特許 6562857 光干渉断層画像生成装置及びその使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6562857

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】光干渉断層画像生成装置及びその使用方法

(51)【国際特許分類】

   A61B 1/00 20060101AFI20190808BHJP

   A61B 1/045 20060101ALI20190808BHJP

   A61B 1/247 20060101ALI20190808BHJP

   A61B 3/10 20060101ALI20190808BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   A61B1/00 526

   A61B1/045 610

   A61B1/247

   A61B3/10 100

   G01N21/17 630

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-54859(P2016-54859)

(22)【出願日】2016年3月18日

(65)【公開番号】特開2017-164404(P2017-164404A)

(43)【公開日】2017年9月21日

【審査請求日】2019年1月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000141598

【氏名又は名称】株式会社吉田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】鹿熊 秀雄

【審査官】 増渕 俊仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−７４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１４０９２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１８８３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００６３９９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ １／００−１／３２

Ａ６１Ｂ ３／００−３／１８

Ｇ０１Ｎ ２１／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料の断層面の所定領域を被写体として撮影する際に試料光路に配置され前記試料に当接される器具と、参照光路に配置される参照ミラーと、光源から射出される光を前記参照ミラーに向かう光と前記器具を介して前記試料に向かう光とに分割し、前記試料から戻ってくる散乱光と前記参照ミラーから戻ってくる反射光との干渉光を検出する光学ユニットと、を備え、時系列に取得される前記干渉光の検出信号から光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置であって、
前記試料の光軸に沿って前記被写体よりも深い位置を基準位置とした前記試料光路の光路長に対して前記参照光路の光路長が一致するように前記参照ミラーが配置される設定の場合、前記検出信号から生成される画像を上下反転する画像処理を行う制御装置を備えることを特徴とする光干渉断層画像生成装置。

【請求項2】

前記器具は、
光ファイバで前記光学ユニットに接続されるプローブと、
前記プローブの先端部に装着される支持体と、を備え、
前記支持体は、光軸を直交する方向に変換する斜鏡を備えている請求項１に記載の光干渉断層画像生成装置。

【請求項3】

前記支持体は、前記プローブの先端部に着脱可能に構成され、
前記試料光路の光路長と前記参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の前記基準位置を前記試料の光軸に沿って前記被写体よりも深い位置及び前記試料の手前に切り替えて設定可能な光路長設定手段を備える請求項２に記載の光干渉断層画像生成装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光干渉断層画像生成装置の使用方法であって、
前記試料の光軸に沿って前記被写体よりも深い位置を基準位置とした前記試料光路の光路長に対して前記参照光路の光路長が一致するように前記参照ミラーを配置して、前記試料の光軸に沿う手前に配置される不要物の画像の映り込みを低減させる光干渉断層画像生成装置の使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光干渉断層画像生成装置及びその使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、利用者によって把持された器具を試料に当接させた状態で、試料の画像を取得する光干渉断層画像生成装置が知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に開示された技術では、利用者によって把持されるプローブの先端に着脱可能な様々な支持体を交換可能に取り付けている。例えば、プローブの先端に、鏡を有する支持体を装着することで、プローブからの測定光を、患者の口に挿入した支持体及び鏡を経由して臼歯の嵌合面に照射することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−６１０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者は、利用者がプローブを把持して安定した状態で試料の鮮明な画像を取得できる光干渉断層画像生成装置をこれまで提案してきたが、さらなる改良の余地があった。例えば、プローブに取り付ける支持体を臼歯の嵌合面に載置して固定することで、手振れの影響を低減して安定させた状態で臼歯の嵌合面の画像を取得することができる。ただし、臼歯の画像に対して不要な鏡の画像が映り込んで臼歯の画像が見難くなる場合がある。

【0005】

そこで、本発明は、試料近傍の不要物の影響を低減させて画像を取得できる光干渉断層画像生成装置及びその使用方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するため、本願発明者は、光干渉断層画像生成装置において、試料近傍に鏡を配置して、試料側の所定位置を基準位置とした試料光路の光路長に対して、参照光路の光路長が一致するように参照光路における参照ミラーを配置して、試料の光干渉断層画像を取得し、試料側の基準位置を順次変更したときの画像をそれぞれ取得する実験を行った。その結果、試料の画像に鏡の画像が映り込んで表示される現象と、参照光路における参照ミラーの位置との間に密接な関係があることを見出した。

【0007】

そこで、本発明に係る光干渉断層画像生成装置は、試料の断層面の所定領域を被写体として撮影する際に試料光路に配置され前記試料に当接される器具と、参照光路に配置される参照ミラーと、光源から射出される光を前記参照ミラーに向かう光と前記器具を介して前記試料に向かう光とに分割し、前記試料から戻ってくる散乱光と前記参照ミラーから戻ってくる反射光との干渉光を検出する光学ユニットと、を備え、時系列に取得される前記干渉光の検出信号から光干渉断層画像を生成する光干渉断層画像生成装置であって、前記試料の光軸に沿って前記被写体よりも深い位置を基準位置とした前記試料光路の光路長に対して、前記参照光路の光路長が一致するように前記参照ミラーが配置される設定の場合、前記検出信号から生成される画像を上下反転する画像処理を行う制御装置を備えることを特徴とする。
また、この光干渉断層画像生成装置の使用方法は、前記光干渉断層画像生成装置の使用方法であって、前記試料の光軸に沿って前記被写体よりも深い位置を基準位置とした前記試料光路の光路長に対して前記参照光路の光路長が一致するように前記参照ミラーを配置して、前記試料の光軸に沿う手前に配置される不要物の画像の映り込みを低減させることを特徴とする。

【0008】

かかる構成によれば、光干渉断層画像生成装置は、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を試料の光軸に沿って被写体よりも深い位置に設定することで、試料近傍に不要物が配置されたとしても、不要物の影響を低減させた画像を取得することができる。また、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を被写体よりも深い位置に設定するときに取得される逆さまの画像を、制御装置によって上下反転させることで見易い画像を取得することができる。

【0009】

また、光干渉断層画像生成装置は、前記器具が、光ファイバで前記光学ユニットに接続されるプローブと、前記プローブの先端部に装着される支持体と、を備え、前記支持体が、光軸を直交する方向に変換する斜鏡を備えていることが好ましい。
これにより、例えば、臼歯の嵌合面に光を照射したときの光干渉断層画像を、鏡の影響を低減させて取得することができる。

【0010】

また、光干渉断層画像生成装置は、前記支持体が、前記プローブの先端部に着脱可能に構成され、前記試料光路の光路長と前記参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の前記基準位置を前記試料の光軸に沿って前記被写体よりも深い位置及び前記試料の手前に切り替えて設定可能な光路長設定手段を備えることが好ましい。
これにより、斜鏡を備えた支持体を装着したときに、基準位置を被写体よりも深い位置に切り替えることで、鏡の影響を低減させた臼歯等の画像を取得できる。また、斜鏡を備えた支持体の代わりに、鏡を有しない支持体を装着したときに、例えば前歯の正面に光を照射したときの光干渉断層画像も取得することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、試料近傍の不要物の影響を低減させて画像を取得できる光干渉断層画像生成装置及びその使用方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る光干渉断層画像生成装置を模式的に示す構成図である。

【図2】プローブを示す図であり、（ａ）はプローブの主要部を示す側面図、（ｂ）はプローブ先端の支持体の拡大斜視図、（ｃ）は支持体の拡大中央縦断面図である。

【図3】試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置の説明図であって、（ａ）は試料光路の一部、（ｂ）は基準位置を試料の手前に設定した参照光路の一部、（ｃ）は基準位置を被写体よりも深い位置に設定した参照光路の一部を示している。

【図4】図１の光路長設定手段の説明図であって、（ａ）は試料光路の一部、（ｂ）は基準位置を試料の手前に設定したときの光路長設定手段、（ｃ）は基準位置を被写体よりも深い位置に設定したときの光路長設定手段を示している。

【図5】基準位置を試料の手前に設定した状態で得られた画像の模式図である。

【図6】図５の状態から基準位置をより深い位置にずらした状態で得られた画像の模式図である。

【図7】図６の状態から基準位置をより深い位置にずらした状態で得られた画像の模式図である。

【図8】図７の状態から基準位置をより深い位置にずらした状態で得られた画像の模式図である。

【図9】図８の左側面画像及び断層画像を上下反転した画像の模式図である。

【図10】干渉光の検出信号、参照ミラーの配置及び画像の模式図であって、（ａ）及び（ｂ）は試料側の基準位置が試料の手前に設定される場合の模式図、（ｃ）及び（ｄ）は試料側の基準位置が被写体よりも深い位置に設定される場合の模式図である。

【図11】支持体の構成例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明に係る光干渉断層画像生成装置を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。
図１に示すように、光干渉断層画像生成装置１は、光学ユニット１０と、プローブ３０と、制御ユニット５０と、を主に備え、時系列に取得される干渉光の検出信号から光干渉断層画像を生成するものである。プローブ３０は、試料２００の断層面の所定領域を被写体として撮影する際に試料光路に配置され試料２００に当接されることを前提とする。

【0014】

ここで、試料２００の断層面の所定領域とは、試料２００の光軸に沿う深さ方向の断層面の全領域のうち、外表面に近い所望の観測対象部分のことである。試料２００が例えば歯牙の場合、概ね歯冠の断層面の領域を被写体と呼ぶ。歯科では主に歯冠の断層面の観測が要望されており、深さ５ｍｍ程度の画像を可視化するための測定光では、歯根を観測するのは困難だからである。なお、図面では、被写体として臼歯の概ね歯冠部分を図示している。

【0015】

光学ユニット１０は、一般的な光コヒーレンストモグラフィの各方式が適用可能な光源、光学系、検出部を備えている。図１に示すように、光学ユニット１０は、試料２００にレーザ光を周期的に照射する光源１１と、試料２００の内部情報を検出するディテクタ２３と、光源１１とディテクタ２３との間の光路中に設けられた光ファイバや各種光学部品等を備えている。光源１１としては、例えばＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source Optical Coherence Tomography）方式のレーザ光出力装置を用いることができる。試料２００は例えば歯牙であるものとする。

【0016】

ここで、光学ユニット１０の概略を説明する。
光源１１から射出された光は、光分割手段であるカップラ１２により、測定光と参照光とに分けられる。ここで、測定光はプローブ３０を介して試料２００に向かう光なので、測定光の光路を試料光路と呼ぶ。また、参照光は、参照ミラー２１に向かう光なので、参照光の光路を参照光路と呼ぶ。このうち、測定光は、サンプルアーム１３のサーキュレータ１４からプローブ３０に入射する。この測定光は、プローブ３０のシャッタ３１が開放状態のときに、コリメータ３２２、２次元走査機構３３を経て集光レンズ３４によって試料２００に集光され、そこで散乱、反射した後に再び集光レンズ３４、２次元走査機構３３、コリメータ３２２を経てサンプルアーム１３のサーキュレータ１４に戻る。戻ってきた測定光はカップラ１６を介してディテクタ２３に入力する。

【0017】

一方、カップラ１２により分離された参照光は、レファレンスアーム１７のサーキュレータ１８からコリメータ１９ｄを経て集光レンズ２０によって参照ミラー２１に集光され、そこで反射した後に再び集光レンズ２０、コリメータ１９ｄを経てサーキュレータ１８に戻る。戻ってきた参照光はカップラ１６を介してディテクタ２３に入力する。つまり、カップラ１６が、試料２００で散乱、反射して戻ってきた測定光と、参照ミラー２１で反射した参照光とを合波するので、合波により干渉した光（干渉光）をディテクタ２３が試料２００の内部情報として検出することができる。なお、サンプルアーム１３の偏光コントローラ１５、及び、レファレンスアーム１７の偏光コントローラ２２は、それぞれ、プローブ３０を含む光干渉断層画像生成装置１内部に生じた偏光を、より偏光の少ない状態に戻すために設置されている。

【0018】

参照光路において、前記したコリメータ１９ｄは、コリメータレンズ１９と、コリメータレンズ１９を内嵌した略円筒状のレンズホルダ１９ａと、レンズホルダ１９ａに取り付けられたコネクタ１９ｃと、一端がコネクタ１９ｃに接続され、他端がサーキュレータ１８に接続された光ファイバ１９ｂと、を備えている。

【0019】

参照光路において、光路長設定手段２４は、コリメータ１９ｄを光軸方向に移動させて、カップラ１２から参照ミラー２１までの光路長を変更するものである。このコリメータ１９ｄの移動方法は、手動式であってもよいし、電動式であってもよい。
光路長設定手段２４には、例えば特開２０１２−２１７７５２号公報に記載された構造を採用してもよい。この構造を採用した場合、光路長設定手段２４は、集光レンズ２０及び参照ミラー２１の他に、図示を省略するが、例えば、光軸に沿ったレールを有してそのレール上に集光レンズ２０及び参照ミラー２１を支持する支持部材と、コリメータ１９ｄを保持する共に前記レールに沿って手動式又は電動式で進退可能に配置された保持部材と、を備えて構成される。

【0020】

光路長設定手段２４は、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を試料２００の光軸に沿って被写体よりも深い位置及び試料２００の手前に切り替えて設定する。以下では、単に基準位置という場合、上記２つの光路長を一致させるときの試料側の基準位置を意味する。また、光路の所定区間についてはその区間の往復の光路長を用いる。例えば、参照光路のうち、サーキュレータ１８とコネクタ１９ｃとを接続する光ファイバ１９ｂによる光路と、コネクタ１９ｃから参照ミラー２１までの光路については、参照光が往復するので、これらの区間の光路長については往復の光路が考慮される。
また、試料光路のうち、サーキュレータ１４とコネクタ３２２ｂとを接続する光ファイバ６０による光路と、コネクタ３２２ｂから試料２００側の基準位置までの光路については、測定光が往復するので、これらの区間の光路長については往復の光路が考慮される。

【0021】

プローブ３０は、光学ユニット１０からのレーザ光を試料２００に導くと共に、試料２００で反射した光を光学ユニット１０に導くものであり、試料光路に配置され測定時に試料２００に当接される器具である。
プローブ３０は、例えば、本体部３と、本体部３の基端側に設けられた第１筒体３８と、本体部３の先端側に設けられた第２筒体３９と、この第２筒体３９に装着された支持体４と、を備えている。

【0022】

＜本体部＞
本体部３は、図２（ａ）に示すように、基端部３ａと、先端部３ｂと、それらの間に配置されたコリメータレンズ収納部３ｃ及び走査機構収納部３ｄと、を有している。
基端部３ａは、角部が曲面に形成された略角筒状で構成されており、第１筒体３８が装着されている。
先端部３ｂは、略円筒形状に形成されており、集光レンズ３４（図１参照）が収納されている。先端部３ｂは、その開口部３ｅに挿入された第２筒体３９を支持している。

【0023】

コリメータレンズ収納部３ｃは、基端部３ａの先端側に形成されている。コリメータレンズ収納部３ｃは、内部にコリメータレンズ３２（図１参照）が収納される部位であり、基端部３ａよりも内径が大きく形成されている。コリメータレンズ収納部３ｃは、上側が斜めに拡径するように形成され、下側が略水平に形成されている。

【0024】

走査機構収納部３ｄは、コリメータレンズ収納部３ｃの先端側に形成されている。走査機構収納部３ｄは、基端部３ａ及び先端部３ｂの外径よりも大きく形成されて太くなっている。走査機構収納部３ｄは、上方向に膨らんだ状態に形成されている部位に２次元走査機構３３（図１参照）が収納されている。走査機構収納部３ｄは、下方向に膨らんだ状態に形成されている部位にミラー３５（図１参照）が収納されている。

【0025】

本体部３は、図２（ａ）に示すように、側面視してストレート形状に形成されている。このため、本体部３の走査機構収納部３ｄ及びコリメータレンズ収納部３ｃを、人が鉛筆を持つのと同じようにして掴むことができるので、持ち易くて操作性がよい形状をしている。本体部３の所定位置には、図示を省略するが複数の操作ボタンが設けられている。複数の操作ボタンとしては、例えば、プローブ３０のシャッタ３１を開放状態にするボタンや測定（撮影）を開始するボタンを含んでいる。

【0026】

図１に示すように、本体部３内には、コリメータ３２２と、２次元走査機構３３と、集光レンズ３４と、ミラー３５と、が主に、図示しないフレーム本体に固定されて設けられている。
コリメータ３２２は、コリメータレンズ３２と、このコリメータレンズ３２を保持するホルダに取り付けられたコネクタ３２２ｂと、一端がコネクタ３２２ｂに接続され、他端がサーキュレータ１４に接続された光ファイバ６０と、を備えている。

【0027】

２次元走査機構３３は、ミラー３５及び集光レンズ３４のうちの一方の側から入射する光を時分割駆動によって位置をずらしながら他方の側に反射するものである。本実施形態では、２次元走査機構３３は、回転軸が互いに直交した２つのガルバノミラーや、各ガルバノミラーの駆動モータ等で構成されている。
集光レンズ３４は、２次元走査機構３３のガルバノミラーで反射した光（計測光）を被写体に集光させて照射するレンズである。

【0028】

ミラー３５は、コリメータレンズ３２の側から入射する光（計測光）を２次元走査機構３３の側に反射するものである。このミラー３５からの光は一方のガルバノミラーで反射し、他方のガルバノミラーを経由して集光レンズ３４に入射する。このため、ミラー３５は、計測光の光路に対してミラー面を４５度に傾けた状態で、走査機構収納部３ｄの所定部位に固定されている。ミラー３５は、走査機構収納部３ｄ内にコリメータレンズ３２側に向けて傾斜させて設置されている。

【0029】

第１筒体３８は、略円筒形状の部材であり、先端側が本体部３の基端部３ａ内に内嵌され、基端部が基端部３ａから突出した状態に配置されている。第１筒体３８は、制御ユニット５０に接続された通信ケーブルや、光学ユニット１０に接続された光ファイバ６０等を挿通して支持するものである。第１筒体３８と基端部３ａとは、基端部３ａ内に導入された計測光のミラー３５までの光路Ｌａに沿って真っ直ぐに延びて形成されている。

【0030】

第２筒体３９は、支持体４を本体部３に支持させるための部材であり、略円筒形状に形成されている。第２筒体３９は、本体部３の開口部３ｅに挿入され、本体部３の先端部３ｂに、図示しない連結部材を介在して支持体４を着脱自在（交換可能）、かつ、回動自在に装着している。第２筒体３９と先端部３ｂとは、２次元走査機構３３から開口部３ｅまでの計測光の光路Ｌｂに沿って真っ直ぐに延びて形成されている。ここで、光路Ｌｂは、光路Ｌａと平行である。計測光は、光路Ｌａから、ミラー３５及び２次元走査機構３３で反射して光路Ｌｂに進む。なお、第２筒体３９の軸方向の外周面には、凹凸が全周に亘って形成されている。

【0031】

撮影時には、利用者は、プローブ３０を把持し、手振れ防止等のためプローブ３０を試料２００に対して当接させる。例えば支持体４を試料２００に対して当接させる。

【0032】

支持体４は、図２（ａ）に示すように、第２筒体３９を介して本体部３に着脱可能に内嵌される係合筒部材４ｃと、棒状部４ａと、斜鏡４ｊと、固定具４ｋとを主に備えている。支持体４は、例えば、ステンレス鋼等によって形成されている。

【0033】

係合筒部材４ｃは、集光レンズ３４（図１参照）の前方に配置され、図２（ｂ）に示すように、測定光を試料２００に照射して散乱光を回収する開口４ｄを有している。係合筒部材４ｃは、フランジ部４ｈの上部前側に、棒状部４ａの基端部が溶接されて固定されている。棒状部４ａは、先端部を斜め下方に約４５度折曲した折曲部４ｉを有する。折曲部４ｉには斜鏡４ｊが接合されている。斜鏡４ｊは、集光レンズ３４の光軸を直交する方向に９０度変換する反射鏡である。

【0034】

固定具４ｋは、試料２００に当接させて支持体４を支持させるためのリング形状の部材である。固定具４ｋは、斜めに配置された斜鏡４ｊに対して水平になるよう連結部４ｍで固定されている。

【0035】

プローブ３０で撮影する際に、本体部３に連結された支持体４を、図２（ｃ）に示すように試料２００に当接させることにより、プローブ３０を安定した状態に支持させることができる。この支持体４は、撮影後、新品あるいは洗浄した支持体と交換することにより、支持体を常に清潔な状態にすることができる。

【0036】

図１に示すように、制御ユニット５０は、ＡＤ変換回路５１と、ＤＡ変換回路５２と、２次元走査機構制御回路５３と、表示装置５４と、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）制御装置１００とを備える。

【0037】

ＡＤ変換回路５１は、ディテクタ２３のアナログ出力信号をデジタル信号に変換するものである。本実施形態では、ＡＤ変換回路５１は、光源１１であるレーザ出力装置から出力されるトリガ（trigger）に同期して信号の収得を開始し、同じくレーザ出力装置から出力されるクロック信号ｃｋのタイミングに合わせて、ディテクタ２３のアナログ出力信号を収得し、デジタル信号に変換する。このデジタル信号は、ＯＣＴ制御装置１００に入力する。

【0038】

ＤＡ変換回路５２は、ＯＣＴ制御装置１００のデジタル出力信号をアナログ信号に変換するものである。本実施形態では、ＤＡ変換回路５２は、光源１１から出力されるトリガ（trigger）に同期して、ＯＣＴ制御装置１００のデジタル信号をアナログ信号に変換する。このアナログ信号は、２次元走査機構制御回路５３に入力する。

【0039】

２次元走査機構制御回路５３は、プローブ３０内の２次元走査機構３３を制御するドライバである。２次元走査機構制御回路５３は、ＯＣＴ制御装置１００のアナログ出力信号に基づいて、光源１１から出照されるレーザ光の出力周期に同期して、ガルバノミラーのモータを駆動又は停止させるモータ駆動信号を出力する。

【0040】

２次元走査機構制御回路５３は、一方のガルバノミラーの回転軸を回転させてミラー面の角度を変更する処理と、他方のガルバノミラーの回転軸を回転させてミラー面の角度を変更する処理と、を異なるタイミングで行う。

【0041】

表示装置５４は、ＯＣＴ制御装置１００によって生成される光干渉断層画像（以下、ＯＣＴ画像という）を表示するものである。表示装置５４は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等から構成される。

【0042】

ＯＣＴ制御装置１００は、光源１１から出射される光に同期して２次元走査機構３３を制御することで測定を行うと共に、ディテクタ２３の検出信号を変換したデータから試料２００のＯＣＴ画像等を生成する制御を行うものである。ＯＣＴ画像等は、公知の光干渉断層画像等の生成方法で生成することができる。なお、ＯＣＴ画像等を例えば特開２０１２−２１１７９７号公報に記載された手法を用いて生成するようにしてもよい。

【0043】

ＯＣＴ制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク、入出力インタフェースを備えたコンピュータから構成される。

【0044】

このＯＣＴ制御装置１００は、試料の光軸に沿って被写体よりも深い位置を基準位置とした試料光路の光路長に対して参照光路の光路長が一致するように参照ミラー２１が配置されている場合、検出信号から生成される画像を上下反転する画像処理を行う。

【0045】

次に、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置について図３（ａ）〜図３（ｃ）を参照して説明する。
図３（ａ）は試料光路の一部を示している。具体的には、プローブ３０（図１参照）内に配置された光ファイバ６０、コネクタ３２２ｂ、コリメータレンズ３２及び集光レンズ３４を模式的に示している。加えて、このプローブ３０に装着された支持体４（図２参照）の斜鏡４ｊ₀が試料２００に近接配置された様子も模式的に示している。ここでは試料２００は臼歯であって、その嵌合面を図３（ａ）において左に向けて示している。Ｐ１，Ｐ２は、試料側の基準位置をそれぞれ示している。このうち、臼歯（試料２００）の嵌合面の近傍に破線で示す基準位置Ｐ１は、試料２００の手前に設定された場合の基準位置の一例を表している。また、臼歯（試料２００）の歯冠と歯根との境界に二点鎖線で示す基準位置Ｐ２は、試料２００の光軸に沿って被写体よりも深い位置に設定された場合の基準位置の一例を表している。

【0046】

図３（ｂ）及び図３（ｃ）は参照光路の一部を示している。具体的には、参照光路に配置された光ファイバ１９ｂ、コネクタ１９ｃ、コリメータレンズ１９、集光レンズ２０及び参照ミラー２１が配置された様子の模式図である。図３（ｃ）では、図３（ｂ）と比べて、集光レンズ２０及び参照ミラー２１の位置を光軸に沿ってより深い側（図３において右側）に距離Ｘだけ移動させている。この距離Ｘは、図３（ａ）に示す基準位置Ｐ１から基準位置Ｐ２までの距離と等しい。

【0047】

図３（ｂ）は、試料２００の手前に基準位置Ｐ１が設定された場合の参照光路の一部を表している。図示するように、図３（ａ）に示す試料側の基準位置Ｐ１を経由する試料光路の光路長Ｌ１に対して、図３（ｂ）に示す参照光路の光路長Ｌ１が一致するように参照ミラー２１が配置されている。なお、光干渉断層画像の測定においては、通常、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を試料の手前に設定している。
図３（ｃ）は、被写体よりも深い位置に基準位置Ｐ２が設定された場合の参照光路の一部を表している。図示するように、図３（ａ）に示す試料側の基準位置Ｐ２を経由する試料光路の光路長Ｌ２に対して、図３（ｃ）に示す参照光路の光路長Ｌ２が一致するように参照ミラー２１が配置されている。

【0048】

なお、図３（ａ）に示す斜鏡４ｊ₀は、図２（ｃ）において測定光が当たる範囲（例えば矩形範囲）のうち試料２００に最も近い斜鏡底部を表しているが、以下では、単に斜鏡４ｊ₀と呼ぶ。ここでは、斜鏡４ｊ₀は、試料の手前の基準位置Ｐ１から距離ｄだけ離間させて配置されている。

【0049】

試料側の基準位置Ｐ１と基準位置Ｐ２とを切り替えて設定する方法は、図３（ｂ）及び図３（ｃ）を参照して説明したように集光レンズ２０及び参照ミラー２１の位置を移動させる方法だけではない。代わりに参照光路のコリメータレンズ１９の位置を移動させてもよい。この場合の基準位置の切り替えについて図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して説明する。

【0050】

図４（ａ）は、光ファイバ６０と、コネクタ３２２ｂと、コリメータレンズ３２とを備えるコリメータ３２２を追加した点が図３（ａ）と異なっている。
図４（ｂ）は、光ファイバ１９ｂと、コネクタ１９ｃと、コリメータレンズ１９とを備えるコリメータ１９ｄを、光軸方向に移動させる光路長設定手段２４を模式的に示している。なお、コリメータ１９ｄのレンズホルダ１９ａについては図示を省略している。
図４（ｂ）では、光路長設定手段２４において、図示しない支持部材上に固定された集光レンズ２０及び参照ミラー２１に向かって、この支持部材上のレールに沿ってコリメータ１９ｄを近付けることを前提としている。図４（ｂ）は、このコリメータ１９ｄを近付ける前提において、参照光路の光路長Ｌ１が、図４（ａ）に示す試料光路の光路長Ｌ１に一致した様子を模式的に示している。つまり、参照光路においてコリメータ１９ｄを移動させて図４（ｂ）に示した現在の位置に固定することは、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を、試料２００の手前の基準位置Ｐ１に設定したことと等価である。

【0051】

図４（ｃ）では、光路長設定手段２４において、図示しない支持部材上のレールに沿ってコリメータ１９ｄを、この支持部材に固定された集光レンズ２０及び参照ミラー２１から遠ざけることを前提としている。図４（ｃ）は、このコリメータ１９ｄを遠ざける前提において、参照光路の光路長Ｌ２が、図４（ａ）に示す試料光路の光路長Ｌ２に一致した様子を模式的に示している。つまり、参照光路においてコリメータ１９ｄを移動させて図４（ｃ）に示した現在の位置に固定することは、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を、被写体よりも深い基準位置Ｐ２に設定したことと等価である。なお、図４（ｃ）では、図４（ｂ）と比べて、コリメータ１９ｄの位置を光軸に沿って試料の手前側（図４において左側）に距離Ｘだけ移動させている。

【0052】

［試料側の基準位置を被写体よりも深い位置に設定する効果］
次に、試料側の基準位置を被写体よりも深い位置に設定する効果について説明する。
本願発明者は、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を変更することができる光干渉断層画像生成装置を準備し、試料近傍に鏡を配置して、試料側の基準位置を順次変更したときに、それぞれ表示されるＯＣＴ画像等を観測する実験を行った。一般に、眼科のＯＣＴ画像の測定においては、上記２つの光路長を一致させるときの試料側の基準位置を、眼（試料）の観測対象部位よりも手前に設定している。

【0053】

一方、歯科では、例えば臼歯の嵌合面を観察したり、臼歯の嵌合面を正面として光を照射したときのＯＣＴ画像を観察したりすることが要望されるため、臼歯の嵌合面に光を照射する鏡が必要になる。これは、眼科ではありえない、歯科特有の事情である。例えば臼歯を観察するために、器具の先端に固定具及び鏡を配置し、その器具を患者の口に挿入して固定具を臼歯の嵌合面に固定した安定状態で画像を取得する場合が想定される。

【0054】

そこで、上記実験のために準備した光干渉断層画像生成装置において、まず、通常の方法のように、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を試料（臼歯）の手前に設定した。その上で、図２（ｃ）に示すように支持体４の固定具４ｋを試料（臼歯）２００の嵌合面に固定し、臼歯の画像（立体画像、正面画像、ＯＣＴ画像）を取得した。

【0055】

取得された画像の具体例について図５〜図８を参照して説明する。
図５は、左に配置された立体画像、右下に配置された正面画像、右上に配置されたＯＣＴ画像の模式図である。なお、試料２００にとっての正面、背面、左側面、右側面、上面及び下面を、それぞれ、Ｓ面、Ｉ面、Ｌ面、Ｒ面、Ｐ面及びＡ面と呼ぶ。図６〜図８は、画像を生成したときの試料側の基準位置をそれぞれ変更した点が図５と異なっている。

【0056】

例えば図５に示した立体画像は、画面右隅の立方体で示す向き、すなわちＬ面側を見た臼歯の画像である。
また、図５に示した正面画像は、前記立体画像においてＳ面（正面）の深さ方向のデータを総和して求めた２次元画像である。この正面画像には、Ｓ面の最表面に本来は見えない内部の情報も表示されている。
さらに、図５に示したＯＣＴ画像は、Ａ面（下面）に平行な面であって、正面画像中のほぼ中央に配置された横線で切断した断層面における画像である。なお、ＯＣＴ画像は、例えば４００個の断層面に対応して４００枚取得されており、そのうちのいずれかを指定することで所望の画像が表示される。

【0057】

図５の立体画像から明らかなように、臼歯の画像には鏡の画像が映り込んで表示されることを確認した。その後、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を試料の光軸に沿ってより深い位置に徐々に変更しながら臼歯の画像を生成して表示する実験を行った。その結果、図６及び図７に示すように、表示画面において、鏡の画像は徐々に下に移動しながら小さくなって目立たなくなり、一方、臼歯の画像は徐々に上に移動して画面の上縁から折り返す画像が重なって表示された。遂には、図８に示すように、鏡の画像がほとんど見えずに臼歯の画像が上下反転して表示された。

【0058】

その結果、本願発明者は、必要な試料の画像に対して試料近傍の不要物の画像が映り込んで表示される現象と、参照光路における参照ミラー２１（図１）の位置との間に密接な関係があることを見出した。以下、図１０を参照して説明する。

【0059】

図１０（ａ）は、試料の近傍に斜鏡を配置し、かつ、試料側の基準位置を試料の手前に設定して固定することを前提として、鏡が試料の画像に映り込んだときに取得された干渉光の検出信号の一例を模式的に示すグラフである。グラフの横軸は、試料光路の光路長から参照光路の光路長を差し引いた差分の１／２を、光路長の距離差（ｍｍ）として表したものである。ここで、１／２としているのは、光路長は、往復を考慮したものであるが、撮影された画像に反映される距離はその１／２になるためである。この距離差は、試料側の基準位置を固定した状態において、試料側において信号を検出する位置に応じて異なる。図１０（ａ）のグラフにおいて、原点は、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を表している。この原点は試料の手前に設定された基準位置Ｐ１（図４（ａ）参照）に対応している。グラフの縦軸は信号の強度（パワー、ｄＢ）を表している。

【0060】

図１０（ａ）のグラフに示すように、光路長の距離差が０の位置では、参照光路の光路長と試料光路の光路長とが一致しているので信号の強度が最も高くなっている。また、試料光路の光路長と参照光の光路長との距離差がより大きくなるような試料側の位置で検出される信号の強度は、より大きく減衰している。また、信号の強度は、原点を境にして、ほぼ左右対称となっている。

【0061】

図１０（ｂ）は、試料光路の一部（図４（ａ））と、参照光路における光路長設定手段２４の一部（図４（ｂ））とを合わせて簡略化した図であって、斜鏡４ｊ₀及び参照ミラー２１を図１０（ａ）のグラフの横軸（距離差）に対応付けて模式的に示している。
ここでは、参照光路における参照ミラー２１は、図１０（ａ）のグラフの原点に対応させて配置され、試料光路における試料２００は、この原点から僅かにプラス方向（右）にずれた位置に配置される。そして、試料光路における斜鏡４ｊ_０は、原点からマイナス方向（左）にずれた位置に配置される。

【0062】

図１０（ａ）のグラフ上に示す信号Ｓ１は、斜鏡４ｊ_０の影響によるものである。斜鏡４ｊ_０の影響による信号Ｓ１は、光路長の距離差が「−４．５ｍｍ」の位置に図示されている。これは、試料側の基準位置Ｐ１から斜鏡４ｊ_０までの距離ｄ（図４（ａ）参照）が４．５ｍｍであることに相当する。グラフ上でこの信号Ｓ１が折り返されて信号Ｓ２が生じるため、図１０（ｂ）に示すように、取得されるＯＣＴ画像５０１には、信号Ｓ２の位置に不要な鏡の信号が映り込むと考えられる。

【0063】

図１０（ａ）のグラフ上では、信号Ｓ２は、撮影可能距離Ａの範囲内に折り返されている。なお、撮影可能距離Ａの値は、横軸で示す距離の数値（ｍｍ）に関連付けられた定数である。このグラフに示すように、光路長の距離差が撮影可能距離Ａの値を超える範囲では、信号の強度は急激に減衰している。ここでは、撮影可能距離Ａの値は、一例として８ｍｍであるものとした。撮影可能距離Ａは、光源１１（図１）から射出される光の可干渉距離と、干渉光のサンプリングレートと、で決まる断層画像の深さ方向の距離によって決定される。

【0064】

ここで、可干渉距離とは、パワースペクトルの減衰が６ｄＢとなるときの距離に相当し、光源１１（図１）の性能に関する。
また、干渉光のサンプリングレートとは、ＯＣＴ制御装置１００（図１）において、試料２００のＯＣＴ画像等を生成するために、ディテクタ２３（図１）で検出される干渉信号を、サンプリングするためのサンプリングクロック信号の周波数を意味する。

【0065】

図１０（ｃ）は、試料の近傍に斜鏡を配置し、かつ、試料側の基準位置を被写体よりも深い位置に設定して固定することを前提として、鏡の影響が低減されたときに取得された干渉光の検出信号の一例を模式的に示すグラフである。図１０（ｃ）のグラフの見方は、図１０（ａ）のグラフと同様である。ただし、図１０（ｃ）グラフでは、原点が、被写体よりも深い位置に設定された基準位置Ｐ２（図４（ａ）参照）に対応している。

【0066】

図１０（ｄ）は、試料光路の一部（図４（ａ））と、参照光路における光路長設定手段２４の一部（図４（ｃ））とを合わせて簡略化した図であって、斜鏡４ｊ₀及び参照ミラー２１を図１０（ｃ）のグラフの横軸（距離差）に対応付けて模式的に示している。
ここでは、参照光路における参照ミラー２１は、図１０（ｃ）のグラフの原点に対応させて配置され、試料光路における試料２００は、この原点からマイナス方向（左）にずれた位置に配置される。そして、試料光路における斜鏡４ｊ_０は、この原点からさらにマイナス方向（左）にずれた位置に配置される。

【0067】

図１０（ｃ）のグラフ上に示す信号Ｓ３は、斜鏡４ｊ_０の影響によるものである。斜鏡４ｊ_０の影響による信号Ｓ３は、光路長の距離差が「−１４．６ｍｍ」程度の位置に図示されている。これは、試料側の基準位置Ｐ２から斜鏡４ｊ_０までの距離（図４（ａ）参照）が１４．６ｍｍであることに相当する。
ここで、基準位置Ｐ２から斜鏡４ｊ_０までの距離は、図４（ａ）に示すように、基準位置Ｐ２から基準位置Ｐ１までの距離Ｘと、基準位置Ｐ１から斜鏡４ｊ_０までの距離ｄとの合計値である。よって、具体例として、基準位置Ｐ２から斜鏡４ｊ_０までの距離が１４．６ｍｍ、かつ、距離ｄが４．５ｍｍである場合、基準位置Ｐ２から基準位置Ｐ１までの距離Ｘは、それらの差である１０．１ｍｍに相当する。この距離Ｘは、撮影可能距離Ａに比べて長く、かつ、撮影可能距離Ａの２倍よりも短くなっている。

【0068】

このような関係式を満たすようにすれば、参照光路における参照ミラー２１又はコリメータレンズ１９の配置を容易に決定することができる。つまり、基準位置Ｐ１が既知の場合、基準位置Ｐ１から、撮影可能距離Ａに比べて長く、かつ、撮影可能距離Ａの２倍よりも短い距離だけ離間した位置を、基準位置Ｐ２として決定すればよい。これによれば、試料についての干渉信号の強度を維持しながら、試料近傍の斜鏡等の不要物についての干渉信号を効率よく弱めて、不要物の影響を低減させた鮮明な画像を取得することができる。

【0069】

なお、図１０（ｃ）のグラフ上に示す斜鏡４ｊ_０による信号Ｓ３の強度が、図１０（ａ）のグラフに示す斜鏡４ｊ_０による信号Ｓ１の強度に比べて小さい理由は、図１０（ｃ）のグラフの原点から信号Ｓ３の位置までの距離（例えば１４．６ｍｍ）が、図１０（ａ）のグラフの原点から信号Ｓ１の位置までの距離（例えば４．５ｍｍ）より大きいからである。

【0070】

図１０（ｃ）に示すように、干渉光の検出信号では、試料光路と参照光路との光路長の距離差が０の位置を中心にして信号の折り返しが生じると共に、原点から撮影可能距離Ａだけ離れた位置を中心にして信号の折り返しが生じる。撮影可能距離Ａが例えば８ｍｍである場合、光路長の距離差が「−８ｍｍ」となる位置を中心に、斜鏡４ｊ_０による信号Ｓ３が折り返され、信号Ｓ４が生じる。さらに、原点を中心に、この信号Ｓ４が折り返され、信号Ｓ５が生じる。

【0071】

図１０（ｃ）のグラフ上では、信号Ｓ５は、撮影可能距離Ａの範囲内に折り返されている。そのため、図１０（ｄ）に示すように、取得されるＯＣＴ画像７０１では、信号Ｓ５の位置に不要な鏡の信号が映り込むと考えられる。しかしながら、この例では、ＯＣＴ画像７０１における信号Ｓ５の位置は、歯冠が鮮明に映る領域から外れている。加えて、斜鏡４ｊ_０を表す信号Ｓ３の強度がそもそも小さいため斜鏡がほとんど見えなくなる。一方で、ＯＣＴ画像７０１として、反転した像が得られるが、ＯＣＴ制御装置１００の画像処理により、図９に示すように、上下反転することで見易い画像を取得することができる。なお、図９は、左に配置された立体画像及び右上に配置されたＯＣＴ画像がそれぞれ上下反転されている点が図８と相違している。

【0072】

次に、光干渉断層画像生成装置１の使用方法について図１、図２、図４及び図１１を適宜参照して説明する。術者は、不図示の電源スイッチをＯＮして光路長設定手段２４を、電動によって、又は、予め手動によって、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を被写体よりも深い位置（基準位置Ｐ２：図４（ａ））に設定しておく。そして、術者は、図１に示すシャッタ３１を開放状態にするボタンを操作し、測定（撮影）を開始するボタンを操作する。
試料２００が例えば臼歯の場合、術者は、把持したプローブ３０の先端部に連結された支持体４を、患者の前方から患者の口腔に挿入し、支持体４を図２（ｃ）に示すように臼歯（試料２００）に当接させることにより、患者の位置付けを行ってから、測定を行う。そして、ＯＣＴ制御装置１００は、得られた画像を、上下反転する画像処理を行った上で表示装置５４に表示させる。

【0073】

一方、試料２００が例えば前歯の場合、術者は、例えば図１１に示すような鏡を有しない前歯専用の支持体５をプローブ３０に装着する。この支持体５は、全体が略円筒形状に形成された部材からなる。具体的には、支持体５は、開口５ｄを有して第２筒体３９（図２（ａ））に連結される係合筒部材５ｃと、係合筒部材５ｃの前側に連設されたフランジ部５ｈと、フランジ部５ｈの前側に連設された円筒部５ｂと、円筒部５ｂの前側に連設された３本の軸部５ａと、軸部５ａの前側に形成されたリング状の固定部５ｋと、が一体形成されている。なお、支持体５の光路長は、図２（ｂ）に示す支持体４の光路長と同じ長さである。ここで、支持体５の光路長とは、図１１において係合筒部材５ｃの右端から固定部５ｋの左端までの長さである。また、支持体４の光路長とは、図２（ｃ）において矢印で示すように係合筒部材４ｃの右端から斜鏡４ｊまでの長さと、斜鏡４ｊから固定具４ｋの下端までの長さとの和である。この場合、術者は、把持したプローブ３０の支持体５の固定部５ｋを、患者の前歯（試料２００）の正面に当接させることにより、患者の位置付けを行ってから、同様に測定を行う。

【0074】

以上説明したように、光干渉断層画像生成装置１は、試料近傍に不要物が配置されたとしても、試料光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させるときの試料側の基準位置を被写体よりも深い位置に設定し、取得される画像を上下反転させることができるので、不要物の影響を低減させた見易い画像を取得することができる。

【0075】

以上、実施形態に基づいて本発明に係る光干渉断層画像生成装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、参照光路の光路長を変化させる光路長設定手段２４を備えるものとしたが、代わりに、同様の機構で試料光路の光路長を変化させる光路長設定手段を備えるようにしてもよい。ただし、その場合には、試料側の基準位置を被写体の奥側（深い位置）に設定したときの集光レンズ３４の焦点距離と、試料の手前側に設定したときの集光レンズ３４の焦点距離と、を変更するために、集光レンズ３４そのものを取り換える手間が必要となるので、試料側の基準位置を容易に切り替えるためには参照光路の光路側で設定することが好ましい。

【0076】

光干渉断層画像生成装置を、光路長設定手段２４において試料側の基準位置を被写体よりも深い位置に設定した状態で測定する第１動作モードと、光路長設定手段２４において試料側の基準位置を試料２００の手前に設定した状態で測定する第２動作モードと、を切り替え可能な構成としてもよい。この場合、ＯＣＴ制御装置１００は、上下反転させる画像処理を第１動作モードだけで行い、第２動作モードでは行う必要がない。

【0077】

光干渉断層画像生成装置を、試料近傍に鏡を配置することを前提とした専用装置として構成してもよい。この場合、試料側の基準位置を被写体よりも深い位置に予め設定して固定しておけばよい。また、プローブ３０とは別体の支持体４が斜鏡４ｊを備えることとしたが、斜鏡や固定具を備える専用のプローブを用いてもよい。

【0078】

プローブ３０に装着される支持体４は、試料２００を臼歯として、臼歯の咬合面に光を照射する撮影に使用されるものとしたが、咬合面に限らず、舌側面や頬側面を撮影することにも適している。臼歯に限らず、例えば、口腔内組織撮影、その他、前歯部の舌側面側のＯＣＴ画像を撮影するのにも適している。

【0079】

２次元走査機構３３として、ガルバノミラーを採用した場合について説明したが、これに限らず、２次元ＭＥＭＳミラーを採用することもできる。２次元ＭＥＭＳミラーの素子は、例えば、光を全反射するミラーや、電磁力を発生する電磁駆動用の平面コイル等の可動構造体が形成されたシリコン層と、セラミック台座と、永久磁石と、の３層構造に形成されて、コイルへ通電される電流の大きさに比例してＸ軸方向及びＹ軸方向に静的、動的傾斜する制御が可能になっている。

【0080】

本発明において、試料は、歯牙に限定されるものではない。また、歯科以外の医療機器、非破壊検査等に本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0081】

１ 光干渉断層画像生成装置
４，５ 支持体
４ｊ，４ｊ₀ 斜鏡
１０ 光学ユニット
１１ 光源
２１ 参照ミラー
２４ 光路長設定手段
３０ プローブ
１００ ＯＣＴ制御装置
２００ 試料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】