JP3631056B2 - Light wave reflection tomography observation device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波反射断層像観測装置に係り、例えば、高光散乱媒体である生体などの内部に分布する微小物体などを散乱中心とする、散乱ポテンシャルからの後方散乱光波を検出し、高光散乱媒体からの反射光波であってもコヒーレンスが残存することを利用し、低コヒーレント光のコヒーレント長の短さを利用した干渉計測手段で散乱位置情報と反射振幅情報を取得するものであり、これらの検出を物体内部の走査により、1次元あるいは2次元さらには3次元の多次元画像情報を構築する技術に関し、例えば、生体などの高光散乱媒体の断層像を遠隔装置にて容易に観測できるようにした光波反射断層像観測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高光散乱媒体である生体の反射断層像を得る試みは、低コヒーレント光を用いて干渉計を構成することから始まる。
【0003】
図12及び図13を例示して、従来技術を説明する。
【0004】
図12は従来の光波反射像測定装置の構成図である。この装置は本願発明者によって特公平6−35946号として既に特許されたものである。
【0005】
この装置は、低コヒーレント(部分的コヒーレントとも表現する)光源51からの光束を直ちにマイケルソン干渉計に導入し、ビームスプリッター53により光束を分割し、一方を参照光として周波数シフトを与え、物体奥行き情報の走査を兼ねる可動反射鏡52により反射して光検出素子55に入射させる。
【0006】
また、他方の透過光は物体照射光とし、物体54の深部に至る屈折率の異なる散乱体の層から散乱反射され、物体反射光波となり、ビームスプリッター53により前記参照光と合波干渉され光検出素子55よりビート信号が検出されるものである。その照射光と物体54の位置関係を変化走査して、検出された電気信号はフィルターや増幅信号処理部56aを経て、コンピュータ56で記録・画像化されて反射断層像が得られる。
【0007】
他方、本原理に基づく構成の光路に光ファイバーを配置して、外部振動対策や取り扱いを簡便化したのが図13であり、特表平6−511312号公報として開示されている。なお、図12と同じ部分については同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【0008】
これによれば、光源51からの光束はファイバー61内を導波し、分岐合波回路57を経て、一方はファイバー61の出射端よりプローブ装置58の凸レンズ58aにて集光され、物体54より物体反射光波が形成される。他方の光束はピエゾ振動位相シフター59により周波数シフトが与えられ、可動反射鏡60により反射されて参照光を形成し、分岐合波回路57を経て前記物体反射光波と合波干渉されて光検出素子55に入射し、上記した先行技術と同様にして反射断層像が観測される。
【0009】
しかしながら、従来の干渉測定法では、何れも光走査する際に、1ビームのみをプローブ光として物体に照射し物体反射光波も散乱ポテンシャルからの近軸反射光線のみを捕捉することで、ヘテロダイン検波を行っており、物体照射光束の横断面積の直径で分解能が決まるので、空間コヒーレンスを必要とし、結像関係の像情報は散逸していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の方法で共通することは、いずれも参照光路と物体反射光路とが異なる経路を経て合波干渉されていることであり、また、前述のように結像関係の回折反射光の像情報は無視していることである。
【0011】
特に、物体へのプローブの役割を果たす、図13の光ファイバー61を用いる場合は遠隔計測には向いているが、両光路とも長距離となるため、外部環境の温度によって光路長が変化し、実用化においては温度補償技術を必要としている。
【0012】
特に、コヒーレント長が数ミクロンと短い高空間分解能の装置を構成する場合には、広帯域のスペクトルに対する分散も影響してきて重大な位相障害となる。
【0013】
後者の先行技術には光ファイバー束を用いて、照射ビームを走査する方法も開示されているが、ファイバー束の各ファイバー光路長のサブミクロン程度の伸び縮みによる位相擾乱が生じ、ビート信号の著しい低減を招くため、実用は至難であり、また、光ファイバーには単一モードファイバが使用されるのが一般的であるので、いずれも鉛直断面画像の伝送は不可能である。
【0014】
その結果、その画素信号は軽微なものとなり、著しくSNが悪く、物体深部の情報を得て画像化するのが困難であった。また、従来は物体深部からの反射光波が偏光解消し、ヘテロダイン検波ではその偏光選択性から参照光波と同一の偏光ベクトルを有する成分のみしか検出できないため、物体深部からの情報は検出が困難であった。特に、物体表面からの直線偏光成分の反射光波が著しく強いため、光検出器が飽和し、弱いヘテロダインビート信号は埋没され、著しくSNが悪化し画像信号の検出は困難であった。
【0015】
本発明は、上記問題点を解決するために、物体照射直前において略平行光束の断面分布を保持して前駆参照光波を予め生成し、この前駆参照光波を物体反射光波より時間にして、例えば、0.1nsec程度先行させて、同時に同一光路を伝搬させ、経路内の分散や位相擾乱をその鉛直断面分布にわたり両光波に同一の位相変化を与え、断面分布の各画素ごとに光検出する。ヘテロダイン光検出法は、2乗検波特性を有し両者の光電界の共役な波面同士が干渉し出力される。
【0016】
その結果、互いの同相の位相変化は相殺されて検出されず、途中光路の擾乱や分散はヘテロダイン検波出力に影響しないで検出できるように構成でき、さらに、物体深部の反射光波ほど偏光解消することに注目し、光ヘテロダイン検出特性を利用して物体深部信号をより効率良く検出するように構成し、さらには散乱ポテンシャルからの回折散乱反射光波をも捕捉し、空間コヒーレンスを考慮した合波干渉信号を利用して、広ダイナミックレンジでさらに高SNで反射信号を走査抽出して、生体などの深部断層の静的あるいは動的構造を検知し、多次元画像化して観測可能とする光波反射像観測装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、低コヒーレント光源からの光波を略平行光束とし、その断面分布の波面を保持して被検体直前にて2分割し、一方を照射光波とし、この照射光波による物体深部からの回折散乱光による鉛直断面像を有する物体反射光波を得て、他方をこの物体反射光波に対し相対的に前駆する参照光波となす手段と、この前駆参照光波と前記物体反射光波とが光検出器に至る長光路の擾乱や分散による位相変化を受けることにおいて、相互に共役な波面との後述の合成干渉検出法により前記位相変化を相殺できる同一光路と、前記前駆参照光波を連続的に遅延し前記物体反射光波と前記分割波面に対応して時空間コヒーレント長以内で合波干渉する手段と、前記前駆参照光波と前記物体反射光波間に相対的周波数シフトを与える手段と、前記物体反射光波が鉛直断面像を形成するに際し、その画素相当の部分波に対し、前記合波干渉光の画素を走査抽出する手段と、この抽出光を光電変換することにより前記周波数シフトに相当するヘテロダインビート周波数を検出する手段と、ビート信号と遅延手段とにより前記鉛直断面分布像の各画素に対し物体奥行きの反射断層像の構成要素とする振幅と位置情報を得て画素信号とする手段とを、具備して光波反射断層像を観測できるようにしたものである。
【0018】
また、光源からの光束を直線偏光とし、前記前駆参照光波は同一直線偏光成分とし、前記物体反射光波は物体表面近傍からの反射成分はこの直線偏光成分が多く、他方物体深部に至るほど高光散乱媒体である生体などにおいては偏光解消したこの直線偏光に直交する成分が多くなることにおいて、前記合波干渉光に対し、この直線偏光に直交する成分を多く透過させ、この直線偏光成分の前駆参照光波と物体表面からの物体反射光波成分とを少なく透過させるように所定の偏光角にて偏光板を配置し、物体表面の強い反射光波を低減させ物体深部の弱い反射情報を捕捉できる手段とを、具備して光波反射断層像を観測できるようにしたものである。
【0019】
さらには、非測定物体が動的散乱ポテンシャル部分を含みドップラーシフト周波数となる物体反射光波を生成する場合に、前記鉛直断面分布を有する合波干渉光の光検出手段から出力されるそのドップラーシフトビート成分を検出して複数の各空間分割成分信号を合成することにより、前記動的散乱ポテンシャルからの散乱光波の振幅情報を検出する手段と、前記ドップラーシフトビート成分周波数より動的散乱ポテンシャルの移動速度及び方向を前記鉛直断面像と奥行き反射像の3次元画素ごとに計算し表示する手段と、を具備して生体深部の動的構造なども可視化できるようにしたものである。
【0020】
また、高速化を図るために、被測定検体の所望の領域に亘り深部情報を検知し、各画素毎の各再生信号を記録蓄積し信号処理を施し多次元深部断層像として表示するコンピュータと表示器と、を具備し光波散乱断層像観測装置を構成したことに特徴がある。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0022】
図1は本発明の実施例を示す遅延参照光ヘテロダイン検波光反射断層像観測装置の構成図である。
【0023】
この図に示すように、低コヒーレント光源1からの光束をコンデンサレンズ系2で収束光3とし、半透明反射鏡4を介して空間フィルター5の開口を通過させ凸レンズ6により略平行光束とする。
【0024】
被測定検体(単に、被検体又は物体という場合もある)9の近傍に配置した平面半透明反射鏡6aにより、略平行光束を波面を保持して反射させ前駆参照光波7を発生させる。平面半透明反射鏡6aからの透過光は対物レンズ8により集光して被測定検体9に照射する。
【0025】
被測定検体9の深部からの物体反射光波10は対物レンズ8で捕捉され、前駆参照光波7と同一の光路を経て、最終的に光検出器19に至る。
【0026】
本原理による物体反射光波面と前駆参照光波面の形成法を図2に示す。ここで、図2(1)は物体照射光が凸レンズによる収束光の場合、図2(2)は略平行光の場合をそれぞれ示している。
【0027】
図2(1)、図2(2)において、光源からの波面は平面半透明反射鏡6aで分割され、反射光波面は前駆参照光波7となる。他方、透過光は対物レンズ8で収束され、物体照射光となる。被測定検体9の深層にある細胞などの散乱ポテンシャル9aからの物体反射光波10は対物レンズ8で捕捉される。
【0028】
対物レンズ8は、この時前焦点を通る光軸方向の回折散乱反射成分のみを選択的に捕捉する作用と空間フィルター5の作用により周辺の余分な散乱光を除去し、所望の位置の散乱ポテンシャル9aのみの画素情報を取得できることになる。これは、前焦点前後の光軸に沿った断面分布をもつ反射光波成分のみを捕捉するために共焦点系を構成しているのであり、通常の共焦点顕微鏡のように焦点のみの狭い一点の画素信号を捕捉するための構成でない。 ここでは、通常の共焦点顕微鏡と基本的に異なる作用を利用し、物体深層の断面分布9bの反射画像を検知していることが重要である。
【0029】
このように、分岐された各光波は、一方は物体反射光波、他方は前駆参照光波となるが同一光路を伝搬する。この時、前駆参照光波7と被測定検体9からの物体反射光波10の光路差は前述のように数cmと離れておらず、時間差にして、0.1nsec程度に過ぎないので、前駆参照光波7と物体反射光波10の両者は同一光路でほぼ同一の擾乱や分散による位相変移を経験する。
【0030】
各光波は、図1に示すように凸レンズ11により平行光束12aを成し、マイケルソン型干渉計101に入射する。そして、半透明反射鏡13により各光波の一部は反射され反射鏡14で反射され再度往復光12bとなる。
【0031】
一方、透過光は可動反射鏡15aで反射して往復光12cとなる。この時、往復光12bに対し、往復光12cを相対的に遅らせる。すなわち、半透明反射鏡13から可動反射鏡15aまでの光路長を長く取り、図3に示すように両者の光電界を重畳させるようにする。
【0032】
図3(a)を往復光12bとすると図3(b)が遅延させた往復光12cである。前駆させた反射参照光波が遅延により反射物体光波と合波して、図1に示す合波光12dを構成する。さらに、可動反射鏡15aを微細に移動し遅延参照光を物体反射光波と順次重ねていく。なお、15bは可動反射鏡制御台、17bはガルバノミラー制御台である。
【0033】
物体反射光波は深部反射光波ほど遅れて反射して来る成分を有しているので、所望の深部反射光波位置まで、遅延反射光波を移動して重ねる。その結果、物体反射光波面と前駆参照光波面が合波重畳されて光検出器19に入射され、前記各波面を有する各画素ごとのビート信号が検出される。ここで、遅延参照光電界Er(x,y,z)と反射物体光電界Es(x,y,z)を次式として表すことができる。
【0034】
【数1】
【0035】
【数2】
ここで、fは光周波数、fb は可動反射鏡15aの移動に基づくドップラー周波数、dr ,dS はそれぞれの往復光路長、zは被測定検体9の表面からの深部距離でx,y面は深部断層面位置座標、Φ(L)は前述の同一光路で各光束が経る位相変移の総和である。
【0036】
合波光12dは、凸レンズ16により集光され、ガルバノミラー17aに焦点を結ぶ。反射光波は発散光となるために、開口スリット18に一画素相当分の光束12eを入射するようにして、ガルバノミラー17aを適宜傾斜して深部断層面のx−y位置を走査する。開口スリット18からの通過光は光検出器19により2乗検波される。この時、光検出器19からの出力電気信号I(x,y,z)は次式となる。
【0037】
【数3】
ここで、Δfは光源1の周波数幅、G(f)はその周波数分布関数を表し、ここではガウス分布を仮定した。〔DCterms〕は背景雑音となる直流成分を表す。τ=(dr −dS )/cで前記の遅延時間を表す。
【0038】
上記式(3)より、ガウス関数がビート周波数faで変調を受け、そのピークの位置が光波反射物体の座標zを表すことが分かる。この時、前記位相項Φ(L)は電界の共役との積で相殺されて、出力に影響を及ぼさない。その結果、光路途中の位相擾乱は出力の変動を招かないので、光路の歪みの補償回路などを必要とせずに安定した出力信号を得ることができる。
【0039】
1画素の信号に対して、可動反射鏡15aを移動して得られる被測定検体9の奥行き信号が反射物体の深層の散乱ポテンシャルの構造情報となる。可動反射鏡15aを傾斜走査して画素ごとに深層の信号を得て、2次元断層像が構成される。
【0040】
可動反射鏡15aの制御と送り信号は制御器20aにより行い、ガルバノミラー17aの制御は制御器20bで行う。光検出器19からの出力信号は、ビート周波数を選別するフィルター及び増幅器20cで信号を信号処理装置(コンピュータ)20に送り、記録を蓄積し適当な画像処理を経て、多次元的に断層像を表示する。鉛直断面像を観測したい場合には、可動反射鏡15aを被測定検体9の深層の所の位置に対応させ、ガルバノミラー17aをx−y面で走査して、観測することができる。
【0041】
図4は本発明の他の実施例を示す偏波制御ヘテロダイン検波光反射断層像観測装置の構成図である。なお、上記した実施例と同じ部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
【0042】
この実施例では、低コヒーレント光源のスペクトルを制御してコヒーレント長を可変とし、z軸上の空間分解能を任意に設定する。
【0043】
例えば、ヨウ素ランプを光源として、波長域を0.5〜1.3μmとすると、空間分解能0.45μmを得る。図4に示すように、所定の帯域を透過する色ガラスや誘電体蒸着フィルター等をカラーフィルター1aに配置して実現する。さらに、光束の偏光特性を直線偏光として使用するために、直線偏光フィルター21aを図のように配置する。
【0044】
したがって、物体照射光波と前駆参照光波7を、例えば、紙面に平行なp−偏光とする。被測定検体9に照射された光束は、屈折率境界で後方散乱を生じると同時に、その散乱光波は深部からの散乱ほど偏光解消となり、入射直線偏光成分と同一の偏光特性を持たなくなることが知られている。
【0045】
それ故、深部からの後方散乱光ほどs−偏光成分が増大することと、p−偏光成分は物体表面からの不用な反射が著しいことに注目し、s−偏光成分の反射物体光電界Esを検出する方法を見出した。
【0046】
即ち、前記遅延参照光波を作る図4に示すマイケルソン干渉計101において、遅延反射用の可動反射鏡15aの直前に四分の一波長板21bを配置し、反射遅延参照光波をs−偏光成分として、s−偏光成分の反射物体光電界Esと合波して干渉信号を得るものである。
【0047】
一般に生体などの高光散乱媒質では、深部からの信号反射光波は著しく減衰するが、この方法により偏光解消した成分を遅延参照光波の偏光回転でヘテロダイン検出することにより補填できることになる。
【0048】
さらには、四分の一波長板21bの代わりに可変偏光移相器等を配置すると、p−偏光、s−偏光や円偏光成分を適宜案分して、被測定媒質の複屈折性を考慮するなどして最適な信号特性を得ることも出来る。図4におけるその他の動作は図1の実施例と同様であるので省略する。
【0049】
次に、光検出器に2次元アレイセンサーを用いた光波反射像観測装置を図5に示す。
【0050】
ここでは、合波光12dを集光し、迷光を空間フィルター23で除去した後、レンズ16aで反射映像を光アレイセンサー24の面に結像して、各干渉画素をヘテロダイン検出するものである。
【0051】
所望の画素数に相当する光検出素子数を備えた光アレイセンサー24は、画素毎にヘテロダイン検波して映像信号を検出する。各検出器からの信号は、信号処理装置(コンピュータ)20のビート周波数のバンドパスフィルターを経てロックインアンプで増幅集積し、DC出力とし、ディスプレイに画像表示などをして、被測定検体9内部の多次元断層像の観測を実現するものである。
【0052】
この実施例では、図1のガルバノミラー17aが不要となり、即ち画素信号の検出に光走査をすることなく、瞬時に画像信号を検出することができ、高速映像化が可能となる。
【0053】
また、被測定検体9の深部鉛直断面の反射像を瞬時に映像化でき、深部検出位置を可動反射鏡15aを、例えばz−軸上で10μm毎に鉛直断面映像信号を記録蓄積して、3次元断層像を任意の切り口で再生して映像化できるものである。
【0054】
また、この実施例では対物レンズに相当する集光レンズ8を可動台22により、光軸方向に前後して、適宜集光点位置を可変にする機構も備え、照射光波強度と反射光波強度を最適化できるという特徴も備えている。
【0055】
次に、被測定検体9への光路に光バンドルファイバーをプローブとして用いた光バンドルファイバー付光反射断層像観測装置の構成例を図6に示す。
【0056】
これは、図1における半透明反射鏡4より被測定検体9に至る光路を図6に示す光バンドルファイバー31dとする方法である。
【0057】
また、光源1からの光路にはテーパ型ファイバー31aを配置して、光の集光性を容易にしている。このテーパ型ファイバー31aからの略平行光束を凸レンズ2bで平行光束にして半透明反射鏡38で反射してプローブ用光バンドルファイバー31dに入射する。この光バンドルファイバー31dの出射端面に半透明光反射膜6bを密着して作り、前駆参照光波7を発生させる。なお、39はレンズホルダーである。
【0058】
透過照射光は凸レンズ8aで集光し、被測定検体9に照射する。前記前駆参照光波7と被測定検体9からの物体反射光波10とは、バンドル内の同一のファイバーを経由して、干渉計101に入射して、図1における動作により、反射断層像を得る。
【0059】
このように構成することにより、長尺のファイバーであっても、前述の位相擾乱の相殺方法により、ファイバーによる擾乱とそれによる雑音を消去出来るので、高い雑音対信号比で画素信号を得ることが可能となる。このような光バンドルファイバーのプローブ使用により、例えば、胃カメラやファイバーカテーテルとの併用により、胃壁の写真と同時に胃壁の深層の断層像を映像化することができる。
【0060】
次に、被測定検体への光路に屈折率分布ファイバーをプローブとして用いた屈折率分布ファイバー付光反射断層像観測装置の実施例を図7に示す。
【0061】
ここでは、光源1からの光バンドルファイバー31bを通った光束を凸レンズ2bで結合し、光束を屈折率分布ファイバー31eまたテーパ型屈折率分布ファイバー31fに入射する。入射光束は屈折率分布に応じて収束分散を周期的に繰り返し出射端に至る。なお、4は半透明反射鏡である。
【0062】
このファイバー長と先のレンズの結合を適宜選択すると、出射端からの光束を略平行に出来る。その出射端面に部分的光反射膜6cを密着して、略平行光束から前駆参照光波を発生させる。透過光は前記と同様に被測定検体9に入射し、物体反射光波10を得る。
【0063】
前記実施例の光バンドルファイバーの場合と異なり、前駆参照光波7と物体反射光波10は屈折率分布ファイバー31e内を収束発散を繰り返して伝搬するが、屈折率分布ファイバー31e内で受ける位相擾乱は、共に同一の位相擾乱を受けるため、前記原理により、両者の位相擾乱は相殺されて干渉信号が検出できる。画素信号を検出する他の動作は、図1の実施例に基づくものであるので説明は省略する。
【0064】
次に、被測定検体への光路に映像を撮像するCCDカメラ付光反射断層像観測装置の構成例を図8に示す。
【0065】
ここでは、前駆参照光波7と物体反射光波10が干渉計l01に至る途中の光路に半透明反射鏡25を配置して、反射光波を、例えば10%ほど取り出す。その反射光波は強い前駆参照光波7を含み、前駆参照光波7は映像ではないので、直線偏光フィルタ21cを配置して、偏光面を直交して減衰させて影響を取り除く。
【0066】
物体反射光波10は前記したように偏光解消によって、直交した直線偏光フィルタ21cを透過する反射映像成分を有するので、結像レンズ系26によってCCD検出器27に結像される。このCCD検出器27では、被測定検体9の照射光内の顕微鏡像が対物レンズに相当する集光レンズ8と結像レンズ系26との作用で観測できる。
【0067】
この実施例では、断層像観測面の映像を予めこのCCD検出器27によって観測しつつ、所望の位置の断層像を観測できることに特徴がある。図6及び図7の実施例における光バンドルファイバーや屈折率分布ファイバーにおいても、各実施例の構成では、断層像観測面の映像が伝送でき、本実施例を組み込んだ装置も構成可能である。
【0068】
次に、被測定検体への側面照射付光反射断層像観測装置の構成例を図9に示す。 ここでは、光源1からの光束を一旦集光し、その発散光の一部を断層像観測用照射光28aとなし、凸レンズ6を経て物体反射光波10を形成する。
【0069】
他方、レンズ6の周辺部の光束28bは、コーン型の透明プラスチックより成る光導波体29に導かれ、筒状内を全反射を繰り返し導波して切り込まれた先端部より、被測定検体9の表面に側面より照射される側面照射光30となる。
【0070】
生体などの半透明な物質を観測する場合、正面照射より側面照射の方が表面の強い反射光波を避けて映像化できることが知られており、この実施例では強い反射光波が生じる垂直入射の照射を低減し、深層に至る映像化が高効率にできる特徴がある。
【0071】
次に、被測定検体への光ファイバー導波側面照射付光反射断層像観測装置の構成例を図10に示す。
【0072】
ここでは、光源からの光束を半透明反射鏡4で分割して、図示するように反射光波を凸レンズ32で集光して円周分布型ファイバー束31cに導波して図9の構成例と同様にコーン型光導波体33に導波し、側面照射光を形成するものである。
【0073】
この実施例ではCCDカメラ装置103とコーン型光導波体33を含むプローブ装置104等を一体化して観測に至便な装置とできる特徴がある。干渉系101への光束の導入は、光バンドルファイバー31bや屈折率分布ファイバーなどを用いて、プローブ装置104等を遠隔操作ができるように離して構成することもできる。
【0074】
次に、CCDカメラ映像用光源を別途備えた2光源方式光反射断層像観測装置の構成例を図11に示す。
【0075】
ここでは、CCDカメラ映像用光源36には、例えばハロゲンランプを備え、光源の熱線を除去するため色ガラスフィルター36aを配置し、光束を光バンドルファイバー31dを用いてプローブ装置104に導入して、前記実施例と同様に側面照射光を形成する。なお、37は凸レンズである。
【0076】
他方、低コヒーレント光源1としては、ヨウ素ランプの代りにスーパールミネッセントダイオードの低コヒーレント光を用いて、前記実施例と同様に動作して断層像を得る。
【0077】
この実施例では、光源をそれぞれ独立に用意することで、光源のスペクトル成分を可変にして、例えば、CCDカメラ映像用光源36のスペクトル成分は昼光色となし、低コヒーレント光源1には生体などを透過しやすい赤外域のスペクトル成分を多くするなどして、高効率でそれぞれの映像化を達成できる特徴がある。
【0078】
この実施例のいずれの構成においても、被測定検体が動的散乱ポテンシャル部分を含みドップラーシフト周波数となる物体反射光波を生成する場合、前記鉛直断面分布を有する合波干渉光の光検出器から出力されるそのドップラーシフトビート成分を電気的フィルターを通過して検出して複数の各空間画素成分信号を合成することにより、前記動的散乱ポテンシャルからの散乱光波の振幅情報を抽出し、前記ドップラーシフトビート成分周波数より動的散乱ポテンシャルの移動速度及び方向を前記鉛直断面像と奥行き反射像の3次元画素ごとに計算し表示するコンピュータを具備し、例えば生体深部の血流分布などの動的構造を可視化できるようにしたことを特徴とする光波反射断層像観測装置が構成できる。
【0079】
前記各実施例で示した各構成を本発明の趣旨を違えることなく、適宜組み合わせを変化させても本発明の範囲内にあることは明らかである。
【0080】
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形や単独使用も可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0081】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明は、低コヒーレント光源からの光波を略平行光束とし、その断面分布の波面を保持して被検体直前にて2分割し、一方を照射光波とし、この照射光波による物体深部からの回折散乱光による鉛直断面像を有する物体反射光波を得て、他方をこの物体反射光波に対し相対的に前駆する参照光波となす手段と、この前駆参照光波とこの物体反射光波とが光検出器に至る長光路の擾乱や分散による位相変化を受けることに際し相互に共役な波面との後述の合成干渉検出法により前記位相変化を相殺できる同一光路と、前記前駆参照光波を連続的に遅延し前記物体反射光波と前記分割波面に対応して時空間コヒーレント長以内で合波干渉する手段と、前記前駆参照光波と前記物体反射光波間に相対的周波数シフトを与える手段と、この物体反射光波が鉛直断面像を形成するためにその画素相当の部分波に対し、この合波干渉光の画素を走査抽出する手段と、この抽出光を光電変換することにより、この周波数シフトに相当するヘテロダインビート周波数を検出する手段と、このビート信号とこの遅延手段により前記鉛直断面分布像の各画素に対し物体奥行きの反射断層像の構成要素となる振幅と位置情報を得て画素信号とする手段とを具備して光波反射断層像を観測できる。
【0082】
また、光源からの光束を直線偏光とし、前記前駆参照光波は同一直線偏光成分とし、前記物体反射光波は、物体表面近傍からの反射成分は該直線偏光成分が多く、他方物体深部に至るほど高光散乱媒体である生体などにおいては偏光解消したこの直線偏光に直交する成分が多くなるため、前記合波干渉光に対し、この直線偏光に直交する成分を多く透過させ、この直線偏光成分の前駆参照光波と物体表面からの物体反射光波成分とを少なく透過させるように所定の偏光角にて偏光板を配置し、物体表面の強い反射光波を低減させ物体深部の弱い反射情報を捕捉できる手段とを具備して光波反射断層像を観測できる。
【0083】
さらには、被測定検体が動的散乱ポテンシャル部分を含みドップラーシフト周波数となる物体反射光波を生成するにおいて、前記鉛直断面分布を有する合波干渉光の光検出手段から出力される該ドップラーシフトビート成分を検出して複数の各空間分割成分信号を合成することにより、前記動的散乱ポテンシャルからの散乱光波の振幅情報を検出する手段と、前記ドップラーシフトビート成分周波数より動的散乱ポテンシャルの移動速度および方向を前記鉛直断面像と奥行き反射像の3次元画素ごとに計算し表示する手段とを具備して生体深部の動的構造なども可視化できるようにした光波反射断層像観測装置である。
【0084】
また、高速化を図るために、被測定検体の所望の領域に渡り深部情報を検知し、各画素毎の各再生信号を記録蓄積し、信号処理を施し多次元深部断層像として表示するコンピュータと表示器とを具備し光波散乱断層像観測装置を構成することができる。
【0085】
以上のように、本発明によれば、生体を構成する細胞や組織などの散乱ポテンシャルからの回折散乱反射光波をも捕捉し空間コヒーレンスを考慮した合波干渉信号を利用して、広ダイナミックレンジでさらに高SNで反射信号を走査抽出して、生体などの深部断層の静的あるいは動的構造を検知し多次元画像化して形態学的情報や血流分布などの医療情報や半導体をはじめとする諸材料の組織学的情報などを非侵襲、非破壊的に顕微鏡レベルの高空間分解能で観測可能とし、新規な光波反射像観測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す遅延参照光ヘテロダイン検波光反射断層像観測装置の構成図である。
【図2】本原理による物体反射光波面と前駆参照光波面の形成法を示す説明図であり、図2(1)は物体照射光が凸レンズによる収束光の場合、図2(2)は略平行光の場合である。
【図3】前駆参照光波を遅延させて物体反射光波と合波してヘテロダイン干渉ビート信号により物体反射信号を検出する方法と位相擾乱Φ(L)を相殺する方法の説明図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す偏波制御ヘテロダイン検波光反射断層像煽測装置の構成図である。
【図5】光検出器に2次元アレイセンサーを用いた光波反射像観測装置の実施例図である。
【図6】光バンドルファイバーをプローブとして用いた光バンドルファイバー付光反射断層像観測装置の構成図である。
【図7】屈折率分布ファイバーをプローブとして用いた屈折率分布ファイバー付光反射断層像観測装置の構成図である。
【図8】被測定検体への光路に映像を撮像するCCDカメラ付光反射断層像観測装置の構成図である。
【図9】被測定検体への側面照射付光反射断層像観測装置の構成図である。
【図10】被測定検体への光ファイバー導波側面照射付光反射断層像観測装置の構成図である。
【図11】CCDカメラ映像用光源を別途備えた2光源方式光反射断層像観測装置の構成図である。
【図12】従来の光波反射像測定装置の構成図である。
【図13】図12の原理に基づく構成の光路に光ファイバーを配置して、外部振動対策や取り扱いを簡便化した構成図である。
【符号の説明】
1 低コヒーレント光源
1a カラーフィルター
2 コンデンサレンズ系
2b,6,8a,11,16,32,37 凸レンズ
3 収束光
4,13,25,38 半透明反射鏡
5,23 空間フィルター
6a 平面半透明反射鏡
6b 半透明光反射膜
6c 部分的光反射膜
7 前駆参照光波
8 対物レンズ
9 被測定検体
9a 散乱ポテンシャル
9b 断面分布
10 物体反射光波
12a 平行光束
12b,12c 往復光
12d 合波光
12e 光束
14 反射鏡
15a 可動反射鏡
15b 可動反射鏡制御台
16a レンズ
17a カルバノミラー
17b ガルバノミラー制御台
18 開口スリット
19 光検出器
20 信号処理装置(コンピュータ)
20a,20b 制御器
20c フィルター及び増幅器
21a,21c 直線偏光フィルター
21b 四分の一波長板
22 可動台
24 光アレイセンサー
26 結像レンズ系
27 CCD検出器(CCDカメラ)
28a 断層像観測用照射光
28b 周辺部の光束
29 光導波体
30 側面照射光
31a テーパ型ファイバー
31b,31d 光バンドルファイバー
31c 円周分布型ファイバー束
31e 屈折率分布ファイバー
31f テーパ型屈折率分布ファイバー
33 コーン型光導波体
36 CCDカメラ映像用光源
36a 色ガラスフィルター
39 レンズホルダー
101 干渉計
103 CCDカメラ装置
104 プローブ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light wave reflection tomographic image observation apparatus, for example, with a small object distributed inside a living body or the like as a high light scattering medium as a scattering center. , Detects backscattered light waves from the scattering potential light scattering Medium Interferometer using the short coherent length of low-coherent light, utilizing the fact that coherence remains even in the reflected light wave from the body Measurer Acquire scattering position information and reflection amplitude information in stages Is, These detections relate to a technique for constructing one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional multidimensional image information by scanning the inside of an object. High The present invention relates to a light wave reflection tomographic image observation apparatus that can easily observe a tomographic image of a light scattering medium with a remote device.
[0002]
[Prior art]
An attempt to obtain a reflected tomographic image of a living body, which is a high light scattering medium, starts with the construction of an interferometer using low coherent light.
[0003]
The prior art will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
[0004]
FIG. 12 is a block diagram of a conventional light wave reflection image measuring apparatus. This device has already been patented by the present inventor as Japanese Patent Publication No. 6-35946.
[0005]
This apparatus immediately introduces a light beam from a low-coherent (also referred to as partially coherent)
[0006]
The other transmitted light is object irradiation light, which is scattered and reflected from a scatterer layer having a different refractive index that reaches the deep part of the
[0007]
On the other hand, configuration based on this principle of FIG. 13 shows the arrangement of an optical fiber in the optical path to simplify external vibration countermeasures and handling, which is disclosed in JP-T-6-511112. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same part as FIG. 12, and those description is abbreviate | omitted.
[0008]
According to this, the light beam from the
[0009]
However, in any of the conventional interferometry methods, when scanning light, heterodyne detection is performed by irradiating an object with only one beam as probe light and capturing only the paraxial reflected light from the scattering potential. Since the resolution is determined by the diameter of the cross-sectional area of the object irradiation light beam, spatial coherence is required, and image-related image information is dissipated.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
What is common in the above conventional methods is Z This is that the reference optical path and the object reflection optical path are combined and interfered through different paths, and the image information of the diffracted reflected light in the imaging relation is ignored as described above.
[0011]
In particular, when the
[0012]
In particular, when a high spatial resolution apparatus having a coherent length as short as several microns is constructed, dispersion on a broadband spectrum is also affected, which becomes a serious phase obstacle.
[0013]
Although the latter prior art also discloses a method of scanning an irradiation beam using an optical fiber bundle, phase disturbance occurs due to submicron expansion and contraction of each fiber optical path length of the fiber bundle, and the beat signal is significantly reduced. Therefore, practical use is difficult, and single-mode fibers are generally used for optical fibers. Because Yes Z Even in this case, transmission of a vertical cross-sectional image is impossible.
[0014]
As a result, the pixel signal is slight, the SN is remarkably poor, and it is difficult to obtain information on the deep part of the object and image it. Conventionally, the reflected light wave from the deep part of the object is depolarized, and in heterodyne detection, the polarization is selected. sex Thus, only the component having the same polarization vector as that of the reference light wave can be detected, so that it is difficult to detect information from the deep part of the object. In particular, since the reflected light wave of the linearly polarized component from the object surface is extremely strong, the photodetector is saturated, the weak heterodyne beat signal is buried, the SN is remarkably deteriorated, and the detection of the image signal is difficult.
[0015]
In order to solve the above problems, the present invention generates a precursor reference light wave in advance while maintaining a cross-sectional distribution of a substantially parallel light beam immediately before object irradiation, This precursor reference light wave Object reflected light wave Than In time, for example, the same optical path is propagated at the same time, for example, leading about 0.1 nsec, and the same phase change is given to both light waves over the vertical cross-sectional distribution of dispersion and phase disturbance in the path, for each pixel of the cross-sectional distribution. To detect light. The heterodyne light detection method has square detection characteristics, and conjugate wavefronts of both optical electric fields interfere with each other and are output.
[0016]
As a result, phase changes in the same phase are canceled out and not detected, and disturbances and dispersions in the optical path can be detected without affecting the heterodyne detection output. In order to detect the object deep signal more efficiently by utilizing the optical heterodyne detection characteristics, it also captures the diffracted scattered reflected light wave from the scattering potential. , Using the combined interference signal considering spatial coherence, the reflected signal is scanned and extracted at a high SN with a wide dynamic range to detect the static or dynamic structure of a deep fault such as a living body, and to create a multidimensional image It is an object of the present invention to provide a light wave reflection image observation apparatus that enables observation.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention makes a light wave from a low-coherent light source a substantially parallel light beam, maintains a wavefront of its cross-sectional distribution and divides it into two immediately before the subject, and sets one light as an irradiation light wave. Means for obtaining an object-reflected light wave having a vertical cross-sectional image by diffracted and scattered light from the deep part of the object, and making the other a reference light wave that is precursor relative to the object-reflected light wave, and the precursor reference light wave and the object reflected light wave Receiving the phase change due to disturbance or dispersion of the long optical path leading to the photodetector, the same optical path that can cancel the phase change by a synthetic interference detection method described later with a wavefront that is conjugate to each other, and the precursor reference light wave Means for continuously delaying and interfering with the object reflected light wave and the split wavefront within a spatio-temporal coherent length, and a relative frequency shift between the precursor reference light wave and the object reflected light wave And a means for scanning and extracting a pixel of the combined interference light with respect to a partial wave corresponding to the pixel when the object reflected light wave forms a vertical cross-sectional image, and photoelectrically converting the extracted light by photoelectric conversion. A pixel that obtains amplitude and position information as a component of a reflection tomographic image of an object depth for each pixel of the vertical cross-sectional distribution image by means for detecting a heterodyne beat frequency corresponding to a frequency shift, and a beat signal and a delay means. A signal means is provided so that a light-wave reflection tomographic image can be observed.
[0018]
The light beam from the light source is linearly polarized, the precursor reference light wave has the same linearly polarized light component, and the reflected light wave from the object has a large amount of linearly polarized light reflected from the vicinity of the object surface. In a living body such as a medium, since there are many components orthogonal to the linearly polarized light that has been depolarized, a large amount of the component orthogonal to the linearly polarized light is transmitted to the combined interference light. A polarizing plate is arranged at a predetermined polarization angle so as to transmit a light wave and an object reflected light wave component from the object surface to a small extent, and a means for reducing a strong reflected light wave on the object surface and capturing weak reflected information in the deep part of the object. , So that a light wave reflection tomographic image can be observed.
[0019]
Further, when a non-measurement object generates an object reflected light wave including a dynamic scattering potential portion and having a Doppler shift frequency, the Doppler shift beat output from the combined interference light detection means having the vertical cross-sectional distribution is provided. Means for detecting the amplitude information of the scattered light wave from the dynamic scattering potential by detecting a component and synthesizing a plurality of spatial division component signals, and the moving speed of the dynamic scattering potential from the Doppler shift beat component frequency And means for calculating and displaying the direction for each three-dimensional pixel of the vertical cross-sectional image and the depth reflection image so that the dynamic structure of the deep part of the living body can be visualized.
[0020]
In addition, in order to increase the speed, a computer and a display that detect deep information over a desired region of the sample to be measured, record and store each reproduction signal for each pixel, perform signal processing, and display it as a multidimensional deep tomographic image And a light wave scattering tomographic image observation apparatus.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0022]
FIG. 1 is a configuration diagram of a delayed reference beam heterodyne detection light reflection tomographic image observation apparatus showing an embodiment of the present invention.
[0023]
As shown in this figure, the light beam from the low-coherent
[0024]
Sample to be measured (Sometimes simply referred to as a subject or object) By the flat translucent reflecting
[0025]
The object reflected
[0026]
According to this principle Object reflected light A method for forming the wavefront and the precursor reference light wavefront is shown in FIG. Here, FIG. 2 (1) shows the case where the object irradiation light is convergent light by the convex lens, and FIG. 2 (2) shows the case of substantially parallel light.
[0027]
In FIG. 2 (1) and FIG. 2 (2), the wavefront from the light source is divided by the planar translucent reflecting
[0028]
The
[0029]
As described above, one of the branched light waves is the object reflected light wave and the other is the precursor reference light wave, but propagates in the same optical path. At this time, precursor
[0030]
As shown in FIG. 1, each light wave forms a
[0031]
On the other hand, the transmitted light is reflected by the movable reflecting
[0032]
If FIG. 3A is a
[0033]
Since the object reflected light wave has a component that reflects later as the deep reflected light wave, the delayed reflected light wave is moved and overlapped to a desired deep reflected light wave position. As a result, the object reflected light wavefront and the precursor reference light wavefront are combined and superimposed on the
[0034]
[Expression 1]
[0035]
[Expression 2]
Where f is the optical frequency and f b Is the Doppler frequency based on the movement of the
[0036]
The combined
[0037]
[Equation 3]
Where Δf is the
[0038]
From the above equation (3), it can be seen that the Gaussian function is modulated at the beat frequency fa, and the peak position represents the coordinate z of the light wave reflecting object. At this time, the phase term Φ (L) is canceled by the product of the conjugate of the electric field and does not affect the output. As a result, phase disturbance in the middle of the optical path does not cause output fluctuations, so that a stable output signal can be obtained without the need for a compensation circuit for optical path distortion.
[0039]
The depth signal of the
[0040]
Control of the
[0041]
FIG. 4 is a configuration diagram of a polarization control heterodyne detection light reflection tomographic image observation apparatus showing another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the above-mentioned Example, and the description is abbreviate | omitted.
[0042]
In this embodiment, the spectrum of the low-coherent light source is controlled to make the coherent length variable, and the spatial resolution on the z-axis is arbitrarily set.
[0043]
For example, when an iodine lamp is used as a light source and the wavelength range is 0.5 to 1.3 μm, a spatial resolution of 0.45 μm is obtained. As shown in FIG. 4, a color glass or a dielectric deposition filter that transmits a predetermined band is arranged on the
[0044]
Therefore, object irradiation light wave And precursor
[0045]
Therefore, paying attention to the fact that the s-polarized light component increases with backscattered light from the deep part and that the p-polarized light component is significantly reflected from the object surface. Shoot A method for detecting the object light electric field Es has been found.
[0046]
That is, the Michelson interferometer shown in FIG. 101 , The quarter-
[0047]
In general, in a high light scattering medium such as a living body, a signal reflected light wave from a deep part is significantly attenuated. However, a component depolarized by this method can be compensated by heterodyne detection by polarization rotation of a delayed reference light wave.
[0048]
Furthermore, when a variable polarization phase shifter or the like is disposed instead of the quarter-
[0049]
Next, a light wave reflection image observation apparatus using a two-dimensional array sensor as a photodetector is shown in FIG.
[0050]
Here, the combined
[0051]
The
[0052]
In this embodiment, FIG.
[0053]
Also measured
[0054]
In this embodiment, the
[0055]
Next, FIG. 6 shows a configuration example of a light reflection tomographic image observation apparatus with an optical bundle fiber using an optical bundle fiber as a probe in the optical path to the
[0056]
This is the translucent reflector in FIG. 4 Than
[0057]
Also light source 1 A tapered
[0058]
The transmitted irradiation light is condensed by the
[0059]
With this configuration, even with a long fiber, the above-described phase disturbance canceling method can eliminate the disturbance caused by the fiber and the noise caused thereby, so that a pixel signal can be obtained with a high noise-to-signal ratio. It becomes possible. like this light By using a bundle fiber probe, a tomographic image of a deep layer of the stomach wall can be visualized simultaneously with a photograph of the stomach wall, for example, in combination with a stomach camera or a fiber catheter.
[0060]
next, Covered Measurement Inspection An embodiment of an optical reflection tomographic image observation apparatus with a refractive index distribution fiber using a refractive index distribution fiber as a probe in the optical path to the body is shown in FIG.
[0061]
Here, the
[0062]
By appropriately selecting the coupling between the fiber length and the previous lens, the light flux from the emission end can be made substantially parallel. The partial
[0063]
Of the above embodiment light Unlike the bundle fiber, the precursor
[0064]
next, Covered Measurement Inspection A configuration example of a light reflection tomographic image observation apparatus with a CCD camera that captures an image on the optical path to the body is shown in FIG.
[0065]
Here, the translucent reflecting
[0066]
As described above, the object reflected
[0067]
This embodiment is characterized in that a tomographic image at a desired position can be observed while observing an image of the tomographic image observation surface with the
[0068]
next, Covered Measurement Inspection FIG. 9 shows a configuration example of the light reflection tomographic image observation apparatus with side irradiation on the body. Here, the
[0069]
On the other hand, the
[0070]
When observing a translucent material such as a living body, it is known that side irradiation can be imaged while avoiding strong reflected light waves on the surface rather than front irradiation. In this embodiment, normal incidence irradiation that generates strong reflected light waves is known. The feature is that it is possible to reduce the image quality and make the imaging into the deep layer highly efficient.
[0071]
next, Covered Measurement Inspection FIG. 10 shows a configuration example of a light reflection tomographic image observation apparatus with an optical fiber waveguide side-surface irradiation on the body.
[0072]
Here, the luminous flux from the light source is divided by the translucent reflecting
[0073]
This embodiment is characterized in that the
[0074]
Next, FIG. 11 shows a configuration example of a two-light source type light reflection tomographic image observation apparatus separately provided with a CCD camera image light source.
[0075]
Here, the CCD camera image
[0076]
On the other hand, the low coherent
[0077]
In this embodiment, the light source is prepared independently so that the spectral component of the light source is variable. For example, the spectral component of the CCD camera image
[0078]
In this example Z Even in this configuration, when the object to be measured generates an object reflected light wave including a dynamic scattering potential portion and having a Doppler shift frequency, the Doppler output from the combined interference light photodetector having the vertical cross-sectional distribution. By detecting the shift beat component through an electrical filter and synthesizing each of the plurality of spatial pixel component signals, the amplitude information of the scattered light wave from the dynamic scattering potential is extracted, and from the Doppler shift beat component frequency A computer that calculates and displays the moving speed and direction of the dynamic scattering potential for each of the three-dimensional pixels of the vertical cross-sectional image and the depth reflection image so as to visualize a dynamic structure such as a blood flow distribution in the deep part of the living body. An optical wave tomographic image observation apparatus characterized by the above can be configured.
[0079]
It is apparent that the configurations shown in the above embodiments are within the scope of the present invention even if the combinations are changed as appropriate without changing the spirit of the present invention.
[0080]
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and single use are possible based on the spirit of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.
[0081]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention converts the light wave from the low coherent light source into a substantially parallel light beam. , Hold the wavefront of the cross-sectional distribution and divide it into two just before the subject. , Means for obtaining an object reflected light wave having a vertical cross-sectional image by diffracted scattered light from the deep part of the object due to one of the irradiated light waves and making the other a reference light wave that is relatively precursor to the object reflected light wave; When the precursor reference light wave and the object reflected light wave are subjected to a phase change due to disturbance or dispersion of a long optical path leading to the photodetector, the same phase change can be canceled by a synthetic interference detection method described later with a wavefront conjugated to each other. An optical path, means for continuously delaying the precursor reference light wave and interfering with the object reflected light wave and the split wavefront within a spatio-temporal coherent length, and a relative relationship between the precursor reference light wave and the object reflected light wave A means for applying an optical frequency shift, a means for scanning and extracting a pixel of the combined interference light with respect to a partial wave corresponding to the pixel in order to form a vertical sectional image of the object reflected light wave, Means for detecting a heterodyne beat frequency corresponding to this frequency shift by photoelectrically converting light, and constituent elements of a reflection tomographic image of the object depth for each pixel of the vertical cross-sectional distribution image by this beat signal and this delay means The light wave reflection tomographic image can be observed by providing means for obtaining the amplitude and position information to be a pixel signal.
[0082]
The light beam from the light source is linearly polarized light, the precursor reference light wave is the same linearly polarized light component, and the object reflected light wave is , Reflection component from near object surface Is the There are many linearly polarized light components. On the other hand, in the living body, which is a high light scattering medium, the component perpendicular to the depolarized linearly polarized light increases as it reaches the deep part of the object. For The combined interference light has a predetermined polarization angle so that a large amount of the component orthogonal to the linearly polarized light is transmitted and the precursor reference light wave and the reflected object light wave component from the object surface are transmitted in a small amount. And a means for reducing the strong reflected light wave on the surface of the object and capturing weak reflected information in the deep part of the object.
[0083]
Further, when the object to be measured generates an object reflected light wave including a dynamic scattering potential portion and having a Doppler shift frequency, the Doppler shift beat component output from the light detection means of the combined interference light having the vertical section distribution And detecting the amplitude information of the scattered light wave from the dynamic scattering potential by synthesizing a plurality of spatial division component signals, and the moving speed of the dynamic scattering potential from the Doppler shift beat component frequency and A light-wave reflection tomographic image observation apparatus comprising a means for calculating and displaying the direction for each three-dimensional pixel of the vertical cross-sectional image and depth reflection image so that the dynamic structure of the deep part of the living body can be visualized.
[0084]
In order to increase the speed, a computer that detects depth information over a desired region of the sample to be measured, records and stores each reproduction signal for each pixel, performs signal processing, and displays it as a multidimensional deep tomographic image; And a light wave scattering tomographic image observation apparatus.
[0085]
As described above, according to the present invention, a circuit from a scattering potential of a cell or tissue constituting a living body is recovered. Occasionally By using a combined interference signal that captures scattered reflected light waves and considers spatial coherence, the reflected signal is scanned and extracted with a high SN with a wide dynamic range, and the static or dynamic structure of a deep fault such as a living body can be obtained. Detects and multi-dimensionally visualizes medical information such as morphological information and blood flow distribution, and histological information of various materials including semiconductors in a non-invasive and non-destructive manner with high spatial resolution at the microscope level Thus, a novel light wave reflection image observation apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a delayed reference light heterodyne detection light reflection tomographic image observation apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method of forming an object reflected light wavefront and a precursor reference light wavefront according to the present principle. FIG. 2 (1) is a case where the object irradiation light is a convergent light by a convex lens, and FIG. This is the case of parallel light.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method of delaying a precursor reference light wave and combining it with an object reflected light wave to detect an object reflected signal by a heterodyne interference beat signal and a method of canceling out phase disturbance Φ (L).
FIG. 4 is a configuration diagram of a polarization control heterodyne detection optical reflection tomographic image measuring apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a light wave reflection image observation apparatus using a two-dimensional array sensor as a photodetector.
FIG. 6 shows light using an optical bundle fiber as a probe. Ba It is a block diagram of a light reflection tomographic image observation apparatus with a handle fiber.
FIG. 7 is a configuration diagram of a light reflection tomographic image observation apparatus with a refractive index distribution fiber using a refractive index distribution fiber as a probe.
[Fig. 8] Covered Measurement Inspection It is a block diagram of the light reflection tomographic image observation apparatus with a CCD camera which images an image on the optical path to the body.
FIG. 9 Covered Measurement Inspection It is a block diagram of the light reflection tomographic image observation apparatus with side irradiation to a body.
FIG. 10 Covered Measurement Inspection It is a block diagram of the optical reflection tomogram observation apparatus with an optical fiber waveguide side surface irradiation to a body.
FIG. 11 is a configuration diagram of a two-light-source light reflection tomographic image observation apparatus separately provided with a CCD camera image light source.
FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional lightwave reflection image measuring apparatus.
13 is a configuration based on the principle of FIG. of It is the block diagram which arrange | positioned the optical fiber in the optical path and simplified the countermeasure against external vibration and handling.
[Explanation of symbols]
1 Low coherent light source
1a Color filter
2 Condenser lens system
2b, 6, 8a, 11, 16, 32, 37 Convex lens
3 convergent light
4, 13, 25, 38 Translucent reflector
5,23 Spatial filter
6a Flat translucent reflector
6b Translucent light reflecting film
6c Partial light reflection film
7 Precursor reference light wave
8 Objective lens
9 Sample to be measured
9a Scattering potential
9b Cross-section distribution
10 Object reflected light wave
12a Parallel light flux
12b, 12c round-trip light
12d combined light
12e luminous flux
14 Reflector
15a Movable reflector
15b Movable reflector control stand
16a lens
17a Carbanomirror
17b Galvano mirror control stand
18 Opening slit
19 Photodetector
20 Signal processing device (computer)
20a, 20b controller
20c Filter and amplifier
21a, 21c linear polarizing filter
21b Quarter-wave plate
22 Movable stand
24 Optical array sensor
26 Imaging lens system
27 CCD detector (CCD camera)
28a Irradiation light for tomographic image observation
28b Luminous flux at the periphery
29 Optical waveguide
30 Side-illuminated light
31a Tapered fiber
31b, 31d light Bundle fiber
31c Circumferentially distributed fiber bundle
31e Refractive index distribution fiber
31f Tapered gradient index fiber
33 Cone-type optical waveguide
36 Light source for CCD camera image
36a color glass filter
39 Lens holder
101 Interferometer
103 CCD camera device
104 Probe device
Claims (17)
(b)前記照射光波による物体深部からの鉛直断面像を有する物体反射光波を得る手段と、
(c)前記前駆する参照光波と前記物体反射光波とが光検出器に至る長光路の擾乱や分散による位相変化を受けるに際し、相互に共役な波面との合成干渉検出法により該位相変化を相殺できる同一光路と、
(d)前記前駆する参照光波を連続的に遅延し、前記前駆する参照光波と前記物体反射光波間に相対的周波数シフトを与える手段と、
(e)前記物体反射光波と前記相互に共役な波面に対応して合波干渉する手段と、
(f)前記物体反射光波が鉛直断面像を形成するためにその画素相当の部分波に対し、合波干渉光の一部を走査抽出する手段と、
(g)該抽出された光を光電変換することにより周波数シフトに相当するヘテロダインビート周波数を検出する手段と、
(h)ビート信号と遅延手段とにより鉛直断面分布像の各画素に対し物体奥行きの反射断層像の構成要素となる振幅と位置情報を得て深部方向画素信号とする手段と、
を具備することを特徴とする光波反射断層像観測装置。(A) The light wave from the low-coherent light source is made into a substantially parallel light beam , the wavefront of the cross-sectional distribution is maintained and divided into two immediately before the subject , one is set as the irradiation light wave, and the other is relatively relative to the irradiation light wave Means to provide a reference light wave to be precursor ;
(B) means for obtaining an object reflected light wave having a vertical cross-sectional image from the deep part of the object by the irradiation light wave;
(C) the Upon precursor reference light wave and said object reflected light waves undergoes a phase change due to disturbances or dispersion of the long optical path to the light detector, offsetting the phase change by combining interference detection methods and mutually conjugate wavefront With the same optical path
( D ) means for continuously delaying the precursor reference light wave to provide a relative frequency shift between the precursor reference light wave and the object reflected light wave;
(E) means for combining and interfering with the object-reflected light wave and the wavefronts conjugate to each other ;
( F ) means for scanning and extracting a part of the combined interference light with respect to the partial wave corresponding to the pixel so that the object reflected light wave forms a vertical cross-sectional image;
( G ) means for detecting a heterodyne beat frequency corresponding to a frequency shift by photoelectrically converting the extracted light;
( H ) means for obtaining a depth direction pixel signal by obtaining amplitude and position information as components of a reflection tomographic image of the object depth for each pixel of the vertical cross-sectional distribution image by the beat signal and the delay means;
A light wave reflection tomographic image observation apparatus comprising:
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US6943881B2 (en) * | 2003-06-04 | 2005-09-13 | Tomophase Corporation | Measurements of optical inhomogeneity and other properties in substances using propagation modes of light |
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WO2005124322A1 (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-29 | President And Fellows Of Harvard College | Phase sensitive heterodyne coherent anti-stokes raman scattering micro-spectroscopy and microscopy systems and methods |
US8498681B2 (en) | 2004-10-05 | 2013-07-30 | Tomophase Corporation | Cross-sectional mapping of spectral absorbance features |
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US7706646B2 (en) | 2007-04-24 | 2010-04-27 | Tomophase Corporation | Delivering light via optical waveguide and multi-view optical probe head |
JP4904209B2 (en) * | 2007-06-14 | 2012-03-28 | 興和株式会社 | Optical tomographic imaging system |
JP2009041946A (en) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Topcon Corp | Optical image measuring device |
WO2009108950A2 (en) | 2008-02-29 | 2009-09-03 | Tomophase Corporation | Temperature profile mapping and guided thermotherapy |
US8467858B2 (en) | 2009-04-29 | 2013-06-18 | Tomophase Corporation | Image-guided thermotherapy based on selective tissue thermal treatment |
WO2011028628A2 (en) | 2009-08-26 | 2011-03-10 | Tomophase Corporation | Optical tissue imaging based on optical frequency domain imaging |
DK2542154T3 (en) * | 2010-03-05 | 2020-11-23 | Massachusetts Gen Hospital | APPARATUS FOR PROVIDING ELECTROMAGNETIC RADIATION TO A SAMPLE |
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-
1999
- 1999-08-26 JP JP23988299A patent/JP3631056B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019217330A1 (en) * | 2018-05-07 | 2019-11-14 | Stc. Unm | Method and system for in-line optical scatterometry |
US11327012B2 (en) | 2018-05-07 | 2022-05-10 | Unm Rainforest Innovations | Method and system for in-line optical scatterometry |
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