JP2008520992A - 干渉装置及び方法並びにプローブ - Google Patents

Abstract

フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置は、複数のビームを提供する手段を備え、それにより、検査すべき物質内の複数の異なる焦点深度に関して同時にインターフェログラムが記録され、各インターフェログラムは複数のビームのうちの１本により提供される。複数の異なる焦点深度に関して上記インターフェログラムから導出される画像を合成する手段が設けられ、それにより、被写界深度の深い単一の画像が構築され得る。焦点の軸方向の間隔は、検査すべき物質内の焦点のウエストのレイリー領域を考慮するように計算される。

Description

本発明は、干渉装置及び方法に関し、特に、光コヒーレンストモグラフィー装置及び方法並びにその中で使用されるプローブに関する。本明細書では、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）として知られる画像化技法に用いる光プローブ及び関連する方法を記載する。

好ましい構成において、光プローブは、硬性内視鏡（又はボアスコープ）の届くあらゆる場所で用いられ得る。考え得る用途としては、膣鏡診（子宮頸癌検診）及び腹腔鏡検査（例えば子宮内膜症の診断及び治療で）等の検診がある。別の好ましい構成において、光プローブは、内視鏡を必要としない、よりアクセスし易い場所において用いられ得る。考え得る用途としては、皮膚科（例えば皮膚癌の診断で）がある。

内科検診は通常、プローブのシャフトの遠位端から中継されるビューを目又はＣＣＤカメラが画像化する内視鏡を用いることによって行われる。軟性内視鏡において、画像は、何千本という個々のファイバーを含むコヒーレントファイバー束を用いて中継され、硬性プローブ又はボアスコープにおいて、画像は、レンズ系又はロッドシステムを介して中継され得る。これは有効に、関連する医療ターゲットの表面のビューを与えるが、表面下の構造の変化を見るには、組織容積内部から断面画像を得ることができることが望ましい。これは、ＯＣＴが提供することのできる機能である。付加的な情報（血流速度（ドップラー）、又は筋繊維の配向（分極）等）を抽出することができるＯＣＴの変形が記載されてきた。

ＯＣＴは、網膜検査のためにスペクトルの可視部分で用いられ得るが、他のより散乱性の強い組織において適正な透過深さを得るためには、赤外波長へ移る必要がある。

ＯＣＴは、干渉計の測定アームの光が検査すべき物体に通され、一部が散乱されて干渉計へ戻る干渉分光法の使用に基づく。参照アームの光は、既知の距離にあるミラーに通され、参照ビームが反射されて戻る。散乱された測定ビーム及び反射された参照ビームが合成され、これら２つのビーム間の干渉が検出され、検査物に関するデータを提供するために用いられる。

したがって、光コヒーレンストモグラフィーは、干渉分光法及び光のコヒーレンス特性を用いて散乱媒体内の深さ分解画像を得て、共焦点顕微鏡のみでは達成できない透過率及び分解能を提供する。網膜及び上皮組織の臨床的に有用な断面画像が２〜３ｍｍの深さまで得られている。

ＯＣＴには、以下のように分類することのできる３つの主なタイプがある。

時間ドメインＯＣＴ；これは、低コヒーレンス光源を用いて、干渉計の参照経路長を変更することによって軸方向（深さ方向）に走査する。

スペクトルドメインＯＣＴ；これは、広スペクトル（すなわち低コヒーレンス）光源と、固定干渉計と、分光計とを用いる。インターフェログラムのスペクトルは分光計によって検査され、正面応答は干渉計の出力における光のスペクトルのフーリエ変換として得られる。

周波数ドメインＯＣＴ；これは、掃引周波数の狭スペクトル光源と、固定干渉計とを用いる。正面応答は、干渉計の出力における光の時間的に変化する強度のフーリエ変換として得られる。

本明細書では、スペクトルドメイン及び周波数ドメインの両方をカバーするために「フーリエドメイン」という表現を用いるものとする。

時間ドメインＯＣＴ（元となる現在最も一般的なタイプ）は、機械的な前後走査が必要であるために取得速度が制限され、信号対雑音性能が比較的低い。

フーリエドメインＯＣＴ（スペクトルドメイン又は周波数ドメイン）は、感度を犠牲にすることなく高分解能画像のより速い取り込みを可能にする。各軸方向走査（超音波走査用語の「Ａスキャン」）にかかる時間は、連続Ａスキャンを蓄積して断面画像（「Ｂスキャン」）にするためにかかる時間にわたって患者がじっとしている必要があるため、医学的生体内用途において重要である。

しかし、時間ドメインＯＣＴは１つの大きな利点を有する。すなわち、機械的な時間遅延走査に合わせた動的な焦点調節を組み込むことが容易であり、探査中の深さにおいて最適なスポットサイズを与える。対照的に、フーリエドメインＯＣＴは、全ての深さから同時に情報を取得するため、最良の横方向分解能を得るために焦点を動的に調節することができない。

相反する光学的要件及び医学的要件を解決するＯＣＴプローブの実用的な機構を提供する上で３つの主な問題がある。

第１に、（Ａスキャン）画像の深さにわたって適切に焦点の合った画像を得る上での問題がある。

第２に、Ｂスキャン画像を提供するために、表面を左右に走査する必要がある。プローブシャフトの先端に小型走査素子を組み込み、例えば電磁コイルを用いて光ファイバーの端部を動かす内視鏡プローブの設計が存在する。この手法には、可動部品を設けること、及びそれらを患者の体内で駆動する電力という欠点があり、機器の滅菌し難さを高める可能性がある。

第３に、通常の全視野の内視鏡観察チャネルを同時に提供できることが望ましい。

本明細書を通じて、「光学」、「光」等の用語に言及する。しかし、このような用語は適宜、赤外波長、可視波長又は紫外波長の放射線を指すことが理解される。

第１の問題に対処するために、第１の態様によれば、本発明は、検査すべき物質内の複数の異なる焦点深度に関して同時にインターフェログラムが記録される光コヒーレンストモグラフィー装置及び方法であることが好ましいがそれに限定されるものではない光干渉装置及び方法を提供する。

したがって、各インターフェログラムは、制限された深さ範囲（焦点深度、レイリー領域としても知られる）でのみ焦点のはっきりしたＡスキャン画像を提供するが、複数の異なる焦点深度に関するこれらの画像を合成することにより、被写界深度の深い単一のＡスキャン画像を構築することができる。

干渉計は、測定ビームを検査すべき物質に通し、装置は、異なる焦点深度毎に関連する測定ビームを提供してもよい。光が（最も都合の良い）共通光源により提供される場合（この共通光源はレーザーであり得る）、光学手段（振幅ビームスプリッタ等）を設けて複数のビームを生成してもよい。その場合、各ビームを異なる焦点にもたらすために各ビームの経路中に異なる光学部品（例えば屈折素子）が必要となる。

各測定ビームの焦点深度は、測定ビームの直径の二乗に比例する（すなわち、スポットエリアに比例する）。したがって、１つではなく４つのスポットを設けることによってスポットサイズを半分にする（横方向分解能を二倍にする）ことができる。

焦点の軸方向の間隔は、ターゲット中の光の波長（空気中の波長よりも関連波長範囲の屈折率の係数だけ小さい）を考慮するように計算される。

Ｂスキャンを行うには、ビームと検査中の表面とを相対的に走査する必要があるため、走査手段が設けられる。通常、走査手段は、検査中の物質の表面を横切る線に沿ってビームを走査するために設けられる。都合の良い光学設計のために、複数のビームは走査線に沿って少しだけ離間していることが望ましい。これにより、所与の場所における異なる深さ範囲に関する情報が左右走査中に同時ではなくわずかに異なる時刻に到着するという影響が生じ、この影響は、合成画像を組み立てる際に補償しなければならない。

第２の問題に対処するために、第２の態様によれば、本発明は、光プローブ（コヒーレンストモグラフィー装置又は他の光学機構（例えば画像がプローブにより遠隔の観察レンズ又はカメラに伝送される観察内視鏡）と共に用いることができる）を提供し、スキャナ（小型の回転又は振動ミラースキャナであることが好ましい）がプローブの近位端に設けられ、プローブの遠位端を行き来するスキャンを光学的に中継する光学部品がプローブ内に設けられる。

こうして、プローブシャフトの遠位端に可動部品が設けられないため、内科検診に用いられる場合、患者の体内に可動部品がなくなる。

プローブはプローブシャフトを備えることが好ましく、プローブシャフトの近位端にハンドルが設けられることが好ましく、スキャナはハンドル内に搭載されることが好ましい。プローブシャフトは洗浄のためにハンドルから取り外し可能であってもよい（しかし、プローブシャフトは通常、使い捨て可能なシース内で用いられる）。シャフトを特定の向きに制限し、シャフト内に収容され得る任意の内部バフル、又は反射を排除するためのレンズの傾斜が走査方向と正確に位置合わせされることが好ましいことに留意されたい。スキャナはプローブシャフトそのものの内部にないため、共通ハンドルに嵌合するプローブシャフトの様々な変形を都合良く提供し、様々な長さのプローブシャフト及びビューの傾斜したプローブシャフトを可能にしてもよい。プローブシャフトを通る光学測定経路の長さを変更する場合、参照経路の対応する補償が必要となる。

第３の問題に対処するために、第３の態様によれば、本発明は、物質を検査するための光コヒーレンストモグラフィー装置等の干渉装置及び方法を提供し、当該装置は、
観察装置と、
干渉装置と、
中継光学部品を含むプローブシャフトであって、干渉分光法（例えばＯＣＴ）に用いられるのと同じ中継光学部品により観察（照明及び画像化）が提供される、プローブシャフトと、
干渉計（例えばＯＣＴ）ビームをプローブシャフトに沿ってその遠位端を介して検査すべき物質へ通すと共に、散乱された干渉計（例えばＯＣＴ）ビームをプローブシャフトに沿って通して干渉装置へ戻す手段と、
可視光源（白色光源等）と、
可視光を可視光源からプローブシャフトに沿ってその遠位端へ通して検査すべき物質を好ましくは均一に照明すると共に、その画像をプローブシャフトに沿って戻して観察装置の画像検出器に伝える手段と、
戻り画像を出射可視光と分離する手段と、
プローブシャフトの近位端と観察装置及び干渉装置との間にそれぞれ配置されて、干渉計ビーム（両方向）を可視光ビーム（両方向）と分離するビームスプリッタであって、それにより、可視光を用いて物質の同一部分を観察すると同時に、干渉ビームを用いて検査することができる、ビームスプリッタと
を備える。

ビームスプリッタはスペクトルビームスプリッタであることが好ましい。

検査すべき物質にわたってＯＣＴビームを走査するスキャナが設けられることが好ましく、この場合、ビームスプリッタは、スキャナとプローブシャフトとの間に設けられることが好ましく、それによりこの場合、スキャナは干渉装置の一部と見なされる。

可視光源は、白色光照明を提供するＬＥＤ光源であることが好ましく、撮像検出器は、検査中の物質の表面の反射画像を受け取るカラーＣＣＤカメラであることが好ましい。

このような機構により、臨床医は組織の表面を、プローブがその真上付近にある時にも、プローブがそれに接触している時にも観察することができる。臨床医は、観察装置を用いて、表面の特定の部分を、ＯＣＴ装置によるより詳細な深さ方向検査のために選択し、次に、その表面部分の観測を続けながら、プローブシャフトの遠位端をその表面部分に押し付けることができる。

プローブシャフトは通常、光学系が簡略化されるので硬性であるが、状況により、少なくとも部分的に軟性又は接合式であってもよい。

次に、本発明の好ましい実施形態が例として、添付図面に関連して説明される。

概要
図１は、通常はプローブ１から遠隔して、ただし状況によってはプローブ１内に設けられるレーザー１０を示すＯＣＴ装置のブロック図を示す。レーザー１０からのレーザービーム１１がプローブに、通常はシングルモード光ファイバー２を介して通される。レーザー１０は、組織吸収が最小となる赤外領域中の少なくとも５０ｎｍの波長範囲にわたる掃引スペクトルを提供する。スペクトルが広いほど深さ分解能が向上する。プローブ１は、マルチビーム干渉計４１と、スキャナ５と、プローブシャフト６と、照明系５０、５２、５３を有するカメラと、後述する他の部品とを備える。処理・表示システム９及び被検査組織３３はプローブ１の外部にある。

図２は、プローブ１のより詳細を示す。プローブ１は、マルチビーム干渉計４１及びスキャナ５を含むハンドル３と、プローブシャフト６とを備える。プローブ１は、シャフト６をハンドル３から取り外すことができるように構築される。シャフト６は特定の向きに制限され、それにより、複数ビームの組を出力し、反射を排除するために小さな角度だけ傾斜している出力レンズが走査方向と正確に位置合わせされる。後述する他の部品は、明確にするためにこの図からは省略されている。

子宮頸部の画像化という特定用途の場合、好適なプローブシャフト寸法は、近位端７において直径１６ｍｍであり、必要であれば遠位端８の直径１２ｍｍまでテーパ状となっており、長さ約２２０ｍｍである。走査線の長さはシャフトの直径の制約内でできるだけ長くされ、この説明する機構では６．４ｍｍである。組織内のテーパ角度は約ｆ／８であり、約０．３ｍｍの焦点深度をもたらす。用いられる複数のビームのうちの１本のビームは、０〜０．３ｍｍの深さでほぼ焦点が合い、次のビームは０．３ｍｍ〜０．６ｍｍでほぼ焦点が合い、同様に１．２ｍｍまで続き、被検査組織における最悪の場合のビーム径（すなわち、ビームにより生成されるスポットの幅）は約１０μｍ ＦＷＨＭである。

プローブシャフトの遠位端８は、表面法線からの小さな角度のずれに関係なく検査対象の軟組織に対して前面全体で等しい圧力をかけるために凸状である。配向を促すためのラトルプレート１３、レンズ２５、折り返しミラー２６、走査ミラー２７及びスペクトルビームスプリッタ２８を含むいくつかの他の内部部品を示す。

光学的説明
図３を参照すると、レーザーは、シングルモードファイバー２を介して出力ビーム１１を提供し、このビーム１１が収束レンズ１２に通される。収束レンズを通過した後、ビームはラトルプレートビームスプリッタ１３に入る。付加的な光学部品をビーム１１中に（既にコリメートされていてもよいファイバーからの出力とラトルプレートとの間に）挟んでビーム径を調節できるようにし、よって、測定点において所望の収束を生成できることが望ましい場合がある。ラトルプレート１３はビーム１１を、前方へ伝送されるいくつかの弱いビームに分割する。ラトルプレートの詳細な動作を図４に関連して説明する。

図４は、部分反射面及び全反射面の対が複数の平行ビームを形成する際の動作を示す光学図である。この機構はラトルプレート１３として知られる。この装置は、入口面４４に領域４３にわたって反射面を提供するために、高効率の反射コーティングを有し、コーティングされていないか、又はより良い性能のために反射防止（ＡＲ）コーティングされていてもよい非反射領域４５を残している、側面が平行なガラスプレート４２を備える。これらの２つの領域間の遷移ははっきりしている。出口面４６は、全面が部分反射コーティングでコーティングされ、通常８％〜２５％の入射光が透過され、残りは反射されるような部分反射面４７を備える。

入射レーザービーム１１は、面４４の非反射領域４５を（反射面４３と非反射面４５との間の境界付近で）通過する。その結果、プレート４２への入射時に少量のエネルギーしか損なわれない（すなわち、プレートのこの部分にＡＲコーティングがない場合にはフレネル反射となり、ＡＲコーティングされている場合にはさらに少なくなる）。

レーザービーム１１は、プレート４２を通って伝播し、この例では部分反射面４７において１３％が透過されて第１のビーム１４が提供され、残りは反射されて、反射面４３の方向へ戻される。

プレート４２は入力ビーム１１に対する直交から傾斜しており、部分反射面４７から反射されたビームは、高効率反射面４３へ送られるようになっている。その結果、そのビームは反射されて（エネルギーの１００％近くが反射されて）部分反射面４７へ戻り、そこで残りのビームパワーのさらに１３％が透過されて第２のビーム１５が提供される。このようにして、パワーの低下していく一連のビームが互いに平行にプレートから放射される。

ラトルプレートにおける入力ビーム１１が（例えば、コリメートされたレーザービームを取り込み、これを収束レンズ１２に通すことによって）コリメートされるのではなく収束するように構成されている場合、各連続ビームがガラスプレート４２を通じてより長い経路をたどるため、ガラスプレート４２を出るビーム１４、１５等は互いに異なる軸方向位置に合焦することになる。焦点位置間の距離は、プレート４２の厚み、傾斜角及び屈折率に依存することになる。代替的に、ラトルプレートアセンブリは、ガラスではなく空気により分離された全反射面及び部分反射面を備えてもよい。また、入力ビーム１１は、光学部品に適切な変更を加えて、収束せずに発散してもよい。

最も強い５本のビーム１４〜１８は前方へ伝播され、残りは不透明プレート１９により遮断される。

図３に戻ると、ラトルプレート１３からのビーム１４〜１８はビームスプリッタ２０に通され、ビームスプリッタ２０はこれらのビームを測定ビーム１４Ｍ〜１８Ｍ及び参照ビーム１４Ｒ〜１８Ｒに分割する。参照ビーム１８Ｒは、参照ビーム１４Ｒ〜１７Ｒと同様に操作されるが、測定ビームの干渉には用いられず、レーザー振幅変動の補償を提供する。

参照ビーム１４Ｒ〜１８Ｒは、ビームスプリッタ２０により反射され、レンズ２１及び２２を通過し、多面ミラー構造２３において反射された後、レンズ２２及び２１を再度通過し、ビームスプリッタ２０を再度通過する。多面ミラー構造２３は参照ビームの各々に対して反射面を有し、個々の反射面はそれぞれのビームの焦点に設けられる。参照ビーム１４Ｒ〜１８Ｒが必ず正確に再帰反射されるように、反射面の角度を互いに設定することが有利であり得る。代替的に、レンズ２１及び２２の倍率及び位置は、参照ビーム１４Ｒ〜１８Ｒの軸が互いに平行になるように選択されてもよい。参照光路は図中、測定光路よりも大幅に短く示されていることに留意されたい。実際には、周波数ドメインＯＣＴシステムにおいて、ターゲット反射によるフリンジ周波数は経路の差に比例するため、これらの経路は非常に似た長さとなるだろう。電子システムが、無限の帯域幅で動作できる場合でも、干渉を生じるために経路長の差はレーザー１０のコヒーレンス長未満でなければならないため、同様の経路長の維持に制約が生じる。測定ビームと参照ビームとの間の良好な干渉のための別の基準は、参照ビームの収束及び焦点位置が検出器において測定ビームの収束及び焦点位置と一致しなければならないことである。これを達成するために、付加的な反射光学部品又は屈折光学部品（オフナーリレー等）を参照経路に導入して、ビームスプリッタ２０又はその付近の焦点を多面反射面２３へ中継することが好ましい。

測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍはビームスプリッタ２０を出て、最も弱いビーム１８Ｍは不透明プレート２４により遮断される。測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍは名目上、レンズ２５によりコリメートされるが、レンズ１２及び２５間の経路長がビーム毎に異なるため、４本のビームの収束にはわずかな差がある。２つのレンズ間の分離は、平均光路長がコリメートされたビームをもたらすように設定される。すると、４本のビーム１４Ｍ〜１７Ｍの軸は互いに向かって収束する。これらのビームは、ミラー２６において図の平面に対して９０°の直交で反射され、前方へ伝播し、軸が走査ミラー２７において交わる。

走査ミラー２７は名目上、図の平面に平行な、ビーム１１の元の軸に平行な軸を中心として回転するように駆動され、測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍを走査する。さらなるビームスプリッタ２８が設けられて、測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍを、ビーム１１の元のビーム軸に名目上平行な新たな軸に沿って反射する。ビームスプリッタプレートは、ビーム１４Ｍ〜１７Ｍに用いられるようなＩＲ放射線を選択的に反射し、可視白色光を透過するコーティングを有する。

プローブシャフト６が設けられる。プローブシャフト６は、後述するような様々なパッシブ光学部品（リレー光学部品）を搭載する金属管を含む。

プローブシャフト６内の第１の（入口）レンズ群３０がプローブシャフト内で走査測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍの各々の焦点を３１に形成し、他のレンズは、この焦点をプローブシャフト内の最後のレンズ３２の直ぐ後ろ、すなわち、プローブシャフトの遠位端の直ぐ外側にある焦点へ中継する。測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍは、収束が互いにわずかに異なる状態でプローブシャフトに入るため、図５に示すような、プローブシャフト６の外側のそれぞれのビーム１４Ｍ〜１７Ｍの最終的な焦点１４Ｆ〜１７Ｆは、互いに軸方向にずれ、異なる組織深さから最適な信号を導出することを可能にする（組織は３３で示す）。

最後のレンズ３２は、プローブシャフトの遠位端を形成することが分かるだろう。使用時に、このレンズ３２により形成されるプローブシャフトの遠位端は、検査すべき医学的表面組織３３と、任意で薄い透明な使い捨てシースを介して接触される。

図５に示すように、４本の測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍの焦点１４Ｆ〜１７Ｆは、検査すべき組織内に届く。これにより、異なる深さで合焦する４本のレーザービームを提供することができ、深さが変化すると各ビームの焦点は急速にずれるが、４本のビームのうちの１本の焦点範囲内で対象組織の全ての深さをカバーすることが可能である。４つの焦点の軸方向の間隔は、検査すべき組織内の焦点のウエストのレイリー領域を考慮するように計算される。

さらに、４本のビーム１４Ｍ〜１７Ｍは、わずかに異なる角度で走査ミラー２７に当たるため、プローブシャフトの外側の４つの焦点１４Ｆ〜１７Ｆもまた走査線に沿って、図５においてＡで示される距離だけ分離している。距離Ａは小さく（およそ０．２ｍｍ）、よって被検査組織中の特定の点にわたって走査するビーム同士の間の時間は短いため（全走査時間の数パーセント）、被検査組織は、各ビームの通過の合間に変化しないはずである。

上記のように明らかに、組織内の深さ範囲に焦点を有する４本よりも多いか又は少ない数のビームを設けてもよい。４本のビームの焦点は、横方向及び軸方向の両方で互いにずれていることに留意されたい。

ターゲット組織から散乱された後、４本のビームの成分１４ＭＲ〜１７ＭＲは、プローブシャフトを通って戻り共焦点で集光される。これらの戻りビーム１４ＭＲ〜１７ＭＲは、走査ミラー２７によってデスキャンされ、レンズ２５を通って戻る。

ビーム１４ＭＲ〜１７ＭＲの各々の一部は、ビームスプリッタ２０により反射されて、対応する参照ビーム１４Ｒ〜１７Ｒと合成される。合成されたビーム１４ＭＲ／１４Ｒ〜１７ＭＲ／１７Ｒはレンズ３４を通過し、このレンズ３４は、合成されたビームの各々の焦点を検出器３５に形成する。検出面は、ラトルプレート１３から生じる焦点シフトに対応するために、入射する合成されたビームの軸の直交角度に対して法線から傾斜していることが分かるであろう。対応するビーム間の干渉は検出器３５の表面において生じる。検出器３５は、合成されたビーム毎に１つずつのいくつかの別個の有感領域と、平衡信号として用いられる参照ビーム１８Ｒのための１つの付加的な領域とから成るであろう。

ビームスプリッタ２０、参照ミラー構造２３、及び個々の検出器有感領域３６〜３９、並びに光学部品は、マイケルソン干渉計４１を形成する。この干渉計の機構はＯＣＴの使用を可能にし、特にこの好ましい実施形態では、周波数ドメインＯＣＴを用いるための光学部品が設けられる。

ビームスプリッタ２０が偏光ビームスプリッタであり、測定ビーム１４Ｍ〜１７Ｍ及び参照ビーム１４Ｒ〜１８Ｒが波長板を通過及び再通過するように、４分の１波長板が測定経路及び参照経路の両方に挟まれた、場合、また、ビームの各々の共通偏光成分が選択されるように付加的な分析部品が合成経路に加えられた、場合、アセンブリは、被検査組織のあらゆる偏光特性に対して改良された感度を持つことが分かるであろう。

観察チャネルを提供するためのさらなる詳細を図６及び図７に示す。

図６には、ＯＣＴレーザービーム１４Ｍ〜１７Ｍの経路を示す。レーザービーム１４Ｍ〜１７Ｍは、レンズ２５（図示せず）からミラー２６を介して走査ミラー２７上へ、そしてプローブシャフト６の遠位端にある組織までトレースされる。カメラチップ４８、レンズ系４９及び照明ビームスプリッタプレート５０も示される。

図７は、図６と同じ部品を示すが、照明ビーム５１及び白色光源５２を示し、ＯＣＴレーザービームは明確にするために省略されている。図８は、中央の開口部を有する反射面である照明ビームスプリッタプレート５０のさらなるビューを示す。白色光源５２からの光は、照明ビームスプリッタプレート５０により大部分が反射されるが、中央の開口部５４を通るビームの部分は失われる。

図６及び図７の装置は、ＯＣＴレーザー光を白色光と分離するスペクトルビームスプリッタ２８を含む。照明ビームスプリッタプレート５０及び照明源５２は、照明光源５２からの白色光であることが好ましい可視光をビームスプリッタプレート２８を通して導き、光源５２からの白色光ビーム５１をプローブシャフト６内の光軸に沿って通すように配置される。白色光ＬＥＤが好適な照明源５２であるが、他のものも想定される。組織表面３３は光散乱性であるため、戻ってくる反射された白色光ビーム５１の成分は、スペクトルビームスプリッタ２８を通過することになる。この戻りビームのより少ない成分は、照明ビームスプリッタプレート５０の開口部５４を通過して、ＣＣＤ検出器４８を含むカメラ５３へ向かうことになる。これを図９に示す。

図６及び図７から明らかであるように、スペクトルビームスプリッタ２８は照明ビーム５１を被検査表面に通し、この照明ビームは、ビームスプリッタ５０により観察チャネルに混合される。

できるなら、カメラの入射瞳５４は、走査ミラー２７の反射面に対する共役点にあると共に、照明ビームスプリッタプレート５０の開口部と一致する。

カメラ５３は１つ又は複数のレンズ４９を備えて、検査すべき表面の画像を形成する。カメラは、表面３３がプローブシャフトの遠位端と接触している時に表面３３を検査するために用いられてもよい。さらに、カメラの焦点深度が十分である場合、遠位端が表面から離間している時にカメラを用いて、ユーザがＯＣＴにより検査すべき特定部分を選択する前に表面の調査を行うことを可能にしてもよい。

図９を参照すると、画像は、カメラ５３のイメージセンサ表面４８に、又は代替的な機構では、遠隔ＣＣＤにつながるコヒーレントファイバー束５５の端面に合焦する。

観察光学系及びＯＣＴ装置は両方とも、同じ遠位端レンズ３２を用いるため、カメラ５３及びＯＣＴ干渉計４１により観察される組織部分は同じになることに留意されたい。表示画像上にＯＣＴのＢスキャンラインの位置を示す手段が提供されてもよい。

図１０は、参照ミラー構造２３の拡大図を示す。図１１は、検出器表面３５上に個々の焦点を形成する合成ビーム１４ＭＲ／１４Ｒ〜１７ＭＲ／１７Ｒ及び平衡ビーム１８Ｒを示す。図１２は、合成ビーム毎に１つずつ、及び平衡ビーム１８Ｒに１つの検出面の有感領域の配置を示す。

これまで説明してきた実施形態は、１本の平衡ビームを用い、このビームから導出される補償信号を（４つの）干渉信号の各々に電子的に適用する。代替的な実施形態は、各参照ビームに光学的に一致する別個の平衡ビームを提供することであり、その場合、平衡の取れた検出器構成を用いてビーム対が検出される。

処理の説明
レーザーは、各周波数掃引の開始時にトリガ信号を処理システムに提供する。処理システムは、アナログ検出器信号をデジタル化し、その掃引に関するデータ（通常は１０２４点）を記憶する。このデータは、１つのＡスキャンを再構築するための情報を提供する。処理システムは、多くのＡスキャン（走査ミラーの全移動をカバーする）の生データを取り込んでから処理を行ってＢスキャン画像にしても、或いは、Ａスキャンの取り込み及び処理が時間的に重複してもよい。

周波数ドメインＯＣＴに理想的なレーザー源は、経時的に一定の光周波数レートで掃引し、掃引中に一定のパワーレベルを提供する。この場合、Ａスキャンプロファイルを得るには、生データの離散フーリエ変換を（適切な窓関数、例えばハニングを用いて）行うだけでよい。

実際のレーザー源の場合、掃引速度はスペクトルにわたって変化し、パワーも変化する。補正しなければ、これらの効果はぼやけた画像を生じる。したがって、生データは、局所三次補間アルゴリズムを用いて不均等な間隔でリサンプリングすることによって、また係数を変えてリスケーリングすることによって補正される。次に、離散フーリエ変換が上記のように行われる。

上記補正の較正は、素通しのガラスブロックをターゲットとして用いて入射パワーの約４％の１回反射を生じることによって得られる（較正中、走査ミラーは中央位置に設定されて固定される）。経路差は、適当な大きさのフリンジ数（例えば走査全体で１００）を与えるように調節され、生の波形が取り込まれる。あらゆる残存ｄｃ成分を除去した後、コンピュータは、局所三次補間アルゴリズムを用いてフリンジのゼロ交差の位置を正確に求め、よって必要なリサンプリング位置配列を得る。コンピュータはまた、フリンジの包絡線を求め、よって必要なリスケーリング値配列を得る。システムが正確に較正されると、ガラスブロックはＡスキャンにおいて１つの鋭いピークを示す。

図１３は、インターフェログラムを分析してその結果を画面１０１に表示するコンピュータシステムを搭載するハウジング１００を備える装置の斜視図を示す。ハウジング１００はレーザーも搭載し、このレーザーの出力ビームは、軟性シングルモード光ファイバー２を介してプローブ１に通される。

本発明は、説明した例の詳細に限定されない。

光コヒーレンストモグラフィー装置の主要部品を示すブロック図である。 内部をいくらか詳細に示すプローブの斜視図である。 本発明による、周波数ドメインＯＣＴに用いられる４スポットプローブを備える光コヒーレンストモグラフィー装置の光学図である（明確にするために、光路のいくつかの折り返しは除いている）。 複数ビームの生成方法の拡大軸方向断面図である。 焦点の軸方向及び横方向の両方における分離を示す、プローブの遠位端における測定レーザービームの拡大詳細図である。 カメラ及び光学部品を含む観察光学系を組み込んで検査対象の表面のビューを提供するプローブアセンブリの、レーザーＯＣＴビームの経路を示す軸方向断面図である。 レーザービームを除く照明光の光路を示す、図３のプローブアセンブリの軸方向断面図である。 照明光経路を観察光経路と混合する方法の拡大図である。 プローブの遠位端からカメラまでの画像化光経路を示す図である。 多面参照ミラー構造の拡大詳細図である。 検出面に像焦点を形成する干渉レーザービーム及び平衡ビームの拡大詳細図である。 検出面の有感領域の拡大詳細図である。 ＯＣＴ装置の斜視図である。

Claims (31)

1. フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置であって、
   複数のビームを提供する手段を備え、
   検査すべき物質内の複数の異なる焦点深度に関して同時にインターフェログラムが記録され、各インターフェログラムは前記複数のビームのうちの１本により提供される、フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行うことを特徴とする光干渉装置。
2. 複数の異なる焦点深度に関して前記インターフェログラムから導出される画像を合成する手段を備え、
   被写界深度の深い単一の画像が構築されることを特徴とする請求項１に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
3. 前記干渉計は、測定ビームを前記検査すべき物質に通し、異なる焦点深度毎に関連する測定ビームを提供することを特徴とする請求項１又は２に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
4. 前記複数のビームを提供する手段は、１本のビームを受け取る手段と、前記１本のビームを前記複数のビームに分割する手段と、を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
5. 前記複数のビームの焦点は、横方向及び軸方向の両方で互いにずれていることを特徴とする請求項４に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
6. 前記複数のビームを提供する手段は反射面及び部分反射面を備え、
   受信ビームは前記部分反射面に通され、前記ビームの一部分は前記部分反射面を通過して第１のビームを形成し、
   別の部分は前記反射面へ反射され、前記反射面において反射されて前記部分反射面へ戻り、前記ビームの一部分は前記部分反射面を通過して第２のビームを形成し、
   前記部分反射面及び前記反射面は、前記第１のビーム及び前記第２のビームが互いに平行にずれるように配設され、前記複数のビームのさらなる連続ビームが前記反射面及び前記部分反射面での反射及び透過により提供されることを特徴とする請求項４又は５に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
7. 前記反射面及び前記部分反射面はラトルプレートを構成し、
   前記入力ビームは、前記ラトルプレートに入力される収束ビーム又は発散ビームであり、前記ラトルプレートからの前記複数の出力ビームの各々は異なる軸焦点にもたらされることを特徴とする請求項６に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
8. ４本のビームが提供されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
9. 前記焦点の軸方向の間隔は、前記検査すべき物質内の焦点のウエストのレイリー領域を考慮するように計算されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
10. 前記複数のビームを前記ビームに対して直角に、前記複数のビームを通る線に沿って走査する走査手段を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを行う光干渉装置。
11. コヒーレンストモグラフィー装置又は観察エンドスコープにおいて使用される光プローブであって、
    画像が前記プローブにより遠隔の観察レンズ又はカメラへ伝送され、
    前記プローブは、プローブの近位端に設けられるスキャナと、
    前記プローブ内にあり、前記プローブの遠位端を行き来するスキャンを光学的に中継する光学部品と、を備えることを特徴とするコヒーレンストモグラフィー装置又は観察エンドスコープにおいて使用される光プローブ。
12. 前記スキャナは回転又は振動ミラーを備えることを特徴とする請求項１１に記載のコヒーレンストモグラフィー装置又は観察エンドスコープにおいて使用される光プローブ。
13. 前記プローブシャフトの前記遠位端に可動部品を設けてないことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のコヒーレンストモグラフィー装置又は観察エンドスコープにおいて使用される光プローブ。
14. 前記プローブは、プローブシャフトを備え、
    前記プローブシャフトの前記近位端にハンドルを備え、
    前記スキャナは前記ハンドル内に搭載されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載のコヒーレンストモグラフィー装置又は観察エンドスコープにおいて使用される光プローブ。
15. 前記プローブシャフトは前記ハンドルから取り外し可能であることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載のコヒーレンストモグラフィー装置又は観察エンドスコープにおいて使用される光プローブ。
16. 物質を検査するための干渉装置であって、
    観察装置と、
    干渉装置と、
    中継光学部品を有し、干渉分光法に用いられるのと同じ中継光学部品により観察が提供されるプローブシャフトと、
    干渉計ビームを前記プローブシャフトに沿ってその遠位端を介して前記検査すべき物質へ通すと共に、散乱された干渉計ビームを前記プローブシャフトに沿って通して前記干渉装置へ戻す手段と、
    可視光源と、
    可視光を前記可視光源から前記プローブシャフトに沿ってその遠位端へ通して前記検査すべき物質を照明すると共に、その画像を前記プローブシャフトに沿って戻して前記観察装置の画像検出器に伝える手段と、
    前記戻り画像を出射可視光と分離する手段と、
    前記プローブシャフトの近位端と、前記観察装置及び前記干渉装置と、の間にそれぞれ配置されて、前記干渉計ビーム（両方向）を前記可視光ビーム（両方向）と分離し、前記可視光を用いて前記物質の同一部分を観察すると同時に、前記干渉ビームを用いて検査するビームスプリッタと、を備えることを特徴とする物質を検査するための干渉装置。
17. 前記ビームスプリッタはレーザー／白色光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１６に記載の物質を検査するための干渉装置。
18. 前記検査すべき物質にわたって前記干渉計ビームを走査するスキャナを備え、
    前記ビームスプリッタは、前記スキャナと前記プローブシャフトとの間に設けられることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の物質を検査するための干渉装置。
19. 前記可視光源は、白色光照明を提供するＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１６に記載の物質を検査するための干渉装置。
20. 前記画像検出器は、前記検査中の物質の表面の前記反射画像を受け取るカラーＣＣＤカメラであることを特徴とする請求項１６に記載の物質を検査するための干渉装置。
21. 前記プローブシャフトは硬性であることを特徴とする請求項１６に記載の物質を検査するための干渉装置。
22. 前記プローブシャフトは部分的に軟性又は接合式であることを特徴とする請求項１６に記載の物質を検査するための干渉装置。
23. 検査すべき物質内の複数の異なる焦点深度に関して同時にインターフェログラムが記録されることを特徴とする光干渉方法。
24. 各インターフェログラムは、制限された深さ範囲でのみ焦点のはっきりしたＡスキャン画像を提供し、
    前記方法は、複数の異なる焦点深度に関する前記Ａスキャン画像を合成することを含み、被写界深度の深い単一のＡスキャン画像が構築されることを特徴とする請求項２３に記載の光干渉方法。
25. 前記干渉計は、測定ビームを前記検査すべき物質に通し、異なる焦点深度毎に関連する測定ビームを提供することを特徴とする請求項２３又は２４に記載の光干渉方法。
26. 前記複数のビームは異なる焦点にもたらされることを特徴とする請求項２３から２５のいずれか一項に記載の光干渉方法。
27. ４本のビームが異なる焦点にもたらされることを特徴とする請求項２３から２６のいずれか一項に記載の光干渉方法。
28. 前記焦点の軸方向の間隔は、ターゲット内の光の波長を考慮するように計算されることを特徴とする請求項２３から２７のいずれか一項に記載の光干渉方法。
29. 前記ビームと前記検査中の表面とを相対的に走査することによってＢスキャンが行われることを特徴とする請求項２３から２８のいずれか一項に記載の光干渉方法。
30. 前記ビームは、前記検査中の物質の表面を横切る線に沿って走査されることを特徴とする請求項２９に記載の光干渉方法。
31. 前記複数のビームは走査線に沿って少しだけ離間しており、所与の場所における異なる深さ範囲に関する情報が左右走査中に同時ではなくわずかに異なる時刻に到着し、これが、合成画像を組み立てる際に補償されることを特徴とする請求項３０に記載の光干渉方法。

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