(57)【要約】【課題】  無侵襲によって、生体の代謝に伴う生体情報を用いて生体内部の状態を詳細に観察できる光干渉断層計を提供すること。【解決手段】  光出射部１は、複数の光源１２を備えて構成されていて、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を光干渉部２に出射する。光干渉部２は、入射した近赤外線低干渉光を眼底に透過するとともに、一部を可動ミラー２２に反射する。そして、光干渉部２は、眼底で反射した計測光と可動ミラー２２で反射した参照光とを干渉させ、同干渉した干渉光を光検出部３に出射する。光検出部３は、入射した干渉光の光量分布を用いて眼底の断面形状を算出する。また、光検出部３は、光出射部１が出射した近赤外線低干渉光の光量と受光した干渉光の光量とを用いて酸素飽和度SO2を算出する。そして、表示部４は、算出された断面形状と酸素飽和度SO2とを互いに重ねて合成して表示する。【選択図】  図１
2006320380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザによって操作されて、同ユーザの指示に基づいて各種信号を出力するコントローラと、
前記コントローラから供給される所定の駆動信号に基づいて発光する複数の光源を有して、異なる特定波長の近赤外線低干渉光を出射する光出射部と、
前記光出射部から出射された近赤外線低干渉光を被検体に向けて透過させるとともに一部を反射して分離する分離手段と、前記反射により分離された近赤外線低干渉光を前記分離手段に向けて反射する反射手段と、前記反射手段を前記反射により分離された近赤外線低干渉光の光軸方向に移動させる移動手段と、前記分離手段に一体的に設けられて、前記反射手段により反射された近赤外線低干渉光と前記被検体により反射された近赤外線低干渉光とを光学的に干渉させる干渉手段とを有する光干渉部と、
前記光干渉部によって光学的に干渉した干渉光を受光する受光手段と、同受光手段によって受光した干渉光の光量に基づいて前記被検体の断面形状を表す断面形状情報を算出する断面形状情報算出手段と、前記光出射部から出射される近赤外線低干渉光の光量と前記受光手段によって受光した干渉光の光量とに基づいて生体の代謝に伴う前記被検体の生体情報を算出する生体情報算出手段と、前記断面形状情報算出手段によって算出された断面形状情報および前記生体情報算出手段によって算出された生体情報に基づいて視認可能な画像データを生成する画像データ生成手段とを有する光検出部と、
前記光検出部によって生成された画像データに基づき、前記被検体の断面形状画像、前記被検体の生体情報画像または同断面形状画像と生体情報画像とを合成した合成画像を表示する表示部とを備えたことを特徴とする光干渉断層計。
【請求項２】
請求項１に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから供給される所定の一次駆動信号をスペクトラム拡散変調して二次駆動信号を生成するスペクトラム拡散変調手段と、
前記各光源が前記二次駆動信号に基づいて一斉に発光することにより、一斉に出射された異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を光学的に合成する光合成手段とを有し、
前記光検出部は、さらに、
前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記二次駆動信号を前記所定の一次駆動信号に逆拡散して復調する復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。
【請求項３】
請求項１に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから供給される所定の一次駆動信号を周波数分割多重変調して二次駆動信号を生成する周波数分割多重変調手段と、
前記各光源が前記二次駆動信号に基づいて一斉に発光することにより、一斉に出射された異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を光学的に合成する光合成手段とを有し、
前記光検出部は、さらに、
前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記二次駆動信号を前記所定の一次駆動信号に復調する復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。
【請求項４】
請求項１に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、
前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号を取得し、前記各光源が前記取得した所定の駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射することを特徴とする光干渉断層計。
【請求項５】
請求項４に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号をスペクトラム拡散変調して変調駆動信号を生成するスペクトラム拡散変調手段を有し、
前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射し、
前記光検出部は、さらに、
前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に逆拡散して復調する復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。
【請求項６】
請求項４に記載した光干渉断層計において、
前記光出射部は、さらに、
前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号を周波数分割多重変調して変調駆動信号を生成する変調手段を有し、
前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射し、
前記光検出部は、さらに、
前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に復調する復調手段を有することを特徴とする光干渉断層計。
【請求項７】
請求項１に記載した光干渉断層計において、
前記光干渉部と前記光検出部との間にて、前記光干渉部によって光学的に干渉した干渉光を光学的に分離する光分離部を設けるとともに、同光分離部によって分離された干渉光を受光するための前記光検出部の受光手段を複数設けたことを特徴とする光干渉断層計。
【請求項８】
請求項１に記載した光干渉断層計において、
前記表示部は、
前記被検体の断面形状画像によって特定される位置と前記被検体の生体情報画像によって特定される位置とを一致させて、前記断面形状画像と前記生体情報画像とを合成した合成画像を表示することを特徴とする光干渉断層計。
【請求項９】
請求項１に記載した光干渉断層計において、
前記光検出部の生体情報算出手段によって算出される生体情報は、
前記被検体の血管中における、血液量、血流量、血流変化および酸素飽和度のうちの一つであることを特徴とする光干渉断層計。
【請求項１０】
請求項１に記載した光干渉断層計において、
前記被検体は、眼球の眼底であることを特徴とする光干渉断層計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内部における被検体の断面形状を計測して表示する光干渉断層計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療現場においては、生体内部を簡便に無侵襲で計測できる装置および方法として、光コヒーレンストモグラフィ(Optical Coherence Tomography)技術を利用することが注目されている。この光コヒーレンストモグラフィ技術によれば、近赤外線低干渉光を利用することにより、近接領域におけるミクロンオーダの画像化が可能となる。そして、この光コヒーレンストモグラフィ技術は、特に、血管内カテーテルや内視鏡の分野で実用化されつつあり、例えば、下記特許文献１には、マイケルソン型干渉法を用いた内視鏡が開示されている。この内視鏡を利用すれば、医師は、可視光や励起光を利用して患者の体腔壁の表面を観察することができるとともに、近赤外線低干渉光を利用した光コヒーレンストモグラフィによって得られる断層像に基づいて患部の内部を観察することができ、詳細に診察できるようになっている。このため、例えば、癌や腫瘍などを早期に発見することができて正確かつ迅速な診断が可能となるとともに患者の負担を軽減することもできる。一方で、光コヒーレンストモグラフィ技術を利用することによって、正確かつ迅速な診断と患者の負担の軽減を良好に達成できることから、この技術を眼病診断に利用することも盛んに研究されている。
【特許文献１】特開２００１−１２５００９号公報
【０００３】
ところで、上記した特許文献１に記載された内視鏡においては、患部の断層像が良好に得られるものの、医師は、断層像から得られる断面形状の情報しか得ることができない。したがって、病状やその進行具合を診断するに当たっては、医師の経験や知識に頼ることになり、医師の負担が大きくなる。また、眼病診断、特に、眼球の網膜近傍の眼病診断においては、極めて微細な領域の観察が必要となり、医師の負担はより大きくなる。さらに、例えば、緑内障などのように視細胞が壊死するような眼病においては、断層像から得られる断面形状の情報のみでは正確な診断ができない可能性もある。したがって、特に、眼病診断においては、より多くの正確な情報を医師に提供できる、光コヒーレンストモグラフィ技術を応用した計測装置すなわち光干渉断層計の実用化が熱望されている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、無侵襲によって、生体の代謝に伴う生体情報を用いて生体内部の状態を詳細に観察できる光干渉断層計を提供することにある。
【０００５】
本発明の特徴は、光干渉断層計を、ユーザによって操作されて、同ユーザの指示に基づいて各種信号を出力するコントローラと、前記コントローラから供給される所定の駆動信号に基づいて発光する複数の光源を有して、異なる特定波長の近赤外線低干渉光を出射する光出射部と、前記光出射部から出射された近赤外線低干渉光のうちの一部を被検体に向けて透過するとともに他部を反射して分離する分離手段と、前記反射により分離された近赤外線低干渉光を前記分離手段に向けて反射する反射手段と、前記反射手段を前記反射により分離された近赤外線低干渉光の光軸方向に移動させる移動手段と、前記分離手段に一体的に設けられて、前記反射手段により反射された近赤外線低干渉光と前記被検体により反射された近赤外線低干渉光とを光学的に干渉させる干渉手段とを有する光干渉部と、前記光干渉部によって光学的に干渉した干渉光を受光する受光手段と、同受光手段によって受光した干渉光の光量に基づいて前記被検体の断面形状を表す断面形状情報を算出する断面形状情報算出手段と、前記光出射部から出射される近赤外線低干渉光の光量と前記受光手段によって受光した干渉光の光量とに基づいて生体の代謝に伴う前記被検体の生体情報を算出する生体情報算出手段と、前記断面形状情報算出手段によって算出された断面形状情報および前記生体情報算出手段によって算出された生体情報に基づいて視認可能な画像データを生成する画像データ生成手段とを有する光検出部と、前記光検出部によって生成された画像データに基づき、前記被検体の断面形状画像、前記被検体の生体情報画像または同断面形状画像と生体情報画像とを合成した合成画像を表示する表示部とを備えて構成したことにある。この場合、前記表示部は、前記被検体の断面形状画像によって特定される位置と前記被検体の生体情報画像によって特定される位置とを一致させて、前記断面形状画像と前記生体情報画像とを合成した合成画像を表示するとよい。また、この場合、例えば、前記光検出部の生体情報算出手段によって算出される生体情報は、前記被検体の血管中における、血液量、血流量、血流変化および酸素飽和度のうちの一つであるとよい。さらに、この場合、前記被検体は、例えば、眼球の眼底であるとよい。
【０００６】
これらによれば、本発明に係る光干渉断層計は、以下のように作動する。すなわち、ユーザによってコントローラが操作されると、光出射部は、各光源から異なる特定波長の近赤外線低干渉光を出射する。光干渉部は、光出射部から出射された近赤外線低干渉光を光学的に分離し、被検体、例えば、眼球の眼底にて反射した近赤外線低干渉光と反射手段にて反射した近赤外線低干渉光とを光学的に干渉させる。このとき、反射手段は移動手段によって移動可能に構成されているため、反射手段を移動させることによって、被検体の計測部分を連続的に変更することができる。これにより、被検体の断面方向にて連続的に変更した計測部分において反射した近赤外線低干渉光を光学的に干渉させることができる。
【０００７】
光検出部は、干渉光を受光し、受光した干渉光の光量に基づいて被検体の断面形状を表す断面形状情報を算出するとともに、光出射部から出射される近赤外線低干渉光の光量と受光した干渉光の光量とに基づいて被検体の生体情報、例えば、血液量、血流量、血流変化および酸素飽和度などを算出する。また、光検出部は、算出した断面形状情報および生体情報に基づいて、視認可能な画像データを生成する。そして、表示部は、算出された断面形状情報に基づく断面形状画像、算出された生体情報に基づく生体情報画像またはこれらの断面形状画像と生体情報画像とを合成した合成画像を表示する。このとき、表示部は、断面形状画像によって特定される位置と生体情報画像によって特定される位置とを一致させて、断面形状画像と前記生体情報画像とを合成した合成画像を表示することができる。
【０００８】
このため、本発明に係る光干渉断層計は、被検体の断面形状と生体情報とを算出することができるとともに、算出した断面形状と生体情報とを表示部に表示することができる。したがって、より多くの正確な情報を医師に提供できる。また、特に、例えば、医師が表示された断面形状の画像を用いて観察している部位に対して、同部位に一致する部位の生体情報の画像を合成して（重ねて）表示することができる。これにより、医師は、表示された断面形状および生体情報に基づき、病状やその進行具合を極めて容易にかつ正確に診断することができる。また、病状の診断に必要な生体情報として、例えば、血液量、血流量、血流変化および酸素飽和度などを容易に算出して表示することもできるため、これによっても、病状やその進行具合を極めて容易にかつ正確に診断することができる。また、光出射部が複数の光源を有して異なる特定波長の近赤外線低干渉光を出射することができるため、生体情報を算出するに当たり、好適な特定波長を選択して出射することもできる。これにより、より正確に生体情報を算出することができて、医師の診断をより好適に補助することもできる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、前記光出射部は、さらに、前記コントローラから供給される所定の一次駆動信号をスペクトラム拡散変調して二次駆動信号を生成するスペクトラム拡散変調手段と、前記各光源が前記二次駆動信号に基づいて一斉に発光することにより、一斉に出射された異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を光学的に合成する光合成手段とを有し、前記光検出部は、さらに、前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記二次駆動信号を前記所定の一次駆動信号に逆拡散して復調する復調手段を有することにもある。また、前記光出射部は、さらに、前記コントローラから供給される所定の一次駆動信号を周波数分割多重変調して二次駆動信号を生成する周波数分割多重変調手段と、前記各光源が前記二次駆動信号に基づいて一斉に発光することにより、一斉に出射された異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を光学的に合成する光合成手段とを有し、前記光検出部は、さらに、前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記二次駆動信号を前記所定の一次駆動信号に復調する復調手段を有することにもある。
【００１０】
これらによれば、複数の光源は、変調された二次駆動信号に基づき一斉に（同時に）発光することができる。そして、光合成手段（例えば、光ファイバーなど）は、一斉に（同時に）出射された異なる特定波長の近赤外線低干渉光を光学的に合成し、光干渉部に出射することができる。そして、光干渉部によって光学的に干渉された干渉光は、光検出部によって復調され、断面形状情報および生体情報が算出される。
【００１１】
このように、複数の特定波長を有する近赤外線低干渉光を同時に出射し、その干渉光を検出することにより、時間経過に伴う状態変化を極めて小さくして生体情報を算出することができる。すなわち、生体情報として、例えば、動脈あるいは細動脈中の酸素飽和度を算出する場合には、血流の脈波による干渉光の光量に基づいて算出する必要がある。このとき、脈波は極めて速く状態変化するため、例えば、近赤外線低干渉光を順次出射した場合には、各近赤外線低干渉光に対応して光検出部によって検出される干渉光の光量がそれぞれ異なる脈波の状態によるものとなる。このため、算出される生体情報の精度が劣る場合がある。これに対し、近赤外線低干渉光を同時に出射した場合には、光検出部によって検出される干渉光の光量が略同一の脈波の状態によるものとなり、算出される生体情報を精度よく算出することができる。したがって、より正確に生体情報を算出することができて、医師の診断をより好適に補助することができる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、前記光出射部は、前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号を取得し、前記各光源が前記取得した所定の駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射することにもある。この場合、前記光出射部は、さらに、前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号をスペクトラム拡散変調して変調駆動信号を生成するスペクトラム拡散変調手段を有し、前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射し、前記光検出部は、さらに、前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に逆拡散して復調する復調手段を有するとよい。また、この場合、前記光出射部は、さらに、前記コントローラから所定の時間間隔を有して供給される所定の駆動信号を周波数分割多重変調して変調駆動信号を生成する変調手段を有し、前記各光源が前記変調駆動信号に基づいて順次発光して、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を前記所定の時間間隔を有して順次出射し、前記光検出部は、さらに、前記受光手段によって受光した干渉光に含まれる前記変調駆動信号を前記所定の駆動信号に復調する復調手段を有するとよい。
【００１３】
これらによれば、光出射部は、異なる特定波長の近赤外線低干渉光を所定の時間間隔を有して順次出射することができる。これにより、光検出部の受光手段（例えば、フォトディテクタなど）に要求される検出速度を小さく（ゆっくり）とすることができるため、光干渉断層計の製造コストを低減することができる。
【００１４】
さらに、本発明の他の特徴は、前記光干渉部と前記光検出部との間にて、前記光干渉部によって光学的に干渉した干渉光を光学的に分離する光分離部を設けるとともに、同光分離部によって分離された干渉光を受光するための前記光検出部の受光手段を複数設けたことにもある。これによれば、例えば、光出射部から一斉に異なる特定波長の近赤外線低干渉光が出射された場合であっても、光分離部（例えば、ダイクロックミラーやハーフミラーなど）によって干渉波を光学的に分離することができる。このため、光干渉断層計の構成を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係り、生体内部、例えば、眼底の形状を計測する光干渉断層計Ｓの構成を概略的に示している。図１に示すように、光干渉断層計Ｓは、光出射部１と、光干渉部２と、光検出部３と、表示部４とを備えている。また、光干渉断層計Ｓは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするコントローラ５を備えている。
【００１６】
光出射部１は、図２に示すように、異なる特定波長を有する光を発生させる複数の光発生部１０から構成されている。なお、本実施形態においては、光出射部１を２つの光発生部１０から構成して、言い換えれば、光出射部１が２つの特定波長を有する光を発生するように構成して実施する。しかしながら、光出射部１を構成する光発生部１０の数すなわち出射する光の特定波長の数については、限定されるものではなく、光出射部１を、例えば、３つ以上の光発光部１０から構成して実施可能であることはいうまでもない。このように、光発光部１０を多数設けることにより、後述する生体情報としての酸素飽和度の算出において定量性が十分に確保できる。
【００１７】
光発生部１０は、コントローラ５から供給される駆動信号を取得する光源ドライバ１１を備えている。光源ドライバ１１は、コントローラ５から取得した駆動信号に基づいて、光源１２を駆動（発光）させるものである。光源１２は、例えば、スーパールミネッセンスダイオード(Super Luminescent Diode：SLD)などの近赤外発光素子から構成されている。これにより、光源１２は、特定波長を有する近赤外線低干渉光を発光する。ここで、光源１２の発光する近赤外線低干渉光の特定波長としては、例えば、６００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の波長範囲から選択されるとよく、以下の説明においては、２つの光源１２のうち、一方の光源１２は、例えば、８３０ｎｍの特定波長を有する近赤外線低干渉光を発光し、他方の光源１２は、例えば、７８０ｎｍの特定波長を有する近赤外線低干渉光を発光するものとして説明する。そして、各光源１２によって発光された近赤外線低干渉光は、光合成手段として、例えば、光ファイバー１３によって、光干渉部２に出射されるようになっている。
【００１８】
光干渉部２は、光出射部１から出射された近赤外線低干渉光を光学的に２方向に分離するとともに、同分離した近赤外線低干渉光の反射光を互いに干渉させるものである。このため、光干渉部２は、図３に示すように、ビームスプリッタ２１と、可動ミラー２２と、ミラー可動機構部２３と、光ファイバー２４ａ〜２４ｃとから構成されている。ビームスプリッタ２１は、光発生部１０が光ファイバー１３を介して出射する近赤外線低干渉光の光軸に対して、例えば、４５°傾斜するように配置されている。そして、ビームスプリッタ２１は、光発生部１から出射された近赤外線低干渉光を眼底に向けて透過するとともに、同光を可動ミラー２２に向けて反射する。ここで、ビームスプリッタ２１によって透過された近赤外線低干渉光は、光出射部１の光ファイバー１３の光軸と一致するように配置された光ファイバー２４ａを介して、眼底に出射される。また、ビームスプリッタ２１によって反射された近赤外線低干渉光は、光ファイバー２４ｂを介して、可動ミラー２２に出射される。
【００１９】
可動ミラー２２は、その反射面がビームスプリッタ２１によって反射された近赤外線低干渉光の光軸すなわち光ファイバー２４ｂの光軸に対して直交するように配置されている。そして、可動ミラー２２は、ビームスプリッタ２１によって反射された近赤外線低干渉光を再びビームスプリッタ２１に向けて反射する。ミラー可動機構部２３は、可動ミラー２２を前記反射面と直角な方向へ移動させるものである。
【００２０】
このように、構成された光干渉部２の動作について、以下に説明する。光出射部１の光発生部１０から出射された近赤外線低干渉光は、光ファイバー１３を介して、ビームスプリッタ２１に向けて照射される。ビームスプリッタ２１に達した近赤外線低干渉光は、その一部が透過し、光ファイバー２４ａを介して出射されて、眼底に到達する。なお、光ファイバー２４ａから出射される近赤外線低干渉光は、図示を省略するが、例えば、２軸のガルバノミラーなどを用いて、眼底の横方向すなわち等光路面内で走査するように出射される。そして、眼底からの反射光（以下、この反射光を計測光という）は、ビームスプリッタ２１において反射し、光検出部３に供給される。
【００２１】
一方、光出射部１の光発生部１０から出射された近赤外線低干渉光は、その一部がビームスプリッタ２１において反射して、可動ミラー２２に到達する。そして、可動ミラー２２にて反射した近赤外線低干渉光（以下、この反射された近赤外線低干渉光を参照光という）は、ビームスプリッタ２１を透過し、光検出部３に供給される。ここで、計測光と参照光は、ビームスプリッタ２１において互いに干渉し、この干渉波が、光ファイバー２４ｂの光軸と一致するように配置された光ファイバー２４ｃを介して出射されて、光検出部３によって検出される。なお、このように２つの光を互いに干渉させる方法としては、例えば、マイケルソン型干渉方法が広く知られている。
【００２２】
光検出部３は、光干渉部２から出射された参照光と計測光とが干渉した近赤外線低干渉光（以下、本明細書においては、干渉光ともいう）を検出し、同検出した干渉光に対応した検出信号に基づいて眼底の状態を表す画像信号を出力するものである。このため、光検出部３は、図４に示すように、受光器３１と、ＡＤコンバータ３２と、演算器３３と、画像処理器３４とを備えている。受光器３１は、例えば、フォトディテクタやフォトダイオードなどを主要構成部品とするものであり、光干渉部２から干渉光を受光すると、電気的な検出信号を時系列的にＡＤコンバータ３２に出力する。ＡＤコンバータ３２は、受光器３１から出力された電気的な検出信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、演算器３３に出力する。
【００２３】
演算器３３は、ＡＤコンバータ３２によって出力された検出信号に基づいて、眼底部分において反射して参照光と干渉した計測光すなわち干渉光の光量分布を用いて断面形状を表す断面形状信号を算出する。なお、断面形状信号の算出については、具体的に後述する。また、演算器３３は、光出射部１から出射される光量と受光した干渉光の光量とを用いて、眼底部分における毛細血管中を流れる血液の酸素飽和度SO2を算出する。ここで、演算器３３による血液の酸素飽和度SO2の算出について説明しておく。血液中のヘモグロビン、より詳しくは、酸素と結合した酸素化ヘモグロビンと酸素と結合していない還元ヘモグロビンにおける近赤外光の吸光特性は、文献（例えば、株式会社日立メディコ、ＭＥＤＩＸ，ｖｏｌ．２９など）に示されて一般的に知られるように、ランバート・ベール(Lambert-Beer)の法則に従って、下記式１で表すことができる。
−ln(R(λ)／Ro(λ))＝εoxy(λ)×Coxy×d＋εdeoxy(λ)×Cdeoxy×d＋α(λ)＋S(λ)  …式１
【００２４】
ただし、前記式１中のR(λ)、Ro(λ)およびdは、図５に概略的に示すように、それぞれ、波長λの検出光量、波長λの出射光量および検出領域の光路長を表すものである。また、前記式１中のεoxy(λ)は、波長λに対する酸素化ヘモグロビンの分子吸光係数を表し、εdeoxy(λ)は、波長λに対する還元ヘモグロビンの分子吸光係数を表すものである。また、前記式１中のCoxyは、酸素化ヘモグロビンの濃度を表し、Cdeoxyは、還元ヘモグロビンの濃度を表すものである。さらに、前記式１中のα(λ)は、血液中のヘモグロビン以外の色素（例えば、細胞中のミトコンドリアでの酸素の需供を反映するチトクロームaa33など）の光吸収による減衰量を表し、S(λ)は、生体組織の光散乱による減衰量を表すものである。
【００２５】
このように、前記式１に従って表される血液中のヘモグロビンの吸光特性に基づき、例えば、血管中の血流変化に着目して血流変化前後の差分を考慮することにより、血液の酸素飽和度SO2を算出することができる。具体的に説明すると、例えば、眼底に存在する毛細血管について、血流変化前の吸光特性を前記式１に従って表せば、血流変化後の吸光特性は下記式２に示すように表すことができる。
−ln(growthR(λ)／Ro(λ))＝εoxy(λ)×growthCoxy×d＋εdeoxy(λ)×growthCdeoxy×d＋growthα(λ)＋S(λ)  …式２
ただし、前記式２中のgrowthR(λ)、growthCoxy、growthCdeoxyおよびgrowthα(λ)は、血流変化によって増加または減少変化した値を表すものであって、それぞれ、血流変化後の検出光量、血流変化後の酸素化ヘモグロビンの濃度、血流変化後の還元ヘモグロビンの濃度および血流変化後のヘモグロビン以外の色素の光吸収による減衰量を表すものである。
【００２６】
ここで、血液中のヘモグロビンの光吸収量は、ヘモグロビン以外の色素の光吸収量に比して極めて大きいため、前記式１中のα(λ)をα(λ)＝growthα(λ)とすることができる。これにより、前記式２から前記式１を差し引けば、下記式３が成立する。
−ln(growthR(λ)／R(λ))＝εoxy(λ)×ΔCoxy＋εdeoxy(λ)×ΔCdeoxy  …式３
ここで、前記式３中のΔCoxyおよびΔCdeoxyは、それぞれ、下記式４および式５によって表されるものである。
ΔCoxy＝(growthCoxy−Coxy)×d  …式４
ΔCdeoxy＝(growthCdeoxy−Cdeoxy)×d  …式５
【００２７】
そして、図６にてヘモグロビンの光吸光スペクトルを概略的に示すように、吸光特性のコントラスト比が明確となる特定波長として、例えば、λ＝７８０ｎｍや８３０ｎｍの近赤外線低干渉光を用いて計測した結果に基づいて、前記式３を解くことによって、酸素化ヘモグロビン濃度変化ΔCoxy、還元ヘモグロビン濃度変化ΔCdeoxyおよび全ヘモグロビン濃度変化(ΔCoxy＋ΔCdeoxy)を相対的に計算することができる。そして、これらの各値を計算することによって、下記式６によって表される相対的な酸素飽和度SO2を計算することができる。
SO2＝ΔCoxy／(ΔCoxy＋ΔCdeoxy)  …式６
上述したように、演算器３３は、眼底の断面形状および酸素飽和度SO2を算出すると、同算出した断面形状を表す断面形状信号および酸素飽和度SO2を表す酸素飽和度信号を画像処理器３４に出力する。
【００２８】
ここで、上記した酸素化ヘモグロビン濃度変化ΔCoxy、還元ヘモグロビン濃度変化ΔCdeoxy、全ヘモグロビン濃度変化(ΔCoxy＋ΔCdeoxy)および酸素飽和度SO2は、眼底内部に入射した近赤外線低干渉光が毛細血管中のヘモグロビンによって反射された計測光（干渉光）の検出光量を用いて計算されるものである。ところで、計測光（干渉光）の検出光量は、所定の計測深度における反射強度（屈折率変化など）を示しているが、計測光（干渉光）の吸収の影響は、同光の通過した光路全域におけるヘモグロビン濃度の影響を受けている。すなわち、例えば、眼底表面からの計測深度をＤとすると、計測光（干渉光）の光量は、眼底表面から計測深度Ｄまでの吸収を往復で２回受けたものとなる。
【００２９】
したがって、計測光（干渉光）の眼底内部における吸収を考慮して酸素化ヘモグロビン濃度変化ΔCoxy、還元ヘモグロビン濃度変化ΔCdeoxy、全ヘモグロビン濃度変化(ΔCoxy＋ΔCdeoxy)および酸素飽和度SO2を計算する場合には、所定の計測深度における計測光（干渉光）の光量と、所定の計測深度からの変化量Δにおける計測光（干渉光）の光量との比を求めるとよい。このとき、所定の計測深度における反射強度と変化量Δにおける反射強度とが略同一で、かつ、ヘモグロビンによる吸収減衰量が異なる波長の組み合わせ（例えば、７８０ｎｍと８３０ｎｍなど）となる近赤外線低干渉光について光量の比を求めるとよい。なお、これらの異なる波長の組み合わせにおいては、反射強度を決定している屈折率は、生体構成物質内にて、両波長の差が小さいため無視することができる。これにより、幅Δ内での計測光（干渉光）の前記２波長における吸収減衰比を求めることができ、この吸収減衰比を用いて各ヘモグロビン濃度を計算することもできる。したがって、所定の計測深度のみにおける酸素化ヘモグロビン濃度変化ΔCoxy、還元ヘモグロビン濃度変化ΔCdeoxy、全ヘモグロビン濃度変化(ΔCoxy＋ΔCdeoxy)および酸素飽和度SO2を算出することができる。
【００３０】
画像処理器３４は、図７に示すように、フレームコントロール回路３４ａと、フレームメモリ３４ｂと、マルチプレクサ３４ｃと、画像生成回路３４ｄとを備えた回路である。フレームコントロール回路３４ａは、各フレームメモリ３４ｂおよびマルチプレクサ３４ｃの作動を制御する回路である。フレームメモリ３４ｂは、フレームコントロール回路３４ａの制御に従って、演算器３３から出力された断面形状信号または酸素飽和度信号を画像生成回路３４ｄに出力するものである。画像生成回路３４ｄは、出力された断面形状信号または酸素飽和度信号に基づき、表示部４に所定の態様で表示させる画像データを生成するものである。なお、この実施形態においては、演算器３３から出力された断面形状信号または酸素飽和度信号をフレームメモリ３４ｂに一時的に記憶するように実施するが、必要に応じて、前記各信号をマルチプレクサ３４ｃに直接出力するように実施してもよい。
【００３１】
表示部４は、図８に示すように、表示用画像データ記憶回路４１と、変換回路４２と、液晶ディスプレイなどのモニタ４３を備えている。表示用画像データ記憶回路４１は、必要に応じて、断面形状画像データと酸素飽和度画像データとを合成するとともに、断面形状画像データ、酸素飽和度画像データおよび合成画像データに対して付帯情報である数字や各種文字などのデータを重畳して一旦保存するものである。変換回路４２は、表示用画像データ記憶回路４１に保存された画像データに対して、例えば、Ｄ／Ａ変換およびＴＶフォーマット変換などを行うものである。そして、表示部４は、光検出部３の画像処理器３４から出力された画像データに基づいて、眼底の断面形状または酸素飽和度をそのまま表示したり、これらの画像データを合成（重畳）して表示する。
【００３２】
次に、上記のように構成した実施形態に係る光干渉断層計Ｓの作動について、患者の眼底を観察する場合を例示して説明する。
【００３３】
まず、医師またはオペレータは、光出射部１が照射する近赤外線低干渉光の光軸上に患者の眼球が位置するように、光干渉断層計Ｓを配置する。そして、医師またはオペレータは、コントローラ５の図示しない入力装置を操作して、近赤外線低干渉光の出射開始を指示する。これにより、コントローラ５は、光出射部１を構成する２つの光発生部１０のそれぞれに対して、所定の短い時間間隔で、同発生部１０を駆動させるための駆動信号を供給する。これにより、２つの光発生部１０は、所定の短い時間間隔で、交互にその作動を開始する。
【００３４】
すなわち、８３０ｎｍの近赤外線低干渉光を発光する光発生部１０においては、所定の短い時間間隔でコントローラ５から供給された駆動信号を光源ドライバ１１によって取得する。これにより、光源ドライバ１１は、取得した駆動信号に基づいて光源１２をパルス発光させ、光源１２は、８３０ｎｍの近赤外線低干渉光を出射する。また、７８０ｎｍの近赤外線低干渉光を発光する光発生部１０においては、所定の短い時間間隔でコントローラ５から供給された駆動信号を光源ドライバ１１によって取得する。これにより、光源ドライバ１１は、取得した駆動信号に基づいて光源１２をパルス発光させ、光源１２は、７８０ｎｍの近赤外線低干渉光を出射する。
【００３５】
このように、光出射部１から出射されたパルス状の近赤外線低干渉光は、光干渉部２のビームスプリッタ２１により光学的に２つに分割され、一方の近赤外線低干渉光（以下、第１の近赤外線低干渉光という）は直進し、患者の眼球に到達する。また、他方の近赤外線低干渉光（以下、第２の近赤外線低干渉光という）はビームスプリッタ２１において反射した後、可動ミラー２２に到達する。
【００３６】
そして、眼球に入射した第１の近赤外線低干渉光は、眼底において反射し、計測光としてビームスプリッタ２１に到達する。一方、可動ミラー２２に入射した第２の近赤外線低干渉光は、この可動ミラー２２において反射し、参照光としてビームスプリッタ２１に到達する。
【００３７】
このように、ビームスプリッタ２１に到達した計測光と参照光においては、計測光がビームスプリッタ２１にて反射して光検出部３に向けて伝播し、参照光がビームスプリッタ２１を直進して光検出部３に向けて伝播する。このとき、ビームスプリッタ２１と眼底との間の距離をＬ１とし、ビームスプリッタ２１と可動ミラー２２との間の距離をＬ２とすると、距離Ｌ１と距離Ｌ２が略等しければ、ビームスプリッタ２１において計測光と参照光が互いに干渉する。これにより、光検出部３は、この干渉した近赤外線低干渉光すなわち干渉光を検出する。一方、距離Ｌ１と距離Ｌ２が等しくなければ、ビームスプリッタ２１において計測光と参照光が互いに干渉しない。これにより、計測光と参照光は互いに減衰し、光検出部３は、近赤外線低干渉光を検出しない。
【００３８】
言い換えれば、ビームスプリッタ２１と眼底までの距離Ｌ１がビームスプリッタ２１と可動ミラー２２までの距離Ｌ２に等しい場合には、眼底にて反射した計測光が光検出部３によって良好に検出され、距離Ｌ１が距離Ｌ２と異なる場合には、計測光が光検出部３によって検出されない。したがって、眼底の表面で反射したり、眼底の断面方向内部で反射したりして、異なる距離Ｌ１を有する複数の計測光が光検出部３に到達している状況においては、これら計測光のうち、距離Ｌ２に等しい距離にある眼底からの計測光のみが検出される。
【００３９】
ところで、可動ミラー２２は、ミラー可動機構部２３により、参照光の光軸方向に移動が可能に構成されているため、距離Ｌ２を任意に変更することができる。これにより、ミラー可動機構部２３を作動させて距離Ｌ２を任意に変更させることによって、光検出部３が検出可能な距離Ｌ１を順次変更できる。したがって、距離Ｌ２を順次変更することによって、眼底の特定部位すなわち計測対象部位を順次変更し、同計測対象部位からの計測光のみを分離して検出することが可能となる。
【００４０】
光検出部３においては、受光器３１が、上述したようにビームスプリッタ２１において参照光と干渉した計測光を受光し、同受光した計測光に応じた電気的な検出信号を時系列的にＡＤコンバータ３２に出力する。なお、電気的な検出信号の大きさは、眼底における反射強度（光量）に比例する。また、電気的な検出信号の時間幅は、光源１２から発生した近赤外線低干渉光のパルス幅を小さくすることによって短縮することができ、これによって計測の距離分解能を向上させることができる。
【００４１】
ＡＤコンバータ３２は、出力された電気的な検出信号をデジタル信号に変換するとともに、同デジタル変換した検出信号を演算器３３に出力する。演算器３３においては、光出射部１から出射された８３０ｎｍの近赤外線低干渉光に対応する検出信号に基づいて、眼底の断面形状を計算するとともに同計算した断面形状を表す断面形状信号を出力する。具体的に説明すると、上述したように、ミラー移動機構部２３を作動させることによって、可動ミラー２２は参照光の光軸方向にて移動し、距離Ｌ２を適宜変更することができる。この距離Ｌ２の変更に伴って、距離Ｌ１も変更されることによって、眼底の表面から断面方向内部における計測部位を変更することができる。
【００４２】
このように、計測部位を変更した場合においては、光検出部３の受光部３１に到達する計測光は、眼底の断面方向におけるある反射面にて反射した計測光であり、同受光部３１からＡＤコンバータ３２を介して演算器３３に供給される検出信号は、前記反射面における計測光の２次元的な光量分布となる。このため、ビームスプリッタ２１と可動ミラー２２との間の距離Ｌ２を順次変化させる、すなわち、ビームスプリッタ２１と眼底との間の距離Ｌ１を変化させて計測光の反射面を順次変化させることによって、演算器３３は、各反射面における光量分布を得ることができる。ところで、この計測光の光量分布は、反射面の形状に応じて変化するものである。このため、これらの光量分布を断面方向にて重畳する合成計算を実行することにより、眼底の断面形状を計算することができる。そして、演算器３３は、計算した眼底の断面形状を表す断面形状信号を画像処理器３４に出力する。
【００４３】
また、演算器３３は、ＡＤコンバータ３２から供給された８３０ｎｍの近赤外線低干渉光に対応する検出信号と、所定の短い時間間隔でＡＤコンバータ３２から供給された７８０ｎｍの近赤外線低干渉光に対応する検出信号を用いて、前記計算した眼底の断面形状と一致する部位の酸素飽和度SO2を計算するとともに同計算した酸素飽和度SO2を表す酸素飽和度信号を出力する。すなわち、演算器３３は、取得した８３０ｎｍおよび７８０ｎｍの近赤外線低干渉光に対応する検出信号を用い、言い換えれば、上述した眼底の断面形状の計算と同様にある反射面における光量分布を用い、前記式１〜６に従って酸素飽和度SO2を計算する。したがって、反射面が順次変更されることに伴って計算される酸素飽和度SO2を断面方向にて重畳する合成計算を実行することにより、眼底の断面形状の位置と一致した酸素飽和度SO2を計算することができる。そして、演算器３３は、計算した酸素飽和度SO2を表す酸素飽和度信号を画像処理器３４に出力する。
【００４４】
画像処理器３４においては、フレームコントロール回路３４ａが、演算器３３から出力された断面形状信号および酸素飽和度信号をフレームメモリ３４ｂに一時的に記憶させる。そして、フレームコントロール回路３４ａは、マルチプレクサ３４ｃに対して、フレームメモリ３４ｂの所定記憶位置に一時的に記憶されている断面形状信号および酸素飽和度信号を画像生成回路３４ｄに出力させる。画像生成回路３４ｄは、出力された断面形状信号に基づいて眼底の断面形状を表す断面形状画像データを生成するとともに、出力された酸素飽和度信号に基づいて断面形状の位置と一致する酸素飽和度SO2を表す酸素飽和度画像データを生成する。そして、画像生成回路３４ｄは、生成した断面形状画像データおよび酸素飽和度画像データを表示部４に出力する。
【００４５】
表示部４においては、表示用画像データ記憶回路４１が、画像生成回路３４ｄから供給された断面形状画像データおよび酸素飽和度画像データを一旦記憶する。そして、変換回路４２によって、表示用画像データ記憶回路４１に一旦記憶された画像データが変換されることにより、モニタ４３は、眼底の断面形状や眼底の酸素飽和度をそれぞれ表示したり、合成された断面形状と酸素飽和度を表示する。
【００４６】
以上の説明からも理解できるように、本実施形態に係る光干渉断層計Ｓによれば、眼底の断面形状を計測するとともに、この断面形状に一致した部分の酸素飽和度SO2を計測することができる。そして、これら計測した断面形状と酸素飽和度SO2を合成して表示することができる。これにより、例えば、緑内障などのように視細胞が壊死する眼病を医師が診察する場合には、眼底の断面形状と酸素飽和度SO2の両方の情報を提供することができるため、病状の早期発見に寄与することができる。すなわち、従来からこの種の診察に利用されてきた光干渉断層計や眼底カメラなどでは、眼底の断面形状や表面形状を詳細に観察できるものの、眼病の進行を判断するに当たっては、医師の知識や経験に依存する必要があった。しかしながら、本実施形態に係る光干渉断層計Ｓによれば、眼底の断面形状とともに酸素飽和度SO2をも同時に観察できるため、例えば、視細胞の壊死に伴う酸素飽和度SO2の低下を極めて容易に確認することができる。これにより、医師の診断を好適に補助することができ、患者に対して早期に適切な処置を施すことができる。
【００４７】
上記第１実施形態においては、コントローラ５が、光出射部１を構成する２つの光発生部１０のそれぞれに対して、所定の短い時間間隔で同発生部１０を駆動させるための駆動信号を供給するように実施した。しかしながら、コントローラ５は、各光発生部１０による近赤外線低干渉光の出射間隔を長くして、駆動信号を供給するように実施することも可能である。このように、近赤外線低干渉光の出射間隔を長く設定することによって、例えば、受光器３１（フォトディテクタなど）の光検出速度を小さくすることができるため、光干渉断層計Ｓの製造コストを低減することができる。
【００４８】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、コントローラ５によって、光出射部１の２つの光発生部１０の発光タイミングを所定の短い時間間隔で異ならせて、これらの光発生部１０が略同時に近赤外線低干渉光を発光するように実施した。これに対し、これらの光発生部１０から出射される近赤外線低干渉光をスペクトラム拡散変調することにより、発光タイミングを同時とすることも可能である。以下、この第２実施形態について説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４９】
この第２実施形態における光干渉断層計Ｓの光出射部１は、特定波長を有する近赤外線低干渉光をスペクトラム拡散変調して出射するようになっている。このため、この変形例における光発生部１０は、図９に示すように、拡散符号系列として、例えば、１２８ビット長の「＋１」と「−１」からなるＰＮ(Pseudorandom Noise)系列を発生させるための拡散符号系列発生器１３を備えている。この拡散符号系列発生器１３は、例えば、アダマール系列やＭ系列、あるいは、ゴールド符号系列をＰＮ系列として発生する。
【００５０】
なお、上記したアダマール系列、Ｍ系列、あるいは、ゴールド符号系列は、一般的にスペクトラム拡散変調に用いられるものと同様であるため、その発生方法に関する詳細な説明は省略するが、以下に簡単に説明しておく。アダマール系列は、「＋１」と「−１」からなるアダマール行列の各行または各列を取り出して得られる系列である。Ｍ系列は、「０」または「＋１」の状態を記憶する１ビットのレジスタをｎ段並べたシフトレジスタを用い、同シフトレジスタの中間から帰還した値と最終段における値との排他的論理和を初段に接続することにより得られる２値系列である。ただし、この２値系列をＰＮ系列とするために、レベル変換を行い、値「０」を「−１」に変換する。ゴールド符号系列は、基本的には、２種類のＭ系列を用意し、これらを加算して得られる符号系列である。このため、ゴールド符号系列は、Ｍ系列に比して、格段に系列数を増やすことができる系列である。そして、これらの系列の特徴として、異なる系列は互いに直交する性質を有しており、積和演算を行うことによって「０」、すなわち、自己以外には相関が「０」となることが挙げられる。
【００５１】
このように、拡散符号系列発生器１３の発生したＰＮ系列は、コントローラ５に出力されるとともに、掛け算器１４に出力される。掛け算器１４は、コントローラ５から供給される駆動信号（一次駆動信号）と、拡散符号系列発生器１３から供給されるＰＮ系列との積を取る。これにより、駆動信号（一次駆動信号）をスペクトラム拡散変調することができる。そして、掛け算器１４は、スペクトラム拡散変調した駆動信号すなわち二次駆動信号を光源ドライバ１１に供給する。なお、掛け算器１４は、本発明のスペクトラム拡散変調手段を構成する。そして、この変形例における光源ドライバ１１は、掛け算器１４から供給された二次変調信号に基づいて、光源１２を駆動（発光）させる。
【００５２】
また、この第２実施形態における光検出部３は、図１０に示すように、光出射部１の特定の光発生部１０から出射された近赤外線低干渉光の計測光、より詳しくは、参照光と干渉した計測光を選択的に受光するために、拡散符号系列取得器３５を備えている。拡散符号系列取得器３５は、図１に破線で示すように、コントローラ５と接続されていて、受光すべき特定の光発生部１０からの近赤外線低干渉光が有する拡散符号系列すなわちＰＮ系列をコントローラ５から取得するものである。そして、拡散符号系列取得器３５は、取得したＰＮ系列をそれぞれの掛け算器３６に供給する。
【００５３】
掛け算器３６は、ＡＤコンバータ３２から入力した検出信号と拡散符号系列取得器３５から供給されたＰＮ系列との積を取る。そして、掛け算器３６は、計算した検出信号とＰＮ系列との積の値を累算器３７に出力する。累算器３７は、供給された積の値を、前記供給されたＰＮ系列の１周期以上に渡り加算する。そして、累算器３７は、特定の光発生部１０から出射されて眼底にて反射した計測光に対応する検出信号を演算器３３に出力する。
【００５４】
次に、上記のように構成された第２実施形態に係る光干渉断層計Ｓの作動について、上記第１実施形態と同様に、患者の眼底を観察する場合を例示して説明する。
【００５５】
この第２実施形態においても、医師またはオペレータは、光出射部１が照射する近赤外線低干渉光の光軸上に患者の眼球が位置するように、光干渉断層計Ｓを配置する。そして、医師またはオペレータは、コントローラ５を操作して、近赤外線低干渉光の出射開始を指示する。これにより、コントローラ５は、光出射部１を構成する２つの光発生部１０のそれぞれに対して、同発生部１０を駆動させるための一次駆動信号を供給する。これにより、２つの光発生部１０は、同時にその作動を開始し、それぞれ、８３０ｎｍの近赤外線低干渉光と７８０ｎｍの近赤外線低干渉光を出射する。
【００５６】
すなわち、各光発生部１０においては、拡散符号系列発生器１３が、例えば、ＰＮ系列としてゴールド符号系列を発生する。そして、拡散符号系列発生器１３は、発生したＰＮ系列をコントローラ５に対して出力するとともに、掛け算器１４に出力する。掛け算器１４は、コントローラ５から供給された駆動信号すなわち一次駆動信号とＰＮ系列との積を取り、駆動信号をスペクトラム拡散変調する。そして、スペクトラム拡散変調された駆動信号すなわち二次駆動信号が光源ドライバ１１に供給されることにより、上記第１実施形態と同様に、光源ドライバ１１は、光源１２をパルス発光させる。
【００５７】
このように、光出射部１から出射された２つの近赤外線低干渉光は、光ファイバー１３により光学的に合成される。そして、上記第１実施形態と同様に、光干渉部２のビームスプリッタ２１によって、２つの近赤外線低干渉光が光学的にそれぞれ２つに分割されて、第１の近赤外線低干渉光は直進して患者の眼球に到達し、第２の近赤外線低干渉光は可動ミラー２２に到達する。そして、眼底において反射された計測光と可動ミラー２２によって反射された参照光とが互いに干渉して、光検出部３に到達する。
【００５８】
次に、光検出部３による計測光の検出について説明する。ビームスプリッタ２１において参照光と干渉した計測光は、光検出部３の受光器３１によって検出される。このとき、受光器３１には、８３０ｎｍと７８０ｎｍの波長を有する光が計測光として到達する。このような状況において、コントローラ５は、受光部３１が、到達した計測光のうち、特定の光発生部１０から出射された近赤外線低干渉光に基づく計測光を選択して受光するように、光検出部３を制御する。このコントローラ５による制御を具体的に説明する。
【００５９】
コントローラ５は、上述したように、光出射部１に対して一次駆動信号を供給した後、各光出射部１からＰＮ系列を取得する。そして、コントローラ５は、各光出射部１の拡散符号系列発生器１３から取得したＰＮ系列を、光検出部３に対して供給する。これにより、光検出部３は、供給されたＰＮ系列を拡散符号系列取得器３５によって取得する。そして、拡散符号系列取得器３５は、取得したＰＮ系列を掛け算器３６に供給する。
【００６０】
ところで、受光器３１においては、ビームスプリッタ２１において参照光と干渉した計測光をすべて受光し、同受光した計測光に応じた電気的な検出信号を時系列的にＡＤコンバータ３２に出力している。そして、ＡＤコンバータ３２は、出力された電気的な検出信号をデジタル信号に変換するとともに、同デジタル変換した検出信号を掛け算器３６に出力している。
【００６１】
この状態において、掛け算器３６は、ＡＤコンバータ３２から出力されたデジタル検出信号と、拡散符号系列取得器３５から供給されたＰＮ系列との積を取る。そして、掛け算器３６は計算した積の値を累算器３７に出力し、累算器３７は、出力された積の値をＰＮ系列の１周期（すなわち、１２８ビット長）以上に渡り加算する。このように、掛け算器３６と累算器３７による積和処理により、デジタル検出信号と供給されたＰＮ系列との相関を取ることができ、特定の光発生部１０からの近赤外線低干渉光、具体的には、８３０ｎｍまたは７８０ｎｍの波長を有する計測光に対応した検出信号のみを選択して出力することができる。
【００６２】
すなわち、上述したように、ＰＮ系列に関しては、異なる系列が互いに直交する性質、言い換えれば、異なる系列同士の積の和が「０」となる性質を有している。このため、拡散符号系列取得器３５が掛け算器３６に対して、特定の光出射部１のＰＮ系列を供給した場合には、ＡＤコンバータ３２から出力された検出信号のうち、前記特定の光出射部１から出射された近赤外線低干渉光に対応する検出信号以外の検出信号と前記供給されＰＮ系列との積の値は「０」となる。これにより、累算器３７によってＰＮ系列の１周期以上に渡り加算される値も「０」となり、相関は「０」となる。したがって、拡散符号系列取得器３５から供給されたＰＮ系列を有しない（または一致しない）検出信号、言い換えれば、特定の光発生部１０以外から出射された近赤外線低干渉光の計測光は選択的に排除され、特定の光発生部１０から出射された近赤外線低干渉光の計測光に対応する検出信号のみが演算器３３に出力される。
【００６３】
そして、この第２実施形態においても、可動ミラー２２を移動させて計測光の反射面を順次変化させることによって、眼底の断面方向における反射面を順次変化させる。これにより、演算器３３は、上記第１実施形態と同様に、同反射面における計測光の光量分布を用いて、眼底の断面形状を計算するとともに同計算した眼底の断面形状を表す断面形状信号を画像処理器３４に出力する。また、演算器３３は、選択的に取得した８３０ｎｍおよび７８０ｎｍの近赤外線低干渉光に対応する検出信号を用い、上記第１実施形態と同様に、前記式１〜６に従って酸素飽和度SO2を計算するとともに同計算した酸素飽和度SO2を表す酸素飽和度信号を画像処理器３４に出力する。これにより、表示部４が、上記第１実施形態と同様に、眼底の断面形状や眼底の酸素飽和度をそれぞれ表示したり、合成された断面形状と酸素飽和度を表示する。
【００６４】
以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態に係る光干渉断層計Ｓにおいても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、同時に波長の異なる近赤外線低干渉光を出射することにより、酸素飽和度の変化をより詳細に算出することができる。すなわち、酸素飽和度の時間変化は比較的遅いものの、厳密には、時間変化している。これに対して、波長の異なる近赤外線低干渉光を同時に出射することにより、光検出部３に同一時点における酸素飽和度の状態を反映した計測光が到達する。このため、瞬間における酸素飽和度を良好に算出することができるとともに、時間経過に伴う酸素飽和度の変化も極めて正確に算出することができる。
【００６５】
上記第２実施形態においては、コントローラ５から供給される駆動信号すなわち一次駆動信号をスペクトラム拡散変調することによって二次駆動信号を生成し、２つの近赤外線低干渉光が互いに干渉することなく出射されるように実施した。これに対して、コントローラ５から供給される一次駆動信号を周波数分割多重(Frequency Division Multiple Accecc：ＦＤＭＡ)変調することによって二次駆動信号を生成し、２つの近赤外線低干渉光の干渉を防止するように実施することも可能である。この場合には、上記第２実施形態における光出射部１の拡散符号系列発生器１３および掛け算器１４が省略されて、周波数分割多重変調器が設けられる。また、この場合、上記第２実施形態における光検出部３の拡散符号系列取得器３５、掛け算器３６および累算器３７が省略されて、復調器が設けられる。なお、周波数分割多重変調器の作動については、従来から広く知られている方法を適用して変調処理および復調処理を実施可能であるため、その詳細な説明については省略する。
【００６６】
このように、構成された光干渉断層計Ｓの光出射部１においては、コントローラ５から供給された一次駆動信号が、周波数分割多重変調器によって周波数多重変調されて二次駆動信号が生成される。そして、各光源１２は、生成された二次駆動信号に基づいて、２つの近赤外線低干渉光を同時に発光する。また、光検出部３においては、復調器が、ＡＤコンバータ３２から出力された検出信号を復調することにより、特定の光発生部１０から出射された近赤外線低干渉光の計測光に対応する検出信号のみが演算器３３に出力される。したがって、この場合においても、上記第２実施形態と同様の効果が期待できる。
【００６７】
ｃ．その他の変形例
本発明の実施に当たっては、上記各実施形態およびこれらの変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。
【００６８】
例えば、上記各実施形態においては、前記式１〜式６（より詳しくは、前記式６）に従って、酸素飽和度SO2を算出するように実施した。ところで、上記各実施形態において算出される酸素化ヘモグロビン濃度変化ΔCoxyおよび還元ヘモグロビン濃度変化ΔCdeoxyは、前記式４および式５から明らかなように、光路長dを含んで計算されるものである。一般的に生体内部に入射した光の光路長dを厳密に測定または算出することは、極めて難しい。したがって、前記式４および式５における光路長dは相対量として用いられており、酸素化ヘモグロビン濃度変化ΔCoxyおよび還元ヘモグロビン濃度変化ΔCdeoxyを用いた前記式６に従って算出される酸素飽和度SO2も相対量となる。
【００６９】
これに対して、下記に示す各式に従って酸素飽和度SO2を計算することにより、脈動成分中の酸素飽和度SO2言い換えれば動脈または細動脈中の酸素飽和度SO2を算出することができる。なお、この酸素飽和度の算出方法については、例えば、特開昭６３−１１１８３７号公報に開示されて従来から広く知られている算出方法であるため、その詳細な説明を省略する。
【００７０】
生体内の赤外減光度は、下記式７に従って計算することができる。
−log(I1／I0)＝E×C×e＋A  …式７
ただし、前記式７中のI1は透過光の光量を表し、I0は入射光の光量を表す。また、前記式７中のEはヘモグロビンの吸光係数を表し、Cは血中ヘモグロビン血液濃度を表し、eは血液層の厚さ（前記式４，５における光路長dに相当）を表し、Aは組織層の減光度を表す。ここで、前記式７は、生体内を透過した赤外光の減光度を算出するものであるが、反射した赤外光であっても同様の特性を示すことが知られている。
【００７１】
脈動により血液層の厚さeがΔeだけ変化したとすると、赤外減光度の変化は下記式８に従って計算することができる。
−(log(I1／I0)−log(I2／I0))＝E×C×e−E×C×(e−Δe)  …式８
前記式８を整理すると、下記式９に示すようになる。
−log(I2／I1)＝E×C×Δe  …式９
ただし、前記式８および式９中のI2は血液層の厚さの変化後における透過光の光量を表す。
【００７２】
次に、透過光の光量I1を有する赤外光の波長をλ1、透過光の光量I2を有する赤外光の波長をλ2として、時刻t1，t2におけるλ1の各透過光の光量をI11，I21、λ2の各透過光の光量をI12，I22とすると、前記式９に従って、各時刻における赤外減光度の変化は、下記式１０および式１１のように示すことができる。
−log(I21／I11)＝E1×C×Δe  …式１０
−log(I22／I12)＝E2×C×Δe  …式１１
ただし、前記式１０中のE1は、波長λ1の赤外光に対するヘモグロビンの吸光係数を表し、前記式１１中のE2は、波長λ2の赤外光に対するヘモグロビンの吸光係数を表す。そして、前記式１１を前記式１０で除算すると、血液層の厚さ変化Δeを消去した下記式１２が成立する。
log(I12／I22)／log(I11／I21)＝E2／E1  …式１２
したがって、前記式１２を変形すれば、下記式１３が成立する。
E2＝E1×log(I12／I22)／log(I11／I21)  …式１３
【００７３】
ここで、図１１に示す酸素飽和度に応じたヘモグロビンの光吸収スペクトルを参照して、ヘモグロビンの吸光係数E1に対応する吸光波長として８０５ｎｍを選択すると、酸素飽和度SO2＝０％と酸素飽和度SO2＝１００％の曲線の交点を得る。これにより、吸光係数E1は、酸素飽和度の影響を受けない値となる。そして、ヘモグロビンの吸光係数E2に対応する吸光波長として、例えば、７５０ｎｍを選択するとともに、酸素飽和度SO2＝０％のときのヘモグロビンの吸光係数をEp、酸素飽和度SO2＝１００％のときのヘモグロビンの吸光係数をE0とすると、現在の酸素飽和度SO2は下記式１４に従って計算できる。
SO2＝(E2−Ep)／(E0−Ep)  …式１４
これにより、前記式１４に従って計算される酸素飽和度SO2は、相対量を含むことなく計算されるため、実際の酸素飽和度を得ることができる。したがって、医師による診断において、より正確な酸素飽和度SO2を提供することができる。なお、血液層の厚さ変化は極めて速い変化であるため、この場合には、上記第２実施形態において説明したように、光出射装置１の光源１２を同時に駆動（発光）させて、異なる特定波長を有する近赤外線低干渉光を同時に出射することが好ましい。
【００７４】
また、上記第２実施形態およびその変形例においては、光出射部１が、コントローラ５から供給される一次駆動信号を変調した二次駆動信号に基づき、光源１２を駆動（発光）させることによって近赤外線低干渉光を出射するように実施した。そして、光検出部３は、干渉光に含まれる二次駆動信号を一次駆動信号に復調することにより、検出信号を分離するように実施した。しかしながら、コントローラ５から供給される駆動信号を変調することなく、異なる特定波長を有する２つの近赤外線低干渉光を同時に出射して実施することも可能である。以下、この変形例を具体的に説明する。
【００７５】
この変形例においては、光干渉断層計Ｓが、図１２に示すように構成される。すなわち、光干渉部２と光検出部３との間において、光干渉部２から出射される干渉光の光軸上にダイクロックミラー６が設けられて構成されている。ダイクロックミラー６は、入射した近赤外線低干渉光を光学的に分離するものである。これに伴い、この変形例における光検出部３は、２つの受光器３１を備えている。
【００７６】
次に、この変形例における光干渉断層計Ｓの作動について説明すると、光出射部１において、２つの光源１２は、コントローラ５から供給された所定の駆動信号に基づいて、８３０ｎｍと７８０ｎｍの波長を有する近赤外線低干渉光を同時に出射する。出射された２つの近赤外線低干渉光は、光ファイバー１３によって光学的に合成されて、光干渉部２に出射される。そして、光干渉部２は、上記第２実施形態と同様に、計測光と参照光とが干渉した干渉光を光検出部３に向けて出射する。このとき、出射された干渉光の光軸上には、ダイクロックミラー６が設けられているため、同ミラー６に入射した干渉光は光学的に分割される。すなわち、ダイクロックミラー６は、入射した干渉光を、８３０ｎｍの波長を有する干渉光と７８０ｎｍの波長を有する干渉光とに光学的に分割する。そして、分割されたそれぞれの干渉光は、光検出部３に設けられた２つの受光器３１に入射する。
【００７７】
このように、受光器３１に入射した干渉光は、上記第２実施形態と同様に、検出信号としてＡＤコンバータ３２に供給される。そして、ＡＤコンバータ３２は、デジタル変換した検出信号を演算器３３に供給することにより、上記第２実施形態と同様に、断面形状が算出されるとともに、酸素飽和度SO2が算出される。したがって、上記第２実施形態と同様の効果が期待できる。また、変調器や復調器を設ける必要がないため、光干渉断層計Ｓの構成を簡略化することができる。
【００７８】
また、上記各実施形態およびその変形例においては、光出射部１から出射された近赤外線低干渉光の光量と光検出部３によって検出された干渉光の光量を用いて、生体情報としての酸素飽和度SO2を算出するように実施した。これに対して、本発明に係る光干渉断層計Ｓによれば、光出射部１から出射された近赤外線低干渉光の光量と光検出部３によって検出された干渉光の光量を用いて算出可能であれば、その他の生体情報、例えば、血管中の血流や血流変化などを算出して表示部４に表示することもできる。これにより、上記各実施形態およびその変形例においては、光干渉断層計Ｓを眼底の診察に適用して実施したが、生体のその他の部位の診察などに光干渉断層計Ｓを用いて実施可能であることはいうまでもない。
【００７９】
さらに、上記第１実施形態においては、光出射部１の光源１２が、コントローラ５から供給される駆動信号に基づいて所定の短い時間間隔で順次発光するように実施した。このように、光源１２を順次発光させる場合であっても、上記第２実施形態および変形例で説明したように、コントローラ５から供給される駆動信号（一次駆動信号）を変調した二次駆動信号を生成し、この二次駆動信号に基づいて発光させるように実施することは、もちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態および第２実施形態に係る共通の光干渉断層計の概略を示すブロック図である。
【図２】図１の光出射部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図１の光干渉部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】図１の光検出部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】酸素飽和度の導出を説明するための概略的な図である。
【図６】酸素化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの波長に対する分子吸光係数の変化を概略的に示したグラフである。
【図７】図４の画像処理器の構成を概略的に示すブロック図である。
【図８】図１の表示部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る光出射部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光検出部の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１１】酸素飽和度の差に応じた波長に対する分子吸光係数の変化を概略的に示したグラフである。
【図１２】本発明の変形例に係る光干渉断層計の概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…光出射部、１０…光発生部、１１…光源ドライバ、１２…光源、１３…拡散符号系列発生器、１４…掛け算器、２…光干渉部、２１…ビームスプリッタ、２２…可動ミラー、２３…ミラー移動機構、３…光検出部、３１…受光器、３２…ＡＤコンバータ、３３…演算器、３４…画像処理器、３５…拡散符号系列取得器、３６…掛け算器、３７…累算器、４…表示部、５…コントローラ、６…ダイクロックミラー、Ｓ…光干渉断層計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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