CN1785122A - 光断层影像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光断层影像装置，其光源部使用波长频带互相不同并可同时射出的两个低可干涉光源(10、11)，该射出光，被2分为通过2×2耦合器(22)经由探针(30)而照射向被检体(71)的光束，和照射向为每个波长频带所设置的参照反射镜(23、24)的光束。照射向参照反射镜(23、24)的光束通过分色反射镜(26)而被分光，并作为参照光再次返回到2×2耦合器(22)，与来自被检体(71)的被检光合波。其后通过分光光学系统，而照射向光检测器(41)，并通过在信号处理部(65)中作信号处理，得到有关被检体(71)的不同部位的光断层影像。从而能够以极少的照射时间取得有关被检体的更多的断层影像信息。

Description

光断层影像装置
技术领域
本发明涉及在医疗或工业等领域中获取被检体的断层影像时所使用的光断层影像装置。
背景技术
近年来，在对医疗用和工业用等的被检体进行摄像的领域，特别是在电子内视镜的领域中，使用OCT的方法摄影被检体的断层影像的装置已被周知。
由于基于该OCT的断层影像装置，作为检测光的探针(probe)而使用，因此不存在如以往的X线摄影装置，被检体因X线照射而受到辐射的问题，特别是，在被检体是人体的情况下极为优选。另外，不需要像CT或MRI等的大型的装置，能够简易地进行被检体的检查，因此能够减轻被检者的成本的负担和体力的负担，在这方面也为优选。
另外，该使用OCT的断层影像装置，形成为利用具有宽频带的光谱幅的光的低相干性，而得到被检体的深度方向的各位置的干涉波的信息，因此能够通过μm级的空间分辨率，而检测来自被检体内部的反射光，与以往的X线摄影装置相比，能够大幅提高测定分辨率。
使用这种具有多种优异特性的OCT的断层影像装置，已被公开在例如下述的非专利文献1等中，另外，还提出了使用具体地进行了各种技术上的工作的OCT的断层影像装置(例如，参照专利文献1等)。
〔专利文献1〕特开2003-329577号公报
〔非专利文献1〕光学32卷4号(2003)：佐藤学、丹野直弘著。
但是，现状为在关于被检体的图像信息的取得速度及其信息量等方面，虽然有一些提案，但还不能用于实用，希望能够进一步改良。
特别是在将光断层影像装置作为医疗用而使用时，有必要将检查时对被检者的肉体和精神的负担降至最小，为此，希望能够有以尽可能少的照射次数而取得多的患部的断层影像的装置。
本发明鉴于这种情形而提出，其目的在于提供一种能够以极少的照射时间而得到关于被检体的更多的断层影像信息的光断层影像装置。
发明内容
本发明的光断层影像装置，具有：光源，其射出至少在两个互相不同的波长频带中具有低可干涉性的光；
干涉计，其构成为，即将由该光源射出的光束分为两束，将其中一方照向被检体，并且将另一方照向参照面，通过将分别从该参照面和该被检体反射的光束合波，而得到干涉光，并通过光检测器得到该干涉光的光强度分布；
信号处理部，其基于由该干涉计得到的光强度分布信号而得到断层影像信号；
在所述光干涉计中，设有波长选择元件，其将照射向所述参照面的所述另一方的光束分离，至少使第一波长频带的光束和第二波长频带的光束不产生相位错位，并且相对由该波长选择元件分为两束后的光束，分别设有所述参照面所形成的反射光学元件；另外，
所述信号处理部构成为，在所述光源的每个波长频带生成所述断层影像信号并将其合成信号输出。
另外，所述光检测器使用线形图像传感器，另外
所述干涉计，具有分光所述干涉光的分光光学系统，通过该分光光学系统将该干涉光照向所述线形图像传感器，从而将该干涉光分离为所述光源的每个波长频带，并能够照射到所述线形图像传感器。
此外，设有能够将所述各个反射光学元件根据希望而在各自的光轴上移动的移动结构，并在照射在各个反射光学元件的光的每个波长频带，能够变更由所述参照面反射的参照光束的光程。
根据本发明的光断层影像装置，能够以较少的照射时间，高效地取得在从被检体的表面附近直至深部的深度方向的不同部位中的光断层影像。
另外，由于将波长频带不同的低可干涉光同时照射向被检体，因此不需要进行对每个波长频带切换光源的操作，操作性良好，并且能够以较少的检查时间取得比以往更多的光断层影像信息。
此外，通过调整为每个波长频带而设的参照反射镜的位置，在被检体相同的部位中，能够得到各自波长频带的反射光，并易于取得该被检体部位中的分光特性。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的光断层影像装置的概略图。
图2是表示在探针中设置转动机构时的结构剖面图。
图3是表示本发明的第二实施方式的光断层影像装置的概略图。
图4是表示低可干涉性光源输出光的轮廓(profile)例的图。
图中：10、11-低可干涉性光源，21-2×1耦合器，22-2×2耦合器，23、24-参照反射镜，25、61-准直仪，26-分色镜，32-GRIN透镜，33-直角棱镜，33a-斜面，35-透光窗部，41-光检测器，62-衍射光栅，63-傅里叶变换透镜，65-信号处理部。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式的光断层影像装置。
图1是表示本发明第一实施方式的光断层影像装置的概略图。
本实施方式的光断层影像装置，适用于例如医疗用的内视镜，并大致被分为光源部、干涉计和信号处理部。
光源部，使用两个低可干涉性光源10、11而构成。该两个低可干涉性光源10、11，分别输出波长频带不同的光，例如第一低可干涉性光源10，如图4所示，在波长λ1处具有峰值并输出具有给定的光束幅度的低可干涉光，另一方面，第二低可干涉性光源11，在波长λ2(λ1＜λ2)处具有峰值并输出具有给定的光束幅度的低可干涉光。于是这些第一和第二低可干涉性光源10和11，希望被选定为如图4所示，其输出光的轮廓(profile)不相互重复。
干涉计，以所谓的迈克尔逊型干涉仪为整体而构成，具有：2×1耦合器21以及2×2耦合器22，其对被作为导光路径的光纤(图中粗黑线所示)导入的光束进行分波及/或合波；探针30，其用于取得来自被检体71的断层影像信息；作为反射光学元件的两个参照反射镜23、24；光检测器41，其通过后述的分光光学系统将所入射的干涉光进行光电变换。
此外，在2×2耦合器22和两个参照反射镜23、24之间的光纤中，连接有准直仪25，并在该准直仪25和第一以及第二参照反射镜23、24之间，配有作为波长选择元件的分色镜26。在此，准直仪25、分色镜26、和第二参照反射镜24，被配设在同一光轴上，使从准直仪25射出的光通过分色镜26的中心，而照射在第二参照反射镜24的中心上。
另一方面，第一参照反射镜23，如上所述设在相对于准直仪25和第二参照反射镜24之间的光轴垂直的方向上。即，第一参照反射镜23，被设在从准直仪25射出在分色镜26中以直角被反射的光所照射的位置上。
于是，分别将分色镜26和第一参照反射镜23的距离，设为给定值I1，将分色镜26和第二参照反射镜24的距离设为给定值I2，而且满足I1≠I2的关系。如后所述，这是为了实现由以波长λ1为中心的低可干涉光所产生的断层影像信号，和由以波长λ2为中心的低可干涉光所产生的断层影像信号的分离。
另一方面，该探针30的形成如图1所示，作为物镜光学系统的GRIN透镜32和直角棱镜33，与光纤一起被收置于具有可挠性的护套31内，使直角棱镜33位于探针30的前端侧。另外，直角棱镜33，被设为全反射反射镜，在其斜面33a中将光路偏向90度而反射，能够发挥将来自该直角棱镜33的一个垂直面的光射出的功能。另外，优选为设为GRIN透镜32的光轴通过直角棱镜33的斜面33a的中心。
此外，在护套31中，在直角透镜33所在位置附近的周方向上，形成有透光窗部35，使被直角透镜33偏向90度的低干涉光能够照向探针30的外部的被检体71，并且能够获得从被检体71反射回的后方散射光。
另外，在图1中为了简化说明并容易理解，该探针30的构造简单地在图中表示，但是实际上，至少配置GRIN透镜32以及直角棱镜33的部分，与形成护套31的可挠性材料不同，使用比较刚性的一些材料由与护套31一体形成的大致中空圆筒状的构件构成，从而发挥保护GRIN透镜32和直角透镜33的功能。
此外还有，在图1所示的探针30中，可以将直角棱镜33固定设于探针30内，也可以使探针30自身转动，但是从操作性等的观点出发，更优选构成为，如下所述，设置以GRIN透镜32的光轴为转动轴的转动机构，使直角棱镜33能够自由转动。
在图2中，表示的是用于使直角棱镜33转动的转动机构的构成例，以下参照该图说明该转动结构。
在该构成例中，在探针30内，螺旋弹簧36与GRIN透镜32的直角棱镜33所在的部位相反一侧的部位相接，并连续地收纳在直至探针30的末端侧，GRIN透镜32和直角棱镜33与光纤束37成为一体，并能够以GRIN透镜32的光轴为中心转动。
即，光纤束37与固定于探针30的末端部的插头45连接，在该插头45中旋转操作部46，在形成于转动操作部46的插孔48中通过螺纹连接而固定。
旋转操作部46，在其两端部形成有插孔48、49，并且在其外周部设有操作环47。于是，一方面，前端侧的插孔48，如前所述与设于护套31的末端部插头45相连接，另一方面，另一插孔49通过光纤而连接在2×2耦合器22上。因此，通过使操作环47转动，螺旋弹簧36、光纤束37、GRIN透镜32以及直角棱镜33成为一体，而能够以GRIN32的光轴为中心转动。另外，此时，伴随着直角透镜33的转动，为了使来自探针30的周方向的任意部位的光可以出入，透光窗部35可以在周方向上多个或连续地形成。
干涉计，进一步，备置了具有下述的结构而形成的分光光学系统，由2×2耦合器22所得的干涉光通过该分光光学系统被导向光检测器41。
即，分光光学系统，其构成为具有：准直仪61；衍射光栅62；傅里叶变换透镜63。干涉光通过光纤从前边2×2耦合器22导入到准直仪61。干涉光由准直仪61而形成平行光，并照向反射型的衍射光栅62。
衍射光栅62被设于傅里叶变换透镜63的前侧焦点位置，来自衍射光栅62的衍射光，透过傅里叶变换透镜63，而照射在傅里叶变换透镜63的后段的、设于仅离开焦点距离f的位置的光检测器41上。另外，光检测器41，是例如所谓的线形图像传感器较为合适。
这里，来自衍射光栅62的衍射光通过基于傅里叶变换透镜63的傅里叶变换作用，从而使得被检光和参照光在光谱区域上重合，并在光检测器41上形成伴随着光波干涉的干涉光谱。即，换而言之，被检测光和参照光的结合能量谱入射到光检测器41上。
光检测器41的输出，被输入到信号处理部65。在信号处理部65中，对于来自光检测器41的输入信号，进行用于得到反映被检体71的深度方向信息的一维断层影像信号所必要的信号处理，从而从信号处理部65，能够得到关于低可干涉光所照射的被检体71的部位的断层影像信号。于是，在未图示的公知·周知的图像处理部中，通过对如此得到的断层影像信号，进行用于断层影像信号的生成的必要的处理，由此能够向未图示的显示装置显示断层影像。
接下来，对实施方式装置的整体的作用进行说明。
若来自第一和第二低可干涉性光源10、11的低可干涉性光同时射出，则射出光在2×1耦合器21中被合波，并被传向2×2耦合器22，这里，传向探针30的光，被分为两束传向参照反射镜23、24的光。
被传向探针30的光，被导向GRIN透镜32，并通过该GRIN透镜32入射到直角棱镜33上，由直角棱镜33的斜面33a偏向90度，通过透过窗部35照向探针30外部的被检体71。即，中心波长λ1的低可干涉光和中心波长λ2的低可干涉光同时照向被检体71。
如此照射在被检体71上的波长频带不同的光，进入到被检体71的内部，并根据波长频带各自到达不同的深度位置，主要在折射率分布不连续的各断层边界部，分别使后方散射光生成。在被检体71的不同深度位置，在深度方向的各断层边界部生成的各个后方散射光，具有一些相干性，其作为被检光与照射路径相反而前进，通过探针30的透光窗部35再次返回到直角棱镜33的斜面33a，其被90度偏向后通过GRIN棱镜32和光纤而返回到2×2耦合器22。
另一方面，在前边的2×2耦合器22中被2分的另一方的光束，在准直仪25中形成平行光后照向分色镜26。于是，在分色镜26中，通过其分光特性，中心波长λ1的低可干涉光相对于该照射方向偏向90度照向第一参照反射镜23，另一方面中心波长λ2的低可干涉光透过分色镜26而直进，照向第二参照反射镜24。
于是，分别在各第一和第二参照反射镜23、24中，所照射的光在其反射面中以与入射方向相反的方向被反射，并作为参照光与入射路径相反而前进。即，来自第一参照反射镜23的参照光，在分色镜26中再次被偏向90度而到达准直仪25，另一方面，来自第二参照反射镜24的参照光透过分色镜26而到达准直仪25。双方的参照光被传送到2×2耦合器22。
如此被传送到2×2耦合器22的被检光以及照射光，在该2×2耦合器22中被互相合波，但是由于被合波后的两波其干涉长极短，因此仅在各个的光延迟量大致相等的情况下干涉。这里分别将第一参照反射镜23和分色镜26的距离I1，和第二反射镜24和分色镜26的距离I2，设定为不同的特定值(I1≠I2)。因此，在以波长λ1为中心的被检光和来自第一参照反射镜23的参照光之间产生的干涉光，与在以波长λ2为中心的被检光和来自第二参照反射镜24的参照光之间产生的干涉光，分别成为被检体71的不同深度位置的信息。
如此而在2×2耦合器22中得到的干涉光，通过光纤而被传向准直仪61。
被传向准直仪61的干涉光，在这里形成平行光而照向衍射光栅62。入射到衍射光栅62的干涉光，被波长分离而反射向傅里叶变换透镜63。即，例如中心波长λ1的干涉光从傅里叶变换透镜63的光轴向上侧，且中心波长λ2的干涉光从傅里叶变换透镜63的光轴向下侧，如此各自被分散后，向傅里叶变换透镜63入射。
于是，入射到傅里叶变换透镜63的中心波长λ1的干涉光和中心波长λ2的分别的干涉光，接受傅里叶变换透镜63的傅里叶变换作用而照向光检测器41。
光检测器41使用例如线形图像传感器，但是如先前所述，因为中心波长λ1的干涉光，从傅里叶变换透镜63的光轴向上侧，还有中心波长λ2的干涉光从傅里叶变换透镜63的光轴向下侧，如此各自被分散，因此，以如下方式使干涉光在干涉光的每个波长频带入射在线形图像传感器的不同部位，即使中心波长λ1的干涉光入射到从线形图像传感器的中央的上侧一半，而使中心波长λ2的干涉光入射到从线形图像传感器的中央的下侧一半。
被入射到光变换器41的光，根据每个光谱的光强度信号(光谱干涉条纹)而被光电变换，并输入到信号处理部65。这里，对应于干涉光以如上所述方式被分离到每个波长频带而照向光检测器42，来自光变换器41的输出信号在每个波长频带独立地输出。
于是，在信号处理部65中，为了得到在每个波长频带反映被检体71的深度方向的信息的一维断层影像信号，而实施必要的信号处理，由此能够得到关于中心波长λ1的一维断层影像信号(参照图1的带有符号I的波形图)和关于中心波长λ2的一维断层影像信号(参照图1的带有符号II的波形图)。此外，在信号处理部65中，波长频带不同的这两种的一维断层影像信号被相互叠加，作为一个断层影像信号(图1的符号III)而输出，该信号被输入到未图示的图像处理装置。
在未图示的图像处理装置中，在被检体71的不同深度位置，即使有同时入射的断层影像信号，根据波长频带的不同而分离成为可识别的信号，因此能够同时表示各自的图像。
另外，在该第一实施方式中，也可以构成为替换2×2耦合器22而使用循环器(circulator)。另外，虽然作为波长选择元件使用分色镜26，但是当然并不仅限于此，也可以构成为使用具有同样功能的其他光学元件。
在图3中示出了使第一和第二参照反射镜23、24分别可以在光轴方向上移动的情况的第二实施方式的光断层影像装置的结构例，以下参照该图说明该第二实施方式。另外，对于与上述的第一实施方式的光断层影像装置相同的结构要素，标注相同符号并省略其详细的说明，以下以不同点为中心进行说明。
在该第二实施方式的光断层影像装置中，形成为第一、第二参照反射镜23、24可在各自的光轴上移动。这里用于使参照反射镜23、24移动的移动机构(未图示)，是已被用于现有装置的充分公知·周知的机构。
在所述机构中，通过使第一、第二参照反射镜23、24，在各自的光轴方向移动，从而能够分别得到，在对应于该移动位置的被检体71的深度方向的位置中的中心波长λ1的干涉信息和中心波长λ2的干涉信息。
此外，在该第二实施方式中，特别是将第一以及第二参照反射镜23、24与分色镜26的距离设定为相同的情况下，能够分别得到在被检体71的深度方向的同一位置中的中心波长λ1的干涉信息和中心波长λ2的干涉信息。即，能够得到在被检体71的深度方向的希望部位中的分光特性，通过分析该分光特性，而能够得知被检体71的各种状态。另外，在图3中，作为信号处理部65的输出信号波形图，概念性地表示了将第一和第二参照反射镜23、24与分色镜26的距离设定为相同时的波形图。
另外，在第一和第二实施方式中，任一被检体71均不限于人体，可以是其他的光侵入其内部并得到来自内部各位置的反射光的各种组织。
在上述的任何实施方式中，虽然光源部被设为两个独立的低可干涉性光源10、11，但是也可以构成为使用各自波长频带不同的两个以上的独立的低可干涉性光源，还可以构成为，即将波长选择元件设为与其波长频带数相应的元件，并根据波长频带数设置参照反射镜。此外，当然也可以构成为使用能够同时输出多个不同波长频带的低可干涉光的一个光源。
作为如本申请发明的使用多个光源的光断层影像装置的例子，是如例如特开2003-254898号公报和特开2003-307485号公报所公开的技术，但是任一在使用光源这一点上，虽然与本发明如出一辙，但是所提出的为了达到得到比通过得到多个光源的合成光而使用单个光源的情况更短的干涉长的低可干涉光为目的的方法，和通过波长频带不同的低可干涉光，同时得到来自被检体的不同深度部位的干涉光信息，或者得到基于来自被检体同一深度部位的不同波长信息的有用的分光特性信息的本发明的思想完全不同，也对本发明的技术思想没有任何的暗示。

Claims (3)

1、一种光断层影像装置，其特征在于，具有：
光源，其射出至少在两个互相不同的波长频带中具有低可干涉性的光；
干涉计，其构成为将从该光源射出的光束分成二束，将其中一方照向被检体，并且将另一方照射向参照面，通过将从该参照面和该被检体各自反射的光束合波，而得到干涉光，并通过光检测器得到该干涉光的光强度分布；
信号处理部，其基于由该干涉计所得到的光强度分布信号而得到断层影像信号；
在所述光干涉计中，设有波长选择元件，并且相对由该波长选择元件分成二份后的光束，分别设置形成有所述参照面的反射光学元件，所述波长选择元件将照射向所述参照面的所述另一方的光束分离，至少使第一波长频带的光束和第二波长频带的光束不产生相位错位；另外，
所述信号处理部构成为，在所述光源的每个波长频带生成所述断层影像信号并输出其合成信号。
2、根据权利要求1所述的光断层影像装置，其特征在于，
所述光检测器使用线形图像传感器；另外，
所述干涉计，具有分光所述干涉光的分光光学系统，并通过该分光光学系统将该干涉光照射向所述线形图像传感器，从而将该干涉光在所述光源的每个波长频带进行分离，并能够照射到所述线形图像传感器。
3、根据权利要求1或2所述的光断层影像装置，其特征在于，设有能够将所述各个反射光学元件，根据希望而在各自的光轴方向上移动的移动机构，并按照射在各个反射光学元件的光的每个波长频带，能够变更由所述参照面反射的参照光束的光程。
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