JP2010043994A - 光プローブ及び３次元画像取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得る。
【解決手段】プローブ外筒６２０の内側に、プローブ外筒６２０の円周方向の一部であって、長軸方向に等間隔に引かれた移動ムラ補正用マーカ６３０を設ける。プローブ外筒６２０の長軸方向に複数の光断層画像を取得し、複数の光断層画像から移動ムラ補正用マーカ６３０が現れた画像を抽出し、抽出した画像の間の光断層画像の枚数が一致するように光断層像の枚数を調整する。
【選択図】 図６

Description

本発明は光プローブ及び３次元画像取得装置に係り、特に、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得ることのできる光プローブ及び３次元画像取得装置に関する。

従来、生体の体腔内を観察する内視鏡装置として、生体の体腔内で照明光を照射し、反射された反射光による像を撮像し、モニタ等に表示する電子内視鏡装置が広く普及され、様々な分野で利用されている。また多くの内視鏡装置は、鉗子口を備え、この鉗子口を介して体腔内に導入されたプローブにより、体腔内の組織の生検や治療を行うことが可能となっている。

一方、近年、生体組織等の測定対象を切断せずに生体などの断層画像を取得する断層画像取得装置の開発が進められており、例えば低コヒーレンス光による干渉を用いた光干渉断層（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）計測法を利用した光断層画像化装置が知られている。このＯＣＴ計測法を利用した光断層画像化装置は、ＳＬＤ(Super Luminescent Diode）等から成る光源から出射された低コヒーレンス光を信号光と参照光に分割し、ピエゾ素子等により参照光または信号光の周波数を僅かにシフトさせ、信号光を測定部に入射させて該測定部の所定の深度で反射した戻り光と参照光とを干渉させ、その干渉光の光強度をヘテロダイン検波により測定し、断層情報を取得するものである。この光断層画像化装置によれば、参照光の光路上に配置した可動ミラー等を微少移動させ、参照光の光路長を僅かに変化させることにより、参照光の光路長と信号光の光路長が一致した、測定部の深度での情報を得ることができる。また信号光の入射点を僅かにずらしながら、測定を繰り返すことにより、所定の走査領域の光断層画像を取得することができる。さらに、断層面に対して垂直方向に信号光の入射点をずらして複数の光断層画像を取得することにより、３次元画像のボリュームデータを得ることもできる。

このようなＯＣＴ装置（光断層画像化装置）は、測定部位を精細（約１０μｍの分解能）に観察することが可能であり、内視鏡装置の鉗子口にＯＣＴプローブ（光プローブ）を挿入して信号光および信号光の生体からの戻り光を導光し、体腔内の光断層画像を取得することにより、例えば初期癌の深達度診断なども可能となる。
特開２００２−１４８１８５号公報

上記のように、ボリュームデータから３次元の画像を生成する際には、ボリュームデータの隣接する各断層画像が均一の間隔で取得されていることを前提としている。しかしながら、信号光の入射点の走査を行う機構に動作ムラが発生すると、断層画像の取得間隔が均一でなくなり、正確な３次元ボリュームデータを生成することができないという問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得ることのできる光プローブ及び３次元画像取得装置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に記載の光プローブは、内視鏡の鉗子口から測定対象である体内に挿入される光プローブであって、少なくとも先端部が信号光に対し光学的に透明なシースと、前記シース内に配設され、信号光を導く光ファイバと、前記光ファイバ先端に連結され、前記シースの先端部の側面から信号光を出射するとともに生体からの戻り光が入射するレンズと、前記シース内に配設され、前記光ファイバ及びレンズを回転させる回転力を伝達するとともに、前後方向に進退させる推進力を伝達するフレキシブルシャフトとを備えた光プローブにおいて、前記シースの先端部に対してその長手方向に沿って所定の間隔の第１のマーカを付したことを特徴とする。

本発明によれば、シースの先端部に対してその長手方向に沿って所定の間隔の第１のマーカを付したので、取得した複数の光断層像から第１のマーカを抽出し、第１のマーカが抽出された光断層像間の光断層像の枚数が一致するように光断層像の枚数を調整することで、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得ることができる。

請求項２に示すように請求項１に記載の光プローブにおいて、前記シースの先端部の内壁面に前記第１のマーカを付したことを特徴とする。

これにより、適切に取得した複数の光断層像から第１のマーカを抽出することができる。

請求項３に示すように請求項１又は２に記載の光プローブにおいて、前記シースの先端部に対してその長手方向と平行な直線の第２のマーカを付したことを特徴とする。

このように付された第２のマーカを抽出し、抽出された第２のマーカが同じ位置になるように複数の光断層像を回転することで、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得ることができる。

請求項４に示すように請求項３に記載の光プローブにおいて、前記シースの先端部の内壁面に前記第２のマーカを付したことを特徴とする。

これにより、適切に取得した複数の光断層像から第２のマーカを抽出することができる。

請求項５に示すように請求項３又は４に記載の光プローブにおいて、前記第１のマーカと前記第２のマーカを直交するように付したことを特徴とする。

これにより、光断層画像の取得の妨げにならないように第１のマーカと第２のマーカを付すことができる。

前記目的を達成するために請求項６に記載の３次元画像取得装置は、請求項１から５のいずれかに記載の光プローブと、前記光プローブが連結され、前記フレキシブルシャフトに回転力及び推進力を伝達する駆動手段と、前記光プローブから得られる生体からの戻り光に基づいて光断層像を生成する光断層像生成手段であって、前記フレキシブルシャフトの回転数に対応した枚数の光断層像を生成する光断層像生成手段と、前記複数の光断層像から前記第１のマーカを抽出する第１のマーカ抽出手段と、前記第１のマーカが抽出された光断層像間の光断層像の枚数が一致するように光断層像の枚数を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得ることができる。

前記目的を達成するために請求項７に記載の３次元画像取得装置は、請求項３から５のいずれかに記載の光プローブと、前記光プローブが連結され、前記フレキシブルシャフトに回転力及び推進力を伝達する駆動手段と、前記光プローブから得られる生体からの戻り光に基づいて光断層像を生成する光断層像生成手段であって、前記フレキシブルシャフトの回転数に対応した枚数の光断層像を生成する光断層像生成手段と、前記複数の光断層像から前記第１のマーカを抽出する第１のマーカ抽出手段と、前記第１のマーカが抽出された光断層像間の光断層像の枚数が一致するように光断層像の枚数を調整する調整手段と、前記複数の光断層像から前記第２のマーカを抽出する第２のマーカ抽出手段と、前記抽出された第２のマーカが同じ位置になるように前記複数の光断層像を回転する手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得ることができる。

請求項８に示すように請求項６又は７に記載の３次元画像取得装置において、前記複数の光断層像に基づいて３次元画像を生成する手段を備えたことを特徴とする。

これにより、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元画像を生成することができる。

本発明によれば、シースの先端部に対してその長手方向に沿って所定の間隔の第１のマーカを付したので、取得した複数の光断層像から第１のマーカを抽出し、第１のマーカが抽出された光断層像間の光断層像の枚数が一致するように光断層像の枚数を調整することで、測定位置走査におけるメカ動作ムラがあっても正確な３次元ボリュームデータを得ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

＜画像診断装置の外観＞
図１は本発明に係る画像診断装置１０を示す外観図である。

同図に示すように、この画像診断装置１０は、主として内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、ＯＣＴプロセッサ４００、及びモニタ装置５００とから構成されている。尚、内視鏡プロセッサ２００は、光源装置３００を内蔵するように構成されていてもよい。

内視鏡１００は、手元操作部１１２と、この手元操作部１１２に連設される挿入部１１４とを備える。術者は手元操作部１１２を把持して操作し、挿入部１１４を被検者の体内に挿入することによって観察を行う。

手元操作部１１２には、鉗子挿入部１３８が設けられており、この鉗子挿入部１３８が先端部１４４の鉗子口１５６に連通されている。本発明に係る画像診断装置１０では、ＯＣＴプローブ６００を鉗子挿入部１３８から挿入することによって、ＯＣＴプローブ６００を鉗子口１５６から導出する。ＯＣＴプローブ６００は、鉗子挿入部１３８から挿入され、鉗子口１５６から導出される挿入部６０２と、術者がＯＣＴプローブ６００を操作するための操作部６０４、及びコネクタ４１０を介してＯＣＴプロセッサ４００と接続されるケーブル６０６から構成されている。

＜内視鏡、内視鏡プロセッサ、光源装置の構成＞
［内視鏡］
内視鏡１００の先端部１４４には、観察光学系１５０、照明光学系１５２、及びＣＣＤ１８０が配設されている。

観察光学系１５０は、被検体を図示しないＣＣＤの受光面に結像させ、ＣＣＤは受光面上に結像された被検体像を各受光素子によって電気信号に変換する。この実施の形態のＣＣＤは、３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが所定の配列（ベイヤー配列、ハニカム配列）で各画素ごとに配設されたカラーＣＣＤである。

［光源装置］
光源装置３００は、可視光を図示しないライトガイドに入射させる。ライトガイドの一端はＬＧコネクタ１２０を介して光源装置３００に接続され、ライトガイドの他端は照明光学系１５２に対面している。光源装置３００から発せられた光は、ライトガイドを経由して照明光学系１５２から出射され、観察光学系１５０の視野範囲を照明する。

［内視鏡プロセッサ］
内視鏡プロセッサ２００には、ＣＣＤから出力される画像信号が電気コネクタ１１０を介して入力される。このアナログの画像信号は、内視鏡プロセッサ２００内においてデジタルの画像信号に変換され、モニタ装置５００の画面に表示するための必要な処理が施される。

また、内視鏡プロセッサ２００には、ＯＣＴプロセッサ４００から出力された断層画像の画像信号が入力される。内視鏡プロセッサ２００は、複数の断層画像の画像信号に基づいて３次元ボリュームデータを生成する。生成された３次元画像についても必要な処理が施され、モニタ装置５００に出力される。

このように、内視鏡１００で得られた観察画像のデータが内視鏡プロセッサ２００に出力され、内視鏡プロセッサ２００に接続されたモニタ装置５００に画像が表示される。

＜ＯＣＴプロセッサ、ＯＣＴプローブの内部構成＞
図２はＯＣＴプロセッサ４００、ＯＣＴプローブ６００の内部構成を示すブロック図である。

［ＯＣＴプロセッサ］
図２に示すＯＣＴプロセッサ４００及びＯＣＴプローブ６００は、光干渉断層（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）計測法による測定対象の光断層画像を取得するためのもので、測定のための光Ｌａを射出する第１の光源（第１の光源ユニット）１２と、第１の光源１２から射出された光Ｌａを測定光（第１の光束）Ｌ１と参照光Ｌ２に分岐するとともに、被検体である測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３と参照光Ｌ２を合波して干渉光Ｌ４を生成する光ファイバカプラ（分岐合波部）１４と、光ファイバカプラ１４で分岐された測定光Ｌ１を測定対象まで導波するとともに測定対象からの戻り光Ｌ３を導波する回転側光ファイバＦＢ１を備える光プローブ１６と、測定光Ｌ１を回転側光ファイバＦＢ１まで導波するとともに回転側光ファイバＦＢ１によって導波された戻り光Ｌ３を導波する固定側光ファイバＦＢ２と、回転側光ファイバＦＢ１を固定側光ファイバＦＢ２に対して回転可能に接続し、測定光Ｌ１および戻り光Ｌ３を伝送する光コネクタ１８と、光ファイバカプラ１４で生成された干渉光Ｌ４を干渉信号として検出する干渉光検出部２０と、この干渉光検出部２０によって検出された干渉信号を処理して光断層画像（以下、単に「断層画像」とも言う）を取得する処理部２２を有する。また、処理部２２で取得された光断層画像はモニタ装置５００に表示される。

また、ＯＣＴプロセッサ４００は、測定の目印を示すためのエイミング光（第２の光束）Ｌｅを射出する第２の光源（第２の光源ユニット）１３と、参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整部２６と、第１の光源１２から射出された光Ｌａを分光する光ファイバカプラ２８と、光ファイバカプラ１４で合波された戻り光Ｌ４およびＬ５を検出する検出部３０ａおよび３０ｂと、処理部２２への各種条件の入力、設定の変更等を行う操作制御部３２とを有する。

なお、図２に示すＯＣＴプロセッサ４００においては、上述した射出光Ｌａ、エイミング光Ｌｅ、測定光Ｌ１、参照光Ｌ２および戻り光Ｌ３などを含む種々の光を各光デバイスなどの構成要素間で導波し、伝送するための光の経路として、回転側光ファイバＦＢ１および固定側光ファイバＦＢ２を含め種々の光ファイバＦＢ（ＦＢ３、ＦＢ４、ＦＢ５、ＦＢ６、ＦＢ７、ＦＢ８など）が用いられている。

第１の光源１２は、ＯＣＴの測定のための光（例えば、波長１．３μｍのレーザ光あるいは低コヒーレンス光）を射出するものであり、レーザ光あるいは低コヒーレンス光Ｌａを射出する光源１２ａと、光源１２ａから射出された光Ｌａを集光するレンズ１２ｂとを備えている。詳しくは後述するが、第１の光源１２から射出された光Ｌａは、光ファイバＦＢ４、ＦＢ３を介して光ファイバカプラ１４で測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割され、測定光Ｌ１は光コネクタ１８に入力される。

また、第２の光源１３は、エイミング光Ｌｅとして測定部位を確認しやすくするために可視光を射出するものである。例えば、波長０．６６μｍの赤半導体レーザ光、波長０．６３μｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光、波長０．４０５μｍの青半導体レーザ光などを用いることができる。そこで、第２の光源１３としては、例えば赤色あるいは青色あるいは緑色のレーザ光を射出する半導体レーザ１３ａと、半導体レーザ１３ａから射出されたエイミング光Ｌｅを集光するレンズ１３ｂを備えている。第２の光源１３から射出されたエイミング光Ｌｅは、光ファイバＦＢ８を介して光コネクタ１８に入力される。

光コネクタ１８では、測定光Ｌ１とエイミング光Ｌｅとが合波され、光プローブ１６内の回転側光ファイバＦＢ１に導波される。

光ファイバカプラ（分岐合波部）１４は、例えば２×２の光ファイバカプラで構成されており、固定側光ファイバＦＢ２、光ファイバＦＢ３、光ファイバＦＢ５、光ファイバＦＢ７とそれぞれ光学的に接続されている。

光ファイバカプラ１４は、第１の光源１２から光ファイバＦＢ４およびＦＢ３を介して入射した光Ｌａを測定光（第１の光束）Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割し、測定光Ｌ１を固定側光ファイバＦＢ２に入射させ、参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ５に入射させる。

さらに、光ファイバカプラ１４は、光ファイバＦＢ５に入射され後述する光路長調整部２６によって周波数シフトおよび光路長の変更が施されて光ファイバＦＢ５を戻った光Ｌ２と、後述する光プローブ１６で取得され固定側光ファイバＦＢ２から導波された光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ３（ＦＢ６）および光ファイバＦＢ７に射出する。

光プローブ１６は、光コネクタ１８を介して、固定側光ファイバＦＢ２と接続されており、固定側光ファイバＦＢ２から、光コネクタ１８を介して、エイミング光Ｌｅと合波された測定光Ｌ１が回転側光ファイバＦＢ１に入射される。入射されたこのエイミング光Ｌｅと合波された測定光Ｌ１を回転側光ファイバＦＢ１によって伝送して測定対象Ｓに照射する。そして測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を取得し、取得した戻り光Ｌ３を回転側光ファイバＦＢ１によって伝送して、光コネクタ１８を介して、固定側光ファイバＦＢ２に射出するようになっている。

光コネクタ１８は、測定光（第１の光束）Ｌ１とエイミング光（第２の光束）Ｌｅとを合波するものである。

干渉光検出部２０は、光ファイバＦＢ６および光ファイバＦＢ７と接続されており、光ファイバカプラ１４で参照光Ｌ２と戻り光Ｌ３とを合波して生成された干渉光Ｌ４およびＬ５を干渉信号として検出するものである。

ここで、ＯＣＴプロセッサ４００は、光ファイバカプラ２８から分岐させた光ファイバＦＢ６上に設けられ、レーザ光Ｌ４の光強度を検出する検出器３０ａと、光ファイバＦＢ７の光路上に干渉光Ｌ５の光強度を検出する検出器３０ｂとを有している。

干渉光検出部２０は、検出器３０ａおよび検出器３０ｂの検出結果に基づいて、光ファイバＦＢ６から検出する干渉光Ｌ４と光ファイバＦＢ７から検出する干渉光Ｌ５から干渉振幅成分のみを抽出する。

処理部２２は、干渉光検出部２０で抽出した干渉信号から、測定位置における光プローブ１６と測定対象Ｓとの接触している領域、より正確には光プローブ１６のプローブ外筒（後述）の表面と測定対象Ｓの表面とが接触しているとみなせる領域を検出し、さらに、干渉光検出部２０で検出した干渉信号から断層画像を取得し、取得した断層画像を内視鏡プロセッサ２００へ出力する。

光路長調整部２６は、光ファイバＦＢ５の参照光Ｌ２の射出側（すなわち、光ファイバＦＢ５の光ファイバカプラ１４とは反対側の端部）に配置されている。

光路長調整部２６は、光ファイバＦＢ５から射出された光を平行光にする第１光学レンズ８０と、第１光学レンズ８０で平行光にされた光を集光する第２光学レンズ８２と、第２光学レンズ８２で集光された光を反射する反射ミラー８４と、第２光学レンズ８２および反射ミラー８４を支持する基台８６と、基台８６を光軸方向に平行な方向に移動させるミラー移動機構８８とを有し、第１光学レンズ８０と第２光学レンズ８２との距離を変化させることで参照光Ｌ２の光路長を調整する。

第１光学レンズ８０は、光ファイバＦＢ５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８４で反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ５のコアに集光する。

また、第２光学レンズ８２は、第１光学レンズ８０により平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー８４上に集光するとともに、反射ミラー８４により反射された参照光Ｌ２を平行光にする。このように、第１光学レンズ８０と第２光学レンズ８２とにより共焦点光学系が形成されている。

さらに、反射ミラー８４は、第２光学レンズ８２で集光される光の焦点に配置されており、第２光学レンズ８２で集光された参照光Ｌ２を反射する。

これにより、光ファイバＦＢ５から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ８０により平行光になり、第２光学レンズ８２により反射ミラー８４上に集光される。その後、反射ミラー８４により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ８２により平行光になり、第１光学レンズ８０により光ファイバＦＢ５のコアに集光される。

また、基台８６は、第２光学レンズ８２と反射ミラー８４とを固定し、ミラー移動機構８８は、基台８６を第１光学レンズ８０の光軸方向（図２矢印Ａ方向）に移動させる。

ミラー移動機構８８で、基台８６を矢印Ａ方向に移動させることで、第１光学レンズ８０と第２光学レンズ８２との距離を変更することができ、参照光Ｌ２の光路長を調整することができる。

操作制御部３２は、キーボード、マウス等の入力手段と、入力された情報に基づいて各種条件を管理する制御手段とを有し、処理部２２に接続されている。操作制御部３２は、入力手段から入力されたオペレータの指示に基づいて、処理部２２における各種処理条件等の入力、設定、変更等を行う。

なお、操作制御部３２は、操作画面をモニタ装置５００に表示させてもよいし、別途表示部を設けて操作画面を表示させてもよい。また、操作制御部３２で、第１の光源１２、第２の光源１３、光コネクタ１８、干渉光検出部２０、光路長ならびに検出部３０ａおよび３０ｂの動作制御や各種条件の設定を行うようにしてもよい。

［ＯＣＴプローブ］
図３は、ＯＣＴプローブ６００の断面図である。

図３に示すように、挿入部６０２の先端部は、プローブ外筒６２０と、キャップ６２２と、回転側光ファイバＦＢ１と、バネ６２４と、固定部材６２６と、光学レンズ６２８とを有している。

プローブ外筒（シース）６２０は、可撓性を有する筒状の部材であり、光コネクタ１８においてエイミング光Ｌｅが合波された測定光Ｌ１および戻り光Ｌ３が透過する材料からなっている。なお、プローブ外筒６２０は、測定光Ｌ１（エイミング光Ｌｅ）および戻り光Ｌ３が通過する先端（光コネクタ１８と反対側の回転側光ファイバＦＢ１の先端、以下プローブ外筒６２０の先端と言う）側の一部が全周に渡って光を透過する材料（透明な材料）で形成されていればよく、先端以外の部分については光を透過しない材料で形成されていてもよい。

キャップ６２２は、プローブ外筒６２０の先端に設けられ、プローブ外筒６２０の先端を閉塞している。

回転側光ファイバＦＢ１は、線状部材であり、プローブ外筒６２０内にプローブ外筒６２０に沿って収容されており、固定側光ファイバＦＢ２から射出され、光コネクタ１８で光ファイバＦＢ８から射出されたエイミング光Ｌｅと合波された測定光Ｌ１を光学レンズ６２８まで導波するとともに、測定光Ｌ１（エイミング光Ｌｅ）を測定対象Ｓに照射して光学レンズ６２８で取得した測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を光コネクタ１８まで導波し、固定側光ファイバＦＢ２に入射する。

ここで、回転側光ファイバＦＢ１と固定側光ファイバＦＢ２とは、光コネクタ１８によって接続されており、回転側光ファイバＦＢ１の回転が固定側光ファイバＦＢ２に伝達しない状態で、光学的に接続されている。また、回転側光ファイバＦＢ１は、プローブ外筒６２０に対して回転自在、及びプローブ外筒６２０の軸方向に移動自在な状態で配置されている。

バネ６２４は、回転側光ファイバＦＢ１の外周に固定されている。また、回転側光ファイバＦＢ１およびバネ６２４は、光コネクタ１８に接続されている。

光学レンズ６２８は、回転側光ファイバＦＢ１の測定側先端（光コネクタ１８と反対側の回転側光ファイバＦＢ１の先端）に配置されており、先端部が、回転側光ファイバＦＢ１から射出された測定光Ｌ１（エイミング光Ｌｅ）を測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状で形成されている。

光学レンズ６２８は、回転側光ファイバＦＢ１から射出した測定光Ｌ１（エイミング光Ｌｅ）を測定対象Ｓに対し照射し、測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を集光し回転側光ファイバＦＢ１に入射する。

固定部材６２６は、回転側光ファイバＦＢ１と光学レンズ６２８との接続部の外周に配置されており、光学レンズ６２８を回転側光ファイバＦＢ１の端部に固定する。ここで、固定部材６２６による回転側光ファイバＦＢ１と光学レンズ６２８の固定方法は、特に限定されず、接着剤により、固定部材６２６と回転側光ファイバＦＢ１および光学レンズ６２８を接着させて固定されても、ボルト等を用い機械的構造で固定してもよい。なお、固定部材６２６は、ジルコニアフェルールやメタルフェルールなど光ファイバの固定や保持あるいは保護のために用いられるものであれば、如何なるものを用いても良い。

また、回転側光ファイバＦＢ１およびバネ６２４は、後述する回転筒６５６に接続されており、回転筒６５６によって回転側光ファイバＦＢ１およびバネ６２４を回転させることで、光学レンズ６２８をプローブ外筒６２０に対し、矢印Ｒ２方向に回転させる。また、光コネクタ１８は、回転エンコーダを備え、回転エンコーダからの信号に基づいて光学レンズ６２８の位置情報（角度情報）から測定光Ｌ１の照射位置を検出する。つまり、回転している光学レンズ６２８の回転方向における基準位置に対する角度を検出して、測定位置を検出する。

さらに、回転側光ファイバＦＢ１、バネ６２４、固定部材６２６、及び光学レンズ６２８は、後述する駆動部により、プローブ外筒６２０内部を矢印Ｓ１方向（鉗子口方向）、及びＳ２方向（プローブ外筒６２０の先端方向）に移動可能に構成されている。

また、図３左側は、ＯＣＴプローブ６００の操作部６０４における回転側光ファイバＦＢ１等の駆動部の概略を示す図である。

プローブ外筒６２０は、固定部材６７０に固定されている。これに対し、回転側光ファイバＦＢ１およびバネ６２４は、回転筒６５６に接続されており、回転筒６５６は、モータ６５２の回転に応じてギア６５４を介して回転するように構成されている。回転筒６５６は、光コネクタ１８に接続されており、測定光Ｌ１及び戻り光Ｌ３は、光コネクタ１８を介して回転側光ファイバＦＢ１と固定側光ファイバＦＢ２間を伝送される。

また、これらを内蔵するフレーム６５０は支持部材６６２を備えており、支持部材６６２は、図示しないネジ孔を有している。ネジ孔には進退移動用ボールネジ６６４が咬合しており、進退移動用ボールネジ６６４には、モータ６６０が接続されている。したがって、モータ６６０を回転駆動することによりフレーム６５０を進退移動させ、これにより回転側光ファイバＦＢ１、バネ６２４、固定部材６２６、及び光学レンズ６２８を図３のＳ１及びＳ２方向に移動させることが可能となっている。

ＯＣＴプローブ６００は、以上のような構成であり、光コネクタ１８により回転側光ファイバＦＢ１およびバネ６２４が、図３中矢印Ｒ２方向に回転されることで、光学レンズ６２８から射出される測定光Ｌ１（エイミング光Ｌｅ）を測定対象Ｓに対し、矢印Ｒ２方向（プローブ外筒６２０の円周方向）に対し走査しながら照射し、戻り光Ｌ３を取得する。エイミング光Ｌｅは、測定対象Ｓに、例えば青色、赤色あるいは緑色のスポット光として照射され、このエイミング光Ｌｅの反射光は、モニタ装置５００に表示された観察画像に輝点としても表示される。

これにより、プローブ外筒６２０の円周方向の全周において、測定対象Ｓの所望の部位を正確にとらえることができ、測定対象Ｓを反射した戻り光Ｌ３を取得することができる。

さらに、３次元ボリュームデータを生成するための複数の断層画像を取得する場合は、駆動部により光学レンズ６２８が矢印Ｓ１方向の移動可能範囲の終端まで移動され、断層画像を取得しながら所定量ずつＳ２方向に移動し、又は断層画像取得とＳ２方向への所定量移動を交互に繰り返しながら、移動可能範囲の終端まで移動する。

このように測定対象Ｓに対して所望の範囲の複数の断層画像を得て、取得した複数の断層画像に基づいて３次元ボリュームデータを得ることができる。

図４は、内視鏡１００の鉗子口１５６から導出されたＯＣＴプローブ６００を用いて断層画像を得る様子を示す図である。同図に示すように、ＯＣＴプローブの挿入部６０２の先端部を、測定対象Ｓの所望の部位に近づけて、断層画像を得る。所望の範囲の複数の断層画像を取得する場合は、ＯＣＴプローブ６００本体を移動させる必要はなく、前述の駆動部によりプローブ外筒６２０内で光学レンズ６２８を移動させればよい。

図５（ａ）は、ＯＣＴプローブ６００の光学レンズ６２８の所定量の移動と光断層画像の取得を交互に行なうことによって取得した複数の断層画像を並べた、３次元ボリュームデータを示している。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す３次元ボリュームデータに基づいて生成した３次元画像を示している。このように、光学レンズ６２８を移動させて複数の断層画像を取得し、画像処理を行うことにより、３次元ボリュームデータを生成することが可能となる。

ここで、３次元ボリュームデータから３次元画像を生成する際には、ボリュームデータの隣接する各断層画像が均一の間隔で取得されていることを前提としている。しかしながら、図４に示すような、モータ６６０を回転駆動することによりフレーム６５０を進退移動させる機構においては、モータ６６０の回転ムラ、機械精度等の原因による移動ムラや、温度による各部の熱膨張による移動ムラ等の動作ムラが発生し、断層画像の取得間隔が均一にならない場合がある。

＜画像診断装置の動作＞
本発明に係る画像診断装置１０は、マーカが設けられたプローブ外筒６２０を用いて光断層画像を取得し、光断層画像中に現れたマーカを用いて画像処理を行うことにより、駆動部の動作ムラの影響のない３次元ボリュームデータを生成する。

図６は、本実施の形態におけるプローブ外筒６２０の外観図である。同図に示すように、プローブ外筒６２０には、プローブ外筒６２０の長軸方向に平行に１本線に引かれた回転ムラ補正用マーカ６３２と、回転ムラ補正用マーカ６３２と直交するプローブ外筒６２０の円周方向の一部であって、プローブ外筒６２０の長軸方向に等間隔に引かれた移動ムラ補正用マーカ６３０が設けられている。なお、移動ムラ補正用マーカ６３０及び回転ムラ補正用マーカ６３２は、プローブ外筒６２０の内壁面に施されている。

図７を用いて、図６に示すマーカ付きのプローブ外筒６２０を用いた３次元ボリュームデータの取得処理について説明する。

まず、３次元ボリュームデータの生成に用いる複数の光断層画像を取得する（ステップＳ１）。術者は、回転ムラ補正用マーカ６３２と、断層画像を取得したい被検体の患部とが、プローブ外筒６２０の円周の１８０度反対側になるようにプローブ外筒６２０をセットする。複数の光断層画像を取得するには、前述のように、駆動部により光学レンズ６２８が図３の矢印Ｓ１方向の移動可能範囲の終端まで移動され、光断層画像取得とＳ２方向への所定量移動を交互に繰り返しながら、移動可能範囲の終端まで移動する。

したがって、複数の光断層画像には、移動ムラ補正用マーカ６３０の存在する位置で取得した光断層画像と、移動ムラ補正用マーカ６３０の存在しない位置（回転ムラ補正用マーカ６３２だけが存在する位置）で取得した光断層画像の２種類が存在する。

図８は、図６に示すマーカ付きのプローブ外筒６２０を用いて取得した光断層画像を示す図である。図８（ａ）は、移動ムラ補正用マーカ６３０の位置で取得した光断層画像６４０を示す図である。光断層画像６４０には、被検体６４４の断層の他、プローブ外筒６２０の断層６４６が写っている。また、プローブ外筒６２０の断層６４６は、移動ムラ補正用マーカ６３０により信号光が寸断され、画像が抽出されない部分、即ち移動ムラ補正用マーカ６３０の現れた部分６４８が存在する。

また、図８（ｂ）は、移動ムラ補正用マーカ６３０の存在しない位置で取得した光断層画像６４２を示す図である。光断層画像６４２にも、被検体６４４の断層の他、プローブ外筒６２０の断層６４６が写っている。また、プローブ外筒６２０の断層６４６は、回転ムラ補正用マーカ６３２により信号光が寸断され、画像が抽出されない部分、即ち回転ムラ補正用マーカ６３２の現れた部分６４９が存在する。このマーカ部分６４９は、移動ムラ補正用マーカ６３０によるマーカ部分６４８とは長さが異なっている。

このように取得された複数の光断層画像は、前述のように、モータ６５２の回転ムラ等により、各光断層画像の回転方向の位相が一致していない可能性がある。ＯＣＴプロセッサ４００の処理部２２は、各光断層画像のマーカ部分６４８、６４９の中心が同じ位相になるように、それぞれの画像を回転させる（ステップＳ２）。

図９は、各光断層画像を回転させてマーカ部分６４８の位相を合わせたことを示す図であり、横軸にプローブ外筒６２０の長軸スキャン方向、縦軸に各マーカ部分６４８、６４９の位相を示している。同図に示すように、各画像の回転方向の位相が一定でない場合であっても、各画像を回転させ、各マーカ部分６４８、６４９の中心部を揃えることにより、位相を一致させることができる。

このように位相が統一された複数の光断層画像は、モータ６６０の回転ムラ等により、各光断層画像間の間隔が一致していない可能性がある。これを補正するために、複数の光断層画像から、移動ムラ補正用マーカ６３０によるマーカ部分６４８の存在する画像６４０を抽出する（ステップＳ３）。図１０は、画像６４０を抽出した様子を示す図である。さらに、抽出した画像６４０の間の、移動ムラ補正用マーカ６３０の存在しない位置で取得した光断層画像６４２の枚数が一定になるように増減させる（ステップＳ４）。例えば、画像６４０の間に画像６４２が４枚の箇所と５枚の箇所がある場合、５枚中の１枚を間引いたり、２枚を１枚に平均化したりするなどして、光断層画像の枚数を一定にする。

以上の処理を行った複数の光断層画像をボリュームデータとして、３次元画像を生成する（ステップＳ５）。これにより、ボリュームデータの位相精度及び位置精度を高めることが可能となる。

プローブ外筒６２０には、回転ムラ補正用マーカ６３２が無くてもよい。この場合は、マーカ部分６４８の中心部が同じ位相になるように各画像６４０を回転し、その間の画像６４２については、それぞれの画像６４０の回転量から予測した回転量を用いて位相を合せればよい。

＜移動ムラ補正用マーカの太さ＞
図１１は、移動ムラ補正用マーカ６３０と、画像６４０及び画像６４２の取得位置の一例について示した図である。６４０´は画像６４０の取得位置を、６４２´は画像６４２の取得位置を示している。図１１（ａ）に示すように、移動ムラ補正用マーカ６３０の太さａは、駆動部の動作ムラを考慮した各光断層画像の取得位置間の距離の最大値ｂ_ｍａｘよりも太いことが望ましい。このような太さにすることで、移動ムラ補正用マーカ６３０をまたいで光断層画像が取得されることを防止できる。即ち、全ての移動ムラ補正用マーカ６３０について、画像６４０を取得することが可能になる。

また、移動ムラ補正用マーカ６３０の太さａをｂ_ｍａｘよりも太くすると、図１１（ｂ）に示すように、２枚連続で移動ムラ補正用マーカ６３０の位置で光断層画像が取得されることがある。このように２枚連続で画像６４０が取得された場合は、これらが同じマーカ６３０であり、その間に画像６４２が存在しないことを認識してボリュームデータを生成すればよい。

図１は本発明に係る画像診断装置１０を示す外観図である。 図２はＯＣＴプロセッサ４００、ＯＣＴプローブ６００の内部構成を示すブロック図である。 図３は、ＯＣＴプローブ６００の断面図である。 図４は、内視鏡１００の鉗子口１５６から導出されたＯＣＴプローブ６００を用いて断層画像を得る様子を示す図である。 図５は、ボリュームデータと、ボリュームデータに基づいて生成した３次元画像を示す図である。 図６は、本実施の形態におけるプローブ外筒６２０の外観図である。 図７は、マーカ付きのプローブ外筒６２０を用いた３次元ボリュームデータの生成について示したフローチャートである。 図８は、マーカ付きのプローブ外筒６２０を用いて取得した光断層画像を示す図である。 図９は、各光断層画像を回転させてマーカ部分６４８の位相を合わせたことを示す図である。 図１０は、画像６４０を抽出した様子を示す図である。 図１１は、移動ムラ補正用マーカ６３０と、画像６４０及び画像６４２の取得位置の一例について示した図である。

符号の説明

１０…画像診断装置、１８…光コネクタ、６２０…プローブ外筒、６２２…キャップ、６２４…バネ、６２６…固定部材、６２８…光学レンズ、６３０…移動ムラ補正用マーカ、６３２…回転ムラ補正用マーカ、６４０…移動ムラ補正用マーカ６３０の位置で取得した光断層画像、６４２…移動ムラ補正用マーカ６３０の存在しない位置で取得した光断層画像、６４８…移動ムラ補正用マーカ６３０の現れた部分、６４９…回転ムラ補正用マーカ６３２の現れた部分、６５２…モータ、６５４…ギア、６５６…回転筒、６６０…モータ、６６２…支持部材、６６４…進退移動用ボールネジ

Claims (8)

1. 内視鏡の鉗子口から測定対象である体内に挿入される光プローブであって、少なくとも先端部が信号光に対し光学的に透明なシースと、前記シース内に配設され、信号光を導く光ファイバと、前記光ファイバ先端に連結され、前記シースの先端部の側面から信号光を出射するとともに生体からの戻り光が入射するレンズと、前記シース内に配設され、前記光ファイバ及びレンズを回転させる回転力を伝達するとともに、前後方向に進退させる推進力を伝達するフレキシブルシャフトとを備えた光プローブにおいて、
   前記シースの先端部に対してその長手方向に沿って所定の間隔の第１のマーカを付したことを特徴とする光プローブ。
2. 前記シースの先端部の内壁面に前記第１のマーカを付したことを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
3. 前記シースの先端部に対してその長手方向と平行な直線の第２のマーカを付したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光プローブ。
4. 前記シースの先端部の内壁面に前記第２のマーカを付したことを特徴とする請求項３に記載の光プローブ。
5. 前記第１のマーカと前記第２のマーカを直交するように付したことを特徴とする請求項３又は４に記載の光プローブ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の光プローブと、
   前記光プローブが連結され、前記フレキシブルシャフトに回転力及び推進力を伝達する駆動手段と、
   前記光プローブから得られる生体からの戻り光に基づいて光断層像を生成する光断層像生成手段であって、前記フレキシブルシャフトの回転数に対応した枚数の光断層像を生成する光断層像生成手段と、
   前記複数の光断層像から前記第１のマーカを抽出する第１のマーカ抽出手段と、
   前記第１のマーカが抽出された光断層像間の光断層像の枚数が一致するように光断層像の枚数を調整する調整手段と、
   を備えたことを特徴とする３次元画像取得装置。
7. 請求項３から５のいずれかに記載の光プローブと、
   前記光プローブが連結され、前記フレキシブルシャフトに回転力及び推進力を伝達する駆動手段と、
   前記光プローブから得られる生体からの戻り光に基づいて光断層像を生成する光断層像生成手段であって、前記フレキシブルシャフトの回転数に対応した枚数の光断層像を生成する光断層像生成手段と、
   前記複数の光断層像から前記第１のマーカを抽出する第１のマーカ抽出手段と、
   前記第１のマーカが抽出された光断層像間の光断層像の枚数が一致するように光断層像の枚数を調整する調整手段と、
   前記複数の光断層像から前記第２のマーカを抽出する第２のマーカ抽出手段と、
   前記抽出された第２のマーカが同じ位置になるように前記複数の光断層像を回転する手段と、
   を備えたことを特徴とする３次元画像取得装置。
8. 前記複数の光断層像に基づいて３次元画像を生成する手段を備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の３次元画像取得装置。

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