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JP2006267034A - Tomography device and tomography method - Google Patents

Tomography device and tomography method Download PDF

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JP2006267034A
JP2006267034A JP2005089151A JP2005089151A JP2006267034A JP 2006267034 A JP2006267034 A JP 2006267034A JP 2005089151 A JP2005089151 A JP 2005089151A JP 2005089151 A JP2005089151 A JP 2005089151A JP 2006267034 A JP2006267034 A JP 2006267034A
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JP
Japan
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light
signal
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scanning
path length
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Pending
Application number
JP2005089151A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masamitsu Haruna
正光 春名
Masahito Omi
雅人 近江
Naoto Hayashi
直人 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka University NUC
Original Assignee
Osaka University NUC
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062Arrangements for scanning
    • A61B5/0066Optical coherence imaging

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Endoscopes (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tomography device and a tomography method for measuring the dynamic state function of a body to be inspected at a desired time interval. <P>SOLUTION: A processing section 10 outputs a raster trigger and a frame trigger, in synchronization with the raster trigger to a function generator 8 and a galvanomirror driver 9, when an external signal is inputted. The function generator 8 generates positive-phase and negative-phase light delay scanning voltages and applies them to optical phase modulators 4, 5. The galvanomirror driver 9 generates a galvanomirror drive voltage, in synchronization with an inputted frame trigger and applies it to a galvanomirror 7b. The optical phase modulators 4, 5 scan the optical path length of the reference light and the signal light in the direction of an optical axis (depth direction of organism). An irradiation section 7 scans the irradiation point of signal light on the surface of the organism, by making a round trip over a prescribed distance in a straight form, along the surface of the organism during a single period of the galvanomirror drive voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、低コヒーレンス光干渉を用いて被検査体の断層を計測する断層計測装置及び断層計測方法に関する。   The present invention relates to a tomographic measuring apparatus and a tomographic measuring method for measuring a tomographic object to be examined using low coherence optical interference.

光を用いて生体の内部構造を可視化する試みは、X線による透視画像化、OCT(Optical Coherence Tomography、光コヒーレンストモグラフィ)の原理を用いた光波による生体組織の断層画像化などの分野で行われており、例えば、眼科学の分野では、眼底網膜剥離の断層画像を空間分解能10μm程度で表示することができるOCT装置が実用化されている。   Attempts to visualize the internal structure of a living body using light are performed in fields such as fluoroscopic imaging using X-rays and tomographic imaging of biological tissues using light waves using the principle of OCT (Optical Coherence Tomography). For example, in the field of ophthalmology, an OCT apparatus capable of displaying a tomographic image of fundus retinal detachment with a spatial resolution of about 10 μm has been put into practical use.

OCTの原理は、低コヒーレンス光干渉を利用して、光軸方向(生体の深さ方向)に沿う生体組織内の反射点の位置をコヒーレンス長の分解能で識別するというものである。OCT装置は、低コヒーレンス光源を用いて光干渉計(例えば、マイケルソン干渉計)を構成し、信号光路端部には、微動ステージに載置し、生体表面に信号光を照射するための照射部を設け、参照光路には、参照光路長を所要の微小寸法(例えば、1mm)繰り返し変化させることにより、参照光の光路長を走査する走査部を設けるとともに、参照光路端部には、参照光を反射するミラーを設けている。また、参照光の光路長の走査方法として、PZT円筒状アクチュエータに光ファイバを巻き、所定周期の三角波電圧で駆動する光ファイバ位相変調器を用いることにより、参照光路長を変化させている。   The principle of OCT is that low-coherence light interference is used to identify the position of a reflection point in a living tissue along the optical axis direction (the depth direction of the living body) with a resolution of the coherence length. The OCT apparatus constitutes an optical interferometer (for example, Michelson interferometer) using a low-coherence light source, and is placed on a fine movement stage at the end of the signal light path to irradiate the surface of the living body with signal light. The reference optical path is provided with a scanning unit that scans the optical path length of the reference light by repeatedly changing the reference optical path length to a required minute dimension (for example, 1 mm), and the reference optical path end is provided with a reference A mirror that reflects light is provided. Further, as a scanning method of the optical path length of the reference light, the reference optical path length is changed by using an optical fiber phase modulator that winds an optical fiber around a PZT cylindrical actuator and is driven by a triangular wave voltage of a predetermined period.

生体の断層を計測する場合は、照射部から信号光を生体表面に照射し、参照光の光路長を走査することにより、参照光路長を繰り返し変化させ、参照光路長と生体深層の反射点までの信号光路長とが一致した場合に、低コヒーレンス干渉ゆえに局在するヘテロダインビート信号を検出し、検出した信号に基づいて生体の深層方向の反射光分布を取得する。生体組織内の二次元断層画像を取得するためには、参照光路長を1回走査するごとに、これに同期して微動ステージを同じ方向に一定距離(例えば、1〜10μm)移動させて信号光の照射点を生体表面に沿って移動させる(非特許文献1参照)。
春名正光、他1名、“医療を中心とする光コヒーレンストモグラフィの技術展開”2003年10月、レーザ研究 Vol.31、No.10
When measuring a tomography of a living body, the reference light path length is repeatedly changed by irradiating the surface of the living body with signal light from the irradiation unit and scanning the optical path length of the reference light, until the reference optical path length and the reflection point of the deep biological layer. When the signal optical path lengths coincide with each other, a localized heterodyne beat signal due to low coherence interference is detected, and a reflected light distribution in the deep direction of the living body is acquired based on the detected signal. In order to acquire a two-dimensional tomographic image in a living tissue, every time the reference optical path length is scanned once, the fine movement stage is moved in the same direction by a fixed distance (for example, 1 to 10 μm) in synchronization with this signal. The irradiation point of light is moved along the living body surface (see Non-Patent Document 1).
Masamitsu Haruna and 1 other, “Technological development of optical coherence tomography centered on medical treatment” October 2003, Laser Research Vol.31, No.10

しかしながら、非特許文献1の装置にあっては、参照光の光路長を所定の周期で走査する際に、信号光の照射点を生体表面に沿って移動することにより、ある特定の時間内における生体の断層画像を取得することができるものの、生体組織内で生じる生理現象の時間的推移、すなわち生体の動態機能を計測するためには、極めて高速の参照光路長走査に同期して、照射点を一定距離ずつ移動する必要があり、簡便であって生体の動態機能をより正確に計測することが望まれていた。特に、腺細胞から分泌物を体外又は管腔内に排出する外分泌腺は、体温の調節、老廃物又は余剰物の排出、体液の濃度及びpHを一定に保つ上で重要な役割を果たし、ヒトの生理機能を維持するために極めて重要な器官であるとともに、外分泌腺の動態機能の解明は皮膚病、消化器系疾患の診断にも有用であるため、その動態機能を計測することが望まれていた。   However, in the apparatus of Non-Patent Document 1, when the optical path length of the reference light is scanned at a predetermined period, the irradiation point of the signal light is moved along the surface of the living body within a certain time. Although a tomographic image of a living body can be acquired, in order to measure the temporal transition of physiological phenomena occurring in living tissue, i.e., the dynamic function of the living body, the irradiation point is synchronized with an extremely fast reference optical path length scan. Therefore, it has been desired to measure the dynamic function of the living body more accurately and simply. In particular, exocrine glands that excrete secretions from glandular cells into the body or lumen play an important role in regulating body temperature, draining waste or surplus, maintaining a constant body fluid concentration and pH, It is an extremely important organ for maintaining physiological functions, and elucidation of the dynamic function of the exocrine glands is useful for the diagnosis of skin diseases and digestive system diseases. It was.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、予め定められた光路長走査周期に基づいて、被検査体(例えば、生体)の表面に沿って照射点を走査するための照射点走査周期を設定し、前記光路長走査周期で参照光の光路長を走査する際に、設定された照射点走査周期で照射点を走査することにより、所望の時間間隔で被検査体の動態機能を計測することができる断層計測装置及び断層計測方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and irradiation point scanning for scanning an irradiation point along the surface of an object to be inspected (for example, a living body) based on a predetermined optical path length scanning cycle. By setting the cycle and scanning the optical path length of the reference light in the optical path length scanning cycle, by scanning the irradiation point with the set irradiation point scanning cycle, the dynamic function of the object to be inspected can be obtained at a desired time interval. An object is to provide a tomographic measurement apparatus and a tomographic measurement method capable of measuring.

また、本発明の他の目的は、被検査体に加える外部刺激に関連する信号に基づいて、参照光路長の走査及び照射点の走査を開始するようにしてあることにより、被検査体に外部刺激を加えた場合の動態機能を計測することができる断層計測装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to start the scanning of the reference optical path length and the scanning of the irradiation point based on the signal related to the external stimulus applied to the object to be inspected. An object of the present invention is to provide a tomographic apparatus capable of measuring a dynamic function when a stimulus is applied.

また、本発明の他の目的は、前記外部刺激に関連する信号に基づいて、光路長走査周期に同期して前記参照光路長走査手段が走査する走査方向に対応する方向に信号光の光路長の走査を開始する信号光路長走査手段を備えることにより、同じ光路長走査時間内で光路長走査距離を2倍にし、被検査体に外部刺激を加えた場合の動態機能をより高速に計測することができる断層計測装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an optical path length of signal light in a direction corresponding to a scanning direction scanned by the reference optical path length scanning means in synchronization with an optical path length scanning period based on a signal related to the external stimulus. The optical path length scanning distance is doubled within the same optical path length scanning time, and the dynamic function when an external stimulus is applied to the object to be inspected is measured at higher speed. An object of the present invention is to provide a tomographic measuring apparatus capable of performing the above.

また、本発明の他の目的は、前記外部刺激に関連する信号を設定された遅延時間だけ遅延して出力することにより、被検査体に外部刺激を加えた後の所望の時点における動態機能を計測することができる断層計測装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a dynamic function at a desired time after an external stimulus is applied to the subject by outputting the signal related to the external stimulus after being delayed by a set delay time. An object of the present invention is to provide a tomographic measuring apparatus capable of measuring.

また、本発明の他の目的は、被検査体に対する光吸収の度合いが異なる第1波長帯域及び第2波長帯域での参照光と信号光との干渉光に関連する第1信号及び第2信号の差分を算出することにより、被検査体の動態機能をより明確に計測することができる断層計測装置及び断層計測方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a first signal and a second signal related to interference light between the reference light and the signal light in the first wavelength band and the second wavelength band, which have different degrees of light absorption with respect to the object to be inspected. It is an object to provide a tomographic measuring apparatus and a tomographic measuring method capable of more clearly measuring the dynamic function of the object to be inspected by calculating the difference between them.

また、本発明の他の目的は、前記信号光路の一部には、生体の管腔内に挿入するための線状の挿入部を設け、該挿入部の先端には、信号光を管腔内壁に照射し、反射された信号光を補足するための光学素子を備えることにより、管腔内壁下における外分泌腺の動態機能を計測することができる断層計測装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a linear insertion part for insertion into the lumen of a living body in a part of the signal optical path, and to transmit the signal light to the distal end of the insertion part. An object of the present invention is to provide a tomographic measuring apparatus that can measure the dynamic function of an exocrine gland below the inner wall of a lumen by providing an optical element for irradiating the inner wall and capturing reflected signal light.

第1発明に係る断層計測装置は、低コヒーレンス光源からの光を参照光及び信号光に分離して夫々参照光路及び信号光路に導くようにしてあり、前記参照光路には、予め定められた光路長走査周期で参照光の光路長を走査する参照光路長走査手段及び前記参照光路の路端で参照光を反射させる光学素子を設けてあり、前記信号光路には、信号光を被検査体表面に照射し、照射点を該被検査体表面に沿って走査する照射点走査手段を設けてあり、前記参照光の光路長を走査して、前記参照光の光路長に対応する被検査体表面からの深層位置で反射した信号光と前記参照光路の路端で反射した参照光との光干渉に基づいて被検査体の断層を計測する断層計測装置において、前記光路長走査周期に基づいて、照射点走査周期を設定する照射点走査周期設定手段を備え、前記照射点走査手段は、前記参照光路長走査手段で参照光の光路長を走査する場合に、設定された照射点走査周期で照射点を走査するようにしてあることを特徴とする。   The tomographic measurement apparatus according to the first aspect of the present invention separates light from a low coherence light source into reference light and signal light, and guides them to a reference light path and a signal light path, respectively. Reference optical path length scanning means for scanning the optical path length of the reference light in a long scanning period and an optical element for reflecting the reference light at the end of the reference optical path are provided, and the signal light is supplied to the surface of the object to be inspected in the signal optical path. And an irradiation point scanning means for scanning the irradiation point along the surface of the object to be inspected, scanning the optical path length of the reference light, and the surface of the object to be inspected corresponding to the optical path length of the reference light In a tomographic measuring apparatus for measuring a tomographic object based on optical interference between the signal light reflected at a deep layer position from the reference light reflected at the end of the reference optical path, based on the optical path length scanning period, Irradiation point scan cycle to set the irradiation point scan cycle The irradiation point scanning unit scans the irradiation point at a set irradiation point scanning period when the reference light path length scanning unit scans the optical path length of the reference light. And

第2発明に係る断層計測装置は、第1発明において、前記参照光路長走査手段及び照射点走査手段の走査開始を制御する制御手段と、被検査体に外部刺激を加える外部刺激手段と、前記外部刺激に関連する信号を取得する取得手段とを備え、前記制御手段は、前記取得手段で取得した信号に基づいて、前記参照光路長走査手段及び照射点走査手段の走査を開始するようにしてあることを特徴とする。   A tomographic measurement apparatus according to a second aspect of the present invention is the tomographic measurement apparatus according to the first aspect, wherein the reference optical path length scanning unit and the irradiation point scanning unit control the start of scanning, the external stimulation unit that applies external stimulation to the object to be examined, Acquisition means for acquiring a signal related to an external stimulus, and the control means starts scanning the reference optical path length scanning means and the irradiation point scanning means based on the signal acquired by the acquisition means. It is characterized by being.

第3発明に係る断層計測装置は、第2発明において、前記光路長走査周期に同期して、前記参照光路長走査手段で走査する走査方向に対応する方向に信号光の光路長を走査する信号光路長走査手段を備え、前記制御手段は、前記取得手段で取得した信号に基づいて、前記信号光路長走査手段の走査を開始するようにしてあることを特徴とする。   A tomographic measurement apparatus according to a third invention is the signal for scanning the optical path length of the signal light in the direction corresponding to the scanning direction scanned by the reference optical path length scanning means in synchronization with the optical path length scanning period in the second invention. An optical path length scanning unit is provided, and the control unit starts scanning of the signal optical path length scanning unit based on the signal acquired by the acquisition unit.

第4発明に係る断層計測装置は、第2発明又は第3発明において、遅延時間を設定する遅延時間設定手段を備え、前記取得手段は、取得した信号を設定された遅延時間だけ遅延して前記制御手段へ出力するようにしてあることを特徴とする。   A tomographic measurement apparatus according to a fourth invention comprises a delay time setting means for setting a delay time in the second invention or the third invention, wherein the acquisition means delays the acquired signal by a set delay time and The output is made to the control means.

第5発明に係る断層計測装置は、第1発明乃至第4発明のいずれかにおいて、参照光及び信号光は、被検査体に対する光吸収の度合いが異なる第1波長帯域及び第2波長帯域を有し、前記第1波長帯域での参照光と信号光との光干渉に関連する第1信号を検出する第1検出手段と、前記第2波長帯域での参照光と信号光との光干渉に関連する第2信号を検出する第2検出手段と、検出された第1信号及び第2信号の差分を算出する差分算出手段とを備え、算出された差分に基づいて、前記被検査体の断層を計測するようにしてあることを特徴とする。   A tomographic measurement apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the tomographic measurement apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the reference light and the signal light have a first wavelength band and a second wavelength band that have different degrees of light absorption with respect to the object to be inspected. A first detector for detecting a first signal related to optical interference between the reference light and the signal light in the first wavelength band; and an optical interference between the reference light and the signal light in the second wavelength band. A second detecting means for detecting a related second signal; and a difference calculating means for calculating a difference between the detected first signal and the second signal, and based on the calculated difference, the tomogram of the inspected object It is characterized by measuring.

第6発明に係る断層計測装置は、第5発明において、前記第1波長帯域及び第2波長帯域の光を発する第1光源及び第2光源と、該第1光源及び第2光源が発する光を合波する合波器と、該合波器で合波された光を前記参照光路及び信号光路に分配する合配器と、参照光と信号光との干渉光を前記第1波長帯域での干渉光と前記第2波長帯域での干渉光とに分波する分波器とを備え、前記第1検出手段及び第2検出手段は、前記分波器で分波された干渉光に基づいて、前記第1信号及び第2信号を検出するようにしてあることを特徴とする。   A tomographic measurement apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the tomographic measurement apparatus according to the fifth aspect, wherein the first light source and the second light source that emit light in the first wavelength band and the second wavelength band, and the light emitted from the first light source and the second light source. A multiplexer for multiplexing, a multiplexer for distributing the light combined by the multiplexer to the reference optical path and the signal optical path, and interference light between the reference light and the signal light in the first wavelength band A demultiplexer for demultiplexing light into interference light in the second wavelength band, and the first detection means and the second detection means are based on the interference light demultiplexed by the demultiplexer, The first signal and the second signal are detected.

第7発明に係る断層計測装置は、第1発明乃至第6発明のいずれかにおいて、前記信号光路の一部には、生体の管腔内に挿入するための線状の挿入部を設けてあり、該挿入部の先端には、信号光を管腔内壁に照射し、反射された信号光を補足するための光学素子を備えていることを特徴とする。   A tomographic measurement apparatus according to a seventh invention is the tomographic measurement apparatus according to any one of the first to sixth inventions, wherein a part of the signal light path is provided with a linear insertion portion for insertion into a living body lumen. The insertion portion is provided with an optical element for irradiating the inner wall of the lumen with signal light and capturing the reflected signal light.

第8発明に係る断層計測方法は、低コヒーレンス光源からの光を参照光及び信号光に分離して夫々参照光路及び信号光路に導き、分離した信号光を被検査体表面に照射し、照射点を該被検査体表面に沿って走査しつつ、予め定められた光路長走査周期で参照光の光路長を走査して、前記参照光の光路長に対応する被検査体表面からの深層位置で反射した信号光と前記参照光路の路端で反射させた参照光との光干渉に基づいて被検査体の断層を計測する断層計測方法において、前記光路長走査周期に基づいて照射点走査周期を設定し、前記光路長走査周期で参照光の光路長を走査する場合に、設定された照射点走査周期で被検査体表面の照射点を走査することを特徴とする。   In the tomographic measurement method according to the eighth aspect of the invention, the light from the low-coherence light source is separated into the reference light and the signal light, respectively guided to the reference light path and the signal light path, and the separated signal light is irradiated onto the surface of the object to be inspected. The optical path length of the reference light is scanned at a predetermined optical path length scanning period while scanning along the surface of the inspected object, and at a deep layer position from the inspected object surface corresponding to the optical path length of the reference light. In a tomographic measurement method for measuring a tomography of an object to be inspected based on optical interference between reflected signal light and reference light reflected by a path end of the reference optical path, an irradiation point scanning period is set based on the optical path length scanning period. When setting and scanning the optical path length of the reference light in the optical path length scanning cycle, the irradiation point on the surface of the inspection object is scanned in the set irradiation point scanning cycle.

第9発明に係る断層計測方法は、第8発明において、被検査体に対する光吸収の度合いが異なる第1波長帯域及び第2波長帯域を有する光を参照光及び信号光に分離し、前記第1波長帯域及び第2波長帯域での参照光と信号光との光干渉に関連する第1信号及び第2信号を検出し、検出された第1信号及び第2信号の差分を算出し、算出した差分に基づいて、被検査体の断層を計測することを特徴とする。   A tomographic measurement method according to a ninth invention is the tomographic measurement method according to the eighth invention, wherein light having a first wavelength band and a second wavelength band having different degrees of light absorption with respect to the object to be inspected is separated into reference light and signal light. The first signal and the second signal related to the optical interference between the reference light and the signal light in the wavelength band and the second wavelength band are detected, and the difference between the detected first signal and the second signal is calculated and calculated. Based on the difference, a tomogram of the object to be inspected is measured.

第1発明及び第8発明にあっては、参照光路長走査手段は、予め定められた光路長走査周期で参照光の光路長を走査する。これにより、走査した参照光の光路長と被検査体(生体)表面からの深層までの信号光の光路長とが一致した点における細胞又は組織などの屈折率境界での反射光が有する情報、例えば、反射位置、振幅などに基づいて、被検査体の深さ方向の反射光分布、すなわち被検査体深層の形態構造の情報を取得し、被検査体の断層を計測する。照射点走査手段は、前記参照光路長走査手段で参照光の光路長を走査する際に、信号光を照射する位置を被検査体の表面に沿って所定時間の間走査する。これにより、被検査体の深さ方向及び表面方向の二次元断層を計測する。前記照射点走査手段は、前記参照光路長走査手段で参照光の光路長を走査する際に、前記光路長走査周期に基づいて設定された照射点走査周期で照射点走査を行う。これにより、設定された照射点走査周期(時間間隔)で二次元断層を計測する。   In the first and eighth inventions, the reference optical path length scanning means scans the optical path length of the reference light at a predetermined optical path length scanning period. Thereby, the information that the reflected light at the boundary of the refractive index of the cell or tissue at the point where the optical path length of the scanned reference light and the optical path length of the signal light from the surface of the test object (living body) to the deep layer match, For example, based on the reflection position, amplitude, etc., information on the reflected light distribution in the depth direction of the object to be inspected, that is, information on the morphological structure of the inspected object deep layer is obtained, and the tomography of the object to be inspected is measured. The irradiation point scanning unit scans a position where the signal light is irradiated along the surface of the object to be inspected for a predetermined time when the reference optical path length scanning unit scans the optical path length of the reference light. Thereby, the two-dimensional tomography in the depth direction and the surface direction of the inspection object is measured. The irradiation point scanning unit performs irradiation point scanning at an irradiation point scanning period set based on the optical path length scanning period when the reference optical path length scanning unit scans the optical path length of the reference light. Thereby, a two-dimensional tomogram is measured at the set irradiation point scanning cycle (time interval).

第2発明にあっては、取得手段は、外部刺激手段で被検査体に加える外部刺激(例えば、電圧、音など)に関連する信号(例えば、外部刺激に同期するパルス信号)を取得する。制御手段は、前記取得手段で取得した信号に基づいて、前記参照光路長走査手段及び照射点走査手段の走査を開始する。これにより、外部刺激を被検査体に加えた場合の被検査体の断層を計測する。   In the second invention, the acquisition means acquires a signal (eg, a pulse signal synchronized with the external stimulus) related to the external stimulus (eg, voltage, sound, etc.) applied to the subject by the external stimulus means. The control unit starts scanning the reference optical path length scanning unit and the irradiation point scanning unit based on the signal acquired by the acquisition unit. Thereby, the tomography of the test object when an external stimulus is applied to the test object is measured.

第3発明にあっては、前記信号光路長走査手段は、前記光路長走査周期に同期して、前記参照光路長走査手段で走査する走査方向に対応する方向に信号光の光路長を走査する。例えば、前記参照光路長走査手段で、参照光の光路長を変化させて、参照光の光路長と光路長が一致する信号光の反射点を、被検査体の表面から深部方向へ走査する場合、前記信号光路長走査手段は、信号光の光路長を変化させて、前記反射点を被検査体の表面から深部方向へ走査する。同様に、前記参照光路長走査手段で、参照光の光路長を変化させて、参照光の光路長と光路長が一致する信号光の反射点を、被検査体の深部から表面方向へ走査する場合、前記信号光路長走査手段は、信号光の光路長を変化させて、前記反射点を被検査体の深部から表面方向へ走査する。   In the third invention, the signal optical path length scanning unit scans the optical path length of the signal light in a direction corresponding to a scanning direction scanned by the reference optical path length scanning unit in synchronization with the optical path length scanning period. . For example, when the reference light path length scanning means changes the optical path length of the reference light and scans the reflection point of the signal light whose optical path length matches the optical path length of the reference light in the depth direction from the surface of the object to be inspected. The signal optical path length scanning means changes the optical path length of the signal light and scans the reflection point from the surface of the object to be inspected toward the deep portion. Similarly, the reference optical path length scanning means changes the optical path length of the reference light, and scans the reflection point of the signal light whose optical path length matches the optical path length of the reference light from the deep part of the object to be examined to the surface direction. In this case, the signal optical path length scanning unit changes the optical path length of the signal light to scan the reflection point from the deep part of the object to be inspected toward the surface.

第4発明にあっては、前記取得手段は、取得した信号を設定された遅延時間だけ遅延して前記制御手段へ出力する。該制御手段は、遅延した信号に基づいて、前記参照光路長走査手段及び照射点走査手段の走査を開始する。これにより、外部刺激を被検査体に加えた後所要の時間経過後の被検査体の断層を計測する。   In the fourth invention, the acquisition means delays the acquired signal by a set delay time and outputs the delayed signal to the control means. The control unit starts scanning the reference optical path length scanning unit and the irradiation point scanning unit based on the delayed signal. As a result, the tomography of the object to be inspected after a predetermined time has elapsed after the external stimulus is applied to the object to be inspected.

第5発明及び第9発明にあっては、参照光及び信号光は、被検査体に対する光吸収の度合いが異なる第1波長帯域及び第2波長帯域を有する。例えば、生体の光吸収は、生体組織に含まれる水分により決定される。そこで、生体組織内の水分に対する光吸収の度合いが異なる二つの波長帯域(例えば、第1波長帯域よりも第2波長帯域が水分に対する光吸収の度合いが大きいとする)を有する参照光及び信号光の光干渉に基づいて、第1波長帯域での光干渉に関連する第1信号及び第2波長帯域での光干渉に関連する第2信号を検出する。   In the fifth and ninth inventions, the reference light and the signal light have a first wavelength band and a second wavelength band that have different degrees of light absorption with respect to the object to be inspected. For example, light absorption of a living body is determined by moisture contained in living tissue. Therefore, reference light and signal light having two wavelength bands (for example, the second wavelength band has a higher degree of light absorption with respect to moisture than the first wavelength band) with different degrees of light absorption with respect to moisture in the living tissue. Based on the optical interference, a first signal related to optical interference in the first wavelength band and a second signal related to optical interference in the second wavelength band are detected.

第1波長帯域の光の場合は、水に対する光吸収の度合いが小さいため、生体表皮下の組織内に存在する外分泌腺内の水分で照射光は吸収されずに反射する。このため、生体表皮下の組織とともに、外分泌腺内の外分泌液での反射光が有する情報(反射位置、振幅など)を検出する。一方、第2波長帯域の光の場合は、水に対する光吸収の度合いが大きいため、生体表皮下の組織内に存在する外分泌腺内の外分泌液で照射光は吸収され、反射されない。このため、生体表皮下の組織での反射光が有する情報だけが検出される。第1波長帯域での参照光と信号光との光干渉により検出された第1信号及び第2波長帯域での参照光と信号光との光干渉により検出された第2信号との差分を算出することにより、生体表皮下の組織に関する信号を除去し、外分泌腺が存在する部分のみを計測する。   In the case of light in the first wavelength band, since the degree of light absorption with respect to water is small, the irradiation light is reflected without being absorbed by the moisture in the exocrine glands existing in the tissue under the surface of the living body. For this reason, information (reflection position, amplitude, etc.) contained in the reflected light from the exocrine fluid in the exocrine gland is detected together with the tissue under the living body surface. On the other hand, in the case of light in the second wavelength band, since the degree of light absorption to water is large, the irradiation light is absorbed and not reflected by the exocrine liquid in the exocrine gland existing in the tissue under the surface of the living body. For this reason, only the information which the reflected light in the tissue under the living body surface has is detected. The difference between the first signal detected by the optical interference between the reference light and the signal light in the first wavelength band and the second signal detected by the optical interference between the reference light and the signal light in the second wavelength band is calculated. By doing so, the signal relating to the tissue under the living body surface is removed, and only the portion where the exocrine gland exists is measured.

第6発明にあっては、第1光源及び第2光源が発する前記第1波長帯域及び第2波長帯域の光を合波器で合波する。該合波器で合波された光を分配器で前記参照光路及び信号光路に分配する。被検査体で反射された信号光と前記参照光路の路端で反射させた参照光とを前記合配器で干渉させた干渉光を分波器で前記第1波長帯域での干渉光及び第2波長帯域での干渉光に分波する。前記第1検出手段及び第2検出手段は、前記分波器で分波された前記第1波長帯域での干渉光及び第2波長帯域での干渉光に基づいて、前記第1信号及び第2信号を検出する。   In the sixth aspect of the invention, the light of the first wavelength band and the second wavelength band emitted from the first light source and the second light source are multiplexed by a multiplexer. The light combined by the multiplexer is distributed to the reference optical path and the signal optical path by a distributor. Interference light in the first wavelength band and second interference light, which is obtained by causing the signal light reflected by the object to be inspected and the reference light reflected at the end of the reference optical path to interfere with each other by the multiplexer, are separated by the duplexer. Demultiplexes into interference light in the wavelength band. The first detection means and the second detection means are configured to generate the first signal and the second signal based on the interference light in the first wavelength band and the interference light in the second wavelength band, which are demultiplexed by the duplexer. Detect the signal.

第7発明にあっては、前記信号光路の一部には、生体の管腔内に挿入するための線状の挿入部を設け、該挿入部の先端には、信号光を管腔内壁に照射し、反射された信号光を補足するための光学素子を設ける。   In the seventh invention, a part of the signal light path is provided with a linear insertion part for insertion into the lumen of a living body, and the signal light is applied to the inner wall of the lumen at the distal end of the insertion part. An optical element is provided for capturing the reflected and reflected signal light.

第1発明及び第8発明にあっては、予め定められた光路長走査周期に基づいて照射点走査周期を設定し、前記光路長走査周期で参照光の光路長を走査する場合に、設定された照射点走査周期で照射点を走査することにより、時々刻々変化する生体組織における生理機能を所望の周期で追跡計測することができ、特に外分泌腺の動態機能を解明することができる。また、皮膚又は粘膜直下で起こる生理現象の時間的推移を二次元的に追跡することができ、皮膚科、消化器外科などの臨床分野で大いに活用することができるとともに、医療分野全般に亘って、生理的刺激又は薬剤刺激に対する外分泌腺の反応を人体に影響を与えずに観察することも可能になる。   In the first invention and the eighth invention, it is set when the irradiation point scanning period is set based on a predetermined optical path length scanning period and the optical path length of the reference light is scanned in the optical path length scanning period. By scanning the irradiation point with the irradiation point scanning cycle, it is possible to follow and measure the physiological function in the living tissue that changes every moment with a desired cycle, and in particular, to elucidate the dynamic function of the exocrine gland. In addition, the temporal transition of physiological phenomena that occur directly under the skin or mucous membrane can be traced two-dimensionally, which can be used greatly in clinical fields such as dermatology and digestive surgery, and throughout the medical field. It is also possible to observe the response of the exocrine glands to physiological or drug stimuli without affecting the human body.

第2発明にあっては、被検査体に加える外部刺激に関連する信号に基づいて、参照光路長の走査及び照射点の走査を開始することにより、被検査体(生体)に外的刺激を加えた場合に皮膚又は粘膜直下で起こる生理現象、特に外分泌腺の反応を二次元的に追跡することができる。   In the second invention, based on a signal related to an external stimulus applied to the object to be inspected, an external stimulus is applied to the object to be inspected (biological body) by starting scanning of the reference optical path length and scanning of the irradiation point. Physiological phenomena that occur directly under the skin or mucous membrane when added, particularly the exocrine gland reaction, can be traced two-dimensionally.

第3発明にあっては、前記外部刺激に関連する信号に基づいて、光路長走査周期に同期して前記参照光路長走査手段が走査する走査方向に対応する方向に信号光の光路長の走査を開始することにより、同じ光路長走査時間で光路長走査距離を2倍にすることができ、被検査体(生体)に外部刺激を加えた場合の動態機能をより高速に計測することができる。   In the third invention, based on the signal related to the external stimulus, the optical path length of the signal light is scanned in the direction corresponding to the scanning direction scanned by the reference optical path length scanning means in synchronization with the optical path length scanning period. , The optical path length scanning distance can be doubled with the same optical path length scanning time, and the dynamic function when an external stimulus is applied to the subject (living body) can be measured at a higher speed. .

第4発明にあっては、外部刺激に関連する信号を設定された遅延時間だけ遅延して出力することにより、被検査体(生体)に外部刺激を加えた後の所望の時点以降の動態機能を計測することができる。   In the fourth invention, by outputting a signal related to the external stimulus after being delayed by a set delay time, a dynamic function after a desired time after the external stimulus is applied to the subject (living body) Can be measured.

第5発明、第6発明及び第9発明にあっては、被検査体(生体)に対する光吸収の度合いが異なる第1波長帯域及び第2波長帯域での光干渉に関連する第1信号及び第2信号の差分を算出することにより、被検査体(生体)、特に外分泌腺の動態機能をより明確に計測することができる。   In the fifth invention, the sixth invention, and the ninth invention, the first signal and the first signal related to the optical interference in the first wavelength band and the second wavelength band, which have different degrees of light absorption with respect to the inspected body (living body). By calculating the difference between the two signals, the dynamic function of the test subject (living body), particularly the exocrine gland, can be measured more clearly.

第7発明にあっては、前記信号光路の一部には、生体の管腔内に挿入するための線状の挿入部を設け、該挿入部の先端には、信号光を管腔内壁に照射し、反射された信号光を補足するための光学素子を備えることにより、管腔内壁下における外分泌腺の動態機能を計測することができ、粘膜直下で起こる生理現象の時間的推移を二次元的に追跡することができ、消化器外科などの臨床分野で大いに活用することができる。   In the seventh invention, a part of the signal light path is provided with a linear insertion part for insertion into the lumen of a living body, and the signal light is applied to the inner wall of the lumen at the distal end of the insertion part. By providing an optical element to irradiate and reflect reflected signal light, the dynamic function of the exocrine gland below the inner wall of the lumen can be measured, and the temporal transition of physiological phenomena that occur directly under the mucosa is two-dimensional. Can be tracked and can be used in clinical fields such as digestive surgery.

実施の形態1
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本発明の断層計測装置の構成を示すブロック図である。図において、1は1.3μmの波長帯域を有し、発振スペクトル幅が約50nmの低コヒーレンス光源としてのSLD(Super Luminescent Diode)である。
Embodiment 1
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the tomographic measurement apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes an SLD (Super Luminescent Diode) as a low coherence light source having a wavelength band of 1.3 μm and an oscillation spectrum width of about 50 nm.

SLD1には単一モードの光ファイバ2を介して単一モードの光ファイバカプラ3を接続してあり、光ファイバカプラ3でSLD1から発せられた光は、光ファイバカプラ3に接続した光ファイバ2で夫々構成される参照光路2a及び信号光路2bに分離される。参照光路2a及び信号光路2bに分離された光は、参照光及び信号光として参照光路2a及び信号光路2bを進行する。参照光路2aの終端には、参照光ミラー6を設けてあり、参照光路2aを進んだ参照光は、参照光ミラー6で反射され、参照光路2aを反対方向に進んで光ファイバカプラ3に戻る。   A single-mode optical fiber coupler 3 is connected to the SLD 1 through a single-mode optical fiber 2, and light emitted from the SLD 1 by the optical fiber coupler 3 is connected to the optical fiber coupler 3. Are separated into a reference optical path 2a and a signal optical path 2b, respectively. The light separated into the reference optical path 2a and the signal optical path 2b travels through the reference optical path 2a and the signal optical path 2b as reference light and signal light. A reference light mirror 6 is provided at the end of the reference light path 2a, and the reference light that has traveled through the reference light path 2a is reflected by the reference light mirror 6, travels in the opposite direction to the reference light path 2a, and returns to the optical fiber coupler 3. .

参照光路2aの中途には、参照光の光路長を走査(光路長を変化させて光遅延を走査)するための光位相変調器4を設けてある。光位相変調器4は、円筒状(例えば、外径が50mm、高さが40mm)の圧電セラミックスからなるアクチュエータに光ファイバ2を約20m巻回してあり、アクチュエータの両端には、後述するファンクションジェネレータ8により500Vの三角波電圧(例えば、最大値が+250V、最小値が−250V)を印加するようにしてある。   In the middle of the reference optical path 2a, an optical phase modulator 4 for scanning the optical path length of the reference light (scanning the optical delay by changing the optical path length) is provided. The optical phase modulator 4 has an optical fiber 2 wound about 20 m around an actuator made of piezoelectric ceramic having a cylindrical shape (for example, an outer diameter of 50 mm and a height of 40 mm). 8, a triangular wave voltage of 500 V (for example, the maximum value is +250 V and the minimum value is −250 V) is applied.

一方、信号光路2bの終端には、照射部7を設けてある。照射部7は、レンズ7a、7c、ガルバノミラー7bなどを備えている。光ファイバカプラ3で分離された信号光は信号光路2bを進んで照射部7に入り、照射部7は、レンズ7aで信号光を平行光にしてガルバノミラー7bへ入射し、ガルバノミラー7bで反射された信号光をレンズ7cで集光し、集光した信号光を生体表面に照射する。生体で反射された信号光は、レンズ7c、ガルバノミラー7b、レンズ7aを通り、信号光路2bを反対方向に進んで光ファイバカプラ3に戻る。   On the other hand, an irradiation unit 7 is provided at the end of the signal light path 2b. The irradiation unit 7 includes lenses 7a and 7c, a galvanometer mirror 7b, and the like. The signal light separated by the optical fiber coupler 3 travels along the signal optical path 2b and enters the irradiating unit 7. The irradiating unit 7 converts the signal light into parallel light by the lens 7a and enters the galvano mirror 7b, and reflects by the galvano mirror 7b. The collected signal light is collected by the lens 7c, and the collected signal light is irradiated onto the living body surface. The signal light reflected by the living body passes through the lens 7c, the galvano mirror 7b, and the lens 7a, travels in the signal light path 2b in the opposite direction, and returns to the optical fiber coupler 3.

ガルバノミラー7bは、導体であって棒状のトーションバーの中央部に矩形状の可動板を設け、可動板の一面にはミラーを形成し、他面には矩形状の駆動コイルを形成してあり、トーションバーの両端夫々を金属電極に固定するとともに、可動板を間にしてN極及びS極の永久磁石夫々をトーションバーに沿って対設した構成を有する。駆動コイルはトーションバーを介して金属電極に接続してあり、永久磁石は可動板にほぼ平行かつトーションバーの長手方向にほぼ垂直な磁界を発生する。金属電極間に後述するガルバノミラードライバ9から印加される三角波電圧を印加すると、駆動コイルに流れる電流と永久磁石による磁界とで生じる電磁力が可動板にトルクを与え、このトルクとトーションバーの反力との関係で、可動板がトーションバーを揺動軸として揺動する。これにより、ミラーを揺動して生体表面に照射する信号光の照射点を生体表面に沿って直線状に走査することができる。   The galvanometer mirror 7b is a conductor and is provided with a rectangular movable plate at the center of a rod-shaped torsion bar, a mirror is formed on one surface of the movable plate, and a rectangular drive coil is formed on the other surface. In addition, both ends of the torsion bar are fixed to the metal electrodes, and the N-pole and S-pole permanent magnets are arranged along the torsion bar with the movable plate in between. The drive coil is connected to the metal electrode via a torsion bar, and the permanent magnet generates a magnetic field substantially parallel to the movable plate and substantially perpendicular to the longitudinal direction of the torsion bar. When a triangular wave voltage applied from a galvanometer mirror driver 9 to be described later is applied between the metal electrodes, an electromagnetic force generated by a current flowing through the drive coil and a magnetic field by the permanent magnet gives a torque to the movable plate, and this torque and the reaction of the torsion bar In relation to the force, the movable plate swings with the torsion bar as the swing axis. Thereby, the irradiation point of the signal light which irradiates the living body surface by swinging the mirror can be scanned linearly along the living body surface.

信号光路2bの中途には、信号光の光路長を走査するための光位相変調器5を設けてある。光位相変調器5は、光位相変調器4と同様の構成を有する。アクチュエータの両端に印加される三角波電圧は、光位相変調器4の場合と同じ周期、電圧値であるが、逆相の電圧が印加される。印加電圧500Vの三角波電圧で光位相変調器4、5を駆動した場合、光軸方向(生体の深さ方向)の走査距離は約2.5mmである。   In the middle of the signal optical path 2b, an optical phase modulator 5 for scanning the optical path length of the signal light is provided. The optical phase modulator 5 has the same configuration as the optical phase modulator 4. The triangular wave voltage applied to both ends of the actuator has the same period and voltage value as in the case of the optical phase modulator 4, but a reverse-phase voltage is applied. When the optical phase modulators 4 and 5 are driven by a triangular wave voltage with an applied voltage of 500 V, the scanning distance in the optical axis direction (the depth direction of the living body) is about 2.5 mm.

参照光ミラー6で反射された参照光及び生体で反射された信号光は、光ファイバカプラ3で光干渉させ、干渉光を光検出器11(例えば、InGaAsのPINダイオード)で検出する。光検出器11は、検出した干渉光の強度に応じた電圧をヘテロダインビート信号(以下、ビート信号という)としてフィルタ12へ出力する。   The reference light reflected by the reference light mirror 6 and the signal light reflected by the living body are optically interfered by the optical fiber coupler 3, and the interference light is detected by the photodetector 11 (for example, an InGaAs PIN diode). The photodetector 11 outputs a voltage corresponding to the detected intensity of the interference light to the filter 12 as a heterodyne beat signal (hereinafter referred to as a beat signal).

フィルタ12は、所要の周波数帯域の信号のみを透過するバンドパスフィルタであり、不要なノイズを遮断したビート信号を広帯域増幅器13へ出力する。広帯域増幅器13は、入力されたビート信号を増幅してA/D変換器14へ出力する。A/D変換器14は、入力されたビート信号の強度に応じて、例えば、12ビットで構成されるデジタル信号へ変換し、処理部10へ出力する。   The filter 12 is a band-pass filter that transmits only a signal in a required frequency band, and outputs a beat signal from which unnecessary noise is blocked to the broadband amplifier 13. The broadband amplifier 13 amplifies the input beat signal and outputs it to the A / D converter 14. The A / D converter 14 converts, for example, a 12-bit digital signal according to the intensity of the input beat signal, and outputs the digital signal to the processing unit 10.

処理部10は、パーソナルコンピュータにより実現することができ、インタフェース部10a、RAM10b、表示部10c、記憶部10d、入力部10e、CPU10fを備えている。CPU10fは、RAM10bに記憶部10dから読み込まれたコンピュータプログラムを実行することにより、所定の処理を実現することができる。   The processing unit 10 can be realized by a personal computer, and includes an interface unit 10a, a RAM 10b, a display unit 10c, a storage unit 10d, an input unit 10e, and a CPU 10f. The CPU 10f can realize predetermined processing by executing a computer program read from the storage unit 10d in the RAM 10b.

CPU10fは、発振器及びタイマーなど(いずれも図示せず)を備え、所望のラスタートリガ(例えば、100Hzの矩形パルス)を生成するとともに、ラスタートリガに基づいて、フレームトリガ(例えば、10秒に1回の矩形パルス)を生成する。ラスタートリガは、ファンクションジェネレータ8が光位相変調器4、5に印加する三角波電圧の周期を規定し、フレームトリガは、照射部7で信号光を生体の表面に所定時間の間照射して走査する場合の照射間隔(すなわち、1フレームの断層画像を取得するための時間間隔)を規定する。   The CPU 10f includes an oscillator, a timer, and the like (both not shown), generates a desired raster trigger (for example, a rectangular pulse of 100 Hz), and based on the raster trigger, generates a frame trigger (for example, once every 10 seconds). Rectangular pulse). The raster trigger defines the period of the triangular wave voltage applied to the optical phase modulators 4 and 5 by the function generator 8, and the frame trigger scans the surface of the living body by irradiating the surface of the living body with signal light for a predetermined time. In this case, an irradiation interval (that is, a time interval for acquiring a tomographic image of one frame) is defined.

フレームトリガの間隔、すなわち、フレームレートは、入力部10eから設定することが可能であり(例えば、0.1フレーム/秒〜4フレーム/秒の範囲で設定できる)、CPU10fは、入力部10eから入力されたフレームレートにより、ラスタートリガを基準にしてタイマーで時間を計時してフレームトリガを生成する。また、設定されたフレームレートは記憶部10dに記憶するようにしてある。なお、複数のフレームレートを予め記憶部10dに記憶しておき、記憶されたフレームレートを表示部10cに表示して、所望のフレームレートを選択することにより、フレームレートを設定することもできる。   The frame trigger interval, that is, the frame rate can be set from the input unit 10e (for example, can be set in the range of 0.1 frame / second to 4 frames / second), and the CPU 10f can be set from the input unit 10e. Based on the input frame rate, the timer is timed with reference to the raster trigger to generate a frame trigger. The set frame rate is stored in the storage unit 10d. It is also possible to set the frame rate by storing a plurality of frame rates in the storage unit 10d in advance, displaying the stored frame rates on the display unit 10c, and selecting a desired frame rate.

記憶部10dは、フレームトリガの生成回数を記憶してある。フレームトリガの生成回数は、予め入力部10eから入力して設定することができる。これにより、断層画像の取得回数を予め設定することができる。   The storage unit 10d stores the number of frame trigger generations. The number of generations of the frame trigger can be set by inputting from the input unit 10e in advance. Thereby, the acquisition frequency of a tomographic image can be preset.

記憶部10dは、照射部7で生体表面の照射点を走査する走査時間である断層画像取得時間(例えば、0.1秒〜4秒)を複数記憶してある。記憶された断層画像取得時間を表示部10cに表示して、所望の断層画像取得時間を選択することにより、断層画像取得時間を設定する。なお、断層画像取得時間は、フレームレートの範囲内で設定できる。CPU10fは、設定された断層画像取得時間を、予めインタフェース部を介してガルバノミラードライバ9へ送信する。   The storage unit 10d stores a plurality of tomographic image acquisition times (for example, 0.1 second to 4 seconds), which are scanning times for the irradiation unit 7 to scan the irradiation points on the living body surface. The tomographic image acquisition time is set by displaying the stored tomographic image acquisition time on the display unit 10c and selecting a desired tomographic image acquisition time. The tomographic image acquisition time can be set within the range of the frame rate. The CPU 10f transmits the set tomographic image acquisition time to the galvanometer mirror driver 9 via the interface unit in advance.

CPU10fは、生成されたラスタートリガ及びフレームトリガを、インタフェース部10aを介して、夫々ファンクションジェネレータ8及びガルバノミラードライバ9へ出力する。CPU10fは、出力したフレームトリガの出力回数を計数し、記憶部10dに記憶されたフレームトリガの生成回数に一致するまで、繰り返しフレームトリガを出力する。フレームトリガの出力回数が生成回数に一致した場合は、CPU10fは、フレームトリガの出力を停止するとともに、ラスタートリガの出力も停止する。   The CPU 10f outputs the generated raster trigger and frame trigger to the function generator 8 and the galvanometer mirror driver 9 via the interface unit 10a, respectively. The CPU 10f counts the number of output times of the output frame trigger, and repeatedly outputs the frame trigger until it matches the number of times of generating the frame trigger stored in the storage unit 10d. When the frame trigger output count matches the generation count, the CPU 10f stops the frame trigger output and also stops the raster trigger output.

CPU10fは、後述するディレイユニット16から入力される外部信号を、インタフェース部10aを介して取得した場合、ラスタートリガ及びフレームトリガを生成する。なお、CPU10fは、外部信号がディレイユニット16から入力されない場合であっても、入力部10eから入力される開始コマンドを取得した場合に、ラスタートリガ及びフレームトリガ夫々を、ファンクションジェネレータ8及びガルバノミラードライバ9へ出力することもできる。   The CPU 10f generates a raster trigger and a frame trigger when an external signal input from the delay unit 16 described later is acquired via the interface unit 10a. Note that, even when an external signal is not input from the delay unit 16, the CPU 10f receives the start command input from the input unit 10e, the raster trigger and the frame trigger, the function generator 8 and the galvanometer mirror driver, respectively. 9 can also be output.

CPU10fは、インタフェース部10aを介してA/D変換器14から入力されたデジタル信号を、ラスタートリガに同期してサンプリングし、サンプリングした結果得られたビートデータ(光干渉信号を検出して得られたビート信号をA/D変換して得られたデータ)を記憶部10dに記憶する。   The CPU 10f samples the digital signal input from the A / D converter 14 via the interface unit 10a in synchronization with the raster trigger, and detects beat data (obtained by detecting the optical interference signal) as a result of sampling. Data obtained by A / D converting the beat signal) is stored in the storage unit 10d.

CPU10fは、記憶部10dに記憶したビートデータを1フレーム単位で読み出し、読み出したビートデータの大小に応じた輝度を各画素に割当てることにより、二次元断層画像を生成し、生成した断層画像を記憶部10dに記憶する。また、CPU10fは、生成した二次元断層画像を生成の都度表示部10cに表示することもできる。この場合、二次元断層画像の横軸(X軸)は、ラスタートリガの周期の半分に対応し、縦軸(Y軸)は、撮像画像取得時間に対応する。なお、読み出したビートデータの大小に応じて擬似カラー表示することにより断層画像を表示することも可能である。   The CPU 10f reads out the beat data stored in the storage unit 10d in units of one frame, assigns brightness according to the magnitude of the read beat data to each pixel, generates a two-dimensional tomographic image, and stores the generated tomographic image. Store in unit 10d. Further, the CPU 10f can also display the generated two-dimensional tomographic image on the display unit 10c every time it is generated. In this case, the horizontal axis (X axis) of the two-dimensional tomographic image corresponds to half of the cycle of the raster trigger, and the vertical axis (Y axis) corresponds to the captured image acquisition time. It is also possible to display a tomographic image by performing pseudo color display according to the size of the read beat data.

ファンクションジェネレータ8は、処理部10から出力されたラスタートリガに同期して、正相及び逆相の500Vの三角波電圧である光遅延走査電圧夫々を光位相変調器4、5に印加する。   The function generator 8 applies an optical delay scanning voltage, which is a 500 V triangular wave voltage of normal phase and reverse phase, to the optical phase modulators 4 and 5 in synchronization with the raster trigger output from the processing unit 10.

ガルバノミラードライバ9は、予め処理部10から送信された断層画像取得時間を記憶しておき、処理部10で出力したフレームトリガに同期して、立上り時間及び立下り時間夫々が断層画像取得時間に等しい三角波電圧であるガルバノミラー駆動電圧を生成し、ガルバノミラー7bに印加する。これにより、照射部7は、ガルバノミラー駆動電圧の立上り時間及び立下り時間で、生体表面に沿って直線上を往復して照射点を走査する。   The galvanometer mirror driver 9 stores the tomographic image acquisition time transmitted from the processing unit 10 in advance, and the rising time and the falling time are set as the tomographic image acquisition time in synchronization with the frame trigger output from the processing unit 10. A galvano mirror driving voltage having an equal triangular wave voltage is generated and applied to the galvano mirror 7b. Thereby, the irradiation part 7 scans an irradiation point by reciprocating on a straight line along the living body surface with the rise time and the fall time of the galvano mirror drive voltage.

外部刺激部15は、生体に微小な電流を流すための電圧発生器を備え、生体への外部刺激である電圧の発生と同期して外部信号をディレイユニット16へ出力する。ディレイユニット16は、タイマーを備え、外部刺激部15から入力された外部信号をタイマーで設定した時間だけ遅延させて処理部10へ出力する。なお、タイマーは設定可能であり、所望の遅延時間を設定することができる(例えば、0〜数秒)。   The external stimulation unit 15 includes a voltage generator for causing a minute current to flow through the living body, and outputs an external signal to the delay unit 16 in synchronization with the generation of a voltage that is an external stimulation to the living body. The delay unit 16 includes a timer, delays the external signal input from the external stimulation unit 15 by a time set by the timer, and outputs the delayed signal to the processing unit 10. The timer can be set, and a desired delay time can be set (for example, 0 to several seconds).

次に、CPU10fの動作について説明する。図2はCPU10fの処理手順を示すフローチャートである。CPU10fは、外部信号が入力されたか否かを判定し(S10)、外部信号が入力されていない場合(S10でNO)、ステップS10の処理を続ける。   Next, the operation of the CPU 10f will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the processing procedure of the CPU 10f. The CPU 10f determines whether or not an external signal is input (S10). If no external signal is input (NO in S10), the process of step S10 is continued.

一方、外部信号が入力された場合(S10でYES)、CPU10fは、外部信号を取得し(S11)、ラスタートリガを出力する(S12)。CPU10fは、ラスタートリガに同期してフレームトリガを出力し(S13)、フレームトリガの出力回数を計数する(S14)。   On the other hand, when an external signal is input (YES in S10), the CPU 10f acquires the external signal (S11) and outputs a raster trigger (S12). The CPU 10f outputs a frame trigger in synchronization with the raster trigger (S13), and counts the number of frame trigger outputs (S14).

CPU10fは、ビートデータが入力されたか否かを判定し(S15)、ビートデータが入力されていない場合(S15でNO)、ステップS15の処理を続ける。一方、ビートデータが入力された場合(S15でYES)、CPU10fは、ビートデータを取得し(S16)、取得したビートデータに基づいて断層画像を生成する(S17)。また、CPU10fは生成した断層画像を生成の都度表示部10cで表示させることもできる。   The CPU 10f determines whether or not beat data has been input (S15). If no beat data has been input (NO in S15), the process of step S15 is continued. On the other hand, when beat data is input (YES in S15), the CPU 10f acquires beat data (S16), and generates a tomographic image based on the acquired beat data (S17). The CPU 10f can also display the generated tomographic image on the display unit 10c each time it is generated.

CPU10fは、フレームトリガの出力回数が予め設定された設定値に等しいか否かを判定し(S18)、出力回数が設定値に等しくない場合(S18でNO)、ステップS13以降の処理を続ける。一方、出力回数が設定値に等しい場合(S18でYES)、CPU10fは処理を終了する。   The CPU 10f determines whether or not the number of frame trigger outputs is equal to a preset setting value (S18). If the number of output is not equal to the set value (NO in S18), the processing from step S13 is continued. On the other hand, when the number of outputs is equal to the set value (YES in S18), the CPU 10f ends the process.

次に、本発明に係る断層計測装置の動作について説明する。図3は本発明の断層計測装置の動作を示すタイムチャートである。外部刺激部15からの外部信号がディレイユニット16を介して処理部10に入力されると、CPU10fは、ラスタートリガ及びフレームトリガを夫々ファンクションジェネレータ8及びガルバノミラードライバ9へ出力する。   Next, the operation of the tomographic measurement apparatus according to the present invention will be described. FIG. 3 is a time chart showing the operation of the tomographic measurement apparatus of the present invention. When an external signal from the external stimulation unit 15 is input to the processing unit 10 via the delay unit 16, the CPU 10f outputs a raster trigger and a frame trigger to the function generator 8 and the galvanometer mirror driver 9, respectively.

ファンクションジェネレータ8は、入力されたラスタートリガに同期して正相及び逆相の光遅延走査電圧を生成し、生成した正相及び逆相の光遅延走査電圧夫々を光位相変調器4、5に印加する。ガルバノミラードライバ9は、入力されたフレームトリガに同期してガルバノミラー駆動電圧を生成し、生成したガルバノミラー駆動電圧をガルバノミラー7bに印加する。   The function generator 8 generates normal-phase and negative-phase optical delay scanning voltages in synchronization with the input raster trigger, and outputs the generated normal-phase and negative-phase optical delay scanning voltages to the optical phase modulators 4 and 5, respectively. Apply. The galvano mirror driver 9 generates a galvano mirror driving voltage in synchronization with the input frame trigger, and applies the generated galvano mirror driving voltage to the galvano mirror 7b.

光位相変調器4、5は、印加された光遅延走査電圧の大小に応じて巻回した光ファイバ2を伸縮することにより、光軸方向(生体の深さ方向)の参照光及び信号光の光路長を走査する。光位相変調器4、5に印加される光遅延走査電圧は、位相が180度ずれているため、光位相変調器4の光ファイバ2が伸びる際には、光位相変調器5の光ファイバ2は縮み、また、光位相変調器4の光ファイバ2が縮む際には、光位相変調器5の光ファイバ2は伸びる。光位相変調器を2個用いることにより、1つの光位相変調器を用いる構成に比較して光遅延走査電圧の1周期の間に光路長を2倍変化させることができ、走査速度を高速化することができる。   The optical phase modulators 4 and 5 expand and contract the optical fiber 2 wound according to the magnitude of the applied optical delay scanning voltage, so that the reference light and signal light in the optical axis direction (biological depth direction) Scan the optical path length. Since the optical delay scanning voltage applied to the optical phase modulators 4 and 5 is 180 degrees out of phase, when the optical fiber 2 of the optical phase modulator 4 is extended, the optical fiber 2 of the optical phase modulator 5 is extended. When the optical fiber 2 of the optical phase modulator 4 contracts, the optical fiber 2 of the optical phase modulator 5 extends. By using two optical phase modulators, the optical path length can be changed twice during one period of the optical delay scanning voltage compared to a configuration using one optical phase modulator, and the scanning speed is increased. can do.

光位相変調器4、5は、光遅延走査電圧の1周期の間に、生体表面から生体深部の所定の深さまでの間を一往復して走査する。なお、光遅延走査電圧の最大電圧及び最小電圧を変更することにより、生体深部の走査深さを調整することができる。   The optical phase modulators 4 and 5 scan back and forth between the surface of the living body and a predetermined depth in the deep part of the living body during one period of the optical delayed scanning voltage. In addition, the scanning depth of the living body deep part can be adjusted by changing the maximum voltage and the minimum voltage of the optical delay scanning voltage.

ガルバノミラー7bは、印加されたガルバノミラー駆動電圧の大小に応じて、ミラーを回転させ、これにより、照射部7は、ガルバノミラー駆動電圧の1周期の間に、生体表面上の信号光の照射点を、生体表面に沿って直線状に所定の距離を一往復して走査する。なお、ガルバノミラー駆動電圧の最大電圧を変更することにより、走査する距離を調整することができる。   The galvanometer mirror 7b rotates the mirror in accordance with the magnitude of the applied galvanometer mirror driving voltage, whereby the irradiating section 7 irradiates the signal light on the living body surface during one cycle of the galvanometer mirror driving voltage. A point is scanned by reciprocating a predetermined distance linearly along the surface of the living body. Note that the scanning distance can be adjusted by changing the maximum voltage of the galvano mirror drive voltage.

CPU10fは、フレームトリガに同期して、ガルバノミラー駆動電圧が0Vから最大値に至るまでの時間、すなわち、断層画像取得時間の間に入力されたビートデータを1フレーム単位として処理することにより、断層画像を生成して表示する。   In synchronism with the frame trigger, the CPU 10f processes the beat data input during the time from when the galvano mirror drive voltage reaches 0V to the maximum value, that is, during the tomographic image acquisition time, as one frame unit. Generate and display an image.

これにより、本発明の断層計測装置は、ラスタートリガに同期して、生体表面から所定の深部までの間を繰り返し走査するとともに、ラスタートリガに基づいて生成されたフレームトリガに同期して、所定の断層撮像時間の間に生体表面に沿って所定の距離を走査する。フレームトリガの周期及び断層撮像時間は、所望の値に設定可能であるため、本発明の断層計測装置は、所望のフレーム間隔で二次元断層画像を時系列に取得することができるとともに、フレーム毎に所望の時間で断層画像を取得することができる。   Thus, the tomographic measurement apparatus of the present invention repeatedly scans from the surface of the living body to a predetermined depth in synchronization with the raster trigger, and synchronizes with the frame trigger generated based on the raster trigger. A predetermined distance is scanned along the living body surface during the tomographic imaging time. Since the period of the frame trigger and the tomographic imaging time can be set to desired values, the tomographic measurement apparatus of the present invention can acquire a two-dimensional tomographic image in time series at a desired frame interval and A tomographic image can be acquired at a desired time.

図4及び図5はヒトの指先における汗腺の二次元動態機能の断層画像を示す説明図である。図4は、指先表面に超音波ゼリーを塗布した場合であり、図5は指先表面に何も塗布しない場合である。図において、横軸は指先の断面深さ方向であり、縦軸は指先表面に沿った方向であり、横1mm、縦2mm、ピクセルサイズは2.5μm×5μmである。また、光路長の走査周期は100Hz、撮像画像取得時間は4秒、フレームトリガの周期は10秒である。   4 and 5 are explanatory views showing tomographic images of the two-dimensional dynamic function of sweat glands at a human fingertip. FIG. 4 shows a case where ultrasonic jelly is applied to the fingertip surface, and FIG. 5 shows a case where nothing is applied to the fingertip surface. In the figure, the horizontal axis is the direction of the cross-sectional depth of the fingertip, the vertical axis is the direction along the surface of the fingertip, 1 mm wide, 2 mm long, and the pixel size is 2.5 μm × 5 μm. The scanning cycle of the optical path length is 100 Hz, the captured image acquisition time is 4 seconds, and the frame trigger cycle is 10 seconds.

図中矢印部分に汗腺が存在する。汗腺は直径約40μmのらせん状の管であり、汗が通る時の汗腺の断面は点線状に見える。ある一定量の汗が真皮内の腺細胞から吸い上げられ、吸い上げられた汗が汗腺を通って体表に放出される。指先表面に超音波ゼリーを塗布してある場合は、体表で汗は超音波ゼリーに吸収されるが、指先表面に何も塗布していない場合は、体表に放出された汗の粒(小さな水滴)が鮮やかに計測できる。真皮内の腺細胞から汗を吸い上げ、汗腺を通して体表に放出する一連の過程が一周期であり、超音波ゼリーを塗布した場合の周期は約190秒であり、何も塗布していない場合の周期は約100秒である。このように、本発明の断層計測装置により、二次元断層画像を時系列に取得して、汗腺の二次元動態機能が明らかになった。   Sweat glands are present at the arrows in the figure. The sweat gland is a spiral tube having a diameter of about 40 μm, and the cross section of the sweat gland when the sweat passes appears to be a dotted line. A certain amount of sweat is sucked up from the glandular cells in the dermis, and the sucked sweat is released to the body surface through the sweat glands. When ultrasonic jelly is applied to the fingertip surface, sweat is absorbed by the ultrasonic jelly on the body surface, but when nothing is applied to the fingertip surface, sweat particles released on the body surface ( Small water droplets) can be measured vividly. A series of processes in which sweat is sucked from glandular cells in the dermis and released to the body surface through the sweat gland is one cycle. The cycle when ultrasonic jelly is applied is about 190 seconds, and the cycle when nothing is applied Is about 100 seconds. Thus, the two-dimensional tomographic image of the present invention was acquired in time series, and the two-dimensional dynamic function of sweat glands was clarified.

以上説明したように、本発明にあっては、ラスタートリガに同期して、生体組織内を深さ方向に繰り返し走査するとともに、ラスタートリガに基づいて生成されたフレームトリガに同期して、所定の断層撮像時間の間に生体表面に沿って信号光の照射点を直線状に所定の距離の間を走査する。フレームトリガの周期及び断層撮像時間は、所望の値に設定可能であるため、本発明にあっては、所望のフレーム間隔で二次元断層画像を時系列に取得することができるとともに、フレーム毎に所望の時間で断層画像を取得することができる。これにより、時々刻々変化する生体組織における生理機能を所望の周期で追跡計測することができる。   As described above, in the present invention, the body tissue is repeatedly scanned in the depth direction in synchronization with the raster trigger, and the predetermined trigger is synchronized with the frame trigger generated based on the raster trigger. During the tomographic imaging time, the irradiation point of the signal light is scanned linearly between a predetermined distance along the living body surface. Since the frame trigger period and tomographic imaging time can be set to desired values, in the present invention, two-dimensional tomographic images can be acquired in time series at desired frame intervals, and for each frame. A tomographic image can be acquired at a desired time. Thereby, the physiological function in the living tissue that changes every moment can be tracked and measured in a desired cycle.

また、本発明にあっては、生体に加える外部刺激に同期して外部信号を生成し、生成した外部信号に同期して、参照光路長の走査及び照射点の走査を開始することにより、生体に外的刺激を加えた場合に皮膚又は粘膜直下で起こる生理現象、特に外分泌腺の反応を二次元的に追跡することができる。また、外部信号を所望の時間遅延して出力することにより、生体組織で生じる生理機能を、外部刺激を加えた後の所望の時間経過後に計測することができ、外部刺激に対する生体組織の反応をより正確に観測することができる。   In the present invention, an external signal is generated in synchronization with an external stimulus applied to the living body, and scanning of the reference optical path length and scanning of the irradiation point are started in synchronization with the generated external signal. When an external stimulus is applied to the physiology, physiological phenomena that occur directly under the skin or mucous membrane, particularly the reaction of the exocrine glands, can be traced two-dimensionally. In addition, by outputting an external signal with a desired time delay, the physiological function occurring in the living tissue can be measured after a desired time has elapsed after the external stimulus is applied, and the response of the living tissue to the external stimulus can be measured. It can be observed more accurately.

実施の形態2
実施の形態1では、1.3μmの波長帯域を有する光源を用いる構成であったが、実施の形態2では、波長帯域の異なる二つの光源を用いる。図6は実施の形態2の断層計測装置の構成を示すブロック図である。以下、実施の形態1と相違する点について説明する。
Embodiment 2
In the first embodiment, the light source having a wavelength band of 1.3 μm is used, but in the second embodiment, two light sources having different wavelength bands are used. FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the tomographic measurement apparatus of the second embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

図において、31は1.9μm(λ2 )の波長帯域を有し、発振スペクトル幅が約95nmの低コヒーレンス光源としてのファイバASE(Amplified Spontaneous Emission、自然放出光源)である。1.3μm(λ1 )の波長帯域を有するSLD1及び1.9μm(λ2 )の波長帯域を有するファイバASE31には、単一モードの光ファイバ2を介して合波器32を接続してあり、合波器32は、λ1 、λ2 の波長帯域の光を合波し、合波した光を合配器33(1.3μmから1.9μmなる極めて広い波長帯域で光パワーを分配又は合成できる光ファイバカプラ)へ導く。 In the figure, 31 is a fiber ASE (Amplified Spontaneous Emission) as a low coherence light source having a wavelength band of 1.9 μm (λ 2 ) and an oscillation spectrum width of about 95 nm. A multiplexer 32 is connected to the SLD 1 having a wavelength band of 1.3 μm (λ 1 ) and the fiber ASE 31 having a wavelength band of 1.9 μm (λ 2 ) through a single-mode optical fiber 2. The multiplexer 32 multiplexes light in the wavelength bands of λ 1 and λ 2 , and distributes or combines the combined light in the very wide wavelength band from 1.3 μm to 1.9 μm. To a possible optical fiber coupler).

合波器32で合波された光は、合配器33に接続した光ファイバ2で夫々構成される参照光路2a及び信号光路2bに分離される。参照光路2a及び信号光路2bに分離された光は、参照光及び信号光として参照光路2a及び信号光路2bを進行する。参照光路2aの終端には、参照光ミラー6を設けてあり、参照光路2aを進んだ参照光は、参照光ミラー6で反射され、参照光路2aを反対方向に進んで合配器33に戻る。信号光路2bの終端には、照射部7を設けてあり、合配器33で分離された信号光は信号光路2bを進んで照射部7に入り、生体で反射された信号光は、信号光路2bを反対方向に進んで合配器33に戻る。   The light combined by the multiplexer 32 is separated into a reference optical path 2a and a signal optical path 2b that are respectively constituted by the optical fibers 2 connected to the multiplexer 33. The light separated into the reference optical path 2a and the signal optical path 2b travels through the reference optical path 2a and the signal optical path 2b as reference light and signal light. A reference light mirror 6 is provided at the end of the reference light path 2a. The reference light that has traveled through the reference light path 2a is reflected by the reference light mirror 6, travels in the opposite direction to the reference light path 2a, and returns to the multiplexer 33. An irradiating unit 7 is provided at the end of the signal light path 2b. The signal light separated by the coupler 33 travels along the signal light path 2b and enters the irradiating unit 7, and the signal light reflected by the living body is signal light path 2b. Proceed in the opposite direction and return to the combiner 33.

合配器33は、λ1 、λ2 の波長帯域を有する信号光及び参照光を光干渉させ、干渉光を分波器34へ導く。分波器34は、λ1 の波長帯域を有する干渉光と、λ2 の波長帯域を有する干渉光とに分波する。光検出器11、11は、λ1 、λ2 の波長帯域を有する干渉光夫々を検出する。光検出器11、11は、検出した干渉光の強度に応じた電圧をビート信号としてフィルタ12、35へ出力する。 The multiplexer 33 causes the signal light and the reference light having the wavelength bands of λ 1 and λ 2 to interfere with each other, and guides the interference light to the duplexer 34. The demultiplexer 34 demultiplexes into interference light having a wavelength band of λ 1 and interference light having a wavelength band of λ 2 . The photodetectors 11 and 11 detect interference light having wavelength bands of λ 1 and λ 2 , respectively. The photodetectors 11 and 11 output a voltage corresponding to the detected intensity of the interference light to the filters 12 and 35 as a beat signal.

フィルタ12は、所要の周波数帯域の信号のみを透過するバンドパスフィルタであり、不要なノイズを遮断したビート信号を広帯域増幅器13へ出力する。広帯域増幅器13は、入力されたビート信号を増幅してA/D変換器14へ出力する。   The filter 12 is a band-pass filter that transmits only a signal in a required frequency band, and outputs a beat signal from which unnecessary noise is blocked to the broadband amplifier 13. The broadband amplifier 13 amplifies the input beat signal and outputs it to the A / D converter 14.

同様に、フィルタ35は、所要の周波数帯域の信号のみを透過するバンドパスフィルタであり、不要なノイズを遮断したビート信号を広帯域増幅器36へ出力する。広帯域増幅器36は、入力されたビート信号を増幅してA/D変換器37へ出力する。   Similarly, the filter 35 is a band-pass filter that transmits only a signal in a required frequency band, and outputs a beat signal from which unnecessary noise is blocked to the broadband amplifier 36. The broadband amplifier 36 amplifies the input beat signal and outputs it to the A / D converter 37.

A/D変換器14、37は、入力されたビート信号の強度に応じて、例えば、12ビットで構成されるデジタル信号へ変換し、処理部10へ出力する。処理部10のCPU10fは、インタフェース部10aを介してA/D変換器14、37から入力されたデジタル信号を、ラスタートリガに同期してサンプリングし、サンプリングした結果得られたビートデータを記憶部10dに記憶する。   The A / D converters 14 and 37 convert, for example, a digital signal composed of 12 bits according to the intensity of the input beat signal, and output the digital signal to the processing unit 10. The CPU 10f of the processing unit 10 samples the digital signals input from the A / D converters 14 and 37 via the interface unit 10a in synchronization with the raster trigger, and stores beat data obtained as a result of the sampling in the storage unit 10d. To remember.

CPU10fは、記憶部10dに記憶したビートデータを1フレーム単位で読み出し、読み出したビートデータの差分演算を行い、差分演算後のビートデータの大小に応じた輝度を各画素に割当てることにより、表示部10cに二次元断層画像を表示する。その他、実施の形態1と同様の部分については、同符号を付し説明を省略する。   The CPU 10f reads out the beat data stored in the storage unit 10d in units of one frame, performs a difference calculation of the read beat data, and assigns brightness corresponding to the magnitude of the beat data after the difference calculation to each pixel, thereby displaying the display unit A two-dimensional tomographic image is displayed in 10c. In addition, about the part similar to Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

次に実施の形態2の断層計測装置の動作について説明する。なお、実施の形態1と同様の部分については、説明を省略する。図7は水による光吸収の波長依存性を示す説明図である。図7(a)は、低コヒーレンス光源としての、1.3μmの波長帯域のSLD1及び1.9μmの波長帯域のファイバASE31の発振スペクトルを示す。図に示すように、SLD1は、約50nmのスペクトル幅を有し、ファイバASE31は、約95nmのスペクトル幅を有する。   Next, the operation of the tomographic measurement apparatus according to the second embodiment will be described. Note that the description of the same parts as those in Embodiment 1 is omitted. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the wavelength dependence of light absorption by water. FIG. 7A shows an oscillation spectrum of the SLD 1 having a wavelength band of 1.3 μm and the fiber ASE 31 having a wavelength band of 1.9 μm as low-coherence light sources. As shown in the figure, SLD1 has a spectral width of about 50 nm, and fiber ASE31 has a spectral width of about 95 nm.

生体組織の断層計測には、生体組織内で光が良く透過する必要があり、一般に波長が0.7〜2μmの近赤外光が利用される。中でも、波長が1〜2μmの範囲では、生体内での光吸収は水によって決定される。図7(b)は、波長が1.3μmの光及び波長が1.9μmの光の近傍における吸収係数を示す。1.9μm近傍の光の方が、1.3μm近傍の光に比べて、光の吸収量が多く、例えば、生体組織内での光の伝播距離を1mmとした場合、波長が1.9μmの光の吸収は、1.3μmの光に比べて40dB以上大きい。   For tomographic measurement of a living tissue, light needs to be transmitted well in the living tissue, and generally near infrared light having a wavelength of 0.7 to 2 μm is used. Especially, in the range whose wavelength is 1-2 micrometers, the light absorption in a biological body is determined with water. FIG. 7B shows the absorption coefficient in the vicinity of light having a wavelength of 1.3 μm and light having a wavelength of 1.9 μm. The light in the vicinity of 1.9 μm has a larger amount of light absorption than the light in the vicinity of 1.3 μm. For example, when the propagation distance of light in the living tissue is 1 mm, the wavelength is 1.9 μm. Light absorption is greater than 40 dB compared to 1.3 μm light.

1.3μmの波長帯域のSLD1による干渉光で検出されたビート信号では、生体組織内の水分による光の吸収が小さいため、生体組織の構造で反射された信号光とともに、外分泌腺内の外分泌液で反射された信号光の情報(反射位置、振幅など)が含まれる。一方、1.9μmの波長帯域のファイバASE31による干渉光で検出されたビート信号では、生体組織内の水分による光の吸収が大きいため、信号光が外分泌液で反射されず、生体組織の構造で反射された信号光の情報(反射位置、振幅など)のみが含まれる。   In the beat signal detected by the interference light from the SLD 1 in the wavelength band of 1.3 μm, the absorption of light due to moisture in the living tissue is small, so that the exocrine fluid in the exocrine gland is reflected together with the signal light reflected by the structure of the living tissue. The information (reflection position, amplitude, etc.) of the signal light reflected by is included. On the other hand, in the beat signal detected by the interference light by the fiber ASE 31 in the wavelength band of 1.9 μm, the light absorption by the moisture in the living tissue is large, so that the signal light is not reflected by the exocrine fluid and the structure of the living tissue. Only information of the reflected signal light (reflection position, amplitude, etc.) is included.

CPU10fで、1.3μmの波長帯域の光干渉により得られたビート信号をデジタル変換したビートデータと、1.9μmの波長帯域の光干渉により得られたビート信号をデジタル変換したビートデータとの差分を算出することにより、夫々の波長帯域では生体組織でのビート信号は同等であるため、生体組織で外分泌液が存在する部分でのビート信号のみを検出することができる。   The difference between the beat data obtained by digitally converting the beat signal obtained by optical interference in the wavelength band of 1.3 μm and the beat data obtained by digitally converting the beat signal obtained by optical interference in the wavelength band of 1.9 μm by the CPU 10f Since the beat signal in the living tissue is equivalent in each wavelength band, only the beat signal in the portion where the exocrine fluid exists in the living tissue can be detected.

以上説明したように、本発明にあっては、生体に対する光吸収の度合いが異なる二つの波長帯域の光干渉によりビート信号を検出し、夫々の波長帯域のビート信号の差分を算出することにより、生体組織、特に外分泌腺の動態機能をより明確に計測することができる。   As described above, in the present invention, a beat signal is detected by optical interference in two wavelength bands having different degrees of light absorption with respect to a living body, and by calculating a difference between beat signals in the respective wavelength bands, It is possible to more clearly measure the dynamic functions of living tissues, particularly exocrine glands.

上述の実施の形態においては、照射部7は、指先などの生体表皮下に信号光を照射するものであったが、これに限定されるものではなく、食道、胃などの管腔内壁下に信号光を照射するために内視鏡を用いる構成であってもよい。   In the above-described embodiment, the irradiation unit 7 irradiates the signal surface under the living body surface of a fingertip or the like. However, the present invention is not limited to this, and it is below the inner wall of a lumen such as the esophagus or stomach. A configuration using an endoscope to irradiate signal light may be used.

図8は内視鏡を用いた照射部の構成を示す模式図である。図において、51は内視鏡操作部である。内視鏡操作部51は、内視鏡の湾曲を上下左右に制御するアングルノブを設けてあり、内視鏡操作部51には、光ファイバ2で構成される信号光路2bを内挿した挿入部53を接続してある。挿入部53の先端部54には、管腔内を照射するためのライトガイド57、57、管腔内の画像を捉えるため対物レンズ56、後述する45度プリズム55を出入するための開口部58を備えている。また、内視鏡操作部51には、45度プリズム55を駆動するための駆動部52を接続してある。   FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of an irradiation unit using an endoscope. In the figure, 51 is an endoscope operation unit. The endoscope operation unit 51 is provided with an angle knob for controlling the bending of the endoscope up and down, left and right, and the endoscope operation unit 51 is inserted by inserting a signal light path 2b composed of the optical fiber 2 The unit 53 is connected. At the distal end portion 54 of the insertion portion 53, light guides 57 and 57 for irradiating the inside of the lumen, an objective lens 56 for capturing an image inside the lumen, and an opening 58 for entering and exiting a 45-degree prism 55 described later. It has. In addition, a driving unit 52 for driving the 45 degree prism 55 is connected to the endoscope operation unit 51.

内視鏡の挿入部53内に内視鏡の汎用チャネルを介して移動可能な可動部(図示せず)を設け、該可動部に光ファイバ2、グリンレンズ(図示せず)、45度プリズム55などを装着し、ワイヤー(図示せず)により可動部全体を光軸方向に移動可能とする。ワイヤーには、フレームトリガに同期して断層画像取得時間で所定の距離を走査するように駆動部52を接続する。これにより、45度プリズム55を介して信号光を光軸と垂直方向に照射することができる。管腔内壁下組織内で反射された信号光は、45度プリズムを介して、信号光路2bを反対方向に進む。なお、45度プリズム55を回転する構成であってもよい。また、45度プリズム55に代えてミラーを用いてもよい。   A movable part (not shown) movable through a general-purpose channel of the endoscope is provided in the insertion part 53 of the endoscope, and an optical fiber 2, a green lens (not shown), and a 45 degree prism are provided in the movable part. 55 or the like is attached, and the entire movable part can be moved in the optical axis direction by a wire (not shown). The drive unit 52 is connected to the wire so as to scan a predetermined distance in the tomographic image acquisition time in synchronization with the frame trigger. Thereby, the signal light can be irradiated in the direction perpendicular to the optical axis through the 45 degree prism 55. The signal light reflected in the tissue under the lumen inner wall travels in the opposite direction through the signal light path 2b via the 45 degree prism. The 45-degree prism 55 may be rotated. Further, a mirror may be used in place of the 45 degree prism 55.

上述の実施の形態においては、1.3μm、及び1.9μmの波長帯域の光源を用いる構成であったが、波長帯域は、計測対象となる生体組織に応じて、所望の波長帯域の光を用いることができる。また、光源も限定されるものではなく、フェトム秒レーザ、ハロゲンランプなどを使用することもできる。   In the above-described embodiment, the light source has a wavelength band of 1.3 μm and 1.9 μm. However, the wavelength band is a wavelength band of light in a desired wavelength band depending on a living tissue to be measured. Can be used. Further, the light source is not limited, and a femtosecond laser, a halogen lamp, or the like can be used.

上述の実施の形態においては、外部刺激部は、生体に微小な電流を流すため、電圧を発生するものであったが、これに限定されるものではなく、例えば、衝撃音、周波数の異なる音などを発生させるものなど、生体に刺激を加えることができるものであればよい。   In the above-described embodiment, the external stimulation unit generates a voltage in order to pass a minute current through the living body. However, the present invention is not limited to this. For example, an impact sound, a sound having a different frequency is used. Any device that can stimulate a living body, such as a device that generates the above, etc.

本発明の断層計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the tomographic measurement apparatus of this invention. CPUの処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of CPU. 本発明の断層計測装置の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of the tomography measuring apparatus of this invention. ヒトの指先における汗腺の二次元動態機能の断層画像を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the tomographic image of the two-dimensional dynamic function of the sweat gland in a human fingertip. ヒトの指先における汗腺の二次元動態機能の断層画像を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the tomographic image of the two-dimensional dynamic function of the sweat gland in a human fingertip. 実施の形態2の断層計測装置の構成を示すブロック図である。6 is a block diagram illustrating a configuration of a tomographic measurement apparatus according to Embodiment 2. FIG. 水による光吸収の波長依存性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the wavelength dependence of the light absorption by water. 内視鏡を用いた照射部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the irradiation part using an endoscope.

符号の説明Explanation of symbols

1 SLD
2 光ファイバ
2a 参照光路
2b 信号光路
3 光ファイバカプラ
4、5 光位相変調器
6 参照光ミラー
7 照射部
7a、7c レンズ
7b ガルバノミラー
8 ファンクションジェネレータ
9 ガルバノミラードライバ
10 処理部
10a インタフェース部
10b RAM
10c 表示部
10d 記憶部
10e 入力部
10f CPU
11 光検出器
12、35 フィルタ
13、36 広帯域増幅器
14、37 A/D変換器
15 外部刺激部
16 ディレイユニット
31 ファイバASE
32 合波器
33 合配器
34 分波器
1 SLD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Optical fiber 2a Reference optical path 2b Signal optical path 3 Optical fiber coupler 4, 5 Optical phase modulator 6 Reference light mirror 7 Irradiation part 7a, 7c Lens 7b Galvano mirror 8 Function generator 9 Galvano mirror driver 10 Processing part 10a Interface part 10b RAM
10c Display unit 10d Storage unit 10e Input unit 10f CPU
11 Photodetector 12, 35 Filter 13, 36 Broadband amplifier 14, 37 A / D converter 15 External stimulator 16 Delay unit 31 Fiber ASE
32 multiplexer 33 multiplexer 34 demultiplexer

Claims (9)

低コヒーレンス光源からの光を参照光及び信号光に分離して夫々参照光路及び信号光路に導くようにしてあり、前記参照光路には、予め定められた光路長走査周期で参照光の光路長を走査する参照光路長走査手段及び前記参照光路の路端で参照光を反射させる光学素子を設けてあり、前記信号光路には、信号光を被検査体表面に照射し、照射点を該被検査体表面に沿って走査する照射点走査手段を設けてあり、前記参照光の光路長を走査して、前記参照光の光路長に対応する被検査体表面からの深層位置で反射した信号光と前記参照光路の路端で反射した参照光との光干渉に基づいて被検査体の断層を計測する断層計測装置において、
前記光路長走査周期に基づいて、照射点走査周期を設定する照射点走査周期設定手段を備え、
前記照射点走査手段は、
前記参照光路長走査手段で参照光の光路長を走査する場合に、設定された照射点走査周期で照射点を走査するようにしてあることを特徴とする断層計測装置。
The light from the low-coherence light source is separated into the reference light and the signal light and guided to the reference optical path and the signal optical path, respectively, and the optical path length of the reference light is set to the reference optical path at a predetermined optical path length scanning period. A reference optical path length scanning means for scanning and an optical element for reflecting the reference light at a path end of the reference optical path are provided, and the signal light path is irradiated with the signal light on the surface of the object to be inspected, and the irradiation point is the inspection target An irradiation point scanning means for scanning along the body surface, scanning the optical path length of the reference light, and reflecting the signal light reflected at a deep layer position from the surface of the object to be inspected corresponding to the optical path length of the reference light; In a tomography measuring apparatus for measuring a tomography of an object to be inspected based on optical interference with reference light reflected by a path end of the reference light path,
An irradiation point scanning cycle setting means for setting an irradiation point scanning cycle based on the optical path length scanning cycle;
The irradiation point scanning means includes
A tomographic measurement apparatus characterized in that, when the optical path length of the reference light is scanned by the reference optical path length scanning means, the irradiation point is scanned at a set irradiation point scanning period.
前記参照光路長走査手段及び照射点走査手段の走査開始を制御する制御手段と、
被検査体に外部刺激を加える外部刺激手段と、
前記外部刺激に関連する信号を取得する取得手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記取得手段で取得した信号に基づいて、前記参照光路長走査手段及び照射点走査手段の走査を開始するようにしてあることを特徴とする請求項1に記載の断層計測装置。
Control means for controlling the scanning start of the reference optical path length scanning means and the irradiation point scanning means;
An external stimulus means for applying an external stimulus to the subject;
Obtaining means for obtaining a signal related to the external stimulus,
The control means includes
2. The tomographic measurement apparatus according to claim 1, wherein scanning of the reference optical path length scanning unit and the irradiation point scanning unit is started based on a signal acquired by the acquisition unit.
前記光路長走査周期に同期して、前記参照光路長走査手段で走査する走査方向に対応する方向に信号光の光路長を走査する信号光路長走査手段を備え、
前記制御手段は、
前記取得手段で取得した信号に基づいて、前記信号光路長走査手段の走査を開始するようにしてあることを特徴とする請求項2に記載の断層計測装置。
In synchronization with the optical path length scanning period, the optical path length scanning means for scanning the optical path length of the signal light in a direction corresponding to the scanning direction scanned by the reference optical path length scanning means,
The control means includes
The tomographic measurement apparatus according to claim 2, wherein the signal optical path length scanning unit starts scanning based on the signal acquired by the acquisition unit.
遅延時間を設定する遅延時間設定手段を備え、
前記取得手段は、
取得した信号を設定された遅延時間だけ遅延して前記制御手段へ出力するようにしてあることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の断層計測装置。
A delay time setting means for setting the delay time;
The acquisition means includes
The tomographic measurement apparatus according to claim 2 or 3, wherein the acquired signal is delayed by a set delay time and output to the control means.
参照光及び信号光は、
被検査体に対する光吸収の度合いが異なる第1波長帯域及び第2波長帯域を有し、
前記第1波長帯域での参照光と信号光との光干渉に関連する第1信号を検出する第1検出手段と、
前記第2波長帯域での参照光と信号光との光干渉に関連する第2信号を検出する第2検出手段と、
検出された第1信号及び第2信号の差分を算出する差分算出手段と
を備え、
算出された差分に基づいて、前記被検査体の断層を計測するようにしてあることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の断層計測装置。
Reference light and signal light are
Having a first wavelength band and a second wavelength band having different degrees of light absorption with respect to the object to be inspected;
First detection means for detecting a first signal related to optical interference between the reference light and the signal light in the first wavelength band;
Second detection means for detecting a second signal related to optical interference between the reference light and the signal light in the second wavelength band;
Difference calculating means for calculating a difference between the detected first signal and second signal,
The tomographic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein a tomography of the object to be examined is measured based on the calculated difference.
前記第1波長帯域及び第2波長帯域の光を発する第1光源及び第2光源と、
該第1光源及び第2光源が発する光を合波する合波器と、
該合波器で合波された光を前記参照光路及び信号光路に分配する合配器と、
参照光と信号光との干渉光を前記第1波長帯域での干渉光と前記第2波長帯域での干渉光とに分波する分波器と
を備え、
前記第1検出手段及び第2検出手段は、
前記分波器で分波された干渉光に基づいて、前記第1信号及び第2信号を検出するようにしてあることを特徴とする請求項5に記載の断層計測装置。
A first light source and a second light source that emit light in the first wavelength band and the second wavelength band;
A multiplexer that combines the light emitted by the first light source and the second light source;
A multiplexer that distributes the light combined by the multiplexer to the reference optical path and the signal optical path;
A demultiplexer for demultiplexing the interference light between the reference light and the signal light into the interference light in the first wavelength band and the interference light in the second wavelength band;
The first detection means and the second detection means are:
6. The tomographic measurement apparatus according to claim 5, wherein the first signal and the second signal are detected based on interference light demultiplexed by the demultiplexer.
前記信号光路の一部には、生体の管腔内に挿入するための線状の挿入部を設けてあり、
該挿入部の先端には、信号光を管腔内壁に照射し、反射された信号光を補足するための光学素子を備えていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の断層計測装置。
A part of the signal optical path is provided with a linear insertion portion for insertion into the lumen of a living body,
7. The optical element for irradiating the inner wall of the lumen with signal light and capturing the reflected signal light is provided at the distal end of the insertion portion. The tomographic measurement apparatus described.
低コヒーレンス光源からの光を参照光及び信号光に分離して夫々参照光路及び信号光路に導き、分離した信号光を被検査体表面に照射し、照射点を該被検査体表面に沿って走査しつつ、予め定められた光路長走査周期で参照光の光路長を走査して、前記参照光の光路長に対応する被検査体表面からの深層位置で反射した信号光と前記参照光路の路端で反射させた参照光との光干渉に基づいて被検査体の断層を計測する断層計測方法において、
前記光路長走査周期に基づいて照射点走査周期を設定し、
前記光路長走査周期で参照光の光路長を走査する場合に、設定された照射点走査周期で被検査体表面の照射点を走査することを特徴とする断層計測方法。
The light from the low-coherence light source is separated into reference light and signal light, guided to the reference light path and signal light path, respectively, the separated signal light is irradiated onto the surface of the object to be inspected, and the irradiation point is scanned along the surface of the object to be inspected However, the optical path length of the reference light is scanned at a predetermined optical path length scanning period, and the signal light reflected at the deep layer position from the surface of the object corresponding to the optical path length of the reference light and the path of the reference optical path In a tomography measurement method for measuring a tomography of an object to be inspected based on optical interference with reference light reflected at an end,
Set an irradiation point scanning cycle based on the optical path length scanning cycle,
A tomographic measurement method, comprising: scanning an irradiation point on the surface of an object to be inspected with a set irradiation point scanning cycle when scanning the optical path length of the reference light with the optical path length scanning cycle.
被検査体に対する光吸収の度合いが異なる第1波長帯域及び第2波長帯域を有する光を参照光及び信号光に分離し、
前記第1波長帯域及び第2波長帯域での参照光と信号光との光干渉に関連する第1信号及び第2信号を検出し、
検出された第1信号及び第2信号の差分を算出し、
算出した差分に基づいて、被検査体の断層を計測することを特徴とする請求項8に記載の断層計測方法。


Separating light having a first wavelength band and a second wavelength band having different degrees of light absorption with respect to the object to be inspected into reference light and signal light;
Detecting a first signal and a second signal related to optical interference between the reference light and the signal light in the first wavelength band and the second wavelength band;
Calculating the difference between the detected first and second signals;
The tomographic measurement method according to claim 8, wherein the tomographic measurement of a test object is performed based on the calculated difference.


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