(57)【要約】【課題】解像度を劣化させることなくイメージングコアの回転速度を増加可能にする。【解決手段】波長掃引を繰り返す光源から出力された光を用いて反射光と参照光との干渉光を生成することにより断面画像を取得する断層像撮影装置は、干渉光に基づいて得られる干渉光データを複数ライン格納し、新たな干渉光データの書き込みに応じて最も古い干渉光データを破棄するＦＩＦＯメモリを有する。断層像撮影装置は、波長掃引の繰り返しに同期して干渉光から得られた干渉光データを未使用の干渉光データとしてＦＩＦＯメモリに書き込み、イメージングコアの所定角度の回転毎にＦＩＦＯメモリに格納されている干渉光データのうち最も古い未使用の干渉光データを読み出し、ラインデータを生成する。そして、ＦＩＦＯメモリに格納されている未使用の干渉光データの数に基づいてイメージングコアの回転速度または波長掃引の周期を制御する。【選択図】  図６
2015179053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長掃引を繰り返す光源から出力された光を用いて計測光と参照光を生成し、イメージングコアを介して取得される前記計測光の反射光と前記参照光との干渉光を検出することにより断面画像を取得する断層像撮影装置であって、
前記干渉光に基づいて得られる干渉光データを複数ライン格納し、新たな干渉光データの書き込みに応じて最も古い干渉光データを破棄するＦＩＦＯメモリと、
前記光源の波長掃引の繰り返しに同期して、前記干渉光から得られた干渉光データを未使用の干渉光データとして前記ＦＩＦＯメモリに書き込む書込手段と、
前記イメージングコアの所定角度の回転毎に前記ＦＩＦＯメモリに格納されている最も古い未使用の干渉光データを用いてラインデータを生成する生成手段と、ここで前記ラインデータの生成に用いられた干渉光データは使用済みとして扱われ、
前記ＦＩＦＯメモリに格納されている未使用の干渉光データの数に基づいて前記イメージングコアの回転速度または前記波長掃引の周期を制御する第１制御手段とを備えることを特徴とする断層像撮影装置。
【請求項２】
前記干渉光データは、前記光源の１回の波長掃引の間に得られた干渉光の強度データであることを特徴とする請求項１に記載の断層像撮影装置。
【請求項３】
前記第１制御手段は、前記ＦＩＦＯメモリに格納されている未使用の干渉光データの数が所定数より小さい場合に前記回転速度を減速し、前記ＦＩＦＯメモリに格納されている未使用の干渉光データの数が前記所定数より大きい場合に前記回転速度を加速することを特徴とする請求項１または２に記載の断層像撮影装置。
【請求項４】
前記生成手段は、前記ＦＩＦＯメモリに前記所定数の未使用の干渉光データが蓄積されてから前記所定角度の回転毎のラインデータの生成を開始することを特徴とする請求項３に記載の断層像撮影装置。
【請求項５】
前記所定数は、前記ＦＩＦＯメモリが格納する干渉光データの総数の半分であることを特徴とする請求項３または４に記載の断層像撮影装置。
【請求項６】
前記光源における前記波長掃引に同期したパルス信号の周期と前記イメージングコアの前記所定角度の回転毎に発生するパルス信号の周期との差に基づいて前記回転速度を制御する第２制御手段と、
前記イメージングコアの回転開始時には前記第２制御手段により前記回転速度を制御し、その後、前記第１制御手段により前記回転速度を制御するように切り換える切り換え手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の断層像撮影装置。
【請求項７】
前記第２制御手段は、前記波長掃引に同期したパルス信号のカウント値と前記イメージングコアの前記所定角度の回転毎に発生するパルス信号のカウント値の差に基づいて前記回転速度を制御することを特徴とする請求項６に記載の断層像撮影装置。
【請求項８】
前記切り換え手段は、前記差の変動が所定範囲内に収まった場合に、前記第２制御手段による前記回転速度の制御から前記第１制御手段による前記回転速度の制御へ切り換えることを特徴とする請求項６または７に記載の断層像撮影装置。
【請求項９】
波長掃引を繰り返す光源から出力された光を用いて計測光と参照光を生成し、イメージングコアを介して取得される前記計測光の反射光と前記参照光との干渉光を検出することにより断面画像を取得する断層像撮影装置の制御方法であって、
前記光源の波長掃引の繰り返しに同期して、前記干渉光から得られた干渉光データを未使用の干渉光データとしてＦＩＦＯメモリに書き込む書込工程と、前記ＦＩＦＯメモリでは、前記干渉光に基づいて得られる干渉光データを複数ライン格納し、新たな干渉光データの書き込みに応じて最も古い干渉光データを破棄し、
前記イメージングコアの所定角度の回転毎に前記ＦＩＦＯメモリに格納されている最も古い未使用の干渉光データを用いてラインデータを生成する生成工程と、ここで前記ラインデータの生成に用いられた干渉光データは使用済みとして扱われ、
前記ＦＩＦＯメモリに格納されている未使用の干渉光データの数に基づいて前記イメージングコアの回転速度または前記波長掃引の周期を制御する制御工程とを有することを特徴とする断層像撮影装置の制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載された制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光周波数領域イメージング（ＯＦＤＩ）により断層像の撮影を行う断層像撮影装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＩを用いた断層像撮影装置では、光学レンズと光学ミラーを有する光送受信部（イメージングコア）と、この光送受信部を先端に取り付けたドライブシャフトとを内蔵し、少なくとも先端部が透明なカテーテルシースを有するカテーテルが用いられる。血管の断層像撮影においては、そのカテーテルを患者の血管内に導く。そして、イメージングコアを回転させながら、光学ミラーを介して血管壁に光を照射し、血管壁からの反射光を再度、その光学ミラーを介して受光することでラジアル走査を行い、得られた反射光と参照光とで生成される干渉光を元に血管の断面画像を構成する。また、ドライブシャフトを回転させながら、所定速度で引っ張る操作（一般にプルバックと呼ばれる）を行うことで、血管の長手方向の内腔面の３次元画像を形成する。
【０００３】
具体例としてラジアル走査では、ドライブシャフトの１回転の間に５１２個のラジアル方向のラインデータが取得され、断層像が生成される。各ラインデータは、波長の１掃引の間に取得された干渉光データである。すなわち、ドライブシャフトが３６０／５１２度回転する毎に波長掃引が１回行われるように両者の同期をとることが好ましい。すなわち、ドライブシャフトの回転と波長掃引を正確に同期させることが好ましいが、そのような同期は技術的に困難である。
【０００４】
一般に断層像撮影装置ではドライブシャフトの所定回転角度（例えば１／５１２回転）毎に、最近の掃引に同期して取得した干渉光データを使用して１次元のラインデータを作成している。すなわち、１掃引毎に新しい１ラインの干渉光データでバッファメモリが上書きされ、所定回転角度毎にバッファから１ラインの干渉光データが読み出される。ここで、波長掃引の周期とドライブシャフトの所定回転角度の回転時間がほぼ同じであれば、バッファへの干渉光データの１ラインの書込みとバッファからの干渉光データの１ラインの読み出しが交互に行われるようになる。
【０００５】
しかしながらドライブシャフトの回転速度が波長掃引の周期に対して相対的に遅くなると、いくつかの掃引で取得された干渉光データは読み飛ばされてしまう。反対にドライブシャフトの回転速度が波長掃引の周期に対して相対的に速くなると、バッファへ新たな１ラインの干渉光データが書き込まれる前に複数回の読み出しが実行されてしまう。そのため、１回の掃引で取得したデータが複数回使用されるという、重複読み出しが生じることになる。後者のような重複読み出しが発生した場合、たとえば５１２本といった一定本数のラインデータで構築される断層画像のうち、複数のラインデータの内容が同じになるため、解像度が低下することになる。重複読みの発生をより確実に回避するために、ドライブシャフトの所定角度の回転時間が波長の掃引周期より短くならないように、波長掃引の周期に対してドライブシャフトの回転速度を遅くすることが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６８１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ドライブシャフトの回転速度を遅くすると、断層像１枚の構築時間が光の掃引周期から決まる理論値よりも遅くなる。そのため、光送受信部をカテーテル内で引いたときに得られる縦断面画像の掃引方向の分解能が荒くなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、解像度の劣化を抑えつつ、高速なイメージングコアの回転による断層像撮影を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の一態様による断層像撮影装置は以下の構成を備える。すなわち、
波長掃引を繰り返す光源から出力された光を用いて計測光と参照光を生成し、イメージングコアを介して取得される前記計測光の反射光と前記参照光との干渉光を検出することにより断面画像を取得する断層像撮影装置であって、
前記干渉光に基づいて得られる干渉光データを複数ライン格納し、新たな干渉光データの書き込みに応じて最も古い干渉光データを破棄するＦＩＦＯメモリと、
前記光源の波長掃引の繰り返しに同期して、前記干渉光から得られた干渉光データを未使用の干渉光データとして前記ＦＩＦＯメモリに書き込む書込手段と、
前記イメージングコアの所定角度の回転毎に前記ＦＩＦＯメモリに格納されている最も古い未使用の干渉光データを用いてラインデータを生成する生成手段と、ここで前記ラインデータの生成に用いられた干渉光データは使用済みとして扱われ、
前記ＦＩＦＯメモリに格納されている未使用の干渉光データの数に基づいて前記イメージングコアの回転速度または前記波長掃引の周期を制御する第１制御手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、解像度の劣化を抑えつつ、高速なイメージングコアの回転による断層像撮影を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態による断層像撮影装置の外観を示す図。
【図２】実施形態における断層像撮影装置１００のブロック構成図。
【図３】断面画像の再構成処理の概要を説明するための図。
【図４】実施形態による干渉光データ、ラインデータを取得するための構成を説明する図。
【図５】波長掃引同期パルスおよびエンコーダパルスを説明する図。
【図６】干渉光データ保持部、干渉光データ読出部の構成を説明するブロック図。
【図７】セレクタ制御部による干渉光データの選択動作を説明する図。
【図８】ラジアル走査モータの起動時の回転速度制御構成を説明する図。
【図９】実施形態の断層像撮影装置の動作を説明するフローチャート。
【図１０】実施形態の断層像撮影装置の動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態の一つを説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態に係わる波長掃引光源を利用した、ＯＦＤＩによる断層像撮影装置１００の全体構成の一例を示す図である。断層像撮影装置１００は、光プローブ部１０１と、プルバック部１０２と、操作制御装置１０３で構成され、プルバック部１０２と操作制御装置１０３は、コネクタ１０５を介してケーブル１０４で接続されている。このケーブル１０４には、光ファイバ、並びに各種信号線が収容されている。
【００１４】
光プローブ部１０１は、光ファイバを回転自在に収容する。この光ファイバの先端には、操作制御装置１０３からプルバック部１０２を介在して伝送された光（測定光）を、光ファイバの中心軸に対してほぼ直行する方向に送信するとともに、送信した光の外部からの反射光を受信するための光送受信部を有するイメージングコア２５０（図２）が設けられている。
【００１５】
プルバック部１０２は、光プローブ部１０１に設けられたアダプタを介して、光プローブ部１０１内の光ファイバを保持する。そして、プルバック部１０２に内蔵されたモータを駆動させることで光プローブ部１０１内の光ファイバを回転させることで、その先端に設けられたイメージングコア２５０を回転させることが可能になっている。また、プルバック部１０２は、内蔵の直線駆動部に設けられたモータを駆動して、光プローブ部１０１内の光ファイバを所定速度で引っ張る（プルバック部と呼ばれる所以である）処理も行う。
【００１６】
上記構成により、光プローブ部１０１を患者の血管内に案内し、プルバック部１０２に内蔵したラジアル走査モータ２４１（図２）を駆動して、光プローブ１０１内の光ファイバを回転させることで、血管壁および内腔面を３６０度に渡ってスキャンすることが可能になる。さらに、プルバック部１０２が直線駆動部２４３（図２）によって光プローブ部１０１内の光ファイバを所定速度で引っ張ることで、血管軸に沿ったスキャンが行われることになり、結果的に血管の内側から見た断層像を構築することが可能となる。
【００１７】
操作制御装置１０３は、断層像撮影装置１００の動作を統括制御する機能、ユーザ指示に基づく各種設定値を装置内に入力する機能、測定により得られたデータを処理し、体腔内の断層画像として表示する機能などを有する。操作制御装置１０３には、本体制御部１１１、プリンタ／ＤＶＤドライブ１１５、操作パネル１１２及びＬＣＤモニタ１１３、等が設けられている。
【００１８】
本体制御部１１１は、光断層画像を生成する。光断層画像は、測定により得られた反射光と光源からの光を分離することで得られた参照光とを干渉させることで干渉光データを生成するとともに、当該干渉光データに基づいて生成されたラインデータを処理することにより生成される。プリンタ／ＤＶＤドライブ１１５は、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。操作パネル１１２は、ユーザが各種設定値及び指示の入力を行なうユーザインターフェースである。ＬＣＤモニタ１１３は、表示装置として機能し、例えば、本体制御部１１１において生成された断層画像を表示する。１１４は、ポインティングデバイス（座標入力装置）としてのマウスである。
【００１９】
次に、断層像撮影装置１００の機能構成について説明する。図２は、断層像撮影装置１００のブロック構成図である。以下、図２を用いて波長掃引型ＯＣＴ（ＯＦＤＩ）の機能構成について説明する。
【００２０】
図２において、２０１は断層像撮影装置の全体の制御を司る信号処理部であり、マイクロプロセッサをはじめ、いくつかの回路で構成される。２１０はハードディスクに代表される不揮発性の記憶装置であり、信号処理部２０１が実行する各種プログラムやデータファイル等を格納している。２０２は信号処理部２０１内に設けられたメモリ（ＲＡＭ）である。２０３は波長掃引光源であり、時間軸に沿って、予め設定された範囲内で変化する波長の光を繰り返し発生する光源である。
【００２１】
波長掃引光源２０３から出力された光は、第１のシングルモードファイバ２７１の一端に入射され、先端側に向けて伝送される。第１のシングルモードファイバ２７１は、途中の光ファイバカップラ２７２において第４のシングルモードファイバ２７５と光学的に結合されている。光ファイバカップラ２７２により、波長掃引光源２０３からの光は、第４のシングルモードファイバ２７５へ向かう参照光と、第１のシングルモードファイバ２７１の先端側へ向かう計測光に分岐される。
【００２２】
第１のシングルモードファイバ２７１における光ファイバカップラ２７２よりも先端側から発した光（計測光）は、コネクタ１０５を介して、ケーブル１０４内の第２のシングルモードファイバ２７３に導かれる。この第２のシングルモードファイバ２７３の他端はプルバック部１０２内の光ロータリージョイント２３０に接続されている。
【００２３】
一方、光プローブ部１０１はプルバック部１０２と接続するためのアダプタ１０１ａを有する。そして、このアダプタ１０１ａにより光プローブ部１０１をプルバック部１０２に接続することで、光プローブ部１０１が安定してプルバック部１０２に保持される。さらに、光プローブ部１０１内に回転自在に収容された第３のシングルモードファイバ２７４の端部が、光ロータリージョイント２３０に接続される。この結果、第２のシングルモードファイバ２７３と第３のシングルモードファイバ２７４が光学的に結合される。第３のシングルモードファイバ２７４の他方端（光プローブ部１０１の先頭部分側）には、光を回転軸に対してほぼ直行する方向に出射するミラーとレンズを搭載したイメージングコア２５０が設けられている。
【００２４】
上記の結果、波長掃引光源２０３が発した光は、第１のシングルモードファイバ２７１、第２のシングルモードファイバ２７３、第３のシングルモードファイバ２７４を介して、第３のシングルモードファイバ２７４の端部に設けられたイメージングコア２５０に導かれる。イメージングコア２５０は、この光を、ファイバの軸に直行する方向に出射するとともに、その反射光を受信し、その受信した反射光が今度は逆に導かれ、操作制御装置１０３に返される。
【００２５】
一方、光ファイバカップラ２７２に結合された第４のシングルモードファイバ２７５の反対の端部には、参照光の光路長を微調整する光路長調整機構２２０が設けられている。この光路長調整機構２２０は、光プローブ部１０１を交換した場合など、個々の光プローブ部１０１の長さのばらつきを吸収できるよう、その長さのばらつきに相当する光路長を変化させる光路長変更手段として機能する。そのため、第４のシングルモードファイバ２７５に端部に位置するコリメートレンズ２２５が、その光軸方向である矢印２２６で示すように移動自在な１軸ステージ２２４上に設けられている。
【００２６】
具体的には、１軸ステージ２２４は光プローブ部１０１を交換した場合に、光プローブ部１０１の光路長のばらつきを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する光路長変更手段として機能する。さらに、１軸ステージ２２４はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。例えば、光プローブ部１０１の先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、１軸ステージにより光路長を微小変化させることにより、生体組織の表面位置からの反射光と干渉させる状態に設定することが可能である。
【００２７】
１軸ステージ２２４で光路長が微調整され、グレーティング２２１、レンズ２２２を介してミラー２２３にて反射された参照光は再び第４のシングルモードファイバ２７５に導かれる。そして、参照光は、光ファイバカップラ２７２にて、第１のシングルモードファイバ２７１側から得られた計測光と混合されて、干渉光としてフォトダイオード２０４にて受光される。
【００２８】
このようにしてフォトダイオード２０４にて受光された干渉光は光電変換され、アンプ２０５により増幅された後、復調器２０６に入力される。この復調器２０６では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力は干渉光信号としてＡ／Ｄ変換器２０７に入力される。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換器２０７では、１ラインのデジタルデータ（干渉光データ）を生成するために、干渉光信号を例えば９０ＭＨｚで２０４８ポイント分サンプリングする。なお、サンプリング周波数を９０ＭＨｚとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を４０ｋＨｚにした場合に、波長掃引の周期（２５μｓｅｃ）の９０％程度を２０４８点のデジタルデータとして抽出することを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。たとえば、さらに高速な画像取得のために、干渉光信号のサンプリング周波数を１７６ＭＨｚ、波長の繰り返し周波数を８１ｋＨｚとしたものも製品化されている。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換器２０７にて生成された干渉光信号のデジタル信号は干渉光の強度データであり、信号処理部２０１に入力され、ライン単位のデジタル信号（干渉光データ）ごとに処理される。信号処理部２０１では、その干渉光データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分解して深さ方向のライン状のイメージデータ（ラインデータ）を生成する。そして、信号処理部２０１は、このラインデータを座標変換することにより、血管内の各位置での光断面画像を構築し、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ１１３に出力する。信号処理部２０１は、更に光路長調整用駆動部２０９、通信部２０８と接続されている。信号処理部２０１は光路長調整用駆動部２０９を介して１軸ステージ２２４の位置の制御（光路長制御）を行う。
【００３１】
通信部２０８は、いくつかの種類の駆動回路を内蔵するとともに、信号処理部２０１の制御下にてプルバック部１０２内の回転駆動装置２４０と通信する。具体的には、プルバック部１０２内の光ロータリージョイント２３０による第３のシングルモードファイバ２７４の回転を行うためのラジアル走査モータ２４１への駆動信号の供給、ラジアル走査モータ２４１の回転位置を検出するためのエンコーダ部２４２からの信号の受信、並びに、第３のシングルモードファイバ２７４を所定速度で引っ張るための直線駆動部２４３への駆動信号の供給である。
【００３２】
なお、信号処理部２０１における上記処理も、所定のプログラムがコンピュータによって実行されることで実現されるものとする。
【００３３】
上記構成において、ユーザは光プローブ部１０１（イメージングコア２５０）を患者の診断対象の血管位置（冠状動脈など）に位置させ、ユーザの操作によってプローブ先端から透明なフラッシュ液（通常は生理食塩水や造影剤）を血管内に放出させる。撮影時における血液の影響を除外するためである。そして、ユーザがスキャン開始の指示入力を行うと、信号処理部２０１は、波長掃引光源２０３を駆動し、ラジアル走査モータ２４１並びに直線駆動部２４３を駆動させる（以降、ラジアル走査モータ２４１と直線駆動部２４３の駆動による光の照射と受光処理をスキャニングと呼ぶ）。この結果、波長掃引光源２０３から波長掃引光が、上記のような経路でイメージングコア２５０に供給される。このとき、光プローブ部１０１の先端位置にあるイメージングコア２５０は回転しながら、回転軸に沿って移動することになるので、イメージングコア２５０は、回転しながら、なおかつ、血管軸に沿って移動しながら、血管内腔面への光の出射とその反射光の受信を行うことになる。
【００３４】
ここで、１枚の光断面画像の生成にかかる処理について図３を用いて簡単に説明する。図３はイメージングコア２５０が位置する血管の内腔面３０１の断面画像の再構成処理を説明するための図である。イメージングコア２５０の１回転（３６０度）する間に、複数回の測定光の送信と受信を行う。１回の波長掃引の間の光の送受信により、その光を照射した方向の１ラインのデータを得ることができる。従って、１回転の間に、例えば５１２回の波長掃引された光の送受信を行うことで、回転中心３０２から放射状に延びる５１２個のラインデータを得ることができる。このラインのデータを、公知の演算を行なうことで、回転中心位置から半径方向（ｒ方向）に向かう３Ｄモデルデータを生成していく。このモデルデータにおける１ラインは、１０２４個の輝度値Ｉ０乃至Ｉ１０２３で構成されたラインデータ３５０である。Ｉ０が回転中心位置にあり、Ｉ１０２３が回転中心位置から最も遠い位置の輝度値である。
【００３５】
こうして得られた５１２個のラインデータは、回転中心位置の近傍では密で、回転中心位置から離れるにつれて互いに疎になっていく。そこで、この各ラインの空いた空間における画素については、周知の補間処理を行なって生成していき、人間が視覚できる２次元の断面画像を生成することになる。そして、生成された２次元断面画像を血管軸に沿って互いに接続することで、３次元血管画像を得ることができる。なお、２次元の断面画像の中心位置は、イメージングコア２５０の回転中心位置と一致するが、血管断面の中心位置ではない点に注意されたい。
【００３６】
波長掃引を利用した断層像撮影装置では、図３の或る１ライン分の光の出力と受信を行う期間、波長掃引光源２０３は時間軸に対して出力する光の波長を徐々に変えて出射する。波長掃引光源２０３は、公知の構成であるので特に説明はしないが、ポリゴンスキャナの回転により、１掃引につきλminからλmaxまで波長が連続的に変化する光を発生する（図５（ａ）を参照）。この１掃引の期間のうちの例えば９０％の期間（λSからλE）が１ライン分の干渉光データの生成に用いられる。本実施形態では波長がλSになるたびにパルス信号（以下、波長掃引同期パルス４１１）が出力される。換言すれば、波長掃引同期パルス４１１が出力されてから次の波長掃引同期パルス４１１が出力されるまでの期間が、図３の１ライン分のデータを得るための期間となる。
【００３７】
なお、光の送受信の際には、光プローブ部１０１のカテーテルシース自身からの反射もあるので、図３に示す如く、断面画像にはカテーテルシースの影３０３が形成される。また、図示の符号３０４は、光プローブ部１０１を患部まで案内するガイドワイヤの影である。ガイドワイヤは金属製であり、光を透過しない。よって、回転中心３０２から見てガイドワイヤの裏側部分の画像を得ることはできない。図示はあくまで概念図であると認識されたい。
【００３８】
次に、以上のような構成を備えた本実施形態の断層像撮影装置１００において、波長掃引に同期した干渉光データの取得／保持、および、イメージングコアの回転に同期したラインデータの取得を行う構成について説明する。
【００３９】
図４は、本実施形態の断層像撮影装置１００における干渉光データ、ラインデータを取得するための機能構成を説明するブロック図である。波長掃引光源２０３は、光源４０１と、光源４０１が出力した光の波長を掃引する波長掃引部４０２である。図５の（ａ）〜（ｃ）は、波長掃引部４０２の動作と干渉光データの取得の動作タイミングを説明する図である。波長掃引部４０２は、図５（ａ）に示すように、不図示のポリゴンスキャナの回転によりλminからλmaxまで波長掃引された光（以下、波長掃引光４２１）を出力する。また、波長掃引部４０２では、不図示のスイープトリガ検出部が出力光の所定波長（λS）を検出することにより、図５（ｂ）に示すような波長掃引同期パルス４１１を出力する。図４に示されるように、波長掃引同期パルス４１１は干渉光データ保持部４０５とモータ駆動信号生成部４０８に入力される。
【００４０】
波長掃引光４２１は上述した光ファイバカップラ２７２において参照光４２２と計測光４２３に分岐される。計測光４２３は光プローブ部１０１を構成する第３のシングルモードファイバ２７４およびイメージングコア２５０を通って被写体に照射され、その反射光４２４がイメージングコア２５０および第３のシングルモードファイバ２７４を通って光干渉部４０４へ供給される。また、参照光４２２は、上述したミラー２２３にて反射された後、光干渉部４０４へ供給される。光干渉部４０４は、図２で説明した光ファイバカップラ２７２、フォトダイオード２０４、アンプ２０５、復調器２０６を有し、反射光４２４と参照光４２２の干渉光信号を、Ａ／Ｄ変換器２０７へ出力する。Ａ／Ｄ変換器２０７は、干渉光信号をＡ／Ｄ変換して信号処理部２０１へ出力する。
【００４１】
一方、光プローブ部１０１内のイメージングコア（ドライブシャフト）を回転するラジアル走査モータ２４１の回転軸はエンコーダ部２４２と連結されている。エンコーダ部２４２は、ラジアル走査モータ２４１の所定回転角ごと（したがってイメージングコアの所定回転角ごと）にエンコーダパルスを出力する。この様子を図５（ｄ）、（ｅ）に示す。図３で説明したように、本実施形態では１回転あたり５１２本のラインデータ３５０を得るため、所定角度の回転毎（本実施形態では３６０／５１２度毎）にエンコーダ部２４２からパルス信号（以下、エンコーダパルス４１２）が出力される。エンコーダパルス４１２はモータ駆動信号生成部４０８および干渉光データ読出部４０６に入力される。
【００４２】
信号処理部２０１の干渉光データ保持部４０５は、波長掃引同期パルス４１１に基づいて、Ａ／Ｄ変換された干渉光信号から１ライン分の干渉光データを得て保持する。図５（ｃ）に示されるように、干渉光データは、波長掃引同期パルス４１１の受信からの２０４８個の干渉光信号のデジタルデータで構成され、これがラインメモリに保持されることになる。図６により後述するが、干渉光データ保持部４０５は複数のラインメモリを有し、干渉光データを複数ライン格納するとともに新たな干渉光データの書き込みに応じて最も古い干渉光データを破棄するＦＩＦＯメモリ６０１が構成されている。
【００４３】
信号処理部２０１の干渉光データ読出部４０６は、ＦＩＦＯメモリ６０１に保持されている複数ラインの干渉光データから、信号処理回路４０７がラインデータの生成に用いる干渉光データを選択し、出力する。干渉光データ読出部４０６は、干渉光データ保持部４０５による新たな干渉光データの保持の実行やエンコーダパルス４１２の入力に応じて、干渉光データの選択を制御する。信号処理回路４０７は、エンコーダパルス４１２に応じて干渉光データ読出部４０６により選択された干渉光データを用いて図３で説明したようなラインデータ３５０を生成し、断層像を形成する。
【００４４】
また、干渉光データ読出部４０６では、ＦＩＦＯメモリ６０１に格納されている、ラインデータの生成にまだ使用されていない干渉光データ（以下、未使用の干渉光データ）のライン数をモータ駆動信号生成部４０８に出力する。モータ駆動信号生成部４０８では、ＦＩＦＯメモリ６０１に保持されている未使用の干渉光データのライン数に基づいてラジアル走査モータ２４１を制御し、イメージングコアの回転速度を制御する。
【００４５】
図６は、信号処理部２０１の干渉光データ保持部４０５と干渉光データ読出部４０６の詳細な構成及び動作を説明するためのブロック図である。
【００４６】
干渉光データ保持部４０５において、書込コントローラ６１１は、波長掃引同期パルス４１１に同期して、２０４８点のＡ／Ｄ変換後の干渉信号をバッファメモリ６１２にためていく。２０４８点の干渉信号が蓄積されると、バッファメモリ６１２には１ライン分の干渉光データが保持されていることになる。書込コントローラ６１１は、２０４８点の干渉信号を蓄積すると、まずＦＩＦＯメモリ６０１内の複数のラインメモリ６１３に保持されている干渉光データを順次にシフトさせる。その後、書込コントローラ６１１は、バッファメモリ６１２に保持されている１ライン分の干渉光データを＃０のラインメモリ６１３に転送する。こうして、＃７のラインメモリ６１３に保持されていた干渉光データは破棄され、＃０〜＃６のラインメモリ６１３に保持されていた干渉光データはそれぞれ＃１〜＃７のラインメモリ６１３に移動し、＃０のラインメモリに新しい干渉光データが書き込まれる。この際に、書込コントローラ６１１は、ＦＩＦＯメモリ６０１に新たな干渉光データが書き込まれたことを示す書込信号をセレクタ制御部６２１に出力する。
【００４７】
なお、本実施形態では、ＦＩＦＯメモリ６０１は８つのラインメモリ６１３を有する構成を例示するが、ラインメモリの数はこれに限られるものではない。但し、ラインメモリ６１３の数が多すぎると、エンコーダパルス４１２と波長掃引同期パルス４１１との差が大きくなった場合に、画像が回転してしまう可能性がある。エンコーダパルス４１２の発生時にイメージングコア２５０が向いている方向と読み出される干渉光データのラインの位置との差が大きくなるからである。また、ラインメモリの数が少なすぎると、エンコーダパルス４１２と波長掃引同期パルス４１１との差の変動に対する許容範囲が狭くなり、干渉光データの読み飛ばしや重複読みが発生し易くなる。
【００４８】
干渉光データ読出部４０６において、セレクタ制御部６２１はセレクタ６２２による干渉光データの選択を制御する。セレクタ６２２の＃０〜＃７の入力ポート（ＩＮ）のそれぞれには、＃０〜＃７のラインメモリ６１３が接続されている。セレクタ６２２は、セレクタ制御部６２１からの選択指示に応じて、選択された入力ポートの干渉光データを出力ポート（ＯＵＴ）から出力する。セレクタ６２２から出力された干渉光データは、信号処理回路４０７に入力される。信号処理回路４０７は、セレクタ６２２から入力された干渉光データを用いて１ライン分のラインデータ３５０を生成する。
【００４９】
図７は、セレクタ制御部６２１による入力ポート（ラインメモリ）の選択制御を説明する図である。セレクタ制御部６２１は、上述した書込コントローラ６１１からの書込信号とエンコーダ部２４２からのエンコーダパルス４１２とに基づいて、選択すべき入力ポートを示すポインタ７０１を制御することによりセレクタ６２２による選択動作を制御する。たとえば、書込コントローラ６１１により、最初に干渉光データがＦＩＦＯメモリ６０１に書き込まれた場合、＃０のラインメモリ６１３に未使用の干渉光データが保持され、他のラインメモリには干渉光データは存在しない。この状態において、セレクタ制御部６２１は、図７（ａ）に示されるように、ポインタ７０１が＃０の入力ポートを示すように制御する。その結果、セレクタの出力ポートからは、＃０のラインメモリ６１３に保持されている干渉光データが出力されることになる。なお、図７において、「既読データ」と記載されたラインメモリは、ラインデータ生成のための読み出しを終えた干渉光データが保持されている状態、あるいは干渉光データが存在しない状態である。
【００５０】
たとえば、図７（ａ）の状態から、ラインデータ生成のための読み出しが実行されずにさらに３つの干渉光データが蓄積されると、図７（ｂ）のように４つの未使用の干渉光データが蓄積される。上述したようにＦＩＦＯメモリ６０１に新たな干渉光データが保持されるたびに＃０〜＃７のラインメモリ６１３でデータの転送が行われる。そのため、図７（ｂ）では、＃３のラインメモリ６１３に保持されている干渉光データが最も古い未使用の干渉光データ（図７（ａ）で＃０に保持された）データ）である。このように、セレクタ制御部６２１は、書込コントローラ６１１からの書込信号に応じてポインタ７０１を１つ進めることにより、最も古い未使用の干渉光データを格納しているラインメモリを指すようにポインタ７０１を制御する。
【００５１】
他方、エンコーダ部２４２からのエンコーダパルス４１２に応じて信号処理回路４０７が、セレクタ６２２の出力ポートより出力されている干渉光データを処理すると、当該干渉光データは処理済みのデータ、すなわち既読データとなる。したがって、セレクタ制御部６２１は、エンコーダパルス４１２に応じた信号処理回路４０７によるラインデータの生成に応じてポインタ７０１を１つ元に戻す。たとえば、図７（ｂ）の状態でエンコーダパルス４１２に応じて信号処理回路４０７が１ラインのラインデータを生成すると、＃３のラインメモリ６１３に保持されている干渉光データは既読データとなる。したがって、図７（ｃ）に示されるように、ポインタ７０１は＃２の入力ポート（＃２のラインメモリ６１３）を示すように更新される。
【００５２】
以上のようにして、セレクタ制御部６２１によるポインタ７０１の制御により、セレクタ６２２の出力ポートには、ＦＩＦＯメモリ６０１に保持されている未使用の干渉光データのうち、最も古い未使用の干渉光データが出力されることになる。なお、セレクタ制御部６２１は、エンコーダパルス４１２の検出から所定時間が経過してからポインタ７０１を更新する。信号処理回路４０７がセレクタ６２２から現在出力されている干渉光データを読み取るのに必要な時間を確保するためである。あるいは、信号処理回路４０７が、ラインデータの生成を行うべく干渉光データの読み込みを終えた時点でポインタ７０１を更新するための信号をセレクタ制御部６２１に送信し、セレクタ制御部６２１がこの信号にしたがってポインタ７０１を更新するようにしてもよい。
【００５３】
図７（ｃ）の状態になった後、次のエンコーダパルス４１２が入力される前に波長掃引同期パルス４１１が入力されれば、図７（ｂ）の状態に戻る。しかしながら、波長掃引同期パルス４１１の周期がエンコーダパルス４１２の周期よりも長く、波長掃引同期パルス４１１が入力される前にエンコーダパルス４１２が入力されると、図７（ｄ）に示されるようにＦＩＦＯメモリ６０１内の未使用の干渉光データが減少し、ポインタ７０１は＃１の入力ポートを示すようになる。逆に、波長掃引同期パルス４１１の周期がエンコーダパルス４１２の周期よりも短いと、ＦＩＦＯメモリ６０１内の未使用の干渉光データが増加していき、たとえば図７（ｅ）に示されるようにポインタ７０１が移動する。
【００５４】
以上より、ＦＩＦＯメモリ６０１に格納されている未使用の干渉光データの数、すなわちポインタ７０１の位置から、ラジアル走査モータ２４１の回転速度の過不足を判断できることがわかかる。そこで、本実施形態では、モータ駆動信号生成部４０８は、ポインタ７０１の位置に関する情報をセレクタ制御部６２１から取得し、これに基づいてラジアル走査モータ２４１の回転速度を制御する。たとえば、モータ駆動信号生成部４０８は、ＦＩＦＯメモリ６０１に格納されている未使用の干渉光データの数が所定数（本実施形態では４）より小さい場合にラジアル走査モータ２４１回転速度を減速するように駆動信号を生成する。また、ＦＩＦＯメモリ６０１に格納されている未使用の干渉光データの数が所定数（本実施形態では４）より大きい場合には、モータ駆動信号生成部４０８は、ラジアル走査モータ２４１の回転速度を加速するように駆動信号を生成する。
【００５５】
なお、以上のようなＦＩＦＯメモリ６０１内の未使用の干渉光データの数に基づくラジアル走査モータ２４１の回転制御は、エンコーダパルス４１２と波長掃引同期パルス４１１の周期をある程度調整してから行うことが望ましい。そこで、本実施形態では、ラジアル走査モータ２４１や波長掃引部４０２のポリゴンスキャナの回転開始時においては、図８に示すような構成により速度調整を行う。図８において、モータ駆動信号生成部４０８は、アップダウンカウンタ８０１と駆動制御部８０２を有している。アップダウンカウンタ８０１の加算入力には波長掃引部４０２からの波長掃引同期パルス４１１が入力され、減算入力にはエンコーダ部２４２からのエンコーダパルス４１２が入力される。したがって、アップダウンカウンタ８０１の出力値は、波長掃引同期パルス４１１のカウント値とエンコーダパルス４１２のカウント値との差となる。
【００５６】
駆動制御部８０２は、ラジアル走査モータ２４１の停止中はアップダウンカウンタ８０１をリセットしつづけ、ラジアル走査モータ２４１の起動時にリセットを解除してカウントを開始する。アップダウンカウンタ８０１の出力値が増加する場合にはラジアル走査モータ２４１を加速し、アップダウンカウンタ８０１の出力値が減少する場合にはラジアル走査モータ２４１を減速する。なお、ラジアル走査モータ２４１はアップダウンカウンタ８０１のカウント値に比例するように加速、減速が制御される。以上の制御によれば、ラジアル走査モータ２４１の起動時では、ラジアル走査モータ２４１はポリゴンスキャナからの波長掃引同期パルス４１１の増加のペースで加速して行く。その後、両者のパルス数が接近してくるとカウント値の増加のペースが少なくなり、速度が同じになった時点で安定し、アップダウンカウンタ８０１のカウント値が安定する。こうして、アップダウンカウンタ８０１によるカウント値が所定範囲内に収まるようになった場合に、波長掃引同期パルス４１１とエンコーダパルス４１２の周期が一致したものと判断する。
【００５７】
駆動制御部８０２は、波長掃引同期パルス４１１とエンコーダパルス４１２の周期が一致したと判断すると、ラジアル走査モータ２４１の回転速度制御を、アップダウンカウンタ８０１を用いた制御からセレクタ制御部６２１を用いた制御へ切り換える。セレクタ制御部６２１を用いた駆動制御は上述したとおりである。
【００５８】
以上のような構成を有する本実施形態の断層像撮影装置１００の動作について、図９、図１０のフローチャートを参照して更に説明する。
【００５９】
操作パネル１１２を介して断層像の撮影開始が指示されると、図９に示される処理が開始する。まず、ステップＳ９０１において、信号処理部２０１の指示により、波長掃引光源２０３の波長掃引部４０２がポリゴンスキャナの回転を開始する。続いて、ステップＳ９０２において、信号処理部２０１のモータ駆動信号生成部４０８からの指示により、ラジアル走査モータ２４１が回転を開始する。モータ駆動信号生成部４０８は、上述したように、ラジアル走査モータ２４１の回転開始ではアップダウンカウンタ８０１の出力を用いた駆動制御を行う。ステップＳ９０３において、モータ駆動信号生成部４０８は、上述したようにアップダウンカウンタ８０１のカウント値（出力値）を取得し、カウント値の変動が所定範囲に収まるようにラジアル走査モータ２４１の回転を制御する。アップダウンカウンタ８０１のカウント値が安定したならば、処理はステップＳ９０４からステップＳ９０５へ進み、モータ駆動信号生成部４０８は、回転速度制御をアップダウンカウンタ８０１を用いた制御からセレクタ制御部６２１を用いた制御へ切り換える。
【００６０】
ステップＳ９０５において、書込コントローラ６１１は、波長掃引部４０２からの波長掃引同期パルス４１１にしたがって干渉光データを取得し、干渉光データをＦＩＦＯメモリ６０１へ書き込む処理を開始する。書込コントローラ６１１による干渉光データの書込処理は図１０（ａ）のフローチャートにより後述する。セレクタ制御部６２１は、ポインタ７０１の位置に基づいて、ＦＩＦＯメモリ６０１内に蓄積された未使用の干渉光データのライン数が、ＦＩＦＯメモリ６０１が有するラインメモリの総数ｎの半分（ｎ／２）に到達したか否かを判定する。本実施形態では、ｎ＝８なので、４ライン分の未使用の干渉光データが蓄積されたかどうかが判定される。ＦＩＦＯメモリ６０１に未使用の干渉光データが４ライン蓄積されると、処理はステップＳ９０６からステップＳ９０７へ進み、セレクタ制御部６２１および信号処理回路４０７は、エンコーダパルス４１２に同期したラインデータの生成を開始する。すなわち、上述したポインタ７０１を用いたＦＩＦＯメモリ６０１からの干渉光データの読み出しが開始される。
【００６１】
次に、ステップＳ９０８において、モータ駆動信号生成部４０８は、ＦＩＦＯメモリ６０１内の未使用の干渉光データのライン数Ｎを取得する。このライン数Ｎは、上述したように、セレクタ制御部６２１から通知されるポインタ７０１の位置により取得される。そして、モータ駆動信号生成部４０８は、ライン数ＮとＦＩＦＯメモリ６０１が有するラインメモリのライン数ｎの半分とを比較する。上述のように本実施形態ではｎ＝８なので、蓄積されている未使用の干渉光データのライン数Ｎと４（＝ｎ／２）が比較される。
【００６２】
ライン数Ｎ＞４の場合は、波長掃引同期パルス４１１に対してエンコーダパルス４１２の周期が長く、未使用の干渉光データが増加する傾向にあることを意味する。したがって、処理はステップＳ９０９からステップＳ９１０へ進み、モータ駆動信号生成部４０８はラジアル走査モータ２４１の回転を加速する。他方、ライン数Ｎ＜４の場合は、波長掃引同期パルス４１１に対してエンコーダパルス４１２の周期が短く、未使用の干渉光データが減少する傾向にあることを意味する。したがって、処理はステップＳ９１１からステップＳ９１２へ進み、モータ駆動信号生成部４０８はラジアル走査モータ２４１の回転を減速する。Ｎ＝４の場合は、波長掃引同期パルス４１１とエンコーダパルス４１２の周期の関係が適切であると判定し、ラジアル走査モータ２４１の回転速度は現状を維持する。なお、加減速の度合いは、未使用の干渉光データのライン数Ｎとｎ／２との差の大きさに応じて設定されてもよいし、差の大きさに関わらず一定としてもよい。
【００６３】
図１０（ａ）は、書込コントローラ６１１によるＦＩＦＯメモリ６０１への干渉光データの書き込みの制御を説明するフローチャートである。書込コントローラ６１１は、ステップＳ１００１において波長掃引同期パルス４１１の発生を待機し、波長掃引同期パルス４１１を検出すると、ステップＳ１００２においてバッファメモリ６１２を用いて干渉光信号の蓄積を開始する。その後、書込コントローラ６１１は、１ライン分の干渉光信号（２０４８個の干渉光信号）が蓄積されると、処理をステップＳ１００３からステップＳ１００４へ進める。ステップＳ１００４において、書込コントローラ６１１は、ＦＩＦＯメモリ６０１の＃０〜＃６のラインメモリ６１３に格納されているそれぞれの干渉光データを＃１〜＃７のラインメモリ６１３に移動する。そして、ステップＳ１００５において、書込コントローラ６１１は、ＦＩＦＯメモリ６０１へ新しい１ラインの干渉光データを書き込む。すなわち、書込コントローラ６１１は、バッファメモリ６１２に保持されている干渉光データを＃０のラインメモリ６１３に書き込む。
【００６４】
ステップＳ１００６において、書込コントローラ６１１は、図７により上述したように、セレクタ制御部６２１のポインタ７０１の位置を一つ進めるべく、書込信号をセレクタ制御部６２１へ出力する。セレクタ制御部６２１は、この書込信号に応じてポインタ７０１を一つ進める。これにより、ポインタ７０１は、それまで指し示していた未使用の干渉光データを引き続き指し示すように制御される。そして、処理はステップＳ１００１へ戻り、上述の処理が繰り返される。
【００６５】
図１０（ｂ）は、セレクタ制御部６２１、信号処理回路４０７による干渉光データの読み出し動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１０２１において、セレクタ制御部６２１と信号処理回路４０７は、エンコーダパルス４１２の発生を待機する。信号処理回路４０７は、エンコーダパルス４１２を検出すると、ステップＳ１０２２においてセレクタ制御部６２１が出力している干渉光データを読み込み、ラインデータを生成する。すなわち、セレクタ制御部６２１と信号処理回路４０７により、イメージングコア（ドライブシャフト）の所定角度の回転毎にＦＩＦＯメモリ６０１に格納されている最も古い未使用の干渉光データを用いてラインデータが生成され、そのラインデータの生成に用いられた干渉光データは使用済みとなる。また、ステップＳ１０２３において、セレクタ制御部６２１は、信号処理回路４０７が干渉光データの読み込みを実行する時間を見込んだ遅延を行った後、図７で説明したようにポインタ７０１の位置を一つ戻す。そして、処理はステップＳ１０２１へ戻り、上述の処理が繰り返される。
【００６６】
以上のように、本実施形態によれば、ＦＩＦＯメモリ６０１内の未使用の干渉光データのライン数によりラジアル走査モータ２４１の回転速度を微調整しながら、干渉光データの書き込みと読み出し（ラインデータの生成）を行うことができる。そのため、干渉光データの書き込み周期と読み出し周期が適切に維持され、より高速な回転速度でイメージングコアを回転させても、重複読み等に起因した解像度の劣化が発生しにくくなる。
【００６７】
なお、上記実施形態では、ラジアル走査モータ２４１の回転速度を制御する構成を説明したが、波長掃引部４０２の掃引周期（すなわち、ポリゴンスキャナの回転速度）を制御するようにしてもよい。その場合、たとえばステップＳ９１０ではポリゴンスキャナの回転速度が減速され（掃引周期を長くし）、ステップＳ９１２ではポリゴンスキャナの回転速度を加速する（掃引周期を短くする）。すなわち、ラジアル走査モータ２４１の回転速度が波長掃引周期に対して相対的に加速、減速するように制御されればよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、未使用の干渉光データのライン数がＦＩＦＯメモリが備えるラインメモリのライン数の半数を超えるか下回るかに応じてラジアル走査モータ２４１の回転速度を加減速したが、半数であることは必須ではない。すなわち、未使用の干渉光データのライン数が所定数を超えたか下回るかに応じて回転速度の制御が行われればよい。したがって、ステップＳ９０６では、ラジアル走査モータ２４１の加減速を切り替えるのに用いられる所定数まで未使用の干渉光データが蓄積されるのを待つことになる。また、ＦＩＦＯメモリ６０１に所定数の未使用の干渉光データが蓄積されるようにラジアル走査モータ２４１の回転速度が制御されるので、所定数の未使用の干渉光データが蓄積されるのを待たずに干渉光データの読み出し（ラインデータの生成）を開始してもよい。さらに、所定数より少ないライン数、または所定数より多いライン数の未使用の干渉光データの蓄積を待って干渉光データの読み出し（ラインデータの生成）を開始してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１００：断層像撮影装置  １０１：光プローブ部  １０２：プルバック部  ２０１：信号処理部  ２０３：波長掃引光源  ２４０：回転駆動装置  ２４１：ラジアル走査モータ  ２４２：エンコーダ部  ４０１：光源  ４０２：波長掃引部  ４０５：干渉光データ保持部  ４０６：干渉光データ読出部  ４０７：信号処理回路  ４０８：モータ駆動信号生成部
【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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