JP2010200820A - 光立体構造像装置及びその光信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得し、かつ該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させる。
【解決手段】ファイバＦＢ１から出射して測定対象に照射された測定光Ｌ１は、測定対象Ｔ内で反射、後方散乱され、その一部が集光レンズ４６０、およびコリメートレンズ４５１で集められ、ファイバＦＢ１に入射する。ファイバＦＢ２から出射して測定対象Ｔに照射された可視光Ｌａは、測定対象Ｔ内で反射、後方散乱され、その一部は、集光レンズ４６０とコリメートレンズ４５２で集められ、ＰＤユニット４１にて受光される。
【選択図】図２

Description

本発明は光立体構造像装置及びその光信号処理方法に係り、特に光立体構造像の生成に特徴のある光立体構造像装置及びその光信号処理方法に関する。

従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置は、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである（特許文献１）。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。

上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ−ＯＣＴ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測の２種類がある。ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。

一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ−ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。

ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的な物としては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。ＳＤ−ＯＣＴ装置は、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｏｄｅ）やＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源、白色光といった広帯域の低コヒーレント光を光源に用い、マイケルソン型干渉計等を用いて、広帯域の低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光をスペクトロメータを用いて各周波数成分に分解し、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて各周波数成分毎の干渉光強度を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより、光断層画像を構成するようにしたものである。

一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザを光源に用い、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、光周波数の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより光断層画像を構成するようにしたものである。

ところで、ＯＣＴ計測は上述したように特定の領域の光断層像を取得する方法であるが、内視鏡下では、例えば癌病変部を通常照明光内視鏡や特殊光内視鏡の観察により発見し、その領域をＯＣＴ測定することで、癌病変部がどこまで浸潤しているかを見わけることが可能となる。また、測定光の光軸を２次元的に走査することで、ＯＣＴ計測による深さ情報と合わせて３次元的な情報を取得することができる。

ＯＣＴ計測と３次元コンピュータグラフィック技術の融合により、マイクロメートルオーダの分解能を持つ測定対象の構造情報からなる３次元構造モデルを表示することが可能となる事から、以下ではこのＯＣＴ計測による３次元構造モデルを光立体構造像と呼ぶ。

光立体構造像は通常、生体組織による吸収が少ない赤外光により取得するため、通常照明光内視鏡で得られるようなカラー画像とは異なる。通常照明光内視鏡による測定対象である生体組織の表面のカラー画像からは、その色の変化から表層近くの血管や炎症の分布、正常と病変の色味の違いといった情報が得られるが、ＯＣＴ計測で得られる画像にはそのような情報はない。また、通常照明光内視鏡で観察した際に見たいと思った場所に、ＯＣＴ計測の測定光の光軸を正確に当てることは困難である。

そこで、通常照明光内視鏡画像と同様な生体組織の表面からのフルカラー画像と、ＯＣＴ測定による３次元画像を正確に対比させて見ることが望まれる。光立体構造像を目的としたものではないが、通常照明光内視鏡画像とＯＣＴ画像を同時に観察する従来技術としては、通常照明光内視鏡とＯＣＴ測定を一体化させて組み合わせた内視鏡（特許文献２）、ダイクロイックミラーを用いてＣＣＤカメラの光軸とＯＣＴ測定の測定光の光軸を同軸に配置するプローブ（特許文献３）、ファイババンドルとＯＣＴ計測を組み合わせた内視鏡（特許文献４）等が開示されている。

特開２００８−１２８７０８号公報 特開２００１−７０２２８号公報 特開２００４−３４４２６０号公報 特開２００１−７４９４６号公報

しかしながら、例えば特許文献２に開示されている内視鏡は、通常照明光内視鏡とＯＣＴ測定の視点角度が異なるため、両者の画像を一致させることが難しいといった問題がある。

また、例えば特許文献３に開示されているプローブは、ＣＣＤカメラとＯＣＴ計測の視点向きが一致しており、両者の画像を合成するには都合がよいが、ＣＣＤカメラをプローブ先端部に組み込む必要があり、プローブが大型化する欠点がある。また、プローブを細径化するためには、ＣＣＤの画素数が少ないものに限定され、通常照明光画像が粗くなるという欠点がある。

さらに、例えば特許文献４に開示されている内視鏡では、ファイババンドルを用いればＣＣＤカメラを本体基端側に配置できプローブの細径化を図ることができるという利点があるが、バンドル化できるファイバ本数は少なく、解像度が著しく劣るという欠点がある。また、逆に解像度を上げようと、ファイバ本数を増やすと、プローブが相対的に太くなる欠点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得し、かつ該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることのできる光立体構造像装置及びその光信号処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の光立体構造像装置は、第１の波長帯域の光を発する第１波長域光源と、前記第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する光分離手段と、前記測定光を導波する導波手段と、前記導波手段を導波した前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、前記測定対象上の点からの前記測定光に基づく光を前記導波手段に集光する第１の集光手段と、前記導波手段を導波した前記測定対象上の前記点からの前記測定光に基づく光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出手段と、前記測定対象上の前記点からの前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を集光する第２の集光手段と、前記第２の集光手段が集光した前記第２の波長帯域の光を光電変換する光電変換手段と、前記光電変換手段からの電気信号に基づき受光情報を取得する受光情報取得手段と、前記第１の集光手段及び前記第２の集光手段により集光する前記測定対象上の前記点を走査する走査手段と、を備えて構成される。

請求項１に記載の光立体構造像装置では、前記導波手段が前記測定光を導波し、前記干渉情報検出手段が前記測定対象上の前記点からの前記測定光に基づく光と前記参照光との干渉情報を検出し、前記光電変換手段が前記測定対象上の前記点からの前記第２の波長帯域の光を光電変換し、前記受光情報取得手段が前記第２の波長帯域の光を受光し受光情報を取得することで、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得し、かつ該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることを可能とする。

請求項２に記載の光立体構造像装置のように、請求項１に記載の光立体構造像装置であって、前記第１の集光手段及び前記第２の集光手段は、一体的に構成されることが好ましい。

請求項３に記載の光立体構造像装置のように、請求項１または２に記載の光立体構造像装置であって、前記導波手段は、前記第１の波長帯域に対してシングルモードの導波路であることが好ましい。

請求項４に記載の光立体構造像装置のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記干渉情報検出手段が検出する前記干渉情報は前記測定対象の深さ方向の情報であり、前記走査手段は前記深さ方向に対して略直交する面上を２次元走査することが好ましい。

請求項５に記載の光立体構造像装置のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記第２の波長帯域は可視光域であって、前記光電変換手段は前記可視光域のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分毎に受光しそれぞれの成分毎に電気信号に変換することが好ましい。

請求項６に記載の光立体構造像装置のように、請求項５に記載の光立体構造像装置であって、前記第１の波長帯域は７００ｎｍから１６００ｎｍの間であり、前記第２の波長帯域が３５０ｎｍから１０００ｎｍの間であることが好ましい。

請求項７に記載の光立体構造像装置のように、請求項６に記載の光立体構造像装置であって、前記干渉情報検出手段はＩｎＧａＡｓフォトディテクタを含み、前記光電変換手段はＳｉフォトディテクタを含むことが好ましい。

請求項８に記載の光立体構造像装置のように、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記第２の波長帯域の光を発する第２波長域光源と、前記第２波長域光源からの前記第２の波長帯域の光を前記第２の集光手段に導波する第２の導波手段と、をさらに備え、前記走査手段は、前記測定光及び前記第２波長域光源からの前記第２の波長帯域の光を合波し、この合波された前記測定光及び前記第２の波長帯域の光を走査することが好ましい。

請求項９に記載の光立体構造像装置のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記第２の波長帯域の光は前記測定対象からの自家蛍光あるいは薬剤蛍光であって、前記自家蛍光あるいは前記薬剤蛍光を励起させるための励起光を発する励起光光源を備え、前記走査手段は前記測定光及び前記励起光を走査することが好ましい。

請求項１０に記載の光立体構造像装置のように、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる同期手段をさらに備えることが好ましい。

請求項１１に記載の光立体構造像装置のように、請求項１０に記載の光立体構造像装置であって、前記参照光の前記所定光路長をトリガ信号に基づいて掃引して可変する光路長可変手段をさらに備え、前記同期手段は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させることが好ましい。

請求項１２に記載の光立体構造像装置のように、請求項１０に記載の光立体構造像装置であって、前記第１波長域光源は広帯域の低コヒーレント光を前記第１の波長帯域の光とする光源であり、前記干渉情報検出手段は前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光の前記参照光反射手段からの反射光との干渉光の周波数成分毎の強度を検出するディテクタアレイを備え所定のトリガ信号に基づいて前記ディテクタアレイより前記干渉情報を検出し、前記同期手段は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させることが好ましい。

請求項１３に記載の光立体構造像装置のように、請求項１０に記載の光立体構造像装置であって、記第１波長域光源は前記第１の波長帯域の光の周波数をトリガ信号に基づいて時間掃引するレーザであって、前記同期手段は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させることが好ましい。

請求項１４に記載の光立体構造像装置のように、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記干渉情報検出手段が検出した前記干渉情報を記憶する第１の記憶手段と、前記受光情報取得手段が取得した前記受光情報を記憶する第２の記憶手段と、前記第１の記憶手段に記憶されている前記干渉情報に基づき、前記測定対象上の任意の点における前記測定光の光路長に依存した光構造情報を生成する光構造情報生成手段と、前記走査手段の走査情報と前記光構造情報と前記第２の記憶手段に記憶されている前記受光情報に基づき、光構造画像を生成する光構造画像生成手段と、をさらに備えることが好ましい。

請求項１５に記載の光立体構造像装置のように、請求項１４に記載の光立体構造像装置であって、前記構造情報は、３次元構造情報であって、前記光構造画像生成手段は、前記測定対象の表面位置を算出する表面位置算出手段と、前記第２の記憶手段に記憶されている前記受光情報に基づき、前記測定対象の画像情報を生成する画像情報生成手段と、前記画像情報を前記表面位置に対応する前記３次元構造情報の位置にレンダリングするレンダリング手段と、からなることが好ましい。

請求項１６に記載の光立体構造像装置のように、請求項１５に記載の光立体構造像装置であって、前記画像情報生成手段は、前記受光情報取得手段の受光情報のうちの複数の狭帯域光成分の受光情報に基づき前記画像情報を生成することが好ましい。

請求項１７に記載の光立体構造像装置のように、請求項１５に記載の光立体構造像装置であって、前記光電変換手段は複数の狭帯域光を受光し、前記画像情報生成手段は前記狭帯域光の受光情報に基づき前記画像情報を生成することが好ましい。

請求項１８に記載の光立体構造像装置のように、請求項１４ないし１７のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記光構造画像を表示する画像表示手段をさらに備えることが好ましい。

請求項１９に記載の光立体構造像装置のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光立体構造像装置であって、前記第１波長域光源は前記第１の波長帯域の光をパルス発光するものであって、前記第１波長域光源の非発光時に前記第２の波長帯域の光を発光する第２波長域光源をさらに備えることが好ましい。

請求項２０に記載の光立体構造像装置の光信号処理方法は、第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離して、測定対象上に前記測定光を照射し、前記測定対象上の点からの光を集光して導波路に光を導波させると共に前記測定対象上の前記点を走査し、前記測定対象上の前記点からの光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出ステップと、前記測定対象からの光を集光して、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を選別して光電変換する光電変換ステップと、前記光電変換ステップからの電気信号に基づき受光情報を取得する受光情報取得ステップと、を備えて構成される。

請求項２０に記載の光立体構造像装置の光信号処理方法では、前記干渉情報検出ステップにて第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離して、前記測定対象上に前記測定光を照射し、前記測定対象上の点からの前記光を集光して導波路に光を導波させると共に前記測定対象上の前記点を走査し、前記測定対象上の前記点からの光と前記参照光との干渉情報を検出し、前記光電変換ステップにて前記測定対象からの光を集光して前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を選別して光電変換し、受光情報取得ステップにて前記光電変換ステップからの電気信号に基づき受光情報を取得することで、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得し、かつ該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることを可能とする。

以上説明したように、本発明によれば、測定光を走査して測定対象に照射し測定対象からの光を入射する光学系を大型化することなく、測定光とは異なる波長帯域の光による画像情報を高解像度で取得し、かつ該画像情報を測定対象の光立体構造像の表面情報に高精度にて対応させることができるという効果がある。

本発明の実施形態に係る光立体構造画像化装置の構成を示すブロック図 図１のプローブの詳細な構成を示す断面図 図２のプローブのＡ−Ａ線断面を示す断面図 図１の光立体構造画像化装置の変形例の構成を示すブロック図 図１の信号処理部の構成を示すブロック図 図１の光立体構造画像化装置の３次元ＣＧ画像生成処理の流れを示すフローチャート 図６の処理により生成される３次元ＣＧ画像を示す図 図７の３次元ＣＧ画像と対比される内視鏡画像の一例を示す図 図２のプローブの変形例１の構成を示す図 図２のプローブの変形例２の構成を示す図 図２のプローブの変形例３の構成を示す図 図２のプローブの変形例４の構成を示す図で 図２のプローブの変形例４のロータリージョイント部の要部の構成を示す図 図１３のＢ−Ｂ線断面を示す断面図 図１５は図２のプローブの変形例５の構成を示す図 図１５のＣ−Ｃ線断面を示す断面図

以下、添付図面を参照して、本発明に係る光立体構造像装置としての光立体構造画像化装置の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る光立体構造画像化装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、光立体構造画像化装置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例えば波長１．３μｍを中心とするＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、第１波長帯域光源としての（例えば、帯域が７００ｎｍから１６００ｎｍの光を発する）ＯＣＴ光源１０、第２波長帯域光源としての（例えば、帯域が３５０ｎｍから１０００ｎｍの白色光を発する）可視光光源２０、干渉情報検出手段としての干渉情報検出部７０を有するＯＣＴ干渉計３０、プローブ４０、受光情報取得手段としての可視光情報検出部６０及び光構造情報生成手段及び光構造画像生成手段としての３次元ＣＧ画像生成部９０及びモニタ１００を備えて構成される。

ＯＣＴ光源１０は周波数を一定の周期で掃引させながら赤外領域である、例えば波長１．３μｍを中心とするレーザ光Ｌを射出する光源であり、可視光光源２０は白色光からなる照明光としての可視光Ｌａを射出する光源である。なお、同期手段はＯＣＴ光源１０により構成され、赤外領域のレーザ光Ｌの周波数掃引のための掃引トリガ信号Ｓが同期手段の同期信号となっている。

ＯＣＴ光源１０から射出されたレーザ光Ｌは、ＯＣＴ干渉計３０内の光分離手段としての光分波部３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分波される。光分波部３は、例えば、分岐比９９：１の光カプラから構成され、測定光：参照光＝９９：１の割合で分波する。

ＯＣＴ干渉計３０では、光分波部３により分波された参照光Ｌ２は、サーキュレータ５ａを介して参照光調整手段としての光路長調整部８０により光路長が調整されて反射される。

この光路長調整部８０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り、コリメータレンズ８１、８２および反射ミラー８３を有している。そして、サーキュレータ５ａからの参照光Ｌ２はコリメータレンズ８１、８２を透過した後に反射ミラー８３により反射され、参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａは再びコリメータレンズ８１、８２を介してサーキュレータ５ａに入射される。

ここで、反射ミラー８３は可動ステージ８４上に配置されており、可動ステージ８４はミラー移動部８５により矢印Ａ方向に移動可能に設けられている。そして可動ステージ８４が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するようになっている。そして、光路長調整部８０からの参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａは、サーキュレータ５ａを介して光合分波部４に導光される。

一方、光分波部３により分波された測定光Ｌ１は、サーキュレータ５ｂを介してプローブ４０内を挿通するファイバＦＢ１に入射される。

また、可視光光源２０から出射された可視光Ｌａは、コリメータレンズ２０ａ及びハーフミラー２１を介して集光レンズ２０ｂにより集光され、プローブ４０内を挿通するファイバＦＢ２に入射される。

ここで、プローブ４０は、シース、ファイバＦＢ１、ファイバＦＢ２、フォトダイオードユニット（以下、ＰＤユニットと略記する）４１、集光レンズ、偏向回転ミラー及びモータとにより構成される。なお、プローブ４０を構成するファイバＦＢ１は１．３μｍ帯シングルモードファイバであり、同じくプローブ４０を構成するファイバＦＢ２はマルチモードファイバである。プローブ４０の詳細な構成は後述する。

なお、ＯＣＴ測定用のファイバＦＢ１は、ＯＣＴ光源１０の波長帯域に対してシングルモードである必要がある。一方、可視光測定用のファイバＦＢ２は、シングルモードでもマルチモードでもどちらでもよい。

プローブ４０の出射端から可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１が出射されて測定対象Ｔに照射され、その戻り光が再びプローブ４０に入射し、戻り光のうちの可視光成分の光はＰＤユニット４１にて受光されて光電変換され、戻り光のうちの赤外光成分である測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４はファイバＦＢ１に導光される。

ＰＤユニット４１にて光電変換された電気信号は、信号ケーブル４１ａを介して可視光情報検出部６０に伝送される。可視光情報検出部６０は、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して可視光検出部１１２にてその瞬間の赤、緑、青の各光強度の受光情報を検出する。

一方、ファイバＦＢ１に導光された反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４は、ＯＣＴ干渉計３０に導光され、ＯＣＴ干渉計３０にてサーキュレータ５ｂを介して光合分波部４に導光される。そして、この光合分波部４において測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４と参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａとを合波し干渉情報検出部７０側に射出するようになっている。

干渉情報検出部７０は、光合分波部４により合波された測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４と参照光Ｌ２の戻り光Ｌ２ａとの干渉光Ｌ５を、所定のサンプリング周波数で検出するものであり、干渉光Ｌ５の光強度を測定するＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ａおよび７１ｂと、ＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ａの検出値とＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ｂの検出値のバランス検波を行なう干渉光検出部７２とを備えている。なお、干渉光Ｌ５は、光合分波部４において２分され、ＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ａおよび７１ｂにおいて検出され、干渉光検出部７２に出力される。干渉光検出部７２は、ＩｎＧａＡｓフォトディテクタ７１ａおよび７１ｂからの干渉信号をＡ／Ｄコンバータ（不図示）に入力し、デジタルデータに変換する。そして、干渉光検出部７２は、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して掃引１周期分の干渉強度波形をフーリエ解析することで、照射した点の光軸方向、すなわち測定対象の深さに依存した、反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４の１次元の後方散乱強度情報、すなわち光構造情報を得る。

３次元ＣＧ画像生成部９０は、干渉光検出部７２により検出された測定対象Ｔの各深さ位置における反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４の強度を干渉情報として第１の記憶手段としての第１メモリ９１に格納する。また、３次元ＣＧ画像生成部９０は、可視光検出部１１２にて検出された測定対象Ｔからの可視光成分の光の赤、緑、青の各光強度信号を時系列の画素データである画像情報として第２の記憶手段としての第２メモリ９２に格納する。

３次元ＣＧ画像生成部９０は、第１の記憶手段としての前記第１メモリ９１及び第２の記憶手段としての第２メモリ９２のほかに、信号処理部９３、制御部９４を備えて構成される。

信号処理部９３は、第１メモリ９１に格納された干渉情報に基づいて測定対象Ｔの構造情報からなる光立体構造像を生成すると共に、第２メモリ９２に格納された画像情報に基づいて測定対象Ｔの表面に可視光画像をレンダリングするものである。詳細な構成は後述する。

また、制御部９４は、信号処理部９３を制御すると共に、ＯＣＴ光源１０及び可視光光源２０の発光制御を行うと共に、ミラー移動部８５を制御するものである。

図２は図１のプローブの詳細な構成を示す断面図である。図１の符号４０Ａの拡大図である図２に示すように、プローブ４０では、導波手段としてのファイバＦＢ１、第２の導波手段としてのファイバＦＢ２の出射端に光をコリメートするコリメートレンズ４５１、４５２が融着されている。

ファイバＦＢ１から出射される測定光Ｌ１は、コリメートレンズ４５１によりコリメートビームとなる。ファイバＦＢ２から出射される可視光Ｌａも、コリメートレンズ４５２によりコリメートビームとなる。２本のファイバＦＢ１、ＦＢ２の出射端は、それぞれのコリメートビームがほぼ平行となるように配置されている。

そして、２本の平行なコリメートビームは、第１の集光手段及び第２の集光手段としてのひとつの集光レンズ４６０に入射し、次に照射手段としての偏向回転ミラー４７０で反射され、測定対象Ｔに照射される。集光レンズ４６０により２つのビームはほぼ同一の点に集光されて照射される。偏向回転ミラー４７０は、モータ４８０により回転し、それにより測定光Ｌ１、及び可視光Ｌａの集光点が走査される。

測定対象Ｔの深さ方向をＺ、プローブの長手軸方向をＸ、ＺＸ面に直角な方向をＹとすると、プローブ４０では、偏向回転ミラー４７０がモータ４８０により回転し、測定対象Ｔ上において円周状に可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１が走査され、ＺＹ平面の２次元断層画像が計測可能となっている。なお、モータ４８０は制御部９４の制御に基づき走査手段としての光走査部４２により駆動される（図１参照）。

また、光走査部４２（図１参照）内の図示しないリニアモータによりプローブ４０の先端が可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１の走査面が形成する平面に対して垂直な方向Ｘに進退走査することにより、ＸＹＺの３次元断層画像の計測が可能となっている。

ファイバＦＢ１から出射して測定対象に照射された測定光Ｌ１は、測定対象Ｔ内で反射、後方散乱され、その一部が集光レンズ４６０、およびコリメートレンズ４５１で集められ、ファイバＦＢ１に入射する。

一方、ファイバＦＢ２から出射して測定対象Ｔに照射された可視光Ｌａは、測定対象Ｔ内で反射、後方散乱され、その一部は、集光レンズ４６０とコリメートレンズ４５２で集められ、光電変換手段としてのＰＤユニット４１にて受光される。ＰＤユニット４１から信号ケーブル４１ａを介して、光強度に応じた光電変換信号が可視光検出部１１２に伝送され、可視光検出部１１２で強度信号がデジタルデータに変換され、第２メモリ９２に時系列データとして記憶される。

このように、プローブ４０のファイバＦＢ１、ＦＢ２は、入射された測定光Ｌ１及び可視光Ｌａを測定対象Ｔまで導光し、測定対象Ｔに照射する。そして、プローブ４０のファイバＦＢ１は、測定光Ｌ１が測定対象Ｔに照射されたときの測定対象Ｔからの戻り光Ｌ４を導光する。

図３は図２のプローブのＡ−Ａ線断面を示す断面図である。図３に示すように、プローブ４０では、上述したように、ファイバＦＢ１、ＦＢ２の出射端に光をコリメートするコリメートレンズ４５１、４５２が融着されており、さらにこれらコリメートレンズ４５１、４５２の側面部にＰＤユニット４１が設けられている。

ＰＤユニット４１は、３つのＳｉ-フォトダイオード受光素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂが一体化された構成となっており、それぞれの前面に赤Ｒ・緑Ｇ・青Ｂのフィルタが備え付けられている。ＰＤユニット４１（受光素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ）から出た光電変換信号は、信号ケーブル４１ａを介して、プローブ基端側でＡ／Ｄコンバータ（不図示）を内蔵した可視光検出部１１２に出力されるようになっている。

勿論、プローブ先端形状や走査方向はこれに限る物ではない。図４は図１の光立体構造画像化装置の変形例の構成を示すブロック図である。図４に示すように、例えば、コリメートレンズ４５１，４５２を備えたファイバ先端側に集光レンズ４６０及びガルバノミラー等の高速走査ミラー９９０を配置した光送受部９９１を設け、高速走査ミラー９９０により２次元走査を行ってもよいし、ステージ９９２によって進退走査するように集光手段及び走査手段を構成してもよい。あるいは、測定対象Ｔをステージ９９２によって２次元的に走査してもよい。あるいは、これら光軸走査機構、および測定試料移動機構を組み合わせて構成してもよい。

図５は図１の信号処理部の構成を示すブロック図である。信号処理部９３は、図５に示すように、第１メモリ９１に格納された干渉情報に基づいて測定対象Ｔの構造情報からなる光立体構造像を構築する光構造情報生成手段としての３次元化部１２０と、３次元化部１２０により構築された光立体構造像の表面の位置情報である測定対象Ｔの表面位置を算出する表面位置算出手段としての境界表面位置算出部１２１と、第２メモリ９２に格納された画像情報に基づいて測定対象Ｔの可視光画像を生成する画像情報生成手段としての可視光画像生成部１２２と、３次元化部１２０からの光立体構造像、境界表面位置算出部１２１からの表面の位置情報及び可視光画像生成部１２２からのカラー画像に基づいて、光立体構造像の表面に可視光画像をレンダリングした光構造画像である３次元ＣＧ画像を生成するレンダリング手段としてのレンダリング部１２３とを備えて構成され、これら各部は制御部９４に制御され、レンダリング部１２３は生成した３次元ＣＧ画像をモニタ１００に出力するようになっている。

なお、光構造情報は干渉情報に基づいた測定対象Ｔの深さ方向の構造情報であり、光立体構造像は測定対象Ｔの光構造情報からなる光立体構造モデルであり、光構造画像は光立体構造像の表面に可視光画像をレンダリングした３次元ＣＧ画像である。

光構造画像生成手段は、表面位置算出手段としての境界表面位置算出部１２１と、画像情報生成手段としての可視光画像生成部１２２と、レンダリング手段としてのレンダリング部１２３とにより構成される。

なお、境界表面位置算出部１２１は、例えば空間から対象物に移るＯＣＴ信号強度の変化から、測定対象Ｔの表面位置を算出する。

次に、このように構成された本実施形態の光立体構造画像化装置１の作用を図６のフローチャートを用いて説明する。図６は図１の光立体構造画像化装置の３次元ＣＧ画像生成処理の流れを示すフローチャートである。

図６に示すように、制御部９４は、ＯＣＴ光源１０及び可視光光源２０を制御し赤外光及び可視光の発光制御を開始する（ステップＳ１）。この赤外光の発光制御では、ＯＣＴ光源１０は掃引トリガ信号Ｓに同期して周波数を一定の周期で掃引させながら赤外領域のレーザ光Ｌを射出する。

次に、制御部９４は、干渉光検出部７２により検出された測定対象Ｔの各深さ方向Ｚ位置における反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４の強度を干渉情報として第１メモリ９１に格納すると共に、可視光検出部１１２にて検出された測定対象Ｔからの可視光成分の光の赤、緑、青の各光強度信号を画像情報として第２メモリ９２に格納する（ステップＳ２）。

続いて、制御部９４は、光走査部４２を制御して測定対象Ｔ上において可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１をＹ方向走査し（ステップＳ３）、このＹ方向走査が終了するまでステップＳ２〜ステップＳ３の処理を繰り返す（ステップＳ４）。

このＹ方向走査が終了すると、制御部９４は、光走査部４２を制御して測定対象Ｔ上において可視光Ｌａ及び測定光Ｌ１をＸ方向走査し（ステップＳ５）、このＸ方向走査が終了するまでステップＳ２〜ステップＳ５の処理を繰り返す（ステップＳ６）。

このＸ方向走査が終了すると、制御部９４は、３次元化部１２０を制御して第１メモリ９１に格納された干渉情報に基づいて測定対象Ｔの光立体構造像を構築する（ステップＳ７）。

また、制御部９４は、境界表面位置算出部１２１を制御して３次元化部１２０により構築された光立体構造像の表面の位置情報を算出する（ステップＳ８）。

さらに、制御部９４は、可視光画像生成部１２２を制御して第２メモリ９２に格納された画像情報に基づいて測定対象Ｔの可視光画像を生成する（ステップＳ９）。

そして、制御部９４は、レンダリング部１２３を制御して３次元化部１２０からの３光立体構造像、境界表面位置算出部１２１からの表面の位置情報及び可視光画像生成部１２２からの可視光画像に基づいて、光立体構造像の表面に可視光画像をレンダリングした３次元ＣＧ画像を生成し（ステップＳ１０）、モニタ１００に３次元ＣＧ画像を表示して（ステップＳ１１）、処理を終了する。

図７は図６の処理により生成される３次元ＣＧ画像を示す図であり、図８は図７の３次元ＣＧ画像と対比される内視鏡画像の一例を示す図である。

このように本実施形態では、光立体構造像の表面位置に、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期した同じタイミングで取得した画像情報である可視光画像情報をレンダリングすることにより、ＯＣＴ測定で生成する光立体構造像表面情報と可視光表面情報のデータ点数が完全に一致させることができ、かつ光立体構造像の表面に可視光表面情報を備えることとなり、図７に示すように、上面からは通常の可視光画像２００がフルカラーで表示され、その下にＯＣＴで得られた光立体構造像２０１が表示された光構造画像である３次元ＣＧ画像２０３が完成する。ＯＣＴ情報を元に表面画像として可視光画像２００を貼り付けているため、モニタ１００に表示される３次元ＣＧ画像２０３は立体感のある表面画像を有する画像になる。

特に、本実施形態の光立体構造画像化装置１を、例えば可視光を照明光とする通常の電子内視鏡装置と共に使用する場合、プローブ４０を電子内視鏡の処置具チャンネル等に挿通させることになるが、電子内視鏡が測定対象Ｔとして体腔内の患部を撮像した場合、図８に示すような内視鏡画像３００がモニタ等に表示される。

このとき、例えば内視鏡画像３００上から患部領域３０１が視認できた場合、この患部領域３０１に対してプローブ４０によりＯＣＴ測定を行い、患部領域３０１の光立体構造像を得ることになる。

内視鏡画像の視野に比べ患部領域３０１が小さいために、ＯＣＴ測定を行った領域が患部領域３０１であるかどうかを光立体構造像から判断することは困難であるが、本実施形態では、３次元ＣＧ画像２０３の表面の可視光画像２００上の患部領域３０１（図７参照）の可視光表面情報（色相、コントラスト、輝度等）と内視鏡画像上での患部領域３０１（図８参照）の可視光画像情報（色相、コントラスト、輝度等）を対応させて識別することができるので、患部領域３０１が確実にＯＣＴ測定されたかどうかを容易に判断することができる。

従来のＯＣＴ画像だけでは、画質が大きく異なるために通常内視鏡の画像との位置あわせが困難だったが、可視光表面情報が光立体構造像に添付されていることで、パターンマッチングで視野の広い内視鏡画像中の位置の特定が容易になる。

さらに、この３次元ＣＧ画像２０３では、通常内視鏡画像で視認できる病変の特徴と、光立体構造像の特徴を複合的に利用した病変部の抽出が可能となり、分解能が高く、病変部の境界がより高精度に見極めることができる。

ＯＣＴ測定の高解像光学系で可視光表面情報がＰＤユニット４１により測定することから、ＣＣＤ等で取得するよりも解像度が高く、プローブ４０先端にＣＣＤ等を配置する必要が無く、プローブ４０が小型化できる。

また、可視光と測定光を分離して照射しそれぞれの戻り光を独立した光学系（ＰＢ１，ＰＤユニット４１）により検出することで、ダイクロイックミラー等の分波素子を入れなくて良く、信号の混在、あるいは光学素子によるによるＳ／Ｎ低下を防げる。

さらに、戻り光の可視光成分は、プローブ４０の先端に設けたＰＤユニット４１により光電変換して検出するので、戻り光の可視光成分をＰＢ２等により導波する必要がなく、ＰＢ２における導波による戻り光の可視光成分の減衰の影響を避けることができる。

プローブ４０は、コリメートレンズ４５１、４５２が融着されたファイバＦＢ１、ＦＢ２と、ＰＤユニット４１と、集光レンズ４６０と、偏向回転ミラー４７０と、モータ４８０とにより構成するとしたが、これに限らず、以下の＜変形例１＞から＜変形例５＞のように構成してよい。

＜変形例１＞図９は図２のプローブの変形例１の構成を示す図である。

図９に示すように、プローブ４０の変形例１では、集光レンズ４６０を３つの集光レンズ４６０ａ、４６０ｂ、４６０ｃとする。この場合、ファイバＦＢ１から出射される測定光Ｌ１は、コリメートレンズ４５１ａによりコリメートビームとなる。ファイバＦＢ２から出射される可視光Ｌａも、コリメートレンズ４５２ｂによりコリメートビームとなる。そして、２本の平行なコリメートビームは、２つの集光レンズ４６０ａ、４６０ｂにそれぞれ入射し、次に偏向回転ミラー４２０で反射され、測定対象Ｔに照射される。一方、測定対象Ｔからの戻り光は、その戻り光が再びプローブ４０に入射し、戻り光のうちの可視光成分の光は集光レンズ４６０ｃを介してＰＤユニット４１にて受光されて光電変換され、戻り光のうちの赤外光成分である測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４は集光レンズ４６０ａを介してファイバＦＢ１に導光される。

＜変形例２＞図１０は図２のプローブの変形例２の構成を示す図である。

図１０に示すように、プローブ４０の変形例２では、偏向回転ミラー４２０の反射面をハーフミラー面４７１にて構成し、ＰＤユニット４１を測定対象Ｔからの戻り光を偏向回転ミラー４２０のハーフミラー面４７１が透過する位置の偏向回転ミラー４２０の側面に設ける。すなわち、この変形例２では、測定光Ｌ１及び可視光Ｌａの２本の平行なコリメートビームは、２つの集光レンズ４６０にそれぞれ入射し、次に偏向回転ミラー４２０のハーフミラー面４７１で反射され、測定対象Ｔに照射される。一方、測定対象Ｔからの戻り光は、その戻り光が再びプローブ４０に入射し、戻り光のうちの可視光成分の光は偏向回転ミラー４２０のハーフミラー面４７１を透過してＰＤユニット４１にて受光されて光電変換され、戻り光のうちの赤外光成分である測定光Ｌ１の反射光（あるいは後方散乱光）Ｌ４は集光レンズ４６０を介してファイバＦＢ１に導光される。

＜変形例３＞図１１は図２のプローブの変形例３の構成を示す図である。

図１１に示すように、プローブ４０の変形例３は、コリメートレンズ４５１、４５２が融着されたファイバＦＢ１、ＦＢ２と、ＰＤユニット４１と、集光レンズ４６０と、偏向回転ミラー４７０と、偏向回転ミラー４７０を固定した回転シャフト５００と、から構成される。偏向回転ミラー４７０を固定した回転シャフト４８１の内部に、回転シャフト４８１と独立にファイバＦＢ１、ＦＢ２及びＰＤユニット４１とを通し、回転シャフト４８１により偏向回転ミラー４７０のみ回転させる。

なお、この変形例３では、回転シャフト４８１は、プローブ４０の基端側に設けられる、公知かつ周知のロータリージョイント部の回転駆動機構（不図示）により回転シャフト５００のみがプローブ４０内で回転駆動され、ファイバＦＢ１、ＦＢ２と、ＰＤユニット４１と及び集光レンズ４６０は、プローブ４０内にて回転せずに固定される。すなわち、図示はしないが、ロータリージョイント部の回転駆動機構（不図示）は、モータにより回転する。回転駆動機構（不図示）には回転シャフト５００が接続されており、モータの動力が回転シャフト５００を通じて偏向回転ミラー４７０を回転させる。これにより、これにより、ファイバＦＢ１、ＦＢ２からの測定光Ｌ１、Ｌａの光軸がラジアル方向に走査される。

＜変形例４＞図１２は図２のプローブの変形例４の構成を示す図であり、図１３は図２のプローブの変形例４のロータリージョイント部の要部の構成を示す図であり、図１４は図１３のＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。

図１２に示すように、プローブ４０の変形例４では、コリメートレンズ４５１、４５２が融着されたファイバＦＢ１、ＦＢ２と、ＰＤユニット４１と、集光レンズ４６０と、偏向回転ミラー４７０と、回転シャフト５００と、から構成される。本変形例では、回転シャフト５００は、ファイバＦＢ１、ＦＢ２と、ＰＤユニット４１と、集光レンズ４６０と、偏向回転ミラー４７０とを一体的に回転駆動する。

変形例４では、変形例３と同様に、ロータリージョイント部の回転駆動機構（不図示）により回転シャフト５００が回転駆動し、その結果、プローブ４０内で集光レンズ４６０及び偏向回転ミラー４７０が回転駆動される。

一方、２本のファイバＦＢ１、ＦＢ２、及びＰＤユニット４１の信号ケーブル４１ａもまた、回転シャフト５００内にて束ねられてプローブ４０の内部を通り、ロータリージョイント部に接続されている。

このロータリーコネクタ内部は、回転駆動機構の他に、図１３に示すように、回転速度が回転シャフト５００の回転速度の１／２である台形状のダブルプリズム６００を介して、ファイバＦＢ１ａ、ＦＢ２ａとからなる静止側光学系６２０と、ファイバＦＢ１、ＦＢ２とからなる回転側光学系６２１の光信号が結合するような光ロータリージョイント部６０１と、その外部に配置された電極板６１１と信号ケーブル４１ａに接続されたブラシ６１０を利用した電気信号のロータリージョイント部６１２とから構成されている（図１４参照）。

なお、光ロータリージョイント部６０１の原理は、例えば実開昭５９−３３０１４号公報、特開平５−１３４１４０号公報等に開示されており、また電気信号のロータリージョイント部６１２の原理は、スリップリングとして知られているため、これらについての詳細の説明は省略する。

すなわち、図示はしないが、ロータリージョイント部の回転駆動機構（不図示）は、モータにより回転する。回転駆動機構（不図示）には回転シャフト５００が接続されており、モータの動力が回転シャフト５００を通じてファイバＦＢ１、ＦＢ２、及びＰＤユニット４１及びその信号ケーブル４１ａを回転させる。これにより、ファイバＦＢ１、ＦＢ２からの測定光Ｌ１、Ｌａの光軸がラジアル方向に走査される。

なお、集光レンズ４６０の集光点が一致するように２本のファイバＦＢ１、ＦＢ２及びＰＤユニット４１を設置しておけばよく、偏向回転ミラー４７０が一緒に回転する本変形例では、ファイバＦＢ１、ＦＢ２と、ＰＤユニット４１とが回転しても集光点がずれないように集光レンズ４６０と偏向回転ミラー４７０全体の回転軸が設定される。

このように構成することで、プローブ４０がよりコンパクトになる。逆に、図示はしないが、複数のレンズを組み合わせて、より高解像度化してもよい。組合せレンズを用いて色収差をなくすことがより望ましい。

＜変形例５＞図１５は図２のプローブの変形例５の構成を示す図であり、図１６は図１５のＣ−Ｃ線断面を示す断面図である。

図１５及び図１６に示すプローブの変形例５のように、照明用のファイバＦＢ２はなくてもよい。この場合、ファイバＦＢ１の先端に設けられるコリメートレンズと集光レンズは、それぞれひとつの光学レンズ７００にまとめ、さらにこの光学レンズ７００と偏向回転ハーフミラー７１０とを光学ユニットとして一体的に構成し、回転シャフト５００によりファイバＦＢ１と光学レンズ７００全体を回転させるように構成しても良い。変形例５では、ＰＤユニット４１を測定対象Ｔからの戻り光を偏向回転ミラー４２０の偏向回転ハーフミラー７１が透過する位置の回転シャフト５００に設ける。

このように構成することで、プローブ４０がよりコンパクトになる。逆に、図示はしないが、複数のレンズを組み合わせて、より高解像度化してもよい。組合せレンズを用いて色収差をなくすことがより望ましい。

なお、本実施形態では、可視光画像を得るための照明光として白色光である可視光Ｌａを用いたが、照明光としては白色光に限らない。例えば、青色レーザを照射して細胞の自家蛍光を受光することで病変部を視認しやすくする蛍光内視鏡がある。この蛍光内視鏡で用いられる青色励起光を照明光として用い、この青色励起光をファイバＦＢ１により導波し、細胞の自家蛍光をファイバＦＢ２により導波する。細胞の自家蛍光を受光するディテクタに緑色の蛍光を透過するフィルタを用いることで、蛍光内視鏡と同様な画像とＯＣＴを組み合わせた表示ができ、よりがんの領域の視認性を上げることができる。あるいは、がんに選択的に集積し、特定の蛍光を発する薬剤を注入し、その励起光を照明光として使い、その励起光に合わせたファイバをファイバＦＢ１として用い、その蛍光波長を選択的に受光するディテクタとその波長に合わせたファイバＦＢ２を組み合わせることでも、よりがんの領域の視認性を上げることができる。

また、励起光、および蛍光は、可視域とは限らない。例えば、インドシアニングリーンという公知の蛍光材料は、不可視領域である８００ｎｍ〜８１０ｎｍの領域に吸収波長があり、８０６ｎｍのレーザ光で励起されると不可視領域である波長８３０ｎｍの蛍光を発色する。従って、照明光には８０６ｎｍレーザ、ディテクタには８０６ｎｍ近傍の光を除去し８３０ｎｍ近傍の光を抽出するフィルタを用いることで、インドシアニングリーンが集積しているＸＹ平面上の領域を光立体構造像に明示することができる。また、インドシアニングリーンを静脈注射し、粘膜深部の血管を強調表示する公知の技術がある。ＯＣＴ断層像だけでは血管と他の腺管との区別が難しいが、ＸＹ平面上での血管位置が明瞭となることで、３次元的な血管網を描画することができる。

また、ファイバＦＢ２１として分散シフトファイバを用いて超短パルスレーザを導波し、超短パルスレーザを測定対象に照射した際に発生する２光子励起蛍光や第二次高調波を導波するマルチモードファイバをファイバＦＢ２２として組み合わせる構成としてもよい。あるいは、中空ファイバを用いて紫外光を測定対象に照射させ、蛍光を受光するように構成してもよい。

さらに、ラマン分光法やコヒーレントアンチストークスラマン分光法（ＣＡＲＳ）と組み合わせて構成してもよい。ＣＡＲＳと組み合わせる場合、波長５６８ｎｍと６００ｎｍの励起光を用い、照射用ファイバにはそれぞれの別々のシングルモードファイバからなる２本のファイバＦＢ１を用いる。この場合においては、プローブ４０の先端では、ＣＡＲＳ測定に適した角度でビームが照射、集光されるように各ファイバ先端の位置と光学系が調整されて設けられる。また、ＰＤユニット４１により、分光情報が取得されるようになっている。このようなＣＡＲＳ信号、あるいはラマン分光情報と組み合わせることで、測定対象の組成の違いやミトコンドリアの代謝活性情報と光構造画像が一体化された映像が得られる。

また、ＰＤユニット４１は、それぞれの前面に赤Ｒ・緑Ｇ・青Ｂのフィルタが備えた３つのＳｉ-フォトダイオード受光素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂにより、ＯＣＴ光源１０の掃引トリガ信号Ｓに同期して可視光成分の光に対して可視光検出部１１２にてその瞬間の赤、緑、青の各光強度を画像情報として検出するとしたがこれに限らず、可視光情報検出部６０を以下のように構成してよい。

すなわち、ＰＤユニット４１の受光素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂで色を分けるかわりに、可視光光源２０からの照明光の色を時間分割照射してもよい。すなわち、照明光に赤、緑、青のレーザを用いて可視光光源２０を構成することで、それぞれ赤、緑、青のレーザの発光時間帯が重ならないようにパルス的に照射し、ＰＤユニット４１において１つのＳｉ受光素子で受光する。可視光光源２０のレーザの発光タイミングとＰＤユニット４１の検出タイミングは掃引トリガ信号Ｓで同期させ、時間帯に応じて発光している色の情報としてコンピュータに入力し、フルカラー画像を生成する。なお、レーザの代わりに、色フィルタを通した白色光源を用い、色フィルタを時間的に切り替えてもよい。

なお、本実施形態ではＳＳ−ＯＣＴ計測を例に説明したがこれに限らず、ＴＤ−ＯＣＴ計測、ＳＤ−ＯＣＴ計測に対しても適用できる。掃引トリガ信号Ｓに対応するトリガ信号としては、ＴＤ−ＯＣＴ計測の場合は光路長遅延回路の周期となり、ＳＤ−ＯＣＴ計測の場合はＯＣＴ用ディテクタアレイの信号取得周期となる。

また、複数の色情報を取得するには、赤、緑、青に限らず、どの波長域でもよい。例えば、癌のスクリーニングに公知のＮＢＩ（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｍａｇｉｎｇ）と呼ばれる手法や公知のＦＩＣＥ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃｏｌｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）と呼ばれる手法がある。これらは、青、緑の波長域を画像化することで、病変部の特徴を視認しやすくする手法である。このＮＢＩ／ＦＩＣＥ画像と重ねるには、ＮＢＩ／ＦＩＣＥで用いる緑、青のフィルタと同じ波長域の物を用いることが望ましい。これにより、光立体構造像上でもより病変部の抽出がしやすくなる。ディテクタの数は３つに限らず、通常内視鏡と同じ赤緑青の他に、ＮＢＩや蛍光内視鏡などの特殊光観察に対応したディテクタを配置してもよい。

ＯＣＴ装置の光軸走査は、プローブを用いたものでも、ガルバノミラーを用いたものでも、ステージによって走査するタイプでも、どれでもよい。プローブの場合、偏向ミラーのみモータで回転させても、ファイバに固定して、ファイバ毎回転させてもよい。回転に限らず、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーを用いて線形走査させてもよい。

なお、照明光としての可視光Ｌａは、エイミング光（測定位置を明示する目印光）としての効果もある。また、内視鏡の照明光など、周囲の照明光だけで充分な照度が得られる場合は、照明光はなくてもよい。

また、ＰＤユニット４１は３つのＳｉ-フォトダイオード受光素子４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂとしたが、これに限らず、例えばＩｎＧａＡｓ受光素子など、他の受光素子を用いてＰＤユニット４１を構成してもよい。

以上、本発明の光立体構造像装置としての光立体構造画像化装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…ＯＣＴ光源、２０…可視光光源、３０…ＯＣＴ干渉計、４０…プローブ、４１…ＰＤユニット、４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ…Ｓｉ-フォトダイオード受光素子、６０…可視光情報検出部、７０…干渉情報検出部、９０…断層画像生成部、９１…第１メモリ、９２…第２メモリ、９３…信号処理部、９４…制御部、１００…モニタ、１２０…３次元化部、１２１…表面位置算出部、１２２…可視光画像生成部、１２３…レンダリング部、４５１、４５２…コリメートレンズ、４６０…集光レンズ、４７０…偏向回転ミラー、４８０…モータ、ＦＢ１、ＦＢ２…ファイバ

Claims (20)

1. 第１の波長帯域の光を発する第１波長域光源と、
   前記第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離する光分離手段と、
   前記測定光を導波する導波手段と、
   前記導波手段を導波した前記測定光を測定対象に照射する照射手段と、
   前記測定対象上の点からの前記測定光に基づく光を前記導波手段に集光する第１の集光手段と、
   前記導波手段を導波した前記測定対象上の前記点からの前記測定光に基づく光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出手段と、
   前記測定対象上の前記点からの前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を集光する第２の集光手段と、
   前記第２の集光手段が集光した前記第２の波長帯域の光を光電変換する光電変換手段と、
   前記光電変換手段からの電気信号に基づき受光情報を取得する受光情報取得手段と、
   前記第１の集光手段及び前記第２の集光手段により集光する前記測定対象上の前記点を走査する走査手段と、
   を備えたことを特徴とする光立体構造像装置。
2. 前記第１の集光手段及び前記第２の集光手段は、一体的に構成されることを特徴とする請求項１に記載の光立体構造像装置。
3. 前記導波手段は、前記第１の波長帯域に対してシングルモードの導波路であることを特徴とする請求項１または２に記載の光立体構造像装置。
4. 前記干渉情報検出手段が検出する前記干渉情報は前記測定対象の深さ方向の情報であり、前記走査手段は前記深さ方向に対して略直交する面上を２次元走査することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
5. 前記第２の波長帯域は可視光域であって、前記光電変換手段は前記可視光域のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分毎に受光しそれぞれの成分毎に電気信号に変換することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
6. 前記第１の波長帯域は７００ｎｍから１６００ｎｍの間であり、前記第２の波長帯域が３５０ｎｍから１０００ｎｍの間であることを特徴とする請求項５に記載の光立体構造像装置。
7. 前記干渉情報検出手段はＩｎＧａＡｓフォトディテクタを含み、前記光電変換手段はＳｉフォトディテクタを含むことを特徴とする請求項６に記載の光立体構造像装置。
8. 前記第２の波長帯域の光を発する第２波長域光源と、前記第２波長域光源からの前記第２の波長帯域の光を前記第２の集光手段に導波する第２の導波手段と、をさらに備え、前記走査手段は、前記測定光及び前記第２波長域光源からの前記第２の波長帯域の光を合波し、この合波された前記測定光及び前記第２の波長帯域の光を走査することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
9. 前記第２の波長帯域の光は前記測定対象からの自家蛍光あるいは薬剤蛍光であって、前記自家蛍光あるいは前記薬剤蛍光を励起させるための励起光を発する励起光光源を備え、前記走査手段は前記測定光及び前記励起光を走査することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
10. 前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させる同期手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
11. 前記参照光の前記所定光路長をトリガ信号に基づいて掃引して可変する光路長可変手段をさらに備え、前記同期手段は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させることを特徴とする請求項１０に記載の光立体構造像装置。
12. 前記第１波長域光源は広帯域の低コヒーレント光を前記第１の波長帯域の光とする光源であり、前記干渉情報検出手段は前記測定光の前記測定対象からの反射光と前記参照光の前記参照光反射手段からの反射光との干渉光の周波数成分毎の強度を検出するディテクタアレイを備え所定のトリガ信号に基づいて前記ディテクタアレイより前記干渉情報を検出し、前記同期手段は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させることを特徴とする請求項１０に記載の光立体構造像装置。
13. 前記第１波長域光源は前記第１の波長帯域の光の周波数をトリガ信号に基づいて時間掃引するレーザであって、前記同期手段は前記トリガ信号に基づいて前記干渉情報検出手段での前記干渉情報の検出タイミングと前記受光情報取得手段での前記受光情報の取得タイミングとを同期させることを特徴とする請求項１０に記載の光立体構造像装置。
14. 前記干渉情報検出手段が検出した前記干渉情報を記憶する第１の記憶手段と、
    前記受光情報取得手段が取得した前記受光情報を記憶する第２の記憶手段と、
    前記第１の記憶手段に記憶されている前記干渉情報に基づき、前記測定対象上の任意の点における前記測定光の光路長に依存した光構造情報を生成する光構造情報生成手段と、
    前記走査手段の走査情報と前記光構造情報と前記第２の記憶手段に記憶されている前記受光情報に基づき、光構造画像を生成する光構造画像生成手段と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
15. 前記構造情報は、３次元構造情報であって、
    前記光構造画像生成手段は、
    前記測定対象の表面位置を算出する表面位置算出手段と、
    前記第２の記憶手段に記憶されている前記受光情報に基づき、前記測定対象の画像情報を生成する画像情報生成手段と、
    前記画像情報を前記表面位置に対応する前記３次元構造情報の位置にレンダリングするレンダリング手段と、
    からなることを特徴とする請求項１４に記載の光立体構造像装置。
16. 前記画像情報生成手段は、前記受光情報取得手段の受光情報のうちの複数の狭帯域光成分の受光情報に基づき前記画像情報を生成することを特徴とする請求項１５に記載の光立体構造像装置。
17. 前記光電変換手段は複数の狭帯域光を受光し、前記画像情報生成手段は前記狭帯域光の受光情報に基づき前記画像情報を生成することを特徴とする請求項１５に記載の光立体構造像装置。
18. 前記光構造画像を表示する画像表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
19. 前記第１波長域光源は前記第１の波長帯域の光をパルス発光するものであって、前記第１波長域光源の非発光時に前記第２の波長帯域の光を発光する第２波長域光源をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の光立体構造像装置。
20. 第１の波長帯域の光を測定光と参照光に分離して、測定対象上に前記測定光を照射し、前記測定対象上の点からの光を集光して導波路に光を導波させると共に前記測定対象上の前記点を走査し、前記測定対象上の前記点からの光と前記参照光との干渉情報を検出する干渉情報検出ステップと、
    前記測定対象からの光を集光して、前記第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域の光を選別して光電変換する光電変換ステップと、
    前記光電変換ステップからの電気信号に基づき受光情報を取得する受光情報取得ステップと、
    を備えたことを特徴とする光立体構造像装置の光信号処理方法。