JP2015114284A - 光干渉断層計 - Google Patents

Abstract

【課題】 高ビット数かつ変換速度が遅いＡＤ変換部と、低分解能かつ変換速度が速いＡＤ変換部とを併用することで、断層の情報が失われることなく、測定対象の物体の深い部位の断層の情報を取得できるＯＣＴを提供すること。
【解決手段】 複数のＡＤ変換部を有するＯＣＴであって、第一のＡＤ変換部の変換速度は、第二のＡＤ変換部の変換速度よりも速く、第一のＡＤ変換部の分解能は、第二のＡＤ変換部のビット数よりも低いことを特徴とするＯＣＴ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、医用診断などに用いられる光干渉断層計に関する。

波長可変光源を用いた光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ ＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＯＣＴと略す）では、物体へ光を照射し、照射光の波長を変化させ、参照光と物体の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉させる。そして干渉光の強度の時間波形（以下、干渉スペクトルと略すことがある）に含まれる周波数成分を分析することによって物体の断層に関する情報、例えば断層像を得る。また、干渉スペクトルの周波数成分の分析をする際に、ＡＤボードを用いて、アナログデータからデジタルデータへの変換（ＡＤ変換）を行う（特許文献１）。以下では、波長可変光源を用いたＯＣＴをＳＳ−ＯＣＴと略すことがある。

ここで、ＳＳ−ＯＣＴでは、より深い部位の断層の情報を取得するために、干渉スペクトルのデータを等波数（等周波数）間隔にサンプリングする際に、分解能を上げるためにはサンプリングする間隔をより短くする必要がある。

特開２０１０−１４５１４号公報

サンプリングする間隔をより短くするためには、高速にＡＤ変換できるＡＤボードを必要とする。しかし、一般的に高速にＡＤ変換できるＡＤボードはビット数が小さくなってしまう、すなわち分解能が低くなる。扱えるビット数が小さくなると、物体からの反射光の強度が強かったとしても、ＡＤボードのビット数の範囲でしかデータを扱えず、断層の情報が一部失われる可能性がある。その結果、例えば、断層像の輝度の階調が小さくなってしまい、微小な階調差しか生じない構造情報が見えにくくなるという問題を生ずる。

一方、大ビット数のＡＤ変換は、小ビット数のＡＤ変換に比べて変換に時間がかかるため、大ビット数かつ高速な変換が可能なＡＤボードは実現することは難しかった。

すなわち、分解能を高く（ビット数を大きく）することと、ＡＤ変換速度を速くすることの両立が困難であった。

本発明にかかる光干渉断層計は、射出する光の波長を変化させる光源部と、前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、前記干渉光を受光する光検出部と、前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、を有する光干渉断層計であって、前記情報取得部は、前記干渉光の強度の時間波形を複数の異なる周波数成分に分離する周波数分離部と、前記周波数分離部によって分離された周波数成分のうち第一の周波数帯域の成分をＡＤ変換する第一のＡＤ変換部と、前記第一の周波数帯域に比べて低周波数の第二の周波数帯域の成分をＡＤ変換する第二のＡＤ変換部とを有し、前記第一のＡＤ変換部で得たデータと前記第二のＡＤ変換部で得たデータから前記物体の情報を取得する演算部とを有し、前記第一のＡＤ変換部の変換速度は、前記第二のＡＤ変換部の変換速度よりも速く、前記第一のＡＤ変換部の分解能は、前記第二のＡＤ変換部の分解能よりも低いこと、を特徴とする。

本発明に係るＯＣＴによれば、高分解能（大ビット数）かつ変換速度が遅いＡＤ変換部と、低分解能（小ビット数）かつ変換速度が速いＡＤ変換部とを併用することで、断層の情報が失われず、測定対象物体の浅い部位から深い部位までの断層情報を取得できる。

本発明の実施形態に係るＯＣＴの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るＯＣＴにおける周波数分離部を説明するための図である。 本発明の実施形態において、測定対象の物体への照射光の照射位置を示す図である。 本発明の実施例１に係るＯＣＴの構成を示す模式図である。 本発明の実施例１における波長掃引光源から出る光の周波数の時間変化を示す図である。 本発明の実施例１における断層像の取得方法を説明するための図である。 本発明の実施例１における周波数分離部の、干渉信号の透過特性を示す図である。 本発明の実施例２に係るＯＣＴの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態における、干渉信号の強度の周波数依存性を示す図である。 本発明の実施形態における、干渉信号の強度の周波数依存性を示す図である。 本発明の実施形態における、干渉信号の強度の周波数依存性を示す図である。 本発明の実施形態における、干渉信号の強度の周波数依存性を示す図である。

本発明の実施形態について以下に説明するが、本発明はこれに限られない。図１は本実施形態に係る光干渉断層計（ＯＣＴ）の装置構成を示す模式図である。

本実施形態に係るＯＣＴは、光源部としての波長掃引光源１０１、干渉光学系１０３、光検出部１０４、情報取得部１０５を有する。

また、本実施形態に係るＯＣＴにおける干渉光学系１０３は、参照ミラー１０７、光カップラ１３５、走査ミラー１１１を有する。

本実施形態において、参照光Ｌ５とＬ５’の光路上には、参照ミラー１０７が設けられているが、必ずしも必要なく、適切な光路長となるようにファイバループを形成して、光カップラ１３５に直接結合させる構成であってもよい。

本実施形態に係るＯＣＴによって、物体１０８の断層の情報を取得する方法について説明する。

まず、波長掃引光源１０１から射出した光Ｌ１が、光カップラ１３４において、干渉光学系１０３へ進む光（Ｌ２）と、後述するクロック生成部１０２へ進む光（Ｌ３）とに分波される。光Ｌ２は光カップラ１３５で照射光Ｌ４と参照光Ｌ５とに分波される。照射光Ｌ４は走査ミラー１１１で反射され、物体（被検体）１０８に照射される。被検体１０８に照射されて反射した光Ｌ４’はカップラ１３５に入射する。一方、参照光Ｌ５は、参照ミラー１０７で反射されて光Ｌ５’としてカップラ１３５に入射する。

光Ｌ４’と光Ｌ５’とはカップラ１０４で干渉し、生じた干渉光は光検出部１０４に入射する。

波長掃引光源１０１は射出する光の波長を掃引させる、すなわち射出される光の波長を時間的に変化させるため、光検出部１０４では干渉光の強度の時間波形が取得される。干渉光の強度の時間波形は干渉信号として、光検出部１０４から周波数分離部１２６へと送られる。周波数分離部１２６では、干渉光の強度の時間波形、すなわち干渉信号を複数の周波数成分に分離して、情報取得部１０５へと送られる。ここで、干渉信号を複数の周波数成分に分離するとは、干渉信号を各周波数成分ごとに抽出することを意味する。

本実施形態に係るＯＣＴは、情報取得部１０５で、干渉光の強度の時間波形に基づいて被検体１０８の情報を取得する際に、周波数成分ごとに別々のＡＤ変換部によってＡＤ変換する。

図１において、周波数分離部１２６は、第一の周波数帯域の成分（高周波成分）のバンドパスフィルタであるＨｉｇｈ−Ｐａｓｓフィルタ１２２を有する。また、周波数分離部１２６は、第一の周波数成分に比べて周波数の低い第二の周波数帯域の成分（低周波成分）のバンドパスフィルタであるＬｏｗ−Ｐａｓｓフィルタ１２３を有する。本実施形態においてＨｉｇｈ−Ｐａｓｓフィルタ１２２が透過させる周波数帯域２０２と、Ｌｏｗ−Ｐａｓｓフィルタ１２３が透過させる光の周波数帯域２０３とは、重複する周波数帯域２０１を有している（図２（ａ））。図２（ａ）は周波数分離部の干渉信号の透過特性を表し、図２（ａ）のグラフの縦軸の信号透過率は、干渉信号に対する透過率を表す。なお、図２（ａ）では２０２の方が２０３よりも信号透過率が大きいが、これは一例であり、逆であってもよいし、両者が同じ信号透過率であってもよい。

なお、本実施形態において、周波数分離部１２６は、干渉光の強度の時間波形を２つの異なる周波数成分に分離する場合の例を示しているが３つ以上の異なる周波数成分に分離するものであってもよい。本実施形態において、周波数分離部１２６によって分離された周波数成分のうち、高周波成分を第一のＡＤ変換部１２０で、アナログデータからデジタルデータに変換（ＡＤ変換）する。また、低周波成分を第二のＡＤ変換部１２１でＡＤ変換する。本実施形態において、第一のＡＤ変換部１２０のＡＤ変換速度は、第二のＡＤ変換部１２１のＡＤ変換速度よりも速く、第一のＡＤ変換部１２０のビット数は、第二のＡＤ変換部１２１のビット数よりも小さいことが特徴である。すなわち、第一のＡＤ変換部１２０の分解能は、第二のＡＤ変換部１２１の分解能よりも低いことが特徴である。以下詳細を説明する。

ここで、ＳＳ−ＯＣＴ装置において取得する干渉信号（干渉スペクトルの時間波形）は、被検体の奥深い部分からの信号は高周波成分となり、物体表面近傍などの浅い部分からの信号は低周波成分となる。言い換えると、干渉スペクトルの時間波形をフーリエ変換し、高周波成分が大きければ、被検体の深い部分での反射が大きく、低周波成分が大きければ、浅い部分での反射が大きいことを意味する。

また、生体中では光吸収や散乱が存在し、さらに波長掃引光源から出る光のコヒーレンス長も有限である。従って、コヒーレンスゲート、すなわち参照光と照射光の光路長が等しくなる位置を物体表面のやや手前に配置する通常の計測では、基本的に物体表面の信号強度が最も強く、奥深い部位ほど信号強度が弱くなる。これはＯＣＴによって得られる断層像（以下、ＯＣＴ像と略すことがある）に置き換えると、物体表面近傍のＯＣＴ像は輝度が高く、奥深い部位ほど輝度が低いことに相当する。

これらを勘案すると、物体の表面近傍からの干渉信号は信号強度が比較的大きく且つ低周波数の干渉信号、物体の奥深い部位からの信号は信号強度が弱く且つ高周波数の干渉信号になる傾向があると言える。

特許文献１ではこれらの信号を１つのＡＤ変換素子（ＡＤボード）で処理する構成であり、高分解能（大ビット数）かつ高速な変換が可能なＡＤ変換素子を必要としていた。しかし、一般的な構成のＡＤ変換素子では高分解能（大ビット数）のＡＤ変換は、低分解能（小ビット数）のＡＤ変換に比べて変換に時間がかかるため、高分解能かつ高速な変換が可能なＡＤ変換素子を実現することが難しかった。

本実施形態に係るＯＣＴでは上述の信号強度が大きくかつ低周波数の干渉信号成分と、信号強度が小さくかつ高周波数の干渉信号成分とを、別々のＡＤ変換素子で処理する構成を取る。つまり、変換速度が低速で、かつ高分解能のＡＤ変換素子で物体表面近傍の干渉信号を処理し、これとは別に変換速度が高速で、かつ低分解能のＡＤ変換素子で物体の奥深い部位の信号を処理する。物体の奥深い部位の信号を処理するＡＤ変換素子は低分解能であるが、もともと物体の奥深い部位の信号強度は小さい。そのため、単一の高速かつ大ビット数のＡＤ変換素子で一括して高周波信号成分から低周波信号成分までＡＤ変換する場合と比較して、低分解能のＡＤ変換素子を用いた場合でも、ＯＣＴ像の階調が著しく失われる事などは生じない。

このように信号を周波数帯域ごとに複数のＡＤ変換素子で分担処理する事により、高速且つ高分解能のＡＤ変換素子を用いなくてもよい。したがって、低速かつ高分解能なＡＤ変換素子と高速かつ低分解能の、共に安価なＡＤ変換素子の併用で浅い部位から奥深い部位まで撮像可能なＯＣＴ装置を実現可能である。

周波数分離部１２６から出た干渉信号は上記の各ＡＤ変換部によってＡＤ変換された後、演算部１２５においてフーリエ変換され、干渉信号の高周波成分、低周波成分の各周波数帯域において断層の情報が取得される。断層の情報は、典型的には断層像であるが、各断層からの反射光強度の数値の絶対値であってもよいし、規格化された値であってもよく、特に限定されない。以下では、断層の情報を断層像として説明する。

さらに演算部１２５では高周波成分から生成した断層像と低周波成分から生成した断層像とを接続することができる。高周波成分から生成した断層像は被検体の深い部分の像であり、低周波成分から生成した断層像は浅い部分の像であるため、２つの断層像を接続することで、被検体の深い部分と浅い部分の両方の断層像を得ることができる。

本実施形態においては、各ＡＤ変換部を用いてそれぞれの周波数帯域で独立に断層像を取得し、その後複数枚の画像を接続する事で一枚の高深達な断層像を構築する。このような形態では、最終的な断層像を得るために、信号取得の際の各ＡＤ変換部のゲインやジッタなどの特性の差を調整する必要がないため好適である。また、上記のように、画像をつなぎ合わせる際に輝度調整や最適な接続位置を考慮することにより、各ＡＤ変換部の特性差が存在しても、高深達な画像を構成できる。

なお、上記のように、演算部１２５は、第一の変換部１２０で得たデータと、第二の変換部１２１で得たデータとを各々フーリエ変換して各々の断層像を取得し、取得した各々の断層像を合成して物体１０８全体の断層像とする形態に限らない。例えば、演算部１２５が、第一の変換部１２０でＡＤ変換して得たデータと、第二の変換部１２１でＡＤ変換して得たデータとを合わせてフーリエ変換して、物体１０８の断層像を取得してもよい。

なお、上記説明は、被検体１０８のある１点に光を照射し、その１点における奥行き方向の断層像を得るためのプロセスである。この奥行き方向の断層像を得るための波長掃引工程をＡスキャンという。２次元の断層像を得るためには、走査ミラー１１１を動かすことで、光を照射する位置を走査する。奥行き方向とは垂直な方向に走査するこの工程をＢスキャンという。また、走査ミラーをＡスキャン方向とＢスキャン方向のいずれの方向とも垂直な方向に走査する工程をＣスキャンという。Ａ、Ｂ、Ｃスキャンを行うことによって、被検体の３次元の断層像を得ることができる。

（ＡＤ変換部）
本実施形態における第一および第二のＡＤ変換部は、第一のＡＤ変換部のＡＤ変換速度（サンプリング速度）が第二のＡＤ変換部のＡＤ変換速度よりも速く、第一のＡＤ変換部の分解能が第二のＡＤ変換部のビット数よりも低ければ限定されない。また、ＡＤ変換部は３つ以上設けられても良い。なお、各ＡＤ変換部は、ＤＣ成分、すなわち周波数０を含む周波数帯域の干渉信号のＡＤ変換を行えるものでなくてもよい。

本実施形態に係るＯＣＴは、ＡＤ変換部を複数用いたインターリーブ動作による高速ＡＤ変換と比較して、複数のＡＤ変換部の特性の差を調整する必要がない事も有利な点である。すなわち、インターリーブ動作では、同じ速度かつ同じ分解能数のＡＤ変換部を複数用いるが、それらＡＤ変換部の特性をそろえるための調整が煩雑である。本実施形態における複数のＡＤ変換部は、上記のような変換速度と分解能の関係を満たすものであればよいため、各々の特性をそろえる必要はない。

（周波数分離部）
本実施形態において、周波数分離部１２６は、光検出部１０４でから送られた干渉光の強度の時間波形、すなわち干渉信号を複数の周波数成分に分離する。上記では、図２（ａ）のように、周波数分離部によって分離された周波数成分が重複する周波数帯域２０１を有する場合の例について説明した。しかし、第一の周波数帯域の成分（高周波数帯域の成分）２０２と、第二の周波数帯域の成分（低周波数帯域の成分）２０３とが、ある周波数のみで重複し、それ以外の帯域では重複しない構成であってもよい。また、本実施形態における周波数分離部は、３つ以上の周波数帯域に分離する構成であってもよい。以下では、上記と同様、２つの周波数帯域に分離する構成を例に説明する。２つの周波数帯域に分離する場合、例えば、干渉信号を２０ＭＨｚ以上の高周波成分と３０ＭＨｚ以下の低周波成分とに分離することができる。

次に、周波数分離部が、周波数成分が互いに重複するように干渉信号を分離する形態の場合について、図２を用いてより詳細な説明をする。まず、干渉信号の低周波成分２０３から生成される断層像２０４と、高周波成分から生成される断層像２０５が図２（ｂ）（ｃ）で示されるとする。

断層像２０４や断層像２０５は、各周波数領域の干渉信号を等波数間隔のデータにしてからフーリエ変換する事で得られ、組織構造２１１などが画像化される。ＯＣＴにおいては深い部位からの干渉信号ほど高周波数となるため、図２の（ｂ）から（ｄ）に示すＯＣＴ画像の横軸の周波数成分はＯＣＴ画像の深さ方向の距離に相当する。縦軸は、干渉信号を取得する観察対象物体上の点の位置である。つまり、観察対象物体上の各点で干渉信号を取得し等波数間隔のデータに直してフーリエ変換したものを、物体上の照射位置に応じて上下方向に並べて構成した画像の概略図を示している。つまり図２（ｂ）から（ｄ）の縦軸の信号取得位置はＢスキャンによって光が照射される位置である。

断層像２０４と断層像２０５は画像処理にて、浅い部位から深い部位まで全ての画像情報を持つ最終画像２０６として統合される。図２では接続周波数２０７において断層像２０４と２０５とを接続する。

（クロック生成部）
本実施形態に係るＯＣＴにおいて、干渉光学系１０３からの干渉信号のサンプリングが等波数間隔となるように、クロック生成部１０２を用いることが好ましい。クロック生成部１０２は等波数間隔で光を透過または反射する光学系と、透過または反射した光を光検出器または差動光検出器で検出してクロック信号を発信する信号発信部とを有する。以下では、クロック発生部１０２をｋクロック（ｋ−ｃｌｏｃｋ）系と呼ぶことがある。

波長掃引光源１０１から出た光の一部をｋクロック系１０２に導くと、波長掃引光源１０１から出る光の波長変化に伴い、ｋクロック系固有の一定の波数間隔でクロック信号（Ｓ１）が生成される。なお、クロック信号は厳密に等波数間隔でなくてもよい。

光検出部１０４から送られる干渉信号をこのクロック信号に基づいてサンプリングすることにより、干渉信号を等波数間隔で取得することが可能である。そこで、クロック生成部１０２から生成されたこのクロック信号に基づいて、第一のＡＤ変換部および第二のＡＤ変換部におけるＡＤ変換を行うことが好ましい。

本実施形態に係るＯＣＴでは、クロック信号（Ｓ１）は例えば二手に分割され、一方の信号（Ｓ２）はそのまま高速でＡＤ変換する第一のＡＤ変換部１２０に入力される。もう一方の信号（Ｓ３）は、例えばクロック信号を間引く機能を有する周波数調整部１２４を通して周波数を低下させた後、低速でＡＤ変換する第二のＡＤ変換部１２１に入力される。

また、第二のＡＤ変換部１２１に入力するために、クロック信号の周波数を調整する方法は上述のように高周波数のクロック信号を間引く方法に限るものではない。例えば、クロック信号の周波数を変換する回路等を用い、クロック信号自体の周波数を低下させた新たな低周波数のクロック信号を生成しこれを基に低周波数のクロック信号を生成する事も可能である。

（情報取得部）
情報取得部１０５では、光検出部１０４で受光した干渉光の強度の時間波形に基づいて被検体１０８の情報を取得する。具体的には情報取得部１０５の有する演算部でフーリエ変換など周波数分析が行われることで被検体１０８の情報を取得する。干渉光の強度の時間波形におけるサンプリングのタイミングは、先のクロック生成部１０２から発信されるクロック信号に基づいて等周波数（等波数）間隔に行われる。

ここで、情報取得部１０５において、干渉信号の周波数帯域ごとに複数の断層像を取得し、それらを合成するプロセスのいくつかの例について説明する。

上記第一のＡＤ変換部で得たデータをフーリエ変換して、干渉信号の高周波成分に対応する第一の断層像を取得し、第二のＡＤ変換部で得たデータをフーリエ変換して、干渉信号の低周波成分に対応する第二の断層像を取得する場合を考える。また、周波数分離部では、第一の周波数帯域と前記第二の周波数帯域が重複する周波数帯域を有するように干渉信号（干渉光の強度の時間波形）を各周波数成分に分ける。そして、重複する周波数帯域内で接続周波数を決めて、その接続周波数で２つの断層像を合成（接続）する。

ここで、第一のＡＤ変換部と第二のＡＤ変換部とは互いにゲインが異なるため、同じ干渉信号の強度であっても、互いに異なる数値に変換されることがある。これは、断層像を得たときに、同じ接続周波数であっても、異なる輝度の画像ができることに相当する。

そこで、演算部では、第一の断層像と第二の断層像とを合成する位置において、輝度が一致するように合成することが好ましい。また、第一の断層像と第二の断層像とを合成する位置において、輝度変化の勾配が最も小さくなるように、第一および第二の断層像を合成することが好ましい。すなわち、第一の断層像と第二に断層像とを合成した断層像の輝度分布を考えたときに、重複する周波数帯域内の断層像を合成する位置において、輝度の位置の関数の微分が最も小さくなるように、両断層像を合成することが好ましい。

以下、図２、３などを用いて断層像を合成するプロセスについて詳細に説明する。図３は、図１の物体１０８を光の照射方向から見た図である。

図３において、物体１０８上のある直線３１０に沿って深さ方向の断層像を生成する際、直線３１０上の位置ごとに、接続周波数を異なる値に選択することができる。例えば光を照射する点３０２、点３０３、点３０４などの各点ごとに物体の深さ方向の断層構造が異なる場合など、各点ごとに好適な接続周波数が異なるためである。

図２（ｄ）には、点３０２における断層構造２０８、点３０３における断層構造２０９、点３０４における断層構造２１０の例を示した。

例えば点３０２と点３０３において深さ方向の輝度変化が緩やかな深さ位置、つまり干渉信号の周波数が異なる場合、周波数帯域２０１内で、接続周波数２０７を点３０２や点３０３に対し異なる値に設定することが好ましい。これは接続周波数として、部位ごとに同一の接続周波数２０７ではなく、部位ごとに異なる接続周波数２２０を設けることに対応する。この様な操作は、例えば後述の図９における、干渉信号強度の周波数依存性９０１の信号強度の変化が緩やかな点９２２に対応する接続周波数９０４が測定部位ごとにことなる場合に好適である。生体組織では部位ごとに断層構造が異なるため、測定部位ごとに得られる干渉信号強度の周波数依存性９０１の形が異なる。例えば、ある測定部位での干渉信号が９１０となる一方、他の測定部位での干渉信号が９１１のような形になる。図９において、信号強度が緩やかな点は例えば点９２０や点９２１である。このように、干渉信号の強度変化が緩やかな周波数や、強度変化が急激な周波数が測定対象部位ごとに異なるため、上述のように測定部位ごとに接続周波数を異ならせることが好ましい。干渉信号強度の周波数依存性を示す曲線９０１は、ここでは単に干渉信号と呼ぶことがある。また、本実施形態において、接続周波数２０７を、周波数成分ごとに得られた断層像での１ビット分の明るさがなるべく等しくなるような周波数に設定することは、接続後の画像としてより正確な輝度情報の画像を生成出来るため好適である。図９の縦軸は信号強度であるが、その信号強度に基づいて画像化して断層像を生成した場合、輝度と言い換えることもできる。これは以下の図１０、１１、１２についても同様である。

例えば、低周波成分の断層像の最大輝度を１２ビットでＡＤ変換する構成の場合、高周波成分の断層像の最大輝度が低周波成分の断層像の最大輝度の１／４となるような接続周波数を設定する。これは、高周波成分の干渉信号のＡＤ変換のビット数は、低周波成分の干渉信号のＡＤ変換の１／４の１０ビットで処理することに対応する。

図９は、本実施形態に係るＯＣＴで得られる、被検体１０８上のある一点における、干渉信号の周波数と信号強度との関係を示したグラフ９０１である。つまり、干渉信号の周波数（深さ情報）と信号強度（その深さでの反射の強さの情報）との関係を示した図ともいえる。この干渉信号９０１について、接続周波数９０４よりも低周波数の領域９０５の断層像が低速のＡＤ変換部１２１を、高周波数の領域９０６の断層像は高速のＡＤ変換部１２０を経由して生成されたものとする。図９において、低周波領域９０５内での信号強度の最大値９０２、高周波領域９０６内での信号強度の最大値９０３とする。

例えば、最大値９０２が最大値９０３の４倍であるとし、低速のＡＤ変換部１２１が１２ビット、高速のＡＤ変換部１２０のビット数が１０ビットであるとする。この場合、最大値９０２を表現する１ビット当たりの信号強度と、最大値９０３を表現する１ビット当たりの信号強度が揃うため好適である。したがって、第一のＡＤ変換部と第二のＡＤ変換部とで、１ビット分の干渉信号の強度幅が一致するように合成することが好ましい。

図２（ｂ）において、干渉信号の低周波成分から得られる断層像２０４と高周波成分から得られる断層像２０５とを接続する画像上の位置、つまり接続周波数２０７は、上記の重複する周波数帯域２０１の中であればどこでも良い。重複する周波数帯域２０１がある程度の幅を有している事は、接続周波数２０７の設定の自由度が上がるため好適である。すなわち、第一の周波数帯域の成分（高周波成分）と、第一の周波数帯域に比べて低周波数の第二の周波帯域の成分（低周波成分）とが重複していることが好ましい。

例えば、複数の画像を接続する画像上の位置、つまり接続周波数としては、深さ方向の画像の輝度変化が緩やかとなるような接続周波数を選択する事が好ましい。例えば、図９において、干渉信号９０１の強度変化が急激な周波数９０７付近を避け、信号強度の変化が緩やかな接続周波数９０４に設定する事は好ましい。さらに、接続周波数を重複する周波数帯域２０１内に設定し断層像を接続（合成）する際、接続周波数での両断層像の明るさが揃うように、画像処理にて両断層像の輝度を補正する事も好ましい。詳細について、干渉信号の周波数と信号強度との関係の一例を示す図１０を用いて説明する。

例えば、図１０のように低周波領域１００７の干渉信号１００１と高周波領域１００８の干渉信号１００２を、接続周波数１００９において互いに接続する状況を考える。接続周波数１００９に対応するそれぞれの干渉信号上の点１００３及び点１００４の信号強度１００５、及び信号強度１００６を一致させるあるいは出来るだけ近い値となるように信号を補正してもよい。すなわち、接続処理の前に予め干渉信号１００１あるいは干渉信号１００２の一方あるいは両方に信号強度にある倍率を掛けて補正することができる。

画像同士を接続する位置で、干渉信号の信号強度を滑らかに接続する事により、違和感の少ない断層像を生成出来るため好適である。

（光源部）
本実施形態において、光源部は光の波長を変化させる光源であれば特に限定されない。ＯＣＴ装置を用いて物体の情報を得るためには、この光源部から出る光の波長を連続的に変化させる必要がある。

本実施形態における光源部として例えば、面発光レーザー、回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源、共振器長可変のファブリペローチューナブルフィルタを用いる各種外部共振器型光源をもちいることができる。あるいは、サンプルドグレーティングを用いて波長を変化させるＳＳＧ−ＤＢＲや波長可変のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬなどを用いることもできる。また、ファイバレーザーを用いることもできる。ファイバレーザーとしては、分散チューニング方式でもよく、フーリエドメインモードロック方式であってもよい。

回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源としては、共振器に回折格子を設けて光を分光させ、ポリゴンミラーや、回転する円盤上にストライプ状の反射ミラーを設けたものを用いて射出させる波長を連続的に変え波長掃引光源などが挙げられる。

（光検出部）
本実施形態における光検出部では、干渉光の強度を電圧などの電気の強度に変換するものであれば特に限定されない。干渉光の強度の時間波形の情報は、この光検出部で受光電圧の時間波形の情報へと変換される。

（物体）
本実施形態において物体とは、本実施形態に係るＯＣＴ装置による測定の対象となるものであり種類は特に限定されない。例えば、眼球、皮膚、血管、歯などの生体が挙げられる。

（表示部）
本実施形態に係るＯＣＴは、情報取得部で取得した物体の情報が断層像であり、取得した断層像を表示する表示部を有していてもよい。

（用途）
上記本実施形態に係るＯＣＴは、眼底の断層像を得るための眼科撮影、皮膚撮影、血管造影、歯科撮影、などの医用診断に用いることができる。

（実施例１）
以下に、本発明の実施例に係るＯＣＴについて図４を用いて説明するが本発明はこれに限られない。

本実施例において、観察対象の物体（被検体）は眼底であるとする。本実施例に係るＯＣＴは、光源システム４０１と、参照光の光路を構成する参照光光路用ファイバ４０２、干渉部を構成するファイバカップラ４０３、反射ミラー４０４を有する。また、本実施例に係るＯＣＴは、被検体の測定部を構成する検査光光路用ファイバ４０５、照射集光光学系４０６、走査ミラーとしての照射位置走査用ミラー４０７を有する。干渉光学系４００は図４（ａ）の点線で囲まれた部位を示し、波長掃引光源４１５から出た光を用いて、干渉光を発生させる。

これらに加え、本実施例に係るＯＣＴは、受光用ファイバ４０８、光検出部としてのフォトディテクタ４０９、照射用ファイバ４１０、信号処理部４１１、表示部としての画像出力モニタ４１３を有する。

本実施例に係るＯＣＴにおいて、信号処理部４１１は、周波数分離部４４０と情報取得部４５０とを有する。

周波数分離部４４０は、Ｈｉｇｈ−Ｐａｓｓフィルタ４３１によって干渉信号の高周波数帯域（第一の周波数帯域）の成分を透過させ、Ｌｏｗ−Ｐａｓｓフィルタ４３４によって、低周波数帯域（第二の周波数帯域）の成分を透過させる。情報取得部４５０は、第一のＡＤ変換部としての高速ＡＤ変換素子４３５、第二のＡＤ変換部としての低速ＡＤ変換素子４３６を有する。高速ＡＤ変換素子４３５の分解能は、低速ＡＤ変換素子４３６に比べて低い。高速ＡＤ変換素子４３５は、Ｈｉｇｈ−Ｐａｓｓフィルタ４３１を透過した干渉信号の高周波成分をＡＤ変換し、低速ＡＤ変換素子４３６は、Ｌｏｗ−Ｐａｓｓフィルタ４３４を透過した干渉信号の低周波成分をＡＤ変換する。

情報取得部４５０は、フーリエ変換器４３２、演算部４３３を有するが、フーリエ変換器を設ける代わりに、演算部４３３がフーリエ変換をする機能を有していてもよい。

次に、図４（ｂ）を用いて光源システム４０１の構成の詳細を説明する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の光源システム４０１の構成を詳細に示した模式図である。

光源システム４０１は、光源部としての波長掃引光源４１５とクロック生成部としてのｋクロック系４６０とを有する。ｋクロック系４６０は、干渉計４１７、光源光量モニタ部４１８、ｋトリガ生成回路４１９を有する。ｋクロック系４６０における干渉計４１７は、波長掃引光源４１５から出た光を等波数間隔に透過させ、ｋトリガ生成回路４１９は、光が入射したタイミングでクロック信号を発生させる。発生させるクロック信号を以下ではｋトリガ信号と呼ぶことがある。

発生したクロック信号の一方は、ｋトリガ信号を間引く回路４３０に送られ、他方は高速ＡＤ変換素子４３５に送られる。ｋトリガ生成回路４１９からのｋトリガ信号に基づいて、情報取得部４５０では干渉信号のサンプリングが行われる。すなわち、ｋトリガ信号を受信したタイミングで、各ＡＤ変換素子で干渉信号がＡＤ変換される。４１４は物体としての被検体である。４２０、４２１はファイバに光を結合し、またファイバからの光をコリメートするためのコリメータである。なお、干渉光学系４００を構成するファイバは本実施例ではシングルモードファイバで構成するが本発明の構成はこの構成に限るものではない。

本実施例では、ｋクロック系４６０として干渉計４１７の両腕の光路長差が８ｍｍであるマイケルソン干渉計からの光を差動光検出器に導入する系を用いる。この干渉計４１７から出力される干渉信号は光の周波数が１８．７３７ＧＨｚ毎にｋトリガ信号を生成する。波長掃引光源４１５の波長掃引周波数は５０ｋＨｚ（波長掃引周期は２０ｕｓ）であり、波長掃引範囲は１０００ｎｍから１０９０ｎｍである。したがって、波長掃引光源４１５の一回の波長掃引あたりのｋトリガ信号の生成回数は１３２１回である。波長掃引光源４１５の掃引速度は一定に制御され、図５に示すように、光源の発光周波数５０１が時間とともに変化する。この時、ｋトリガ信号の生成周波数は６６ＭＨｚである。

波長掃引光源４１５には、光源制御部４１２から制御信号が入力される。

波長掃引光源４１５は光源制御装部４１２によりその発振波長や強度及びその時間変化が制御される。

波長掃引光源４１５から射出された光はファイバカップラにおいて参照光光路用ファイバ４０２及び検査光光路用ファイバ４０５に分波される。

さらに、参照光光路用ファイバ４０２の先端にはコリメータ４２１が装着され、平行光が反射ミラー４０４に照射される。そして反射ミラー４０４で光は反射され受光用ファイバに導入されフォトディテクタ４０９に到達する。

同時に、ファイバカップラ４０３にて検査光光路用ファイバ４０５に導入された光は被検体４１４に照射され、後方散乱光が被験物体の内部及び表面から発生する。後方散乱光は照射集光光学系４０６を通してファイバカップラからフォトディテクタ４０９に集光される。

フォトディテクタ４０９で受光された光は信号処理部４１１にてスペクトル信号に変換され、さらに変換された信号をフーリエ変換することで被験体４１４の断層情報を取得する。

本実施例におけるＯＣＴを用いた断層像の取得方法について図３、６を用いて説明する。図６は本実施例における断層像の取得方法を説明するための図である。図６の各グラフの横軸は光の波数であり、光の周波数に２πを光速度で割った値を乗ずれば求まる。図６（ａ）は、ｋトリガ信号の一例を示すグラフ、図６（ｂ）は図６（ａ）のｋトリガ信号のうち、横軸と交わる点（零クロスの点）の一部を抽出した図である。

まず、被検体３１０上の点３０２に光を照射する。このとき、ｋ−ｃｌｏｃｋ系４１７は、ｋトリガ信号６０１を生成する。次にｋトリガ生成回路４１９では、ｋトリガ信号の上り勾配の零クロスの点、例えば点６０２、点６０３、点６０４、点６０５…においてｋトリガ信号を生成する。これは高周波の信号成分を処理するための高速なｋトリガ信号であり、ｋトリガ信号の生成レートは６６ＭＨｚである。

また、ｋトリガ信号を回路４３０で半分に間引くことで、低速なｋトリガ信号の点６０６、点６０７…を生成する。低速なｋトリガ信号の生成レートは３３ＭＨｚである。

フォトディテクタ４０９で得られた信号からＨｉｇｈ−Ｐａｓｓフィルタ４３１により高周波成分を抽出した干渉信号６１０を、ｋトリガの点６０２、点６０３、点６０４、点６０５…に基づいて取得する（図６（ｃ）））。得られる干渉信号６１０上の点は点６１１、点６１２、点６１３、点６１４…である。

またＬｏｗ−Ｐａｓｓフィルタ４３４により低周波成分を抽出した干渉信号６２０を、低速ｋトリガ信号の点６０６、点６０７…に基づいて取得する（図６（ｄ）））。得られる干渉信号６２０上の点は点６２１、点６２２…である。

干渉信号を６６ＭＨｚの生成レートのｋトリガ信号に基づいて取得する事は、干渉信号を光周波数の間隔で１８．７３７ＧＨｚごとに取得していることに相当する。

高速ＡＤ変換素子４３５は８ビットで速度１００ＭＨｚ、低速ＡＤ変換素子４３６は１０ビットで速度５０ＭＨｚである。

ここで、Ｈｉｇｈ−Ｐａｓｓフィルタ４３１、及びＬｏｗ−Ｐａｓｓフィルタ４３４の、干渉信号の透過特性について図７を用いて詳細に説明する。図７の縦軸の信号透過率は、干渉信号に対する透過率を表す。

本実施例において、Ｈｉｇｈ−Ｐａｓｓフィルタ４３１は２０ＭＨｚ以上の信号を透過する（図７の７０２）。一方でＬｏｗ−ＰａｓｓフィルタはＤＣ、すなわち０ＭＨｚから３０ＭＨｚまでの信号を透過させる（図７の７０３）。両フィルタで透過させる信号の周波数成分のうち、重複する周波数帯域は７０１に示すように２０ＭＨｚから３０ＭＨｚである。そこで、接続周波数７０４を２５ＭＨｚに設定する。なお、図７では７０２の方が７０３よりも信号透過率が大きいが、これは一例であり、逆であってもよいし、両者が同じ信号透過率であってもよい。

次に、本実施例に係るＯＣＴを用いて断層像を得るための方法の詳細を、図６、１１を用いて説明する。図１１は本実施例に係るＯＣＴを用いた場合に、被検体のある点において得られる干渉信号の例である。

高周波数の干渉信号である６１０、低周波数の干渉信号である６２０をそれぞれフーリエ変換し、低周波領域１１０７の干渉信号の周波数成分１１０１及び高周波領域１１０８の周波数成分１１０２からなる断層情報を得る（図１１）。

次に断層情報を図１１中の１１０９の周波数（２５ＭＨｚ）で、周波数成分１１０１と周波数成分１１０２の両画像を接続する。ここで、接続周波数での両周波数帯域の断層情報の信号強度１１０３の値は１２０．０であり１１０４の値が５０．０である。両方の信号強度を一致させるように、周波数成分１１０２の信号強度を２．４倍し、周波数成分１１１０としてから低周波領域の周波数成分１１０１と接続することで断層像である、最終的な周波数成分の信号１１１１を得る。

次に物体に対する照射位置を直線３１０上において１０ｕｍ変位させ、点３０３にて計測する場合を図３、１２を用いて説明する。図１２は本実施例に係るＯＣＴを用いた場合に、被検体のある点（点３０３）において得られる干渉信号の例である。

上記と同様に干渉信号を取得し、同様にこの点における断層の情報を取得する。なお、点３０３において得られる低周波領域の周波数成分は１２０１、高周波領域の周波数成分は１２０２、点３０４においてはそれぞれ１２０３、１２０４である（図１２）。また、周波数成分１２０１と１２０２の接続周波数１２１０は２４ＭＨｚ、周波数成分１２０３と１２０４の接続周波数１２１１は２７ＭＨｚである。点３０３で得られる最終的な周波数成分の信号は１２２０、点３０４では１２２１である。周波数成分１２０２、周波数成分１２０４をそれぞれ接続周波数での強度が周波数成分１２０１、周波数成分１２０３と一致するように信号強度を変化させ、接続周波数にて接続する。

これらの一連の操作により、直線３１０上の各点における断層情報１２２０、及び１２２１、…を得ることが出来、特定の面での断層像を得る事が出来る。

（実施例２）
実施例１では干渉計測系として図４に示す構成を用いたが、このような構成に限られるものではなく、例えば図８に示すように、干渉信号を差動検出器を用いて取得するように構成してもよい。

本実施例に係るＯＣＴは、光源部を有する光源システム８０１と、アイソレータ８０２、参照部を構成する参照光光路用ファイバ８０６、偏波コントローラ８１８、干渉部を構成するファイバカップラ８０５、反射ミラー８０７を有する。また、本実施例に係るＯＣＴは、コリメータ８２０、コリメータ８２１を有する。図４と同様、光源部８０１は不図示のｋクロック系、干渉計を有する。

さらに、本実施例に係るＯＣＴは、検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ８１４、偏波コントローラ８１９、照射集光光学系８１５、照射位置走査用ミラー８０８を有する。

これに加え、本実施例に係るＯＣＴは、ファイバカップラ８０３、ファイバカップラ８０４、受光用ファイバ８１６、受光用ファイバ８１７、光検出部としてのバランスフォトディテクタ８１０を有する。さらに、画像処理部を構成する信号処理部８１１、表示部としての画像出力モニタ８１３を有する。信号処理部８１１の構成は図４の４１１と同様である。ｋトリガ信号を間引く回路８２２を信号処理部８１１の前段に配置する。

そして、本実施例に係るＯＣＴは、光源システム８０１における光源部を制御する光源制御部８１２を有する。なお、８０９は被検体である。

本実施例に係るＯＣＴでは、高周波成分の干渉信号は高速で小ビットであるＡＤ変換素子で処理し、低周波成分の干渉信号は低速で高ビットであるＡＤ変換素子で処理する。それによって、高速かつ大ビット数のＡＤ変換器を必要としない。

１０１ 光源部（波長掃引光源）
１０３ 干渉光学系
１０４ 光検出部
１０５ 情報取得部
１２０ 第一のＡＤ変換部
１２１ 第二のＡＤ変換部
１２５ 演算部
１２６ 周波数分離部

Claims (12)

1. 射出する光の波長を変化させる光源部と、
   前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分波し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
   前記干渉光を受光する光検出部と、
   前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、
   を有する光干渉断層計であって、
   前記情報取得部は、前記干渉光の強度の時間波形を複数の異なる周波数成分に分離する周波数分離部と、前記周波数分離部によって分離された周波数成分のうち第一の周波数帯域の成分をＡＤ変換する第一のＡＤ変換部と、前記第一の周波数帯域に比べて低周波数の第二の周波数帯域の成分をＡＤ変換する第二のＡＤ変換部とを有し、
   前記第一のＡＤ変換部で得たデータと前記第二のＡＤ変換部で得たデータから前記物体の情報を取得する演算部とを有し、
   前記第一のＡＤ変換部の変換速度は、前記第二のＡＤ変換部の変換速度よりも速く、
   前記第一のＡＤ変換部の分解能は、前記第二のＡＤ変換部の分解能よりも低いこと、
   を特徴とする光干渉断層計。
2. 前記演算部は、
   前記第一のＡＤ変換部で得たデータをフーリエ変換して第一の断層像を取得し、前記第二のＡＤ変換部で得たデータをフーリエ変換して第二の断層像を取得し、取得した前記第一の断層像と前記第二の断層像とを合成して前記物体の断層像を取得する請求項１に記載の光干渉断層計。
3. 前記周波数分離部は、前記第一の周波数帯域と前記第二の周波数帯域が重複する周波数帯域を有するように、前記干渉光の強度の時間波形を分離する請求項１または２に記載の光干渉断層計。
4. 前記演算部は、前記第一の断層像と前記第二の断層像との輝度情報に基づいて、前記前記第一の断層像と前記第二の断層像とを合成する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
5. 前記演算部は、前記第一の断層像と前記第二の断層像とを合成する位置において、輝度が一致するように合成する請求項４に記載の光干渉断層計。
6. 前記演算部は、前記第一の断層像と前記第二の断層像とを合成する位置において、輝度変化の勾配が最も小さくなるように合成する請求項４に記載の光干渉断層計。
7. 前記光干渉断層計はさらに、前記光源部から射出する光の波長変化に伴い、等波数間隔でクロック信号を生成するクロック生成部を有し、前記クロック信号に基づいて、前記第一のＡＤ変換部および前記第二のＡＤ変換部におけるＡＤ変換を行う請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
8. 前記演算部は、前記第一のＡＤ変換部と前記第二のＡＤ変換部とで、１ビット分の干渉信号の強度幅が一致するように合成する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
9. 前記物体が生体である請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
10. 前記生体は眼球である請求項９に記載の光干渉断層計。
11. 前記生体は血管である請求項９に記載の光干渉断層計。
12. 前記光源部が面発光レーザーである請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光干渉断層計。