JP5704516B2 - 光断層画像測定装置のプローブ及びプローブの調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測による光断層画像を取得する光断層画像測定技術に関するものである。

近年、生体の体腔内を観察する内視鏡装置として、照明光が照射された生体から反射した反射光を用いて生体の像を撮像し、モニタ等に表示する電子内視鏡装置が広く普及され様々な分野で利用されている。また多くの内視鏡は鉗子口を備え、この鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に導入されたプローブにより、体腔内の組織の生検や治療を行なうことができる。

上述した内視鏡装置として超音波を用いた超音波断層画像取得装置等が知られているが、その他に例えば低コヒーレンス光による光干渉を用いた光断層画像化装置が用いられることがある（特許文献１参照）。特許文献１の光断層画像化装置においては、光源から射出された低コヒーレンス光が測定光と参照光とに分割された後、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導波される。一方、参照光は、測定対象内の測定深さを変更するために、光路長の変更が施された後に合波手段に導波される。そして、合波手段により反射光と参照光とが合波され、合波されたことによる干渉光がヘテロダイン検波等により測定される。

更に、測定光を測定対象に照射する際に、内視鏡の鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるプローブが用いられている。プローブは、測定光を導光する光ファイバと、光ファイバの先端に配置された、測定光を直角に反射するミラー又は測定光を透過する平面板とを備えている。そして、このプローブから体腔内の測定対象に対し測定光を照射し、測定対象からの反射光を再びプローブの光ファイバを介して合波手段へ導波する。このとき、測定光および反射光と参照光との光路長が一致したときに干渉光が検出されることを利用して、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）が変更されるようになっている。これをＯＣＴ計測と呼ぶ。

特開２００８−８６４１４号公報

ところで、光断層画像化装置における一つの問題は、生体の体腔内にプローブを挿入したときに、組織とプローブとの位置関係を正確に把握できないということである。組織とプローブとの位置関係を正確に把握できないと、参照光の光路長を精度良く決定できないため、測定可能範囲外に組織が出てしまう恐れがあり、それにより組織の断層画像を得ることができなくなる。これに対し、特許文献１の従来技術を利用して、プローブ外筒に配置された窓部からの反射光を用いて参照光路長を決定するということも考えられるが、窓部からの反射光の光量を調整できないから、生体の組織からの戻り光と一緒に検出された際に、ノイズが発生したり或いは断層画像との混同を招く恐れがある。又、測定光を反射するプリズムが回転することで、窓部とプリズムとの距離が変わってしまい、参照光路長を精度良く合わせ込むことができないという問題もある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光断層画像の探索が容易であり、ノイズとの混同を抑制できる光断層画像測定装置のプローブ及びプローブの調整方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光断層画像測定装置のプローブは、測定対象の光断層画像を取得する本体と、測定光を測定対象まで導波するプローブとを有する光断層画像測定装置のプローブであって、前記光断層画像測定装置が、低コヒーレンス光を射出する光源と、該光源から射出された前記低コヒーレンス光を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前記参照光を反射することにより、前記参照光に対して所定の光路長を与える反射ミラーと、前記プローブから前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの測定反射光と、前記反射ミラーで反射された前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記測定反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有し、
前記プローブは、前記測定光を入射し又前記測定反射光を出射する光ファイバと、前記測定光及び前記測定反射光を伝達する屈折率分散レンズと、前記部分的反射面を介して前記測定光を出射し又前記測定反射光を入射するプリズムとを有し、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとは、角度付けされて接着されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記プローブが、固定された光路長の位置で前記測定光の一部を反射する部分的反射面を有するので、前記部分的反射面までの光路長を固定とすることができ、これに対して参照光の光路長を合わせることで、光断層画像における前記部分的反射面からの反射光に基づく画像信号を精度良く検出できる。又、実際の生体の体腔内にプローブを挿入したような場合でも、前記部分的反射面からの反射光に基づく画像を利用して、生体の組織からの反射光に基づく画像を容易に特定することができる。尚、「部分的反射面」とは、同一領域にて入射光の一部を透過し残りの入射光を反射する反射面（例えばハーフミラー）や、一部の領域では入射光を透過するが残りの領域では入射光を反射する反射面を含み、特にプローブ中の全ての反射面のうち最も反射光量が大きな反射面であると好ましい。更に、「固定された光路長」とは、測定光が通過する媒体の物理的な光路長をいい、例えば温度変化による媒体の屈折率変化に応じて変化する光学的光路長は含まない。
更に、前記プローブは、前記測定光を入射し又前記測定反射光を出射する光ファイバと、前記測定光及び前記測定反射光を伝達する屈折率分散レンズと、前記部分的反射面を介して前記測定光を出射し又前記測定反射光を入射するプリズムとを有し、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとは、角度付けされて接着されているので、出射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量を任意の比率になるように調整できる。
更に、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとは、角度付けされて接着されているので、出射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量の調整が容易である。

請求項２に記載のプローブは、請求項１に記載の発明において、前記プローブにおける前記部分的反射面を有する光学部材が、前記部分的反射面に入射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量が所定の比率となるような姿勢で取り付けられていることを特徴とするので、前記部分的反射面からの反射光に基づく画像を利用して、生体の組織からの反射光に基づく画像を容易に特定することができる。

請求項３に記載のプローブは、請求項２に記載の発明において、前記所定の比率とは６０ｄＢ以上、２５ｄＢ以下であることを特徴とする。１［ｄＢ］＝−１０・ｌｏｇ（Ｘ［％］／１００））で表される。Ｘはプローブへの入射光量に対する部分的反射面からの戻り光量の比率を表している。

共通光路内（参照光路内のみ、もしくは測定光路内のみ）で生じた干渉信号、例えば、部分的反射面からの反射光と測定対象からの反射光に基づく干渉信号は、検出器にバランスディテクタを導入することで、一定範囲で除去することができる。一般的に、バランスディテクタは２０〜３０ｄＢ程度の共通モードの除去が可能（例えばNewFocus製 80-MHz Balanced Receiversなど）なことから、プローブ内の部分的反射面からの反射率を２５ｄＢ以下にしておけば、測定対象からの反射光と部分的反射面からの反射光に基づく干渉信号を除去でき、明瞭な光断層画像信号を取得できる。また、プローブ内の部分的反射面からの反射率が６０ｄＢ以上であれば、参照光路を通った参照光と内面反射の光が干渉して生じる信号を光断層画像測定装置で十分検出可能である。但し、かかる反射率が６０ｄＢ以下では、プローブ内面反射からの光断層画像信号が微弱になり、検出が困難となってしまう。

請求項４に記載の光断層画像測定装置のプローブは、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記部分的反射面は、前記屈折率分散レンズの集光点から光路長が１０ｍｍ以内の箇所に設置していることを特徴とするので、測定対象からの干渉信号と、プローブの部分的反射面からの干渉信号を、共に光断層画像の奥行き方向における測定可能範囲に存在させることができる。

光断層画像の奥行き測定可能範囲は、干渉信号を検出するサンプリング数や光源の可干渉距離や測定対象の光源透過率など様々な要因に依存するが、この指標のひとつとして焦点深度を示すレイリー長を考えることができる。これは測定可能範囲のおよその目安となり、焦点深度はレイリー長の２倍であり、レイリー長ＺはＺ＝λ／（π・ＮＡ^２）で表される。λは光源の波長でＮＡは集光レンズにより集光されるビームの１／ｅ^２強度の光線のＮＡである。例えば生体内測定で使用される光断層画像測定装置を想定した場合、光源の波長１．３μｍで集光レンズ（ここでは屈折率分散レンズ）のＮＡが０．０１程度のものが一般的に使用され、この場合焦点深度は８．３ｍｍとなる。したがって、前記部分的反射面を、前記屈折率分散レンズの集光点から光路長が１０ｍｍ以内の箇所に設置するのが望ましい。

請求項５に記載のプローブの調整方法は、測定対象の光断層画像を取得する本体と、測定光を測定対象まで導波するプローブとを有する光断層画像測定装置のプローブの調整方法であって、前記光断層画像測定装置が、低コヒーレンス光を射出する光源と、該光源から射出された前記低コヒーレンス光を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前記参照光を反射することにより、前記参照光に対して所定の光路長を与える反射ミラーと、前記プローブから前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの測定反射光と、前記反射ミラーで反射された前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記測定反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有し、前記プローブは、前記測定光の一部を反射して前記合波手段に向かわせる部分的反射面を有しており、
前記部分的反射面に対して測定光を出射しながら前記部分的反射面からの戻り光を検出することにより、出射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量が所定の比率となるような姿勢で、前記部分的反射面を固定し、
前記プローブは、前記測定光を入射し又前記測定反射光を出射する光ファイバと、前記測定光及び前記測定反射光を伝達する屈折率分散レンズと、前記部分的反射面を介して前記測定光を出射し又前記測定反射光を入射するプリズムとを有し、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとを角度付けして接着することにより、前記部分的反射面を固定していることを特徴とする。

本発明によれば、前記部分的反射面に対して測定光を出射しながら前記部分的反射面からの戻り光を検出することにより、出射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量が所定の比率となるような姿勢で、前記部分的反射面を保持するので、前記部分的反射面までの光路長を固定とすることができ、これに対して参照光の光路長を合わせることで、光断層画像における前記部分的反射面からの反射光に基づく画像信号を精度良く検出できる。又、実際の生体の体腔内にプローブを挿入したような場合でも、前記部分的反射面からの反射光に基づく画像を利用して、生体の組織からの反射光に基づく画像を容易に特定することができる。
更に、前記プローブは、前記測定光を入射し又前記測定反射光を出射する光ファイバと、前記測定光及び前記測定反射光を伝達する屈折率分散レンズと、前記部分的反射面を介して前記測定光を出射し又前記測定反射光を入射するプリズムとを有し、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとを角度付けして接着することにより、前記部分的反射面を固定するので、出射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量を所定の比率になるように調整できる。
更に、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとを、角度付けして接着するので、出射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量の調整が容易である。

請求項６に記載のプローブの調整方法は、請求項５に記載の発明において、前記所定の比率とは６０ｄＢ以上、２５ｄＢ以下であることを特徴とする。

請求項７に記載のプローブの調整方法は、請求項５又は６に記載の発明において、前記部分的反射面を、前記屈折率分散レンズの集光点から光路長が１０ｍｍ以内の箇所に設置したことを特徴とするので、測定対象からの干渉信号と、プローブの部分的反射面からの干渉信号を、共に光断層画像の奥行き方向における測定可能範囲に存在させることができる。

本発明によれば、簡素な構成であって、光断層画像の探索が容易であり、ノイズとの混同を抑制できる光断層画像測定装置のプローブ及びプローブの調整方法を提供することが可能になる。

光断層画像測定装置の好ましい実施の形態を示す外観模式図である。 本発明の光断層画像測定装置の好ましい実施の形態を示すブロック図である。 図１の光断層画像測定装置におけるプローブの先端部分の一例を示す断面図である。 図１の光断層画像測定装置におけるプローブの駆動装置の一例を示す断面図である。 図１の光断層画像測定装置における回転駆動ユニットの一例を示す断面図である。 ＯＣＴ測定の原理について説明する為の概略図である。 比較例にかかるプローブの概略断面図である。 本実施の形態にかかるプローブの概略断面図である。 縦軸に信号強度を取り、横軸に測定対象の奥行き長さをとって示す測定対象の奥行き断層信号の図である。 反射率を測定する測定装置を示す概略図である。 変形例にかかるプローブの概略断面図である。 別の実施の形態にかかるプローブの概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる光断層画像測定装置の外観模式図である。光断層画像測定装置１は、光コヒーレンストモグラフィー計測により測定対象の断層画像を取得する本体１Ａと、該本体に着脱可能に取り付けられる、測定光を測定対象まで導波するプローブ１０とを備えている。この本体１Ａに用いられるプローブ１０は複数用意されており、プローブ１０を取り外して洗浄・消毒、または別プローブに付替えをおこなうことができるようになっている。

図２は、本実施の形態にかかる光断層画像測定装置の概略構成図である。ここではＳＳ（Swept Source）−ＯＣＴの構成をとっている。光断層画像測定装置１の本体１Ａは、低コヒーレント光Ｌを射出する光源ＳＬＤと、光源ＳＬＤから射出された低コヒーレント光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段ＢＳと、光分割手段ＢＳにより分割された測定光Ｌ１をプローブ１０側に導くと共に、プローブ１０側からの測定光Ｌ１を干渉光検出器７０側に導く第１サーキュレータＣＬＴ１と、第１サーキュレータＣＬＴ１とプローブ１０との間に形成され、プローブ１０の回転を許容するコネクタＣＴと、測定対象Ｓまで測定光Ｌ１を導波するプローブ１０と、光分割手段ＢＳにより分割された参照光Ｌ２を反射ミラーＭＲに導くと共に、反射ミラーＭＲ側からの参照光Ｌ２を干渉光検出器７０側に導く第２サーキュレータＣＬＴ２と、第２サーキュレータＣＬＴ２と反射ミラーＭＲとの間に形成され、反射ミラーＭＲに向かってレンズＬＳを介して参照光Ｌ２を出射すると共に、反射ミラーＭＲからの反射光Ｌ４を、レンズＬＳを介して入射する出入射端ＯＩと、反射ミラーＭＲと、プローブ１０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と、反射ミラーＭＲからの反射光Ｌ４とを合波するカプラ（合波手段）ＣＰＬと、カプラＣＰＬにより合波された干渉光Ｌ３’と干渉光Ｌ４’とを検出する干渉光検出器（干渉光検出手段）７０とを有している。光源ＳＬＤは波長走査することが可能であり、これにより測定対象Ｓの奥行き情報を取得できる。尚、光源ＳＬＤ、コネクタＣＴ、出入射端ＯＩ、干渉光検出器７０の間は、光ファイバＦＢ１〜ＦＢ５で連結され、光はその内部を伝播するようになっている。

制御部ＣＯＮＴは、プローブ駆動装置ＤＲ１とミラー駆動装置ＤＲ２とを駆動制御する。プローブ駆動装置ＤＲ１は、プローブ１０を回転させることができる。又、ミラー駆動装置ＤＲ２は、反射ミラーＭＲを光軸方向に任意の量だけ移動させることができる。

ここで、光源ＳＬＤは、たとえばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の低コヒーレント光を射出するレーザ光源からなっている。なお、光断層画像測定装置１は、体腔内の生体を測定対象Ｓとしたときの断層画像を取得するものであるため、測定対象Ｓ内を透過するときの散乱・吸収による光の減衰を最小限に抑えることができる、たとえば広スペクトル帯域の超短パルスレーザ光源等を用いるのが好ましい。

光分割手段ＢＳは、たとえば１×２の光ファイバカプラからなっており、光源ＳＬＤから光ファイバＦＢ１を介して導波された低コヒーレント光Ｌを、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割するようになっている。光分割手段ＢＳは、２つの光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に導波されるようになっている。

光ファイバＦＢ２は、プローブ１０に対して着脱可能に連結可能なコネクタＣＴを介して光学的に接続されており、測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２からコネクタＣＴを介してプローブ１０へ導波されるようになっている。光ファイバの端部間を光学的に連結するコネクタＣＴは、一方の光ファイバ端から出射された光を他方の光ファイバ端に入射させる２つのレンズＬＳ１，ＬＳ２を、相対的に回転可能な一対のホルダＨ１，Ｈ２によりそれぞれ保持している。従って、一方のホルダＨ２をプローブ１０と一体的に回転させた場合でも、他方のホルダＨ１は固定されたままとでき、これによりプローブ１０と反対側の光ファイバに捻れが生じないようになっている。ここで、図３はプローブの先端部分１０Ａを示す断面図であり、図１と図３を参照してプローブ１０について説明する。

プローブ１０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、回転駆動ユニット３０（図５）に対して取り付けられて回転可能となっている。図３において、プローブ１０は、チューブ１１と、チューブ１１内に収容された光ファイバＦＢ１０と、光ファイバＦＢ１０を導波した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに向かって射出するためのプリズム１７と備えている。チューブ１１はたとえば樹脂等の可撓性を有し、かつ光透過性を有する物質からなっており、チューブ１１の先端部分にはチューブ１１内を封止するためのキャップ１２が固定されている。

チューブ１１内にはフレキシブルシャフト１３が収容されており、このフレキシブルシャフト１３内に光ファイバＦＢ１０が収容されている。フレキシブルシャフト１３は、たとえば金属線材を螺旋状に巻回した２重の密着コイルからなるものであって、各密着コイルはそれぞれ巻回方向が反対なるように巻回されている。尚、ＣＬは光ファイバＦＢ１０の光軸である。

フレキシブルシャフト１３の先端および光ファイバＦＢ１０の先端は基台１４の一端側１４ａにそれぞれ固定されており、基台１４の他端側１４ｂにはプリズム１７が固定されている。プリズム１７の固定方法については後述する。また、基台１４内にはフェルール１５および屈折率分散レンズ（Gradient Index Lens：ＧＲＩＮレンズともいう）１６が収容されている。よって、光ファイバＦＢ１０から射出した測定光Ｌ１はフェルール１５および屈折率分散レンズ１６に導波されてプリズム１７に入射されることになる。

プリズム１７は光ファイバＦＢ１０内において導波された測定光Ｌ１をチューブ１１の側壁面１１ａ側に射出し、よって測定光Ｌ１は、チューブ１１を透過して測定対象に照射されるようになっている。同時に、プリズム１７は測定光Ｌ１の照射による測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を受光し、光ファイバＦＢ１０側に射出するようになっている。

ここで、フレキシブルシャフト１３および光ファイバＦＢ１０はチューブ１１に対し矢印Ｒ方向に回転可能に設けられており、フレキシブルシャフト１３および光ファイバＦＢ１０の回転に伴い基台１４およびプリズム１７も矢印Ｒ方向に回転するようになっている。したがって、プリズム１７から射出される測定光Ｌ１は矢印Ｒ方向に回転しながら測定対象Ｓに対し照射されることになる。これにより、体腔内において回転方向（ラジアル方向）の光断層画像の取得が可能となる。

図４はプローブ１０のプローブ駆動装置ＤＲ１の一例を示す断面図である。プローブ駆動装置ＤＲ１は、プローブ１０を回転させる回転駆動ユニット３０と、回転駆動ユニット３０に固定されるカバー１９と、カバー１９内に収容された固定スリーブ２０と、固定スリーブ２０に対して回転可能に設けられた回転筒２２と、回転筒２２と回転駆動ユニット３０のロータリコネクタ３２とを固定するための接続リング２３とを備えている。カバー１９は、回転駆動ユニット３０の筐体３１に固定されるものであって、固定スリーブ２０に対してスライドするように設けられている。一方、固定スリーブ２０は、固定部材２１によりカバー１９に固定されるようになっている。

回転筒２２は固定スリーブ２０に対しベアリング２２ａを介して回転可能に保持されている。また回転筒２２はフレキシブルシャフト１３と固定されており、回転筒２２が回転することによりフレキシブルシャフト１３が回転するようになっている。また回転筒２２には接続リング２３が接続されており、接続リング２３の内側にはねじ山が形成されている。そして、接続リング２３がロータリコネクタ３２に固定されることにより、回転筒２２がロータリコネクタ３２に同期して回転するようになっている。回転筒２２内にはフェルール２４が収容されており、フェルール２４を介して光ファイバＦＢ１０と回転駆動ユニット３０側の光ファイバＦＢ２とが光学的に接続されるようになっている（図示せず）。

図５は回転駆動ユニット３０の一例を示す断面図である。図５の回転駆動ユニット３０は、チューブ１１内の光ファイバＦＢ１０およびプリズム１７を矢印Ｒ方向に回転させるものであって、コネクタＣＴが挿入されるコネクタ挿入口３１ａが形成された筐体３１と、コネクタ挿入口３１ａから突出した、コネクタＣＴに接続されるロータリコネクタ３２と、ロータリコネクタ３２を回転させるモータ３５とを有している。ロータリコネクタ３２はギア３３と同期して回転するものであって、ギア３３はモータ３５の回転軸に固定されたギア３４に接続されている。そしてモータ３５が駆動することによりギア３３、３４を介してロータリコネクタ３２が回転するようになっている。また、回転駆動ユニット３０にはストッパ３６が設けられており、ストッパ３６が押されてギア３３に接触することにより、ロータリコネクタ３２が回転するのを抑止できるようになっている。

ここで、図２から図５を参照してプローブ１０および回転駆動ユニット３０の動作例について説明する。まず、回転駆動ユニット３０においてモータ３５が駆動するとロータリコネクタ３２が回転し、これに接続されているプローブ１０の回転筒２２が回転する。さらに、回転筒２２に固定されているフレキシブルシャフト１３が回転することにより、光ファイバＦＢ１０およびプリズム１７が矢印Ｒ方向に回転する。これにより、プリズム１７から射出される測定光Ｌ１が矢印Ｒ方向に回転しながら測定対象Ｓに照射されるようになる。ここで、上述したように、フレキシブルシャフト１３はそれぞれ巻回方向が逆の２つの密着コイルからなっているため、いずれの方向に回転させたときであっても、その回転力を先端の基台１４まで伝達することができる（図４参照）。但し、コネクタＣＴの回転許容機能により、第１サーキュレータＣＬＴ１側の光ファイバが連れ回りすることがない。

カプラＣＰＬは、２×２の光ファイバカプラからなり、反射ミラーＭＲで反射された反射光Ｌ４と、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し、５０：５０の割合で分割し、干渉信号の信号強度を位相πだけ互いにシフトして２つの干渉光Ｌ３’、Ｌ４’を干渉光検出器７０側に射出するようになっている。

干渉光検出器７０は、バランスディテクタとも言われ、干渉信号の干渉成分のみを選択的に検出するように差分検出を行っている。具体的には、測定光Ｌ１の全光路長と、反射光Ｌ３の全光路長との合計（以下、測定光路長ということがある）が、参照光Ｌ２の全光路長と、反射光Ｌ４の全光路長との合計（以下、参照光路長ということがある）と、およそ等しいときもしくは２つの光路長差が可干渉距離にあるときに２つの光波は干渉を起こすが、光源ＳＬＤの波長を走査することで干渉信号に干渉成分に起因するビート信号が発生する。５０：５０のカプラを通過することで干渉信号のビート信号の位相がπずれるため、この２つの信号の差分を取ると干渉信号の干渉成分つまりビート信号のみを選択的に検出できそれ以外の信号を差し引きする事ができるので精度良く測定対象の奥行き情報を得ることができる。不図示の信号処理手段により干渉信号を信号処理することで測定物の断層信号を得ている。かかる断層信号に基づき、光断層画像は不図示の画像表示手段に表示されることとなる。なお、ここでは光干渉検出器７０は差分検出を行っているが、干渉信号の干渉成分効率的に取得するための手法の１つであるので、差分検出せずに干渉信号そのものを検出して信号処理をする構成をとっても構わない。

光断層画像測定装置１の動作について説明する。図２において、光源ＳＬＤから射出された低コヒーレント光Ｌは、光ファイバＦＢ１の内部を伝播し、光分割手段ＢＳで測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。光分割手段ＢＳにより分割された測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２の内部を伝播し、第１サーキュレータＣＬＴ１を通過し、コネクタＣＴを介してプローブ１０から測定対象Ｓに照射される。測定対象Ｓからの反射光Ｌ３は、再びプローブ１０，コネクタＣＴを介して戻り、第１サーキュレータＣＬＴ１で進行方向を変えられて、光ファイバＦＢ４に沿ってカプラＣＰＬに向かう。一方、光分割手段ＢＳにより分割された参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ３の内部を伝播し、第２サーキュレータＣＬＴ２を通過し、その出入射端ＯＩからレンズＬＳを介して反射ミラーＭＲに照射される。反射ミラーＭＲで反射した参照光Ｌ２は、反射光Ｌ４となって、レンズＬＳを介して再び出入射端ＯＩから入射して戻り、第２サーキュレータＣＬＴ２で進行方向を変えられて、光ファイバＦＢ５に沿ってカプラＣＰＬに向かう。カプラＣＰＬにより合波された反射光Ｌ３’と反射光Ｌ４’とは、干渉光検出器７０で差分をとられて処理され、それに応じた干渉信号を生じさせることとなる。

図６は、ＯＣＴ測定の原理について説明する為の概略図である。具体的に、図６を参照してＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ測定の原理について説明する。図６において、光源ＳＬＤから出射された低コヒーレンス光は、光分割手段ＢＳで分割されて、測定光Ｌ１は測定対象Ｓに向かい、その反射光Ｌ３は光分割手段ＢＳに再度戻る。一方、光分割手段ＢＳで分割された参照光Ｌ２はミラーＭＲに向かい、その反射光Ｌ４は光分割手段ＢＳに再度戻る。反射光Ｌ３とＬ４が光分割手段ＢＳで合波され、合波された光は干渉光検出器７０へ向かい検出される。ここで、測定光Ｌ１は、測定対象Ｓの内部組織の屈折率差に従い、異なる奥行き方向の位置で反射光Ｌ３を生じる。即ち、反射光Ｌ３は、異なる光路長で伝播した複数の光を含んでいることとなる。参照光の反射ミラーＭＲを光軸方向に移動させて、参照光Ｌ２と反射光Ｌ４の全光路長が、測定光Ｌ１と反射光Ｌ３の全光路長とほぼ一致するところで測定対象Ｓから反射してきた反射光Ｌ３とミラーから反射してきた光Ｌ４とで干渉が起こり、測定対象の奥行き情報を取得できる。干渉信号は干渉光検出器７０で検出し、信号処理をすることで図９に示すように、内部組織の深さ方向の屈折率境界面に応じたピークの異なる画像信号ＷＳを得ることができる。かかる画像信号ＷＳに基づいて画像処理を行えば内部組織の断層画像などを形成することができる。

次に、測定時の課題について説明する。図７は、比較例にかかるプローブ１０’の構造を概略的に説明する図であり、図８は、本実施の形態にかかるプローブ１０の構造を概略的に説明する図である。図９は、縦軸に信号強度を取り、横軸に測定対象の奥行き長さをとって示す測定対象の奥行き断層信号における１スキャン分の例図である。

まず、生体の体腔内にプローブを挿入したときに、測定対象となる組織とプローブとの位置関係を把握できないという問題がある。例えば図９（ａ）に示すように、参照光路長で決まる点線で示す測定可能範囲内に測定対象が存在しないと、干渉信号を検出することができない。測定対象からの戻り光が発生していない位置にプローブ１０がセットされていると、反射ミラーＭＲをいくら動かして参照光路長を変更しても信号が取得できないからである。又、直視方向を観察する場合、プローブ１０を測定対象方向へ進行させるが、もし参照光路長と測定光路長が一致していない場合、測定対象からの戻り光に基づく画像信号を観測できないので、プローブ１０の進行で測定対象を誤って圧迫してしまうおそれもある。そこで、本実施の形態では、測定対象に近いプリズムの部分的反射面からの反射光を利用して、測定対象との位置関係を求めることとする。しかるに、プリズムの面からの反射光をどのように利用するかという課題が残る。

図７に示す比較例では、屈折率分散レンズ１６の端面に対して、二等辺三角柱状のプリズム１７の入射面１７ａを密着させて取り付けている。プリズム１７の底面１７ｃを部分的反射面とすると、これにより部分的反射面までの測定光路長を固定することができる。ここで、光ファイバＦＢ１０を介して入射した測定光は、屈折率分散レンズ１６を介してプリズム１７の入射面１７ａに入射した後、斜面１７ｂで反射され、更に底面１７ｃから一部が出射して下方の測定対象（不図示）に向かうと共に、残りは底面１７ｃで反射するので、測定対象から反射して底面１７ｃから入射した反射光と共に光ファイバ１０側に戻るようになる。尚、屈折率分散レンズ１６の端面や、プリズム１７の入射面１７ａからも反射光は生じるが、空気と接することで屈折率変化が最も大きな底面１７ｃからの反射光量が最も大きいため、それ以外は無視できる。

ここで、固定されたプリズム１７の底面１７ｃまでの測定光路長（或いは測定対象までの推定距離を加えた光路長）に対して、反射ミラーＭＲを駆動して参照光路長を合わせることができる。これによりプリズム１７の底面１７ｃからの反射光は、参照光の反射光と干渉して、図９（ｂ）に示す画像信号ＭＫとして表されることとなる。実際の断層画像取得時には、プリズム１７の底面１７ｃと測定対象とは近接しているので、測定可能範囲に画像信号ＷＳが出現することになる。そこで、これが測定対象からの反射光に基づく画像信号であることがわかる。ところが、底面１７ｃからの反射光量が大きすぎると、画像信号ＭＫと画像信号ＷＳとのピーク値が略等しくなって、いずれが測定対象からの反射光に基づく画像信号ＷＳであるか区別が付かなくなる恐れがある。

更に、干渉光検出器７０は、２つの干渉信号の干渉成分のみを選択的に検出するように差分検出をとるものであるので、本来的には、位相が同じであるプリズム１７の底面１７ｃからの反射光と、測定対象からの反射光とをキャンセルして干渉信号が生じないようにできるはずである。しかしながら、底面１７ｃからの反射光量が大きすぎると、干渉光検出器７０のキャンセル機能が有効に発揮されず、図９（ｂ）に点線で示すように底面１７ｃからの反射光と測定対象Ｓからの反射光の干渉信号のノイズとしての画像信号ＮＳが発生し、測定対象からの反射光に基づく画像信号ＷＳと区別が付かなくなる恐れがある。また、本来測定すべき画像信号ＷＳとノイズ信号ＮＳがオーバーラップしてしまい、正確な測定対象の断層画像を取得できなくなってしまう。干渉光検出器７０の差分検出性能を向上させればかかる問題は回避できるが、現実的な検出器の設計解を得られないもしくは大幅なコストの増大をまねいてしまう。

そこで、本実施の形態においては、図８に示すように、部分的反射面を有する光学部材である屈折率分散レンズ１６の端面に対して、プリズム１７の入射面１７ａを所定角度傾けて、その間に接着剤Ｂを充填することで、屈折率分散レンズ１６にプリズム１７を取り付けている。このようにすれば、入射面１７ａの傾き角に応じて直角二等辺三角形のプリズム１７の底面１７ｃへの入射角が変更される。底面１７ｃでの入射が垂直入射から傾き角分傾くことになるので、それにともない底面１７ｃからの反射光量が減少するので、プリズム１７の底面１７ｃからの反射光と、参照光の反射光とで形成される干渉信号が弱まり、図９（ｃ）に示すように画像信号ＭＫが小さくなるため、測定対象からの反射光に基づく画像信号ＷＳとの区別が容易に付くようになる。又、底面１７ｃからの反射光が弱ければ、比較的安価な汎用の干渉光検出器７０を用いても、測定対象からの反射光とキャンセルできるから、図９（ｂ）に示すようなノイズを抑制できるため、画像信号ＷＳの観察を明瞭に行うことができる。尚、底面１７ｃは屈折率分散レンズ１６の集光点から光路長が１０ｍｍ以内の箇所に設置するのが望ましい。

ここで、測定対象からの反射光に基づく画像信号ＷＳと区別が付く程度に、画像信号ＭＫの強度を比較的低く抑え、且つ比較的安価な汎用の干渉光検出器７０を用いて、底面１７ｃからの反射光と測定対象からの反射光とをキャンセルするためには、プローブ１０に出射した測定光の光量に対する底面１７ｃからの戻り光の光量（反射率）を、６０ｄＢ以上、２５ｄＢ以下とすると好ましい。但し、１［ｄＢ］＝−１０・ｌｏｇ（Ｘ［％］／１００））とする。Ｘはプローブへの入射光量に対する部分的反射面からの戻り光量の比率を表している。規定の範囲に反射率を制御するには、プローブ１０の調整が重要となる。

図１０は、反射率を測定する測定装置を示す概略図である。図１０を用いて、本実施の形態にかかるプローブの調整方法について説明する。組み付け途中のプローブ１０を、コネクタＣＴを介して測定装置に取り付けるが、屈折率分散レンズ１６にプリズム１７が未だ固定されていないものとする。プローブ１０は、光を吸収するような空間に載置される。ここで、測定用の光源ＬＤから、基準光量にて基準光を出射すると、かかる基準光は光ファイバＦＢの一端から入射し、サーキュレータＣＬＴ及びコネクタＣＴを通過して、プローブ１０内に進入する。

プローブ１０内に進入した基準光は、屈折率分散レンズ１６を通過し、その端部から出射して、図８に示すようにプリズム１７の入射面１７ａから入射し、斜面１７ｂで反射して、底面１７ｃで一部が反射するが、残りは底面１７ｃを通過して戻ってこない。底面１７ｃからの反射光は、斜面１７ｂで反射し入射面１７ａから出射して、屈折率分散レンズ１６を通過してプローブ１０から外部に出射し、光ファイバＦＢを介してサーキュレータＣＬＴに入射するが、ここで分岐されて、光量検出装置ＰＤに入射するようになっている。光量検出装置ＰＤは、反射光の光量を検出すると共に、測定用光源ＬＤから出射される基準光の基準光量を記憶しており、反射光の光量とで演算することで反射率を随時求めることができるようになっている。従って、光量検出装置ＰＤの算出した反射率が、６０ｄＢ以上、２５ｄＢ以下となるように、屈折率分散レンズ１６の端面に対するプリズム１７の入射面１７ａの傾き角を調整した上で、屈折率分散レンズ１６とプリズム１７との間に接着剤Ｂを充填して両者を固定すればよい。尚、光量検出装置ＰＤの算出した反射率に基づいて、参照光路長を合わせることができる。

図１１は、本実施の形態の変形例にかかるプローブ１０Ａの概略断面図である。本変形例においては、屈折率分散レンズ１６の端面から、所定の距離だけプリズム１７の入射面１７ａを離間させている。この離間量に応じて屈折率分散レンズ１６の集光点が変化し、これにより底面１７ｃからの反射光量が変化する。例えば、集光点が底面１７ｃよりも先に存在する場合と、底面１７ｃと一致する場合では後者の方が屈折率分散レンズ１６を通る往復の光路が同一となるので反射光量が大きくなる。図１０に示す測定装置で反射率を測定しながら、屈折率分散レンズ１６の端面と、プリズム１７の入射面１７ａとの距離を決定し、かかる距離を維持したまま両者間に接着剤Ｂを充填することで、プローブ１０Ａの組み付けを行うことができる。

図１２は、第２の実施の形態にかかるプローブ１０Ｂの概略断面図である。円筒状のガイドワイヤ（鏡筒ともいう）ＧＷ内に、光ファイバＦＢが挿通され、その間に充填された保持体（接着剤でもよい）ＨＤを介して固定されている。更にガイドワイヤＧＷ内には、光ファイバＦＢの内方端に対向して集光レンズＬＳが配置され、ガイドワイヤＧＷの末端には透明な平行平板ＰＰ（光源側又は測定対象側の面が部分的反射面）が、ガイドワイヤＧＷの軸線直交方向に対して傾けて固定配置されている。尚、部分的反射面を有する光学部材としての平面板である平行平板ＰＰは、集光レンズＬＳの集光点から光路長が１０ｍｍ以内の箇所に設置するのが望ましい。

上述の実施の形態と同様に、光ファイバＦＢを介してプローブ１０Ｂ内に進入した測定光は、光ファイバＦＢの内方端から出射して集光レンズＬＳにより集光され、更に平行平板ＰＰを介してプローブ１０Ｂの外方に出射されて、不図示の測定対象に照射されることとなる。ここで、平行平板ＰＰのガイドワイヤＧＷの軸線直交方向に対する傾き角に応じて、平行平板ＰＰからの反射光量が変化するので、図１０に示す測定装置で反射率を測定しながら、平行平板ＰＰの傾き角を決定し、かかる傾き角を維持したまま接着剤Ｂを用いて平行平板ＰＰをガイドワイヤＧＷに接着することで、プローブ１０Ｂの組み付けを行うことができる。また、平行平面板ＰＰが弱散乱体もしくは粗面で構成されていれば、平行平面版ＰＰからの反射光が光ファイバＦＢに導波し易くなり、プローブ１０Ｂの組み付けが容易になる。

尚、本発明は、ＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ測定、ＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ測定のいずれにも適用可能であり、光学系の構成はこれら干渉信号を検出できるものであれば実施例の構成でなくともよい。

１ 光断層画像測定装置
１Ａ 本体
１０ プローブ
１６ 屈折率分散レンズ
１７ プリズム
７０ 干渉光検出器
Ｂ 接着剤
ＢＳ 光分割手段
ＣＬ 光軸
ＣＬＴ１ 第１サーキュレータ
ＣＬＴ２ 第２サーキュレータ
ＣＯＮＴ 制御装置
ＣＰＬ カプラ
ＣＴ コネクタ
ＤＲ１ プローブ駆動装置
ＤＲ２ 反射ミラー駆動装置
ＦＢ 光ファイバ
ＦＢ１０ 光ファイバ
ＦＢ１〜ＦＢ５ 光ファイバ
Ｌ 低コヒーレント光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 測定光の反射光
Ｌ４ 参照光の反射光
ＬＳ、ＬＳ１，ＬＳ２ レンズ
ＭＲ ミラー
ＯＩ 出入射端
ＣＴ コネクタ
Ｓ 測定対象
ＳＬＤ 光源

Claims (7)

1. 測定対象の光断層画像を取得する本体と、測定光を測定対象まで導波するプローブとを有する光断層画像測定装置のプローブであって、前記光断層画像測定装置が、低コヒーレンス光を射出する光源と、該光源から射出された前記低コヒーレンス光を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前記参照光を反射することにより、前記参照光に対して所定の光路長を与える反射ミラーと、前記プローブから前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの測定反射光と、前記反射ミラーで反射された前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記測定反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有し、
   前記プローブは、固定された測定光路長の位置で前記測定光の一部を反射して前記合波手段に向かわせる部分的反射面を有し、
   前記プローブは、前記測定光を入射し又前記測定反射光を出射する光ファイバと、前記測定光及び前記測定反射光を伝達する屈折率分散レンズと、前記部分的反射面を介して前記測定光を出射し又前記測定反射光を入射するプリズムとを有し、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとは、角度付けされて接着されていることを特徴とするプローブ。
2. 前記プローブにおける前記部分的反射面を有する光学部材は、前記部分的反射面に入射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量が所定の比率となるような姿勢で取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
3. 前記所定の比率とは６０ｄＢ以上、２５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項２に記載のプローブ。
4. 前記部分的反射面は、前記屈折率分散レンズの集光点から光路長が１０ｍｍ以内の箇所に設置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプローブ。
5. 測定対象の光断層画像を取得する本体と、測定光を測定対象まで導波するプローブとを有する光断層画像測定装置のプローブの調整方法であって、前記光断層画像測定装置が、低コヒーレンス光を射出する光源と、該光源から射出された前記低コヒーレンス光を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前記参照光を反射することにより、前記参照光に対して所定の光路長を与える反射ミラーと、前記プローブから前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの測定反射光と、前記反射ミラーで反射された前記参照光とを合波する合波手段と、該合波手段により合波された前記測定反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有し、前記プローブは、前記測定光の一部を反射して前記合波手段に向かわせる部分的反射面を有しており、
   前記部分的反射面に対して測定光を出射しながら前記部分的反射面からの戻り光を検出することにより、出射した測定光の光量に対する前記部分的反射面からの戻り光の光量が所定の比率となるような姿勢で、前記部分的反射面を固定し、
   前記プローブは、前記測定光を入射し又前記測定反射光を出射する光ファイバと、前記測定光及び前記測定反射光を伝達する屈折率分散レンズと、前記部分的反射面を介して前記測定光を出射し又前記測定反射光を入射するプリズムとを有し、前記屈折率分散レンズと前記プリズムとを角度付けして接着することにより、前記部分的反射面を固定していることを特徴とするプローブの調整方法。
6. 前記所定の比率とは６０ｄＢ以上、２５ｄＢ以下であることを特徴とする請求項５に記載のプローブの調整方法。
7. 前記部分的反射面を、前記屈折率分散レンズの集光点から光路長が１０ｍｍ以内の箇所に設置したことを特徴とする請求項５又は６に記載のプローブの調整方法。