JP6055463B2 - 断層画像生成装置および作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を利用した断層画像と、干渉光を利用した断層画像を生成する断層画像生成装置及びその作動方法に関する。

従来より、動脈硬化の診断や、バルーンカテーテルまたはステント等の高機能カテーテルによる血管内治療時の術前診断、あるいは、術後の結果確認のために、断層画像を生成する画像診断装置が広く使用されている。このような画像診断装置としては、血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ：Intra Vascular Ultra Sound）や光干渉断層診断装置（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）等が用いられており、それぞれに異なる特性を有している。

また、最近では、これらＩＶＵＳの機能とＯＣＴの機能とを組み合わせた画像診断装置も提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。このような画像診断装置によれば、高深度領域まで測定できるＩＶＵＳの特性と、高分解能で測定できるＯＣＴの特性とを活かした断層画像を生成することができる。このようなＩＶＵＳとＯＣＴの両者の長所を生かすことにより、例えば、プラークなどの性状を良好に観察することができる。

特開平１１−５６７５２号公報 特開２００２−１５３４７２号公報

上述したような、ＩＶＵＳとＯＣＴの両者の断層画像を観察するために、ＩＶＵＳとＯＣＴの両者の観察方向は同一方向であることが好ましい。しかしながら、超音波が照射されている媒質に光が照射されると、光が変調され、ＯＣＴにより生成される光干渉断層像に悪影響を及ぼす。これは、超音波により体質に屈折率の粗密が生じ、本来の光路と差が生じたり、周波数変調が生じたりする（音響光学効果）ためである。そのため、上述のように、ＩＶＵＳとＯＣＴの両者の観察方向を一致させる、または接近させると、音響光学効果によりＯＣＴの画像品質が劣化してしまう。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、超音波を利用した断層画像と光干渉を利用した断層画像の取得において、音響光学効果による影響を低減または排除することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る断層画像生成装置は以下のような構成を備える。即ち、
断層画像生成装置であって、
超音波の送受信を行う超音波送受信部と、光の送受信を行う光送受信部とが配置された送受信部を有するプローブ部と、
回転させられながら駆動させられる前記超音波送受信部から得られる超音波エコー信号をサンプリングして、前記送受信部の各回転位置における、断層画像の１ラインを生成するのに用いるための超音波データを取得する超音波データ取得手段と、
回転させられながら駆動させられる前記光送受信部から得られる干渉光信号をサンプリングして干渉光データを取得する干渉光データ取得手段と、
前記干渉光信号の１ライン分をサンプリングするサンプリング期間と、前記超音波送受信部を超音波の発振のために駆動してからの所定期間とが重複しないように、前記取得手段の動作タイミングを制御するタイミング制御手段と、を備える。

本発明によれば、超音波を利用した断層画像と光干渉を利用した断層画像の取得において、音響光学効果による影響を低減または排除することができる。

本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。

添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
一実施形態にかかる画像診断装置１００の外観構成を示す図。 プローブ部の全体構成及び先端部の断面構成を示す図。 イメージングコアの断面構成、ならびに超音波送受信部及び光送受信部の配置を示す図。 実施形態による画像診断装置１００の機能構成例を示す図である。 タイミング制御部の構成例を示すブロック図。 実施形態による信号処理部の構成例を示すブロック図。 タイミング制御部が行うタイミング制御を説明するタイミングチャート。 タイミング制御部が行うタイミング制御を説明するタイミングチャート。 タイミング制御部が行うタイミング制御を説明するタイミングチャート。 タイミング制御部が行うタイミング制御を説明するタイミングチャート。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
《１．画像診断装置の外観構成》
図１は本発明の一実施形態にかかる断層画像生成装置としての画像診断装置（ＩＶＵＳの機能と、ＯＣＴの機能とを備える画像診断装置）１００の外観構成を示す図である。

図１に示すように、画像診断装置１００は、プローブ部１０１と、スキャナ／プルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ／プルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線１０４（光ファイバおよび電気信号線を有する）により各種信号が伝送可能に接続されている。

プローブ部１０１は、直接血管等の体腔内に挿入されて用いられる。プローブ部１０１には、超音波送受信部と光送受信部とを備えたイメージングコアが内挿されている。超音波送受信部は、パルス信号に基づく超音波を体腔内に送信するとともに、体腔内からの反射波を受信する。また、光送受信部は伝送された光（測定光）を連続的に体腔内に送信するとともに、体腔内からの反射光を連続的に受信する。画像診断装置１００では、該イメージングコアを用いることで体腔内部の断層画像を取得する。

スキャナ／プルバック部１０２は、プローブ部１０１が着脱可能に取り付けられ、内蔵されたモータを駆動させることでプローブ部１０１に内挿されたイメージングコアのラジアル動作（体腔内の軸方向の動作及び回転方向の動作）を規定している。また、スキャナプルバック部１０２は、超音波送受信部において受信された反射波に基づく超音波エコー信号及び光送受信部において受信された反射光を、信号線１０４を介して操作制御装置１０３に対して送信する。

操作制御装置１０３は、測定を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、体腔内の断層画像として表示するための機能を備える。操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり、測定により得られた反射波に基づいて超音波データを生成するとともに、該超音波データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、超音波断層画像を生成する。更に、測定により得られた反射光と、光源からの光を分離することで得られた参照光とを干渉させることで干渉光データを生成するとともに、該干渉光データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、光断層画像を生成する。ここで、ラインデータとは、たとえば、断層画像の中心から端までのラインを形成するデータアレイとして定義される。

１１１−１はプリンタ／ＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１において生成された断層画像を表示する。

《２．プローブ部の全体構成及び先端部の断面構成》
次に、プローブ部１０１の全体構成及び先端部の断面構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、プローブ部１０１は、血管等の体腔内に挿入される長尺のカテーテルシース２０１と、ユーザが操作するために血管等の体腔内に挿入されることなく、ユーザの手元側に配置されるコネクタ部２０２とにより構成される。カテーテルシース２０１の先端には、ガイドワイヤルーメンを構成するガイドワイヤルーメン用チューブ２０３が設けられている。カテーテルシース２０１は、ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３との接続部分からコネクタ部２０２との接続部分にかけて連続する管腔を形成している。

カテーテルシース２０１の管腔内部には、超音波を送受信する超音波送受信部と光を送受信する光送受信部とが配置された送受信部２２１と、電気信号ケーブル及び光ファイバケーブルを内部に備え、それを回転させるための回転駆動力を伝達するコイル状の駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０が、カテーテルシース２０１のほぼ全長にわたって挿通されている。

コネクタ部２０２は、カテーテルシース２０１の基端に一体化して構成されたシースコネクタ２０２ａと、駆動シャフト２２２の基端に駆動シャフト２２２を回動可能に固定して構成された駆動シャフトコネクタ２０２ｂとを備える。シースコネクタ２０２ａとカテーテルシース２０１との境界部には、耐キンクプロテクタ２１１が設けられている。これにより所定の剛性が保たれ、急激な物性の変化による折れ曲がり（キンク）を防止することができる。駆動シャフトコネクタ２０２ｂの基端は、スキャナ／プルバック部１０２に着脱可能に取り付けられる。

次に、プローブ部１０１の先端部の断面構成について説明する。カテーテルシース２０１の管腔内部には、超音波を送受信する超音波送受信部と光を送受信する光送受信部とが配置された送受信部２２１が配されたハウジング２２３と、それを回転させるための回転駆動力を伝送する駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０がほぼ全長にわたって挿通されており、プローブ部１０１を形成している。

送受信部２２１では、体腔内組織に向けて超音波及び光を送信するとともに、体腔内組織からの反射波及び反射光を受信する。駆動シャフト２２２はコイル状に形成され、その内部には電気信号ケーブル及び光ファイバケーブル（シングルモードの光ファイバケーブル）が配されている。

ハウジング２２３は、短い円筒状の金属パイプの一部に切り欠き部を有した形状をしており、金属塊からの削りだしやＭＩＭ（金属粉末射出成形）等により成形される。ハウジング２２３は、内部に送受信部２２１として、超音波送受信部及び光送受信部を有し、基端側は駆動シャフト２２２と接続されている。また、先端側には短いコイル状の弾性部材２３１が設けられている。

弾性部材２３１はステンレス鋼線材をコイル状に形成したものであり、弾性部材２３１が先端側に配されることで、イメージングコア２２０を前後移動させる際にカテーテルシース２０１内での引っかかりを防止する。２３２は補強コイルであり、カテーテルシース２０１の先端部分の急激な折れ曲がりを防止する目的で設けられている。

ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３は、ガイドワイヤが挿入可能なガイドワイヤ用ルーメンを有する。ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３は、予め血管等の体腔内に挿入されたガイドワイヤを受け入れ、ガイドワイヤによってカテーテルシース２０１を患部まで導くのに使用される。

駆動シャフト２２２は、カテーテルシース２０１に対して送受信部２２１を回転動作及び軸方向動作させることが可能であり、柔軟で、かつ回転を良好に伝送できる特性をもつ、例えば、ステンレス等の金属線からなる多重多層密着コイル等により構成されている。

《３．イメージングコアの断面構成》
次に、イメージングコア２２０の断面構成、ならびに超音波送受信部及び光送受信部の配置について説明する。図３は、イメージングコアの断面構成、ならびに超音波送受信部及び光送受信部の配置を示す図である。

図３の３ａに示すように、ハウジング２２３内に配された送受信部２２１は、超音波送受信部３１０と光送受信部３２０とを備えており、超音波送受信部３１０及び光送受信部３２０は、それぞれ、駆動シャフト２２２の回転中心軸上（３ａの一点鎖線上）において軸方向に沿って配置されている。

このうち、超音波送受信部３１０は、プローブ部１０１の先端側に、また、光送受信部３２０は、プローブ部１０１の基端側に配置されており、超音波送受信部３１０の超音波送受信位置と光送受信部３２０の光送受信位置との間の距離がＬとなるように、ハウジング２２３内に取り付けられている。

また、超音波送受信部３１０及び光送受信部３２０は、駆動シャフト２２２の軸方向に対する、超音波送受信部３１０の超音波送信方向（仰角方向）、及び、光送受信部３２０の光送信方向（仰角方向）が、それぞれ、略９０°となるようにハウジング２２３内に取り付けられている。

駆動シャフト２２２の内部には、超音波送受信部３１０と接続された電気信号ケーブル３１１と、光送受信部３２０に接続された光ファイバケーブル３２１とが配されており、電気信号ケーブル３１１は、光ファイバケーブル３２１に対して螺旋状に巻き回されている。

図３の３ｂは、超音波受信位置において、回転中心軸に略直交する面で切断した場合の断面図である。また、図３の３ｃは、光送受信位置において、回転中心軸に略直交する面で切断した場合の断面図である。図３の３ｂ、３ｃに示すように、超音波送受信部３１０による超音波送信方向と光送受信部３２０による光送信方向は、回転方向に関して一致している。

なお、図３の３ａでは、超音波送受信部３１０を先端側に、光送受信部３２０を基端側に配置する構成としたが、本発明はこれに限定されず、光送受信部３２０を先端側に、超音波送受信部３１０を基端側に配置する構成としてもよい。また、超音波送受信部３１０の超音波送信方向（仰角方向）、及び、光送受信部３２０の光送信方向（仰角方向）を略９０°としたがこれにかぎられるものではない。カテーテルシース２０１の内面からの反射の影響を低減するために、それらの仰角方向を９０°より数度ずらしてもよい。また、図３の３ｂ、３ｃでは、超音波送受信部３１０による超音波送信方向と光送受信部３２０による光送信方向とが回転方向に関して一致しているが、これに限られるものではなく、３ｂの破線で示すように、超音波送信方向と光送信方向が回転方向に関して所定の角度θをもって配置されてもよい。さらに、図３の３ａ〜３ｃでは、超音波送受信部３１０と光送受信部３２０を回転中心軸上に配置したがこれに限られるものではない。例えば、超音波送受信部３１０及び光送受信部３２０を、回転中心軸に対して所定距離だけ離れた位置に配置してもよい。また、その際に、超音波送信方向（回転角方向）と光送信方向（回転角方向）との回転方向に関しての角度差がθとなるように配置してもよい。

《４．画像診断装置の機能構成》
次に、本実施形態の断層画像生成装置としての画像診断装置１００の機能構成について説明する。図４は、ＩＶＵＳの機能とＯＣＴ（ここでは、例として波長掃引型ＯＣＴ）の機能とを組み合わせた画像診断装置１００の機能構成を示す図である。なお、ＩＶＵＳの機能と他方式のＯＣＴの機能とを組み合わせた画像診断装置についても、同様の機能構成を有するため、ここでは説明を省略する。

（１）ＩＶＵＳの機能
イメージングコア２２０の超音波送受信部３１０は、超音波信号送受信器４５２より送信されたパルス波に基づいて、超音波を生体組織に送信するとともに、その反射波（エコー）を受信し、超音波エコーとして超音波信号送受信器４５２に送信する。超音波信号送受信器４５２と超音波送受信部３１０の間の上記パルス波、超音波エコーの伝送は、アダプタ４０２及びスリップリング４５１、電気信号ケーブル３１１を介してなされる。

なお、スリップリング４５１の回転駆動部側は回転駆動装置４０４のラジアル走査モータ４０５により回転駆動される。また、ラジアル走査モータ４０５の回転角度は、エンコーダ部４０６により検出される。更に、スキャナ／プルバック部１０２は、直線駆動装置４０７を備え、信号処理部４２８からの信号に基づいて、イメージングコア２２０の軸方向動作を規定する。

また、超音波信号送受信器４５２は、タイミング制御部４８０からの超音波発振タイミング信号に基づいて、イメージングコア２２０内の超音波送受信部３１０を発振駆動するためのパルス波を送信する。超音波送受信部３１０はこのパルス波に応じて超音波を発振し、その反射波に基づく超音波エコー信号を超音波信号送受信器４５２に送る。超音波信号送受信器４５２は、超音波送受信部３１０より受信した超音波エコー信号をアンプ４５３に出力し、アンプ４５３により増幅された超音波エコー信号は検波器４５４に入力されて検波される。

更に、超音波データ取得手段であるＡ／Ｄ変換器４５５では、検波器４５４より出力された超音波エコー信号を３０．６ＭＨｚでサンプリングしてデジタルデータを生成する。なお、ここでは、３０．６ＭＨｚとしているが、これは音速を１５３０ｍ／ｓｅｃとしたときに、深度５ｍｍに対して２００ポイントサンプリングすることを前提として算出されたものである。したがって、サンプリング周波数は特にこれに限定されるものではない。

Ａ／Ｄ変換器４５５にて生成された超音波エコー信号に基づくデジタルデータは、信号処理部４２８に入力される。信号処理部４２８では、タイミング制御部４８０が生成する超音波発振タイミング信号に同期したサンプリングにより、Ａ／Ｄ変換器４５５から入力されたデジタルデータから２００ポイント分を抽出して断層画像の１ラインのデジタルデータ（超音波データ）を生成し、保持する。そして、信号処理部４２８は、この超音波データをグレースケールに変換することにより、ラインデータを生成し、これを一断層画像分収集することで血管等の体腔内の各位置での超音波断層画像を形成し、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ１１３に出力する。

更に、信号処理部４２８はモータ制御回路４２９と接続され、モータ制御回路４２９のビデオ同期信号を受信する。信号処理部４２８では、受信したビデオ同期信号に同期して超音波断層画像の構築を行う。なお、タイミング制御部４８０、信号処理部４２８の動作については後述する。また、このモータ制御回路４２９のビデオ同期信号は、回転駆動装置４０４にも送られ、回転駆動装置４０４はビデオ同期信号に同期した駆動信号を出力する。

（２）波長掃引型ＯＣＴの機能
４０８は波長掃引光源（Swept Laser）であり、ＳＯＡ４１５（Semiconductor Optical Amplifier）とリング状に結合された光ファイバ４１６を有する光源部（４０８ａ）と、ポリゴンスキャニングフィルタ（４０８ｂ）を具備する、Extended-cavity Laserの一種である。

ＳＯＡ４１５から出力された光は、光ファイバ４１６を進み、光サーキュレータ４１３を介してポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂに入る。ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂで波長選択された光は、再び光サーキュレータ４１３を介して光源部４０８ａに戻り、ＳＯＡ４１５で増幅され、最終的にカップラ４１４から出力される。

ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂでは、光を分光する回折格子４１２とポリゴンミラー４０９との組み合わせで波長を選択する。具体的には、回折格子４１２により分光された光を２枚のレンズ（４１０、４１１）によりポリゴンミラー４０９の表面に集光させる。これによりポリゴンミラー４０９と直交する波長の光のみが同一の光路を戻り、ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂから出力されることとなる。つまり、ポリゴンミラー４０９を回転させることで、波長の時間掃引を行うことができる。

ポリゴンミラー４０９は、例えば、３２面体のミラーが使用され、回転数が５００００ｒｐｍ程度である。ポリゴンミラー４０９と回折格子４１２とを組み合わせた波長掃引方式により、高速、高出力の波長掃引が可能である。

カップラ４１４から出力された波長掃引光源４０８の光は、第１のシングルモードファイバ４４０の一端に入射され、先端側に伝送される。第１のシングルモードファイバ４４０は、途中の光カップラ部４４１において第２のシングルモードファイバ４４５及び第３のシングルモードファイバ４４４と光学的に結合されている。第１のシングルモードファイバ４４０に入射された光は、この光カップラ部４４１により、光ロータリジョイント４０３へ接続される第１のシングルモードファイバ４４０と、第３のシングルモードファイバ４４４の光路に分割されて伝送される。

第１のシングルモードファイバ４４０の光カップラ部４４１より先端側には、非回転部（固定部）と回転部（回転駆動部）との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント（光カップリング部）４０３が回転駆動装置４０４内に設けられている。

更に、光ロータリジョイント（光カップリング部）４０３内の第４のシングルモードファイバ４４２の先端側には、プローブ部１０１の第５のシングルモードファイバ４４３（光ファイバケーブル３２１）がアダプタ４０２を介して着脱自在に接続されている。これによりイメージングコア２２０内に挿通され回転駆動可能な第５のシングルモードファイバ４４３に、波長掃引光源４０８からの光が伝送される。

第５のシングルモードファイバ４４３を伝送された光は、イメージングコア２２０の光送受信部３２０から生体管腔内の生体組織に対してラジアル走査しながら照射される。そして、生体組織の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部がイメージングコア２２０の光送受信部３２０により取り込まれ、逆の光路を経て、第１のシングルモードファイバ４４０側に戻る。さらに、光カップラ部４４１により、第１のシングルモードファイバ４４０に戻った反射光の一部が第２のシングルモードファイバ４４５側に移る。

なお、光ロータリジョイント４０３の回転駆動部側は、ＩＶＵＳの構成と同じように回転駆動装置４０４のラジアル走査モータ４０５により回転駆動される。

一方、第３のシングルモードファイバ４４４の光カップラ部４４１と反対側の先端には、参照光の光路長を微調整する光路長調整機構４３２が設けられている。この光路長調整機構４３２はプローブ部１０１を交換して使用した場合の個々のプローブ部１０１の長さのばらつきを吸収できるよう、その長さのばらつきに相当する光路長を変化させる光路長変化部を有する。

第３のシングルモードファイバ４４４およびコリメートレンズ４１８は、その光軸方向に矢印４２３で示すように移動自在な１軸ステージ４２２上に設けられており、光路長変化部を形成している。具体的には、１軸ステージ４２２はプローブ部１０１を交換した場合に、プローブ部１０１の光路長のばらつきを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する光路長変化機構として機能する。さらに、１軸ステージ４２２はオフセットを調整する調整機能も備えている。例えば、プローブ部１０１の先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、１軸ステージにより光路長を微小変化させることにより、生体組織の表面位置からの反射光と干渉させる状態に設定することが可能である。

１軸ステージ４２２で光路長が微調整され、グレーティング４１９、レンズ４２０を介してミラー４２１にて反射された光（参照光）は第３のシングルモードファイバ４４４の途中に設けられた光カップラ部４４１で第１のシングルモードファイバ４４０側から入る光（反射光）と混合されて、干渉光としてフォトダイオード４２４にて受光される。

このようにしてフォトダイオード４２４にて受光された干渉光は光電変換され、アンプ４２５により増幅された後、復調器４２６に入力される。この復調器４２６では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力は干渉光信号としてＡ／Ｄ変換器４２７に入力される。

干渉光データ取得手段であるＡ／Ｄ変換器４２７では、干渉光信号を例えば１８０ＭＨｚでサンプリングして干渉光信号のデジタルデータを生成する。なお、サンプリング周波数を１８０ＭＨｚとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を８０ｋＨｚにした場合に、波長掃引の周期（１２．５μｓｅｃ）の９０％程度を２０４８点のデジタルデータとして抽出することを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。

Ａ／Ｄ変換器４２７にて生成された干渉信号に基づくデジタルデータは、信号処理部４２８に入力される。信号処理部４２８では、タイミング制御部４８０が生成するサンプリング開始タイミングにしたがって、入力されたデジタルデータから２０４８ポイント分をサンプリングして１ラインのデジタルデータ（干渉光データ）を生成し、保持する。そして、信号処理部４２８は、この干渉光データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分解することで深さ方向のデータ（ラインデータ）を生成し、これを座標変換することにより、血管等の体腔内の各位置での光断層画像を構築し、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ１１３に出力する。

なお、信号処理部４２８は、更に光路長調整機構制御装置４３０と接続されている。信号処理部４２８は光路長調整機構制御装置４３０を介して１軸ステージ４２２の位置の制御を行う。

（３）タイミング制御のための信号を生成する構成について
上述したように、カップラ４１４から出力された波長掃引光源４０８からの光は、第１のシングルモードファイバ４４０の一端に入射される。第１のシングルモードファイバ４４０は、光カップラ部４６０で２つに分岐され、一方はＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）４６１に導かれる。本実施形態におけるこのＦＢＧ４６１は、波長掃引光源４０８からの出力光の波長（掃引波長）のうちの特定の波長を持つ光のみを反射するようになっている。この反射光は光カップラ部４６０を介して光検出器（例えばフォトダイオード）４６２に供給され、ここで、電気信号としてのトリガ信号が生成され、タイミング制御部４８０に供給される。以上のように、ＦＢＧ４６１と光検出器４６２は、波長掃引光源４０８の１回の波長掃引における、予め設定した所定波長の光を検出することでトリガ信号を生成する。

タイミング制御部４８０は、光検出器４６２から受信したトリガ信号に応じて、超音波発振タイミング信号、干渉光データの取得のためのサンプリング開始信号、ＳＯＡの点灯時間を規定するＳＯＡオン信号を生成、出力する。ＳＯＡ４１５は、ＳＯＡオン信号がオンの間点灯し、オフの間は消灯する。また、超音波信号送受信器４５２は超音波発振タイミング信号に応じて超音波を出力させるための信号を超音波送受信部３１０に送信する。また、信号処理部４２８は、超音波発振タイミング信号に基づいたタイミングで超音波データをサンプリングするとともに、サンプリング開始信号に基づいたタイミングで干渉光データをサンプリングする。

《５．タイミング制御部４８０の構成》
図５は、タイミング制御部４８０の構成例を示すブロック図である。光検出器４６２から出力されたトリガ信号は第１遅延器５０１に入力され、第１の所定時間だけ遅延されて第１遅延器５０１から出力される。第１遅延器５０１から出力されたトリガ信号はパルス整形器５０４において所定幅のパルスに整形され、超音波発振タイミング信号として出力される。

第１遅延器で遅延されたトリガ信号は、第２遅延器５０２にも入力され、更に第２の遅延時間だけ遅延される。第１および第２の遅延時間だけ遅延されたトリガ信号は、パルス整形器５０５においてＳＯＡ４１５をオン状態とする期間に対応した時間幅のパルスに整形され、ＳＯＡオン信号として出力される。なお、後述するように、ＳＯＡ４１５を連続点灯とする場合は、この構成は省略してよい。

更に、第１遅延器で遅延されたトリガ信号は、第３遅延器５０３にも入力され、第３の遅延時間だけ遅延される。第１および第３の遅延時間だけ遅延されたトリガ信号は、パルス整形器５０６に入力され、干渉光データを抽出するためのサンプリング開始信号として出力される。この第３の遅延時間により、超音波送受信部３１０が送信した超音波により生じる音響光学効果の影響を回避して干渉光データを得ることができる。

タイミング制御部４８０により生成される各信号と、波長掃引光源４０８、超音波信号送受信器４５２、信号処理部４２８の各部の動作との関係については、タイミングチャートにより後述する。

《６．信号処理部の機能構成》
次に、画像診断装置１００の信号処理部４２８における、断層画像を構築するための機能構成について図６を用いて説明する。なお、以下に説明する構築処理は、専用のハードウェアを用いて実現されてもよいし、ソフトウェアにより（コンピュータがプログラムを実行することにより）実現されてもよい。

図６は、画像診断装置１００の信号処理部４２８における構築処理を実現するための機能構成ならびに関連する機能ブロックを示した図である。

図６に示すように、Ａ／Ｄ変換器４２７で生成された干渉光信号のデジタルデータ６２１は、信号処理部４２８内のラインデータ生成部６０１に供給される。ラインデータ生成部６０１は、タイミング制御部４８０からのサンプリング開始信号６５１に従って、サンプリングを開始し、入力されたデジタルデータ６２１から２０４８ポイント分をサンプリングして１ラインの干渉光データとしてラインメモリに保持する。ラインデータ生成部６０１では、たとえば３ライン分のラインメモリが設けられており、これらラインメモリが順次に用いられて、サンプリング開始信号６５１に従って生成される１ラインの干渉光データが保持される。

そして、ラインデータ生成部６０１では、モータ制御回路４２９から出力されるラジアル走査モータ４０５のエンコーダ部４０６の信号を用いて、ラジアル走査１回転あたりのライン数が５１２本となるようにラインデータが生成される。より具体的には、エンコーダ部４０６の信号に基づいてラインデータを取得するタイミングが検出されると、上記３つのラインメモリのうちその時点で最後に干渉光データの格納を終えたラインメモリから干渉光データを読み出し、この干渉光データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分解することで深さ方向のデータ（ラインデータ）を生成する。生成されたラインデータはラインデータメモリ６０２に格納される。こうして、送受信部２２１のそれぞれの回転位置における、干渉光信号に基づくラインデータがラインデータメモリ６０２に格納されることになる。

なお、ここでは一例として、５１２ラインから光断層画像を構築することとしているが、このライン数に限定されるものではない。

ラインデータ生成部６０１より出力されたラインデータ６２２は、制御部６０５からの指示に基づいて、ラジアル走査１回転分ごと（５１２ラインごと）に、ラインデータメモリ６０２に格納される。このとき、制御部６０５では、直線駆動装置４０７の移動量検出器より出力されたパルス信号６４１をカウントしておき、ラインデータ６２２をラインデータメモリ６０２に格納する際、それぞれのラインデータ６２２を生成した際のカウント値を対応付けて格納する。

カウント値と対応付けて格納されたラインデータ６２３は、制御部６０５からの指示に基づいて、光断層画像構築部６０３にて各種処理（ライン加算平均処理、フィルタ処理等）が施された後、Ｒθ変換されることで、順次光断層画像６２４として出力される。

更に、画像処理部６０４において、ＬＣＤモニタ１１３に表示するための画像処理が施された後、光断層画像６２５としてＬＣＤモニタ１１３に出力される。

同様に、Ａ／Ｄ変換器４５５で生成されたデジタルデータ６３１は、信号処理部４２８内のラインデータ生成部６１１に入力される。ラインデータ生成部６１１は、タイミング制御部４８０からの超音波発振タイミング信号６５２に従って、入力されたデジタルデータ６３１から２００ポイント分をサンプリングして１ラインの超音波データとしてラインメモリに保持する。ラインデータ生成部６１１では、たとえば３ライン分のラインメモリが設けられており、これらラインメモリが順次に用いられて、超音波発振タイミング信号６５２に従って生成される１ラインの超音波データが保持される。

更に、ラインデータ生成部６１１では、モータ制御回路４２９から出力されるラジアル走査モータ４０５のエンコーダ部４０６の信号を用いて、ラジアル走査１回転あたりのライン数が５１２本となるようにラインデータを生成する。ラインデータ生成部６１１では、モータ制御回路４２９から出力されるラジアル走査モータ４０５のエンコーダ部４０６の信号を用いて、ラジアル走査１回転あたりのライン数が５１２本となるように超音波データを処理してラインデータを生成する。より具体的には、エンコーダ部４０６の信号に基づいてラインデータを取得するタイミングが検出されると、上記３つのラインメモリのうちその時点で最後に超音波データの格納を終えたラインメモリから超音波データを読み出し、この超音波データにグレースケール変換等を施して深さ方向のデータ（ラインデータ）を生成する。生成されたラインデータはラインデータメモリ６１２に格納される。こうして、送受信部２２１のそれぞれの回転位置における、超音波エコー信号に基づくラインデータがラインデータメモリ６０２に格納されることになる。

ラインデータ生成部６１１より出力されたラインデータ６３２は、制御部６０５からの指示に基づいて、ラジアル走査１回転分ごとに、ラインデータメモリ６１２に格納される。このとき、制御部６０５では、直線駆動装置４０７の移動量検出機より出力されたパルス信号６４１をカウントしておき、ラインデータ６３２をラインデータメモリ６１２に格納する際、それぞれのラインデータ６３２を生成した際のカウント値を対応付けて格納する。

こうして、カウント値と対応付けて格納されたラインデータ６３３は、制御部６０５からの指示に基づいて、超音波断層画像構築部６１３にて各種処理（ライン加算平均処理、フィルタ処理等）が施された後、Ｒθ変換されることで、超音波断層画像６３４として出力される。

更に、画像処理部６０４において、ＬＣＤモニタ１１３に表示するための画像処理が施された後、超音波断層画像６３５としてＬＣＤモニタ１１３に出力される。

《７．タイミング制御部４８０によるタイミング制御の説明》
図７は、タイミング制御部４８０が生成するタイミング信号による各部の動作タイミングを説明する図である。

波長掃引光源４０８からは、ＳＯＡ４１５が点灯している期間にわたり波長掃引光７０１が出力され、その波長は波長変化７０２に示されるように波長λｓ〜λｅまで変化する。この波長掃引光７０１が出力されている間、干渉光７０３が得られることになる。本実施形態では、１ライン分の期間において干渉光７０３によるラインデータと、超音波受信信号７０５によるラインデータを生成するとともに、超音波送受信の期間と干渉光データのサンプリング期間を重複させないことにより音響光学効果による画像への影響を排除する。更に、図７の例では、超音波の送受信を行なう間は波長掃引光源４０８の光出力を禁止（本例では、ＳＯＡ４１５をオフ）するようにＳＯＡオン信号が設定され、光が音響に及ぼす影響も排除するようにしている。

図７に示されるように、ＦＢＧ４６１が、波長掃引光源４０８の出力光から所定波長λａの光を抜き出し、抜出光７１１として出力すると、光検出器４６２はこの抜出光を検出してトリガ信号７１２を出力する。このトリガ信号７１２はタイミング制御部４８０に供給され、まず、第１遅延器５０１により第１の遅延時間７２１だけ遅延され、超音波発振タイミング信号７２２として出力される。超音波信号送受信器４５２は、超音波発振タイミング信号７２２に従って超音波送受信部３１０を駆動するためのパルス波を出力することで超音波発振７０４、超音波受信７０５を実行する。第１の遅延時間７２１は、トリガ信号７１２から次の１ラインのための超音波発振タイミング信号７２２を生成するためのものであり、不要な光干渉信号が発生する期間に超音波発振タイミング信号７２２が生成されるように設定されている。こうして、超音波送受信部３１０は、トリガ信号７１２の発生から第１の遅延時間７２１の経過後に超音波の送受信を開始することになる。

他方、第１の遅延時間７２１だけ遅延されたトリガ信号７１２は、第２遅延器５０２にも入力され、更に第２の遅延時間７２３だけ遅延され、パルス整形器５０５に供給されて、ＳＯＡオン信号７２４が生成される。ＳＯＡオン信号７２４がオンの間だけＳＯＡ４１５が点灯することにより、波長掃引光源４０８から波長掃引光７０１が出力される。第２の遅延時間７２３は、超音波送受信に要すると想定される時間よりも長く設定されており超音波送受信中に波長掃引光が照射されないようにしている。

また、第１の遅延時間だけ遅延されたトリガ信号７１２は、第３遅延器５０３にも入力され、ここで第３の遅延時間７２５だけ遅延され、信号処理部４２８に対するサンプリング開始信号７２６となる。ラインデータ生成部６０１は、このサンプリング開始信号７２６に応じて、ラインメモリへ干渉光データを保持するためのサンプリング７２７を行う。第３の遅延時間７２５も超音波送受信に要すると想定される時間が含まれるように設定されており、超音波送受信中に光干渉信号のサンプリングが行なわれないようにしている。また、第３の遅延時間７２５を第２の遅延時間７２３よりも長くすることで、ＳＯＡの点灯時の過渡状態におけるサンプリングを回避することができる。但し、そのような回避が不要であれば、第２、第３の遅延時間は同一であってもよい（同一の遅延器からの出力信号を用いてもよい）。以上のように、第３の遅延時間７２５により、干渉光信号の１ライン分をサンプリングするサンプリング期間７２７と、超音波送受信部３１０を超音波の発振のために駆動してからの所定期間（＝第３の遅延時間）とが重複しないようにタイミング制御されることになる。

なお、図７では、超音波送受信時にはＳＯＡ４１５を消灯することにより光源からの発行を停止するようにしたが、光が超音波による画像形成に及ぼす影響がそれほど大きくはないことから、ＳＯＡ４１５を連続点灯としてもよい。その場合のタイミングチャートを図８に示す。この場合、第２の遅延時間７２３により生成されるＳＯＡオン信号７２４が不要となり、タイミング制御部４８０の第２遅延器５０２およびパルス整形器５０５を省略することができる。

更に、第１の遅延時間や第２の遅延時間は上記に限られるものではない。例えば、掃引光の強度は、波長掃引の最大値および最小値付近で弱くなる。そこで、ＳＯＡ４１５を連続点灯とした場合に、波長掃引光の強度が弱くなる部分をより効果的に超音波受信に割り当てるように、図９に示すように第１の遅延時間７２１を設定してもよい。この場合、図８と同じタイミングで光干渉信号をサンプリングするのであれば、第２の遅延時間７２５を図９のごとく設定すればよい。

また、図８、図９において、第２の遅延時間７２３、第３の遅延時間７２５として、超音波送受信に要すると予想される時間よりも大きい遅延時間を設定したが、これに限られるものではない。超音波の受信信号のパワーは、送信信号のパワーに比べて非常に小さく、超音波受信時の音響光学効果は小さい。そこで、パワーの大きい超音波の送信中に光干渉信号のサンプリングを行なわないように第２の遅延時間を設定してもよい。すなわち、少なくとも超音波発振（送信）を行なう送信期間が含まれるように第３の遅延時間を設定することでも、音響光学効果の影響を低減することができる。

また、図８、図９では１ライン当たりの超音波の発振と反射波の受信を１セットとしているが、１ライン当たり複数セット実行するようにしてもよい。この様子を図１０に示す。図１０では、超音波の発振７０４と受信７０５を２セット実施している。また、図１０の例では、上述のように超音波の反射波の影響が小さいことから、最後の超音波発信を終えたタイミングでＳＯＡの点灯と干渉光のサンプリングを開始するようにしている。

なお、波長掃引に対して、少なくとも超音波発振とサンプリングについて上述のようなタイミングを確保できるのであれば、タイミング制御部４８０における遅延器の構成等は上記に限られるものではない。例えば、第３遅延器５０３が第２遅延器５０２の信号を遅延するように接続してもよい。

また、第２の遅延時間７２３や第３の遅延時間７２５は、例えば超音波信号が観測範囲を往復するのに要する時間（観測範囲内からの反射波が到達する時間）を考慮して設定されてもよい。また、その場合に、測定対象ごとに推定される観測範囲に応じて、第２の遅延時間７２３や第３の遅延時間７２５をユーザが設定できるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、波長掃引光源４０８からの光を開始したり停止したりする場合にＳＯＡ４１５のオンオフを行うようにしたが、これに限られるものではない。例えば、波長掃引光源４０８の出力部にシャッターを設けたり、ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂの出口にポッケルスセルなどの光スイッチを設けたりすることで、波長掃引光源４０８からの光をオンオフしてもよい。また、ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂのようなポリゴンスキャナを用いた波長フィルタにおいて、スキャナへの光の集光角度とスキャン角度を調整して、波長掃引のデューティ比を１００％未満とすることで実現してもよい。その場合、光源のオンオフのタイミングは機械的に決定されるので、光源がオフするタイミングで超音波の送受信が行われるように第１の遅延時間７２１を合わせこむことになる。

また、上記実施形態では、構築された超音波断層画像と光断層画像の表示態様について特に言及しなかったが、超音波断層画像と光断層画像は、血管等の体腔内の軸方向の各位置に対応する各断層画像を、並列して表示させるように構成してもよいし、画像中心が一致するように重畳して表示させるように構成してもよい。また、上記実施形態では、超音波データ取得手段であるＡ／Ｄ変換器と干渉光データ取得手段であるＡ／Ｄ変換器とを別々の部材として構成したが、一つの部材を両機能のために兼用するように構成することもできる。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。

本願は、２０１２年３月２６日提出の日本国特許出願特願２０１２−０６９１４３を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (8)

1. 超音波の送受信を行う超音波送受信部と、光の送受信を行う光送受信部とが配置された送受信部を有するプローブ部と、
   回転させられながら駆動させられる前記超音波送受信部から得られる超音波エコー信号をサンプリングして、前記送受信部の各回転位置における、断層画像の１ラインを生成するのに用いるための超音波データを取得する超音波データ取得手段と、
   回転させられながら駆動させられる前記光送受信部から得られる干渉光信号をサンプリングして干渉光データを取得する干渉光データ取得手段と、
   前記干渉光信号の１ライン分をサンプリングするサンプリング期間と、前記超音波送受信部を超音波の発振のために駆動してからの所定期間とが重複しないように、前記取得手段の動作タイミングを制御するタイミング制御手段と、を備えることを特徴とする断層画像生成装置。
2. 前記光送受信部が送信するための波長掃引光を発生する光源と、
   前記波長掃引光から所定波長の光を検出する検出手段と、を備え、
   前記タイミング制御手段は、前記検出手段が前記所定波長の光を検出してから第１の遅延時間の経過後に前記超音波送受信部を発振駆動し、該駆動から前記所定期間の経過後に前記干渉光信号のサンプリングを開始するよう、前記取得手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の断層画像生成装置。
3. 前記所定期間は、前記超音波送受信部による超音波の送信期間を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の断層画像生成装置。
4. 前記所定期間は、前記超音波送受信部が超音波を発振してから、超音波による観測範囲内の反射波が戻るまでの想定された時間を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の断層画像生成装置。
5. 前記所定期間をユーザに設定させるための設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の断層画像生成装置。
6. 前記サンプリング期間以外の期間において前記光源による波長掃引光の出力を停止する停止手段を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の断層画像生成装置。
7. 前記停止手段は、少なくとも前記超音波の送信期間の間は、前記光源による波長掃引光の出力を停止することを特徴とする請求項６に記載の断層画像生成装置。
8. 超音波の送受信を行う超音波送受信部と、光の送受信を行う光送受信部とが配置された送受信部を用いて断層画像を生成する断層画像生成装置の作動方法であって、
   前記送受信部を回転させながら前記超音波送受信部と前記光送受信部を駆動して得られる超音波エコー信号と干渉光信号をそれぞれサンプリングして、前記送受信部の各回転位置における、断層画像の１ラインを生成するのに用いるための超音波データと干渉光データを取得する取得工程と、
   前記干渉光信号の１ライン分をサンプリングするサンプリング期間と、前記超音波送受信部を超音波の発振のために駆動してからの所定期間とが重複しないように、前記取得工程における動作タイミングを制御するタイミング制御工程と、を有することを特徴とする断層画像生成装置の作動方法。
   

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