(57)【要約】【課題】被検体内に挿入されるＯＣＴ用光プローブにおいて、プローブの先端部と基端部との間のロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現する。【解決手段】  被検体内に挿入される略円筒形のシース１１の内部空間に、このシース１１の長手方向に光ファイバ１２を配置する。光ファイバ１２の先端から出射した光Ｌ１を、被検体に向けて偏向させる先端光学系１５により偏向させるとともに、長手方向の軸線回りに所定角度の範囲内で揺動させる。【選択図】図２
2009178200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に挿入される略円筒形のシースと、
該シースの内部空間に長手方向に配設された光ファイバと、
該光ファイバの先端から出射した光を前記被検体に向けて偏向させる先端光学系と、
該先端光学系を前記長手方向の軸線回りに所定角度の範囲内で揺動させる駆動手段とを備えたことを特徴とするＯＣＴ用光プローブ。
【請求項２】
前記シースの側面には、前記偏向手段からの光を、透過させる透過領域および遮光させる遮光領域に分ける窓が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＯＣＴ用光プローブ。
【請求項３】
前記駆動手段が、共振駆動方式であることを特徴とする請求項１または２記載のＯＣＴ用光プローブ。
【請求項４】
前記共振駆動の共振周波数が、前記可撓性シャフトの固有振動数と等しいことを特徴とする請求項３記載のＯＣＴ用光プローブ。
【請求項５】
光を射出する光源手段と、
該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、
前記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断層画像処理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４のいずれか１項記載のＯＣＴ用光プローブを含むものであ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、ＯＣＴ用光プローブおよび光断層画像化装置に関し、より詳しくは、ＯＣＴ用光プローブの長軸の周方向に光走査する機能を備えたＯＣＴ用光プローブ、およびこのＯＣＴ用光プローブを用いてＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により測定対象の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、ＯＣＴ計測により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、光干渉計の一種であり、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に分割した後、この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、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、この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ものである。以下、測定対象からの反射光、後方光散乱光をまとめて反射光という。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ計測とＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ計測の２種類が存在する。
【０００４】
ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００５】
一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＦＤ−ＯＣＴ計測は、ＴＤ−ＯＣＴ計測に依存する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。
【０００６】
ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置で代表的なものとしては、ＳＤ（Spectral  Domain）−ＯＣＴ装置とＳＳ（Swept  Source）−ＯＣＴ装置の２種類が挙げられる。
【０００７】
ＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器等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は波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、断層画像を構成するようにしたものである。
【０００８】
一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザ等を光源に用い、干渉光の光周波数の時間的変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより断層画像を構成するようにしたものである。
【０００９】
また、従来、上記各方式の光断層画像化装置を内視鏡と組み合わせて生体内計測へ応用することが検討されており、内視鏡の鉗子チャンネル内に挿通可能なＯＣＴ用光プローブが知られている。
【００１０】
このようなＯＣＴ用光プローブは、体腔内に挿入される先端部と、測定対象のある面に沿った断層画像を取得するため、先端部から射出された光を少なくとも１次元方向に走査させる基端部から構成されている。
【００１１】
特許文献１には、被検体の内部に挿入されるシースと、このシースの内部で、長手方向に延びる軸回りに回転可能とされた可撓性シャフトと、この可撓性シャフトに被覆された光ファイバと、この光ファイバから出射した光を長手方向に略直角に偏向する先端光学系とを有し、可撓性シャフトを基端に配設されたモータによりギアを介して回転させ、先端光学系を軸回りに回動させるＯＣＴ用光プローブが示されている。
【００１２】
非特許文献２には、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴い、シースの内部で、ＯＣＴ用光プローブの先端近傍にＭＥＭＳモータを設け、先端光学系をＭＥＭＳモータの出力軸に固定し、先端光学系を軸回りに回動させるＯＣＴ用光プローブが示されている。
【特許文献１】特許３１０４９８４号公報
【非特許文献１】Optics Express, Vol. 15, Issue 16, pp. 10390-10396（2007）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に示される従来のＯＣＴ用光プローブは、図１１に示すように、体腔内に挿入される先端部と射出された光を走査させる基端部の間にロータリージョイントを有している。ロータリージョイントにおいては、光ファイバが回転した状態で、先端部側の光ファイバと基端部側の光ファイバを光学接続させる構造であるため、光軸の位置ずれ等による光挿入損失および光反射損失により、測定精度の劣化が発生する虞がある。具体的には、市販のロータリージョイントを使用した場合、このロータリージョイントによる感度の劣化は１０〜２０ｄＢになる。
【００１４】
非特許文献１に示されるＯＣＴ用光プローブは、図１２に示すように、ロータリージョイントは使用することなく、先端部からの光を偏向走査することが可能であるが、ＭＥＭＳモータは、高価であるともに、小型化も困難であり、内視鏡の鉗子チャネル径に挿通させるのが困難な場合が生じる。また、先端部のＭＥＭＳモータへの駆動電源の供給には、人体への感電を防ぐため、絶縁処理も必要となり、さらにＭＥＭＳモータ用駆動ケーブルが先端部からの光を遮断し、画像取得に影響を及ぼす虞も生じる。
【００１５】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、ロータリージョイントにおける先端部側の光ファイバと基端部側の光ファイバ同士の光学接続での、光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるＯＣＴ用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】
【００１６】
本発明によるＯＣＴ用光プローブは、被検体内に挿入される略円筒形のシースと、シースの内部空間に長手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被検体に向けて偏向させる先端光学系と、先端光学系を長手方向の軸線回りに所定角度の範囲内で揺動させる駆動手段とを備えたことを特徴とするものである。ここで、「略円筒形」とは、必ずしも直線の軸を中心として端から端まで厳密な円筒を意味するものではなく、シースの先端が半円球状のように緩やかな曲線を有する形状をも含むものである。さらに、断面形状は数学的に厳密な円である必要はなく、楕円等をも含むものである。上記「所定角度」とは、測定対象の形状に基づいて所望の範囲に設定できるものである。例えば、気管支等の円筒形状を有する測定対象の場合は長手方向の軸線回りに対して略全周が範囲となり、胃壁等の平坦形状の測定対象の場合は長手方向の軸線回りに対して１８０度程度の範囲であればよく、これに限定されるものではない。
【００１７】
また、本発明によるＯＣＴ用光プローブのシースの側面は、遮光性として、その一部に、偏向手段からの光を透過させる透過領域を設け、これにより側面を透過領域と遮光領域に分けるようにしてもよい。ここで、「窓」とは、シース先端部に、光の透過領域および遮光領域を形成するものであればその形態はどのようなものでもよく、具体的には、不透明なシース先端部に窓構造を設けてもよいし、透明なシース先端部の一部に遮光テープを貼付してもよい。さらに、厳密な窓形状とする必要はなく、光の走査方向を横切る方向に延びた線状の遮光領域を設けるものであってもよい。
【００１８】
また、本発明によるＯＣＴ用光プローブの駆動手段は、共振駆動方式とすることができる。
【００１９】
さらに、共振駆動の共振周波数は、可撓性シャフトの有する固有振動数と等しいことが望ましい。
【００２０】
また、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ＯＣＴ用光プローブを用いたことを特徴とするものである。すなわち、本発明による光断層画像化装置は、光を射出する光源手段と、この光源手段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、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断層画像処理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、本発明のＯＣＴ用光プローブを含むものであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＯＣＴ用光プローブは、先端光学系をＯＣＴ用光プローブの長手方向の軸回りに所定角度で揺動させることにより、ＯＣＴ用光プローブの、先端部と基端部との間にロータリージョイントを設ける必要がなく、光源手段からの光が、光ファイバ内を導波して直接的に先端光学系から出射される。
【００２２】
これにより、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失が発生しない。また、先端近傍にＭＥＭＳモータ等の駆動手段を設けていないため、ＯＣＴ用光プローブの外径の大型化、ＯＣＴ用光プローブ内部の絶縁処理の必要性、およびＭＥＭＳモータ用駆動ケーブルによる画像取得への影響等の問題も発生しない。
【００２３】
したがって、本発明によるＯＣＴ用プローブは、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できる。
【００２４】
また、本発明による光断層画像化装置も、上述した通りの本発明によるＯＣＴ用プローブが適用されたものであるから、ロータリージョイントでの光挿入損失、光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるものとなる。
【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実施形態を説明する。まず、光断層画像化装置の概略について説明する。図１は、本発明のＯＣＴ用光プローブ１が適用された光断層画像化装置の全体斜視図である。
【００２６】
本光断層画像化装置は、ＯＣＴ用光プローブ１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と、ビデオプロセッサ５２と、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。
【００２７】
光源装置５１は、後述するように断層画像Ｐが取得される測定対象Ｓｂの部分に測定光Ｌ１を照射するためのものである。
【００２８】
内視鏡５０は、可撓性を有する細長の挿入部５５と、この挿入部５５の基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。この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ている光源コネクタ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。
【００２９】
挿入部５５は、例えば体腔内に挿入されるものであり、測定対象Ｓｂの観察に用いられる。この挿入部５５の先端は、湾曲可能に形成されており、操作部５６には、挿入部５５の先端を湾曲操作するための操作ノブ６１が設けられている。挿入部５５の内部には、その長手方向に沿ってＯＣＴ用光プローブ１や鉗子等の処置具を挿通させるための、図中破線で示す管路である鉗子チャンネル６４が設けられている。この鉗子チャンネル６４の一端は、挿入部５５の先端で開口して先端開口部６４ａとなり、他端は操作部５６上方で鉗子挿入口６４ｂとなっている。この鉗子挿入口６４ｂに、ＯＣＴ用光プローブ１を挿入し、鉗子チャンネル６４を挿通し、先端開口部６４ａに先端を突出させることにより、測定対象Ｓｂに測定光Ｌ１を照射することができる。なお、挿入部５５の先端には、図示しない、測定対象Ｓｂを観察するための観察窓、照明光を照射する照明窓、汚物等を除去する送気、送水ノズル等も設けられている。
【００３０】
ＯＣＴ用光プローブ１は、可撓性を有する長尺の先端部１０と、この先端部１０の基端に連接された基端部２０と、光ファイバ１２とから構成されている。
【００３１】
先端部１０は、前述の通り、図中破線で示す鉗子チャンネル６４を挿通し、体腔内に挿入されるものであり、３ｍ程度の長さを有するものである。
【００３２】
基端部２０は、後述する通り、図示しない駆動手段を内蔵している。
【００３３】
基端部２０からは、制御ケーブル２１が延出している。この制御ケーブル２１の端部は、光断層処理装置５３に制御コネクタ２２により、着脱自在に接続されている。
【００３４】
光ファイバ１２は、一端が光断層コネクタ６２により光断層処理装置５３に着脱自在に接続され、もう一端は、基端部２０および先端部１０を挿通し、この先端部１０の先端近傍まで延出している。
【００３５】
本発明のＯＣＴ用光プローブ１について詳細に説明する。
【００３６】
図２は、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０を示す図である。図２（ａ）は、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０の断面を示す模式図、図２（ｂ）は、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０の斜視図である。
【００３７】
ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０は、略円筒状のシース１１と、このシース１１の中に長手方向に延びて収容された光ファイバ１２と、この光ファイバ１２から出射した光を被検体に向けて集光する先端光学系１５等とを有している。シース１１は、可撓性を有する筒状の部材からなり、本実施形態においては、このシース１１先端は、キャップ１７により閉塞された構造を有している。このキャップ１７には、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３が透過する窓１７ａが設けられている。
【００３８】
光ファイバ１２の外周には、金属線材を密巻き螺状に巻回した密着コイルからなる可撓性シャフト１３が固定されている。
【００３９】
先端光学系１５は、略球状の形状を有しており、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を偏向させるともに、測定対象Ｓｂに対し集光し、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を偏向するとともに、集光し、光ファイバ１２に入射させる。ここで、先端光学系１５の焦点距離は、例えば光ファイバ１２の光軸ＬＰからシース１１の径方向に向かって距離Ｄ＝３ｍｍ程度の位置に形成されている。先端光学系１５から出射した測定光Ｌ１は、光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度傾いている。この先端光学系１５は、光ファイバ１２の光出射位置近傍で、固定部材１４を用いて固定されている。
【００４０】
次に、本発明のＯＣＴ用光プローブ１の動作について説明する。
【００４１】
光ファイバ１２と可撓性シャフト１３は、後述する通り、基端部２０と機械的に接続されており、光ファイバ１２と可撓性シャフト１３は、光軸ＬＰ回りの矢印Ｒ１方向に所定角度の範囲内で揺動するようになっている。光ファイバ１２が揺動することにより、先端光学系１５も一体的に光軸ＬＰ回りの矢印Ｒ１方向に所定角度の範囲内で揺動する。したがって、ＯＣＴ用光プローブ１は、測定対象Ｓｂに対し、先端光学系１５から射出される測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りの矢印Ｒ１方向に所定角度の範囲内で、シース１１の外周方向に走査しながら照射する。所定角度は、測定対象Ｓｂの形状に基づいて所望の範囲に設定できるものである。例えば、気管支等の円筒形状を有する測定対象Ｓｂの場合は長手方向の軸線回りに対して略全周を範囲とし、胃壁等の平坦形状を有する測定対象Ｓｂの場合は長手方向の軸線回りに対して１８０度程度の範囲であればよく、これに限定されるものではない。
【００４２】
キャップ１７は、前述の通り、窓１７ａを有している。この窓１７ａにより、キャップ１７は光を透過する透過領域１７ｂと光を遮光する遮光領域１７ｃとに分けられる。具体的には、窓１７ａを透明な媒質とし、窓１７ａ以外の部分は、不透明媒質、または反射散乱の強い媒質（例えば金属散乱面など）とする。
【００４３】
具体的に、窓１７ａは、光軸ＬＰを中心として開口しており、先端光学系１５から出射する測定光Ｌ１は、窓１７ａの開口角度よりも広く走査される。なお、この窓１７ａの作用については、後述する。
【００４４】
ここで、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０を透過領域１７ｂと遮光領域１７ｃとに分けるのは、キャップ１７に上記窓１７ａを設けることに限定されるわけではない。透明な媒質からなるキャップ１７に、２本の線状の遮光テープを貼付して構成してもよく、さらに、キャップ１７を設けずに、先端が閉塞した透明なシース１１に、遮光領域１７ｃを構成するように、遮光テープの貼付、遮光塗料の塗布、シース１１の一部を拡散度の異なる材質としてもよい。
【００４５】
図３は、ＯＣＴ用光プローブ１の基端部２０を示す図である。図３Ａは、基端部２０の第１の実施形態の断面図、図３Ｂは、基端部２０の操作を示す図、図３Ｃは、基端部２０の第２の実施形態の断面図である。
【００４６】
図３Ａに示すように、基端部２０の第１の実施形態は、内ハウジング２３と、この内ハウジングの外側の外ハウジング２４と、内ハウジング２３に内蔵される駆動手段３０とから構成されている。内ハウジング２３はシース１１を嵌合固着する。この内ハウジング２３には、光軸方向調整つまみ２５が取り付けられている。
【００４７】
駆動手段３０は、可撓性シャフト１３に固着され、光ファイバ１２が貫通しているシャフト支持部材３１と、シャフト支持部材３１を内ハウジング２３に対して回転自在とするベアリング３２と、シャフト支持部材３１に固定された従動歯車３３と、この従動歯車３３と噛合するように配置された駆動歯車３４と、この駆動歯車３４を出力軸に備え、内ハウジング２３に配設されているモータ３５と、このモータ３５の回転角度を検出するエンコーダ３６とから構成されている。
【００４８】
モータ３５への制御信号ＭＣ、およびエンコーダ３６からの回転信号ＲＳは、制御ケーブル２１により伝達される。この回転信号ＲＳには、具体的に、モータ３５が一回転した場合の回転クロック信号ＲCLK、回転角度信号Ｒposがある。なお、エンコーダ３６がアブソリュート型である場合には、回転角度信号Ｒposは、モータ３５の絶対角度情報となる。
【００４９】
すなわち、モータ３５の出力軸が、矢印Ｒ２方向に所定角度の範囲内で揺動することにより、従動歯車３３および駆動歯車３４を介してシャフト支持部材３１、このシャフト支持部材３１が固着する可撓性シャフト１３、および光ファイバ１２が、内ハウジング２３に対して矢印Ｒ３方向に揺動する。
【００５０】
これにより、図２（ｂ）で示すように、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０において、先端光学系１５を介して測定光Ｌ１が、光軸ＬＰ回りの矢印Ｒ１方向に所定角度の範囲内で、シース１１の外周方向に走査される。
【００５１】
図３Ｂに示すように、光軸方向調整つまみ２５を矢印Ｒ４方向に回転させることにより、内ハウジング２３は外ハウジング２４に対して相対的に回動する。これにより、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０も矢印Ｒ４方向に回動し、出射する測定光Ｌ１の光軸ＬＰの方向調整をすることができる。
【００５２】
図３Ｃに示すように、基端部２０の第２の実施形態は、従動歯車３３、駆動歯車３４、モータ３５およびエンコーダ３６の代わりに、シャフト支持部材３１の外周に配置された永久磁石３７と、この永久磁石３７を囲むように配置された励磁コイル３８とを有している。なお、基端部２０の第１の実施形態と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
励磁コイル３８は、コアにコイルを巻回した構成であってもよいし、コアレスのものであっても良い。この励磁コイル３８には、制御ケーブル２１から所定周波数の交流電流が供給され、この所定周波数に従って励磁コイル３８と永久磁石３７との間の電磁力作用により、永久磁石３７が矢印Ｒ３方向に所定角度の範囲内で揺動する。すなわち、永久磁石３７が、矢印Ｒ３方向に所定角度の範囲内で揺動することにより、シャフト支持部材３１、このシャフト支持部材が固着する可撓性シャフト１３、および光ファイバ１２が、矢印Ｒ３方向に揺動する。この際、可撓性シャフト１３の重量およびバネ定数から決定される固有振動数に基づいて、供給する交流電流の周波数を決定することにより、可撓性シャフト１３が共振し、効率の良い揺動が可能となる。センサ３９は、可撓性シャフト１３の共振状態を監視するものである。このシャフト支持部材３１の揺動による作用は、図３Ａの基端部２０と同様であり、説明は省略する。
【００５４】
基端部２０の第１および第２の実施形態においては、シャフト支持部材３１は、矢印Ｒ３方向に、上述の所定角度で揺動され、具体的に、周波数は１０Ｈｚから３０Ｈｚ程度となるが、これに限定されるものではない。後述する断層画像処理手段１５０の処理速度が速い場合は、さらに高速にすることが可能である。また、周波数は一定に限定されず、測定対象Ｓｂの動作速度や解像度に応じて変更させることも可能である。具体的には、動作の速い測定対象Ｓｂや高解像度を要しない測定対象Ｓｂに対しては高速にし、動作の遅い測定対象Ｓｂや高解像度を要する測定対象Ｓｂに対しては低速にすることも可能である。
【００５５】
図４に示すように、先端部１０から出射する測定光Ｌ１の揺動角度θが、略等角速度で推移する領域に先端部１０の透過領域１７ｂとし、それ以外を遮光領域１７ｃとなるように走査することが望ましい。
【００５６】
次に、本発明によるＯＣＴ用光プローブ１が適用される光断層画像化装置について説明する。図５は、本発明のＯＣＴ用光プローブが適用される光断層画像化装置１００の概略構成を示す図である。
【００５７】
光断層画像化装置１００は、ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置であり、レーザ光Ｌを射出する光源手段１１０と、この光源手段から射出されたレーザ光Ｌを分割する光ファイバカプラ２と、この光ファイバカプラ２により分割された光から周期クロック信号ＴCLKを出力する周期クロック生成手段１２０と、光ファイバカプラ２により分割された一方の光を測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、この光分割手段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１３０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まで導波するＯＣＴ用光プローブ１と、このＯＣＴ用光プローブ１からの測定光Ｌ１が測定対象Ｓｂに照射されたときの測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、この合波手段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１４０と、この干渉光検出手段１４０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Ｓｂの断層画像Ｐを取得する断層画像処理手段１５０と、断層画像Ｐを表示する表示手段１６０とを有している。
【００５８】
本装置における光源手段１１０は、波長を一定周期Ｔ０で掃印させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的に、光源手段１１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイブＦＢ１０が半導体光増幅器１１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１１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１１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１１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Ｌが、光ファイバＦＢ０へ射出される。
【００５９】
さらに、光ファイバＦＢ１０にはサーキュレータ１１２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サーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出される。この光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１１３、回折光学素子１１４、光学系１１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１１６において反射される。この反射された光は、光学系１１５、回折光学素子１１４、コリメータレンズ１１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。
【００６０】
ここで、この回転多面鏡１１６は矢印Ｒ１方向に例えば３万ｒｐｍ程度の高速で回転するものであって、各反射面の角度が光学系１１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１１４において分光された光のうち、特定の波長域からなる光だけが、再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の波長は光学系１１５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に入射した特定の波長域からなる光が、サーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の波長域からなるレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ０側に射出される。
【００６１】
したがって、回転多面鏡１１６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、時間の経過にともなって、一定周期で変化することになっている。図６に示すように、光源手段１１０は、最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで一定周期Ｔ０（例えば約５０μｓｅｃ）で掃引したレーザ光Ｌを射出する。
【００６２】
この波長掃引されたレーザ光Ｌは、光ファイバＦＢ０側に射出され、そのレーザ光Ｌはさらに光ファイバカプラ２により、分岐して光ファイバＦＢ１、ＦＢ５にそれぞれ入射される。光ファイバＦＢ５に射出された光は、周期クロック生成手段１２０に導波される。
【００６３】
周期クロック生成手段１２０は、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長が１周期掃引される毎に１つの周期クロック信号ＴCLKを出力するものである。この周期クロック生成手段１２０は、光学レンズ１２１、１２３、光学フィルタ１２２、光検出部１２４を備えている。そして、光ファイバＦＢ５から射出されたレーザ光Ｌが光学レンズ１２１を介して光学フィルタ１２２に入射される。この光学フィルタ１２２を透過したレーザ光Ｌが、光学レンズ１２３を介して光検出部１２４により検出され、周期クロック信号ＴCLKを断層画像処理手段１５０に出力する。
【００６４】
図７（Ａ）に示すように、光学フィルタ１２２は設定波長λｒｅｆのレーザ光Ｌのみを透過し、それ以外の波長帯域の光を遮光する機能を有している。また、光学フィルタ１２２は、複数の透過波長を有している。そして、光学フィルタ１２２は、複数の透過波長のうち波長帯域λmin〜λmax内においては、一の透過波長が設定されるような光透過周期ＦＳＲ（フリースペクトルレンジ）を有している。よって、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長が掃引される波長帯域λmin〜λmax内において設定された設定波長λｒｅｆのレーザ光Ｌのみを透過し、それ以外の波長帯域のレーザ光Ｌを遮光することになる。
【００６５】
図７（Ｂ）に示すように、光源手段１１０から周期的に波長が掃引されたレーザ光Ｌが射出され、レーザ光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆになったとき、周期クロック信号ＴCLKが出力されることになる。このように、実際に光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌを用いて周期クロック信号ＴCLKを生成し出力することにより、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌが波長の掃引開始から所定の光強度になるまでの時間が各周期毎に変わってしまう場合であっても、設定波長λｒｅｆから一定周期Ｔ（図６参照）の波長帯域の干渉信号ＩＳを取得することができる。よって、断層画像処理手段１５０において想定されている波長帯域の干渉信号ＩＳを取得するタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力することができ、分解能の劣化を抑えることができる。
【００６６】
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、光源手段１１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光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。
【００６７】
ＯＣＴ用光プローブ１は、光ファイバＦＢ２と光学的に接続されており、測定光Ｌ１はＯＣＴ用光プローブ１へ導波される。このＯＣＴ用光プローブ１は、先端部１０から測定対象Ｓｂに測定光Ｌ１を照射し、反射光Ｌ３は、再びＯＣＴ用光プローブ１を介して光ファイバＦＢ２により導波される。
【００６８】
また、基端部２０からは、回転信号ＲＳが断層画像処理手段１５０に出力される。
【００６９】
光路長調整手段１３０は、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側に配置されている。この光路長調整手段１３０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１３２と、反射ミラー１３２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ１３１ａと、この第１光学レンズ１３１ａと反射ミラー１３２との間に配置された第２光学レンズ１３１ｂとを有している。
【００７０】
第１光学レンズ１３１ａは、光ファイバＦＢ３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１３２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３に集光する機能を有している。
【００７１】
第２光学レンズ１３１ｂは、第１光学レンズ１３１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー１３２に集光するとともに、反射ミラー１３２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。
【００７２】
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１３１ａにより平行光になり、第２光学レンズ１３１ｂにより反射ミラー１３２に集光される。その後、反射ミラー１３２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ１３１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ１３１ａにより光ファイバＦＢ３に集光される。
【００７３】
さらに光路長調整手段１３０は、第２光学レンズ１３１ｂと反射ミラー１３２とを固定した基台１３３と、この基台１３３を第１光学レンズ１３１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段１３４とを有している。そして基台１３３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。
【００７４】
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１３０により光路長の調整が施された参照光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１４０に射出するように構成されている。
【００７５】
干渉光検出手段１４０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を検出し、干渉信号ＩＳを出力するものである。なお、本装置においては、干渉光Ｌ４を光分割手段３で二分し、光検出器１４０ａ、１４０ｂに導き、これを演算し、バランス検波を行う機構を有している。この干渉信号ＩＳは、断層画像処理手段１５０に出力される。
【００７６】
図８は、断層画像処理手段１５０の概略構成を示す図である。断層画像処理手段１５０は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像プログラムをコンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。この断層画像処理手段１５０は、干渉信号取得手段１５１、干渉信号変換手段１５２、干渉信号解析手段１５３、断層情報生成手段１５４、画像補正手段１５５、回転制御手段１５６を有している。
【００７７】
干渉信号取得手段１５１は、周期クロック生成手段１２０から出力される周期クロック信号ＴCLKに基づいて、干渉光検出手段１４０により検出された１周期分の干渉信号ＩＳを取得するものである。この干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングの前後の波長帯域ＤＴ（図７（Ｂ）参照）の干渉信号ＩＳを取得する。なお、干渉信号取得手段１５は、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングを基準として１周期分の干渉信号ＩＳを取得するものであればよく、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングは、掃引される波長帯域内であれば、波長の掃引開始直後、あるいは波長掃引終了直前に設定してもよい。
【００７８】
干渉信号変換手段１５２は、干渉信号取得手段１５１により所得された干渉信号ＩＳを波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列するものである。図９（Ａ）は、干渉信号取得手段１５１に入力される干渉信号ＩＳを示す図である。図９（Ｂ）は、再配列された干渉信号ＩＳを示す図である。具体的には、干渉信号変換手段１５２は、光源手段１１０の時間−波長掃引特性データテーブル若しくは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間等において、等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。
【００７９】
本発明のＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０は、前述した通り、窓１７ａを有している。先端光学系１５から出射する測定光Ｌ１は、この窓１７ａよりも広く走査される。遮光領域１７ｃを、反射散乱の強い媒質（例えば金属散乱面など）とすると、図９（Ｃ）に示すように、遮光領域１７ｃでの干渉信号ＩＳの振幅が増大する。したがって、干渉信号ＩＳの振幅が所定の閾値ｒｅｆを超えた場合に、先端光学系１５から出射する測定光Ｌ１が、遮光領域１７ｃにあると判断することが可能である。
【００８０】
干渉信号解析手段１５３は、干渉信号変換手段１５２により信号変換された干渉信号ＩＳを例えばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術により、断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。
【００８１】
ここで、遮光領域１７ｃが不透明媒質でできているとき、シース１１の外周面での反射が低下する。したがって、フーリエ変換後の干渉信号ＩＳのシース１１の外周面に相当する周波数成分が所定の閾値に超えない場合に、先端光学系１５から出射する測定光Ｌ１が、遮光領域１７ｃにあると判断することが可能である。また、遮光領域１７ｃをシース１１の外周面に塗料（例えば、赤外光吸収材質からなるカーボン等）を塗布した場合も同様である。さらに、遮光領域１７ｃが拡散度の異なるシース内面で構成されている場合は、シース１１の内面の反射強度が変化するので、シース１１の内周面に相当する周波数成分が所定の閾値を越えるか否かで、先端光学系１５から出射する測定光Ｌ１が、遮光領域１７ｃにあると判断することが可能である。
【００８２】
回転制御手段１５６は、モータ３５へ制御信号ＭＣに出力するとともに、エンコーダ３６からの回転信号ＲＳが入力される。前述の通り、この回転位置信号ＲＳには、モータ３５が一回転した場合の回転クロック信号ＲCLK、回転角度信号Ｒposがある。
【００８３】
断層情報生成手段１５４は、干渉信号解析手段１５３により取得された１周期分（１ライン分）の断層情報ｒ（ｚ）を、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０のラジアル方向走査（図中Ｒ１方向）について取得し、図１０に示すような断層画像Ｐを生成するものである。この断層情報生成手段１５４は、順次取得される１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａに記憶する。
【００８４】
ここで、断層情報生成手段１５４は、回転制御手段１５６に入力された回転クロック信号ＲCLKに基づいて、断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａからｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を一括して読み込み断層画像Ｐを生成する。
【００８５】
また、断層情報生成手段１５４は、回転制御手段１５６に入力された回転角度信号Ｒｐｏｓに基づいて、断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａから逐次読み込み断層画像Ｐを生成することもできる。
【００８６】
さらに、断層情報生成手段１５４は、ＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０と基端部２０との揺動角度に位相ずれが発生している場合は、前述した通り、干渉信号ＩＳの振幅に基づいてＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０の透過開始位置および透過終了位置を特定し、断層情報蓄積手段１５４ａに蓄積された断層情報ｒ（ｚ）から断層画像Ｐを生成することもできる。シース外周面または内周面に相当する周波数成分に基づいてＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０の透過開始位置および透過終了位置を特定する場合も同様である。
【００８７】
本発明のＯＣＴ用プローブ１は、先端部１０からの測定光Ｌ１が所定角度の範囲内を揺動し走査するものであり、測定対象Ｓｂの全周を走査するためには、前述の通り、基端部２０の光軸方向調整つまみ２５を回転させ、光軸ＬＰの方向調整をする。
【００８８】
画質補正手段１５５は、断層情報生成手段１５４により生成された断層画像Ｐに鮮鋭化処理、平滑化処理等を施すものである。
【００８９】
表示手段１６０は、画質補正手段１５５により鮮鋭化処理、平滑化処理等が施された断層画像Ｐを表示するものである。
【００９０】
したがって、本発明のＯＣＴ用光プローブ１および、ＯＣＴ用光プローブ１を用いた光断層画像化装置１００は、先端部１０から出射される測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに所定角度の範囲内で揺動走査させるため、ロータリージョイントを設ける必要がなく、このロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できる。
【００９１】
また、本発明による光断層画像化装置１００も、上述した通りの本発明によるＯＣＴ用プローブ１が適用されたものであるから、ロータリージョイントでの光挿入損失および光反射損失による測定精度の劣化の低減を、安価且つ安全に実現できるものとなる。
【００９２】
なお、上記説明では、本発明のＯＣＴ用光プローブ１０を適用する光断層画像化装置の実施形態としてＳＳ−ＯＣＴ装置を例に挙げて説明したが、ＳＤ−ＯＣＴ装置およびＴＤ−ＯＣＴ装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明のＯＣＴ用光プローブ１が適用された光断層画像化装置の全体斜視図
【図２】本発明のＯＣＴ用光プローブ１の先端部１０を示す図
【図３Ａ】本発明のＯＣＴ用光プローブ１の基端部２０の第１の実施形態の断面図
【図３Ｂ】本発明のＯＣＴ用光プローブ１の基端部２０の操作を示す図
【図３Ｃ】本発明のＯＣＴ用光プローブ１の基端部２０の第２の実施形態の断面図
【図４】本発明のＯＣＴ用光プローブ１の基端部２０の揺動を示す図
【図５】本発明のＯＣＴ用光プローブ１が適用される光断層画像化装置１００の概略構成図
【図６】光源手段１１０から射出させる光の波長の掃引を示す図
【図７】周期クロック生成手段１２０により生成される周期クロック信号を示す図
【図８】断層画像処理手段１５０の概略構成図
【図９】干渉信号変換手段１５２に入出力される干渉信号ＩＳを示す図
【図１０】断層情報生成手段１５４により生成された断層画像Ｐを示す図
【図１１】従来のＯＣＴ用光プローブを示す模式図
【図１２】ＭＥＭＳモータを用いたＯＣＴ用光プローブを示す模式図
【符号の説明】
【００９４】
Ｌ１    測定光
Ｌ２    参照光
Ｌ３    反射光
Ｌ４    干渉光
Ｐ      断層画像
Ｓｂ    測定対象
１      ＯＣＴ用光プローブ
３      光分割手段
４      合波手段
１１    シース
１２    光ファイバ
１５    先端光学系
１７ａ  窓
１７ｂ  透過領域
１７ｃ  遮光領域
３０    駆動手段
１００  光断層画像化装置
１１０  光源手段
１４０  干渉光検出手段
１５０  断層画像処理手段
【図１】
2009178200.tif 000003
【図２】
2009178200.tif 000004
【図３Ａ】
2009178200.tif 000005
【図３Ｂ】
2009178200.tif 000006
【図３Ｃ】
2009178200.tif 000007
【図４】
2009178200.tif 000008
【図５】
2009178200.tif 000009
【図６】
2009178200.tif 000010
【図７】
2009178200.tif 000011
【図８】
2009178200.tif 000012
【図９】
2009178200.tif 000013
【図１０】
2009178200.tif 000014
【図１１】
2009178200.tif 000015
【図１２】
2009178200.tif 000016