JP3772002B2 - 被検体内断層イメージング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被検体内断層イメージング装置、更に詳しくは低干渉光及び超音波により被検体を走査し断層像を得る部分に特徴のある被検体内断層イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、超音波振動子から生体組織内に超音波パルスを繰り返し送信し、生体組織から反射される超音波パルスのエコーを同一あるいは別体に設けた超音波振動子で受信して、この超音波パルスを送受信する方向を徐々にずらすことによって、生体内の被検部位における複数の方向から収集したエコー情報を二次元的な可視像の超音波断層画像として表示して、病気の診断等に用いることができるようにした超音波診断装置が種々提案されている。
【０００３】
このような超音波診断装置としては、体外式超音波プローブによるものが一般的であるが、細径の超音波プローブを内視鏡の処置具挿通チャンネル等に挿通して内視鏡を介して体腔内へ導入し、内視鏡観察下において癌化した粘膜組織、ポリープ等の病変部を含む被検部位の超音波断層画像を得るようにしたものなどの体内式超音波プローブを備えた内視鏡装置も用いられている。
【０００４】
また、近年では被検体にできている腫瘍などの形状を把握したり、体積を計測したりできるように三次元像が得られる三次元走査用超音波プローブも種々提案されている。
【０００５】
特開平２−２６５５３６号公報にはラジアル走査しながらプローブを軸方向に移動させて、スパイラル状に三次元スキャンを行う超音波プローブが開示されている。
【０００６】
また、特開平６−３０９３９号公報には軸方向に移動可能に構成された超音波プローブにおいて、簡単且つ確実に超音波プローブと駆動部とを着脱できるようにプローブの着脱機構を改良すると共に、走査開始位置へのプローブの移動を速やかに行えるようにして、より正確に走査を行えるように構成した超音波診断装置が開示されている。
【０００７】
さらに、特開平８−５６９４７号公報には手元側操作部での駆動操作による先端部の追従性を向上させる三次元走査用超音波プローブが開示されている。
【０００８】
一方、最近になって、低干渉性光を用いて被検体に対する断層像を得る干渉型ＯＣＴ（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ）が例えばＳｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２５４、１１７８（１９９１）に提案されている。
【０００９】
この干渉型ＯＣＴでは、低干渉性の光源としての超高輝度発光ダイオード（以下、ＳＬＤと略記）は例えば可干渉距離が１７μｍ程度で８３０ｎｍの波長の光を発生し、この光は第１のシングルモード光ファイバの一方の端面から入射し、他方の端面（先端面）側に伝送され、先端面からサンプル側に出射される。
【００１０】
第１のシングルモード光ファイバは、途中のカップラで第２のシングルモード光ファイバと光学的に結合されている。従って、このカップラ部分で２つに分岐されて伝送される。第１のシングルモード光ファイバの（カップラより）先端側は、圧電素子に巻回され発振器から駆動信号が印加され、第１のシングルモード光ファイバを振動させることにより伝送される光を変調する変調器を形成している。
【００１１】
変調された光は、２次元走査を行う２次元走査手段を介して、第１のシングルモード光ファイバの先端面からサンプル側に出射される。サンプル側で反射された光は、第１のシングルモード光ファイバの先端面に入射され、さらにカップラで第２のシングルモード光ファイバに移り、検出器で検出される。
【００１２】
この検出器には、第２のシングルモード光ファイバの先端面からミラーで反射されたＳＬＤの光、つまり参照光も入射される。ミラーは光路長を変化させる方向に移動され、サンプル側で反射された光の光路長とミラーで反射された光路長と殆ど等しい光が干渉する。
【００１３】
検出器の出力は、復調器で復調されて干渉した光の信号が抽出され、デジタル信号に変換された後、信号処理され断層像に対応した画像データが生成され、モニタにて表示される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波による断層像の分解能は数百μｍで到達深度は約１０ｍｍで、また、低干渉光による断層像の分解能は数十μｍで到達深度は約２ｍｍであるため、それぞれの観測では患部に対して、分解能及び到達深度において適切かつ効果的な断層像を得ることができないといった問題がある。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被検体の表面近傍の深度では高分解能で、かつ到達深度における奥行きのある断層像を得ることで、適切かつ効果的な被検体断層観察を行うことのできる被検体内断層イメージング装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の被検体内断層イメージング装置は、低干渉光を発生する光源と、被検体に前記低干渉光を出射すると共に、前記被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、前記シングルモードファイバより出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、前記シングルモードファイバで検出した前記被検体からの前記反射光と前記光源より生成した基準光とを干渉させて、干渉した干渉光に対応する干渉信号を抽出する干渉光抽出手段と、前記走査出射手段より出射する前記低干渉光と同方向に超音波を出射及び前記被検体より反射してきた超音波エコーを検出する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを発生するパルス発生手段と、前記超音波振動子により検出した前記超音波エコーを受信する受信手段と、前記干渉信号と前記超音波エコーに対して信号処理を行い、少なくとも前記被検体の深部方向の断層像を構築する信号処理手段とを備え、前記信号処理手段は、前記干渉信号により得られた光断層像と、前記超音波エコーにより得られた前記光断層像より深部側の超音波断層像とを合成して前記断層像に構築することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１８】
図１ないし図８は本発明の一実施の形態に係わり、図１は被検体内断層イメージング装置の構成を示す構成図、図２は図１の挿入プローブの先端部内の構成を示す構成図、図３は図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第１の説明図、図４は図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第２の説明図、図５は図１の挿入プローブの第１の変形例の先端部内の構成を示す構成図、図６は図１の挿入プローブの第２の変形例の先端部内の構成を示す構成図、図７は図１の挿入プローブの第３の変形例の先端部内の構成を示す構成図、図８は図１の被検体内断層イメージング装置の変形例の構成を示す構成図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態の被検体内断層イメージング装置１は、細長で可撓性を有する体腔内に挿入される外シース２に覆われ低干渉光及び超音波により３次元画像信号を得る挿入プローブ３と、低干渉性の光を発生して挿入プローブ３側に導光し体腔内の患部側からの反射光を測定光として参照光と干渉させて検出するための光断層像信号検出装置４と、この光断層像信号検出装置４により検出された干渉信号に対する信号処理等を行うと共に挿入プローブ３の先端部に配置された超音波振動子５を駆動し超音波エコー信号を信号処理する信号処理装置６と、信号処理装置６から出力される映像信号を表示するモニタ７とからなり、このモニタ７には低干渉性の光による光断層像及び超音波エコー信号による超音波断層像が表示されるようになっている。
【００２０】
光断層像信号検出装置４内には、低干渉性光を発生する光源としての超高輝度発光ダイオード（以下、ＳＬＤと略記）を備えた低干渉性光源１１が配置されている。この低干渉性光源１１のＳＬＤは、例えば８３０ｎｍの波長で例えば可干渉距離が数１０μｍ程度の低干渉性光を発生する。なお、ＳＬＤの波長は８３０ｎｍの他に１３００ｎｍの波長を使用してもよい。
【００２１】
そして、図示はしないが、この低干渉性光は低干渉性光源１１内のレンズ、偏光子等を経て所定の偏波面の直線偏光の光にされ、さらに光変調器を介して５〜２０ＫＨｚで周波数変調された後、第１のシングルモード光ファイバ１２ａの一方の端面（以下、基端面と記す）から入射し、他方の端面（以下、先端面と記す）側に伝送される。
【００２２】
この光ファイバ１２ａは、途中のＰＡＮＤＡカップラ１３で第２のシングルモード光ファイバ１２ｂと光学的に結合されている。従って、低干渉性光源１１のＳＬＤが発生した低干渉性光は、ＰＡＮＤＡカップラ１３部分で２つに分岐されて伝送される。
【００２３】
また、光ファイバ１２ａの先端面は、光走査プローブ３に挿通された第３のシングルモード光ファイバ１２ｃの基端面と光学的に結合されており、後述するように、挿入プローブ３の先端部内に配置された光ファイバ１２ｃの先端面より患部に低干渉性光が照射される。また、ＰＡＮＤＡカップラ１３より分岐した低干渉性光は、光ファイバ１２ｂを伝送し、光断層像信号検出装置４内の光ファイバ１２ｂの先端面よりレンズ１４を介してミラー１５に照射されて反射される。
【００２４】
患部からの低干渉性光の戻り光は、再び光ファイバ１２ｃ及び光ファイバ１２ａを伝送し、ＰＡＮＤＡカップラ１３により光ファイバ１２ｂの基端面側に伝送され、光検出器１６に出力される。このとき、光検出器１６には、ミラー１５により反射されレンズ１４を介し光ファイバ１２ｂ内を伝送してきた低干渉性光も参照光として出力される。
【００２５】
ここで、ミラー１５は、アクチュエータ１７により光軸方向に進退可能になっており、患部に対する光断層像を得る場合には、アクチュエータ１７のミラー１５の進退駆動により、ミラー１５で反射され光検出器１６に入射されるまでの前記の参照光の光路長が、光ファイバ１２ａを経て患部２０側から戻った低干渉性光の光路長に殆ど等しくなるように設定される。
【００２６】
つまり、ミラー１５の位置を変化させて参照光側の光路長を変えることにより、この参照光側の光路長と等しくなる測定光側の光路長は患部２０の深さ方向に変化する。そしてこれら光路長が殆ど等しい２つの低干渉性光が干渉し、光検出器１６で検出される。
【００２７】
なお、光ファイバ１２ｂの先端面とＰＡＮＤＡカップラ１３との間には、光ファイバ１２ａによる患部２０側に至る光路長をほぼ補償するための巻回された補償リング１８が設けてある。
【００２８】
上記光検出器１６で光電変換された信号は、アンプ２１により増幅された後、信号処理装置６内の復調器２２の図示しないロックインアンプ等に、参照信号としての低干渉性光源１１の光変調器（図示せず）の駆動信号またはこれと同一位相の信号と共に入力される。そして、光検出器１６からの信号における、参照信号と同一周波数の信号成分が抽出され、さらに検波増幅される。
【００２９】
復調器２２からの検波信号は、Ａ／Ｄ変換器２３によりデジタル信号に変換され、各種信号処理を行いモニタ７に低干渉性光による光断層像を表示するコンピュータ部２４に入力される。
【００３０】
なお、コンピュータ部２４は、アクチュエータ１７及び光走査プローブ３の後述する走査手段を駆動制御する制御装置２５を制御することで、低干渉性光を患部に対して低干渉性光による２次元走査するようになっている。
【００３１】
また、信号処理装置６は、制御装置２５により制御された超音波振動子５を駆動する駆動パルスを発生するパルス発生器２６を備えており、パルス発生器２６から発生した駆動パルスは送信アンプ２７で増幅された後、切換器２８及びスリップリング３６を介して超音波振動子５に送信される。そして、超音波振動子５がこの駆動パルスにより超音波を患部に照射し超音波エコーを得て超音波エコー信号としてスリップリング３６及び切換器２８を介して信号処理装置６の受信アンプ２９に送られ、受信アンプ２９で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器３０によりデジタル信号に変換されてコンピュータ部２４に入力される。
【００３２】
そして、コンピュータ部２４の処理により、上述したモニタ７に、図３に示すように、光断層像と共に超音波断層像を表示する。なお、図４に示すように、患部表面近傍の断層像を光断層像とし、さらなる深部側の断層像を超音波断層像とした合成画像をモニタ７に表示することもできる。
【００３３】
挿入プローブ３では、図２に示すように、光ファイバ１２ｃが挿入中心軸に配置され、光ファイバ１２ｃの先端面から出射された低干渉光がＧＲＩＮ（グラディアットインデックス）レンズ３１を介してプリズム３２により光軸を挿入中心軸に対して直角方向に曲げられ患部に照射する。
【００３４】
また、挿入プローブ３の先端に設けられた超音波振動子５からの超音波は、挿入中心軸方向に挿入プローブ３の基端側に照射され、プリズム３２の背面に形成された音響ミラー３３により略円筒形状の超音波透過部材３４を介して挿入中心軸に対して低干渉光とは反対側の直角方向より患部に照射される。なお、外シース２内部には水、流動パラフィン、カルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液等の超音波伝達媒体３ａが封入されている。
【００３５】
超音波振動子５は、超音波透過部材３４の先端開口側に接着固定され、超音波透過部材３４の基端開口側に前記プリズム３２が接着固定されており、超音波透過部材３４の基端側側部には光ファイバ１２ｃの先端面から出射されプリズム３２を介した低干渉光が患部に照射可能な窓部３４ａが設けられている。さらに、超音波透過部材３４の基端開口側は、挿入プローブ３を挿通する円筒形状のコイルシャフト３５に接続されている。
【００３６】
図１に戻り、コイルシャフト３５の基端開口側は、挿入中心軸を中心に回転駆動する駆動装置３７に接続されている。この駆動装置３７は、回転駆動力を供給するモータ３８と、このモータの駆動力をコイルシャフト３５に伝達するギヤ部３９とからなり、モータ３８は、制御装置２５により制御される。
【００３７】
このように構成されれた本実施の形態では、深部の浅い患部の断層像は低干渉光による光断層像により観察し、かつ患部のより深い断層像を超音波断層像により同時に観察することができるので、適切かつ効果的な患部断層観察を行うことのできる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、超音波振動子５を超音波透過部材３４の先端開口側に接着固定して設けるとしたが、図５に示すように、超音波透過部材３４の先端開口側に光軸を挿入中心軸に対して光を直角方向に曲げるプリズム３２を設け、その光を透過する開口を中央部に有するアニューラ型超音波振動子５ａを超音波透過部材３４の側部に設けて構成してもよい。また、図６に示すように、アニューラ型超音波振動子５ａをプリズム３２の反射方向と逆側の側面に配置しても、上記と同様な効果を得ることができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、超音波透過部材３４の先端開口側に超音波振動子５を設けるとしたが、図７に示すように、外シース２の先端内側に固定部材５１を設け、この固定部材５１に低干渉光と同一方向に患部等を治療する治療用超音波振動子５２を設けて挿入プローブを構成することで、低干渉光による光断層像によって確認された患部を治療することが可能にもなる。
【００４０】
さらに、図８に示すように、カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）７１に制御されるＣＣＤ７２及び超音波プロセッサ７３により駆動される超音波振動子７４を先端部内に備えた超音波内視鏡７５の処置具チャンネルに、光断層像信号検出装置に制御される光断層像を得る挿入プローブ３を挿通し、信号処理装置６により、挿入プローブ３、超音波振動子７４及びＣＣＤ７２より得られた光断層像、超音波断層像及び内視鏡画像をモニタ７にスーパインポーズ表示するようにしてもよい。
【００４１】
［付記］
（付記項１） 低干渉光を発生する光源と、
被検体に前記低干渉光を出射すると共に、前記被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記シングルモードファイバより出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、
前記シングルモードファイバで検出した前記被検体からの前記反射光と前記光源より生成した基準光とを干渉させて、干渉した干渉光に対応する干渉信号を抽出する干渉光抽出手段と、
前記走査出射手段より出射する前記低干渉光と同方向に超音波を出射及び前記被検体より反射してきた超音波エコーを検出する超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを発生するパルス発生手段と、
前記超音波振動子により検出した前記超音波エコーを受信する受信手段と、
前記干渉信号と前記超音波エコーに対して信号処理を行い、少なくとも前記被検体の深部方向の断層像を構築する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする被検体内断層イメージング装置。
【００４２】
（付記項２） 前記走査出射手段及び前記超音波振動子は、前記被検体内に挿通可能な細長な挿入部の先端部に配置され、前記低干渉光及び前記超音波は、前記挿入部の長手軸の周方向に照射される
ことを特徴とする付記項１に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４３】
（付記項３） 前記走査出射手段は、前記挿入部の先端部に配置された前記長手軸の周りに回転可能な光反射部材である
ことを特徴とする付記項２に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４４】
（付記項４） 前記信号処理手段は、前記干渉信号により得られた光断層像と、前記超音波エコーにより得られた超音波断層像とをそれぞれ同時に構築する
ことを特徴とする付記項１、２または３のいずれか１つに記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４５】
（付記項５） 前記信号処理手段は、前記干渉信号により得られた光断層像と、前記超音波エコーにより得られた前記光断層像より深部側の超音波断層像とを合成して前記断層像に構築する
ことを特徴とする付記項１、２または３のいずれか１つに記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４６】
（付記項６） 前記超音波振動子は、前記挿入部の先端部の先端に配置され、前記超音波を前記長手軸方向に出射し、前記光反射部材と反対側に配置された音響ミラーにより前記低干渉光と同一面上に前記超音波が走査される
ことを特徴とする付記項３に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４７】
（付記項７） 前記超音波振動子は、前記光反射部材に固定され、前記低干渉光と同一面上に前記超音波が走査される
ことを特徴とする付記項３に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４８】
（付記項８） 前記超音波振動子は、中央部に前記低干渉光を透過する穴を有する
ことを特徴とする付記項７に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４９】
（付記項９） 前記超音波振動子は、アニューラ型の超音波振動子である
ことを特徴とする付記項７または８に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００５０】
（付記項１０） 被検体内に挿通可能な細長な挿入部と、
低干渉光を発生する光源と、
前記挿入部に挿通され、前記挿入部の先端側の端面から前記被検体に前記低干渉光を出射すると共に、前記被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記シングルモードファイバより出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、
前記シングルモードファイバで検出した前記被検体からの前記反射光と前記光源より生成した基準光とを干渉させて、干渉した干渉光に対応する干渉信号を抽出する干渉光抽出手段と、
前記干渉信号に対して信号処理を行い、少なくとも前記被検体の深部方向の断層像を構築する信号処理手段と、
前記挿入部の先端部内に、前記走査出射手段より走査される走査面の一部に強力超音波を照射する治療用超音波振動子と、
前記治療用超音波振動子を駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする被検体内断層イメージング装置。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の被検体内断層イメージング装置によれば、干渉信号により被検体の表面近傍の深度では高分解能で、かつ到達深度における超音波エコーにより奥行きのある断層像を得ることでき、適切かつ効果的な被検体断層観察を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る被検体内断層イメージング装置の構成を示す構成図
【図２】図１の挿入プローブの先端部内の構成を示す構成図
【図３】図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第１の説明図
【図４】図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第２の説明図
【図５】図１の挿入プローブの第１の変形例の先端部内の構成を示す構成図
【図６】図１の挿入プローブの第２の変形例の先端部内の構成を示す構成図
【図７】図１の挿入プローブの第３の変形例の先端部内の構成を示す構成図
【図８】図１の被検体内断層イメージング装置の変形例の構成を示す構成図
【符号の説明】
１…被検体内断層イメージング装置
２…外シース
３…挿入プローブ
４…光断層像信号検出装置
５…超音波振動子
６…信号処理装置
７…モニタ
１１…低干渉性光源
１２ａ…（第１のシングルモード）光ファイバ
１２ｂ…（第２のシングルモード）光ファイバ
１３…ＰＡＮＤＡカップラ
１４…レンズ
１５…ミラー
１６…光検出器
１７…アクチュエータ
１８…補償リング
２１…アンプ
２２…復調器
２３…Ａ／Ｄ変換器
２４…コンピュータ部
２５…制御装置
２６…パルス発生器
２７…送信アンプ
２８…切換器
２９…受信アンプ
３０…Ａ／Ｄ変換器
３１…ＧＲＩＮレンズ
３２…プリズム
３３…音響ミラー
３４…超音波透過部材
３５…コイルシャフト
３６…スリップリング
３７…駆動装置
３８…モータ
３９…ギヤ部
【発明の属する技術分野】
本発明は被検体内断層イメージング装置、更に詳しくは低干渉光及び超音波により被検体を走査し断層像を得る部分に特徴のある被検体内断層イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、超音波振動子から生体組織内に超音波パルスを繰り返し送信し、生体組織から反射される超音波パルスのエコーを同一あるいは別体に設けた超音波振動子で受信して、この超音波パルスを送受信する方向を徐々にずらすことによって、生体内の被検部位における複数の方向から収集したエコー情報を二次元的な可視像の超音波断層画像として表示して、病気の診断等に用いることができるようにした超音波診断装置が種々提案されている。
【０００３】
このような超音波診断装置としては、体外式超音波プローブによるものが一般的であるが、細径の超音波プローブを内視鏡の処置具挿通チャンネル等に挿通して内視鏡を介して体腔内へ導入し、内視鏡観察下において癌化した粘膜組織、ポリープ等の病変部を含む被検部位の超音波断層画像を得るようにしたものなどの体内式超音波プローブを備えた内視鏡装置も用いられている。
【０００４】
また、近年では被検体にできている腫瘍などの形状を把握したり、体積を計測したりできるように三次元像が得られる三次元走査用超音波プローブも種々提案されている。
【０００５】
特開平２−２６５５３６号公報にはラジアル走査しながらプローブを軸方向に移動させて、スパイラル状に三次元スキャンを行う超音波プローブが開示されている。
【０００６】
また、特開平６−３０９３９号公報には軸方向に移動可能に構成された超音波プローブにおいて、簡単且つ確実に超音波プローブと駆動部とを着脱できるようにプローブの着脱機構を改良すると共に、走査開始位置へのプローブの移動を速やかに行えるようにして、より正確に走査を行えるように構成した超音波診断装置が開示されている。
【０００７】
さらに、特開平８−５６９４７号公報には手元側操作部での駆動操作による先端部の追従性を向上させる三次元走査用超音波プローブが開示されている。
【０００８】
一方、最近になって、低干渉性光を用いて被検体に対する断層像を得る干渉型ＯＣＴ（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ）が例えばＳｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２５４、１１７８（１９９１）に提案されている。
【０００９】
この干渉型ＯＣＴでは、低干渉性の光源としての超高輝度発光ダイオード（以下、ＳＬＤと略記）は例えば可干渉距離が１７μｍ程度で８３０ｎｍの波長の光を発生し、この光は第１のシングルモード光ファイバの一方の端面から入射し、他方の端面（先端面）側に伝送され、先端面からサンプル側に出射される。
【００１０】
第１のシングルモード光ファイバは、途中のカップラで第２のシングルモード光ファイバと光学的に結合されている。従って、このカップラ部分で２つに分岐されて伝送される。第１のシングルモード光ファイバの（カップラより）先端側は、圧電素子に巻回され発振器から駆動信号が印加され、第１のシングルモード光ファイバを振動させることにより伝送される光を変調する変調器を形成している。
【００１１】
変調された光は、２次元走査を行う２次元走査手段を介して、第１のシングルモード光ファイバの先端面からサンプル側に出射される。サンプル側で反射された光は、第１のシングルモード光ファイバの先端面に入射され、さらにカップラで第２のシングルモード光ファイバに移り、検出器で検出される。
【００１２】
この検出器には、第２のシングルモード光ファイバの先端面からミラーで反射されたＳＬＤの光、つまり参照光も入射される。ミラーは光路長を変化させる方向に移動され、サンプル側で反射された光の光路長とミラーで反射された光路長と殆ど等しい光が干渉する。
【００１３】
検出器の出力は、復調器で復調されて干渉した光の信号が抽出され、デジタル信号に変換された後、信号処理され断層像に対応した画像データが生成され、モニタにて表示される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波による断層像の分解能は数百μｍで到達深度は約１０ｍｍで、また、低干渉光による断層像の分解能は数十μｍで到達深度は約２ｍｍであるため、それぞれの観測では患部に対して、分解能及び到達深度において適切かつ効果的な断層像を得ることができないといった問題がある。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被検体の表面近傍の深度では高分解能で、かつ到達深度における奥行きのある断層像を得ることで、適切かつ効果的な被検体断層観察を行うことのできる被検体内断層イメージング装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の被検体内断層イメージング装置は、低干渉光を発生する光源と、被検体に前記低干渉光を出射すると共に、前記被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、前記シングルモードファイバより出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、前記シングルモードファイバで検出した前記被検体からの前記反射光と前記光源より生成した基準光とを干渉させて、干渉した干渉光に対応する干渉信号を抽出する干渉光抽出手段と、前記走査出射手段より出射する前記低干渉光と同方向に超音波を出射及び前記被検体より反射してきた超音波エコーを検出する超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを発生するパルス発生手段と、前記超音波振動子により検出した前記超音波エコーを受信する受信手段と、前記干渉信号と前記超音波エコーに対して信号処理を行い、少なくとも前記被検体の深部方向の断層像を構築する信号処理手段とを備え、前記信号処理手段は、前記干渉信号により得られた光断層像と、前記超音波エコーにより得られた前記光断層像より深部側の超音波断層像とを合成して前記断層像に構築することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１８】
図１ないし図８は本発明の一実施の形態に係わり、図１は被検体内断層イメージング装置の構成を示す構成図、図２は図１の挿入プローブの先端部内の構成を示す構成図、図３は図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第１の説明図、図４は図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第２の説明図、図５は図１の挿入プローブの第１の変形例の先端部内の構成を示す構成図、図６は図１の挿入プローブの第２の変形例の先端部内の構成を示す構成図、図７は図１の挿入プローブの第３の変形例の先端部内の構成を示す構成図、図８は図１の被検体内断層イメージング装置の変形例の構成を示す構成図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施の形態の被検体内断層イメージング装置１は、細長で可撓性を有する体腔内に挿入される外シース２に覆われ低干渉光及び超音波により３次元画像信号を得る挿入プローブ３と、低干渉性の光を発生して挿入プローブ３側に導光し体腔内の患部側からの反射光を測定光として参照光と干渉させて検出するための光断層像信号検出装置４と、この光断層像信号検出装置４により検出された干渉信号に対する信号処理等を行うと共に挿入プローブ３の先端部に配置された超音波振動子５を駆動し超音波エコー信号を信号処理する信号処理装置６と、信号処理装置６から出力される映像信号を表示するモニタ７とからなり、このモニタ７には低干渉性の光による光断層像及び超音波エコー信号による超音波断層像が表示されるようになっている。
【００２０】
光断層像信号検出装置４内には、低干渉性光を発生する光源としての超高輝度発光ダイオード（以下、ＳＬＤと略記）を備えた低干渉性光源１１が配置されている。この低干渉性光源１１のＳＬＤは、例えば８３０ｎｍの波長で例えば可干渉距離が数１０μｍ程度の低干渉性光を発生する。なお、ＳＬＤの波長は８３０ｎｍの他に１３００ｎｍの波長を使用してもよい。
【００２１】
そして、図示はしないが、この低干渉性光は低干渉性光源１１内のレンズ、偏光子等を経て所定の偏波面の直線偏光の光にされ、さらに光変調器を介して５〜２０ＫＨｚで周波数変調された後、第１のシングルモード光ファイバ１２ａの一方の端面（以下、基端面と記す）から入射し、他方の端面（以下、先端面と記す）側に伝送される。
【００２２】
この光ファイバ１２ａは、途中のＰＡＮＤＡカップラ１３で第２のシングルモード光ファイバ１２ｂと光学的に結合されている。従って、低干渉性光源１１のＳＬＤが発生した低干渉性光は、ＰＡＮＤＡカップラ１３部分で２つに分岐されて伝送される。
【００２３】
また、光ファイバ１２ａの先端面は、光走査プローブ３に挿通された第３のシングルモード光ファイバ１２ｃの基端面と光学的に結合されており、後述するように、挿入プローブ３の先端部内に配置された光ファイバ１２ｃの先端面より患部に低干渉性光が照射される。また、ＰＡＮＤＡカップラ１３より分岐した低干渉性光は、光ファイバ１２ｂを伝送し、光断層像信号検出装置４内の光ファイバ１２ｂの先端面よりレンズ１４を介してミラー１５に照射されて反射される。
【００２４】
患部からの低干渉性光の戻り光は、再び光ファイバ１２ｃ及び光ファイバ１２ａを伝送し、ＰＡＮＤＡカップラ１３により光ファイバ１２ｂの基端面側に伝送され、光検出器１６に出力される。このとき、光検出器１６には、ミラー１５により反射されレンズ１４を介し光ファイバ１２ｂ内を伝送してきた低干渉性光も参照光として出力される。
【００２５】
ここで、ミラー１５は、アクチュエータ１７により光軸方向に進退可能になっており、患部に対する光断層像を得る場合には、アクチュエータ１７のミラー１５の進退駆動により、ミラー１５で反射され光検出器１６に入射されるまでの前記の参照光の光路長が、光ファイバ１２ａを経て患部２０側から戻った低干渉性光の光路長に殆ど等しくなるように設定される。
【００２６】
つまり、ミラー１５の位置を変化させて参照光側の光路長を変えることにより、この参照光側の光路長と等しくなる測定光側の光路長は患部２０の深さ方向に変化する。そしてこれら光路長が殆ど等しい２つの低干渉性光が干渉し、光検出器１６で検出される。
【００２７】
なお、光ファイバ１２ｂの先端面とＰＡＮＤＡカップラ１３との間には、光ファイバ１２ａによる患部２０側に至る光路長をほぼ補償するための巻回された補償リング１８が設けてある。
【００２８】
上記光検出器１６で光電変換された信号は、アンプ２１により増幅された後、信号処理装置６内の復調器２２の図示しないロックインアンプ等に、参照信号としての低干渉性光源１１の光変調器（図示せず）の駆動信号またはこれと同一位相の信号と共に入力される。そして、光検出器１６からの信号における、参照信号と同一周波数の信号成分が抽出され、さらに検波増幅される。
【００２９】
復調器２２からの検波信号は、Ａ／Ｄ変換器２３によりデジタル信号に変換され、各種信号処理を行いモニタ７に低干渉性光による光断層像を表示するコンピュータ部２４に入力される。
【００３０】
なお、コンピュータ部２４は、アクチュエータ１７及び光走査プローブ３の後述する走査手段を駆動制御する制御装置２５を制御することで、低干渉性光を患部に対して低干渉性光による２次元走査するようになっている。
【００３１】
また、信号処理装置６は、制御装置２５により制御された超音波振動子５を駆動する駆動パルスを発生するパルス発生器２６を備えており、パルス発生器２６から発生した駆動パルスは送信アンプ２７で増幅された後、切換器２８及びスリップリング３６を介して超音波振動子５に送信される。そして、超音波振動子５がこの駆動パルスにより超音波を患部に照射し超音波エコーを得て超音波エコー信号としてスリップリング３６及び切換器２８を介して信号処理装置６の受信アンプ２９に送られ、受信アンプ２９で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器３０によりデジタル信号に変換されてコンピュータ部２４に入力される。
【００３２】
そして、コンピュータ部２４の処理により、上述したモニタ７に、図３に示すように、光断層像と共に超音波断層像を表示する。なお、図４に示すように、患部表面近傍の断層像を光断層像とし、さらなる深部側の断層像を超音波断層像とした合成画像をモニタ７に表示することもできる。
【００３３】
挿入プローブ３では、図２に示すように、光ファイバ１２ｃが挿入中心軸に配置され、光ファイバ１２ｃの先端面から出射された低干渉光がＧＲＩＮ（グラディアットインデックス）レンズ３１を介してプリズム３２により光軸を挿入中心軸に対して直角方向に曲げられ患部に照射する。
【００３４】
また、挿入プローブ３の先端に設けられた超音波振動子５からの超音波は、挿入中心軸方向に挿入プローブ３の基端側に照射され、プリズム３２の背面に形成された音響ミラー３３により略円筒形状の超音波透過部材３４を介して挿入中心軸に対して低干渉光とは反対側の直角方向より患部に照射される。なお、外シース２内部には水、流動パラフィン、カルボキシメチルセルロースナトリウム水溶液等の超音波伝達媒体３ａが封入されている。
【００３５】
超音波振動子５は、超音波透過部材３４の先端開口側に接着固定され、超音波透過部材３４の基端開口側に前記プリズム３２が接着固定されており、超音波透過部材３４の基端側側部には光ファイバ１２ｃの先端面から出射されプリズム３２を介した低干渉光が患部に照射可能な窓部３４ａが設けられている。さらに、超音波透過部材３４の基端開口側は、挿入プローブ３を挿通する円筒形状のコイルシャフト３５に接続されている。
【００３６】
図１に戻り、コイルシャフト３５の基端開口側は、挿入中心軸を中心に回転駆動する駆動装置３７に接続されている。この駆動装置３７は、回転駆動力を供給するモータ３８と、このモータの駆動力をコイルシャフト３５に伝達するギヤ部３９とからなり、モータ３８は、制御装置２５により制御される。
【００３７】
このように構成されれた本実施の形態では、深部の浅い患部の断層像は低干渉光による光断層像により観察し、かつ患部のより深い断層像を超音波断層像により同時に観察することができるので、適切かつ効果的な患部断層観察を行うことのできる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、超音波振動子５を超音波透過部材３４の先端開口側に接着固定して設けるとしたが、図５に示すように、超音波透過部材３４の先端開口側に光軸を挿入中心軸に対して光を直角方向に曲げるプリズム３２を設け、その光を透過する開口を中央部に有するアニューラ型超音波振動子５ａを超音波透過部材３４の側部に設けて構成してもよい。また、図６に示すように、アニューラ型超音波振動子５ａをプリズム３２の反射方向と逆側の側面に配置しても、上記と同様な効果を得ることができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、超音波透過部材３４の先端開口側に超音波振動子５を設けるとしたが、図７に示すように、外シース２の先端内側に固定部材５１を設け、この固定部材５１に低干渉光と同一方向に患部等を治療する治療用超音波振動子５２を設けて挿入プローブを構成することで、低干渉光による光断層像によって確認された患部を治療することが可能にもなる。
【００４０】
さらに、図８に示すように、カメラコントロールユニット（ＣＣＵ）７１に制御されるＣＣＤ７２及び超音波プロセッサ７３により駆動される超音波振動子７４を先端部内に備えた超音波内視鏡７５の処置具チャンネルに、光断層像信号検出装置に制御される光断層像を得る挿入プローブ３を挿通し、信号処理装置６により、挿入プローブ３、超音波振動子７４及びＣＣＤ７２より得られた光断層像、超音波断層像及び内視鏡画像をモニタ７にスーパインポーズ表示するようにしてもよい。
【００４１】
［付記］
（付記項１） 低干渉光を発生する光源と、
被検体に前記低干渉光を出射すると共に、前記被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記シングルモードファイバより出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、
前記シングルモードファイバで検出した前記被検体からの前記反射光と前記光源より生成した基準光とを干渉させて、干渉した干渉光に対応する干渉信号を抽出する干渉光抽出手段と、
前記走査出射手段より出射する前記低干渉光と同方向に超音波を出射及び前記被検体より反射してきた超音波エコーを検出する超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを発生するパルス発生手段と、
前記超音波振動子により検出した前記超音波エコーを受信する受信手段と、
前記干渉信号と前記超音波エコーに対して信号処理を行い、少なくとも前記被検体の深部方向の断層像を構築する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする被検体内断層イメージング装置。
【００４２】
（付記項２） 前記走査出射手段及び前記超音波振動子は、前記被検体内に挿通可能な細長な挿入部の先端部に配置され、前記低干渉光及び前記超音波は、前記挿入部の長手軸の周方向に照射される
ことを特徴とする付記項１に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４３】
（付記項３） 前記走査出射手段は、前記挿入部の先端部に配置された前記長手軸の周りに回転可能な光反射部材である
ことを特徴とする付記項２に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４４】
（付記項４） 前記信号処理手段は、前記干渉信号により得られた光断層像と、前記超音波エコーにより得られた超音波断層像とをそれぞれ同時に構築する
ことを特徴とする付記項１、２または３のいずれか１つに記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４５】
（付記項５） 前記信号処理手段は、前記干渉信号により得られた光断層像と、前記超音波エコーにより得られた前記光断層像より深部側の超音波断層像とを合成して前記断層像に構築する
ことを特徴とする付記項１、２または３のいずれか１つに記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４６】
（付記項６） 前記超音波振動子は、前記挿入部の先端部の先端に配置され、前記超音波を前記長手軸方向に出射し、前記光反射部材と反対側に配置された音響ミラーにより前記低干渉光と同一面上に前記超音波が走査される
ことを特徴とする付記項３に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４７】
（付記項７） 前記超音波振動子は、前記光反射部材に固定され、前記低干渉光と同一面上に前記超音波が走査される
ことを特徴とする付記項３に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４８】
（付記項８） 前記超音波振動子は、中央部に前記低干渉光を透過する穴を有する
ことを特徴とする付記項７に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００４９】
（付記項９） 前記超音波振動子は、アニューラ型の超音波振動子である
ことを特徴とする付記項７または８に記載の被検体内断層イメージング装置。
【００５０】
（付記項１０） 被検体内に挿通可能な細長な挿入部と、
低干渉光を発生する光源と、
前記挿入部に挿通され、前記挿入部の先端側の端面から前記被検体に前記低干渉光を出射すると共に、前記被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記シングルモードファイバより出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、
前記シングルモードファイバで検出した前記被検体からの前記反射光と前記光源より生成した基準光とを干渉させて、干渉した干渉光に対応する干渉信号を抽出する干渉光抽出手段と、
前記干渉信号に対して信号処理を行い、少なくとも前記被検体の深部方向の断層像を構築する信号処理手段と、
前記挿入部の先端部内に、前記走査出射手段より走査される走査面の一部に強力超音波を照射する治療用超音波振動子と、
前記治療用超音波振動子を駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする被検体内断層イメージング装置。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の被検体内断層イメージング装置によれば、干渉信号により被検体の表面近傍の深度では高分解能で、かつ到達深度における超音波エコーにより奥行きのある断層像を得ることでき、適切かつ効果的な被検体断層観察を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る被検体内断層イメージング装置の構成を示す構成図
【図２】図１の挿入プローブの先端部内の構成を示す構成図
【図３】図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第１の説明図
【図４】図１の被検体内断層イメージング装置の作用を説明する第２の説明図
【図５】図１の挿入プローブの第１の変形例の先端部内の構成を示す構成図
【図６】図１の挿入プローブの第２の変形例の先端部内の構成を示す構成図
【図７】図１の挿入プローブの第３の変形例の先端部内の構成を示す構成図
【図８】図１の被検体内断層イメージング装置の変形例の構成を示す構成図
【符号の説明】
１…被検体内断層イメージング装置
２…外シース
３…挿入プローブ
４…光断層像信号検出装置
５…超音波振動子
６…信号処理装置
７…モニタ
１１…低干渉性光源
１２ａ…（第１のシングルモード）光ファイバ
１２ｂ…（第２のシングルモード）光ファイバ
１３…ＰＡＮＤＡカップラ
１４…レンズ
１５…ミラー
１６…光検出器
１７…アクチュエータ
１８…補償リング
２１…アンプ
２２…復調器
２３…Ａ／Ｄ変換器
２４…コンピュータ部
２５…制御装置
２６…パルス発生器
２７…送信アンプ
２８…切換器
２９…受信アンプ
３０…Ａ／Ｄ変換器
３１…ＧＲＩＮレンズ
３２…プリズム
３３…音響ミラー
３４…超音波透過部材
３５…コイルシャフト
３６…スリップリング
３７…駆動装置
３８…モータ
３９…ギヤ部
Claims (1)
- 低干渉光を発生する光源と、
被検体に前記低干渉光を出射すると共に、前記被検体より反射された反射光を検出するための１つのシングルモードファイバからなる導光手段と、
前記シングルモードファイバより出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、
前記シングルモードファイバで検出した前記被検体からの前記反射光と前記光源より生成した基準光とを干渉させて、干渉した干渉光に対応する干渉信号を抽出する干渉光抽出手段と、
前記走査出射手段より出射する前記低干渉光と同方向に超音波を出射及び前記被検体より反射してきた超音波エコーを検出する超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動するための駆動パルスを発生するパルス発生手段と、
前記超音波振動子により検出した前記超音波エコーを受信する受信手段と、
前記干渉信号と前記超音波エコーに対して信号処理を行い、少なくとも前記被検体の深部方向の断層像を構築する信号処理手段と
を備え、
前記信号処理手段は、前記干渉信号により得られた光断層像と、前記超音波エコーにより得られた前記光断層像より深部側の超音波断層像とを合成して前記断層像に構築することを特徴とする被検体内断層イメージング装置。
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