(57)【要約】【課題】血液を除いた血管内組織の画像を得ることができる血管内観察装置を提供する。【解決手段】光源装置２はコヒーレント光を生成する。カテーテル１は血管内の観察対象物に向けて光源装置２からのコヒーレント光を照射する。検出装置５は、血管内で反射および散乱されたコヒーレント光と光源装置２からのコヒーレント光とによって生じる干渉光を検出し、電気信号に変換する。信号処理装置６は、検出装置から出力された電気信号に含まれる、ドップラー効果の影響を受けている第１の信号成分と、ドップラー効果の影響を受けていない第２の信号成分とのうち、第２の信号成分を電気信号から抽出する。画像表示装置７は、信号処理装置６によって抽出された第２の信号成分に基づいて画像を表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を生成する光源装置と、
血管内の観察対象物に向けて前記光源装置からのコヒーレント光を照射する照明装置と、
血管内で反射および散乱されたコヒーレント光と前記光源装置からのコヒーレント光とによって生じる干渉光を検出し、電気信号に変換する検出装置と、
前記検出装置から出力された前記電気信号に含まれる、ドップラー効果の影響を受けている第１の信号成分と、ドップラー効果の影響を受けていない第２の信号成分とのうち、前記第２の信号成分を前記電気信号から抽出する信号処理装置と、
前記信号処理装置によって抽出された前記第２の信号成分に基づいて画像を表示する画像表示装置と、
を備えたことを特徴とする血管内観察装置。
【請求項２】
前記信号処理装置は、前記電気信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換しローパスフィルタに通すことによって、前記第２の信号成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の血管内観察装置。
【請求項３】
血管内で反射および散乱されたコヒーレント光と干渉させる前記光源装置からのコヒーレント光の周波数をシフトさせる周波数シフト装置を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の血管内観察装置。
【請求項４】
前記周波数シフト装置によって前記光源装置からのコヒーレント光に与えられる周波数のシフト量がMHｚオーダーであることを特徴とする請求項３に記載の血管内観察装置。
【請求項５】
前記検出装置による干渉光の検出タイミングが拍動と同期していることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の血管内観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血管内を観察するための血管内観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血管内の患部（プラーク等）の観察および治療のため、血管内の患部を画像によって視覚化する血管内観察装置が開発されている。これに関連して、特許文献１には、ドップラー効果を利用して血流測定を実施する技術が記載されている。
【特許文献１】特表平９−５１１４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
血管内には血液が存在しており、この血液が血管壁や血栓の観察の邪魔になる。そこで、血管壁や血栓の視認性を向上させることが望ましい。特許文献１に記載された技術では、血流の評価を行っているが、血液を除いた血管壁や血栓のみの像を得ることはできない。
【０００４】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、血液を除いた血管内組織の画像を得ることができる血管内観察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】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、コヒーレント光を生成する光源装置と、血管内の観察対象物に向けて前記光源装置からのコヒーレント光を照射する照明装置と、血管内で反射および散乱されたコヒーレント光と前記光源装置からのコヒーレント光とによって生じる干渉光を検出し、電気信号に変換する検出装置と、前記検出装置から出力された前記電気信号に含まれる、ドップラー効果の影響を受けている第１の信号成分と、ドップラー効果の影響を受けていない第２の信号成分とのうち、前記第２の信号成分を前記電気信号から抽出する信号処理装置と、前記信号処理装置によって抽出された前記第２の信号成分に基づいて画像を表示する画像表示装置とを備えたことを特徴とする血管内観察装置である。
【０００６】
また、本発明の血管内観察装置において、前記信号処理装置は、前記電気信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換しローパスフィルタに通すことによって、前記第２の信号成分を抽出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の血管内観察装置は、血管内で反射および散乱されたコヒーレント光と干渉させる前記光源装置からのコヒーレント光の周波数をシフトさせる周波数シフト装置を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の血管内観察装置において、前記周波数シフト装置によって前記光源装置からのコヒーレント光に与えられる周波数のシフト量がMHｚオーダーであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の血管内観察装置において、前記検出装置による干渉光の検出タイミングが拍動と同期していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ドップラー効果の影響を受けていない第２の信号成分を抽出し画像化することによって、血液を除いた血管内組織の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による血管内観察装置（血管内視鏡装置）の構成を示している。この血管内観察装置は、カテーテル１（照明装置）、光源装置２、光分岐装置３、光合成装置４、検出装置５、信号処理装置６、および画像表示装置７を備えている。カテーテル１は患者の体内に挿入可能であり、それ以外は患者の体外に設けられている。図２はカテーテル１を体内に挿入した状態を示しており、カテーテル１は前方（図２では上方向）に観察のための光を照射する。
【００１３】
カテーテル１は、患者の血管内に挿入可能な血管内視鏡を構成している。光源装置２は、血管内の観察対象物に照射する可干渉性の光（コヒーレンス光）を生成する。以下、光源装置２から射出される光の周波数をｆ０とし、適宜説明に用いる。また、光源装置２に使用する光の波長は、血液の吸収が少ない波長であることがより望ましい。光分岐装置３は、光源装置２からの光を観察光と参照光に分岐し、観察光をカテーテル１側へ、そして参照光を光合成装置４側へ射出する。観察光は、カテーテル１内を通ってカテーテル１の先端から血管内の観察対象物に照射される。血管内に照射された観察光は、血液内の血球等で散乱されたり、血管壁や血栓といった観察対象物で反射されたりして再びカテーテル１に戻り、カテーテル１内のイメージファイバ等によって光合成装置４に導かれる。
【００１４】
光合成装置４は、入射した観察光と参照光の合成光を検出装置５へ射出する。検出装置５は、観察光と参照光の重ね合わせによって生じる干渉光を検出し、電気信号（画像信号）に変換する。検出装置５として撮像素子を用いてもよい。信号処理装置６は、検出装置５から出力された画像信号を処理する。画像表示装置７は、信号処理装置６によって処理された画像信号に基づいて血管内の画像を表示する。
【００１５】
血管内で反射および散乱されてカテーテル１に戻ってきた観察光を導くのに、単一のファイバの集合体であるイメージファイバを用いた場合には、イメージファイバを構成する各ファイバから得られた信号を個別に処理し、各信号を合成することによって、観察対象物の２次元画像を構築することができる。あるいは、イメージファイバの代わりに単一のファイバをカテーテル１内に設け、その単一のファイバを移動させて血管内を走査することで得た信号を合成することによって、観察対象物の２次元画像を構築してもよい。
【００１６】
次に、信号処理装置６が行う信号処理の詳細を説明する。血液中の血球等は血流により動いているため、血液で散乱された光はドップラー効果の影響を受け、周波数がドップラーシフトする。ドップラー効果によるドップラーシフトを受けた観察光と、ドップラーシフトを受けていない参照光とを重ね合わせて干渉させると、両者の周波数が僅かに異なるために、うねり（ビート）が生じる。図３の信号３００は、干渉によるうねり（ビート）を生じている信号を示している。
【００１７】
しかしながら、血管壁や血栓等の観察対象物は血流の如何に関わらず止まっているために、それらの観察対象物からの観察光はドップラー効果の影響を受けず、結果としてドップラーシフトも生じない。ドップラーシフトを受けていない観察光と参照光を重ね合わせて干渉させたとしても、うねり（ビート）は生じず一定強度のままである。したがって、画像信号から、ドップラーシフトを受けていない信号成分のみを抽出して画像化することで、血流の影響が排除された観察対象物の像を得ることができる。
【００１８】
実際には、検出装置５では、ドップラーシフトを受けた観察光と、ドップラーシフトを受けていない観察光とが混ざって検出される。そこで、信号処理装置６は、ドップラーシフトを受けていない信号成分のみを取り出すために、検出装置５からの画像信号にフーリエ変換等を施し、画像信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する。
【００１９】
図３の信号３１０はフーリエ変換後の周波数信号を示している。ドップラーシフトによる周波数シフト量をｆｄとすると、周波数ｆｄに生じているピーク３１０ａは、ドップラーシフトを受けた観察光（周波数：ｆ０＋ｆｄ）と参照光（周波数：ｆ０）による干渉光の信号成分（うねり成分）を示している。また、低周波数領域に生じているピーク３１０ｂは、主にドップラーシフトを受けていない観察光（周波数：ｆ０）と参照光（周波数：ｆ０）による干渉光の信号成分を示している。
【００２０】
うねり成分の周波数がドップラーシフトに応じて変動するのに対して、観察対象物からの観察光と参照光による干渉光の信号成分は一定強度のままで、周波数変動がない。したがって、フーリエ変換後の信号をローパスフィルタに通して、ドップラーシフトに対応した周波数成分をカットすることによって、観察対象物からの観察光と参照光による干渉光の信号成分を抽出することができる。図３の信号３２０は、ローパスフィルタを通した後の信号を示している。血管壁や血栓等の観察対象物からの光に対応した信号成分が抽出されている。信号処理装置６は、この信号成分の強度を画像信号の輝度値に変換して画像表示装置７へ出力する。画像表示装置７は、信号処理装置６からの画像信号に基づいて、血流の影響が排除された血管内組織の画像を表示する。
【００２１】
実際には、ローパスフィルタで取り出された信号成分には、本来欲しいドップラーシフトしなかった光による信号成分と、ドップラーシフトを受けた光によるビート信号のバイアス成分とが混在している。このバイアス成分があったとしても、ドップラーシフトしなかった信号成分の変化を画像化することで、観察対象物の像を構築することができる。
【００２２】
上述したように、本実施形態によれば、検出装置５からの画像信号に含まれる、ドップラー効果の影響を受けている信号成分と、ドップラー効果の影響を受けていない信号成分とのうち、ドップラー効果の影響を受けていない信号成分を抽出し画像化することによって、血液を除いた血管内組織の画像を得ることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図４は、本実施形態による血管内観察装置（血管内視鏡装置）の構成を示している。以下、第１の実施形態との違いについて説明する。本実施形態では、血管内で反射および散乱されてカテーテル１に戻ってきた観察光と重ね合わせる参照光の光路上に、参照光の周波数をシフトさせる周波数シフター８（周波数シフト装置）が設けられている。このため、参照光は、観察光と重ね合わせる前に周波数シフター８によって周波数シフトを受ける。
【００２４】
周波数シフター８にはＡＯＭ（音響光学変調器）が用いられている。ＡＯＭでは、ＭＨｚオーダーの周波数シフト量を光に与えることが可能である。ドップラーシフト量が通常ＫＨｚオーダー以下なので、充分に大きな周波数シフト量を与えることができる。図３を参照して前述したように、フーリエ変換後の信号には、ドップラーシフトを受けた光によるビート信号のバイアス成分が低周波数領域に含まれる。このバイアス成分の影響をなくすことによって、よりＳＮの良い画像が得られる。周波数シフター８を設けた本実施形態では、以下で説明するように、バイアス成分の影響をなくし、ＳＮの良い画像を得ることができる。
【００２５】
ドップラーシフトを受けた観察光を、周波数シフトの影響を受けた参照光と重ね合わせることによって、ドップラーシフトと周波数シフトの両方の影響を受けた第１のビート信号が検出される。また、ドップラーシフトを受けていない観察光を、周波数シフトの影響を受けた参照光と重ね合わせることによって、周波数シフトのみの影響を受けた第２のビート信号が生成される。また、バイアス成分はバイアス成分のままである。フーリエ変換後の周波数領域では、第１のビート信号による信号成分、第２のビート信号による信号成分、およびバイアス成分が分離する。
【００２６】
以下、図５を参照して、これを詳細に説明する。図５の信号５００はフーリエ変換後の周波数信号を示している。周波数シフター８によって参照光に与えられる周波数シフト量をｆｓとすると、観察光（周波数：ｆ０）と重ね合わせる参照光の周波数はｆ０＋ｆｓとなる。ドップラーシフトによる周波数シフト量をｆｄとすると、周波数ｆｓ−ｆｄに生じているピーク５００ａは、ドップラーシフトを受けた観察光（周波数：ｆ０＋ｆｄ）と参照光（周波数：ｆ０＋ｆｓ）による干渉光の信号成分（上記第１のビート信号による信号成分）を示している。
【００２７】
また、周波数ｆｓに生じているピーク５００ｂは、ドップラーシフトを受けていない観察光（周波数：ｆ０）と参照光（周波数：ｆ０＋ｆｓ）による干渉光の信号成分（上記第２のビート信号による信号成分）を示している。また、低周波数領域に生じているピーク５００ｃは、バイアス成分を示している。
【００２８】
上記のように各信号成分を分離することができるので、周波数シフトに対応した周波数でロックイン検出することによって、所望の信号成分（ドップラーシフトを受けていない観察光と参照光による干渉光の信号成分）のみを取り出すことができる。信号処理装置６は検出装置５からの画像信号を周波数領域の信号に変換し、ロックイン検出によって所望の信号成分のみを抽出し、この信号成分の強度を画像信号の輝度値に変換して画像表示装置７へ出力する。画像表示装置７は、信号処理装置６からの画像信号に基づいて、血流の影響が排除された血管内組織の画像を表示する。
【００２９】
周波数シフター８によって参照光に与えられる周波数シフト量はドップラーシフト量よりも充分に大きい方がより望ましい。これによって、ロックイン検出する際のＳＮを向上することができる。
【００３０】
上述したように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、血液を除いた血管内組織の画像を得ることができる。また、バイアス成分の影響をなくし、ＳＮの良い画像を得ることができる。
【００３１】
（変形例）
次に、上記の各実施形態の変形例を説明する。検出装置５が干渉光を検出するタイミングは拍動と同期していることが望ましい。血流の速度が拍動によって変化しているために、干渉光の検出タイミングがバラバラだと、血流が速い時や遅い時の信号を最適に処理することが難しくなる。具体的には、血流が速い時に合わせてローパスフィルタを設定したにも関わらず、実際の血流が遅かった場合、遅い血流による信号はローパスフィルタでカットできないためにノイズ成分となってしまう。したがって、血流の速度にタイミングを合わせて信号を検出することで、最適な画像信号を得ることができる。干渉光の検出タイミングを拍動に合わせるためには、例えば予め拍動の周期を測定しておき、その周期に合わせて検出タイミングを設定すればよい。
【００３２】
観察対象物から戻ってきた観察光と重ね合わせる参照光に周波数シフトを与えた場合には、ロックイン検出により所望の信号成分を検出するので、干渉光を検出するタイミングと拍動がずれていたとしても、影響は少ないが、より安定した信号を検出するためには、干渉光の検出タイミングを拍動に合わせておいた方がより望ましい。
【００３３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態による血管内観察装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による血管内観察装置が備えるカテーテルを体内に挿入した状態を示す参考図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における信号処理の様子を示す参考図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による血管内観察装置の構成を示す構成図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における信号処理の様子を示す参考図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・カテーテル、２・・・光源装置、３・・・光分岐装置、４・・・光合成装置、５・・・検出装置、６・・・信号処理装置、７・・・画像表示装置、８・・・周波数シフター
【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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