(57)【要約】【課題】対象物の光断層画像を高速に取得することが可能な光断層画像取得装置を提供する。【解決手段】本発明の光断層画像取得装置はＦＤ-ＯＣＴを基本とするものであって、干渉光を検出する検出部５０Ａは、レンズ５１、反射型回折格子５２Ａ、偏向部５３、レンズ５４および受光部５５を含む。レンズ５１によりコリメートされた干渉光は、反射型回折格子５２Ａにより分光されて、各波長の光が該波長に応じて異なる方向へ出力され、偏向部５３によりに偏向され、レンズ５４により受光部５５の受光面上に集光される。対象物への光照射位置と偏向部５３による偏向角度との対応関係と、受光部５５により検出された光パワー分布とに基づいて、対象物の光断層画像が取得される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する光源部と、
前記光源部から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、前記第１分岐光を反射体に照射するとともに当該照射に伴う前記反射体からの反射光を入力し、前記第２分岐光を対象物に照射するとともに当該照射に伴う前記対象物からの拡散反射光を入力し、これら反射光と拡散反射光とを互いに干渉させて当該干渉光を出力する干渉部と、
前記対象物への前記第２分岐光の照射位置を走査する走査部と、
前記干渉部から出力される干渉光を検出する検出部と、
前記検出部による検出の結果を解析して前記対象物の光断層画像を求める解析部と、
を備え、
前記検出部が、
前記干渉部から出力される干渉光を分光して各波長の光を所定平面上であって該波長に応じて異なる方向へ出力する分光部と、
前記分光部から出力される各波長の光を前記所定平面に対して偏向角度方向に偏向させる偏向部と、
前記偏向部により偏向された各波長の光を集光する集光部と、
前記集光部により光が集光される受光面上の各位置に到達する光のパワーを検出する受光部と、
を含み、
前記解析部が、前記走査部による照射位置と前記偏向部による偏向角度との対応関係と、前記受光部により検出された光パワー分布とに基づいて、前記対象物の光断層画像を求める、
ことを特徴とする光断層画像取得装置。
【請求項２】
前記光源部が、波長範囲１２００ｎｍ〜１４００ｎｍまたは波長範囲１５００ｎｍ〜１８００ｎｍを含む帯域の光を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光断層画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光断層画像取得装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンストモグラフィ（Optical CoherenceTomography: ＯＣＴ）に拠る光断層画像取得技術は、光の干渉を用いて対象物の深さ方向の反射量分布を測定することができる。この光断層画像取得技術は、高い空間分解能で対象物の内部の構造を画像化することができることから、近年では生体計測に応用されている。
【０００３】
ＯＣＴに拠る光断層画像取得装置は、光源部から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を反射体に照射したときに該反射体で生じる反射光と、第２分岐光を対象物に照射したときに該対象物で生じる拡散反射光とを干渉させ、当該干渉光のパワーを検出部により検出し、この検出結果を解析することで対象物の深さ方向の反射情報分布を得る。さらに、対象物への光照射位置を走査することで、対象物の断層画像を取得することができる。
【０００４】
ＯＣＴのうちＴＤ-ＯＣＴ（time-domainOCT）は、コヒーレンス長が短い光を出力する光源部を用いたときに、光源部から検出部までの両光の光路長差がある場合には干渉光の振幅が小さく、光源部から検出部までの両光の光路長差がない場合にのみ干渉光の振幅が大きくなることを利用する。このＴＤ-ＯＣＴでは、反射体の位置に応じた対象物の深さ方向位置の反射情報を得ることができるので、反射体を移動させながら干渉光振幅を検出することにより、対象物の深さ方向の反射情報分布を得ることができる。ただし、ＴＤ-ＯＣＴでは、対象物の深さ方向の反射情報分布を得るために、機械的に反射体を移動させることが必要であるので、対象物の断層画像を取得する時間が長い。
【０００５】
一方、ＯＣＴのうちＦＤ-ＯＣＴ（Fourier-domainOCT）は、干渉信号の波長依存性を利用するものであって、ＴＤ-ＯＣＴと比べると対象物の断層画像を取得する時間が短い。光源部から出力される光を第１分岐光と第２分岐光とに等分した場合、光源部から出力される光のパワーをＰ０、光の波数をｋ（＝２π／λ）、対象物の深さ方向位置をｚ、対象物での反射率をＲｓ、反射体での反射率をＲｍで表したとき、波数ｋの光についての干渉信号の強度Ｐ(ｋ)は、以下の式で表される。
Ｐ(ｋ)＝Ｐ０／４｛Ｒｓ＋Ｒｍ＋２(ＲｓＲｍ)1/2cos(２ｋｚ)｝
【０００６】
この式から判るように、波数ｋの光についての干渉信号の強度Ｐ(ｋ)は、対象物での反射率Ｒｓの２分の１乗に比例する振幅で、対象物の深さ方向位置ｚに応じた周期で振動する。したがって、検出部により検出される干渉信号のスペクトルを波数軸２ｋでフーリエ変換すると、その結果は、対象物の深さ方向位置ｚでの反射率Ｒｓ（すなわち、深さ方向の反射率分布）を表すものとなる。ＦＤ-ＯＣＴは、このことを利用する。
【０００７】
すなわち、ＦＤ-ＯＣＴでは、対象物に対して光を照射したときに、その光が対象物の内部まで浸透し光軸に沿った各位置で拡散反射が生じると、検出部により検出される干渉信号は、対象物の内部の各位置についての信号が重なり合った形で現れる。このような干渉信号をフーリエ変換すると、対象物の深さ方向の反射分布が直接求められる。ＦＤ-ＯＣＴでは、スペクトルを測定する必要があるので、検出部として分光器を用いる。ＦＤ-ＯＣＴは、機械的に反射体を移動させる必要がないので、ＴＤ-ＯＣＴと比べると対象物の断層画像を取得する時間が短い。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Maciej Wojtkowski他、OPTICS LETTERS, Vol. 28(2003), p1745
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＯＣＴに拠る光断層画像取得技術は、生体計測に応用される場合には、拍動等の生体の動きの影響を受けないように、かつ、測定中の生体への負荷を最小限にするように、高い走査速度が必要とされる。対象物の深さ方向の断層画像を取得する際に反射体の機械的な走査が不要であるＦＤ-ＯＣＴは、ＴＤ-ＯＣＴと比べると対象物の断層画像を取得する時間が短いものの、更なる高速化が望まれる。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、対象物の光断層画像を高速に取得することが可能な光断層画像取得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】
本発明の光断層画像取得装置は、(1) 光を出力する光源部と、(2) 光源部から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を反射体に照射するとともに当該照射に伴う反射体からの反射光を入力し、第２分岐光を対象物に照射するとともに当該照射に伴う対象物からの拡散反射光を入力し、これら反射光と拡散反射光とを互いに干渉させて当該干渉光を出力する干渉部と、(3) 対象物への第２分岐光の照射位置を走査する走査部と、(4) 干渉部から出力される干渉光を検出する検出部と、(5) 検出部による検出の結果を解析して対象物の光断層画像を求める解析部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の光断層画像取得装置において、検出部は、(a) 干渉部から出力される干渉光を分光して各波長の光を所定平面上であって該波長に応じて異なる方向へ出力する分光部と、(b) 分光部から出力される各波長の光を所定平面に対して偏向角度方向に偏向させる偏向部と、(c) 偏向部により偏向された各波長の光を集光する集光部と、(d) 集光部により光が集光される受光面上の各位置に到達する光のパワーを検出する受光部と、を含むことを特徴とする。そして、解析部は、走査部による照射位置と偏向部による偏向角度との対応関係と、受光部により検出された光パワー分布とに基づいて、対象物の光断層画像を求めることを特徴とする。
【００１３】
本発明の光断層画像取得装置において、光源部から波長範囲１２００ｎｍ〜１４００ｎｍまたは波長範囲１５００ｎｍ〜１８００ｎｍを含む帯域の光を出力するのが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、対象物の光断層画像を高速に取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の光断層画像取得装置１の概略構成を示す図である。
【図２】ＦＤ-ＯＣＴの原理を説明する図である。
【図３】ＦＤ-ＯＣＴの原理を説明する図である。
【図４】本実施形態の光断層画像取得装置１の干渉部２０の構成例を示す図である。
【図５】本実施形態の光断層画像取得装置１の干渉部２０の構成例を示す図である。
【図６】本実施形態の光断層画像取得装置１の干渉部２０の構成例を示す図である。
【図７】本実施形態の光断層画像取得装置１の検出部５０の構成例を示す図である。
【図８】本実施形態の光断層画像取得装置１の検出部５０の構成例を示す図である。
【図９】本実施形態の光断層画像取得装置１の検出部５０の受光部５５における受光の様子を説明する図である。
【図１０】本実施形態の光断層画像取得装置１の測定部４０を説明する図である。
【図１１】本実施形態の光断層画像取得装置１の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１２】本実施形態の場合と通常のＦＤ-ＯＣＴの場合との比較の一例を纏めた図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本実施形態の光断層画像取得装置１の概略構成を示す図である。光断層画像取得装置１は、ＦＤ−ＯＣＴに拠って対象物２の光断層画像を取得するものであって、光源部１０、干渉部２０、参照部３０、測定部４０、検出部５０、解析部６０および表示部７０を備える。
【００１８】
光源部１０は、帯域を有する光を出力する。ＯＣＴでは、対象物２の深さ方向の空間分解能は光の帯域幅に反比例し、スペクトル形状にも依存する。したがって、光源部１０として、広帯域かつ平坦度の高いスペクトルを有した光を出力することができるものが好ましい。例えば、希土類元素が添加されたガラスを光増幅媒体として備え広帯域の自然放出（ＡＳＥ）光を出力することができるＡＳＥ光源、光導波路における非線形光学現象によって帯域が拡大されたスーパーコンティニウム（ＳＣ）光を出力することができるＳＣ光源、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を含む光源、等が好適に用いられる。
【００１９】
干渉部２０は、光源部１０からから出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を反射体３１に照射するとともに当該照射に伴う反射体３１からの反射光を入力し、第２分岐光を対象物２に照射するとともに当該照射に伴う対象物２からの拡散反射光を入力し、これら反射光と拡散反射光とを互いに干渉させて当該干渉光を検出部５０へ出力する。
【００２０】
参照部３０は、反射体３１と干渉部２０と反射体３１との間の光学系とを含み、干渉部２０からの第１分岐光を反射体３１へ導き、反射体３１からの反射光を干渉部２０へ導く。測定部４０は、干渉部２０と対象物２との間の光学系であり、干渉部２０からの第２分岐光を対象物２へ導き、対象物２からの拡散反射光を干渉部２０へ導く。また、対象物２への第２分岐光の照射位置を走査する走査部４１が設けられている。
【００２１】
検出部５０は、干渉部４０から出力される干渉光を検出する。解析部６０は、検出部５０による検出の結果を解析して対象物２の光断層画像を求める。表示部７０は、解析部６０により求められた対象物２の光断層画像を表示する。
【００２２】
ＦＤ-ＯＣＴでは、検出部５０により干渉信号のスペクトルを測定し、解析部６０により該スペクトルをフーリエ変換することで対象物２の深さ方向の反射情報分布を得ることができる。ＦＤ-ＯＣＴでは、機械的に反射体３１を移動させる必要がないので、ＴＤ-ＯＣＴと比べると対象物２の断層画像を取得する時間が短い。
【００２３】
図２および図３は、ＦＤ-ＯＣＴの原理を説明する図である。図２に示されるように、対象物２における深さ方向をｚ軸とし、対象物２中の２つの深さ方向位置にある反射面Ａ，Ｂを考える。このとき、図３（ａ）に示されるように、検出部５０により検出される干渉信号は、対象物２中の反射面Ａからの拡散反射光の成分と、対象物２中の反射面Ｂからの拡散反射光の成分とを含む。
【００２４】
反射面Ａの深さ方向位置と反射面Ｂの深さ方向位置とが互いに異なるので、干渉信号に含まれる反射面Ａ，Ｂそれぞれからの拡散反射光の成分は、対象物２の深さ方向位置ｚに応じて互いに異なる周期で振動する。したがって、検出部５０により検出される干渉信号のスペクトルを波数軸２ｋでフーリエ変換すると、その結果は、図３（ｂ）に示されるように、対象物２の深さ方向位置ｚでの反射率（すなわち、深さ方向の反射率分布）を表すものとなる。
【００２５】
本実施形態の光断層画像取得装置１は、ＦＤ-ＯＣＴを基本とするものであるが、従来のＦＤ-ＯＣＴより高速に断層画像を取得することを可能とする。
【００２６】
図４〜図６それぞれは、本実施形態の光断層画像取得装置１の干渉部２０の構成例を示す図である。
【００２７】
図４に示される第１構成例の干渉部２０Ａは、ハーフミラーを含み、マイケルソン干渉計を構成している。干渉部２０Ａのハーフミラーは、光源部１０から到達した光のうち、一部を反射させて第１分岐光として参照部３０へ出力し、残部を透過させて第２分岐光として測定部４０へ出力する。また、干渉部２０Ａのハーフミラーは、参照部３０から到達した反射光を透過させるとともに、測定部４０から到達した拡散反射光を反射させて、これら反射光と拡散反射光とを互いに干渉させて当該干渉光を検出部５０へ出力する。
【００２８】
図５に示される第２構成例の干渉部２０Ｂは、光カプラを含み、マイケルソン干渉計を構成している。干渉部２０Ｂの光カプラは、光源部１０から到達した光を２分岐して、一方の第１分岐光を参照部３０へ出力し、他方の第２分岐光を測定部４０へ出力する。また、干渉部２０Ｂの光カプラは、参照部３０から到達した反射光と測定部４０から到達した拡散反射光とを互いに干渉させて当該干渉光を検出部５０へ出力する。
【００２９】
図６に示される第３構成例の干渉部２０Ｃは、光カプラ２１，２２および光サーキュレータ２３，２４を含み、マッハツェンダ干渉計を構成している。光カプラ２１は、光源部１０から到達した光を２分岐して、一方の第１分岐光を光サーキュレータ２３へ出力し、他方の第２分岐光を光サーキュレータ２４へ出力する。光サーキュレータ２３は、光カプラ２１から到達した第１分岐光を参照部３０へ出力し、参照部３０から到達した反射光を光カプラ２２へ出力する。光サーキュレータ２４は、光カプラ２１から到達した第２分岐光を測定部４０へ出力し、測定部４０から到達した拡散反射光を光カプラ２２へ出力する。光カプラ２２は、光サーキュレータ２３から到達した反射光と光サーキュレータ２４から到達した拡散反射光とを互いに干渉させて当該干渉光を検出部５０へ出力する。
【００３０】
なお、参照部３０における反射板３１への光照射および測定部４０における対象物２への光照射それぞれに際しては、集光して照射してもよいし、コリメートして照射してもよい。また、光路上に、光減衰器、強度変調器、偏波変調器、位相変調器または光アイソレータ（一方向に光が伝播する部分のみ）が挿入されていてもよい。
【００３１】
図７および図８それぞれは、本実施形態の光断層画像取得装置１の検出部５０の構成例を示す図である。
【００３２】
図７に示される第１構成例の検出部５０Ａは、レンズ５１、反射型回折格子５２Ａ、偏向部５３、レンズ５４および受光部５５を含む。レンズ５１は、干渉部２０から光ファイバを経由して出力されて到達した干渉光をコリメートし、そのコリメートした干渉光を反射型回折格子５２Ａへ入射させる。図７では、レンズ５１から反射型回折格子５２Ａへの干渉光の進行方向は紙面内でこれをＸ方向、紙面と垂直な方向をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向と垂直な方向をＺ方向と規定する。分光部としての反射型回折格子５２Ａは、ＸＺ平面（紙面）に垂直な格子面上にＹ方向に延在する多数の格子が一定周期で配列されたものであり、レンズ５１によりコリメータされて到達した干渉光を分光して、各波長の光をＸＺ平面上であって該波長に応じて異なる方向へ出力する。
【００３３】
偏向部５３は、ＸＺ平面に平行な軸を中心にして回転自在であり、反射型回折格子５２Ａから出力される各波長の光をＸＺ平面に対して偏向角度方向に偏向させる。偏向部５３として、ガルバノミラーまたはポリゴンミラーが好適に用いられる。集光部としてのレンズ５４は、ＸＺ平面に平行な光軸を有し、偏向部５３により偏向された各波長の光を受光部５５の受光面上に集光する。レンズ５４はｆθレンズであるのが好適であり、この場合には、受光部５５の受光面上の位置と波長λおよび偏向角度との関係が単純比例関係になる。また、レンズ５４はテレセントリック光学系であるのが好適であり、この場合には、受光部５５の受光面上の各位置での集光能力のばらつきがなくなる。受光部５５は、ＸＺ平面に垂直な受光面を有し、レンズ５４により光が集光される受光面上の各位置に到達する光のパワーを検出する。
【００３４】
図８に示される第２構成例の検出部５０Ｂは、図７に示された第１構成例の検出部５０Ａと比較すると、反射型回折格子５２Ａに替えて透過型回折格子５２Ｂを含む点で相違し、その他の構成については同様である。反射型回折格子５２Ａおよび透過型回折格子５２Ｂの何れの場合にも、回折格子面の法線に対する光の入射角θinと回折角θoutとの間には、以下の式で表される関係がある。Ｎは回折格子の単位長さあたりの溝本数、ｍは回折次数であり、λは波長である。
sinθin ＋ sinθout ＝ Ｎｍλ
【００３５】
検出部５０では、干渉部２０から出力された干渉光は、レンズ５１によりコリメートされた後、反射型回折格子５２Ａまたは透過型回折格子５２Ｂにより分光されて、各波長の光がＸＺ平面上であって該波長に応じて異なる方向へ出力される。反射型回折格子５２Ａ、反射型回折格子５２Ｂから出力された各波長の光は、偏向部５３によりＸＺ平面に対して偏向角度方向に偏向され、レンズ５４により受光部５５の受光面上に集光される。受光部５５では、レンズ５４により光が集光される受光面上の各位置に到達する光のパワーが検出される。
【００３６】
図９は、本実施形態の光断層画像取得装置１の検出部５０の受光部５５における受光の様子を説明する図である。偏向部５３における偏向角度が一定である場合、同図に示されるように、受光部５５の受光面においてＸＺ平面に平行な干渉光のスペクトルが得られる。また、偏向部５３における偏向角度が異なると、受光部５５の受光面に干渉光が到達するＹ方向位置が異なる。
【００３７】
そこで、本実施形態では、走査部４１による照射位置と偏向部５３による偏向角度とを互いに対応付ける。そして、解析部６０は、走査部４１による照射位置と偏向部５３による偏向角度との対応関係と、受光部５５により検出された光パワー分布とに基づいて、対象物２の光断層画像を求めることができる。以下では、対象部２が血管であるとして、本実施形態の動作および光断層画像取得装置１を使用した光断層画像取得方法について説明する。
【００３８】
図１０は、本実施形態の光断層画像取得装置１の測定部４０を説明する図である。ここでは、一例として血管内の断層画像取得を想定している。測定部４０は、第２分岐光および拡散反射光を導光する光ファイバを含み、その光ファイバの先端部分が対象物（血管）２内に挿入される。光ファイバの先端部分から血管内壁へ向けて第２分岐光が出射され、その第２分岐光が照射された血管からの拡散反射光が光ファイバの先端部分に入射される。また、光ファイバの先端部分から第２分岐光が照射される位置は、走査部４１により血管の周方向および軸方向に走査される。なお、対象物２が生体である場合、光源部１０は、波長範囲１２００ｎｍ〜１４００ｎｍまたは波長範囲１５００ｎｍ〜１８００ｎｍを含む帯域の光を出力するのが好ましい。
【００３９】
図１１は、本実施形態の光断層画像取得装置１の動作を説明するタイミングチャートである。同図には、上から順に、(A) 走査部４１による対象物（血管）２における周方向の光照射位置、(B) 偏向部５３による偏向角度、(C) 受光部５５の受光面におけるＹ方向の光入射位置、および、(D) 受光部５５による受光のオン／オフ、それぞれのタイミングが示されている。
【００４０】
受光部５５は、所定の周期で繰り返し測定を行い、１周期内で所定時間だけ受光し、その間に検出された光量を検出する。この所定時間内に偏向部５４が一方向に回転される。このとき、受光部５５の受光面に到達する光はＹ方向にふれるが、露光時間中におけるその範囲が受光面のＹ方向サイズになるようにあわせる。そして、受光部５５の光到達位置が受光面全体にふれる間に対象物（血管）２における周方向の光照射位置が測定範囲をカバーしていれば、対象物（血管）２の各走査位置の深さ方向の情報が一括測定できることになり、１回の測定で対象物（血管）２の深さ方向および周方向走査方向を軸とする２次元の断層画像を取得することができる。これによりＯＣＴ測定の高速化を図ることができる。
【００４１】
なお、同図では、対象物（血管）２に対してビームを回転走査した場合を想定しているが、往復運動でも構わず、また、非露光時に変速・停止しても構わない。また、受光部５５の受光面におけるＹ方向の光入射位置は、露光時間内では等速運動しているのが望ましい。
【００４２】
図１２は、本実施形態の場合と通常のＦＤ-ＯＣＴの場合との比較の一例を纏めた図表である。ここでは、通常のＦＤ-ＯＣＴの場合、受光部が５１２ピクセルの１次元センサであるとし、本実施形態の場合、受光部５５が６４０×５１２ピクセルの２次元センサであるとした。通常のＦＤ-ＯＣＴでは、１ポイントの測定が９ｋＨｚで行われるが、全周にわたって測定する速さは１４Ｈｚであり、軸方向５ｍｍの長さを測定するのに１８秒必要である。一方、本実施形態の場合には、一周分の情報を一括して取り込め、この速さが９０Ｈｚであり、軸方向５ｍｍの長さを測定するのに必要な時間は２.８秒である。このように、通常のＦＤ-ＯＣＴと比較して、本実施形態では、対象物２の光断層画像を高速に取得することができる。
【００４３】
対象物２としての血管の断層画像を取得する場合には、視野を確保するため、生食等の透明液をフラッシュして血液を置換する。通常のＯＣＴでは測定時間がかかるので、血液の流れを一時的に止める（閉塞する）ことが必要があった。しかし、本実施形態では、測定を短時間に行うことができるので、非閉塞状態で測定できるようになり、患者の負担軽減に有効となる。
【符号の説明】
【００４４】
１…光断層画像取得装置、２…対象物、１０…光源部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…干渉部、３０…参照部、３１…反射体、４０…測定部、４１…走査部、５０，５０Ａ，５０Ｂ…検出部、５１…レンズ、５２Ａ…反射型回折格子、５２Ｂ…透過型回折格子、５３…偏向部、５４…レンズ、５５…受光部、６０…解析部、７０…表示部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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