JP2008194108A - 位置方向検出機能付き３次元上特性測定・表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プローブと被計測体の相対的位置方向関係を計測・算出し、１回で計測可能な計測領域より広い範囲の計測データを一括して見ると共に、口腔内等の小さな領域内にもプローブを適用できる様にする。
【解決手段】プローブまたは被計測体に配した特定部位の位置および／または方向を計測する位置方向計測手段を有するか、被計測体に対して前記プローブの位置方向が一定の軌跡で動きながら計測を行ない、さらに、生成した被計測体と前記プローブの相対的１〜３次元位置方向運動軌跡データと被計測体表面および内部の１〜３次元反射特性データを時空間的に同期配置させることにより、被計測体の２〜３次元的な構造情報または組成情報または材質変化情報またはこれらの運動情報を得て、これらの断面を主とした断層像を表示する光コヒーレンストモグラフィー装置を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、生物体の表面および内部の特性を３次元空間上の特性値として測定し、測定データを演算部において演算処理し、２次元または３次元の画面または印刷物に表示する３次元上特性測定・表示装置に関する。３次元上特性測定・表示装置に具体的な例としては、Ｘ線ＣＴ装置・ＭＲＩ装置・２〜３次元超音波画像診断装置・ＰＥＴ装置・ＳＰＥＣＴ装置・光ＣＴ装置および光コヒーレンストモグラフィー装置が含まれるが、特に１回あたりの計測範囲の小さい光コヒーレンストモグラフィー装置や近接磁場を用いたMRI装置・３次元超音波診断装置には特に有用である。また３次元空間上の２次元表面の可視光学的撮像装置であるビデオカメラも近接した場合には撮像範囲が狭いので有用となる。これらの中で、被写体を固定し３次元空間上で自由に位置方向付け可能なプローブを使用する様な医療機器、特に歯科領域である口腔内の軟硬組織の２〜３次元上の特性をプローブを口腔内に挿入して測定する様な用途に好適である。また、超音波画像診断装置は通常２次元の断面を計測するものであるが、これを断面に垂直な方向に動かす場合等には特に有用である。また、光コヒーレンストモグラフィー装置は計測範囲が数ｍｍ〜十数ｍｍ範囲と狭く、これを歯科に適用する様な用途にも特に有用である。

従来、歯科の診断において、顎口腔領域を撮影するために、Ｘ線撮影装置、口腔内カメラ、歯科用カメラ、Ｘ線ＣＴ、ＭＲＩ等が使用されてきた。また、最近光コヒーレンストモグラフィーを歯科に適用する発明考案等もなされてきている。
Ｘ線撮影装置で得られる像は、あくまで透過像であり、被計測体のＸ線進行方向の情報は重ねあわされて検出される。そのため、被計測体の内部構造を３次元的に知ることができない。また、Ｘ線は人体に有害であるため、年間被爆線量が決められており、資格を持った術者しか装置を扱えない上に、鉛・鉛ガラスなどの遮蔽部材に囲まれた部屋でしか使用できない。

口腔内カメラは、口腔内組織の表面のみを撮像するので、歯等の内部情報が得られない。Ｘ線ＣＴは、Ｘ線撮影装置と同様人体に有害である上に、分解能が悪く、装置も大型かつ高価である。通常使用されているＭＲＩ装置は、分解能が悪く、装置が大型かつ高価である上に、水分のない歯の内部構造は撮影できない。
ところで、光コヒーレンストモグラフィー装置（以下、ＯＣＴ装置と称する）は、人体に無害で、被計測体の３次元情報が高分解能で得られるため、角膜や網膜の断層計測等の眼科の分野で応用されている。なお、ＯＣＴは、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙの略である。また、光コヒーレンストモグラフィー装置は、光学干渉断層撮影装置と呼ばれることもある。また、歯科分野においても光コヒーレンストモグラフィー装置を応用した発明考案がなされている。（特許文献１〜４、実用新案文献１〜４、非特許文献１〜１０参照）

ここで、ＯＣＴ装置の計測範囲がどの様に構成されるかを示すために、その基本構成について説明する。
（ＯＣＴ装置の基本構成・基本用語の説明および動作原理）
本発明にかかる歯科用光コヒーレンストモグラフィー装置の形態を図１を持って説明する。図１において、時間的に低コヒーレントまたはコヒーレントな光源１と、ファイバーカップラー２ａ（光分割部・干渉部）と、参照ミラー３と、光検出器４（光検出部）と、コンピュータ５（演算部）をＯＣＴの基本構成として示している。
この基本構成において、光源よりファイバーカップラーへ至る光を光源光、ファイバーカップラーより参照ミラーへ至り参照ミラーから反射して再びファイバーカップラーへ戻る光を参照光、ファイバーカップラーより被計測体Ｔへ至る光を計測光、被計測体Ｔ各部より反射して再びファイバーカップラーへ戻る光をｚ方向物体反射光、ファイバーカップラーより光検出器４および光源１へ至る光を干渉光という。

この基本構成において、光源より出射した光源光はファイバーカップラーに至って参照光と計測光の２系統に分岐し、参照光は参照ミラー３によって鏡面反射して再びファイバーカップラーに戻り、計測光は被計測体各部より反射・散乱・透過作用を受けその一部である後方散乱光がｚ方向物体反射光として被計測体Ｔ各部（基本構成においては時間軸上に変換されたｚ方向の被計測体各部）の後方散乱係数情報を担いつつ再びファイバーカップラーへ戻る。ファイバーカップラーへ戻った参照光とｚ方向物体反射光はファイバーカップラーにより干渉し、干渉光となって光源１と光検出器４の方へ分岐出射する。この干渉光の強度を光検出器４で検出し、その干渉光強度をコンピュータ５に入力して時間軸上で計測解析し、物体各部の後方散乱係数情報すなわち物体各部の情報を表示するものである。ｚ方向物体反射光はその電磁波としての波形上に物体情報を担っているが、光波形はあまりにも現象が速すぎて時間軸上で直接計測できる光検出器は存在しないが、参照光と干渉させることによって被計測体各部の後方散乱特性情報が光の強度の変化に変換されるので光検出器で時間軸上での検出が可能となる。

説明の都合上、計測光の進行方向をｚ方向とし、計測光と参照光の光路差がゼロとなる干渉の中央地点のデータを得る動作をPモード、ｚ方向の線状データを得る動作をAモード、ｚ方向とそれに垂直なｘ方向による２次元断面の断層データを得る動作をBモード、さらにＢモードの各断層の位置をずらしてｚ方向とｘ方向とｙ方向の３次元データを得る動作をＣモードとし、これらの被計測体における座標系を図１に記載のごとく定義する。これらｚ・ｘ・ｙの各方向の情報を得るために、図１の従来例ではｘ方向およびｙ方向に計測光束を走査するためのガルバノミラー８−１〜２を用いる。ｚ軸方向の情報を得るための手段は、参照ミラー３を光軸方向に駆動する参照ミラー駆動法（所謂タイムドメイン方式）と、レンズ７−６の出力側に回折格子を置いてｚ軸方向の時間軸情報を回折格子の回折方向の空間軸情報に変換し、光検出器４としてＣＣＤ等の１〜２次元の撮像素子を用い、コンピュータ５上で時間軸情報すなわちｚ軸方向情報を再構成するスペクトルドメイン方式（フーリエドメイン方式のひとつ）、光源１として可変波長光源を用いて回折格子を用いないスウェプトソース法（フーリエドメイン法のひとつ）がある。

ファイバーカップラー２ａを使ったＯＣＴの基本構成としてはこの他に、ファイバーカップラーへの光の入出力に用いられる光ファイバー６−１〜４、光源光・参照光・干渉光をコリメートまたは集光するためのレンズ７−１〜５、７−７、および計測光を集光しｚ方向物体反射光をコリメートするための対物レンズ７−６が必要である。なお、ファイバーカップラーの代わりにビームスプリッター２ｂ（図示無し）を使った構成も考えられる。この場合、光ファイバー６−１〜４は必ずしも必要なくなるが、光源１・ビームスプリッター２ｂ・参照ミラー３・対物レンズ７−６・光検出器５を光学的に適切に配置する必要があり、コンパクトな配置等のために各所にミラーを用いたり場合によっては部分的に光ファイバーを用いたりするが、基本構成としては干渉を行う部材としてファイバーカップラー２ａを用いるかビームスプリッター２ｂを用いるかの違いだけであり原理的構成は同一である。

なお、少なくとも計測光およびｚ方向物体反射光の導光部および対物レンズ７−６を含むユニットをプローブユニット（Ｐｒｏｂｅ Ｕｎｉｔ）Ｕ２、少なくとも光源のコントロール出力・光検出器４からの入力およびコンピュータ５を含むユニットをＰＣユニット（ＰＣ Ｕｎｉｔ）Ｕ３、少なくとも光源１・ファイバーカップラー２ａ・参照ミラー３・光検出器４を含むユニットをＯＣＴユニット（ＯＣＴ Ｕｎｉｔ）Ｕ１とする。

図１に基づく前述の従来例では、ｚ方向のAモードを得るためにタイムドメイン法では参照ミラーの光束方向への走査・フーリエドメイン法では光源の波長毎のデータの逆フーリエ変換を利用し、ｘ方向とｙ方向のBモードとCモードに関してはガルバノミラーによる走査を紹介したが、これら各モードを実現する方法については様々な方式が提案されている。たとえば参照ミラー走査によるｚ方向Aモードに加えて、点光源からの点光束をシリンドリカルレンズにより線光束としてｘ方向Bモード画像を得て（シリンドリカルレンズ方式）、さらにガルバノミラーによるｙ方向走査と組み合わせてCモードを得ることもその方法のひとつである。この方法においてAモードの実現に参照ミラーを固定したフーリエドメイン法を組み合わせても良い。また、シリンドリカルレンズを用いる特殊な方法として、深さ方向走査もフーリエドメイン法も用いずにｘ方向やｙ方向のガルバノミラー走査だけを行なってｘ方向線上データやｘｙ方向の面上データを得る特殊なモードも可能である。さらに光源からの光をレンズを使って２次元面状に広げ、空中光学系を使って被写体に面計測光束を照射し、参照ミラーと同一光路長となる深さの被計測体内部のｘｙ面（厳密にはｘｙ面に近い球面となるが）上データを得るフルフィールド方式を用いた特殊なモードや、これに参照ミラーのAモード走査を組み合わせる特殊なCモード動作も可能である。

この様なＯＣＴ装置によって、非破壊、非接触で被計測体内部の高分解能な画像を得ることができる。用途としては一般の物体から、生体、人体、医用、眼科・皮膚科・内視鏡分野・歯科分野への適用有用性が発表されている。ＯＣＴ装置の歯科の分野への適用については、ＯＣＴ装置を用いて、歯の断層を撮影した例が開示されている（例えば、特許文献１〜４、実用新案文献１〜４、非特許文献１〜１０参照）。

特許文献１〜３は、光コヒーレンストモグラフィーを歯科に適用する場合に従来の歯科用の設備にいかに組み込むかというものであり、また光ファイバーケーブルあるいは電力・信号線をつかって計測用のプローブの把持位置および方向を自由にし、特に深さ方向の走査をプローブ内でいかに行なうか、プローブから計測光をいかに射出するかについて言及している。また、特許文献４は、光源の波長を走査するフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーを開示し、その波長域やプローブの構成等について言及している。さらに実用新案文献１〜４については歯科用のハンドピースにプローブを組み込む提案がなされている。また、非特許文献１〜１０に光コヒーレンストモグラフィーを歯科に適用した場合の描像性能についての報告が成されている。
これら歯科用途に用いられる光コヒーレンストモグラフィー装置は、全て眼科をはじめとする歯科以外において実用または研究開発発表されている光コヒーレンストモグラフィー装置を歯科に適用したもので、上記に述べた基本構成は同一である。
以上、光コヒーレンストモグラフィー装置について従来技術を述べてきたが、２次元超音波画像診断装置についてもこれを２次元の撮像断面に対して垂直な方向に連なる断面を撮像する場合にはプローブをその方向に動かすのが常である。また、口腔内にプローブを挿入して口腔内の軟硬組織の断層像を観察する様な用途においても、その撮像範囲は限られるであろう。また、近接磁場を使う内視鏡型のMRI装置についても内視鏡として使用する場合・口腔内に使用する場合いずれにおいてもその計測範囲は限られている。

特開２００４−３４４２６０A号 特開２００４−３４４２６２A号 特開２００４−３４７３８０A号 特開２００６−１９１９３７ 実用新案登録第３１１８７１８号 実用新案登録第３１１８８２３号 実用新案登録第３１１８８２４号 実用新案登録第３１１８８３９号 レーザー研究 ２００３年１０月号：医療を中心とする光コヒーレンストモグラフィーの技術展開 Journal ofBiomedical Optics, October 2002, Vol.7 No.4：Imaging caries lesions and lesion progression withpolarization sensitive optical coherence tomography APPLIED OPTICS,Vol.37, No.16, 1 June 1998: Imaging of hard-and soft-tissue structure In theoral cavity by optical coherence tomography OPTICS EXPRESS,Vol.3,No.6,14 September 1998: Dental OCT OPTICS EXPRESS,Vol.3,No.6,14 September 1998: In vivo OCT Imaging of hard and soft tissue ofthe oral cavity ２００４年度日本光学会年次学術講演会予稿集、５ａＦ６、フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーによる歯科試料計測 ２００５年度日本光学会年次学術講演会予稿集、２４ｐＥ５、３次元歯科計測へのスペクトル干渉断層法の応用 Photonics West2006, 6079-66, In-Vivo three dimensional Fourier-Domain Optical CoherenceTomography for soft and hard oral tissue measurements Photonics West2006, 6137-03, Assessment of dental-caries using optical coherence tomography Journal ofDental Research 85(9)2006,Remineralization of Enamel Caries Can DecreaseOptical Reflectivity

これらの従来の３次元上特性測定・表示装置の典型的な構成である光コヒーレンストモグラフィー装置においては、前述の様にｘ・ｙ・ｚの各方向の情報を得るために、ｘ方向およびｙ方向に計測光束を走査するためのガルバノミラー８−１〜２を用いている。また、単にｙ・ｚの各方向の情報を得るためだけにおいても、ｙ方向に計測光束を走査する必要がある。シリンドリカルレンズを用いた方法についても、Ｃモード画像を得るには１次元のガルバノミラー走査が必要となる。このため、歯科の特に口腔奥部にプローブを挿入する必要のある臼歯部や歯の舌側面からの計測においては、非常に小型のプローブが要求される。

一方でガルバノミラーはその駆動用のモーターがセットになっており、口腔内に挿入するにはかなりの大きさを有しているのが現状であり、歯科の様な分野において光コヒーレンストモグラフィーを用いることの大きな障害となる。また、大きさだけでなくガルバノミラーの重量も操作者にとっては大きな負担となる。このため、プローブを口腔内に持ち込むことが出来ないので例えば臼歯部の舌側面等を測定する場合にガルバノミラーから被写体までの距離が非常に長くなり、設計も困難をきたすし仮に設計できたとしても分解能や測定深度、アーティファクト等の性能劣化の要因となる。また、重いプローブであれば、測定時に被計測体に何らかの方法で固定する必要があるが、固定方法としては手持ちで被計測体に対して一定の位置方向を維持することは非常に困難である。

現状のＯＣＴ（一般的な光コヒーレンストモグラフィー）の性能ではＢモードでは毎秒３０コマの計測スピードが実現しているがＣモードでは数秒〜数十秒かかるので、この間大きくて重いプローブを一定の位置方向に維持することは不可能に近い。この対策として例えば歯科の場合マウスピースを患者が噛むかまたはシーネを歯牙に固定し、これらマウスピースまたはシーネをプローブに固定する方法がある（特願２００５−３３７３７２）が、手持ちタイプの大きく重いプローブでは操作者の腕への負担が重くなるか患者の顎または歯列への負担が重くなり、測定に支障をきたす。特許文献１〜３にプローブ部分を口内法Ｘ線装置の様に多関節アームで支持するタイプのものが開示されているが、この開示の中にはプローブを被写体に固定する方法については示されておらず、固定が無い状態では、被写体への精密な位置付けが困難なだけでなく、数十秒かかるＣモードの撮影の場合に多関節アームで固定されたプローブが振動したり、患者が動いたりして外乱やアーティファクトを生じる要因ともなる。そこで本発明では、患者が治療椅子から移動することなく、プローブを操作者や患者への負担なく、被写体にしっかりと固定する方法を提供することを解決すべき課題とするものである。そこで、プローブを小型・軽量化して扱い易くするとともに、必要に応じプローブを口腔内に持ち込み可能として性能劣化をきたさない歯科用コヒーレンストモグラフィー装置を提供することを解決すべき課題とするものである。

また、ｘ方向およびｙ方向に計測光束を走査するためにガルバノミラー８−１〜２を用いた場合においてもその走査系計測範囲は非常に限られており、数ｍｍから十数ｍｍの範囲が限界となっている。このため、歯科における全歯列を一括して計測する様な広い範囲の計測用途において、走査系計測範囲を超える領域は空間的に互いに関連付けの無い複数の計測データとなってしまう問題がある。フルフィールド方式においてはガルバノミラーが不必要となるが、この方式においても計測範囲はレンズで計測光を照射可能な範囲に限られている。プローブを移動して計測位置を変更した場合、移動後の計測データと移動前の計測データの３次元的な位置を共通に把握する手段は講じられていない。そのために１０数ミリ×１０数ミリ×深さ数ミリという現状の計測範囲性能では歯牙・歯周全体を計測表示したり、上顎・下顎全体の歯列を表示したりすることが出来ない。そこで歯牙・歯周全体を同一位置方向の基準で計測表示したり、上顎・下顎全体の歯列を表示したりすることを解決すべき課題とするものである。以上、３次元上特性測定・表示装置の一種である光コヒーレンストモグラフィー装置についてその課題を述べたが、これは計測範囲の狭い３次元上特性測定・表示装置の全般、特に２次元の超音波画像診断装置や内視鏡型のMRI装置についても同様である。

本発明を決するための基本的な手段は、プローブまたは被計測体に配した特定部位の位置・方向のいずれかまたは双方を計測する位置方向計測手段を備えるか、または被計測体に対して前記プローブの位置方向が一定の軌跡で動きながら計測を行ない、３次元上特性測定・表示装置、特に光コヒーレンストモグラフィー装置による被計測体表面および内部の１〜３次元反射特性データと前記位置方向計測手段計測データとを時間的に同期させて計測するかまたはプローブを一定の軌跡で動かして計測することにより、被計測体と前記プローブの相対的１〜３次元位置方向データを生成し、被計測体表面および内部の１〜３次元反射特性データを時空間的に同期配置させることにより、被計測体の２〜３次元的な構造情報または組成情報または材質変化情報またはこれらの運動情報を得て、これらの断面を主とした断層像を表示または印刷することである。
さらに、前記位置方向計測手段として、単数または複数の角速度センサまたは加速度センサを構成し用いることである。
さらに、前記位置方向計測手段が、前記プローブと、被計測体に対して固定または静止している固定静止部との相対的な位置方向を計測するためのリニアゲージまたは角度ゲージ、または光学マーカーおよび位置検出器のセット、光学マーカーまたはイメージセンサ、または光学マーカーまた光コヒーレンストモグラフィー装置自身を構成し用いることである。
さらに、前記イメージセンサまたは光コヒーレンストモグラフィー装置が、自身で検出した被計測体データの中から特定の光学マーカーまたは被計測体の特徴パターンの位置方向データを導出することである。
さらに、被計測体の一部または全部、またはプローブのいずれかを静止させることである。被計測体の一部または全部、またはプローブのいずれかを静止させることである。同期させて計測し、時空間的に同期配置させた３次元上特性測定・表示装置・特に光コヒーレンストモグラフィー装置のすべてのデータのうち、所望の分解能の範囲に複数の計測データが重複して存在した場合にこれらを適切なひとつのデータで置き換えることである。
重複しているデータを前記所望の分解能の範囲またはその周囲の領域のデータの平均値または最小二乗法に基づく近似値で置き換えることである。

本発明による位置方向検出方法は、いずれもガルバノミラーよりもかなり小型軽量の部品を使用して実現可能であり、光コヒーレンストモグラフィーにおいてガルバノミラーを不要とするかまたは減らすことにより、プローブを超小型にして歯科の様な非常に狭い空間での操作性の良い計測を可能にするものである。また、ガルバノミラーによる走査の有無に関わらず、歯周組織を含む歯列全体の様な被計測体の表面・内部の広範囲の２〜３次元的な構造情報または組成情報または材質変化情報または運動情報を得て、これらの断面を主とした断層像を表示または印刷する光コヒーレンストモグラフィー装置を実現するものである。これらは光コヒーレンストモグラフィー装置に限らず、計測範囲の狭い３次元上特性測定・表示装置の全般、特に２次元の超音波画像診断装置や内視鏡型のMRI装置についても同様である。

本発明を実施するための最良の形態として、光コヒーレンストモグラフィーを例にして述べる。被計測体全体を静止固定し、位置方向計測手段として光コヒーレンストモグラフィー自身が計測した特定部位のデータを基に、プローブと被計測体の特定部位の相対的な位置方向を計測し、生成した被計測体とプローブの相対的１〜３次元位置方向運動軌跡データと被計測体表面および内部の１〜３次元反射特性データを時空間的に同期配置させることにより被計測体の２〜３次元的な構造情報または組成情報または材質変化情報またはこれらの運動情報を得て、さらに所望の分解能の範囲に重複して存在する複数の計測データを平均値や最小二乗法に基づく近似値で置き換え、これらの断面を主とした断層像を表示または印刷する光コヒーレンストモグラフィー装置について、図２〜３を用いて説明する。

図２は本実施形態全体を説明するための概念図であり、光ファイバーケーブル６−３により導かれた計測光が対物レンズ・ｙ軸方向駆動のガルバノミラーを通して被計測体に照射され、後方散乱反射光が再びガルバノミラー・対物レンズを通して光ファイバーに入射し、光ファイバーケーブル６−３を通してＯＣＴユニットU1へ導かれることを示す。この例においてｘ軸方向走査のガルバノミラーは本発明の効果により不要となっている。図２中には被計測体の例として歯を、さらにその断面の例として内部の構造・病変である表面の断面線・ウ蝕の断面およびクラックの断面を示している。この実施形態において、プローブは移動させることによりその計測部位が移動することを前提としており、歯の部分にプローブ位置Aおよびプローブ位置Bにおける計測断面領域を示している。

図３はこのプローブ位置Aおよびプローブ位置Bにおける計測断面領域の計測結果の断層画像をそれぞれ四角い枠で示している。実際は２つの画像の位置方向は角度を含む６次元的に移行するが、図ではｙ方向ｚ方向の２次元的な移行を例示している。光コヒーレンストモグラフィーの生データの状態ではこれら２つの画像データは空間的な位置方向関係が存在しない互いに独立したデータとなっておいるが、図では本発明の実施の結果として２つの画像にまたがる被計測体の連続した領域を重ね合わせて表示している。本実施の形態においては連続した領域を重ね合わせているためのひとつの例として次の様な方法をとっている。
１．２つの計測領域のデータからそれぞれ図に示す様な形状の特徴面（例：強度の程度によって連続した領域として抽出される面、特徴線によって囲まれる面）・特徴線（例：特徴面の境界、強度が急変する点を急変する方向に垂直な方向に連ねた線、特徴点によって結ばれる線）・特徴点（例：強度が急変する点、特徴線の方向が急変する点）を抽出する。
２．２つの計測領域の相対的位置方向を６次元的に移動回転させ、２つの領域の特徴点・特徴線・特徴面が一致する様な移動量と回転量を見出す。プローブの移動方向や１つの断層データ取得に要する時間との関係によっては２つの計測領域は平行移動したものとみなし、これを２次元的な移動で処理してもよい。
３．２つの計測領域に対応する計測体の連続した領域のデータが重ね合わさる様に、見出した移動量および回転量によって２つの計測データを３次元空間上の６次元位置・方向に配置する。全ての計測領域について１〜３の処理を行う。
４．時空間的に配置させた２つの計測データのセットのうち、所望の分解能の範囲に複数の計測データが重複して存在しているデータを平均値に置き換え、さらに空間的に近傍にある計測領域の複数のセットの平均値から最小二乗法に基づく近似値を算出して平均値をこれに置き換える。
本実施の形態においては、位置方向検出手段として光コヒーレンストモグラフィー自身のデータを使った例を示したが、プローブに固定した異なる角度からの複数のイメージセンサの同時画像から共通の特徴点・特徴線・特徴面を抽出し、レンジファインダーの原理に基づいて被計測体とプローブの相対的位置方向関係を見出す方法もある。さらにプローブと被計測体の双方に固定されていない複数のイメージセンサの被計測体とプローブを含む画像から被計測体とプローブの位置方向関係を見出す方法もある。
（２番目の実施の形態）
位置方向計測手段が、３個の加速度センサと３個の角速度センサである例を図４に示す。図４は図２の構成に対して３方向の加速度センサと３方向の角速度センサがプローブに固定され、さらに被計測体は地球に対して静止または等速度運動している（地球の自転等の天体運動は無視可能である）ことが前提である。この様な構成においてプローブを動かしながら角速度センサと加速度センサの出力と光コヒーレンストモグラフィーの出力データを同期取得する。適当な初期値を定めておき、加速度センサの出力を時間的に２回積分し角速度センサの出力を時間的に１回積分することでプローブと被計測体の相対的位置方向を算出することで、時間的に同期して取得した光コヒーレンストモグラフィーの各データを被計測体の座標系上に配置するものである。
リニアゲージあるいは角度ゲージについては、被計測体に固定した装着部とプローブの間にリニアゲージと角度ゲージを装着するものであり、これらの出力からプローブと被計測体の相対的位置方向を算出する。
さらにプローブの機械的走査については、静止した被計測体に対してプローブの初期位置を定めて、一定の軌跡でプローブを動かし、これに同期して光コヒーレンストモグラフィーのデータを取得するものであり、プローブと被計測体の相対的位置方向はあらかじめ決まっている。
いずれの方法にしても、プローブと被計測体の相対的位置方向を知ることで、光コヒーレンストモグラフィーのデータを被計測体の座標系上に再配置することが可能である。

本発明は光コヒーレンストモグラフィーの適用分野のうち、広い範囲の断像画像を必要とする分野に利用可能である。特に医療の分野においては有用である。さらに歯科の分野においては、従来の光コヒーレンストモグラフィーの計測領域は歯１本よりも小さいのに対して、本発明は歯全体あるいは臨在歯や歯列全体を同一の患者座標系上で計測し、画像として再配置して表示・印刷することが可能である。
本発明は、光コヒーレンストモグラフィー装置に限らず、生物体の表面および内部の特性を３次元空間上の特性値として測定し、測定データを演算部において演算処理し、２次元または３次元の画面または印刷物に表示する３次元上特性測定・表示装置全般について適用可能である。３次元上特性測定・表示装置に具体的な例としては、Ｘ線ＣＴ装置・ＭＲＩ装置・２〜３次元超音波画像診断装置・ＰＥＴ装置・ＳＰＥＣＴ装置・光ＣＴ装置および光コヒーレンストモグラフィー装置が含まれるが、特に１回あたりの計測範囲の小さい光コヒーレンストモグラフィー装置や近接磁場を用いたMRI装置・３次元超音波診断装置には特に有用である。また３次元空間上の２次元表面の可視光学的撮像装置であるビデオカメラも近接した場合には撮像範囲が狭いので有用となる。これらの中で、被写体を固定し３次元空間上で自由に位置方向付け可能なプローブを使用する様な医療機器、特に歯科領域である口腔内の軟・硬組織の２〜３次元上の特性をプローブを口腔内に挿入して測定する様な用途に好適である。また、超音波画像診断装置は通常２次元の断面を計測するものであるが、これを断面に垂直な方向に動かす場合等には特に有用である。また、光コヒーレンストモグラフィー装置は計測範囲が数ｍｍ〜十数ｍｍ範囲と狭く、これを歯科に適用する様な用途にも特に有用である。

ＯＣＴの基本構成の一例を示す図 実施形態全体を説明するための概念図 計測断面領域の計測結果の断層画像 位置方向計測手段が、３個の加速度センサと３個の角速度センサである例

符号の説明

１ 光源
２ａ ファイバーカップラー（光分割部・干渉部）
３ 参照ミラー
４ 光検出器（光検出部）
５ コンピューター（演算部）
６−１〜４ 光ファイバー
７−１〜５、７−７ レンズ
７−６ （対物）レンズ
８−１〜２ ガルバノミラー
Ｕ２ プローブユニット
Ｕ３ ＰＣユニット（PC Unit）
Ｕ１ ＯＣＴユニット

Claims (9)

1. 被計測体の少なくとも１次元以上の空間上の特性を計測するために、３次元空間上で被計測体に対してその位置方向が相対的に移動可能な計測ヘッドであるプローブを持ち、さらに計測データを演算処理するデータ演算部を持つ３次元上特性測定・表示装置において、
   前記プローブまたは被計測体に配した特定部位の位置・方向のいずれかまたは双方を計測する位置方向計測手段を有するか、被計測体に対して前記プローブの相対的位置方向があらかじめ決まった軌跡で動きながら計測を行なうことを特徴とする３次元上特性測定・表示装置。
2. 前記位置方向計測手段が、単数または複数の角速度センサ・加速度センサのいずれかまたは双方であることを特徴とする請求項１記載の３次元上特性測定・表示装置。
3. 前記位置方向計測手段が、前記プローブと、被計測体に対して固定または静止している固定静止部との相対的な位置方向を計測するためのリニアゲージ、角度ゲージ、光学マーカーと位置検出器のセット、光学マーカーとイメージセンサのセット、または光学マーカーと３次元上特性測定・表示装置自身のセット、のいずれか少なくともひとつ以上であることを特徴とする請求項１記載の３次元上特性測定・表示装置。
4. 前記イメージセンサまたは３次元上特性測定・表示装置が検出した被計測体データの中から特定の光学マーカーまたは被計測体の特徴パターンの位置方向データを導出することを特徴とする請求項１または３記載の３次元上特性測定・表示装置。
5. 前記３次元上特性測定・表示装置による被計測体表面および内部の１〜３次元上の特性データと前記位置方向計測手段による計測データとを時間的に同期させて計測し、前記位置方向計測手段による計測データに基づき生成した被計測体と前記プローブの相対的１〜３次元位置方向運動軌跡データと被計測体表面および内部の１〜３次元上の特性データを時空間的に同期配置させることにより、被計測体の２〜３次元的な構造情報または組成情報または材質変化情報またはこれらの運動情報を得て、これらの断面を主とした断層像を表示または印刷する請求項１〜４記載の３次元上特性測定・表示装置。
6. 被計測体の一部または全部、またはプローブのいずれか片方を静止して測定することを特徴とする請求項１〜３または５記載の３次元上特性測定・表示装置。
7. ３次元上特性測定・表示装置のすべてのデータのうち、所望の分解能の範囲に複数の計測データが重複して存在した場合にこれらをひとつのデータで置き換えることを特徴とする請求項１〜６記載の３次元上特性測定・表示装置。
8. 重複しているデータを、そのデータのうちのひとつのデータか、または前記所望の分解能の範囲またはその周囲の領域のデータの平均値または最小二乗法に基づく近似値で置き換えることを特徴とする請求項７記載の３次元上特性測定・表示装置。
9. 光源と、前記光源から出射した光源光を参照ミラーに照射する参照光と被計測体に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測体で反射した前記計測光と前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、干渉光を計測する光検出部とを備え、計測した干渉光に基づいて被計測体の表面および内部の２〜３次元的な光学的後方散乱特性データを得ることにより、被計測体の２〜３次元的な構造情報または組成情報または材質変化情報を得て、これらの断面を主とした断層像を表示または印刷する光コヒーレンストモグラフィー装置であって、
   前記光源が一定の波長帯域の点光束または線光束または面光束を同時に発生させる方式においては干渉光と光検出部の間に干渉光を波長に応じて分光する回折格子と１次元または２次元の撮像装置による光検出部を成し、または前記光源が一定の波長帯域の点光束または線光束を時間的に走査する方式においては１個または複数個の光検出素子または少なくとも１次元のリニア光検出素子または２次元の撮像素子による光検出部を成し、前記光検出部が計測した分光または走査された干渉光の波長の各段階における強度をフーリエ変換またはフーリエ逆変換することにより、前記被計測体で前記計測光が反射した各深さ位置に対応した反射強度を表す深さ対反射特性データを生成し、被計測体各部における前記深さ対反射特性データにもとづき前記被計測体の２〜３次元反射特性データを得るという所謂フーリエドメイン方式に基づく方式と、
   前記光源が一定の波長帯域の点光束または線光束または面光束を同時に発生させる方式で光検出部は１個または複数個の光検出素子または少なくとも１次元のリニア光検出素子または２次元の撮像素子による光検出部を成し、前記光検出部が計測した干渉光に基づいて前記光検出部が計測した干渉光により前記被計測体で前記計測光が反射した各深さ位置に対応した反射強度を表す深さ対反射特性データを生成し、被計測体各部における前記深さ対反射特性データにもとづき前記被計測体の１〜３次元反射特性データを得るという所謂タイムドメイン方式に基づく方式と、
   いずれかの方式における光コヒーレンストモグラフィー装置である請求項１〜８記載の３次元上特性測定・表示装置。