(57)【要約】 【課題】  光コヒーレンス断層撮影システムを提供する。【解決手段】  光線を放射する光源、検出装置、光遅延装置、焦点調節装置、及び前記光線を第１参照光線と第１サンプル光線とに分けるビームスプリッターを含み、前記第１参照光線は、前記光遅延装置に入射され、前記第１サンプル光線は、前記焦点調節装置に入射され、サンプルに焦点が合わせられ、且つ前記光遅延装置から反射された第２参照光線及び前記サンプルから反射された第２サンプル光線は、前記ビームスプリッターを通過して前記検出装置に入射され、第一次元に沿った前記第２参照光線の異なる部分は、異なる光路長を有する光断層撮影システム。【選択図】  図１
2013019884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線を放射する光源、
検出装置、
光遅延装置、
焦点調節装置、及び
前記光線を第１参照光線と第１サンプル光線に分けるビームスプリッターであって、前記第１参照光線は、前記光遅延装置に入射され、前記第１サンプル光線は、前記焦点調節装置に入射され、サンプルに焦点が合わせられ、且つ前記光遅延装置から反射された第２参照光線及び前記サンプルから反射された第２サンプル光線は、前記ビームスプリッターを通過して前記検出装置に入射されるビームスプリッターを含み、
第一次元に沿った前記第２参照光線の異なる部分は、異なる光路長を有する光断層撮影システム。
【請求項２】
第二次元に沿った前記第２参照光線の異なる部分は、同じ光路長を有し、前記第一次元及び前記第二次元は互いに垂直である請求項１に記載の光断層撮影システム。
【請求項３】
前記第一次元及び前記第二次元は、共に前記第１参照光線の入射方向に垂直である請求項２に記載の光断層撮影システム。
【請求項４】
前記光遅延装置は、一次元曲面鏡、円筒鏡、または平面鏡を含み、前記平面鏡の反射面は、前記第１参照光線の入射方向に垂直でない請求項１に記載の光断層撮影システム。
【請求項５】
前記焦点調節装置は、凸形円筒状レンズである請求項１に記載の光断層撮影システム。
【請求項６】
前記焦点調節装置は、前記第二次元に沿わずに、第三次元に沿った前記第１サンプル光線を集束することができ、前記第三次元は、前記第一次元及び前記第二次元と垂直である請求項３に記載の光断層撮影システム。
【請求項７】
前記焦点調節装置によって前記サンプルに焦点が合わせられた前記第１サンプル光線は、前記第二次元に沿った帯状の形状を有する請求項３に記載の光断層撮影システム。
【請求項８】
前記光源は、広帯域光源である請求項１に記載の光断層撮影システム。
【請求項９】
前記光遅延装置と前記ビームスプリッターとの間の距離は、一定値である請求項１に記載の光断層撮影システム。
【請求項１０】
前記検出装置は、二次元光検出装置である請求項１に記載の光断層撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光断層撮影システムに関し、特に、光コヒーレンス断層撮影システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンス断層撮影法（optical coherence tomography , OCT）は、J. G. Fujimotoほかの論文によって開示され、１９９１年に、「サイエンス(Science)」誌上に掲載されている。材料の表面下の構造に対して非破壊性の二次元または三次元の高解像度断層イメージングが可能なその能力により、過去２０年にわたり、関連の技術と応用が急速に開発され、広範に注目されてきた。特に、生態医学の分野において、OCTは、重要な研究と診断のツールとなってきた。
【０００３】
OCTは、干渉法の原理に基づいている。OCTは、サンプルアームと参照アームからの光の干渉信号をサンプルの構造をイメージングする基準として用いている。OCTの開発の初期段階では、時間領域OCTが主に開発され、参照アームにおける光遅延線の縦方向（軸方向）へのスキャンは、光遅延を発生させ、時間とともに参照アームの光路長を変化させるために用いられていた。次いで、サンプル内の異なる深さの構造情報が得られる。この技術の欠点は、参照アームに縦方向（軸方向）のスキャンをする必要があることであり、イメージング速度を向上させることを難しくしている。
【０００４】
その後開発されたフーリエ領域、または周波数領域OCTは、システムの光検出器を分光器に置き換えている。サンプル内の異なる深さの構造情報は、干渉信号のフーリエ変換(Fourier transform)から得ることができる。この技術の利点は、参照アームに縦方向（軸方向）のスキャンをすることなく、イメージング速度を大幅に向上させることができることである。しかしながら、この技術にはまだ制限がある。例えば、フーリエ変換中、イメージングの範囲は、分光器の波長分解能、鏡像、及び自己相関信号によって制限される。鏡像及び自己相関信号の問題を解決するために、参照アームにおける位相シフトが必要である。また、サンプル内の構造情報の取得は、干渉信号のフーリエ変換のためにコンピュータプログラムを用いることを必要とする。
【０００５】
近年、掃引レーザ（swept laser）の開発により、従来の広帯域光源に替えて掃引光源を使用し、分光器の替わりに高速光検出器を使用する掃引光源OCTは、この技術を更に改善させている。この新しい技術は、イメージング速度及びスペクトルの波長解像度を大幅に向上させる。しかしながら、この技術に用いられる光源は、通常、高コストである。更に、この技術は、フーリエ領域、または周波数領域OCTの概念になおも基づいているので、サンプル内の構造情報を得るために、フーリエ変換のためのコンピュータプログラムが必要である。そのため、フーリエ変換中の鏡像及び自己相関信号の問題は、どちらも回避されない可能性がある。
【０００６】
したがって、新しい光断層撮影システムは、上述のニーズを満たし、既知の技術の欠点を克服することが求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、改良された光コヒーレンス断層撮影システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、光断層撮影システムが提供される。光断層撮影システムの例示的な実施形態は、光線を放射する光源を含む。ビームスプリッターは、光線を第１参照光線と第１サンプル光線に分ける。第１参照光線は、光遅延装置に入射され、第１サンプル光線は、焦点調節装置に入射され、サンプルに焦点が合わせられる。光遅延装置から反射された第２参照光線及びサンプルから反射された第２サンプル光線は、ビームスプリッターによって検出装置に入射される。第一次元に沿った第２参照光線の異なる部分は、異なる光路長を有する。
【０００９】
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明は、添付の図面と併せて後に続く詳細な説明と実施例を解釈することによって、より完全に理解されることができる。
【図１】本発明の光断層撮影システムの１つの例示的な実施形態を表す概略図である。
【図２】光源から放射された光線の光路、及びビームスプリッターによって分けられた光線からの第１参照光線と第１サンプル光線の光路を表す概略図である。
【図３】光遅延装置から反射された第２参照光線の光路を表す概略図である。
【図４】サンプルから反射された第２サンプル光線の光路を表している。
【図５】本発明の光断層撮影システムの１つの例示的な実施形態からなる断層カメラ／断層ビデオカメラ／カプセル断層内視鏡を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の説明は、本発明を実施する形態が開示されている。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のためのもので本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求の範囲を参考にして決定される。可能な場合、同じ参照番号が図面と説明で用いられ、同様の部分に用いられる。
【００１２】
本発明は、特定の実施形態に対し、且つ特定の図面に関して説明されるが、本発明はこれに制限されるものではなく、請求項によってのみ制限される。記述された図面は、概略図であり、限定するものではない。図面では、いくつかの要素のサイズは、例示を目的として拡大され、寸法どおりには描かれていない可能性がある。寸法及び相対寸法は、本発明を実施する実際の寸法には一致していない。
【００１３】
図１は、本発明の光断層撮影システム５００の１つの例示的な実施形態を表す概略図である。光断層撮影システム５００の１つの例示的な実施形態は、光コヒーレンス断層撮影システムである。光断層撮影システム５００の干渉計の参照アームは、縦（軸）方向に沿ってスキャンすることを要求されない。また、干渉計で受けた干渉信号は、コンピュータプログラムを用いてフーリエ変換されることを要求されない。図１を参照すると、光断層撮影システム５００の１つの例示的な実施形態は、光源１、ビームスプリッター２、光遅延装置３、焦点調節装置４、及び検出装置５を含む。ビームスプリッター２、光遅延装置３、焦点調節装置４、及び検出装置５は、共同で光断層撮影システム５００の干渉計を構成する。光源１から放射された光がサンプル及び光遅延装置３にそれぞれ入射した時、２つの反射光線が形成される。これらの２つの反射光線は、検出装置５によって検出される、干渉信号を発生する。図１に表されるように、光源１、光遅延装置３、焦点調節装置４、及び検出装置５は、ビームスプリッター２の第１側２０２、第２側２０４、第３側２０６、及び第４側２０８にそれぞれ配置される。なお、ここで説明する光源１、光遅延装置３、焦点調節装置４、及び検出装置５を配置する位置は、例示的なものであり、これを限定するものではない。注意するべきであるのは、光遅延装置３とビームスプリッター２との間の距離は、一定値に保たれるということである。
【００１４】
１つの実施形態では、光源１は、連続的な波長（または周波数）分布を有する広帯域光源であり得る。１つの実施形態では、ビームスプリッター２は、分光鏡（beam splitting mirror）であり得る。１つの実施形態では、光遅延装置３は、当該光遅延装置３を通過する第一次元（図１の図の面に平行な第一次元３００）に沿って反射された光線の異なる部分に光路長分布または光遅延分布を生じ、当該光遅延装置３を通過する第二次元（図１の図の面に垂直な第二次元３０２）に沿って反射された光線の異なる部分に同じ光路長を生じる装置である。例えば、光学遅延装置３は、円筒形状の鏡（円筒鏡）または平面形状の鏡（平面鏡）を含んでもよい。円筒鏡は、第二次元に沿って延伸され得る（図１の図の面に垂直な第二次元３０２）。また、平面鏡の反射面２２２は、第１参照光線の入射方向に垂直ではない。第一次元３００と第二次元３０２は、光軸（光線の伝播方向）に垂直な次元として定義される。また、第一次元３００と第二次元３０２は互いに垂直である。焦点調節装置４の１つの例示的な実施形態は、第１サンプル光線を第三次元３０４に沿ってのみ焦点合わせを行うことができ、第二次元３０２に沿っては焦点合わせを行うことができない。第三次元３０４は、図１の図の面に平行であり、第三次元３０４は、第一次元と第二次元の両方に垂直である。この実施形態では、焦点調節装置４は、第二次元３０２に沿って延伸する凸形円筒状レンズであり得る。１つの実施形態では、検出装置は、例えば、デジタルカメラなど、二次元（２Ｄ）電荷結合素子であり、二次元光を検出する。
【００１５】
次に、図２〜４は、本発明の光断層撮影システム５００の１つの例示的な実施形態を用いた光コヒーレンス断層撮影を説明している。図２は、光源１から放射された光線２１２の光路、及びビームスプリッター２によって分けられた光線２１２からの第１参照光線２１４と第１サンプル光線２１６の光路を表す概略図である。第１参照光線２１４と第１サンプル光線２１６の異なる線分（line segment）は、光路となり、線分の矢印によって示された方向は、光の伝播方向を示している。図２に示されるように、光線２１２は、光源１から放射される。この実施形態では、光源１は、広帯域光源である。よって、光線２１２は、広帯域の光線２１２となる。光線２１２は、ビームスプリッター２によって第１参照光線２１４と第１サンプル光線２１６の２つの光線とに分けられ得る。第１参照光線２１４の一部は、例えば円筒鏡などの光遅延装置３に入射し得る。また、第１サンプル光線２１６は、焦点調節装置４に入射し、焦点調節装置４によってサンプル６に焦点が合わせられる。この実施形態では、焦点調節装置４は、第１サンプル光線２１６の焦点合わせを第三次元３０４に沿ってのみ行うことができ、第二次元３０２に沿って焦点合わせを行うことができないため、サンプル６に焦点が合わせられた第１サンプル光線２１６は、第二次元３０２に沿った帯状の形状（strip shape）を有する。
【００１６】
図３及び図４に示されるように、光遅延装置３及びサンプル６は、第１参照光線２１４と第１サンプル光線２１６をそれぞれ反射し、第２参照光線２１８と第２サンプル光線２２０を形成する。図３は、光遅延装置３から反射された第２参照光線２１８の光路を表す概略図である。第２参照光線２１８の異なる線分は、第２参照光線２１８の異なる光路となり、線分の矢印によって示された方向は、第２参照光線２１８の光の伝播方向を示している。図３に示されるように、光遅延装置３から反射された第２参照光線２１８は、ビームスプリッター２を通過して検出装置５に入射し得る。第２参照光線２１８は、第一次元３００（図面に平行）に沿って光路長分布（光遅延分布）を有する。即ち、第一次元３００に沿った第２参照光線２１８の異なる部分は、異なる光路長を有するが、第二次元３０２に沿った第２参照光線２１８は、同じ光路長を有する。言い換えると、ビームスプリッター２によって分けられる光線は、光遅延装置３によって反射され、検出装置５に伝送される。第一次元３００に沿った光線（第２参照光線２１８の異なる線分）の異なる部分は、異なる光路長を有する。
【００１７】
図４は、サンプル６から反射された第２サンプル光線２２０の光路を表している。第２サンプル光線２２０の異なる線分は、第２サンプル光線２２０の光路となり、線分の矢印によって示された方向は、第２サンプル光線２２０の光の伝播方向を示している。図４に示されるように、サンプル６によって反射された、または後方散乱された（back scattered）第２参照光線２２０は、焦点調節装置４を通過し、次いでビームスプリッター２によって反射されて検出装置５に入射される。この実施形態では、図２に示されるように、焦点調節装置４は、第１サンプル光線２１６の焦点合わせを第三次元３０４に沿ってのみ行い、第二次元３０２に沿って焦点合わせを行わないため、サンプル６に焦点が合わせられた第１サンプル光線２１６は、第二次元３０２に沿った帯状の形状を有する。図４では、第一次元３００（図面に平行）に沿った検出装置５に入射する第２サンプル光線２２０の異なる部分は、サンプル６の同一縦軸（光の伝播方向に沿っている）の反射光を表している。第二次元３０２（図面に垂直）に沿った検出装置５に入射する第２サンプル光線２２０の異なる部分は、第二次元３０２に沿ったサンプル６の異なる部分からの反射光の部分を表している。
【００１８】
図３及び図４に示されるように、光遅延装置３から反射された第２参照光線２１８、及びサンプル６から反射された第２サンプル光線２２０は、両方ともビームスプリッター２によって検出装置５に入射し得る。注意するべきであるのは、光遅延装置３上で第一次元３００に沿って分布された光線と、焦点調節装置４上で第三次元３０４に沿って分布された光線は、それぞれ反射し、ビームスプリッター２を通過した後、検出装置５で第一次元３００に沿って重なり合うことである。したがって、検出装置５は、第２参照光線２１８及び第２サンプル光線２２０の干渉像（interference image）を受けることができる。第２参照光線２１８の異なる部分は、第一次元３００に沿って異なる光路長を有し、且つ第二次元３０２に沿って同じ光路長を有するため、光遅延装置３を移動（スキャン）することなく、参照アームの光路長の変化が発生され得る。また、第一次元３００（図面に平行）に沿った検出装置５に入射する第２サンプル光線２２０の異なる部分は、サンプル６の同一縦軸（光の伝播方向に沿っている）の反射光を表している。第二次元３０２（図面に垂直）に沿って検出装置５に入射する第２サンプル光線２２０の異なる部分は、第二次元３０２に沿ったサンプル６の異なる部分からの反射光の部分を表している。よって、第一次元３００に沿った干渉像の成分（component）は、縦方向（サンプル６の光線の伝播方向）においてサンプル６の構造情報に対応でき、この構造情報はサンプル６の異なる深さの構造情報を表す。また、第二次元３０２に沿った干渉像の成分は、第二次元３０２に沿ったサンプル６の構造情報に対応でき、この構造情報は第二次元３０２に沿ったサンプル６の異なる位置の構造情報を表す。よって、検出装置５によって受けられた干渉像は、サンプル６の二次元（２Ｄ）断層画像に対応し得る。
【００１９】
本発明の光断層撮影システムの１つの例示的な実施形態が提供される。光断層撮影システムは、光線を空間的に広げることができる光遅延装置３を用いて、時間領域光コヒーレンス断層撮影システムの縦方向スキャン部品（scanning component）に取って代わり、参照光線の光路長を変化させる。よって、従来の時間領域光コヒーレンス断層撮影の画像情報と同等な画像情報は、スキャンすることなく、参照アームの固定された光遅延装置３によって得ることができる。それにより、イメージング速度が向上され得る。また、光コヒーレンス断層撮影システムは、従来のフーリエ領域（周波数領域）光コヒーレンス断層撮影システムにおけるフーリエ変換の必要性、及び鏡像と自己相関信号の問題を回避することができる。したがって、本発明の光コヒーレンス断層撮影システムの１つの例示的な実施形態は、“変換なし（transform-free）単一ショット（single-shot）光コヒーレンス断層撮影システム”とも呼ばれる。
【００２０】
また、焦点合せを行う光線（第１サンプル光線）は、第二次元に沿った帯状の形状を有するが、サンプルの表面上の単点ではなく、且つ光断層撮影システムは、信号を取得するために二次元光検出装置を使用し、サンプルの二次元断層画像は、スキャン及びフーリエ変換することなく即時に得られる。サンプルの三次元（３Ｄ）断層画像は、第一及び第二次元と異なる他の次元に沿ってサンプルをスキャンすることで得ることができる。
【００２１】
本発明の光断層撮影システムの１つの例示的な実施形態の応用は、光コヒーレンス断層撮影システム、小型光コヒーレンス断層撮影システム、携帯型光コヒーレンス断層撮影システムなどを含み得る。特に、光断層撮影システムの参照アームの光遅延装置の位置は、スキャンすることなく固定され得る。よって、光断層撮影システムの１つの例示的な実施形態は、断層カメラ、断層ビデオカメラ、またはヒト消化管より小さいサイズを有するカプセル断層内視鏡として用いられ得る。ヒト消化管の二次元（２Ｄ）または三次元（３Ｄ）は、造影剤または放射線医薬品を注入することなく得られることができる。図５は、本発明の光断層撮影システムの１つの例示的な実施形態からなる断層カメラ／断層ビデオカメラ／カプセル断層内視鏡６００を表す概略図である。図５に示されるように、断層カメラ／断層ビデオカメラ/カプセル断層内視鏡６００の１つの例示的な実施形態は、光源１a、ビームスプリッター２a、光遅延装置３a、焦点調節装置４a、及び検出装置５aの素子を含む。前記素子は、１つの統合体（integrated body）（図示されていない）に封入され得る。断層カメラ／断層ビデオカメラ/カプセル断層内視鏡６００の光源１a、光遅延装置３a、焦点調節装置４a、及び検出装置５aは、ビームスプリッター２aの４つの側壁２０２a、２０４a、２０６a、及び２０８aに近接または隣接し、全体の体積を縮小することができる。また、湾曲した反射面２２２aの装置は、光遅延装置３aとして用いられ得る。
【００２２】
以上、本発明を、実施例及び好ましい実施の形態によって説明したが、本発明は、これらに限定されるものではないことは理解されるべきである。逆に、種々の変更及び同様の配置をカバーするものである（当業者には明白なように）。よって、添付の請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
【符号の説明】
【００２３】
１、１a  光源
２、２a  ビームスプリッター
３、３a  光遅延装置
４、４a  焦点調節装置
５、５a  検出装置
２０２  第１側
２０４  第２側
２０６  第３側
２０８  第４側
２０２a、２０４a、２０６a、２０８a  側壁
２１２  光線
２１４  第１参照光線
２１６  第１サンプル光線
２１８  第２参照光線
２２０  第２サンプル光線
２２２  反射面
２２２a  湾曲した反射面
３００  第一次元
３０２  第二次元
３０４  第三次元
５００  光断層撮影システム
６００  断層カメラ／断層ビデオカメラ／カプセル断層内視鏡
【図１】
2013019884.tif 000003
【図２】
2013019884.tif 000004
【図３】
2013019884.tif 000005
【図４】
2013019884.tif 000006
【図５】
2013019884.tif 000007