方向も既知であるので、画像内の任意の対象の自由な探索に比べれば著しく簡単になる。例えば、リングはカテーテルの押し込み込みの際には小さくなり、引き抜きの際には大きくなる。リング追跡アルゴリズムは一般的に知られている。
【００３２】
画像内でリングが見つけ出されたならば、今やリングの半径を求めることができ、それにより較正の変化を求めることができる。この情報は、ハードウェア的に、例えばカテーテルの光走行距離の機械的調整を介して、またはソフトウェア的に画像の半径方向の伸長または圧縮を介して、新たなかつ適応的な較正を行なうのに利用される。
【００３３】
一般に、変化に関する情報は、システムに存在する較正装置を駆動し、それにより補正を行なうために利用される。原理的には補正は付加的なメカニズムによって行なうこともできる。例えば、グラスファイバの付加的な逆方向の伸長／解放によって、あるいは光遅延の挿入によって、グラスファイバの長さを変更してもよい。例えば基準ミラーの付加的な移動によって、基準走行距離のハードウェア的な適合化を行なうこともできる。他の較正は画像自体の半径方向の補正である。この場合に、ピクセルが、カテーテルの伸長または圧縮に相当する固定のオフセットだけ、半径に沿って内または外に向けて移動させられる。
【００３４】
この方法の制限は、もちろん、送り込みの際にカテーテルの圧縮が追跡すべきリングの半径よりも大きい場合に生じる。そのときに場合によっては、リングは見えなくなり、従ってもはや追跡不能である。その際には正確な較正はもはや不可能である。もちろん、本来のカテーテル移動は引き戻し（Ｐｕｌｌ−Ｂａｃｋ）であり、つまりカテーテルの制御された引き抜きであり、リングは常に大きくなる。従って、この際に追跡に問題はない。
【００３５】
較正の変化を測定するために、画像に含まれていない信号を測定し、その信号の変化を求めることも可能である。このために適した信号は、例えばグラスファイバの端部においてレンズへの移行部で反射される光である。原理的には屈折率勾配を有するあらゆる境界面において光の一部が反射される。この境界面で反射された光はグラスファイバの現在の長さに関する情報を含む。付加的な干渉計を組み込み、測定光を装置内に集めることが可能である。正確な長さ測定のための干渉測定技術が一般的に知られている。原理的には、グラスファイバの長さ変化を検出することができる他の測定技術も使用可能である。
【００３６】
図６はこのようなＯＣＴ装置を示す。このＯＣＴ装置は、図１に示されたＯＣＴ装置に対応するが、しかし付加的に、測定光路の長さを直接に求めるために、他の干渉計１４が組み込まれている。この干渉計１４は付加的な半透明ミラー１５および他のミラー１７を介して測定光路の直接的な長さ測定を行なう。
【００３７】
本発明の上述の特徴は、その都度述べた組み合わせのみならず、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせまたは単独で使用可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＯＣＴ装置の概略図
【図２】カテーテルを有する血管の断層画像を示す図
【図３】抽出された縁部を有する図１の血管の断層画像を示す図
【図４】図２の断層画像のカテーテルの周りの部分拡大図
【図５】図３の断層画像のカテーテルの周りの部分拡大図
【図６】測定光路の長さ測定のための付加的な干渉計を備えたＯＣＴ装置の概略図
【符号の説明】
【００３９】
１                計算ユニット
２                ＯＣＴ装置
３                レーザ
４                半透明ミラー
５                ミラー
６                カテーテル
７                走査ヘッド
８                血管
９                断面
１０              干渉計つまり検出器
１１              基準光路
１２              測定光路
１３              走査ヘッドの範囲内のカテーテルの外縁またはリング
１４              第２の干渉計
１５              第２の半透明ミラー
１６              共通な光路
１７              ミラー
ｄ                走査ヘッドの範囲内のカテーテルの直径
Ｐｒｇ1〜Ｐｒｇn  グラフィック表示、断層撮影画像表示および較正のためのプログラム
【図１】
2006313158.tif 000003
【図２】
2006313158.tif 000004
【図３】
2006313158.tif 000005
【図４】
2006313158.tif 000006
【図５】
2006313158.tif 000007
【図６】
2006313158.tif 000008