JP5616626B2 - 光断層画像化装置及びその作動方法 - Google Patents

Description

本発明は光断層画像化装置及びその作動方法に係り、特にＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を生成する光断層画像化装置及びその作動方法に関する。

従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置を用いることが提案されている。たとえば眼底や前眼部、皮膚の断層画像を取得する場合の他に、ＯＣＴプローブ（光プローブ）を用いる動脈血管壁の観察、内視鏡の鉗子チャンネルからＯＣＴプローブを挿入する消化器管の観察など、様々な部位に応用されている。この光断層画像取得装置では、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とに分割した後、該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、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。

上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ−ＯＣＴ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測の２種類がある。ＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光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。

一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照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。ＴＤ―ＯＣＴに存在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。ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的なものとしては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。

ＯＣＴ計測技術は、特に細胞レベルでの測定による病変部位の特定を非侵襲で行う光バイオプシ（生検）への期待は高い。しかし、現状のＯＣＴの分解能は約１０μｍであり、１０〜２０μｍ大の細胞レベルの観察には不十分であり、さらなる高分解能化が望まれている。

ＯＣＴの軸分解能Δｚは、以下の式（１）により使用する光源のスペクトル幅と中心波長により決定される。

Δｚ＝（２・ｌｎ２／π）・（λ²／Δλ） ……（１）
Δλ：スペクトル幅、 λ：中心波長
ＯＣＴの分解能を上げるために光源のスペクトル幅を広げることが必要であり、Ti:sapphire光源などの研究開発が進められている。しかしながら、現時点ではこれらの広帯域光源は高価であり、量産性も有していないという欠点がある。

この問題を解決するために、近年、複数の波長帯域を有するＳＬＤを用いて、擬似的に広帯域光源を作り出すことによる高分解能化が検討されている。この擬似的な広帯域化での課題は、生体に一般的に用いられる中心波長１．０μｍおよび１．３μｍのＳＬＤ光源では全スペクトル帯域をカバーできないため、スペクトル帯域が分離してしまうことにある。スペクトル帯の分離は干渉信号を不連続に分断することとなり、ＯＣＴ画像にアーティファクトを生成する原因となってしまう。特に、ＴＤ方式においては取得信号がＯＣＴ画像そのものとなってしまうため、これらのアーティファクト防ぐことは困難である。

そこで、ＦＤ方式を用いた合波ＯＣＴ技術として、例えば、複数光源を用いた複数のＯＣＴシステムを組み合わせる技術が開示されている（特許文献１）。

ところが、ＦＤ方式においては、検出光と参照光の光路差が干渉信号の周波数として表されるため、同一物体を測定したとしても、単純に２つ以上のシステムを連結させる構成の従来の合波ＯＣＴ技術では、互いのシステムにおける参照面までの距離により、干渉信号の周波数が異なってしまう問題があり、高精度での参照面までの距離の位置あわせが必要となる。すなわち、ＯＣＴ画像自体が１０μｍ以下の分解能を有するため、その分解能以下での参照面までの距離の調整が必要となる。

このような問題（高精度での参照面までの距離の位置あわせ）に対応するため、例えば低反射体を用いたキャリブレーション方法として、プローブを交換した場合の長さのばらつきを補正する方法が示されている（特許文献２）。

この特許文献２では、低反射体の信号からプローブの長さ位置によるオフセット量を読取り、参照面の位置の移動に使用しており、低反射体からの信号により、異なるプローブ長さ場合の参照面自動位置移動に適応できる。

特開２００８−１２８７０８号公報 特開２００６−２１５００６号公報

しかしながら、複数光源を用いた複数のＯＣＴシステムにおいて、上記特許文献２のキャリブレーション方法を適用する場合、実際に平均値などを用いて中間スペクトルの推定処理を行うと、２つの干渉信号間の位相の不一致により、アーティファクトの原因となる。

すなわち、複数光源を用いた複数のＯＣＴシステムでは、異なる中心波長を有する光源を使用するため、物理的な距離ではなく、光学的な距離を合わせる必要があり、ファイバ自体の曲げや環境などによる屈折率変化に対してもその分解能の低下を招く原因となってしまうため、リアルタイムでのキャリブレーションが必要なる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高精度な参照面の位置あわせが不要であり、複数の光源から得られる干渉信号を用いて分解能の低下がない高精細ＯＣＴ画像を得ることのできる光断層画像化装置及びその作動方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の第１態様に係る光断層画像化装置は、互いに波長帯域が異なり、それぞれ所定の前記波長帯域内で波長を掃引して複数の光束を射出する光源ユニットと、前記光源ユニットから射出された前記複数の各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段により分割された複数の前記測定光を測定対象に照射する手段であって、前記測定光を導く光ファイバと、前記光ファイバの先端に固定され、前記光ファイバの先端から出射した前記測定光を前記測定対象に向けて偏向させる先端光学系とを有する測定光照射手段と、前記先端光学系と前記測定対象との間に配置され、前記測定光の一部を反射し他の一部を透過する基準反射手段と、前記測定光が測定対象に照射されたときの前記測定対象からの測定反射光及び前記基準反射手段からの基準反射光と、前記参照光とのそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に検出する複数の干渉光検出手段と、前記干渉光検出手段にて検出された前記光束毎の前記干渉光信号をフーリエ変換して得られる光断層画像データのピーク位置を検出するピーク位置抽出手段と、前記複数の光束のうち一の光束についての光断層画像データのピーク位置と、他の光束についての光断層画像データのピーク位置との差をピーク情報として算出するピーク情報算出手段と、前記ピーク情報に基づいて前記他の光束についての光断層画像データを補正する光断層画像データ補正手段と、前記一の光束についての光断層画像データ、及び前記光断層画像データ補正手段による補正後の光断層画像データを逆フーリエ変換してそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に再構築する干渉光再構築手段と、を備える。

本発明の第１態様によれば、前記複数の干渉光検出手段が前記測定光が測定対象に照射されたときの前記測定対象からの測定反射光及び前記基準反射手段からの基準反射光と、前記参照光とのそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に検出することで、高精度な参照面の位置あわせが不要であり、複数の光源から得られる干渉信号を用いて分解能の低下がない高精細ＯＣＴ画像を得ることを可能とする。

本発明の第２態様に係る光断層画像化装置は、第１態様において、前記ピーク位置抽出手段は、前記測定光照射手段による前記測定光の照射方向に関して、前記光断層画像データが所定閾値を越える位置であって前記先端光学系に最も近い位置を前記ピーク位置として検出する。

本発明の第３態様に係る光断層画像化装置は、第１態様又は第２態様において、前記干渉光再構築手段によって前記光束毎にそれぞれ再構築された前記干渉光信号を合成した合成干渉光信号を生成する合成干渉光信号生成手段と、前記合成干渉光信号より前記測定対象の光断層像情報を生成する光断層像情報生成手段と、をさらに備える。

本発明の第４態様に係る光断層画像化装置は、第１態様ないし第３態様のいずれかにおいて、前記複数の光束の波長掃引周期は、同期されている。

本発明の第５態様に係る光断層画像化装置の作動方法は、互いに波長帯域が異なり、それぞれ所定の前記波長帯域内で波長を掃引して複数の光束を射出する光源ユニットと、前記光源ユニットから射出された前記複数の各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記光分割手段により分割された複数の前記測定光を測定対象に照射する手段であって、前記測定光を導く光ファイバと、前記光ファイバの先端に固定され、前記光ファイバの先端から出射した前記測定光を前記測定対象に向けて偏向させる先端光学系とを有する測定光照射手段と、前記先端光学系と前記測定対象との間に配置され、前記測定光の一部を反射し他の一部を透過する基準反射手段と、複数の干渉光検出手段と、ピーク位置抽出手段と、ピーク情報算出手段と、光断層画像データ補正手段と、干渉光再構築手段と、を備える光断層画像化装置の作動方法であって、前記複数の干渉光検出手段が、前記測定光が測定対象に照射されたときの前記測定対象からの測定反射光及び前記基準反射手段からの基準反射光と、前記参照光とのそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に検出し、前記ピーク位置抽出手段が、前記光束毎の前記干渉光信号をフーリエ変換して得られる光断層画像データのピーク位置を検出し、前記ピーク情報算出手段が、前記複数の光束のうち一の光束についての光断層画像データのピーク位置と、他の光束についての光断層画像データのピーク位置との差をピーク情報として算出し、前記光断層画像データ補正手段が、前記ピーク情報に基づいて前記他の光束についての光断層画像データを補正し、前記干渉光再構築手段が、前記一の光束についての光断層画像データ、及び前記補正後の光断層画像データを逆フーリエ変換してそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に再構築する。

以上説明したように、本発明によれば、複数の光源から得られる干渉信号を用いてアーティファクトの発生がない高精細なＯＣＴ画像を得ることができるという効果がある。

光断層画像化装置の好ましい実施形態を示す模式図 図１の光プローブの要部の構成を示す図 図１の演算部の構成を示すブロック図 ２つのシステムの異なる参照面による干渉信号を示す図 図４の２つのシステムの干渉信号のキャリブレーションを説明する図 図３の演算部の処理の流れを説明するフローチャートで 図６の処理における反射光Ｌ３ａにおけるピーク位置検出を説明する図 図６の処理における反射光Ｌ３ｂにおけるピーク位置検出を説明する図 図１の光断層画像化装置のＯＣＴプローブが適用可能な内視鏡装置と併用した画像診断装置を示す図

以下、添付図面を参照して、本発明に係る光断層画像化装置及びその作動方法について詳細に説明する。

図１は光断層画像化装置の好ましい実施形態を示す模式図である。また、図２は図１の光プローブの要部の構成を示す図である。

本実施形態の光断層画像化装置１は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測により取得するものであって、図１に示すように、光源ユニット２、光分割手段としての光分割部３Ａ、３Ｂ、合波部６Ａ、６Ｂ、干渉光検出手段としての干渉光検出部８Ａ、８Ｂ、ピーク情報検出手段、差分算出手段及び干渉情報補正手段としての演算部２０、表示装置１１を有して構成される。なお、演算部２０は、例えばパーソナルコンピュータ等により構成される。

光源ユニット２は、互いに分離した波長帯域Δλａ、Δλｂを有する複数の光束Ｌａ、Ｌｂを射出するものである。具体的には、光源ユニット２は波長帯域Δλａ内において波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する第１光源２Ａと、波長帯域Δλｂ内において波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する第２光源２Ｂを有している。したがって、各光源２Ａ、２Ｂは波長を１周期掃引させたときにそれぞれ波長帯域Δλａ、Δλｂからなる光束Ｌａ、Ｌｂを射出したことになる。

光分割部３Ａ、３Ｂは、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。光分割部３Ａは、光束Ｌａを測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割し、光分割部３Ｂは、光束Ｌｂを測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割する。このとき、光分割部３Ａ、３Ｂは、測定光：参照光＝９０：１０の割合で分割する。ここで、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、サーキュレータ４Ａ、４Ｂ及び合分波部１２を介して光プローブ６００に導波される。

光プローブ６００は、光ロータリコネクタ１８を介して入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを測定対象Ｓまで導波し、測定対象Ｓの同一部位に同時に照射する。また、光プローブ６００は、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを導波する。

光プローブ６００は、図２に示すように、モータ(不図示)により光ロータリコネクタ１８に連結され、透明なシース６０１に覆われた先端にボールレンズ６８０を設けたファイバ部ＦＢ１が回転する構成となっている。それにより光プローブ６００は、シース６０１を介して測定対象Ｓ上において円周状に光束をラジアル走査（図２の矢印Ｒ）し、２次元断層画像が計測可能となっている。さらに、光プローブ６００は、モータ(不図示)により光プローブ６００の先端が光路の走査円が形成する平面に対して垂直な方向に進退走査（図２の矢印Ｄ１及びＤ２）することにより、３次元断層画像の計測も可能となっている。

また、光プローブ６００は、ボールレンズ６８０からの光束の一部を反射する反射部材７００がシース６０１の外周面あるいは内周面の、全面または一部に設けられている。

なお、反射部材７００は、測定光の波長に対して所定の反射率を有するガラスなどの低反射部材により構成される。

図１に戻り、光断層画像化装置１は、光分割部３Ａと光プローブ６００の間の光路、光分割部３Ｂと光プローブ６００の間の光路には合分波部１２を設けている。合分波部１２は、設定されたカットオフ波長に応じて光を合分波する機能を有し、たとえばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）カプラにより構成される。

合分波部１２は、光分割部３Ａ、３Ｂ側からそれぞれ入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを合波して光プローブ６００側に射出し、光プローブ６００側から入射された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの光を分波してそれぞれ合波部６Ａ、６Ｂ側へ射出する。

反射光Ｌ３ａは合波部６Ａにおいて参照光Ｌ２ａと合波され、反射光Ｌ３ｂは合波部６Ｂにおいて参照光Ｌ２ｂと合波される。

なお、光分割部３Ａから合波部６Ａまでの参照光Ｌ２ａのサーキュレータ５Ａを介した光路には例えば反射ミラー(不図示)等の参照面を有する反射型の光路長調整部７Ａが設けられ、光分割部３Ｂから合波部６Ｂまでの参照光Ｌ２ｂのサーキュレータ５Ｂを介した光路には例えば反射ミラー(不図示)等の参照面を有する反射型の光路長調整部７Ｂが設けられている。光路長調整部７Ａ、７Ｂは、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、それぞれ参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光路長を変更するものである。

合波部６Ａ、６Ｂは、例えば、分岐比５０：５０の２×２の光ファイバカプラから構成されている。合波部６Ａは反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ａを干渉光検出部８Ａへ射出する。合波部６Ｂは反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ｂを干渉光検出部８Ｂへ射出する。

なお、本光断層画像化装置１においては、合波部６Ａ、６Ｂはそれぞれ干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを二分して干渉光検出部８Ａ、８Ｂへ射出し、干渉光検出部８Ａ、８Ｂは二分された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ２つの光検出素子を用いてバランス検波する。このバランス検波機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることができる。

干渉光検出部８Ａ、８Ｂは各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ光電変換し、各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂごとの複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとして検出する機能を有している。ここで、干渉光検出部８Ａ、８Ｂは、光源２Ａ、２Ｂからの波長掃引のトリガ信号９Ａ、９Ｂにより同期をとることで、対応する光束を認識するようになっている。このとき、干渉光検出部８Ａ、８Ｂにおいて、各光束毎Ｌａ、Ｌｂの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが観測されることになる。干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂは、演算部２０に出力される。

そして、演算部２０にて干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが信号処理され、断層画像が表示装置１１に表示される。

図３は図１の演算部の構成を示すブロック図である。光断層画像化装置１の演算部２０は、図３に示すように、第１干渉波データ格納部２１、第２干渉波データ格納部２２、第１光断層画像データ生成部２３、第２光断層画像データ生成部２４、ピーク情報検出手段及び差分算出手段としてのピーク位置抽出部２５、干渉情報補正手段としての第２光断層画像データ補正部２６、第１干渉波データ再構築部２７、第２干渉波データ再構築部２８、合成干渉光信号生成手段としての合成干渉波生成部２９及光断層像情報生成手段としてのＦＦＴ部３０を備えて構成される。

第１干渉波データ格納部２１は、光束Ｌａ側の干渉信号ＩＳａのデジタルデータを格納するものであり、第２干渉波データ格納部２２は、光束Ｌｂ側の干渉信号ＩＳｂのデジタルデータを格納するものである。

第１光断層画像データ生成部２３は、第１干渉波データ格納部２１に格納された干渉信号ＩＳａのデジタルデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）して、第１光断層画像データを生成するものである。

第２光断層画像データ生成部２４は、第２干渉波データ格納部２２に格納された干渉信号ＩＳｂのデジタルデータをＦＦＴして、第２光断層画像データを生成するものである。

ピーク位置抽出部２５は、第１光断層画像データ生成部２３にて得られた第１光断層画像データ及び第２光断層画像データ生成部２４にて得られた第２光断層画像データのそれぞれのデータより、反射部材７００を示すピークの光断層画像上のピーク位置を検出し、第１光断層画像データのピーク位置Ａと第２光断層画像データＢのピーク位置との差（Ａ−Ｂ）をピーク情報として算出するものである。

第２光断層画像データ補正部２６は、ピーク情報（Ａ−Ｂ）に基づいて第２光断層画像データ生成部２４が生成した第２光断層画像データを補正するものである。

なお、ピーク位置抽出部２５及び第２光断層画像データ補正部２６についての詳細は後述する。

第１干渉波データ再構築部２７は、第１光断層画像データをＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）して、干渉信号ＩＳａを再構築するものである。以下、再構築した干渉信号をＩＳａ‘と記す。

第２干渉波データ再構築部２８は、第２光断層画像データ補正部２６にて補正した第２光断層画像データをＩＦＦＴして、干渉信号ＩＳｂを再構築するものである。以下、再構築した干渉信号をＩＳｂ‘と記す。

合成干渉波生成部２９は、干渉信号ＩＳａ‘のデジタルデータと干渉信号ＩＳｂ‘のデジタルデータとを波長帯域毎に合成して合成干渉波（合成干渉信号）を生成するものである。

ＦＦＴ部３０は、合成干渉波（合成干渉信号）をＦＦＴして測定対象Ｓの断層像情報（ＯＣＴ画像）を生成し、表示装置１１にＯＣＴ画像を表示させるものである。

次に、このように構成された本実施形態の光断層画像化装置１における演算部２０について説明する。

図４は２つのシステムの異なる参照面による干渉信号を示す図であり、図５は図４の２つのシステムの干渉信号のキャリブレーションを説明する図である。

干渉光検出部で得られる信号は、測定光及び反射光と、光路長調整部７の参照面にて反射された参照光との光学的距離差に依存した周波数をもつ、以下の式（１）に示すような干渉信号Ｉ_Dを生じる。

Ｚ_R：参照面位置、Ｚ_Sn：測定対象位置、Ｒ_R：参照面反射率、Ｒ_Sn：測定対象反射率
本実施形態のように、２つのシステムで同じ対象を測定した場合を考えたとき、それぞれのシステムから得られる干渉信号はそれぞれの参照面の位置に依存する。すなわち、干渉光検出部８Ａ、８Ｂで得られる信号は、それぞれの測定光Ｌ１ａ，Ｌ１及び反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと、光路長調整部７Ａ、７Ｂの参照面にて反射された参照光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂとの光学的距離差に依存した周波数をもつ、以下の式（２）、(３)に示すような干渉信号Ｉ_D1，Ｉ_D2を生じる。

Ｚ_R1：光路長調整部７Ａの参照面位置、Ｚ_R2：光路長調整部７Ｂの参照面位置、Ｒ_R1：光路長調整部７Ａの参照面反射率、Ｒ_R2：光路長調整部７Ｂの参照面反射率
図４に示すように、結果的に参照面の位置の差ΔＬにより、異なる周波数の干渉信号が得られることとなる。

つまり、これら２つの干渉信号Ｉ_D1，Ｉ_D2から高分解画像を作成しようとしたとき、同じもの見ているにも関わらず違う位置に信号がくるため、違う周波数の波と表現されることとなる。

本実施形態では、測定対象を光プローブ６００先端に設けられた反射部材７００とした際の、反射部材７００の位置に対して常に上述した干渉信号Ｉ_D1，Ｉ_D2が取得できる。

この干渉信号Ｉ_D1，Ｉ_D2をフーリエ変換することでＺ_R1−Ｚ_SnおよびＺ_R2−Ｚ_Snにピークを持つ光断層画像を得ることができる。

それぞれのピーク位置の差は
Ｚ_R1−Ｚ_Sn−（Ｚ_R2−Ｚ_Sn）＝Ｚ_R1−Ｚ_R2 …（４）
となり、システム間（光路長調整部７Ａ、７Ｂ）の参照面の位置の差であることがわかる。

すなわち、２つのシステムをシステムＡ，Ｂとしたときに、図５に示すように、反射部材７００の干渉信号Ｉ_D1，Ｉ_D2をキャリブレーション信号（Ａ），（Ｂ）とし、キャリブレーション信号（Ａ），（Ｂ）のピーク位置を検出し、その位置の差だけＯＣＴ信号（Ｂ）をシフトさせＯＣＴ信号（Ａ）に一致させることで、システム間（光路長調整部７Ａ、７Ｂ）の参照面の位置があった干渉信号を得ることができる。

なお、反射部材７００のピーク位置の検出には、反射部材７００を測定対象Ｓの手前に配置することで、常に０の測定光の出射方向位置（図２参照）に最も近いピーク位置を閾値検出することが望ましい。

本実施形態の演算部２０は、上記のように、常に同じ位置にいる信号の検出することにより、リアルタイムに参照面間の差のキャリブレーションを行う。

続いて、本実施形態における演算部２０の具体的な処理の流れを説明する。図６は図３の演算部の処理の流れを説明するフローチャートである。図７及び図８は図６の処理における反射光Ｌ３ａ，Ｌ３ｂにおけるピーク位置検出を説明する図である。

図６に示すように、演算部２０は、第１干渉波データ格納部２１に干渉信号ＩＳａのデジタルデータを格納し、第２干渉波データ格納部２２に干渉信号ＩＳｂのデジタルデータを格納する（ステップＳ１）。

そして、演算部２０は、第１光断層画像データ生成部２３にて、第１干渉波データ格納部２１に格納された干渉信号ＩＳａのデジタルデータをＦＦＴして、第１光断層画像データを生成すると共に、第２光断層画像データ生成部２４にて、第２干渉波データ格納部２２に格納された干渉信号ＩＳｂのデジタルデータをＦＦＴして、第２光断層画像データを生成する（ステップＳ２）。

続いて、演算部２０は、ピーク位置抽出部２５にて、図７及び図８に示すように、第１光断層画像データ生成部２３にて得られた第１光断層画像データ及び第２光断層画像データ生成部２４にて得られた第２光断層画像データのそれぞれのデータより、反射部材７００を示すピークの光断層画像上のピーク位置を検出する（ステップＳ３）。

具体的には、図７及び図８に示すように、ピーク位置抽出部２５は、参照光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂにおける測定光の出射方向位置（図２参照）に対して得られたそれぞれの光断層画像データを所定の閾値により、出射方向位置が０に最も近いピーク位置を反射部材７００のピーク位置として検出する。

なお、所定の閾値は、ノイズの影響を十分受けないレベルに設定する。また、反射部材７００の信号レベルは測定対象Ｓ手前での反射レベルを見ているため、光源の光量変動などの要因以外では測定対象Ｓに依存することなく安定的に検出可能である。

そして、演算部２０は、ピーク位置抽出部２５にて、第１光断層画像データのピーク位置Ａと第２光断層画像データＢのピーク位置との差（Ａ−Ｂ）をピーク情報として算出する（ステップＳ４）。

次に、演算部２０は、第２光断層画像データ補正部２６は、ピーク情報（Ａ−Ｂ）に基づいて第２光断層画像データ生成部２４が生成した第２光断層画像データの出射方向位置をピーク情報（Ａ−Ｂ）だけシフトさせ、第１光断層画像データの出射方向位置にキャリブレーションして補正第２光断層画像データを生成する（ステップＳ５）。

また、演算部２０は、第１干渉波データ再構築部２７にて第１光断層画像データをＩＦＦＴして、干渉信号ＩＳａを再構築し干渉信号をＩＳａ‘を生成すると共に、第２干渉波データ再構築部２８にて第２光断層画像データ補正部２６にて補正した第２光断層画像データをＩＦＦＴして、干渉信号ＩＳｂを再構築し干渉信号をＩＳｂ‘を生成する。そして、演算部２０は、合成干渉波生成部２９にて、干渉信号ＩＳａ‘のデジタルデータと干渉信号ＩＳｂ‘のデジタルデータとを波長帯域毎に合成して合成干渉波（合成干渉信号）を生成する（ステップＳ６）。

次に、演算部２０は、ＦＦＴ部３０において、合成干渉波生成部２９にて生成された、合成干渉波を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して測定対象Ｓの断層像情報（ＯＣＴ画像）を生成し、表示装置１１にＯＣＴ画像を表示させる（ステップＳ７）。

このように本実施形態では、（１）反射部材７００を示すピークの光断層画像上のピーク位置を検出し、そして第１光断層画像データのピーク位置Ａと第２光断層画像データＢのピーク位置との差（Ａ−Ｂ）をピーク情報として算出し、（２）その後ピーク情報（Ａ−Ｂ）に基づいて第２光断層画像データ生成部２４が生成した第２光断層画像データの出射方向位置をピーク情報（Ａ−Ｂ）だけシフトさせ、第１光断層画像データの出射方向位置にキャリブレーションするので、高精度な参照面の位置あわせが不要であり、このようにして得られた合成干渉波により、複数の光源から得られる干渉信号を用いた分解能の低下がない高精細ＯＣＴ画像を得ることが可能となる。

また、光ファイバ、プローブなどは、曲げなどの応力により屈折率が変化してしまうため、常に反射部材７００の信号でリアルタイムにキャリブレーションすることで、外乱や環境変化に強いシステムの構築が可能である。

なお、合成干渉波を用いて、見かけの周波数帯域を広げることでＯＣＴ計測の分解能を上げても良いし、光断層画像の差分により分光光断層画像に使用してもよい。

なお、本実施形態は、内視鏡装置と併用した画像診断装置に適用することが可能である。詳細に説明すると、図９に示すように、本実施形態の光プローブ６００と内視鏡装置と併用した画像診断装置５０は、主として内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、生体断層画像生成装置としてのＯＣＴプロセッサ４００、及び表示手段としてのモニタ装置である画像表示部５００とから構成されている。尚、内視鏡プロセッサ２００は、光源装置３００を内蔵するように構成されていてもよい。

内視鏡１００は、手元操作部１１２と、この手元操作部１１２に連設される挿入部１１４とを備える。術者は手元操作部１１２を把持して操作し、挿入部１１４を被検者の体内に挿入することによって観察を行う。

手元操作部１１２には、鉗子挿入部１３８が設けられており、この鉗子挿入部１３８が挿入部１１４内に設けられている鉗子チャンネル（不図示）を介して先端部１４４の鉗子口１５６に連通されている。画像診断装置１０では、ＯＣＴプローブである光プローブ６００を鉗子挿入部１３８から挿入することによって、光プローブ６００を鉗子口１５６から導出する。光プローブ６００は、鉗子挿入部１３８から挿入され、鉗子口１５６から導出される挿入部６０２と、術者が光プローブ６００を操作するための操作部６０４、及びコネクタ４０１を介して光プロセッサ４００と接続されるケーブル６０６から構成されている。

内視鏡１００の先端部１４４には、観察光学系１５０、照明光学系１５２、及びＣＣＤ（不図示）が配設されている。

観察光学系１５０は、被検体を図示しないＣＣＤの受光面に結像させ、ＣＣＤは受光面上に結像された被検体像を各受光素子によって電気信号に変換する。この実施の形態のＣＣＤは、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが所定の配列（ベイヤー配列、ハニカム配列）で各画素ごとに配設されたカラーＣＣＤである。

光源装置３００は、可視光を図示しないライトガイドに入射させる。ライトガイドの一端はＬＧコネクタ１２０を介して光源装置３００に接続され、ライトガイドの他端は照明光学系１５２に対面している。光源装置３００から発せられた光は、ライトガイドを経由して照明光学系１５２から出射され、観察光学系１５０の視野範囲を照明する。

内視鏡プロセッサ２００には、ＣＣＤから出力される画像信号が電気コネクタ１１０を介して入力される。このアナログの画像信号は、内視鏡プロセッサ２００内においてデジタルの画像信号に変換され、画像表示部５００の画面に表示するための必要な処理が施される。

このように、内視鏡１００で得られた観察画像のデータが内視鏡プロセッサ２００に出力され、内視鏡プロセッサ２００に接続された画像表示部５００に画像が表示される。

以上、本発明の光断層画像化装置及びその作動方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１…光断層画像化装置、２…光源ユニット、２Ａ、２Ｂ…光源、３Ａ、３Ｂ…光分割部、６Ａ、６Ｂ…合波部、８Ａ、８Ｂ…干渉光検出部、１１…表示装置、２０…演算部、２１…第１干渉波データ格納部、２２…第２干渉波データ格納部、２３…第１光断層画像データ生成部、２４…第２光断層画像データ生成部、２５…ピーク位置抽出部、２６…第２光断層画像データ補正部、２７…第１干渉波データ再構築部、２８…第２干渉波データ再構築部、２９…合成干渉波生成部、３０…ＦＦＴ部、６００…光プローブ

Claims (5)

1. 互いに波長帯域が異なり、それぞれ所定の前記波長帯域内で波長を掃引して複数の光束を射出する光源ユニットと、
   前記光源ユニットから射出された前記複数の各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   前記光分割手段により分割された複数の前記測定光を測定対象に照射する手段であって、前記測定光を導く光ファイバと、前記光ファイバの先端に固定され、前記光ファイバの先端から出射した前記測定光を前記測定対象に向けて偏向させる先端光学系とを有する測定光照射手段と、
   前記先端光学系と前記測定対象との間に配置され、前記測定光の一部を反射し他の一部を透過する基準反射手段と、
   前記測定光が測定対象に照射されたときの前記測定対象からの測定反射光及び前記基準反射手段からの基準反射光と、前記参照光とのそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に検出する複数の干渉光検出手段と、
   前記干渉光検出手段にて検出された前記光束毎の前記干渉光信号をフーリエ変換して得られる光断層画像データのピーク位置を検出するピーク位置抽出手段と、
   前記複数の光束のうち一の光束についての光断層画像データのピーク位置と、他の光束についての光断層画像データのピーク位置との差をピーク情報として算出するピーク情報算出手段と、
   前記ピーク情報に基づいて前記他の光束についての光断層画像データを補正する光断層画像データ補正手段と、
   前記一の光束についての光断層画像データ、及び前記光断層画像データ補正手段による補正後の光断層画像データを逆フーリエ変換してそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に再構築する干渉光再構築手段と、
   を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記ピーク位置抽出手段は、前記測定光照射手段による前記測定光の照射方向に関して、前記光断層画像データが所定閾値を超える位置であって前記先端光学系に最も近い位置を前記ピーク位置として検出することを特徴とする請求項１に記載の光断層画像化装置。
3. 前記干渉光再構築手段によって前記光束毎にそれぞれ再構築された前記干渉光信号を合成した合成干渉光信号を生成する合成干渉光信号生成手段と、
   前記合成干渉光信号より前記測定対象の光断層像情報を生成する光断層情報生成手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光断層画像化装置。
4. 前記複数の光束の波長掃引周期は、同期されていることを特徴とした請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光断層画像化装置。
5. 互いに波長帯域が異なり、それぞれ所定の前記波長帯域内で波長を掃引して複数の光束を射出する光源ユニットと、
   前記光源ユニットから射出された前記複数の各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   前記光分割手段により分割された複数の前記測定光を測定対象に照射する手段であって、前記測定光を導く光ファイバと、前記光ファイバの先端に固定され、前記光ファイバの先端から出射した前記測定光を前記測定対象に向けて偏向させる先端光学系とを有する測定光照射手段と、
   前記先端光学系と前記測定対象との間に配置され、前記測定光の一部を反射し他の一部を透過する基準反射手段と、
   複数の干渉光検出手段と、ピーク位置抽出手段と、ピーク情報算出手段と、光断層画像データ補正手段と、干渉光再構築手段と、を備える光断層画像化装置の作動方法であって、
   前記複数の干渉光検出手段が、前記測定光が測定対象に照射されたときの前記測定対象からの測定反射光及び前記基準反射手段からの基準反射光と、前記参照光とのそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に検出し、
   前記ピーク位置抽出手段が、前記光束毎の前記干渉光信号をフーリエ変換して得られる光断層画像データのピーク位置を検出し、
   前記ピーク情報算出手段が、前記複数の光束のうち一の光束についての光断層画像データのピーク位置と、他の光束についての光断層画像データのピーク位置との差をピーク情報として算出し、
   前記光断層画像データ補正手段が、前記ピーク情報に基づいて前記他の光束についての光断層画像データを補正し、
   前記干渉光再構築手段が、前記一の光束についての光断層画像データ、及び前記補正後の光断層画像データを逆フーリエ変換してそれぞれの干渉光信号を前記光束毎に再構築することを特徴とする光断層画像化装置の作動方法。

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