(57)【要約】【課題】光断層画像化装置において、計測に用いる光の波長スペクトルを変更可能にする。【解決手段】光を射出する光源部１０を備えた光断層画像化装置において、光源部１０から射出される光の波長スペクトルを変更する波長変更手段１２を設ける。光源部１０が、中心波長の異なる光を射出する複数の光源１１と、複数の光源１１の光を合波可能とする光学系からなる合波手段とを有するときには、波長変更手段１２は複数の光源１１のうち少なくとも１つの光源を選択する選択手段１１７を含むよう構成してもよい。または、波長変更手段１２は、任意の波長の光を選択的に透過する波長選択素子２１３を含むよう構成してもよい。【選択図】図１
2007212376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源部と、
前記光源部から射出された光の少なくとも一部を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する断層画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、
前記光源部から射出される光の波長スペクトルを変更する波長変更手段が設けられたことを特徴とする光断層画像化装置。
【請求項２】
前記光源部が、中心波長の異なる光を射出する複数の光源と、前記複数の光源の光を合波可能とする光学系からなる合波手段とを有し、
前記波長変更手段が、前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源を選択する選択手段を有することを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
【請求項３】
前記複数の光源のうち中心波長の隣接する光源同士の波長スペクトルが、強度４０％以下で重なりを有するものであることを特徴とする請求項２記載の光断層画像化装置。
【請求項４】
前記波長変更手段が、任意の波長の光を選択的に透過する波長選択素子を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
【請求項５】
前記測定光と前記反射光の強度の比に基づき、前記波長変更手段により変更される波長スペクトルを制御する制御手段がさらに設けられたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置に関するものであり、より詳しくは計測に用いる光の波長スペクトルを可変にした光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織の断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて断層画像を取得する。
【０００３】
上記のような光断層画像取得装置では、参照光の光路長を変更することにより、測定対象における深さ方向の計測位置を変更して断層画像を取得するＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ＯＣＴ）計測を利用した装置がある。
【０００４】
他方、上述した参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する装置として、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｄｏｍａｉｎ  ＯＣＴ）計測による光断層画像化装置（ＳＤ−ＯＣＴ装置）が提案されている。この装置は、広帯域の低コヒーレント光をマイケルソン型干渉計を用いて測定光と参照光とに分割した後、測定対象に測定光を照射させ、そのときの反射光と参照光との干渉光を各周波数成分に分解し、分解した光を光センサがアレイ状に配列された検出器により周波数ごとに検出し、そのチャンネルドスペクトルをフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに断層画像を取得するようにしている。（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
光断層画像化装置は、内視鏡への応用を目指してさらなる研究開発が進められている。計測に用いる光の波長としては、生体での吸収特性に重点をおき、吸収損失の少ない０．８μｍ帯が主に使用されてきた。しかし近年、光断層画像化装置では生体内部の後方散乱反射光を検出しているため、散乱特性が計測深度を律束することが明らかにされた。生体組織での主な散乱はレーリー散乱であり、レーリー散乱の散乱係数は波長の４乗に逆比例するため、より短波長の光の方がよく散乱され散乱損失が大きい。ＯＣＴ計測で信号を取得する際の光の全損失は吸収損失と散乱損失の和である。以上のことから、全損失が最小となる１．３μｍ帯の波長の光を用いて研究が進められている。
【０００６】
また、光断層画像取得装置では分解能の向上が重要な課題の１つである。測定対象の深さ方向の空間分解能はコヒーレンス長の半分、深さ方向に垂直な方向の空間分解能は照射ビーム径で与えられる。波長スペクトルの形状がガウス分布形状の場合は、深さ方向の空間分解能ΔＺは下式で与えられる。
【０００７】
ΔＺ＝Ｌｃ／２＝（２ｌｎ２・λ０２）／（π・Δλ）・・・（１）
ここで、Ｌｃはコヒーレンス長、λ０は中心波長、Δλはスペクトル幅（半値全幅）である。
【０００８】
式（１）からわかるように、スペクトル幅が広いほどコヒーレンス長は短くなり、深さ方向の空間分解能は高くなる。そこで、深さ方向の空間分解能を向上させるために波長の異なる複数の光源を合成して波長帯域の広い光を得ることが検討されている（例えば非特許文献１参照）。また、波長の異なる複数の低コヒーレンス光源の光を同時に測定対象に照射し、反射光と参照光を波長選択性をもつフィルタで分離して、分離した光ごとに個別に干渉信号を得る光断層画像装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。光源としては価格、操作性、メンテナンス性を考慮して、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）やＬＥＤ（発光ダイオード）が用いられることが多い。
【特許文献１】特開平１１−３２５８４９号公報
【特許文献２】特開平６−１６５７８４号公報
【非特許文献１】J. M. Schmitt et al, Optics Communications 142 (1997) p203-207
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＳＤ−ＯＣＴ装置において、深さ方向の空間分解能を向上させると、画像深度に影響が及ぶことがわかってきた。画像深度とは、一括で測定可能な光軸方向における範囲であり、下式のΔＬｚで表される。  
ΔＬｚ＝（ｌｎ２・λ０２・Ｎ）／（２π・Δλ）・・・（２）
ここで、Ｎは検出器においてスペクトル幅Δλに対応する光センサ数である。（２）式からわかるように、空間分解能を向上させるためにスペクトル幅Δλを広くすると画像深度ΔＬｚは浅くなる。画像深度が浅いと、データの収集に時間がかかる上、計測位置を判別しにくくなる。
【００１０】
また、上記（１）、（２）式から深さ方向の空間分解能ΔＺと画像深度ΔＬｚは下記の関係式で表される。  
ΔＺ＝４ΔＬｚ／Ｎ・・・（３）
（３）式より、光センサ数Ｎが一定のときには、空間分解能を高くすると、画像深度が浅くなることがわかる。実際にはＮの上限値は決まっているため、空間分解能と画像深度のいずれを優先するか、場合に応じて計測に用いる光のスペクトル幅を変更することが望まれる。
【００１１】
さらに、内視鏡用の光断層画像装置では、上述したように波長が１．３μｍ帯の光について研究が進められているが、測定対象によっては必ずしもこの波長帯の光が最適というわけではない。特に、生体組織における計測では、測定部位や個体により吸収特性や散乱特性の差が大きい。測定対象ごとに最適な波長は異なるため、測定対象に応じて計測に用いる光の波長を変更することが望まれる。
【００１２】
特許文献２に記載の装置では、波長の異なる複数の光源からの光を測定対象に照射し、それぞれの画像情報から断層像を構築しているが、計測に用いる光の波長を変更するものではなく、既定の複数の光源の光を同時に照射するため、最適な波長以外の光までも測定対象に当てているという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、計測に用いる光の波長スペクトルを変更可能な光断層画像化装置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】
【００１４】
本発明の光断層画像化装置は、光を射出する光源部と、前記光源部から射出された光の少なくとも一部を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する断層画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、前記光源部から射出される光の波長スペクトルを変更する波長変更手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００１５】
なおここで、「波長スペクトル」とは、波長に対する光の強度の分布を意味し、例えば横軸を波長、縦軸を強度としたときの曲線で表すことができる。また、「波長変更手段」とは、上記「波長に対する光の強度の分布」を変更するものであり、例えば、波長帯域、波長帯域の幅（スペクトル幅）、中心波長、ピーク波長、所定の波長における強度の少なくとも１つを変更するものである。
【００１６】
前記光源部が、中心波長の異なる光を射出する複数の光源と、前記複数の光源の光を合波可能とする光学系からなる合波手段とを有し、前記波長変更手段が、前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源を選択する選択手段を有するよう構成してもよい。この場合は、選択手段により選択された光源の光が光源部から射出される。
【００１７】
その際に、前記複数の光源のうち中心波長の隣接する光源同士の波長スペクトルが、強度４０％以下で重なりを有するものであることが好ましい。
【００１８】
また、前記波長変更手段が、任意の波長の光を選択的に透過する波長選択素子を有するよう構成してもよい。なお、「波長選択素子」とは、入射した光の中から、任意の中心波長の光を所定のスペクトル幅で取り出すことが可能な素子であり、具体的には例えばエタロン等を用いて構成できる。
【００１９】
さらに、上記光断層画像化装置において、前記測定光と前記反射光の強度の比に基づき、前記波長変更手段により変更される波長スペクトルを制御する制御手段を設けるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光断層画像化装置は、光源部から射出される光の波長スペクトルを変更する波長変更手段を設けているため、計測に用いる光の波長スペクトルを変更することができる。例えば、スペクトル幅が広くなるように変更すれば、深さ方向の空間分解能を高くすることができ、スペクトル幅が狭くなるように変更すれば、画像深度を深くすることができる。したがって、高分解能で浅い画像深度の計測、あるいは低分解能で深い画像深度の計測を選択でき、場合に応じた計測が可能になる。また、測定部位の違いや個体差のために測定対象によって最適な波長が異なる場合でも、本発明の光断層画像化装置によれば、波長を変更することにより、測定対象に応じた波長の光を用いて計測できる。
【００２１】
ここで、前記光源部が、中心波長の異なる光を射出する複数の光源と、前記複数の光源の光を合波可能とする光学系からなる合波手段とを有し、前記波長変更手段が、前記複数の光源のうち少なくとも１つの光源を選択する選択手段を有するときには、例えば光源を点灯させる制御回路や遮光用のシャッター等を選択手段として用いることができ、装置構成を簡単にできる。
【００２２】
その際に、前記複数の光源のうち中心波長の隣接する光源同士の波長スペクトルが、強度４０％以下で重なりを有するときには、これら中心波長の隣接する光源の光を合波することによりスペクトル幅の広い光を得ることができ、高分解能の計測が可能になる。
【００２３】
また、前記波長変更手段が、任意の波長の光を選択的に透過する波長選択素子を有するときには、光源部より射出可能な光の中から任意の波長の光を選択して計測に用いることができるため、より精密に測定対象に応じた好適な波長の光で計測できる。
【００２４】
さらに、前記測定光と前記反射光の強度の比に基づき、前記波長変更手段により変更される波長スペクトルを制御する制御手段が設けられたときには、測定光に対する反射光の比が最も大きい波長スペクトルとなるように制御して、光の損失が少ない波長スペクトルの光で計測できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置の概略構成を示す図である。光断層画像化装置１は、例えば体腔内の生体組織や細胞等を測定対象とし、その測定対象の断層画像をＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものである。光断層画像化装置１は、光Ｌを射出する光源部１０と、光源部１０から射出された光Ｌを所定の割合で測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段２０と、測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ３０と、プローブ３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０と、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象Ｓの断層画像を取得する断層画像取得手段５０とを有している。
【００２６】
光源部１０は、中心波長の異なる光を射出する複数の光源１１と、該複数の光源の光を合波可能とする光学系からなる合波手段と、合波された光を光ファイバＦＢ１内に入射するための光学系と、光源部１０から射出される光の波長スペクトルを変更する波長変更手段１２と、を有している。なお、図１では光源１１と波長変更手段１２のみ図示し、光源部１０のその他の構成要素の図示は省略している。
【００２７】
図２に光源部１０の一例の構成を示す。図２に示す光源部１０は、３つの光源１１１、１１２、１１３と、２つの合波手段１１４、１１５と、各光源からの射出光を光ファイバＦＢ１内に入射するための光学系１１６と、波長変更手段１２を構成する選択手段１１７とを有する。
【００２８】
図２に示す光源部１０では、光源１１１の射出方向に対して光源１１２、１１３の射出方向が直角に交わるように配置され、それぞれの射出光の交点には各射出光と４５度の角度をなすように合波手段１１４、１１５が配置されている。光源１１１、１１２、１１３が全て点灯しているときには、光源１１１および光源１１２の射出光は合波手段１１４により合波され、合波手段１１４による合波光および光源１１３の射出光は合波手段１１５により合波されて、最終的に得られた合波光は同一光軸上を進行し、光学系１１６により集光されて光源部１０から射出され、光ファイバＦＢ１に入射する。
【００２９】
３つの光源１１１、１１２、１１３は波長帯域が広い低コヒーレントな光源であり、具体的には中心波長がそれぞれ０．９８μｍ、１．０４μｍ、１．１１μｍであり、波長スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）が全て１００ｎｍであるＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）である。光源部１０から広帯域の光を射出可能にするためには、このように、中心波長の隣接する光源同士の波長スペクトルは、強度の４０％以下で重なりを有していることが望ましい。
【００３０】
合波手段１１４、１１５としてはダイクロイックミラーやハーフミラー等を用いることができる。合波手段１１４、１１５にダイクロイックミラーを採用する場合は、合波手段１１４は光源１１１の光を高効率に透過させるとともに光源１１２の光を高効率に反射する波長特性を有し、合波手段１１５は光源１１１および光源１１２の光を高効率に透過させるとともに光源１１３の光を高効率に反射する波長特性を有するものとする。合波手段１１４、１１５は、複数の光源が選択された場合に、それらを合波し、光Ｌとして射出させるものである。
【００３１】
選択手段１１７は光源１１１、１１２、１１３の点灯および消灯を独立に制御するものであり、計測時には、光源部１０が有する複数の光源のうち少なくとも１つの光源を選択して点灯させる。点灯させる光源を変更することにより、光源部１０から射出される光の波長スペクトルを変更できる。
【００３２】
図３は選択手段１１７により変更された波長スペクトルを例示する図である。全ての光源１１１、１１２、１１３を点灯させた場合は、光源部１０から射出される光Ｌの波長スペクトルは、図３（Ａ）の実線で示すように、３つの光源１１１、１１２、１１３の光が合波されてスペクトル幅が広いものとなる。なお、図３（Ａ）の点線は３つの光源１１１、１１２、１１３のそれぞれの波長スペクトルを示す。また、中心波長が０．９８μｍの光源１１１のみを点灯させた場合は、光源部１０から射出される光Ｌの波長スペクトルは、図３（Ｂ）に示すようにスペクトル幅が狭いものとなる。
【００３３】
光分割手段３は、たとえば２×２の光カプラから構成されており、光源部１０から光ファイバＦＢ１を介して導波された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３により導波される。なお、本実施形態における光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。
【００３４】
光ファイバＦＢ２にはプローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２からプローブ３０へ導波される。プローブ３０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタＯＣにより光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。
【００３５】
一方、光ファイバＦＢ３における参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。光路長調整手段２０は、測定対象Ｓに対する測定開始位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変えるものであって、コリメータレンズ２１および反射ミラー２２を有している。そして、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２はコリメータレンズ２１を透過した後、反射ミラー２２により反射され、再びコリメータレンズ２１を介して光ファイバＦＢ３に入射される。
【００３６】
ここで、反射ミラー２２は可動ステージ２３上に配置されており、可動ステージ２３はミラー移動手段２４により矢印Ａ方向に移動可能に設けられている。そして可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するように構成されている。
【００３７】
合波手段４は、たとえば２×２の光カプラからなり、光路長調整手段２０により光路長の変更が施された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するように構成されている。
【００３８】
干渉光検出手段４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から射出した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ４１と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域に分光する分光手段４２と、分光手段４２により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を光検出手段４４上に集光させる光学系４３と、光学系４３により集光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出する光検出手段４４とを有している。
【００３９】
分光手段４２は例えば回折光学素子等から構成されており、そこに入射した干渉光Ｌ４を分光して、光検出手段４４に向けて射出する。また光検出手段４４は、アレイ型検出器であり、例えば１次元もしくは２次元に光センサがアレイ状に配列されてなるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やフォトダイオード等の素子から構成される。アレイ状に配列された各光センサが、分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出する。
【００４０】
光検出手段４４は例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる断層画像取得手段５０に接続され、断層画像取得手段５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置６０に接続されている。断層画像取得手段５０は干渉光検出手段４０において検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより、各深さ位置における反射情報を取得する。そして、断層画像取得手段５０は、各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を用いて測定対象Ｓの断層画像を取得し、この断層画像が表示装置６０において表示される。
【００４１】
ここで、干渉光検出手段４０および断層画像取得手段５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田  光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。
【００４２】
測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫０∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ  ・・・（４）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（４）は波数ｋを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、断層画像取得手段５０において、干渉光検出手段４０が検出した干渉光をフーリエ変換にかけて周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射情報を取得し、断層画像を生成することができる。
【００４３】
次に、上記構成を有する光断層画像化装置１の動作例について説明する。まず、可動ステージ２３を矢印Ａ方向に移動させて、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整を行う。その後、所望の分解能と画像深度、測定対象を考慮して、選択手段１１７により点灯させる光源を選択して光源部１０から光Ｌを射出させる。例えば、浅い画像深度であっても高分解能が必要なときには全ての光源を点灯させて図３（Ａ）に示すような波長スペクトルの光を用いる。また、低分解能であっても深い画像深度が必要なときには中心波長が０．９８μｍの光源１１１のみを点灯させて図３（Ｂ）に示すような波長スペクトルの光を用いる。
【００４４】
光源部１０から射出した光Ｌは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波手段４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段４０により検出される。この検出された干渉光Ｌ４の信号が断層画像取得手段５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。このように、ＳＤ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得する光断層画像化装置１においては、干渉光Ｌ４の周波数および光強度に基づいて各深さ位置における画像情報を取得するようになっており、反射ミラー２２の矢印Ａ方向の移動は測定対象の深さ方向について断層画像信号を得る位置の調整に用いられる。
【００４５】
そして、例えばプローブ３０を回転させることにより、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を１次元方向に走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。なお、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
【００４６】
上述したように、ＳＤ−ＯＣＴ計測では、光源部１０から広帯域の低コヒーレンス光を射出して測定対象に測定光Ｌ１が照射されたときの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに断層画像を取得する。深さ方向の空間分解能は、光源部１０から射出される光のコヒーレンス長により決まり、コヒーレンス長が短いほど、すなわち照射される光の波長スペクトル幅が広いほど断層画像の空間分解能が高くなる。この点から複数の光源の光を合波可能な光源部１０は、空間分解能の向上に有効である。例えば低コヒーレンス光源の代表であるＳＬＤの波長スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）は２０〜６０ｎｍであるが、複数の光源の光を合波すれば２００ｎｍ程度の広帯域の低コヒーレンス光を得ることができ、空間分解能の向上が期待できる。
【００４７】
しかしながら、前述した（３）式からわかるように、光検出手段４４のアレイ状に配置された光センサ数Ｎが一定のときには、スペクトル幅を広くして空間分解能を高くすると、画像深度が低下するため、必ずしも高い空間分解能での計測が望ましいとは限らない。また、測定対象によって最適な計測波長は異なる。そのため本実施形態では、中心波長の異なる複数の光源を備え、点灯させる光源を選択することにより、光源部１０から射出される光の波長スペクトルを変化させ、場合や測定対象に応じた波長スペクトルで計測するようにしている。これにより、高分解能で浅い画像深度の計測、あるいは低分解能で深い画像深度の計測の選択が可能になる。また、測定部位の違いや個体差のために測定対象によって最適な波長が異なる場合でも、測定対象に応じた好適な波長の光による計測が可能になる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、選択手段として点灯および消灯を制御するものを採用しているが、これに限定されない。例えば、光源１１１、１１２、１１３と合波手段１１４、１１５との間の光路にシャッター等の物理的な遮光物を配置し、それらの開閉を独立に制御する選択手段を採用することも可能である。
【００４９】
ところで、上述したように、生体組織における分散は測定部位の違い、測定対象の個体差によって異なる。例えば、水分を多く含む物質に覆われている生体組織においては、水による吸収の影響が大きいため、光の全損失が最小となる波長帯域が１．３μｍ帯ではない場合がある。図４は水分を多く含む物質に覆われた生体組織における光の損失を説明する模式図である。図中の点線は、散乱損失を示すものであり、破線は吸収損失を示すものであり、実線は全損失を示すものである。図４から、水分を多く含む物質に覆われた生体組織では、光の全損失が少ない波長帯域は１．０μｍを中心とする波長帯域となる。一方、水分を多く含む物質に覆われていない組織では、水による吸収の影響がほとんどなく、散乱損失が主な損失となることから、光の全損失が少ない波長帯域は１．０μｍよりも長波長の波長帯域となる。
【００５０】
こうした背景から、測定対象に応じて計測に用いる光の波長スペクトルをより精密に変更可能とすることが望まれている。そこで、以下に述べる第２の実施形態による光断層画像化装置では、光源部から射出可能な光の波長スペクトルのうち、任意の波長の光を選択可能な構成としている。そして、予備計測で最適な波長スペクトルを求めた後、本計測でこの波長スペクトルを用いて断層画像を取得するようにしている。
【００５１】
以下、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置について、図５および図６を参照しながら説明する。図５は本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置の概略構成を示す図である。なお、図５の光断層画像化装置２００において図１の光断層画像化装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。図５の光断層画像化装置２００は、図１の光断層画像化装置１と比べると、波長変更手段１２を有する光源部１０を波長変更手段２１２を有する光源部２１０で置換した点、および波長変更手段２１２を制御する制御手段２１４をさらに設けた点、が基本的に異なる。以下、これら相違点について重点的に説明する。
【００５２】
本実施形態による光源部２１０の一例の構成を図６に示す。光源部２１０は、図２の光源部１０の合波手段１１５と光学系１１６の間の光路に波長選択素子２１３をさらに配置した構成を有する。本実施形態では、波長選択素子２１３および選択手段１１７が波長変更手段２１２を構成し、これらは制御手段２１４により制御される。
【００５３】
波長選択素子２１３は任意の波長の光を選択的に透過する素子である。例えば設計自由度の大きい誘電体多層膜からなる光フィルタ等により構成できる。具体的には例えば、中心波長や透過スペクトルが異なる複数種類のバンドパスフィルタを用意しておき、制御手段２１４によりこのバンドパスフィルタを切り替えることで波長選択素子２１３を透過する光の波長を任意に選択することができる。また光フィルタは特定の波長のみが透過するが、その透過する光の波長は誘電体多層膜への入射角度によって変わるため、制御手段２１４により光フィルタに対する光の入射角度を変化させることで、透過スペクトルの波長をさらにシフトさせることができる。
【００５４】
また、波長選択素子２１３は、例えば波長可変フィルタ等により構成できる。波長選択素子２１３の具体例としては、例えば高反射フィルタが対向配置されたエタロンを有し、この高反射フィルタ間に電圧に比例して伸縮する圧電素子を配置したものを用いることができる。制御手段２１４により圧電素子に印加する電圧値を変化させることにより、フィルタ間の間隔を変化でき、エタロンを透過する光の波長を任意に選択することができる。
【００５５】
また、波長選択素子２１３の別の具体例としては、例えばエタロンのキャビティ内に液晶を充填したものを用いることができる。制御手段２１４によりこの液晶の両端に印加する電圧値を変化させることにより、液晶の実質的屈折率を変化でき、エタロンを透過する光の波長を任意に選択することができる。
【００５６】
図６は波長選択素子２１３により変更された波長スペクトルを説明する図である。波長選択素子２１３を用いない場合は、光源部２１０から射出される光Ｌの波長スペクトルは、図６（Ａ）の実線で示すものとなる。なお、図６（Ａ）の点線は３つの光源１１１、１１２、１１３のそれぞれの波長スペクトルを示す。波長選択素子２１３を用いることにより、任意の中心波長の光を所定のスペクトル幅で取り出すことが可能になり、光源部２１０から射出される光Ｌの波長スペクトルは、一例として図６（Ｂ）に示すものとなる。光Ｌの中心波長の変更は、制御手段２１４により行われる。
【００５７】
本実施形態では、光源部２１０から光分割手段３までの間に光カプラ５が設けられている。光源部２１０を射出した光Ｌは光ファイバＦＢ２１を介して導波され、光カプラ５により所定の割合で光Ｌ０と光Ｌ５とに分岐される。光カプラ５は２本の光ファイバＦＢ２２、ＦＢ２３にそれぞれ光学的に接続されており、光Ｌ０は光ファイバＦＢ２２により導波され、光Ｌ５は光ファイバＦＢ２３により導波される。光ファイバＦＢ２２は光分割手段３に接続されており、光分割手段３は光Ｌ０を所定の割合で測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。以降の測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に関する動作は第１の実施形態と同様である。
【００５８】
一方、光ファイバＦＢ２３には光Ｌ５の強度を検出する検出器２１５が接続され、検出器２１５の出力は制御手段２１４に出力される。制御手段２１４には断層画像取得手段５０で得られた反射光Ｌ３の強度も出力される。光カプラ５および光分割手段３は所定の割合で光を分岐するものであるから、光Ｌ５と光Ｌ０、光Ｌ０と測定光Ｌ１は所定の強度比になり、これにより、光Ｌ５と測定光Ｌ１もまた所定の強度比になる。したがって、制御手段２１４において光Ｌ５と反射光Ｌ３の強度の比を求めることにより、測定光Ｌ１と反射光Ｌ３の強度の比が得られる。
【００５９】
制御手段２１４は、波長変更手段２１２を制御する機能、および検出器２１５の出力と断層画像取得手段５０の反射光Ｌ３に関する出力から測定光Ｌ１と反射光Ｌ３の強度の比を求める機能を有する。また、制御手段２１４は、予備計測において波長ごとに計測結果の比較を行い、測定光の強度に対する反射光の強度の比が最大となる波長スペクトルを最適波長スペクトルとして設定する機能を有する。
【００６０】
以下、光断層画像化装置２００の動作例について説明する。なお、断層画像を取得する基本的な動作については第１の実施形態の光断層画像化装置１の動作と同様であるので説明を省略し、主に本実施形態に特徴的な動作について説明する。測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整を行った後、まず予備計測として、全ての光源１１１、１１２、１１３を点灯させ、制御手段２１４により波長選択素子２１３を制御して所定の波長スペクトルで測定対象Ｓを計測する。そして、制御手段２１４により波長選択素子２１３を制御して光源部２１０から射出する光の波長スペクトルを変更させて、測定対象Ｓの同一領域を計測する。変更する波長スペクトルは、オペレータがその都度指示を出すようにしてもよいし、自動的に所定間隔で波長が変更するようにしておいてもよい。なお、計測時間の短縮のため、予備計測で計測する領域は測定対象Ｓ全体ではなく、そのうちの小領域とすることが望ましい。このような波長スペクトルの変更と計測は所定の回数繰り返し行われる。
【００６１】
波長スペクトルを変更するたびに、検出器２１５から光Ｌ５の強度が制御手段２１４に出力され、断層画像取得手段５０から反射光Ｌ３の強度が制御手段２１４に出力される。制御手段２１４では、変更した波長スペクトルごとに、測定光Ｌ１の強度に対する反射光Ｌ３の強度の比を算出し、この強度の比が最大となる波長スペクトルを最適波長スペクトルとして設定する。例えば、この場合の最適波長スペクトルは、水分を多く含む物質に覆われていない測定対象では後方散乱光量が最も多い波長スペクトルとなるが、水分を多く含む物質に覆われている測定対象では散乱損失と吸収損失の和である全損失が最も少ない波長スペクトルとなると考えられる。
【００６２】
その後の本計測では、制御手段２１４が波長変更手段２１２を制御して、設定された最適波長スペクトルの光を光源部２１０から射出させて、測定対象Ｓの計測部位全体を計測し、断層画像を取得する。なお、上記計測はソフトウェアによる自動計測とすることが望ましい。
【００６３】
以上より、本実施形態の光断層画像化装置２００によれば、任意の波長の光を選択的に透過する波長選択素子２１３を用いているため、第１の実施形態の点灯させる光源を選択する方法に比べて、より精密に波長を選択でき、測定対象ごとの最適波長の違いに対応可能である。また、本実施形態では、上記のように測定光と反射光の強度の比に基づき波長スペクトルを変更するようにしているため、測定対象での光の損失が最も少ない波長スペクトルで計測できる。
【００６４】
なお、上記では、測定光Ｌ１と反射光Ｌ３の強度の比が最大になる波長スペクトルを最適波長スペクトルとして設定したが、別の方法により最適波長スペクトルを設定してもよい。例えば、予備計測で得た断層画像信号から画像深度、分解能、コントラスト等を数値化して表示するように構成しておき、これらが最大値あるいは最小値をとる波長スペクトルを最適波長スペクトルとして設定するようにしてもよい。最適波長スペクトルを設定する方法を複数用意しておき、そのなかからオペレータが所望の方法を選ぶようにしてもよい。
【００６５】
なお本実施形態において、広帯域の波長スペクトルを必要としない場合は、全ての光源を点灯させなくてもよい。その場合、光源部２１０の代わりに、光源を１つだけ有し、波長変更手段として波長選択素子２１３のみを用いた光源部を採用してもよい。また、波長スペクトルを精密に変更する必要がないときや予備計測を簡略化したいときには、光源部２１０の代わりに第１の実施形態の光源部１０を採用し、波長変更手段として選択手段１１７のみを用いてもよい。また、本実施形態において、上記の波長選択素子２１３の具体例として主にエタロンを用いた構成を示したが、これに限定するものではない。
【００６６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいた変形が可能である。例えば上記実施例では低コヒーレンス光源としてＳＬＤのみを記載しているが、ＬＥＤやハロゲンランプ、１つの光源から波長の異なる複数の光を同時に射出可能なスーパーコンティウム光源を用いてもよい。また、上記の実施形態では３つの光源の光を合波可能に構成した場合について説明したが、これに限定するものではなく、光源部が有する光源の数は任意に設定可能である。また、上記実施形態ではＳＤ−ＯＣＴ計測について説明したが、上記の光源部１０、２１０、制御手段２１４をＴＤ−ＯＣＴ計測用の光断層画像化装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態による光源部の概略構成図
【図３】（Ａ）、（Ｂ）とも図２の光源部から射出可能な波長スペクトルを表す図
【図４】水分を多く含む物質に覆われた生体組織における光の損失の説明図
【図５】本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図
【図６】本発明の第２の実施形態による光源部の概略構成図
【図７】（Ａ）は波長選択素子を用いない場合の波長スペクトルを表す図、（Ｂ）は波長選択素子を用いた場合の波長スペクトルを表す図
【符号の説明】
【００６８】
１、２００    光断層画像化装置
３     光分割手段
４     合波手段
５     光カプラ
１０、２１０  光源部
１２、２１２  波長変更手段
２０   光路長調整手段
２１   コリメータレンズ
２２   反射ミラー
２３   可動ステージ
２４   ミラー移動手段
３０   プローブ
４０、２４０  干渉光検出手段
４０ａ、４０ｂ        検出器
４１   コリメータレンズ
４２   分光手段
４４   光検出手段
５０   断層画像取得手段
６０   表示装置
１１１、１１２、１１３    光源
１１４、１１５    合波手段
１１６    光学系
１１７    選択手段
２１３    波長選択素子
２１４    制御手段
Ｌ、Ｌ０、Ｌ５        光
Ｌ１   測定光
Ｌ２   参照光
Ｌ３   反射光
Ｌ４   干渉光
ＯＣ   光学コネクタ
Ｓ     測定対象
【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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