光斷層觀察裝置以及光斷層觀察方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光斷層觀察裝置以及光斷層觀察方法，通過與OCT不同的手法進(jìn)行光斷層觀察，同時顯示檢查對象物質(zhì)的斷層方向分布。將從光源單元（103）射出的包含不同波長的激光的光束分割為2個光束，使第1光束通過物鏡（123）聚光到試樣（124），第2光束不照射到試樣而作為參照光。使從試樣反射的信號光和參照光通過偏振光分束器（119）合波，在光檢測單元（103）中，使信號光和參照光在4個光檢測器上以相互不同的相位關(guān)系干涉。信號處理部（105）針對每個波長進(jìn)行以多個光檢測器的輸出為輸入的運算來取得檢測信號，針對試樣內(nèi)的每個位置，計算檢測信號相對不同的波長的比，從而求出試樣內(nèi)的檢查對象的斷層分布。
【專利說明】光斷層觀察裝置以及光斷層觀察方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光斷層觀察裝置以及光斷層觀察方法，特別涉及使檢查對象物質(zhì)的光斷層方向上的分布可視化的光學(xué)觀察技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，使用來自激光光源等的光束形成表示被測定物體的表面形態(tài)、內(nèi)部形態(tài)的圖像的光相干斷層掃描(OCT:Optical Coherence Tomography)得到了矚目(非專利文獻(xiàn)
1、2)。OCT不具有X射線CT那樣的針對人體的侵襲性，所以特別期待醫(yī)療領(lǐng)域、生物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用展開。例如，在眼科領(lǐng)域中，形成眼底、角膜等的圖像的裝置進(jìn)入實用化階段。
[0003]在這樣的OCT裝置中，采用了頻域OCT方式。在該方式中，無需如以往的時域OCT方式那樣在測定時驅(qū)動參照鏡，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高速測定。在頻域OCT方式中，例如，已知如下眼科裝置(專利文獻(xiàn)I):朝向被檢眼照射近紅外域的低相干長的測定光(測量光)、即具有寬帶的波譜的測定光，在使其反射光與參照光干涉之后，使用衍射光柵等而將干涉光分光為各波長分量，使受光元件接收分光了的光束，解析該受光信號，從而得到被檢眼的深度方向的諸多信息。利用這樣的高速OCT裝置，通過信號處理從三維斷層圖像數(shù)據(jù)抽出血管等特定的構(gòu)造信息，通過使其易于觀察地顯示，從而期待實現(xiàn)提示對醫(yī)療診斷有效的信息的功能。 [0004]另一方面，作為使用分光信息來測量血管的分布的方法，已知通過分光檢測(Sensing)血管中包含的血紅蛋白分量并大致地區(qū)分血管的深度來進(jìn)行可視化的手法(窄帶光觀察；窄帶成像(NB1:Narrow Band Imaging))、測量血紅蛋白的局部性的濃度分布的手法(血紅蛋白索引:IHb)等。專利文獻(xiàn)2記載有NB1、專利文獻(xiàn)3記載有IHb。
[0005]進(jìn)而，作為通過圖像處理組合OCT裝置和通過上述血液分析裝置取得的結(jié)果的診斷裝置例，有專利文獻(xiàn)4。
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-325849號公報
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本專利第3559755號公報
[0008]專利文獻(xiàn)3:日本特開平10-210454號公報
[0009]專利文獻(xiàn)4:日本特開2012-10776號公報
[0010]非專利文獻(xiàn)1:Medical Photonics N0.1 (2010), pp.29-33.[0011]非專利文獻(xiàn)2:Medical Photonics N0.7 (2011), pp.58-64.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]但是，在專利文獻(xiàn)I那樣的OCT的測量結(jié)果中，所得到的信息僅為構(gòu)造信息，例如，在血管和淋巴管等雖然同為管狀構(gòu)造但功能不同的器官的信號中無大的差別。因此，存在在通過信號處理檢測血管時，淋巴管等血管以外的管狀構(gòu)造也同時被檢測的問題。其另一方面，在專利文獻(xiàn)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，所以無法以能通過夠OCT實現(xiàn)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裝置的專利文獻(xiàn)4的手法中，得到分光信息的主要僅為觀察試樣表面，可通過OCT取得的斷層方向的血液分析比較困難。
[0013]在此前的討論中，將血液分析列舉為例子，但即使將血管中包含的血液以外的成分作為檢查對象而同時進(jìn)行分光評價和OCT測量的做法，在各自的測量原理上也比較困難。OCT為了取得光斷層圖像需要照射低相干長的測定光(測量光)、即具有寬帶的波譜的測定光，并在高速測定時為取得深度方向的構(gòu)造信息而利用該波譜。另一方面，在分光評價中，從所取得的分光譜抽出檢查對象特有的光學(xué)變化。也就是說，難以同時評價兩者，在專利文獻(xiàn)4中也成為不得不采用組合各個評價裝置的結(jié)構(gòu)的理由。
[0014]本發(fā)明是鑒于這樣的情況而完成的，提供一種光斷層觀察裝置以及方法，關(guān)注檢查對象物質(zhì)的分光特性，能夠通過與OCT不同的手法進(jìn)行光斷層觀察，并同時顯示檢查對象物質(zhì)的斷層方向分布。
[0015]本發(fā)明的光斷層觀察裝置優(yōu)選具有光源單元、光觀察頭單元、光檢測單元、控制部、信號處理部以及信息輸入輸出部。
[0016]光源單元射出至少2個不同的波長的激光。光觀察頭單元具有:第I光學(xué)元件，將包含從光源單元射出的不同的波長的激光的光束分割為第I光束及第2光束；物鏡，使第I光束聚光照射到試樣，并接收從試樣反射的反射光作為信號光；反射鏡，使第2光束不照射到試樣而作為參照光反射；第2光學(xué)元件，使信號光和參照光合波；以及致動器，在至少光軸方向上驅(qū)動物鏡。光檢測單元具有多個光檢測器、以及使信號光和參照光在各光檢測器上以相互不同的相位關(guān)系干涉的干涉光學(xué)系統(tǒng)。控制部控制致動器以及不同的波長的激光的發(fā)光狀態(tài)。信號處理部針對每個波長進(jìn)行以多個光檢測器的輸出為輸入的運算來取得檢測信號，針對試樣內(nèi)的每個位置計算檢測信號相對不同的波長之比，從而求出試樣內(nèi)的檢查對象的斷層分布。信息輸入輸出部具有輸入應(yīng)通過光觀察頭單元觀察的試樣內(nèi)的位置的輸入部、和顯示檢查對象的斷層分布的顯示部。
[0017]由此，能夠通過多個光檢測器將參照光和照射到試樣而反射來的信號光合波，通過干涉效應(yīng)對信號光進(jìn)行放大，所以能夠以高S/N檢測微小的反射信號。即，能夠?qū)崿F(xiàn)高靈敏度的光斷層觀察。進(jìn)而，多個波長下的檢測信號之比反映成為檢查對象的物質(zhì)的存在比，所以也能夠同時顯示檢查對象的斷層分布結(jié)果。
[0018] 作為第I具體的光斷層觀察裝置的結(jié)構(gòu)，光源單元具有用于射出不同的波長的至少2個激光元件、以及使來自至少2個激光元件的光束合波的光學(xué)元件，光觀察頭單元中使用的物鏡成為與至少2個不同的波長對應(yīng)的結(jié)構(gòu)。通過增加可通過光源單元對應(yīng)的波長，能夠使檢查對象物質(zhì)增加、提高檢查對象的測定精度。
[0019]作為第2具體的光斷層觀察裝置的結(jié)構(gòu)，關(guān)于光源單元中能夠選擇性地射出2個波長的雙波長半導(dǎo)體激光器，在光檢測單元中使用4個光檢測器，在干涉光學(xué)系統(tǒng)中為了向多個光檢測器上導(dǎo)入光束而使用衍射光柵，從而能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的小型化。此時，如果將雙波長半導(dǎo)體激光器的波長設(shè)為λρ λ2 ( λ P λ 2)、將雙波長半導(dǎo)體激光器中的射出面上的發(fā)光點的偏移量設(shè)為△ S、將衍射光柵的間距間隔設(shè)為d、將衍射光柵至4個光檢測器的檢測面的距離設(shè)為L、將雙波長半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點面和光檢測器的檢測面中的成像倍率設(shè)為M、將在4個光檢測器中最大的光檢測器的大小設(shè)為A，則A滿足式(I )，從而能夠通過同一光檢測器接收不同的波長的干涉光，所以能夠?qū)崿F(xiàn)光檢測部的小型化。[0020]【式I】
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種光斷層觀察裝置，其特征在于， 具有光源單元、光觀察頭單元、光檢測單元、控制部、信號處理部以及信息輸入輸出部， 所述光源單元射出不同的波長的激光， 所述光觀察頭單元具有:第I光學(xué)元件，將從所述光源單元射出的包含所述不同的波長的激光的光束分割為第I光束及第2光束；物鏡，使所述第I光束聚光照射到試樣，并接收從試樣反射的反射光作為信號光；反射鏡，使所述第2光束不照射到試樣而作為參照光反射；第2光學(xué)元件，使所述信號光和所述參照光合波；以及致動器，在至少光軸方向上驅(qū)動所述物鏡， 所述光檢測單元具有:多個光檢測器；以及干涉光學(xué)系統(tǒng)，使所述信號光和所述參照光在各光檢測器上以相互不同的相位關(guān)系干涉， 所述控制部控制所述致動器以及所述不同的波長的激光的發(fā)光狀態(tài)， 所述信號處理部針對每個波長進(jìn)行以所述多個光檢測器的輸出為輸入的運算來取得檢測信號，針對試樣內(nèi)的每個位置計算檢測信號相對所述不同的波長的比，從而求出試樣內(nèi)的檢查對象的斷層分布， 所述信息輸入輸出部具有:輸入部，輸入應(yīng)通過所述光觀察頭單元觀察的試樣內(nèi)的位置；以及顯示部，顯示所述檢查對象的斷層分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 所述光源單元具有:至少2個激光元件，用于射出不同的波長的光；以及光學(xué)元件，使來自所述至少2個激光元件的光束合波， 所述物鏡對應(yīng)于所述不同的波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 所述光源單元具備能夠選擇性地射出2個波長的光的雙波長半導(dǎo)體激光器， 所述光檢測單元具備4個光檢測器， 所述干涉光學(xué)系統(tǒng)具備用于向所述4個光檢測器上導(dǎo)入光束的衍射光柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 在將所述雙波長半導(dǎo)體激光器的射出面上的發(fā)光點的偏移量設(shè)為AS，將所述衍射光柵的間距間隔設(shè)為d、將所述衍射光柵至所述4個光檢測器的檢測面的距離設(shè)為L、將所述雙波長半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點面和所述檢測面的成像倍率設(shè)為M、將在所述4個光檢測器中最大的光檢測器的大小設(shè)為A、將所述雙波長半導(dǎo)體激光器的波長設(shè)為λ” λ2時，A滿足下式，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 所述信號處理部具有儲存與所述雙波長半導(dǎo)體激光器的發(fā)光點偏移量相伴的試樣上的聚光點偏移量的存儲器部，使用從所述存儲器部提取的聚光點偏移量以使在與所述物鏡的光軸垂直的方向的位置取得的檢測信號在所述2個波長下成為相同的位置的檢測信號的方式進(jìn)行選擇，運算檢測信號相對所述2個波長的比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 所述光源單元、所述光觀察頭單元、所述光檢測單元、所述控制部以及所述信號處理部具備接續(xù)連接器， 所述光源單元、所述光觀察頭單元以及所述光檢測單元經(jīng)由各自包括布線的連接單元和所述接續(xù)連接器電連接到所述控制部和所述信號處理部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 所述光源單元、所述光觀察頭單元以及所述光檢測單元具有布線連接器以及光纖連接 器， 所述控制部以及所述信號處理部具有所述布線連接器， 所述光源單元、所述光觀察頭單元以及所述光檢測單元經(jīng)由各自包括布線的連接單元和所述布線連接器電連接到所述控制部以及所述信號處理部， 所述光觀察頭單元經(jīng)由各自包括光纖的連接單元和所述光纖連接器光學(xué)地連接到所述光源單元以及所述光檢測單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 針對試樣分時地照射所述多個波長的激光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 所述光檢測器的個數(shù)是4個， 所述4個光檢測器上的干涉相位相互相差大致90度的整數(shù)倍， 將所述信號光和所述參照光的干涉相位相互相差大致180度的2個光檢測器的差動信號作為第I差動信號，將剩余的2個光檢測器的差動信號作為第2差動信號，將所述第I差動信號和所述第2差動信號的平方和作為所述檢測信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光斷層觀察裝置，其特征在于， 所述光檢測器的個數(shù)是3個，3個光檢測器上的干涉相位相互相差120度的整數(shù)倍，對所述3個光檢測器的信號進(jìn)行2次多項式運算而得到所述檢測信號。
11.一種光觀察頭單元，其特征在于，具有: 第I光纖連接器； 第2光纖連接器； 布線連接器； 準(zhǔn)直透鏡，使從所述第I光纖連接器導(dǎo)入的激光成為平行光束； 第I光學(xué)元件，將通過了所述準(zhǔn)直透鏡的光束分割為第I光束及第2光束； 物鏡，使所述第I光束聚光照射到試樣，并接收從試樣反射的反射光作為信號光； 致動器，在至少光軸方向上驅(qū)動所述物鏡； 反射鏡，使所述第2光束不照射到試樣而作為參照光反射； 第2光學(xué)元件，使所述信號光和所述參照光合波； 聚光透鏡，使由所述第2光學(xué)元件合波了的光束聚光到所述第2光纖連接器；以及 布線，將從所述布線連接器輸入的致動器驅(qū)動信號傳遞到所述致動器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光觀察頭單元，其特征在于，具備: 第3光學(xué)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； 光檢測器，檢測由所述第3光學(xué)元件取出的光束；以及 故障檢測單元，監(jiān)視所述光檢測器的輸出以及所述致動器驅(qū)動信號而進(jìn)行故障檢測。
13.—種光斷層觀察方法，其特征在于， 將包含光學(xué)靈敏度針對作為檢查對象的材料而不同的多個波長的激光的光束分割為第I光束及第2光束， 使所述第I光束聚光照射到試樣， 將從所述試樣反射的信號光導(dǎo)入多個光檢測器， 使所述第2光束不照射到所述試樣而作為參照光導(dǎo)入所述多個光檢測器， 在所述多個光檢測器上使所述信號光和所述參照光以兩者的光學(xué)性的相位關(guān)系相互不同的狀態(tài)光學(xué)地干涉， 針對所述多個波長的每一個，進(jìn)行以來自所述多個光檢測器的輸出為輸入的運算， 取得所述運算的結(jié)果，作為反映了在所述第I光束的聚光點處的試樣內(nèi)構(gòu)造的檢測信號， 運算所述試樣內(nèi)的同一聚光點處的各波長下的所述檢測信號的強度比， 通過在變更所述試樣內(nèi)的所述第I光束的聚光位置的同時取得所述檢測信號，使所述試樣內(nèi)的斷層方向上的所述檢查對象的存在分布可視化，進(jìn)行所述試樣的斷層觀察。
【文檔編號】A61B5/00GK103961059SQ201310544611
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】向尾將樹, 大澤賢太郎, 井手達(dá)朗 申請人:日立視聽媒體股份有限公司