JPH04135550A - 断層像観察用光走査装置 - Google Patents

断層像観察用光走査装置

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JPH04135550A
JPH04135550A JP2259914A JP25991490A JPH04135550A JP H04135550 A JPH04135550 A JP H04135550A JP 2259914 A JP2259914 A JP 2259914A JP 25991490 A JP25991490 A JP 25991490A JP H04135550 A JPH04135550 A JP H04135550A
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邦彰 上
Mamoru Kaneko
守 金子
Shoichi Gotanda
正一 五反田
Shuichi Takayama
修一 高山
Ichiro Nakamura
一郎 中村
Kazunari Nakamura
一成 中村
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栄一 布施
Susumu Takahashi
進 高橋
Yoshihiro Kosaka
小坂 芳広
Hiromasa Suzuki
鈴木 博雅
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は断層像観察のための光を走査し、被検体の内部
情報の可視化を容易とする断層像観察用光走査装置に関
する。
[従来技術] 近年、診療における画像利用が普及し、被検体の内部情
報を無侵襲的、非接触的に計測する技術の重要性がまず
ます高まっている。
従来、生体などの被検体内部の情報の無侵襲的、非接触
的な計測は、主としてX線によって行われていたが、こ
のX線の使用は、放射線被爆の問題や生体機能の画像化
が困難という問題があり、超音波内視鏡による体腔内組
織の透視が行われるようになった。
しかしながら、前記超音波内視鏡は、空間分解能があま
り高くなく、形態以外の生理的組成などの情報を知るこ
とはできない、さらに前記超音波内視鏡の使用に際して
は、水などの媒体が必要であるため、被検体の観察に際
しての処置が繁雑であるという問題がある。
このため、最近では、光を用いて被検体内部の情報を可
視化する光CTに係わる技術が種々提案されており、例
えば、特開平1−209342号公報に、その先行技術
が開示されている。
[発明が解決しようとする課題] 前記光CTなどによる断層像観察においては、断層像観
察のための光を導く挿入部を被検体内部へ挿入し、この
挿入部を湾曲動作させるなどして、適切に光走査が行わ
れるようにする必要がある。
しかしながら、従来、前記挿入部外周に位置する観察部
位の断層像を得ようとする場合などには、前記挿入部の
複雑な湾曲操作などが必要となり、光走査が不適切とな
るおそれがある。
さらに、前記挿入部の挿入が可能な被検体内部の空間が
極めて狭い場合などには、前記挿入部の動きが制限され
て適切な光走査が行なえず、希望する断層像が得られな
い可能性がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、断層像
観察に必要な光の走査を、簡単な操作で、しかも、確実
に行なうことのできる断層像観察用光走査装置を提供す
ることを目的とする。
[課題を解決するための手段及び作用]本発明の断層像
観察用光走査装置は、被検体内部に挿入する挿入部に、
断層像観察のための光を前記挿入部から放射状に走査す
る手段を備えており、この手段により光走査が容易に行
なえる。
[実施例コ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。
第1図〜第3図は本発明の第1実施例を示し、第1図は
断層像観察用光走査装置の概略構成図、第2図は光ファ
イバの配置を示す説明図、第3図は光ファイバの先端形
状を示す説明図である。
第1図に示すように、断層像観察用光走査装置は、被検
体内部に挿入される細長で可視性を有する挿入部1と、
断層像観察のための光を出射するとともに、被検体内部
からの反射光を受光する送受光装置3と、ガルバノメー
タ4と、このガルバノメータ4を制御する制御回路5と
を備えている。
前記挿入部1は、例えば内視鏡の挿入部として構成され
、先端部60チャンネル部6aに、照明窓7、観察窓8
、及び、吸引チャンネル9などが形成されている。
前記照明窓7の内側には図示しない配光レンズが装着さ
れ、この配光レンズの後端にライトガイド10が連設さ
れている。このライトガイド10は、前記挿入部1内を
挿通されて図示しない光源装置に接続され、この光源装
置からの照明光を伝送して前記照明窓7から被検体の観
察部位に照射するようになっている。
また、前記観察窓8の内側には図示しない対物レンズが
設けられ、この対物レンズの結像位置に、イメージガイ
ド11の先端面が配置されている。
このイメージガイド11は、前記挿入部1内を挿通され
、後端面が図示しない接眼部内の接眼レンズに対向して
いる。そして、前記対物レンズによって結像された観察
部位の光学像が前記イメージガイド11によって導かれ
、前記接眼部から肉眼観察が可能なようになっている。
また、前記挿入部1には、断層像観察のための光を放射
状に走査する手段としての光ファイバ束2が設けられ、
この光ファイバ束2は、前記挿入部1外周側に複数の光
ファイバ12が環状に配設されて構成されている。
第2図に示すように、前記光ファイバ12の先端は、前
記先端部6の外周側に前記チャンネル部6aを囲繞する
よう配設されており、第3図に示すように、先端がファ
イバ軸に対して、例えば45°にカットされてテーパ面
12aが形成されている。
そして、このテーバ面1.2 aに、アルミニウム、銀
、金などが蒸着されてミラー面が形成されるとともに、
このミラー面が前記挿入部1先端で内側になるよう配列
され、前記送受光装置3からの光をファイバ軸側方に放
射し、また、被検体内部から反射された反射光をファイ
バ軸方向に入射するようになっている。
また、前記送受光装置3の内部には、例えばピコ秒単位
の光パルスを出射するパルスレーザ、このパルスレーザ
から出射される光パルスの光路を形成するためのレンズ
及びミラー群、及び、撮像手段などを備えている。
前記送受光装置3のパルスレーザ−から光パルスが出射
されると、この光パルスの出射に連動して前記制御回路
5により前記ガルバノメータ4のミラー4aの振り角が
制御され、前記光ファイバ束2の各光ファイバ12へ入
射されるようになっている。
尚、前記光ファイバ12は、端部にテーパ面12aを形
成せずにプリズムを配置しても良く、また、前記光ファ
イバ12に代え、第4図に示すように、先端部13aを
前記挿入部lから外側方向に曲げた光ファイバ13を使
用して前記光ファイバ束2を構成しても良い。
次に、前記断層像観察用光走査装置を用いた光断層像観
察について説明する。
例えば、人体臓器の患部の光断層像を観察する場合、ま
ず、挿入部1を体腔内部に挿入する。次いで、先端部6
外周側が患部位置に達したら、送受光装置3内のパルス
レーザ−より、半値幅が数ピコ秒の極めて時間幅の短い
光パルスを発生させ、この光パルスをガルバノメータ4
のミラー4aで反射させて光ファイバ束2を構成する各
光ファイバ12に入射させる。
前記各光ファイバ12に入射された光パルスは、先端の
テーバ面12aで反射されてファイバ軸側方へ放射され
、前記光ファイバ束2から外側に向かって放射状に光走
査が行われる。そして、患部に照射された光が組織表面
及び内部で反射されると、この反射光が、前記光ファイ
バ束2から前記ガルバノメータ4のミラー4aを経て訪
記送受光装置3内に導光され、内部のレンズ及びミラー
群を経て、例えばストリークカメラなどの撮像手段に入
射される。
前記ストリークカメラでは、前記反射光の時間分解波形
を検出し、この時間分解波形を図示しない処理装置で処
理することにより観察部位の断層像が得られ、図示しな
い表示装置に表示される。
すなわち、前記挿入部1を被検体内部に挿入して断層像
を観察する場合、前記挿入部1の複雑な湾曲操作を要す
ることなく、前記挿入部1の先端部6外周側を観察部位
まで挿入するのみで、前記挿入部1から放射状に光走査
が行われるため、希望する観察部位の断層像が容易に得
られるのである。
尚、前記ガルバノメータ4に代え、第5図に示すように
、前記光ファイバ束2と前記送受光装置3との間に、A
OM (音響光学素子)14を配置し、このA OM 
1.4を制御回路15で制御することにより、前記送受
光装置3からの光を走査制御するようにしても良い。
第6図及び第7図は本発明の第2実施例を示し、第6図
は光断層像観察のためのシステム構成図、第7図はプロ
ーブ保持バルーンを示す説明図である。
この第2実施例は、前述の第1実施例に対してシングル
ファイバを用い、このシングルファイバ先端に配置した
ミラーを回転させて機械的に光走査を行なうものである
。
第6図に示すように、光断層像観察のためのシステムは
、70−ブ21と、光断層処理制御部22と、画像処理
装置23と、前記プローブ21の光走査駆動を制御する
制御回路24とを備えている。
前記プローブ21は、被検体内部に挿入される細長で可
視性を有する挿入部25と、この挿入部25の基部側に
設けられた大幅の操作部26とを有し、前記挿入部25
先端側には、先端がrR塞された円筒状の透光性カバー
27が装着されている。
また、前記挿入部25のほぼ軸心上に、前記光断層処理
制御部22に接続される光ファイバ28を内蔵したフレ
キシブルシャフト29が挿通され、このフレキシブルシ
ャフト29の先端側が軸受30により回転自在に支持さ
れている。さらに、前記透光性カバー27内に露呈する
前記フレキシブルシャフト29先端に、前記フレキシブ
ルシャフト29の軸心に対して例えば45°の傾斜角を
有するミラー31と、このミラー31からの反射光を配
光するためのレンズ32とが設置されている。
また、前記フレキシブルシャフト29の前記操作部26
側には、ギア33が外嵌固定され、このギア33にギア
34が噛合している。このギア34はモータ35の出力
軸に固定され、このモータ35にはエンコーダ36が連
設されている。前記モータ35には前記制御回路24が
接続され、この制御部124に前記エンコーダ36がら
の信号が入力されて前記モータ35の回転が制御される
ようになっている。
前記光断層処理制御部22は、例えば色素レーザーとN
d:YAGレーザーとを組合わせたパルスレーザ−37
を備え、前記Nd:YAGレーザ−の出射光が色素レー
ザー内の色素(例えばRhodamine  G)に照
射され、この色素レーザーの出射光がレンズ38により
収束されてビームスプリッタ39によって2つに分離さ
れるようになっている。
前記ビームスアリツタ39を透過した光は、さらにビー
ムスプリッタ40を透過してレンズ4]にて集光され、
前記プローブ21の光ファイバ28に入射された後、こ
の光ファイバ28を経て観察部位に照射される。また、
観察部位からの反射光は、前記レンズ41を通り、前記
ビームスプリッタ40で反射されてビームスプリッタ4
2を透過し、KDP43などの非線形光学素子に入射さ
れる。
一方、前記パルスレーザ−37から出射され、ビームス
プリッタ39で反射された光は、遅延ミラー装置44の
ミラー44a、44bで反射され、ミラー45を経て前
記ビームスズリツタ42で反射され、参照光として前記
KDP43に入射されるようになっている。
前記KDP43は、観察部位からの反射光と前記参照光
とを入力することにより、第2高調波を発生する。この
第2高調波はフィルタ46を通過して光電子増倍管47
により検出されるようになっており、前記フィルタ46
は、前記パルスレーザ−37の出射光の波長をλとしな
とき、第2高調波である波長λ/2を含む狭い帯域を通
過させる特性となっている。
また、前記遅延ミラー装置44は、互いに対向するミラ
ー44a、44bが可動ステージ44cに固定され、こ
の可動ステージ44cを移動させる移動装置44dがモ
ータ44eによって駆動されて前記参照先の光路長を変
化させるようになっている。
前記KDP43が発生する第2高調波の強度は、前記反
射光と参照光をそれぞれ時間の関数とした場合の反射光
と参照光の積の積分値に比例するため、前記ミラー44
a、44bを移動させて参照光の光路長を変化させるこ
とにより、観察部位内部からの反射光の任意の時間成分
の強度を、前記光電子増倍管47で検出することができ
る。
前記光電子増倍管47の出力は、画像処理装置23に入
力され、この画像処理装置23内には、同期検波増幅器
と直流電流計とを組合わせて前記光電子増倍管47の出
力を高感度に検出するロックインアンプ48、このロッ
クインアンプ48からのアナログ信号をデジタル信号に
変換するA/Dコンバータ49、及び、このA/Dコン
バータ49からのデジタル信号を処理し、観察部位の光
断層像を画像処理するコンピュータ50を備えている。
次に、本実施例の作用について説明する。
プローブ21の挿入部25を生体などの被検体内部に挿
入し、この挿入部25の先端側を観察部位に位置させ、
次いで、光断層処理制御部22内のパルスレーザ37よ
り数ピコ秒の光パルスを出射させる。この光パルスは、
ビームスプリッタ39.40を透過し、レンズ41を介
して光ファイバ28に入射され、この光フアイバ28内
を導かれて先端面から出射される。
前記光ファイバ28から出射された光パルスは、透光性
カバー27内に露呈するフレキシブルシャフト29先端
のミラー31で反射され、レンズ32を介して前記挿入
部25側方に出射されて観察部位に照射される。
そして、照射された光パルスが、生体組織表面及び内部
の屈折率の異なる境界面で反射されると、反射光パルス
が前記光ファイバ28により前記光断層処理制御部22
に導かれ、前記レンズ41ににより良光されて前記ビー
ムスプリッタ4つで反射され、ビームスプリッタ42を
透過してKDP43に入射される。
このとき、前記パルスレーザ−37より出射されビーム
スプリッタ39にて分離された光パルスは、ミラー44
a、44b→ビームスプリツタ45→ビームスプリツタ
42へと導かれ、このビームスプリッタ42で反射され
て前記KDP4Bに参照光として入射される。
このKDP43で発生した第2高調波は、フィルタ46
を介して光電子増倍管47により検出され、さらに、ロ
ックインアンプ48を経てA/Dコンバータ49により
デジタル信号に変換されてコンピュータ50に入力され
る。
同時に、前記プローブ21の操作部26に内蔵されたモ
ータ35が、エンコーダ36の出力に基づいて制御回路
24によりフィードバック制御され、一定の回転数で回
転させられる。前記モータ35の回転は、ギア33.3
4を介して前記フレキシブルシャフト29に伝達され、
このフレキシブルシャフト29先端の前記ミラー31が
回転さぜられる。
そして、前記挿入部25から放射状に光走査が行われて
上記動作が繰返されると、観察部位の各位置での反射光
の時間成分の強度が検出され、前記制御回路24からの
走査位置情報とともに前記コンピュータ50にて処理さ
れる。その結果、観察部位の光断層像が構築され、図示
しない表示器に表示される。
この第2実施例においても、前述した第1実施例同様、
光断層像の観察に際して、前記挿入部25の複雑な湾曲
操作を要することなく、希望する観察部位の光断層像を
容易に得ることができる。
ところで、前記プローブ21を用いて光断層像観察を行
なう際には、第7図に示すように、前記挿入部25に装
着したプローブ保持用バルーン51を使用することが望
ましい。
この場合、前記挿入部25を被検体内部に挿入し、先端
部が観察部位に達したとき、送吸気用チャンネル52か
ら前記バルーン51に送気することにより、前記挿入部
25の位置がずれないよう保持することができ、被検体
内部からの反射光強度が小さい場合などの積分値に対し
、ノイズを低減してS/N比を向上させることができる
という利点を有する。
第8図以下は本発明の第3実施例を示し、第8図は光断
層像観察のための内視鏡装置の構成図、第9図はシステ
ム構成図、第10図は光フアイバ用外装チューブの構成
を示す断面図である。
第8図に示すように、内視鏡装置は、内視鏡60と、こ
の内視鏡60が接続される光源装置61゜ビデオプロセ
ッサ62及び光断層処理装置63と、前記ビデオプロセ
ッサ62に接続されるモニタ64とを備えている。
前記内視鏡60は、細長で可撓性を有する挿入部65と
、この挿入部65の後端に連設された操作部66と、こ
の操作部66の側部から延出されたユニバーサルコード
67とを備えている。
前記ユニバーサルコード67内には、前記光源装置61
からの照明光を伝送する図示しないライトガイドが挿通
されており、また、前記ユニバーサルコード67の端部
には、前記光源装置61に着脱自在に接続される光源コ
ネクタ68が設けられている。この光源コネクタ68か
らは、信号ケーブル69が延出され、この信号ケーブル
69の端部に、前記ビデオプロセッサ62に着脱自在に
接続される信号コネクタ70が設けられている。
また、前記操作部66には、前記挿入部65に設けられ
た湾曲部を湾曲操作するための湾曲操作ノブ71と、ラ
イトガイド駆動部72とが設けられ、このライトガイド
駆動部72と前記光断層処理装置63とが、ライドガイ
ド73を介して接続されている。
また、前記挿入部65の先端部74の側部には、観察窓
75と2つの照明窓76が設けられ、前記先端部74の
最前端部には、先端が閉塞された円筒状の透光性カバー
77が装着されている。
さらに、前記挿入部65及び操作部66内には、先端側
が前記透光性カバー77内に連通し、後端側が前記ライ
トガイド駆動部72に接続されたチャンネル78が設け
られている。
第9図に示すように、前記観察窓75の内側には、対物
レンズ79が設けられるとともに、この対物レンズ79
の結像位置にCCD80が設けられ、このCCD80に
駆動回路81が接続されている。この駆動部#I81に
接続された信号線82は、挿入部65.操作部66、ユ
ニバーサルコード67、光源コネクタ68及び信号ケー
ブル69内を挿通されて信号コネクタ70に接続され、
この信号コネクタ70を介してビデオプロセッサ62に
接続されるようになっている。
また、前記チャンネル78内には、光断層像観察のため
のライトガイド83が挿通されている。
このライトガイド83の先端面には、前記透光性カバー
77内に配設され、光軸を先端部74の側方に向けるプ
リズム84が固着されている。
一方、前記ライトガイド83の後端部は、前記ライトガ
イド駆動部72内に導入されており、前記ライトガイド
駆動部72内において、前記ライトガイド83の後端部
に円筒状の口金85が固定されている。また、前記ライ
トガイド駆動部72内には、前記口金85を回転自在に
支持する軸受86が設けられ、前記口金85にギア87
が外嵌固定されて、このギア87にギア88が噛合して
いる。
前記ギア88は、第1のパルスモータ89の出力軸に固
定され、この第1のパルスモータ89及び前記軸受86
は、ラック90に固定されている。
さらに、このラック90には、第2のパルスモータ9]
の出力軸に固定されたビニオン92が噛合している。
従って、前記第1のパルスモータ89を回転させること
により前記ライトガイド83が回転し、前記第2のパル
スモータ91を回転させることにより、前記ラック90
を介して前記ライトガイド83が進退するようになって
いる。
また、前記光断層処理装置63内には、前述の第2実施
例と同様のパルスレーザ−37,KDP43、フィルタ
46.光電子増倍管479画像処理装置23などが備え
られ、前記パルスレーザ−37からの出射光が、前記ラ
イトガイド73内の光ファイバ束73aを介して前記ラ
イトガイド駆動部72内のレーザーミラー群に入射され
る。
このレーザーミラー群においては、前述の第2実施例同
様、ビームスプリッタ39によって前記パルスレーザ−
37からの出射光が2つに分離され、前記ビームスプリ
ッタ39を透過した光は、さらにビームスプリッタ40
を透過して前記ライトガイド83に入射され、被検体内
部の観察部位に照射されるようになっている。
また、この観察部位からの反射光は、前記ライトガイド
83から前記ビームスプリッタ40に導かれ、このビー
ムスプリッタ40で反射されてビームスプリッタ42を
透過し、前記ライドガイド73内の光ファイバ束73b
を経てKDP43に入射されるようになっている。
一方、前記パルスレーザ−37から出射され、ビームス
プリッタ39で反射された光は、遅延ミラー装置43の
ミラー44a、44bで反射され、さらに、ミラー45
を経て前記ビームスプリッタ42で反射され、前記光フ
ァイバ束73bを経て参照光として前記KDP43に入
射されるようになっている。
そして、前述の第2実施例と同様、前記KDP43から
の第2高調波がフィルタ46を通過して光電子増倍管4
7により検出され、ロックインアンプ48.A/Dコン
バータ49を経てコンピュータ50により画像処理され
る。
前記コンピュータ50で処理された画像信号は、例えば
、前記ビデオプロセッサ62内のスーパーインボーズ回
路に入力され、このスーパーインボーズ回路では、内視
鏡画像の信号と光断層画像の信号とを合成し、モニタ6
4に表示するようになっている。
尚、前記ライトガイド83は、第10図に示すように、
前記口金85に装着される第1の外装チューブ93内に
、前記ライトガイド83の光ファイバ束94を被覆する
第2の外装チコーブ95が設けられた構造となっており
、前記第2の外装チューブ95の外径D2と、前記第1
の外装チューブ93の内径D1との間のクリアランスが
、前記第2の外装チューブ95の肉厚tとほぼ同程度に
設定されている。これにより、湾曲時の軸方向の動きが
確保され、前記光ファイバ束94の耐久性が向上して折
損などを防止することができる。
次に、本実施例の作用について説明する。
光源装置61からの照明光は、ユニバーサルコード67
内の図示しないライトガイドから照明窓76を経て、被
検体、例えば臓器96に照射される。この臓器96の光
学像は、CCD80によって撮像される。このCCD8
0の出力信号は、ビチオプロセッサ62内の映像信号処
理回路によって処理され、この映像信号処理回路からの
映像信号がスーパーインボーズ回路を経てモニタ64に
入力され、このモニタ64に内視鏡画像が表示される。
一方、前記臓器96の生体組織97の光断層像観察する
場合には、まず、光断層処理装置63内のパルスレーザ
−37より数ピコ秒の光パルスを発生させる。この光パ
ルスは、ビームスプリッタ39.40を透過してライト
ガイド83に入射され、このライトガイド83からプリ
ズム84を経て、臓器96の生体組織97に照射される
。
すると、照射された光パルスに対し、生体組織97内の
屈折率の異なる境界面で反射された反射光パルスが、前
記ライトガイド83を介して前述した第2実施例と同様
の光路を経て導光され、KDP43に参照光とともに入
射される。
このKDP4Bからの第2高調波は光電子増倍管47で
検出され、ライトガイド駆動部72にて前記ライトガイ
ド83を進退1回転させて観測位置を走査しながら上記
動作を繰り返すことにより、生体組織97の光断層像を
構成するのに必要なデータが取得される。
そして、このデータを光断層像観察W63で処理するこ
とにより光断層画像を構築し、ビデオプロセッサ62内
のスーパーインポーズ回路により内視鏡画像と光断層画
像とを合成してモニタ64に表示させる。
このように本実施例によれば、通常の内視鏡画像の観察
とともに、生体組[97の光断層画像の観察が可能とな
る。その他の作用、効果は前述した各実施例と同様であ
る。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、被検体内部に挿入す
る挿入部に、断層像観察のための光を前記挿入部から放
射状に走査する手段を備えたため、光走査が容易に行な
え、確実に断層像を得ることができるという効果がある
。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の第1実施例を示し、第1図は
断層像観察用光走査装置の構成図、第2図は光ファイバ
の配置を示す説明図、第3図は光ファイバの先端形状を
示す説明図、第4図及び第5図は変形例を示し、第4図
は光ファイバの先端形状を示す説明図、第5図は断層像
観察用光走査装置の構成図、第6図及び第7図は本発明
の第2実施例を示し、第6図は光断層像観察のためのシ
ステム構成図、第7図はプローブ保持バルーンを示す説
明図、第8図以下は本発明の第3実施例を示し、第8図
は光断層像観察のための内視鏡装置の構成図、第9図は
システム構成図、第10図は光フアイバ用外装チューブ
の構成を示す断面図である。 1・・・挿入部 2・・・光ファイバ束 3・・・送受光装置 4・・・ガルバノメータ 5・・・制御回路 第1図 第5図 3、補正をする者 事件との関係 住所 名  称 4、代理人 住所 氏  名 5、補正命令の01寸 6、補正の対象 [七1■E書(自発) 平成2年11月26日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被検体内部に挿入する挿入部に、断層像観察のための光
    を前記挿入部から放射状に走査する手段を備えたことを
    特徴とする断層像観察用光走査装置。
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