(57)【要約】【課題】局所的な圧力変化、曲げによる応力変化および温度変動による測定精度の劣化を低減する。【解決手段】筒状のプローブ外筒11の内部空間に、外筒11の長手方向に延びる状態にして光ファイバ13および照射手段を配置する。そして、プローブ外筒11と光ファイバ13および照射手段との間の空間が仕切り部材19により光路領域R1と非光路領域R2とに仕切られ、この非光路領域R2に液体層12が形成される。【選択図】図１
2007275193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のプローブ外筒と、
該プローブ外筒の内部空間に該プローブ外筒の軸方向に配設された光ファイバと、
前記光ファイバの先端から出射した光を集光して、前記プローブ外筒の外方に配された被走査体上に照射する照射手段と
前記プローブ外筒と前記光ファイバおよび前記照射手段との間に形成された空間を、前記照射手段から出射された前記光の光路を含む光路領域と非光路領域とに仕切る仕切り部材と
を備え、
前記非光路領域に液体層が形成されていることを特徴とする光プローブ。
【請求項２】
前記光路領域に気体が満たされていることを特徴とする請求項１記載の光プローブ。
【請求項３】
前記光路領域に前記光の波長に対して透過性の高い液体が満たされていることを特徴とする請求項１記載の光プローブ。
【請求項４】
前記仕切り部材が前記光ファイバ外周を密閉するように設けられており、前記仕切り部材内に液体を充填することにより前記液体層が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光プローブ。
【請求項５】
前記プローブ外筒と前記光ファイバとの間に該光ファイバを保持する光ファイバ保持部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれ１項記載の光プローブ。
【請求項６】
前記光ファイバが被覆部材により被覆されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の光プローブ。
【請求項７】
前記液体層の圧力が略一定になるように調整する圧力調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の光プローブ。
【請求項８】
前記液体層の温度が略一定になるように調整する温度調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか1項記載の光プローブ。
【請求項９】
光を射出する光源と、
この光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記測定対象に測定光が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、
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、
この検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記照射光学系が、請求項１から８いずれか１項記載の光プローブを含んで構成されていることを特徴とする光断層画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は筒状のプローブ外筒を有しその周面から出射する機能を備えた光プローブおよび光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法の一つとして、例えば特許文献1、2に示されるように、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により光断層画像を取得する方法が提案されている。このＯＣＴ計測は、光干渉計測の一種であり、二つに分けた光、すなわち測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉が検出されることを利用した計測方法である。すなわちこの方法において、光源から射出された低コヒーレント光は測定光と参照光とに分割され、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導かれる。一方、参照光は、測定対象内の測定したい任意の場所からの反射光と光路長が同一となる様にその光路長が調整され、合波手段に導かれる。そして、合波手段により測定光と参照光が合波され、光検出器によりその光強度が検出される。
【０００３】
一次元の断層像を得るためには、測定光の光路長を測定エリアに応じて走査することで、測定光の進行方向と同一の軸に沿った反射率分布に応じた干渉強度波形が得られる。すなわち、測定対象の深さ方向に有する構造に応じた光反射強度分布を得ることができる。さらに、測定対象へ当てる測定光の照射位置を、偏向手段、あるいは物理的な移動手段を用いて光軸と垂直な一次元方向に走査する事で、二次元の光反射強度の断層像が得られる。さらに、測定光の照射位置を、光軸方向と垂直な二次元方向に亘って走査することで、三次元の光反射強度の断層像を得ることができる。
【０００４】
上記ＯＣＴ装置においては、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）を変更し断層画像を取得するようになっており、この手法は一般にＴＤ−ＯＣＴ（Time domain OCT）計測と称されている。より具体的に、特許文献1の参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をミラーに集光する光学系を有し、ミラーのみを参照光のビーム軸方向に移動させて光路長の調整を行っている。また特許文献2に示された参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をレンズによって平行光化し、平行光になった参照光を再び光路長調整レンズにより集光して光ファイバに入射させ、そして、光路長調整レンズを参照光のビーム軸方向に進退させて光路長の調整を行っている。
【０００５】
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が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ装置は、上記ＴＤ−ＯＣＴと同様に干渉計を用いて測定光と参照光に分割した広帯域の低コヒーレント光を、光路長をほぼ等しく合わせて干渉させた後、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器にて各光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、光路長の走査を物理的に行わずに光軸方向の一次元断層画像を構成するようにしたものである。上記ＴＤ−ＯＣＴと同様に、測定光の照射位置を光軸と垂直な方向に走査することで、二次元、さらには三次元の断層画像を得ることができる。
【０００６】
さらに、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、ＳＳ−ＯＣＴ（Swept source OCT）計測による光断層画像化装置も提案されている（たとえば非特許文献１参照）。このＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源に光周波数可変レーザ光源を用いる。高コヒーレンスなレーザ光は、測定光と参照光とに分割され、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導かれる。一方、参照光は、測定光と光路長をほぼ等しく合わせて干渉させた後、合波手段に導かれる。そして、合波手段により測定光と参照光が合波され、光検出器によりその光強度が検出される。光周波数可変レーザ光源の周波数を掃引させることで、各光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉波形を計算機でフーリエ変換することにより、光路長の走査を物理的に行わずに光軸方向の一次元断層画像を構成するようにしたものである。上記ＴＤ−ＯＣＴと同様に、測定光の照射位置を光軸と垂直な方向に走査することで、二次元、さらには三次元の断層画像を得ることができる。
【０００７】
ところで、上記各方式の光断層画像化装置を内視鏡との組合せにより生体内計測へ応用することが検討されている。通常、測定対象のある面に沿った断層画像を取得するようにしており、そのためには、測定対象において測定光を少なくとも光軸と垂直な1次元方向に走査させる必要がある。このような光走査を行う手段の一つとして、従来、特許文献3に示されるように、筒状のプローブ外筒を有し、その外筒の周面から出射する光を該周面に沿った方向に偏向させる機能を備えた光プローブが公知となっている。より具体的にこの光プローブは、被検体内部に挿入される挿入部（プローブ外筒）と、このプローブ外筒の内部空間に挿通された回転可能な中空シャフトと、該シャフトの内部に挿通された光ファイバと、上記シャフトの先端に固定されてこのシャフトと共に回転し、光ファイバの先端から出射した光をプローブ外筒の周面回り方向に偏向させる光偏向素子とを備えたものである。
【特許文献１】特開平６−１６５７８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９６８８号公報
【特許文献３】特許第３１０４９８４号公報
【非特許文献１】Optics Express Vol. 12, p.2977(2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献3に示すようなプローブを生体中に挿入する際に、局所的な圧力変化、ファイバ曲げによる応力変化、温度変動は避けられない。上述したOCTに限らず、ファイバを用いて干渉計測を行うファイバ干渉計において、一方のファイバに外圧や歪み、温度変化が加わると屈折率や物理的長さの変化が起こり、波長の10倍程度までの光路長が変わる現象が起こることは古くから知られている。ここで、ＴＤ−ＯＣＴ方式では、参照光側の光路長を高速に走査し、干渉信号の抱絡線を取得するために、ファイバの光路長変動が起こったとしても、測定データの分解能に対して十分に小さいため影響は大きくない。しかし、上記ＳＳ−ＯＣＴ方式やＳＤ−ＯＣＴ方式では、参照光の光路長は固定した状態で周波数域において光の干渉波形を測定するため、測定中に光路長変動が起こると情報の歪みや消去が起こってしまう。
【０００９】
具体的には、ＳＳ−ＯＣＴ方式では、光源波長を走査している中で、一方の光路長が変動することにより光の位相が変動し、フーリエ変換後に本来の反射点の位置からずれた所が観測されてしまい、分解能が低下するという問題がある。また、ＳＤ−ＯＣＴ方式では、一括して周波数領域の信号を取得するが、そのシャッター時間より短い時間で光路長変動が起こると信号の平均化が起こり、信号のＳＮ比が低減してしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、局所的な圧力変化、曲げによる応力変化および温度変動による測定精度の劣化を低減することができる光プローブおよびこれを用いた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】
【００１１】
本発明による光プローブは、筒状のプローブ外筒と、プローブ外筒の内部空間に該プローブ外筒の軸方向に配設された光ファイバと、光ファイバの先端から出射した光を集光して、プローブ外筒の外方に配された被走査体上に照射する照射手段と、プローブ外筒と光ファイバおよび照射手段との間に形成された空間を、照射手段から出射された光の光路を含む光路領域と非光路領域とに仕切る仕切り部材とを備え、非光路領域に液体層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
なお、光路領域には気体が満たされていてもよいし、液体が満たされていてもよい。このとき、光路領域に満たされている液体は光の波長に対して透過性の高いたとえば水等が用いられる。
【００１３】
また、仕切り部材は光路領域と非光路領域とに仕切るものであればどのような構造であってもよく、仕切り部材が光ファイバを密閉するように設けられており、仕切り部材内に液体を充填することにより液体層が形成されていてもよい。
【００１４】
さらに、プローブ外筒と光ファイバとの間に該光ファイバを保持する光ファイバ保持部が設けられていてもよい。また、光ファイバはコアとクラッドのみからなるものであってもよいし被覆部材により被覆されていてもよい。
【００１５】
さらに、液体の圧力が略一定になるように調整する圧力調整手段をさらに有していてもよいし、液体の温度が略一定になるように調整する温度調整手段をさらに有していてもよい。
【００１６】
他方、本発明による光断層画像化装置は、先に説明したような各計測方式の光断層画像化装置に、本発明による光プローブが用いられたことを特徴とするものである。すなわち、より具体的に本発明による光断層画像化装置は、光を射出する光源と、この光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、測定光を測定対象に照射する照射光学系と、測定対象に測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波された反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、この検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、照射光学系が、本発明による光プローブを含んで構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光プローブおよびこれを用いた光断層画像化装置によれば、筒状のプローブ外筒と、プローブ外筒の内部空間にプローブ外筒の軸方向に配設された光ファイバと、光ファイバの先端から出射した光を集光して、プローブ外筒の外方に配された被走査体上に照射する照射手段と、プローブ外筒と光ファイバおよび照射手段との間に形成された空間を、照射手段から出射された光の光路を含む光路領域と非光路領域とに仕切る仕切り部材とを備え、非光路領域に液体層が形成されていることにより、光プローブが生体中に挿入するときもしくは挿入されたときに生じる光プローブに局所的な圧力変化、曲げによる応力変化および温度変動が加わったとき、プローブ外筒内の光ファイバへの影響を仕切り部材内の圧力により緩和し、測定精度の劣化を防止することができる。
【００１８】
なお、光路領域に気体もしくは光の波長に対して透過性の高い液体が満たされているとき、液体層が光路領域内を導波する光に及ぼす影響をなくすことができるため、液体層の物質を熱容量が大きくより応力変化を抑制するものを選択することができる。
【００１９】
なお、仕切り部材が光ファイバを密閉するように設けられており、仕切り部材内に液体を充填することにより液体層が形成されているものであれば、プローブ外筒から液体が漏れるのを確実に防止することができる。
【００２０】
また、プローブ外筒と光ファイバとの間に該光ファイバを保持するための光ファイバ保持部が設けられているとき、光ファイバがプローブ外筒の内壁面に張り付くことによる局所的圧力が光ファイバに伝わるのを防止し測定精度の劣化を防止することができる。
【００２１】
さらに、液体層の圧力が略一定になるように調整する圧力調整手段をさらに有するとき、光ファイバに局所的に圧力が掛かることを回避し測定精度の劣化を防止することができる。
【００２２】
また、液体層の温度が略一定になるように調整する温度調整手段をさらに有するとき、温度変動による光ファイバの光路長変化を防ぐことができ測定精度の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明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プローブ10の一部破断側面形状を示している。この光プローブ10は、一例として光断層画像化装置の一部となる内視鏡の先端部分を構成するものであり、図2にはその光断層画像化装置の全体形状を示してある。
【００２４】
まず図2を参照して、光断層画像化装置の概略について説明する。本装置は、光プローブ10を含む内視鏡50と、この内視鏡50が接続される光源装置51、ビデオプロセッサ52および光断層処理装置53と、ビデオプロセッサ52に接続されたモニタ54とを備えている。内視鏡50は、可撓性を有する細長のプローブ外筒11と、このプローブ外筒11の後端に連設された操作部56と、この操作部56の側部から延出されたユニバーサルコード57とを備えている。
【００２５】
ユニバーサルコード57内には、光源装置51からの照明光を伝送する図示外のライトガイドが挿通されており、またユニバーサルコード57の端部には、光源装置51に着脱自在に接続される光源コネクタ58が設けられている。この光源コネクタ58からは信号ケーブル59が延出され、この信号ケーブル59の端部に、ビデオプロセッサ52に着脱自在に接続される信号コネクタ60が設けられている。光源装置51は、後述のようにして断層像が取得される被検体70の部分に照明光を照射するためのものである。
【００２６】
また操作部56には、プローブ外筒11に設けられた湾曲部を湾曲操作するための湾曲操作ノブ61と、ライトガイド駆動部62とが設けられ、このライトガイド駆動部62と光断層処理装置53とが、ライトガイド63を介して接続されている。プローブ外筒11は、例えば人体の臓器等の被検体70内に挿入されるようになっている。
【００２７】
次に図1および図2を参照して、光プローブ10について説明する。この光プローブ10は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒11と、プローブ外筒11の内部空間において、外筒11の軸方向に延びる状態に配設された1本の光ファイバ13と、この光ファイバ13の外周面の一部に固定された歯車14ａと、この歯車14ａに噛合する歯車14ｂと、該歯車14ｂを回転させるモータ15とを有している。
【００２８】
さらにこの光プローブ10は、光ファイバ13の先端に固定されたロッドレンズ18と、このロッドレンズ18に固定されたプリズムミラー17とを備えた照射手段を有している。プリズムミラー17は、光ファイバ13の先端から出射した光Ｌの光路を90°変え、光ファイバ13が上述のように回転するとそれとともに回転して、光ファイバ13の先端から出射した光Ｌをプローブ外筒11の周方向に偏向させる。またロッドレンズ18は、光ファイバ13の先端から出射した光Ｌを、プローブ外筒11の外方に配された被走査体としての被検体70において収束するように集光する。なお本実施形態においてこのロッドレンズ18およびプリズムミラー17は、後述するように、被検体70で反射した光Ｌを光ファイバ13の先端に導いて、該先端から光ファイバ13に入射させる導光手段を兼ねている。
【００２９】
ここで、プローブ外筒11と光ファイバ13および照射手段17,18との間に形成された空間を、照射手段から出射された光Lの光路を含む光路領域R1と非光路領域R2とに仕切る仕切り部材19が設けられている。また、プローブ外筒11の付け根部分にも仕切り部材16が設けられており、この仕切り部材16,19により密閉された非光路領域R2内には液体層12が形成されている。なお、この液体12は光ファイバ13への圧力軽減及びスムーズに光ファイバ13を回転させるために、例えば油の様な粘性の高いものからなっている。一方、光路領域R1内には使用する光Lの波長に対して透過率の高い媒質（例えば空気、水）が充填されている。
【００３０】
そして図2に示される通り、内視鏡50の内部には、光ファイバ13の基端に向かい合う状態にして入射光学系20が配設されている。ライトガイド63を導波して来てそこから出射した光Ｌは、この入射光学系20で集光されて、上記基端から光ファイバ13に入射するようになっている。
【００３１】
以下、上記構成の光プローブ10の作用について説明する。図2に示す光断層処理装置53内にはレーザ等の光源（図示せず）が配置され、そこから射出されたレーザ光等の光Ｌはライトガイド63に入射してそこを導波する。ライトガイド63から入射光学系20を経て図1の光ファイバ13に入射した光Ｌは、光ファイバ13を導波してその先端から出射し、ロッドレンズ18で集光された後プリズムミラー17で反射して90°光路を変え、透光性のプローブ外筒11からプローブ外に出射する。そしてモータ15が駆動されると前述のように光ファイバ13が回転し、それに固定されているプリズムミラー17およびロッドレンズ18も回転する。
【００３２】
プリズムミラー17が上記のように回転することにより、そこから出射した光Ｌは、プローブ外筒11の周方向に偏向し、被検体70を図2の矢印Ｒ方向に走査する。この光Ｌは被検体70において散乱しながら反射し、その反射光の一部はプリズムミラー17に入射してロッドレンズ18側に反射する。この反射光はロッドレンズ18により集光されて、光ファイバ13の先端から該光ファイバ13内に入射する。
【００３３】
こうして光ファイバ13内を伝搬した反射光は該光ファイバ13の基端から出射し、図2に示す入射光学系20を経てライトガイド63に入射し、このライトガイド63を導波して光断層処理装置53に送光される。光断層処理装置53内において上記反射光は、光プローブ10側に向かう光Ｌの光路から分岐され、図示しない光検出器によって検出される。そして、この光検出器の出力に基づいて被検体70の断層画像が形成され、その断層画像がモニタ54に表示される。
【００３４】
このとき、上述のように非光路領域R2に液体層12が形成されていることにより、光プローブ10が生体中に挿入される途中、もしくは挿入されたときに光プローブ10に局所的な圧力変化もしくは曲げによる応力変化が生じたときであっても、プローブ外筒11から局所的にかかる力が、液体層12におけるPascalの原理により全体に分散される。よって、光ファイバ13への局所的な応力変化を抑制することができるため、圧力変化に起因した光路長変化による分解能の低下等を低減することができる。
【００３５】
さらに、光プローブ10が生体中に挿入されることにより温度変動、特に局所的かつ急速な温度変化が生じたときであっても、液体層12全体の熱容量により、局所的な熱変化が分散され、応答時間を遅らせることができる。これにより、OCTシステムのデータ歪みに与える影響を軽減させることができる。
【００３６】
以下に、本発明の第2の実施形態から第5の実施形態について図3から図6を参照して説明する。なお、図3から図6の光プローブ100、120、140、160において、図1または図2中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００３７】
まず、図3を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。図3の光プローブ100において、仕切り板112が光ファイバ13を密封するように設けられており、仕切り部材112内に液体を充填することにより液体層12が形成されている。つまり、仕切り板112と光ファイバ13との間に液体12が充填された非光路領域R2が形成されており、プローブ外筒11と仕切り板112との間には空隙が設けられることになる。なお、この仕切り部材112は光ファイバ12とともに回転するようになっている。これにより、プローブ外筒11が破損してしまった場合でも、液体12が外部に流出するのを防止することができる。
【００３８】
なお、図3において、光ファイバ13の長さ方向のほぼ全域にわたり仕切り部材112が設けられている場合について例示しているが、経験上曲げ応力が発生しやすい部位のみに液体12を密封した仕切り部材112を設けるようにしてもよい。
【００３９】
次に、図4を参照して本発明の第3の実施形態について説明する。図4（Ａ）の光プローブ120において、プローブ外筒11と光ファイバ13の間にファイバ保持部材121が設けられている。ファイバ保持部材121は、プローブ外筒11の内壁面から中心に向かって延びて形成されており、たとえば光ファイバ13をプローブ外筒11の略中心付近に固定するようになっている。このように、ファイバ保持部材121を設けることにより、光ファイバ13がプローブ外筒11の内壁面に張り付くことによる局所的圧力が光ファイバ13に伝わるのを防止し測定精度の劣化を防止することができる。なお、ファイバ保持部材121に柔らかい物質を用い、ファイバ保持部材121を緩衝材としても機能させるようにしても良い。
【００４０】
また、図4（Ａ）においては光ファイバ13とファイバ保持部材121とが直接当接しているが、図4（Ｂ）のように、光ファイバ13が被覆部材122により被覆されており、ファイバ保持部材121がこの被覆部材122を保持するようにしても良い。さらに、図4（Ｃ）のように、上述した被覆部材122の代わりに液体12を密閉した仕切り部材112を用いるようにしてもよい。すると仕切り部材112内の液体12もしくは被覆部材122が緩衝材として機能し、局所的圧力が発生しても光ファイバ13が破損するのを防止することができる。
【００４１】
次に、図5を参照して本発明の第4の実施形態について説明する。図5のプローブ140において、プローブ外筒11内の液体層12の圧力を一定に保つための圧力調整手段141が設けられている。圧力調整手段141はたとえば仕切り部材16に接続されたバネからなっており、プローブ外筒11の外側から圧力が加わるとバネが縮むことにより、液体層12の内圧を一定に保ち光ファイバ13へ加わる圧力を略一定に分散することができる。これにより、上述したような局所的な圧力変化、光ファイバ13における曲げによる応力変化を圧力調整手段141により吸収し測定精度の劣化を抑えることができる。
【００４２】
なお、圧力調整手段141がバネの場合について例示しているが、油圧、気圧など、一般的に圧力調整を行う機構であればよい。さらに、仕切り部材16を弾性のあるゴム状のものから形成することにより、仕切り部材112自体に圧力調整手段141として機能させるようにしてもよい。
【００４３】
次に、図6を参照して本発明の第5の実施形態について説明する。図6のプローブ160において、液体層12の温度を一定に保つための温度調整手段161が設けられている。温度調整手段161はたとえば液体層12を加熱・冷却し、もしくは図示しない外部の液体タンクとの間で循環させることにより温度を一定に保つようになっている。これにより、光ファイバ13の温度変動を抑えて光路長変化を防ぎ、測定精度の劣化を防止することができる。なお、図6においてはプローブ外筒11内に液体12が充填されている場合について例示しているが、仕切り部材112内に充填されている液体12に対しても同様に温度が一定になるように調整することができる。
【００４４】
以下、本発明による光プローブが適用される光断層画像化装置の例について説明する。まず図７に示す光断層画像化装置1は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像を前述のＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、光Ｌaを射出する光源ユニット210と、光源ユニット210から射出された光Ｌaを測定光Ｌ1と参照光Ｌ2とに分割する光分割手段3と、光分割手段3により分割された参照光Ｌ2の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段3により分割された測定光Ｌ1を測定対象Ｓｂに照射する光プローブ10と、こうして測定対象Ｓｂに測定光Ｌ1が照射されたとき該測定対象Ｓｂで反射した反射光Ｌ3と参照光Ｌ2とを合波する合波手段4と、合波された反射光Ｌ3と参照光Ｌ2との間の干渉光Ｌ4を検出する干渉光検出手段240とを有している。
【００４５】
光源ユニット210は、低コヒーレント光Ｌaを射出する例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）、超短パルスレーザ光を非線形媒質に照射させて広帯域光を得るスーパーコンティニューム等の光源111と、この光源111から射出された光を光ファイバＦＢ1内に入射させるための光学系112とを有している。
【００４６】
光分割手段3は、例えば2×2の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット210から光ファイバＦＢ1を介して導波した光Ｌaを測定光Ｌ1と参照光Ｌ2とに分割する。この光分割手段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を導波し、参照光Ｌ2は光ファイバＦＢ3を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段3は、合波手段4としても機能するものである。
【００４７】
光ファイバＦＢ2には、先に図1に示した光プローブ10が光学的に接続されており、測定光Ｌ1は光ファイバＦＢ2から光プローブ10へ導波する。光プローブ10は、例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31により光ファイバＦＢ2に対して着脱可能に取り付けられている。
【００４８】
一方、光ファイバＦＢ3の参照光Ｌ2の射出側には光路長調整手段220が配置されている。光路長調整手段220は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ2の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ3から射出された参照光Ｌ2を反射させる反射ミラー22と、反射ミラー22と光ファイバＦＢ3との間に配置された第1光学レンズ21ａと、第1光学レンズ21ａと反射ミラー22との間に配置された第2光学レンズ21ｂとを有している。
【００４９】
第1光学レンズ21ａは、光ファイバＦＢ3のコアから射出された参照光Ｌ2を平行光にするとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ2を光ファイバＦＢ3のコアに集光する機能を有している。また、第2光学レンズ21ｂは、第1光学レンズ21ａにより平行光にされた参照光Ｌ2を反射ミラー22上に集光するとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ2を平行光にする機能を有している。つまり、第1光学レンズ21ａと第2光学レンズ21ｂとにより共焦点光学系が形成されている。
【００５０】
したがって、光ファイバＦＢ3から射出した参照光Ｌ2は、第1光学レンズ21ａにより平行光になり、第2光学レンズ21ｂにより反射ミラー22上に集光される。その後、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ2は、第2光学レンズ21ｂにより平行光になり、第1光学レンズ21ａにより光ファイバＦＢ3のコアに集光される。
【００５１】
さらに光路長調整手段220は、第2光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23と、該基台23を第1光学レンズ21ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段24とを有している。そして基台23が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ2の光路長が変えられるようになっている。
【００５２】
また合波手段4は、前述の通り2×2の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段220により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌ2と、測定対象Ｓｂ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240側に射出するように構成されている。
【００５３】
一方、干渉光検出手段240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から出射した干渉光Ｌ4を平行光化するコリメータレンズ141と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ4を各波長帯域毎に分光する分光手段142と、分光手段142により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ4を検出する光検出手段144とを有している。
【００５４】
分光手段144は例えば回折格子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144に向けて射出する。また光検出手段144は、例えば1次元もしくは2次元に光センサが配列されてなるＣＣＤ等の素子から構成され、各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ4を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。
【００５５】
上記光検出手段144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画像取得手段250に接続され、この画像取得手段250はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置260に接続されている。
【００５６】
以下、上記構成を有する光断層画像化装置1の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台23を矢印Ａ方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Ｓｂが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット210から光Ｌaが射出され、この光Ｌa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は光プローブ10から体腔内に向けて射出され、測定対象Ｓｂに照射される。このとき、前述したように作動する該光プローブ10により、そこから出射した測定光Ｌ1が測定対象Ｓｂを1次元に走査する。そして、測定対象Ｓｂ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240によって検出される。この検出された干渉光Ｌ4が画像取得手段250において適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換されることにより、測定対象Ｓｂの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。
【００５７】
そして、光プローブ10により上述のように測定光Ｌ1を測定対象Ｓｂ上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓｂ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。このようにして取得された断層画像は、表示装置260に表示される。なお、例えば光プローブ10を図７の左右方向に移動させて、測定対象Ｓｂ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。
【００５８】
次に、本発明による光プローブが適用される光断層画像化装置の別の例について説明する。図８に示す光断層画像化装置300は、測定対象の断層画像を前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、具体的に図７の光断層画像化装置1と異なる点は、光源ユニットおよび干渉光検出手段の構成である。
【００５９】
本装置における光源ユニット310は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌaを射出するものである。具体的に該光源ユニット310は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）311と光ファイバＦＢ10とを有しており、光ファイバＦＢ10が半導体光増幅器311の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器311は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ10の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ10の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器311に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器311および光ファイバＦＢ10により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌaが光ファイバＦＢ1へ射出されるようになっている。
【００６０】
さらに、光ファイバＦＢ10には光分岐器312が結合されており、光ファイバＦＢ10内を導波する光の一部が光分岐器312から光ファイバＦＢ11側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ11から射出した光はコリメータレンズ313、回折格子素子314、光学系315を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）316において反射される。そして反射された光は光学系315、回折格子素子314、コリメータレンズ313を介して再び光ファイバＦＢ11に入射される。
【００６１】
ここで、この回転多面鏡316は矢印Ｒ1方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系315の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子314において分光された光のうち、特定の周波数域の光だけが再び光ファイバＦＢ11に戻るようになる。この光ファイバＦＢ11に戻る光の周波数は光学系315の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ11に入射した特定の周波数域の光が光分岐器312から光ファイバＦＢ10に入射され、結果として特定の周波数域のレーザ光Ｌaが光ファイバＦＢ1側に射出されるようになっている。
【００６２】
したがって、回転多面鏡316が矢印Ｒ1方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ11に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。こうして光源ユニット310からは、波長掃引されたレーザ光Ｌaが光ファイバＦＢ1側に射出される。
【００６３】
干渉光検出手段240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。そして、画像取得手段250は、干渉光検出手段240により検出された干渉光Ｌ4をフーリエ変換することにより、測定対象Ｓｂの各深さ位置における反射光Ｌ3の強度を検出し、測定対象Ｓｂの断層画像を取得する。そして、この取得された断層画像が表示装置260に表示される。なお本例の装置は、干渉光Ｌ4を光ファイバカプラ3で二分した光をそれぞれ光検出器40ａと40ｂに導き、演算手段241においてバランス検波を行う機構を有している。以上の通り本例では、光検出器40ａ、40ｂおよび演算手段241により干渉光検出手段240が構成されている。
【００６４】
ここで、干渉光検出手段240および画像取得手段250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、Ｖｏｌ.41、Ｎｏ.７、ｐ426−ｐ432」に詳しい記載がなされている。
【００６５】
測定光Ｌ1が測定対象Ｓｂに照射されたとき、測定対象Ｓｂ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240において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫0∞Ｓ（ｌ）［1＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ  
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。上式は波数ｋ＝ω／ｃ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、画像取得手段250において、干渉光検出手段240が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換を行い、干渉光Ｌ4の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓｂの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。
【００６６】
この光断層画像化装置300においても、図７の装置に用いられたものと同様の構成を有する光プローブ10が用いられており、その作用も図７の装置におけるのと同様である。
【００６７】
次に、本発明による光プローブが適用される光断層画像化装置のさらに別の例について説明する。図9に示す光断層画像化装置400は、測定対象の断層画像を前述のＴＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、レーザ光Ｌaを射出する光源111および集光レンズ112からなる光源ユニット210と、光源ユニット210から射出されて光ファイバＦＢ1を伝搬するレーザ光Ｌaを分割する光分割手段2と、ここを通過したレーザ光Ｌaを測定光Ｌ1と参照光Ｌ2とに分割する光分割手段3と、光分割手段3により分割されて光ファイバＦＢ3を伝搬した参照光Ｌ2の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段3により分割されて光ファイバＦＢ2を伝搬した測定光Ｌ1を測定対象Ｓｂに照射する光プローブ10と、光プローブ10から測定光Ｌ1が測定対象Ｓｂ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（光分割手段3が兼ねている）と、合波手段4により合波されて反射光Ｌ3と参照光Ｌ2との干渉光Ｌ4を検出する干渉光検出手段240とを備えている。
【００６８】
上記光路長調整手段220は、光ファイバＦＢ3から出射した参照光Ｌ2を平行光化するコリメータレンズ21と、このコリメータレンズ21との距離を変えるように図中矢印Ａ方向に移動可能とされたミラー23と、このミラー23を移動させるミラー移動手段24とから構成されて、測定対象Ｓｂ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ2の光路長を変える機能を有している。そして、光路長調整手段220により光路長の変更がなされた参照光Ｌ2が合波手段4に導波されるようになっている。
【００６９】
干渉光検出手段240は、合波手段4から光ファイバＦＢ2を伝搬して来た干渉光Ｌ4の光強度を検出する。具体的には、測定光Ｌ1の全光路長と測定対象Ｓｂのある点で反射、もしくは後方散乱された反射光Ｌ3の合計と、参照光Ｌ2の光路長差が光源のコヒーレンス長よりも短い場合にのみ、反射光量に比例した振幅の干渉信号が検出される。また、光路長調整手段220により光路長を走査することで、干渉信号が得られる測定対象Ｓｂの反射点位置（深さ）が変わって行き、それにより、干渉光検出手段240が測定対象Ｓｂの各測定位置における反射率信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段220から画像取得手段へ出力されるようになっている。そして、ミラー移動手段24における測定位置の情報と干渉光検出手段240により検出された信号とに基づいて、画像取得手段250により測定対象Ｓｂの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。
【００７０】
そして、光プローブ10により上述のように測定光Ｌ1を測定対象Ｓｂ上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓｂ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。このようにして取得された断層画像は、表示装置260に表示される。なお、例えば光プローブ10を図７の左右方向に移動させて、測定対象Ｓｂに対して測定光Ｌ1を、上記走査方向と直交する第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。
【００７１】
この光断層画像化装置400においても、図７の装置に用いられたものと同様の構成を有する光プローブ10が用いられており、その作用も図７の装置におけるのと同様である。
【００７２】
以上、光プローブ10が用いられた光断層画像化装置1、300、400について説明したが、その光プローブ10に代えて、先に述べた本発明の別の実施形態による光プローブ100、120、140、160を用いることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第1実施形態による光プローブを示す一部破断側面図
【図２】図1の光プローブが適用された光断層画像化装置の全体斜視図
【図３】本発明の第2実施形態による光プローブを示す一部破断側面図
【図４】本発明の第3実施形態による光プローブを示す一部破断側面図
【図５】本発明の第4実施形態による光プローブを示す一部破断側面図
【図６】本発明の第5実施形態による光プローブを示す一部破断側面図
【図７】本発明の光プローブが用いられた、ＳＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置の一例を示す概略構成図
【図８】本発明の光プローブが用いられた、ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置の一例を示す概略構成図
【図９】本発明の光プローブが用いられた、ＴＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置の一例を示す概略構成図
【符号の説明】
【００７４】
10、100、120、140、160    光プローブ
11    プローブ外筒
12    液体
13    光ファイバ
14ａ、14ｂ    歯車
15    モータ
17    プリズムミラー
18   ロッドレンズ
19,112   仕切り部材
121  ファイバ保持部
122  被覆部材
141  圧力調整手段
161   温度調整手段
Ｌ    光
【図１】
2007275193.tif 000003
【図２】
2007275193.tif 000004
【図３】
2007275193.tif 000005
【図４】
2007275193.tif 000006
【図５】
2007275193.tif 000007
【図６】
2007275193.tif 000008
【図７】
2007275193.tif 000009
【図８】
2007275193.tif 000010
【図９】
2007275193.tif 000011