JP4640813B2 - 光プローブおよび光断層画像化装置 - Google Patents

Description

本発明は光プローブに関し、特に詳細には、筒状のプローブ外筒を有し、その周面から出射する光を外筒の周方向に偏向させる機能を備えた光プローブに関するものである。

また本発明は、上述のような光プローブを用いる光断層画像化装置に関するものである。

従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法の一つとして、例えば特許文献１、２に示されるように、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により光断層画像を取得する方法が提案されている。このＯＣＴ計測は、光干渉計測の一種であり、二つに分けた光、すなわち測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉が検出されることを利用した計測方法である。すなわちこの方法において、光源から射出された低コヒーレント光は測定光と参照光とに分割され、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かれる。一方、参照光は、測定対象内の測定したい任意の場所からの反射光と光路長が同一となる様にその光路長が調整され、合波手段に導かれる。そして、合波手段により測定光と参照光が合波され、光検出器によりその光強度が検出される。

一次元の断層像を得るためには、測定光の光路長を測定エリアに応じて走査することで、測定光の進行方向と同一の軸に沿った反射率分布に応じた干渉強度波形が得られる。すなわち、測定対象の深さ方向に有する構造に応じた光反射強度分布を得ることができる。さらに、測定対象へ当てる測定光の照射位置を、偏向手段、あるいは物理的な移動手段を用いて光軸と垂直な一次元方向に走査する事で、二次元の光反射強度の断層像が得られる。さらに、測定光の照射位置を、光軸方向と垂直な二次元方向に亘って走査することで、三次元の光反射強度の断層像を得ることができる。

上記ＯＣＴ装置においては、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）を変更し断層画像を取得するようになっており、この手法は一般にＴＤ−ＯＣＴ（Time domain OCT）計測と称されている。より具体的に、特許文献１の参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をミラーに集光する光学系を有し、ミラーのみを参照光のビーム軸方向に移動させて光路長の調整を行っている。また特許文献２に示された参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をレンズによって平行光化し、平行光になった参照光を再び光路長調整レンズにより集光して光ファイバに入射させ、そして、光路長調整レンズを参照光のビーム軸方向に進退させて光路長の調整を行っている。

他方、上述した参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する装置として、ＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）計測による光断層画像化装置が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ装置は、上記ＴＤ−ＯＣＴと同様に干渉計を用いて測定光と参照光に分割した広帯域の低コヒーレント光を、光路長をほぼ等しく合わせて干渉させた後、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器にて各光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、光路長の走査を物理的に行わずに光軸方向の一次元断層画像を構成するようにしたものである。上記ＴＤ−ＯＣＴと同様に、測定光の照射位置を光軸と垂直な方向に走査することで、二次元、さらには三次元の断層画像を得ることができる。

さらに、参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する装置として、ＳＳ−ＯＣＴ（Swept source OCT）計測による光断層画像化装置も提案されている。このＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源に光周波数可変レーザ光源を用いる。高コヒーレンスなレーザ光は、測定光と参照光とに分割され、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かれる。一方、参照光は、測定光と光路長をほぼ等しく合わせて干渉させた後、合波手段に導かれる。そして、合波手段により測定光と参照光が合波され、光検出器によりその光強度が検出される。光周波数可変レーザ光源の周波数を掃引させることで、各光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉波形を計算機でフーリエ変換することにより、光路長の走査を物理的に行わずに光軸方向の一次元断層画像を構成するようにしたものである。上記ＴＤ−ＯＣＴと同様に、測定光の照射位置を光軸と垂直な方向に走査することで、二次元、さらには三次元の断層画像を得ることができる。

以上説明したような各方式の光断層画像化装置においては、通常、測定対象のある面に沿った断層画像を取得するようにしており、そのためには、測定対象において測定光を少なくとも光軸と垂直な１次元方向に走査させる必要がある。このような光走査を行う手段の一つとして、従来、特許文献３に示されるように、筒状のプローブ外筒を有し、その外筒の周面から出射する光を該周面に沿った方向に偏向させる機能を備えた光プローブが公知となっている。より具体的にこの光プローブは、被検体内部に挿入される挿入部（プローブ外筒）と、このプローブ外筒の内部空間に挿通された回転可能な中空シャフトと、該シャフトの内部に挿通された光ファイバと、上記シャフトの先端に固定されてこのシャフトと共に回転し、光ファイバの先端から出射した光をプローブ外筒の周面回り方向に偏向させる光偏向素子とを備えたものである。
特開平６−１６５７８４号公報 特開２００３−１３９６８８号公報 特許第３１０４９８４号公報

光断層画像の観察は、これまでに報告のある消化器から、気管支、尿管、血管とより微細な領域への展開が期待されており、そのような観点から、光プローブをより細径化することが望まれている。しかし、上記特許文献３に示された光プローブでは、シャフトの強度を確保するためにそれをかなりの肉厚に形成することが必要で、またシャフトと内部の光ファイバとの間に空隙を確保する必要があるため、微細化が難しくなっている。

また、被検体内のより深い領域を観察したいという要求があり、その際には数ｍにも及ぶ長いプローブを作製する必要があるが、微細で長い円筒形のシャフト内部に光ファイバを通す作業は非常に困難である。その上、シャフト内部に挿通させる際に光ファイバを破損することもあるので、このような光プローブは生産性が悪いものとなっている。さらに、このような円筒形のシャフトの作製はコストが嵩むので、それにより光プローブのコストが高いものとなってしまう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、細径化が容易で、しかも低コストで作製可能な光プローブを提供することを目的とする。

また本発明は、そのような光プローブを用いることにより、小型化および低コスト化を実現できる光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明による光プローブは、プローブ外筒の中に中空のシャフトを挿通させ、さらに該シャフト内に光ファイバを挿通させるといった複雑な構成を避けて、プローブ外筒の中に光偏向素子を回転させるための支持部材と光ファイバとを並べて配置することにより、上記目的を達成するようにしたものである。

すなわち、より具体的に本発明による光プローブは、
筒状のプローブ外筒と、
このプローブ外筒の内部空間に、該外筒の軸方向に延びる状態に配設された支持部材と、
前記プローブ外筒の内部空間に、前記支持部材と共に並んで延びる状態に配設された光ファイバと、
前記支持部材の基端側に連結されてこの支持部材を、前記外筒の周方向に回転させる駆動手段と、
前記支持部材とともに回転し、前記光ファイバの先端から出射した光を、前記外筒の周方向に偏向させる光偏向素子と、
前記光ファイバの先端から出射した光を集光して、前記プローブ外筒の周外方に配された被走査体において収束させる集光手段と、
前記被走査体で反射した光を前記光ファイバの先端に導いて、該先端から光ファイバに入射させる導光手段とを備えたことを特徴とするものである。

その上で本発明の光プローブにおいては、前記支持部材と前記光ファイバとが一体化されて、該光ファイバが支持部材と共に回転するように構成される。

また、本発明の光プローブにおいてはさらに、
前記光ファイバが、その中心軸が前記支持部材の回転中心から外れた状態にして該支持部材に支持され、
前記プローブ外筒の先端部内に、前記支持部材の回転軸を回転自在に受承する軸受け部が配設される。

他方、本発明による光断層画像化装置は、先に説明したような各計測方式の光断層画像化装置に、本発明による光プローブが用いられたことを特徴とするものである。すなわち、より具体的に本発明による光断層画像化装置は、
光を射出する光源と、
この光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
前記測定対象に測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記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、
この検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記照射光学系が、本発明による光プローブを含んで構成されていることを特徴とするものである。

本発明の光プローブは、プローブ外筒の中に支持部材と光ファイバとを並べて配置し、この支持部材を回転させて光偏向素子を回転させるようにしているので、プローブ外筒の中に中空のシャフトを挿通させ、さらに該シャフト内に光ファイバを挿通させるようにした従来の光プローブと比べると構造が極めて簡単になる。そこでこの光プローブは、細径化が容易で、しかも低コストで作製可能となる。

さらにこの本発明による光プローブは、プローブ外筒の中に支持部材と光ファイバとを並べて配置したものであるので、全長をかなり長く形成する場合でも、支持部材と光ファイバとの組合せ・固定が非常に難しくなることが無く、よってこの点からも作製コストを低く抑えることが可能になる。

また、本発明の光プローブにおいて特に、
光ファイバが、その中心軸が支持部材の回転中心から外れた状態にして該支持部材に支持され、
前記プローブ外筒の先端部内に、前記支持部材の回転軸を回転自在に受承する軸受け部が配設されている場合は、
光ファイバがプローブ外筒内で、ファイバ中心軸から外れた回転軸の回りを回転するようにして、プローブ径をより小さくすることが可能となる。

一方、本発明による光断層画像化装置は、上述した通りの本発明による光プローブが適用されたものであるから、小型化および低コスト化を実現できるものとなる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による光プローブ10の側断面形状を示すものであり、また図２はこの光プローブ10を、図１のＡ−Ａ線の位置で破断して示す立断面図である。この光プローブ10は、一例として光断層画像化装置の一部となる内視鏡の先端部分を構成するものであり、図３にはその光断層画像化装置の全体形状を示してある。

まず図３を参照して、光断層画像化装置の概略について説明する。本装置は、光プローブ10を含む内視鏡50と、この内視鏡50が接続される光源装置51、ビデオプロセッサ52および光断層処理装置53と、ビデオプロセッサ52に接続されたモニタ54とを備えている。内視鏡50は、可撓性を有する細長のプローブ外筒11と、このプローブ外筒11の後端に連設された操作部56と、この操作部56の側部から延出されたユニバーサルコード57とを備えている。

ユニバーサルコード57内には、光源装置51からの照明光を伝送する図示外のライトガイドが挿通されており、またユニバーサルコード57の端部には、光源装置51に着脱自在に接続される光源コネクタ58が設けられている。この光源コネクタ58からは信号ケーブル59が延出され、この信号ケーブル59の端部に、前記ビデオプロセッサ52に着脱自在に接続される信号コネクタ60が設けられている。光源装置51は、後述のようにして断層像が取得される被検体70の部分に照明光を照射するためのものである。

また前記操作部56には、プローブ外筒11に設けられた湾曲部を湾曲操作するための湾曲操作ノブ61と、ライトガイド駆動部62とが設けられ、このライトガイド駆動部62と前記光断層処理装置53とが、ライドガイド63を介して接続されている。プローブ外筒11は、例えば人体の臓器等の被検体70内に挿入されるようになっている。

次に図１および図２を参照して、光プローブ10について説明する。この光プローブ10は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒11と、このプローブ外筒11の内部空間に、該外筒11の軸方向に延びる状態に配設された支持部材12と、プローブ外筒11の内部空間において、支持部材12と共に並んで延びる状態に配設された１本の光ファイバ13と、支持部材12の基端側に連結されてこの支持部材12を、プローブ外筒11の周方向に回転させるモータ14とを有している。

上記光ファイバ13は、ファイバ固定部材15によって支持部材12に固定されている。またプローブ外筒11の先端に近い位置においてその内部には、中心部に貫通孔を有する円板状の軸受け16が固定されている。支持部材12の先端部はＬ字形に形成され、その先端部が上記軸受け16の貫通孔に挿通されることにより、この支持部材12はプローブ外筒11の中心軸（長手方向軸）の回りに回転自在となっている。したがって上記モータ14が駆動されると、この支持部材12が光ファイバ13とともに回転する。

さらにこの光プローブ10は、上記支持部材12に支持されて該支持部材12とともに回転し、光ファイバ13の先端から出射した光Ｌをプローブ外筒11の周方向に偏向させるプリズムミラー17と、光ファイバ13の先端から出射した光Ｌを、プローブ外筒11の周外方に配された被走査体としての被検体70において収束するように集光するロッドレンズ18とを有している。なお本実施形態においてこのロッドレンズ18およびプリズムミラー17は、後述するように、被検体70で反射した光Ｌを光ファイバ13の先端に導いて、該先端から光ファイバ13に入射させる導光手段を兼ねている。

上記光ファイバ13の基端に近い部分はモータ14を迂回するように曲げられ、該基端は支持部材12の回転軸と同軸状態に配置されている。そして図３に示される通り、内視鏡50の内部には、この光ファイバ13の基端に向かい合う状態にして入射光学系20が配設されている。ライドガイド63を導波して来てそこから出射した光Ｌは、この入射光学系20で集光されて、上記基端から光ファイバ13に入射するようになっている。

以下、上記構成の光プローブ10の作用について説明する。図３に示す光断層処理装置53内にはレーザ等の光源（図示せず）が配置され、そこから射出されたレーザ光等の光Ｌはライドガイド63に入射してそこを導波する。ライドガイド63から出射した後、入射光学系20を経て光ファイバ13に入射した光Ｌは、光ファイバ13を導波してその先端から出射し、ロッドレンズ18で集光された後プリズムミラー17で反射して９０°光路を変え、透光性のプローブ外筒11からプローブ外に出射する。そしてモータ14が駆動されると前述のように支持部材12が回転し、それに固定されている光ファイバ13、プリズムミラー17およびロッドレンズ18も支持部材12とともに回転する。

プリズムミラー17が上記のように回転することにより、そこから出射した光Ｌは、プローブ外筒11の周方向に偏向し、被検体70を図３の矢印Ｒ方向に走査する。この光Ｌは被検体70において散乱しながら反射し、その反射光の一部はプリズムミラー17に入射してロッドレンズ18側に反射する。そしてこの反射光は、ロッドレンズ18により集光されて、光ファイバ13の先端から該光ファイバ13内に入射する。

こうして光ファイバ13内を伝搬した反射光は該光ファイバ13の基端から出射し、入射光学系20を経てライドガイド63に入射し、このライドガイド63を導波して光断層処理装置53に送光される。光断層処理装置53内において上記反射光は、光プローブ10側に向かう前記光Ｌの光路から分岐され、図示しない光検出器によって検出される。そして、この光検出器の出力に基づいて被検体70の断層画像が形成され、この断層画像が図３に示すモニタ54に表示される。

以上説明した通り本実施形態の光プローブ10は、プローブ外筒11の中に支持部材12と光ファイバ13とを並べて配置し、この支持部材12を回転させて光偏向素子としてのプリズムミラー17を回転させるようにしているので、プローブ外筒の中に中空のシャフトを挿通させ、さらに該シャフト内に光ファイバを挿通させた構造を有する従来の光プローブと比べると構造が極めて簡単になる。そこでこの光プローブ10は、細径化が容易で、しかも低コストで作製可能となる。

さらに本実施形態の光プローブ10は、プローブ外筒11の中に支持部材12と光ファイバ13とを並べて配置したものであるので、全長をかなり長く形成する場合でも、支持部材12と光ファイバ13との組合せ・固定が非常に難しくなることが無く、よってこの点からも作製コストを低く抑えることが可能になる。

なお本実施形態においては、光ファイバ13が、その中心軸が支持部材12の回転中心から外れた状態にして該支持部材12に支持されているので、光ファイバ13がプローブ外筒11内で、ファイバ中心軸から外れた回転軸の回りを回転するようになる。この場合、図２から明らかな通り、プローブ外筒11の内径は（光ファイバ13の外径）＋（支持部材12の縦寸法）だけ確保されればよいことになる。それに対して、支持部材を筒状のものとして、その中に同軸に配した光ファイバを回転させる場合は、その筒状の支持部材の厚みが上記縦寸法と同じであるとすると、プローブ外筒11の内径は（光ファイバ13の外径）＋（支持部材の縦寸法×２）だけ必要となり、プローブ外筒11がより太くなってしまう。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態による光プローブ100の側断面形状を示すものであり、また図５はこの光プローブ100を、図４のＢ−Ｂ線の位置で破断して示す立断面図である。なおこれらの図４、５において、図１〜３中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。

この第２実施形態の光プローブ100は、先に説明した第１実施形態の光プローブ10と比べると、支持部材12が間に光ファイバ13を挟む状態で２本設けられ、そしてこれらの支持部材12が円環状の軸受け30内で回転自在とされた点が異なるものであり、その他の点は基本的に同様に構成されている。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態による光プローブ110の立断面形状を示すものである。この第３実施形態の光プローブ110は、先に説明した第１実施形態の光プローブ10と比べると、支持部材12が間に光ファイバ13を挟む状態で３本設けられ、そしてこれらの支持部材12を受ける軸受けは特に設けられていない点が異なるものである。つまり本実施形態では、プローブ外筒11の内径が、３本の支持部材12との間に僅かの間隙が生じる大きさとされ、これらの支持部材12がプローブ外筒11の周壁内面と摺動しながら回転するようになっている。

なお、特に図示はしていないが、光ファイバ13は３本の支持部材12に対して、図１および図４に示したファイバ固定部材15と同様の固定部材によって固定されている。また３本の支持部材12は、光ファイバ13の軸回りに等角度間隔で配置されるのが望ましいが、特にそのようにせずに、不等角度間隔で配置されても構わない。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図７は、本発明の第４の実施形態による光プローブ120の立断面形状を示すものである。この第４実施形態の光プローブ120は、上に説明した第３実施形態の光プローブ110と比べると、支持部材12が２本設けられ、そしてそれらの支持部材12と光ファイバ13とが、支持部材12のほぼ全長に亘って延びる被覆材31によって一体化されている点が異なるものである。つまり本実施形態では、プローブ外筒11の内径が、被覆材31との間に僅かの間隙が生じる大きさとされ、該被覆材31がプローブ外筒11の周壁内面と摺動しながら回転するようになっている。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図８および図９はそれぞれ、本発明の第５の実施形態による光プローブ130の側断面形状、立断面形状を示すものである。この第５実施形態の光プローブ130は、上に説明した第４実施形態の光プローブ120と比べると、光ファイバ13が２本設けられている点が異なるものである。また、それに応じてプリズムミラー17およびロッドレンズ18もそれぞれ２個ずつ設けられている。なお図８においては、図９に示す被覆材31を省略してある。

本実施形態の光プローブ130においては、一方の光ファイバ13が送光専用とされ、その先端から出射した光がロッドレンズ18およびプリズムミラー17を介して、前述と同様に被走査体（例えば図３の被検体70）に照射される。つまりこの場合、図８においては、一方のプリズムミラー17から紙面と直角な方向に上記光が出射する。

そして被走査体で反射した光は、上記とは別のプリズムミラー17に入射してそこで反射し、上記とは別のロッドレンズ18で集光されて、受光専用とされた他方の光ファイバ13に入射する。この光は該他方の光ファイバ13を伝搬して、所定の受光部に送られる。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第６の実施形態による光プローブ140の側断面形状を示すものである。この第６実施形態の光プローブ130は、上に説明した第５実施形態の光プローブ130と比べると、２本設けられた光ファイバ13が、それぞれ送光および受光を兼ねるように構成されている点が異なるものである。

つまり本実施形態において、２つのプリズムミラー17は互いに向きを反対にして配設され、それらから互いに向きが１８０°異なる状態で光Ｌが出射するようになっている。そして一方の光ファイバ13から出射した後に被走査体で反射した光Ｌは、この一方の光ファイバ13に戻り、他方の光ファイバ13から出射した後に被走査体で反射した光Ｌは、この他方の光ファイバ13に戻るようになっている。このような構成を採用することにより、被走査体の互いに異なる部分を同時に光走査したり、あるいは被走査体の同一部分をより高速で光走査することが可能になる。

以上説明した第２〜６実施形態の各光プローブにおいても、基本的にプローブ外筒11の中に１つあるいは複数の支持部材12と、１つあるいは複数の光ファイバ13とを並べて配置し、該支持部材12を回転させてプリズムミラー17を回転させるようにしているので、第１の実施形態におけるのと同様の効果が得られる。

なお、以上説明した各実施形態の光プローブは光断層画像化装置の一部となる内視鏡を構成するものであるが、本発明はその種の光プローブに限らず、筒状のプローブ外筒を有し、その外筒の周面から出射する光を外筒の周方向に偏向させる光プローブ全般に適用可能であり、いずれの場合も先に説明した効果を奏することができる。

なお、以上説明した実施形態においては、光偏向素子と集光手段と光ファイバとが密着配置されているが、このようにすることは必ずしも必要ではなく、それぞれが離間して配置されてもよい。また、光偏向素子と集光手段の光軸に沿った位置は、上述の各実施形態におけるのとは逆転させて、光源側に光偏向素子が位置するようにしてもよい。

以下、本発明による光プローブが適用される光断層画像化装置の例について説明する。まず図１１に示す光断層画像化装置１は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像を前述のＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、光Ｌaを射出する光源ユニット210と、光源ユニット210から射出された光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓｂに照射する光プローブ10と、こうして測定対象Ｓｂに測定光Ｌ１が照射されたとき該測定対象Ｓｂで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との間の干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段240とを有している。

光源ユニット210は、低コヒーレント光Ｌaを射出する例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）、超短パルスレーザ光を非線形媒質に照射させて広帯域光を得るスーパーコンティニューム等の光源111と、この光源111から射出された光を光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系112とを有している。

光分割手段３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット210から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。この光分割手段３は、２本の光ファイバ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を導波し、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３を導波する。なお、本例におけるこの光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。

光ファイバＦＢ２には、先に図１に示した光プローブ10が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ10へ導波する。光プローブ10は、例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、光学コネクタ31により光ファイバＦＢ２に対して着脱可能に取り付けられている。

一方、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段220が配置されている。光路長調整手段220は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー22と、反射ミラー22と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ21ａと、第１光学レンズ21ａと反射ミラー22との間に配置された第２光学レンズ21ｂとを有している。

第１光学レンズ21ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ21ｂは、第１光学レンズ21ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー22上に集光するとともに、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。つまり、第１光学レンズ21ａと第２光学レンズ21ｂとにより共焦点光学系が形成されている。

したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ21ａにより平行光になり、第２光学レンズ21ｂにより反射ミラー22上に集光される。その後、反射ミラー22により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ21ｂにより平行光になり、第１光学レンズ21ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。

さらに光路長調整手段220は、第２光学レンズ21ｂと反射ミラー22とを固定した基台23と、該基台23を第１光学レンズ21ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段24とを有している。そして基台23が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられるようになっている。

また合波手段４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段220により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌ２と、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段240側に射出するように構成されている。

一方、干渉光検出手段240は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から出射した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ141と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光する分光手段142と、分光手段142により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出する光検出手段144とを有している。

分光手段144は例えば回折格子素子等から構成されており、そこに入射した干渉光Ｌ４を分光して、光検出手段144に向けて射出する。また光検出手段144は、例えば１次元もしくは２次元に光センサが配列されてなるＣＣＤ等の素子から構成され、各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。

上記光検出手段144は例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる画像取得手段250に接続され、この画像取得手段250はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置260に接続されている。

以下、上記構成を有する光断層画像化装置１の作用について説明する。断層画像を取得する際には、まず基台23を矢印Ａ方向に移動させることにより、測定可能領域内に測定対象Ｓｂが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット210から光Ｌaが射出され、この光Ｌaは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光プローブ10から体腔内に向けて射出され、測定対象Ｓｂに照射される。このとき、前述したように作動する該光プローブ10により、そこから出射した測定光Ｌ１が測定対象Ｓｂを１次元に走査する。そして、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３が反射ミラー22において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段240によって検出される。この検出された干渉光Ｌ４が画像取得手段250において適当な波形補償、ノイズ除去を施した上でフーリエ変換されることにより、測定対象Ｓｂの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。

そして、光プローブ10により上述のように測定光Ｌ１を測定対象Ｓｂ上で走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓｂの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。このようにして取得された断層画像は、表示装置260に表示される。なお、例えば光プローブ10を図１１の左右方向に移動させて、測定対象Ｓｂに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。

次に、本発明による光プローブが適用される光断層画像化装置の別の例について説明する。図１２に示す光断層画像化装置300は、測定対象の断層画像を前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、具体的に図１１の光断層画像化装置１と異なる点は、光源ユニットおよび干渉光検出手段の構成である。

本装置における光源ユニット310は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌaを射出するものである。具体的に該光源ユニット310は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）311と光ファイバＦＢ10とを有しており、光ファイバＦＢ10が半導体光増幅器311の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器311は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ10の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ10の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器311に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器311および光ファイバＦＢ10により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌaが光ファイバＦＢ１へ射出されるようになっている。

さらに、光ファイバＦＢ10には光分岐器312が結合されており、光ファイバＦＢ10内を導波する光の一部が光分岐器312から光ファイバＦＢ11側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ11から射出した光はコリメータレンズ313、回折格子素子314、光学系315を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）316において反射される。そして反射された光は光学系315、回折格子素子314、コリメータレンズ313を介して再び光ファイバＦＢ11に入射される。

ここで、この回転多面鏡316は矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系315の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子314において分光された光のうち、特定の周波数域の光だけが再び光ファイバＦＢ11に戻るようになる。この光ファイバＦＢ11に戻る光の周波数は光学系315の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ11に入射した特定の周波数域の光が光分岐器312から光ファイバＦＢ10に入射され、結果として特定の周波数域のレーザ光Ｌaが光ファイバＦＢ１側に射出されるようになっている。

したがって、回転多面鏡316が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ11に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。こうして光源ユニット310からは、波長掃引されたレーザ光Ｌaが光ファイバＦＢ１側に射出される。

干渉光検出手段240は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する。そして、画像取得手段250は、干渉光検出手段240により検出された干渉光Ｌ４をフーリエ変換することにより、測定対象Ｓｂの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を検出し、測定対象Ｓｂの断層画像を取得する。そして、この取得された断層画像が表示装置260に表示される。なお本例の装置においては、光ファイバＦＢ１の光ファイバカプラ２から分岐したレーザ光Ｌaの光強度を検出する検出器40ａと、干渉光Ｌ４の光強度を検出する検出器40ｂとを設け、干渉光検出手段240が検出器40ａからの出力に基づいて干渉光Ｌ４の光強度のバランスを調整する機能を有している。

ここで、干渉光検出手段240および画像取得手段250における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。

測定光Ｌ１が測定対象Ｓｂに照射されたとき、測定対象Ｓｂの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段240において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。上式は波数ｋ＝ω／ｃを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段250において、干渉光検出手段240が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓｂの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。

この光断層画像化装置300においても、図１１の装置に用いられたものと同様の構成を有する光プローブ10が用いられており、その作用も図１１の装置におけるのと同様である。

次に、本発明による光プローブが適用される光断層画像化装置のさらに別の例について説明する。図１３に示す光断層画像化装置400は、測定対象の断層画像を前述のＴＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、レーザ光Ｌaを射出する光源111および集光レンズ112からなる光源ユニット210と、光源ユニット210から射出されて光ファイバＦＢ１を伝搬するレーザ光Ｌaを分割する光分割手段２と、ここを通過したレーザ光Ｌaを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割されて光ファイバＦＢ３を伝搬した参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段220と、光分割手段３により分割されて光ファイバＦＢ２を伝搬した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに照射する光プローブ10と、光プローブ10から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４（光分割手段３が兼ねている）と、合波手段４により合波されて反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段240とを備えている。

上記光路長調整手段220は、光ファイバＦＢ３から出射した参照光Ｌ２を平行光化するコリメータレンズ21と、このコリメータレンズ21との距離を変えるように図中矢印Ａ方向に移動可能とされたミラー23と、このミラー23を移動させるミラー移動手段24とから構成されて、測定対象Ｓｂ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。さらに、参照光Ｌ２の光路中（光ファイバＦＢ３）に位相変調器250が配置されており、参照光Ｌ２に対しわずかな周波数シフトを与える機能を有している。そして、光路長調整手段220により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光Ｌ２が合波手段４に導波されるようになっている。

干渉光検出手段240は、合波手段４から光ファイバＦＢ２を伝搬して来た干渉光Ｌ４の光強度を、たとえばヘテロダイン検波により検出する。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が、参照光Ｌ２の全光路長と等しいときに、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３との差周波数で強弱を繰り返すビート信号が発生する。光路長調整手段220により光路長が変更されて行くにつれて、測定対象Ｓの測定位置（深さ）が変わって行き、干渉光検出手段240は各測定位置における複数のビート信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段220から画像取得手段へ出力されるようになっている。

そして、干渉光検出手段240により検出されたビート信号と、ミラー移動手段24における測定位置の情報とに基づいて、画像取得手段250により光断層画像が生成される。生成されたその光断層画像は、表示装置260において表示される。

この光断層画像化装置400においても、図１１の装置に用いられたものと同様の構成を有する光プローブ10が用いられており、その作用も図１１の装置におけるのと同様である。

以上、光プローブ10が用いられた光断層画像化装置１、300、400について説明したが、その光プローブ10に代えて、先に述べた本発明の別の実施形態による光プローブ100、110、120、130あるいは140を用いることも勿論可能である。

本発明の第１実施形態による光プローブを示す側断面図 図１の光プローブの立断面図 図１の光プローブが適用された光断層画像化装置の全体斜視図 本発明の第２実施形態による光プローブを示す側断面図 図４の光プローブの立断面図 本発明の第３実施形態による光プローブを示す立断面図 本発明の第４実施形態による光プローブを示す立断面図 本発明の第５実施形態による光プローブを示す側断面図 図８の光プローブの立断面図 本発明の第６実施形態による光プローブを示す側断面図 本発明の光プローブが用いられた、ＳＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置の一例を示す概略構成図 本発明の光プローブが用いられた、ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置の一例を示す概略構成図 本発明の光プローブが用いられた、ＴＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置の一例を示す概略構成図

符号の説明

10、100、110、120、130、140 光プローブ
11 プローブ外筒
12 支持部材
13 光ファイバ
14 モータ
15 ファイバ固定部材
16、30 軸受け
17 プリズムミラー
18 ロッドレンズ
31 被覆材
Ｌ 光

Claims (2)

1. 筒状のプローブ外筒と、
   このプローブ外筒の内部空間に、該外筒の軸方向に延びる状態に配設され、この軸方向に延びる回転軸の周りに回転可能とされた支持部材と、
   前記プローブ外筒の先端部内に配設されて、前記支持部材の回転軸を回転自在に受承する軸受け部と、
   前記プローブ外筒の内部空間に、前記支持部材と共に並んで延びる状態に配設され、中心軸が前記支持部材の回転軸から外れた状態にして該支持部材に支持された光ファイバと、
   前記支持部材の基端側に連結されてこの支持部材を、前記外筒の周方向に回転させる駆動手段と、
   前記支持部材に支持されて該支持部材とともに回転し、前記光ファイバの先端から出射した光を、前記外筒の周方向に偏向させる光偏向素子と、
   前記光ファイバの先端から出射した光を集光して、前記プローブ外筒の周外方に配された被走査体において収束させる集光手段と、
   前記被走査体で反射した光を前記光ファイバの先端に導いて、該先端から光ファイバに入射させる導光手段とを備えたことを特徴とする光プローブ。
2. 光を射出する光源と、
   この光源から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   前記測定光を測定対象に照射する照射光学系と、
   前記測定対象に測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
   合波された前記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、
   この検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射光の強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
   前記照射光学系が、請求項１記載の光プローブを含んで構成されていることを特徴とする光断層画像化装置。

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