(57)【要約】【課題】正確な光断層画像を取得することができる光断層画像取得装置を提供する。【解決手段】光プローブ４０は、光ファイバ４１、GRINレンズ４２、保護材４３およびシース４４を含む。光ファイバ４１の第２端４１ｂ，GRINレンズ４２および保護材４３は、これらの間の相対的位置関係が固定されたプローブ可動部４０Ａとされている。プローブ可動部４０Ａは、シース４４の内周面との間に空隙が設けられていて、シース４４の内部で回転自在である。光断層画像におけるプローブ可動部４０Ａの何れかの界面の像位置に基づいて、光断層画像を取得する基準となる光断層画像基準位置が求められる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する光源と、
前記光源から出力された光を分岐して測定光および参照光として出力する分岐部と、
前記分岐部から出力された測定光を第１端に入力して導光し第２端から出力する光ファイバと、前記光ファイバの前記第２端と接続されて前記第２端から出力される測定光を測定対象物上に集光する集光光学系と、前記光ファイバの前記第２端と前記集光光学系とを被覆する保護材と、前記光ファイバに沿って延在し前記光ファイバと前記集光光学系と前記保護材とを包囲するシースとを含み、前記光ファイバと前記集光光学系と前記保護材とが前記シースの内部で回転自在である光プローブと、
前記分岐部から出力された参照光を導くとともに該参照光の光路長が可変である参照光学系と、
前記分岐部から出力された測定光が前記光ファイバの前記第１端に入力されたことに伴い前記第１端から出力される後方反射光と、前記参照光学系を経た参照光とを合波して、これら後方反射光と参照光とによる干渉光を出力する合波部と、
前記合波部から出力された干渉光を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果を周波数解析して光断層画像を取得し、この光断層画像における前記光ファイバの前記第２端，前記集光光学系および前記保護材のうちの何れかの界面または反射面の像位置に基づいて、光断層画像を取得する基準となる光断層画像基準位置を求め、この光断層画像基準位置に基づいて前記参照光学系における参照光の光路長を調整する制御部と、
を備える光断層画像取得装置。
【請求項２】
前記光断層画像は、プローブ可動部を回転させながら複数の光断層画像を取得し、それら複数の光断層画像を平均化して得られた画像である、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】
光コヒーレンシトモグラフィ（Optical Coherent Tomography;ＯＣＴ）技術に拠る光断層画像取得装置は、光源から出力された光を分岐して測定光および参照光とし、測定光が測定対象物に照射されたときに生じる後方反射光と参照光とによる干渉光を検出部により検出し、検出部による検出結果を解析することで測定対象物の１次元の光断層画像を取得することができる。また、光断層画像取得装置は、測定対象物への測定光の照射位置を走査することで、２次元または３次元の光断層画像を取得することができる。
【０００３】
ＯＣＴは、時間領域ＯＣＴ（Time Domain ＯＣＴ; ＴＤ-ＯＣＴ）とフーリエ領域ＯＣＴ（FourierDomain ＯＣＴ; ＦＤ-ＯＣＴ）とに大別される。また、後者のＦＤ-ＯＣＴは、周波数掃引ＯＣＴ（Swept Source ＯＣＴ; ＳＳ-ＯＣＴ）とスペクトル領域ＯＣＴ（Spectral Domain ＯＣＴ; ＳＤ-ＯＣＴ）とに大別される。
【０００４】
ＳＤ-ＯＣＴでは、光源から広帯域の光を出力し、検出部によるスペクトル検出結果を解析することで測定対象物の光断層画像を取得する。ＳＳ-ＯＣＴでは、光源から出力される光の周波数を掃引し、検出部による各周波数での検出結果を解析することで測定対象物の光断層画像を取得する。ＳＤ-ＯＣＴおよびＳＳ-ＯＣＴの何れにおいても、波数の関数として表した干渉光のスペクトルをフーリエ変換することで光断層画像を取得する。
【０００５】
ＳＤ-ＯＣＴおよびＳＳ-ＯＣＴの何れにおいても、光源から検出部に到るまでの測定光および後方反射光の光路長と参照光の光路長との差が所定値より小さくなる範囲において測定対象物の光断層画像を取得することができる。したがって、参照光の光路長は、光断層画像を取得したい測定対象物の範囲（測定光照射方向の深さ範囲）に応じて適切に設定される必要がある。
【０００６】
特許文献１に開示された発明は、測定光および後方反射光を導光する光ファイバを含む光プローブを血管などの管腔形状の測定対象物の内腔に挿入して断層構造を測定するものである。光プローブでは、光ファイバの先端に集光光学系および偏向光学系が接続され、これらが保護材により被覆されて、これらがシースにより包囲されている。光ファイバ，集光光学系，偏向光学系および保護材は、シースの内部で回転自在とされている。
【０００７】
また、特許文献１に開示された発明は、光断層画像におけるシースの内周面および外周面の像位置に基づいて、光断層画像を取得する基準となる光断層画像基準位置を求め、この光断層画像基準位置に基づいて参照光の光路長を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−９９４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１，２に開示された発明は以下のような問題点を有していることを、本発明者は見出した。
【００１０】
すなわち、特許文献１に開示された発明では、光断層画像におけるシースの内周面および外周面の像位置に基づいて光断層画像基準位置を求め、この光断層画像基準位置に基づいて参照光の光路長を調整する。また、光プローブにおいて、光ファイバの先端部（測定光を出力するとともに測定対象物からの後方反射光を入力する端部），集光光学系，偏向光学系および保護材は、これらの間の相対的位置関係が固定されたプローブ可動部とされている。そして、このプローブ可動部は、シースの内周面との間に空隙が設けられていて、シースの内部で回転自在とされている。
【００１１】
シースの内部において、プローブ可動部は、回転自在であるだけでなく、位置および方位も変化する場合がある。それ故、特定の位置や方位で測定した光断層画像におけるシースの内周面および外周面の像位置に基づいて光断層画像基準位置を求めて参照光の光路長を調整しても、その後の測定の際には、プローブ可動部に対するシースの位置または方位が調整時と異なる場合がある。このような場合、正確な光断層画像を取得することができない。
【００１２】
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、正確な光断層画像を取得することができる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】
【００１３】
本発明の光断層画像取得装置は、(1) 光を出力する光源と、(2) 前記光源から出力された光を分岐して測定光および参照光として出力する分岐部と、(3)前記分岐部から出力された測定光を第１端に入力して導光し第２端から出力する光ファイバと、前記光ファイバの前記第２端と接続されて前記第２端から出力される測定光を測定対象物上に集光する集光光学系と、前記光ファイバの前記第２端と前記集光光学系とを被覆する保護材と、前記光ファイバに沿って延在し前記光ファイバと前記集光光学系と前記保護材とを包囲するシースとを含み、前記光ファイバと前記集光光学系と前記保護材とが前記シースの内部で回転自在である光プローブと、(4) 前記分岐部から出力された参照光を導くとともに該参照光の光路長が可変である参照光学系と、(5) 前記分岐部から出力された測定光が前記光ファイバの前記第１端に入力されたことに伴い前記第１端から出力される後方反射光と、前記参照光学系を経た参照光とを合波して、これら後方反射光と参照光とによる干渉光を出力する合波部と、(6) 前記合波部から出力された干渉光を検出する検出部と、(7) 前記検出部による検出結果を周波数解析して光断層画像を取得し、この光断層画像における前記光ファイバの前記第２端，前記集光光学系および前記保護材のうちの何れかの界面または反射面の像位置に基づいて、光断層画像を取得する基準となる光断層画像基準位置を求め、この光断層画像基準位置に基づいて前記参照光学系における参照光の光路長を調整する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、正確な光断層画像を取得することができる。
【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の構成を示す図である。
【図２】光プローブ４０の先端部分の断面構造を示す図である。
【図３】（ａ）は検出部５２により検出される干渉光のスペクトルを示す図であり、（ｂ）は制御部５３により取得される１次元の光断層画像を示す図である。
【図４】制御部５３により取得される１次元の光断層画像を示す図である。
【図５】プローブ可動部４０Ａを回転させたときの光断層画像における界面Ｐ１〜Ｐ７それぞれの像位置の変化を示す図である。
【図６】光プローブ４０の先端部分の断面構造の例を示す図である。
【図７】２次元の光断層画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の光断層画像取得装置は、(1) 光を出力する光源と、(2) 前記光源から出力された光を分岐して測定光および参照光として出力する分岐部と、(3)前記分岐部から出力された測定光を第１端に入力して導光し第２端から出力する光ファイバと、前記光ファイバの前記第２端と接続されて前記第２端から出力される測定光を測定対象物上に集光する集光光学系と、前記光ファイバの前記第２端と前記集光光学系とを被覆する保護材と、前記光ファイバに沿って延在し前記光ファイバと前記集光光学系と前記保護材とを包囲するシースとを含み、前記光ファイバと前記集光光学系と前記保護材とが前記シースの内部で回転自在である光プローブと、(4) 前記分岐部から出力された参照光を導くとともに該参照光の光路長が可変である参照光学系と、(5) 前記分岐部から出力された測定光が前記光ファイバの前記第１端に入力されたことに伴い前記第１端から出力される後方反射光と、前記参照光学系を経た参照光とを合波して、これら後方反射光と参照光とによる干渉光を出力する合波部と、(6) 前記合波部から出力された干渉光を検出する検出部と、(7) 前記検出部による検出結果を周波数解析して光断層画像を取得し、この光断層画像における前記光ファイバの前記第２端，前記集光光学系および前記保護材のうちの何れかの界面または反射面の像位置に基づいて、光断層画像を取得する基準となる光断層画像基準位置を求め、この光断層画像基準位置に基づいて前記参照光学系における参照光の光路長を調整する制御部と、を備える。
【００１７】
前記光断層画像は、プローブ可動部を回転させながら複数の光断層画像を取得し、それら複数の光断層画像を平均化して得られた画像であるのが好適である。
【００１８】
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。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１９】
図１は、本実施形態の光断層画像取得装置１の構成を示す図である。光断層画像取得装置１は、光源１１、分岐部１２、光サーキュレータ２１、ミラー２２、可動ステージ２３、光サーキュレータ３１、回転モータ３２、光プローブ４０、合波部５１、検出部５２および制御部５３を備える。
【００２０】
光源１１は、光を出力するものであり、出力光の周波数を掃引することが可能である。分岐部１２は、光ファイバＦ１を介して光源１１と接続されており、光源１１から出力されて光ファイバＦ１により導光された光を入力する。分岐部１２は、その入力した光を分岐して測定光Ｌｓおよび参照光Ｌｒとし、参照光Ｌｒを光ファイバＦ２へ出力し、測定光Ｌｓを光ファイバＦ３へ出力する。
【００２１】
光サーキュレータ２１は、光ファイバＦ２を介して分岐部１２と接続されており、分岐部１２から出力されて光ファイバＦ２により導光された参照光Ｌｒを入力し、その入力した参照光Ｌｒを光ファイバＦ４へ出力する。また、光サーキュレータ２１は、光ファイバＦ４により導光されて到達した参照光Ｌｒを入力し、その入力した参照光Ｌｒを光ファイバＦ５へ出力する。
【００２２】
ミラー２２は、光サーキュレータ２１から出力され光ファイバＦ４により導光されて光ファイバＦ４の端面から出力された参照光Ｌｒを反射させ、その反射させた参照光Ｌｒを光ファイバＦ４の端面に入力させる。可動ステージ２３は、ミラー２２の反射面に垂直な方向にミラー２２を移動させる。光サーキュレータ２１とミラー２２との間の参照光学系は、参照光の光路長が可変である。
【００２３】
光サーキュレータ３１は、光ファイバＦ３を介して分岐部１２と接続されており、分岐部１２から出力されて光ファイバＦ３により導光された測定光Ｌｓを入力し、その入力した測定光Ｌｓを光ファイバＦ６へ出力する。また、光サーキュレータ３１は、光ファイバＦ６により導光されて到達した測定光Ｌｓを入力し、その入力した測定光Ｌｓを光ファイバＦ７へ出力する。
【００２４】
光プローブ４０は、光ファイバ４１およびグレーデッドインデックス（GRIN）レンズ４２を含む。光ファイバ４１は、光ファイバＦ６と光学的に結合されており、光サーキュレータ３１から出力され光ファイバＦ６により導光されて光ファイバＦ６の端面から出力された測定光Ｌｓを第１端４１ａに入力して導光し、その測定光Ｌｓを第２端４１ｂから出力する。光ファイバの第２端４１ｂに接続されたGRINレンズ４２は、その測定光Ｌｓを集光するとともに反射面で進行方向を変えて測定対象物２に照射する。また、光ファイバ４１は、測定対象物２等で生じた後方反射光を第１端４１ａから出力して光ファイバＦ６の端面に入力させる。回転モータ３２は、光ファイバ４１を回転させ、これにより、GRINレンズ４２からの測定光Ｌｓの照射方向を走査する。
【００２５】
合波部５１は、光サーキュレータ２１から出力され光ファイバＦ５により導光されて到達した参照光を入力するとともに、光サーキュレータ３１から出力され光ファイバＦ７により導光されて到達した後方反射光を入力して、これら参照光と後方反射光とを合波して干渉光を出力する。検出部５２は、光ファイバＦ８を介して合波部５１と接続されており、合波部５１から出力されて光ファイバＦ８により導光された干渉光を入力して、その干渉光を検出する。制御部５３は、検出部５２による検出結果を周波数解析して光断層画像を取得する。また、制御部５３は、可動ステージ２３を移動させることで、参照光学系の光路長を調整する。
【００２６】
図２は、光プローブ４０の先端部分の断面構造を示す図である。同図は、光ファイバ４１の中心軸を含む断面を示す。光プローブ４０は、光ファイバ４１、GRINレンズ４２、保護材４３およびシース４４を含む。光ファイバ４１は、第１端４１ａおよび第２端４１ｂのうち一方に入力した光（測定光または後方反射光）を導光して他方から出力する。GRINレンズ４２は、光ファイバ４１の第２端４１ｂと接続されており、光軸に垂直な面に対して傾斜した反射面を有している。GRINレンズ４２は、光ファイバ４１の第２端４１ｂから出力される測定光を集光する集光光学系として作用するとともに、該測定光を反射面で全反射させて進行方向を変える光学系としても作用する。
【００２７】
保護材４３は、光ファイバ４１の第２端４１ｂおよびGRINレンズ４２を被覆するものである。保護材４３は光ファイバ４１およびGRINレンズ４２の側面に密着している。保護材４３とGRINレンズ４２の反射面との間に空隙が設けられている。シース４４は、光ファイバ４１に沿って延在し、光ファイバ４１，GRINレンズ４２および保護材４３を包囲する。光ファイバ４１の第２端４１ｂ，GRINレンズ４２および保護材４３は、これらの間の相対的位置関係が固定されたプローブ可動部４０Ａとされている。このプローブ可動部４０Ａは、シース４４の内周面との間に空隙が設けられていて、シース４４の内部で回転自在である。
【００２８】
光ファイバ４１の第１端４１ａに入力された測定光は、光ファイバ４１に導光された後、光ファイバ４１とGRINレンズ４２との界面Ｐ１（光ファイバ４１の第２端４１ｂ）、GRINレンズ４２の反射面Ｐ２、GRINレンズ４２と保護材４３との界面Ｐ３、保護材４３の外周面Ｐ４、シース４４の内周面Ｐ５およびシース４４の外周面Ｐ６を経て、測定対象物２における照射位置Ｐ７に到達する。
【００２９】
図３（ａ）は、検出部５２により検出される干渉光のスペクトルを示す図である。同図（ｂ）は、制御部５３により取得される１次元の光断層画像を示す図である。制御部５３は、波数の関数として表した干渉光のスペクトル（同図（ａ））をフーリエ変換することで光断層画像（同図（ｂ））を取得することができる。制御部５３が参照光の光路長を変化させると、取得される光断層画像は同図（ｂ）において左右に移動する。したがって、参照光の光路長は、光断層画像を取得したい測定対象物２の範囲（測定光照射方向の深さ範囲）に応じて適切に設定される必要がある。
【００３０】
図４は、制御部５３により取得される１次元の光断層画像を示す図である。図５は、プローブ可動部４０Ａを回転させたときの光断層画像における界面Ｐ１〜Ｐ７それぞれの像位置の変化を示す図である。取得される光断層画像には、測定対象物２で生じる後方反射光による像の他、界面Ｐ１〜Ｐ６それぞれで生じる後方反射光による像も現れる。
【００３１】
比較例では、光断層画像におけるシース４４の内周面Ｐ５および外周面Ｐ６の像位置に基づいて光断層画像基準位置を求め、この光断層画像基準位置に基づいて参照光の光路長を調整する。この場合、シース４４の内部でプローブ可動部４０Ａが回転する際に、プローブ可動部４０Ａの位置や方位が変化する場合があり、その結果、光断層画像において界面Ｐ５，Ｐ６の像の位置や大きさも変動する。それ故、光断層画像における界面Ｐ５，Ｐ６の像位置を正確に求めることが容易でない場合がある。また、光断層画像における界面Ｐ５，Ｐ６の像位置に基づいて光断層画像基準位置を求めて参照光の光路長を調整しても、その後の測定の際には、シース４４の内部におけるプローブ可動部４０Ａの位置または方位が調整時と異なる場合がある。比較例では、正確な光断層画像を取得することができない。
【００３２】
これに対して、本実施形態では、制御部５３は、検出部５２による検出結果を周波数解析して光断層画像を取得し、この光断層画像における界面Ｐ１〜Ｐ４のうちの何れかの界面の像位置に基づいて、光断層画像を取得する基準となる光断層画像基準位置を求める。そして、制御部５３は、この光断層画像基準位置に基づいて、可動ステージ２３を移動させることで、参照光学系における参照光の光路長を調整する。
【００３３】
光断層画像において、界面Ｐ５〜Ｐ７の像の位置や大きさは変動するのに対して、界面Ｐ１〜Ｐ４の像の位置や大きさは変動しない（または変動が小さい）。それ故、本実施形態では、光断層画像における界面Ｐ１〜Ｐ４の像位置を正確に求めることが容易である。また、光断層画像における界面Ｐ１〜Ｐ４の像位置に基づいて光断層画像基準位置を求めて参照光の光路長を調整した後の測定の際に、シース４４の内部におけるプローブ可動部４０Ａの位置または方位が調整時と異なる場合があっても、光断層画像における界面Ｐ１〜Ｐ４の像位置は変化しない。したがって、本実施形態では、正確な光断層画像を取得することができる。
【００３４】
本実施形態では、光断層画像において界面Ｐ１〜Ｐ４のうちの何れかの界面の像位置を求める。これらの間の相対的位置関係は固定であり既知であるので、この相対的位置関係に基づいて界面Ｐ１〜Ｐ４の像位置を容易に求めることができる。プローブ可動部４０Ａの回転中心と界面Ｐ１〜Ｐ４との相対的位置関係は、プローブ可動部４０Ａの回転に対して固定であるので、回転させて測定した複数の１次元の光断層画像を平均化することによって、界面Ｐ１〜Ｐ４の像を強調させ、測定ノイズや回転に対して位置が変動する界面Ｐ５〜Ｐ６の像を低減させることができる。光断層画像において、界面Ｐ２〜Ｐ６の像位置は互いに近いのに対して、これらと界面Ｐ１の像位置とは互いに離れているので、界面Ｐ２〜Ｐ６の像位置と区別して界面Ｐ１の像位置を容易に求めることができる。また、可動ステージ２３を移動させて参照光の光路長を変化させながら、光断層画像における界面Ｐ１〜Ｐ４の像位置を探索すれば、界面Ｐ１〜Ｐ４の像位置を容易に求めることができる。
【００３５】
図６は、光プローブ４０の先端部分の断面構造の例を示す図である。同図は、GRINレンズ４２の中心軸に垂直な含む断面を示す。GRINレンズ４２の反射面における測定光の反射位置を同図の画像中心としている。画像中心からプローブ可動部４０Ａの界面までの距離ａは、方向によらず一定値０.２０である。これに対して、GRINレンズ４２の中心軸とシース４４の中心軸とが互いに一致していないと、画像中心からシース４４の内周面または外周面までの距離ｂは、方向によって異なり、例えば０.２５〜０.７５の範囲の値となる。
【００３６】
図７は、２次元の光断層画像の例を示す図である。同図（ａ）は光断層画像基準位置が適正位置である場合の光断層画像を示す。同図（ｂ）は光断層画像基準位置が適正位置より遠い（ミラー２２が、適正位置より光ファイバＦ４から離れている）場合の光断層画像を示す。また、同図（ｃ）は光断層画像基準位置が適正位置より近い（ミラー２２が、適正位置より光ファイバＦ４に近い）場合の光断層画像を示す。同図は、図６に示される断面配置においてシース４４内でプローブ可動部４０Ａを回転させて測定光の照射方向を走査することで得られる２次元の光断層画像を示す。
【００３７】
比較例では、図６で方向によって位置が異なるシース４４の内周面および外周面の光断層画像における像位置に基づいて光断層画像基準位置を求めるので、基準位置を決めた像位置の方向によって図７（ｂ）または図７（ｃ）に示される光断層画像が取得される場合があり、更に調整して図７（ａ）に示される光断層画像を求める必要がある。これに対して、本実施形態では、図６で方向によって位置が変わらないプローブ可動部４０Ａの何れかの界面の光断層画像における像位置に基づいて光断層画像基準位置を求めるので、基準位置を決めた像位置の方向によらず図７（ａ）に示される光断層画像が取得される。本実施形態では、正確な光断層画像を容易に取得することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…光断層画像取得装置、２…測定対象物、１１…光源、１２…分岐部、２１…光サーキュレータ、２２…ミラー、２３…可動ステージ、３１…光サーキュレータ、３２…回転モータ、４０…光プローブ、４０Ａ…プローブ可動部、４１…光ファイバ、４２…GRINレンズ、４３…保護材、４４…シース、５１…合波部、５２…検出部、５３…制御部、Ｆ１〜Ｆ８…光ファイバ、Ｌｒ…参照光、Ｌｓ…測定光。
【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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