光断层观察装置以及光断层观察方法
【专利摘要】本发明提供一种光断层观察装置以及光断层观察方法，通过与OCT不同的手法进行光断层观察，同时显示检查对象物质的断层方向分布。将从光源单元（103）射出的包含不同波长的激光的光束分割为2个光束，使第1光束通过物镜（123）聚光到试样（124），第2光束不照射到试样而作为参照光。使从试样反射的信号光和参照光通过偏振光分束器（119）合波，在光检测单元（103）中，使信号光和参照光在4个光检测器上以相互不同的相位关系干涉。信号处理部（105）针对每个波长进行以多个光检测器的输出为输入的运算来取得检测信号，针对试样内的每个位置，计算检测信号相对不同的波长的比，从而求出试样内的检查对象的断层分布。
【专利说明】光断层观察装置以及光断层观察方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光断层观察装置以及光断层观察方法，特别涉及使检查对象物质的光断层方向上的分布可视化的光学观察技术。
【背景技术】
[0002]近年来，使用来自激光光源等的光束形成表示被测定物体的表面形态、内部形态的图像的光相干断层扫描(OCT:Optical Coherence Tomography)得到了瞩目(非专利文献
1、2)。OCT不具有X射线CT那样的针对人体的侵袭性，所以特别期待医疗领域、生物学领域中的应用展开。例如，在眼科领域中，形成眼底、角膜等的图像的装置进入实用化阶段。
[0003]在这样的OCT装置中，采用了频域OCT方式。在该方式中，无需如以往的时域OCT方式那样在测定时驱动参照镜，所以能够实现高速测定。在频域OCT方式中，例如，已知如下眼科装置(专利文献I):朝向被检眼照射近红外域的低相干长的测定光(测量光)、即具有宽带的波谱的测定光，在使其反射光与参照光干涉之后，使用衍射光栅等而将干涉光分光为各波长分量，使受光元件接收分光了的光束，解析该受光信号，从而得到被检眼的深度方向的诸多信息。利用这样的高速OCT装置，通过信号处理从三维断层图像数据抽出血管等特定的构造信息，通过使其易于观察地显示，从而期待实现提示对医疗诊断有效的信息的功能。 [0004]另一方面，作为使用分光信息来测量血管的分布的方法，已知通过分光检测(Sensing)血管中包含的血红蛋白分量并大致地区分血管的深度来进行可视化的手法(窄带光观察；窄带成像(NB1:Narrow Band Imaging))、测量血红蛋白的局部性的浓度分布的手法(血红蛋白索引:IHb)等。专利文献2记载有NB1、专利文献3记载有IHb。
[0005]进而，作为通过图像处理组合OCT装置和通过上述血液分析装置取得的结果的诊断装置例，有专利文献4。
[0006]专利文献1:日本特开平11-325849号公报
[0007]专利文献2:日本专利第3559755号公报
[0008]专利文献3:日本特开平10-210454号公报
[0009]专利文献4:日本特开2012-10776号公报
[0010]非专利文献1:Medical Photonics N0.1 (2010), pp.29-33.[0011]非专利文献2:Medical Photonics N0.7 (2011), pp.58-64.
【发明内容】
[0012]但是，在专利文献I那样的OCT的测量结果中，所得到的信息仅为构造信息，例如，在血管和淋巴管等虽然同为管状构造但功能不同的器官的信号中无大的差别。因此，存在在通过信号处理检测血管时，淋巴管等血管以外的管状构造也同时被检测的问题。其另一方面，在专利文献2、3所示的利用分光信息的NB1、IHb的手法中，深度分辨率降低，所以无法以能通过够OCT实现的高的分辨率得到血管的深度信息。即使在兼用了 OCT和利用分光的血液分析装置的专利文献4的手法中，得到分光信息的主要仅为观察试样表面，可通过OCT取得的断层方向的血液分析比较困难。
[0013]在此前的讨论中，将血液分析列举为例子，但即使将血管中包含的血液以外的成分作为检查对象而同时进行分光评价和OCT测量的做法，在各自的测量原理上也比较困难。OCT为了取得光断层图像需要照射低相干长的测定光(测量光)、即具有宽带的波谱的测定光，并在高速测定时为取得深度方向的构造信息而利用该波谱。另一方面，在分光评价中，从所取得的分光谱抽出检查对象特有的光学变化。也就是说，难以同时评价两者，在专利文献4中也成为不得不采用组合各个评价装置的结构的理由。
[0014]本发明是鉴于这样的情况而完成的，提供一种光断层观察装置以及方法，关注检查对象物质的分光特性，能够通过与OCT不同的手法进行光断层观察，并同时显示检查对象物质的断层方向分布。
[0015]本发明的光断层观察装置优选具有光源单元、光观察头单元、光检测单元、控制部、信号处理部以及信息输入输出部。
[0016]光源单元射出至少2个不同的波长的激光。光观察头单元具有:第I光学元件，将包含从光源单元射出的不同的波长的激光的光束分割为第I光束及第2光束；物镜，使第I光束聚光照射到试样，并接收从试样反射的反射光作为信号光；反射镜，使第2光束不照射到试样而作为参照光反射；第2光学元件，使信号光和参照光合波；以及致动器，在至少光轴方向上驱动物镜。光检测单元具有多个光检测器、以及使信号光和参照光在各光检测器上以相互不同的相位关系干涉的干涉光学系统。控制部控制致动器以及不同的波长的激光的发光状态。信号处理部针对每个波长进行以多个光检测器的输出为输入的运算来取得检测信号，针对试样内的每个位置计算检测信号相对不同的波长之比，从而求出试样内的检查对象的断层分布。信息输入输出部具有输入应通过光观察头单元观察的试样内的位置的输入部、和显示检查对象的断层分布的显示部。
[0017]由此，能够通过多个光检测器将参照光和照射到试样而反射来的信号光合波，通过干涉效应对信号光进行放大，所以能够以高S/N检测微小的反射信号。即，能够实现高灵敏度的光断层观察。进而，多个波长下的检测信号之比反映成为检查对象的物质的存在比，所以也能够同时显示检查对象的断层分布结果。
[0018] 作为第I具体的光断层观察装置的结构，光源单元具有用于射出不同的波长的至少2个激光元件、以及使来自至少2个激光元件的光束合波的光学元件，光观察头单元中使用的物镜成为与至少2个不同的波长对应的结构。通过增加可通过光源单元对应的波长，能够使检查对象物质增加、提高检查对象的测定精度。
[0019]作为第2具体的光断层观察装置的结构，关于光源单元中能够选择性地射出2个波长的双波长半导体激光器，在光检测单元中使用4个光检测器，在干涉光学系统中为了向多个光检测器上导入光束而使用衍射光栅，从而能够实现光学系统的小型化。此时，如果将双波长半导体激光器的波长设为λρ λ2 ( λ P λ 2)、将双波长半导体激光器中的射出面上的发光点的偏移量设为△ S、将衍射光栅的间距间隔设为d、将衍射光栅至4个光检测器的检测面的距离设为L、将双波长半导体激光器的发光点面和光检测器的检测面中的成像倍率设为M、将在4个光检测器中最大的光检测器的大小设为A，则A满足式(I )，从而能够通过同一光检测器接收不同的波长的干涉光，所以能够实现光检测部的小型化。[0020]【式I】
[0021]
【权利要求】
1.一种光断层观察装置，其特征在于， 具有光源单元、光观察头单元、光检测单元、控制部、信号处理部以及信息输入输出部， 所述光源单元射出不同的波长的激光， 所述光观察头单元具有:第I光学元件，将从所述光源单元射出的包含所述不同的波长的激光的光束分割为第I光束及第2光束；物镜，使所述第I光束聚光照射到试样，并接收从试样反射的反射光作为信号光；反射镜，使所述第2光束不照射到试样而作为参照光反射；第2光学元件，使所述信号光和所述参照光合波；以及致动器，在至少光轴方向上驱动所述物镜， 所述光检测单元具有:多个光检测器；以及干涉光学系统，使所述信号光和所述参照光在各光检测器上以相互不同的相位关系干涉， 所述控制部控制所述致动器以及所述不同的波长的激光的发光状态， 所述信号处理部针对每个波长进行以所述多个光检测器的输出为输入的运算来取得检测信号，针对试样内的每个位置计算检测信号相对所述不同的波长的比，从而求出试样内的检查对象的断层分布， 所述信息输入输出部具有:输入部，输入应通过所述光观察头单元观察的试样内的位置；以及显示部，显示所述检查对象的断层分布。
2.根据权利要求1所述的光断层观察装置，其特征在于， 所述光源单元具有:至少2个激光元件，用于射出不同的波长的光；以及光学元件，使来自所述至少2个激光元件的光束合波， 所述物镜对应于所述不同的波长。
3.根据权利要求1所述的光断层观察装置，其特征在于， 所述光源单元具备能够选择性地射出2个波长的光的双波长半导体激光器， 所述光检测单元具备4个光检测器， 所述干涉光学系统具备用于向所述4个光检测器上导入光束的衍射光栅。
4.根据权利要求3所述的光断层观察装置，其特征在于， 在将所述双波长半导体激光器的射出面上的发光点的偏移量设为AS，将所述衍射光栅的间距间隔设为d、将所述衍射光栅至所述4个光检测器的检测面的距离设为L、将所述双波长半导体激光器的发光点面和所述检测面的成像倍率设为M、将在所述4个光检测器中最大的光检测器的大小设为A、将所述双波长半导体激光器的波长设为λ” λ2时，A满足下式，
5.根据权利要求3所述的光断层观察装置，其特征在于， 所述信号处理部具有储存与所述双波长半导体激光器的发光点偏移量相伴的试样上的聚光点偏移量的存储器部，使用从所述存储器部提取的聚光点偏移量以使在与所述物镜的光轴垂直的方向的位置取得的检测信号在所述2个波长下成为相同的位置的检测信号的方式进行选择，运算检测信号相对所述2个波长的比。
6.根据权利要求1所述的光断层观察装置，其特征在于， 所述光源单元、所述光观察头单元、所述光检测单元、所述控制部以及所述信号处理部具备接续连接器， 所述光源单元、所述光观察头单元以及所述光检测单元经由各自包括布线的连接单元和所述接续连接器电连接到所述控制部和所述信号处理部。
7.根据权利要求1所述的光断层观察装置，其特征在于， 所述光源单元、所述光观察头单元以及所述光检测单元具有布线连接器以及光纤连接 器， 所述控制部以及所述信号处理部具有所述布线连接器， 所述光源单元、所述光观察头单元以及所述光检测单元经由各自包括布线的连接单元和所述布线连接器电连接到所述控制部以及所述信号处理部， 所述光观察头单元经由各自包括光纤的连接单元和所述光纤连接器光学地连接到所述光源单元以及所述光检测单元。
8.根据权利要求1所述的光断层观察装置，其特征在于， 针对试样分时地照射所述多个波长的激光。
9.根据权利要求1所述的光断层观察装置，其特征在于， 所述光检测器的个数是4个， 所述4个光检测器上的干涉相位相互相差大致90度的整数倍， 将所述信号光和所述参照光的干涉相位相互相差大致180度的2个光检测器的差动信号作为第I差动信号，将剩余的2个光检测器的差动信号作为第2差动信号，将所述第I差动信号和所述第2差动信号的平方和作为所述检测信号。
10.根据权利要求1所述的光断层观察装置，其特征在于， 所述光检测器的个数是3个，3个光检测器上的干涉相位相互相差120度的整数倍，对所述3个光检测器的信号进行2次多项式运算而得到所述检测信号。
11.一种光观察头单元，其特征在于，具有: 第I光纤连接器； 第2光纤连接器； 布线连接器； 准直透镜，使从所述第I光纤连接器导入的激光成为平行光束； 第I光学元件，将通过了所述准直透镜的光束分割为第I光束及第2光束； 物镜，使所述第I光束聚光照射到试样，并接收从试样反射的反射光作为信号光； 致动器，在至少光轴方向上驱动所述物镜； 反射镜，使所述第2光束不照射到试样而作为参照光反射； 第2光学元件，使所述信号光和所述参照光合波； 聚光透镜，使由所述第2光学元件合波了的光束聚光到所述第2光纤连接器；以及 布线，将从所述布线连接器输入的致动器驱动信号传递到所述致动器。
12.根据权利要求11所述的光观察头单元，其特征在于，具备: 第3光学元件，配置于所述第I光束的光路中，取出所述第I光束的一部分； 光检测器，检测由所述第3光学元件取出的光束；以及 故障检测单元，监视所述光检测器的输出以及所述致动器驱动信号而进行故障检测。
13.—种光断层观察方法，其特征在于， 将包含光学灵敏度针对作为检查对象的材料而不同的多个波长的激光的光束分割为第I光束及第2光束， 使所述第I光束聚光照射到试样， 将从所述试样反射的信号光导入多个光检测器， 使所述第2光束不照射到所述试样而作为参照光导入所述多个光检测器， 在所述多个光检测器上使所述信号光和所述参照光以两者的光学性的相位关系相互不同的状态光学地干涉， 针对所述多个波长的每一个，进行以来自所述多个光检测器的输出为输入的运算， 取得所述运算的结果，作为反映了在所述第I光束的聚光点处的试样内构造的检测信号， 运算所述试样内的同一聚光点处的各波长下的所述检测信号的强度比， 通过在变更所述试样内的所述第I光束的聚光位置的同时取得所述检测信号，使所述试样内的断层方向上的所述检查对象的存在分布可视化，进行所述试样的断层观察。
【文档编号】A61B5/00GK103961059SQ201310544611
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年1月24日
【发明者】向尾将樹, 大泽贤太郎, 井手达朗 申请人:日立视听媒体股份有限公司