JP2016090280A - Optical tomographic imaging apparatus and imaging method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光断層画像撮像装置及びこれを使用した撮像方法に関し、より詳細には、波長掃引レーザを使用した光断層画像撮像装置及びこれを使用した撮像方法に関する。 The present invention relates to an optical tomographic imaging apparatus and an imaging method using the same, and more particularly to an optical tomographic imaging apparatus using a wavelength sweep laser and an imaging method using the same.
光コヒーレンストモグラフィ(Optical Coherence Tomography:OCT)は、光干渉を利用した断層画像撮像装置である。OCTは、主として、波長0.7〜1.3μmの波長帯の近赤外光が用いられる。この近赤外波長帯のフォトンエネルギーは、約1eV程度であり、診断X線に比べ、エネルギーが低いため、生体に対する光の侵襲性が低いといった特徴を有する。また、この近赤外波長帯は、光通信等にも多く用いられているため、多くの基盤的技術が発達している。したがって、OCT技術は、急速に発達し、実用化が進んでいる。 Optical coherence tomography (OCT) is a tomographic imaging apparatus using optical interference. For OCT, near infrared light having a wavelength band of 0.7 to 1.3 μm is mainly used. The photon energy in the near-infrared wavelength band is about 1 eV, and the energy is lower than that of diagnostic X-rays. Moreover, since this near-infrared wavelength band is often used for optical communications and the like, many basic technologies have been developed. Therefore, the OCT technology has been rapidly developed and put into practical use.
以下、初めにOCTの原理に関して記述する。図1は、従来のOCT100を示す構成図である。OCT100は、タイムドメイン型OCT(TD−OCT)と称される断層画像撮像装置である。TD−OCT100は、光源101と、光源101からの光を分岐するビームスプリッタ102とを備える。また、TD−OCT100は、光軸方向に可動であり、ビームスプリッタ102による分岐光を反射する参照光ミラー103と、被測定試料となる生体サンプル104と、参照光ミラー103からの反射光と生体サンプル104からの反射光との干渉光を検出する光検出器105とを備える。 Hereinafter, the principle of OCT will be described first. FIG. 1 is a configuration diagram showing a conventional OCT 100. The OCT 100 is a tomographic imaging apparatus called a time domain type OCT (TD-OCT). The TD-OCT 100 includes a light source 101 and a beam splitter 102 that branches the light from the light source 101. Further, the TD-OCT 100 is movable in the optical axis direction, the reference light mirror 103 that reflects the branched light from the beam splitter 102, the biological sample 104 that is a sample to be measured, the reflected light from the reference light mirror 103, and the biological body And a photodetector 105 that detects interference light with reflected light from the sample 104.
光源101には、低コヒーレンス光源が用いられる。光源101からの低コヒーレンス光f0は、ビームスプリッタ102により2方向に分岐され、一方は参照光ミラー103において反射され、参照光f0+fDとなりビームスプリッタ102に戻る。他方は被測定試料となる生体サンプル104の表面及び内部においてそれぞれ反射され、無数の信号光f0となり、ビームスプリッタ102に戻る。参照光及び信号光は、ビームスプリッタ102において合波、干渉し、光検出器105により検出される。 As the light source 101, a low coherence light source is used. The low-coherence light f 0 from the light source 101 is branched in two directions by the beam splitter 102, one of which is reflected by the reference light mirror 103 and returns to the beam splitter 102 as reference light f 0 + f D. The other is reflected on the surface and inside of the biological sample 104 to be measured, and becomes countless signal light f 0 and returns to the beam splitter 102. The reference light and the signal light are combined and interfered by the beam splitter 102 and detected by the photodetector 105.
ここで、低コヒーレンス光は、可干渉性が低いため、参照光ミラー103からの反射光路長LRと生体サンプルからの反射光(信号光)光路長LSとが一致したときのみ、光検出器105において干渉光信号が検出される。したがって、TD−OCT100は、参照光ミラー103を光軸方向に移動させることにより、被測定試料の光軸方向の反射光(信号光)強度分布を検出し、生体サンプル104の断層画像を得ることができる。 The low coherence light has low coherence reference beam reflected optical path length from the mirror 103 L R reflected light from a biological sample (signal light) when the optical path length L S is matched only photodetecting The interfering light signal is detected in the device 105. Therefore, the TD-OCT 100 detects the reflected light (signal light) intensity distribution in the optical axis direction of the sample to be measured by moving the reference light mirror 103 in the optical axis direction, and obtains a tomographic image of the biological sample 104. Can do.
図2は、参照光ミラー103を光軸方向に移動させた場合の反射光強度の様子を示す図である。参照光ミラーを速度vで移動させると、生体組織104の光軸方向の反射光強度分布を検出することができる。さらに、入射光を被測定試料(生体サンプル104)上を走査することで、生体サンプル104の断面における反射光強度分布を計測、撮像することができる。 FIG. 2 is a diagram showing the reflected light intensity when the reference light mirror 103 is moved in the optical axis direction. When the reference light mirror is moved at the speed v, the reflected light intensity distribution in the optical axis direction of the living tissue 104 can be detected. Furthermore, the reflected light intensity distribution in the cross section of the biological sample 104 can be measured and imaged by scanning the incident light on the sample to be measured (biological sample 104).
この時の光軸方向の,すなわち試料の深さ方向の空間分解能(Δz)は、低コヒーレンス光源の可干渉距離(コヒーレンス長)lC、すなわち波長スペクトル幅(Δλ)で与えられる。すなわちスペクトル形状がガウシアンであるとみなせる場合、lC=4ln(2)・λC 2/(π・Δλ)であり、Δz=lC/2より、 The spatial resolution (Δz) in the optical axis direction, that is, the depth direction of the sample at this time is given by the coherence distance (coherence length) 1 C of the low coherence light source, that is, the wavelength spectrum width (Δλ). That is, when the spectrum shape can be regarded as Gaussian, l C = 4ln (2) · λ C 2 / (π · Δλ), and Δz = l C / 2,
である。 It is.
参照光ミラー103を移動し走査を行うTD−OCT100は、参照光ミラー103の機械的可動速度に限界があり、撮像可能枚数は、1秒間に数枚にとどまる.
しかしながら,網膜診断を初めとしたOCTの医療応用、実用化にあたっては、動的被測定物が対象となる為、より高速な撮像が求められる。また、撮像の高速性は、被検体への負担軽減の観点からも重要な要素となる。
The TD-OCT 100 that moves by scanning the reference light mirror 103 has a limit in the mechanical moving speed of the reference light mirror 103, and the number of images that can be captured is only a few in one second.
However, in the medical application and practical application of OCT including retinal diagnosis, since a dynamic measurement object is an object, higher-speed imaging is required. Further, high speed imaging is an important factor from the viewpoint of reducing the burden on the subject.
現在、多くの実用化が進められているOCTは、波長可変レーザ光源を用い、その発振波長を変化させて得られる干渉光を検波した信号をフーリエ変換して、反射光強度分布を得る方式で、波長掃引型OCT(Swept−Source OCT;SS−OCT)と称されている。SS−OCTでは発振波長を時間的に変化させたレーザ光を干渉させて電気信号に変換し、変換した電気信号をフーリエ変換することにより波長強度分布を求めるため、TD−OCTのように参照ミラーを光軸方向に移動させなくとも、試料となる生体サンプルの深さ方向の反射光強度分布を得ることができる。またこの方式は、分光を行わないことから光量の原理的損失が少なく、高SNが期待される手法でもある。ここで、SS−OCTにおける、試料の深さ方向の空間分解能Δzは、波長可変レーザの中心波長λc、波長掃引幅Δλとして、式(1)で表すことができるため、波長掃引幅Δλが広いほど空間分解能Δzを向上(高く)させることができる。また、SS−OCTの場合、波長可変レーザの波長掃引速度は、撮像速度を決める重要な要素となっている。従って、高分解能で、高速撮像を可能とするためには、波長可変レーザが、掃引幅が広く、かつ高速に掃引可能であることが求められる。 OCT, which is currently being put into practical use, is a system that uses a wavelength tunable laser light source and Fourier-transforms the signal obtained by detecting the interference light obtained by changing the oscillation wavelength to obtain a reflected light intensity distribution. This is called wavelength-swept OCT (Swept-Source OCT; SS-OCT). In SS-OCT, a laser beam whose oscillation wavelength is changed with time is interfered and converted into an electric signal, and the converted electric signal is Fourier-transformed to obtain a wavelength intensity distribution. Therefore, as in TD-OCT, a reference mirror is used. Even without moving in the direction of the optical axis, the reflected light intensity distribution in the depth direction of the biological sample as the sample can be obtained. In addition, this method is a method in which a high SN is expected because there is little principle loss in the amount of light because no spectroscopy is performed. Here, the spatial resolution Δz in the depth direction of the sample in SS-OCT can be expressed by the equation (1) as the center wavelength λ c and the wavelength sweep width Δλ of the wavelength tunable laser, and therefore the wavelength sweep width Δλ is The wider the area, the higher (higher) the spatial resolution Δz. In the case of SS-OCT, the wavelength sweep speed of the wavelength tunable laser is an important factor that determines the imaging speed. Therefore, in order to enable high-speed imaging with high resolution, it is required that the wavelength tunable laser has a wide sweep width and can be swept at high speed.
この観点から、多くの高速波長掃引可能な波長可変レーザ(=光周波数掃引レーザ)の開発が進められている。高速波長掃引可能な波長可変レーザの1例である、KTN(KTa1−xNbxO3)のような電気光学結晶による電気光学(EO)光偏向器を用いた高速波長掃引レーザでは、波長掃引速度200Hz、波長掃引幅(=波長スペクトル幅)100nm、中心波長1.3μmが実現されている(非特許文献2参照)。このときの空間分解能Δzは、(1)式より、約7.5μmである。 From this point of view, many tunable lasers (= optical frequency sweep lasers) capable of high-speed wavelength sweep are being developed. In a high - speed wavelength sweep laser using an electro-optic (EO) optical deflector using an electro-optic crystal such as KTN (KTa 1-x Nb x O 3 ), which is an example of a wavelength tunable laser capable of high-speed wavelength sweep, A sweep speed of 200 Hz, a wavelength sweep width (= wavelength spectrum width) of 100 nm, and a center wavelength of 1.3 μm are realized (see Non-Patent Document 2). The spatial resolution Δz at this time is about 7.5 μm from the equation (1).
図3は、従来のSS−OCT300を示す構成図である(非特許文献3参照)。SS−OCT300は、光源301と、光源301からのレーザ光を分岐する光ファイバカプラ302と、光ファイバカプラ302からの一方のレーザ光が入力される参照光路310と、光ファイバカプラ302からの他方の光が入力される試料光路320とを備える。また、SS−OCT300は、参照光路310からの反射光と、試料光路320からの反射光とを合波、干渉、さらには分岐させる光ファイバカプラ331と、光ファイバカプラ331による干渉レーザ光を検出するバランス型光検出器332とを備える。 FIG. 3 is a configuration diagram showing a conventional SS-OCT 300 (see Non-Patent Document 3). The SS-OCT 300 includes a light source 301, an optical fiber coupler 302 that branches the laser light from the light source 301, a reference optical path 310 to which one laser light from the optical fiber coupler 302 is input, and the other from the optical fiber coupler 302. And a sample optical path 320 to which the light of the above is input. Further, the SS-OCT 300 detects an interference laser beam by the optical fiber coupler 331 that combines, interferes with, and further branches the reflected light from the reference optical path 310 and the reflected light from the sample optical path 320. And a balanced photodetector 332.
SS−OCT300の干渉計は、参照光路(Reference arm)と試料光路(Sample arm)を別としたマッハツェンダー型で構成されている。光源301は、1.3μm帯KTN波長掃引レーザが使用される。光源301と、光ファイバカプラ302とは光ファイバで接続され、光ファイバカプラ302は、光源301からのレーザ光を10:90に分岐する。また光ファイバカプラ331と、バランス型光検出器332とは、光ファイバで接続され、光ファイバカプラ331は、参照光路310及び試料光路320からの、合波され、干渉されたレーザ光を50:50の位相が180度異なる2つのレーザ光に分岐する。参照光路310の一端には参照光ミラー313が配置され、試料光路320の一端には生体サンプル325が配置される。 The interferometer of SS-OCT300 is configured as a Mach-Zehnder type in which a reference optical path (Reference arm) and a sample optical path (Sample arm) are separated. As the light source 301, a 1.3 μm band KTN wavelength sweep laser is used. The light source 301 and the optical fiber coupler 302 are connected by an optical fiber, and the optical fiber coupler 302 branches the laser light from the light source 301 at 10:90. Further, the optical fiber coupler 331 and the balance type photodetector 332 are connected by an optical fiber, and the optical fiber coupler 331 receives the combined and interfered laser light from the reference optical path 310 and the sample optical path 320 by 50: The laser beam 50 is branched into two laser beams whose phases are different by 180 degrees. A reference light mirror 313 is disposed at one end of the reference light path 310, and a biological sample 325 is disposed at one end of the sample light path 320.
参照光路310は、光源301からのレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ311と、コリメートレンズ311により変換された平行光を集光する集光レンズ312と、集光レンズ312により集光された光を反射させる参照光ミラー313とを有する。また、参照光路310は、光ファイバカプラ302と光ファイバにより接続され、参照光ミラー313による反射光を取り出すサーキュレータ314と、サーキュレータ314と光ファイバカプラ331との間に接続される光ファイバ型偏波コントローラ315とを有する。 The reference optical path 310 is collimated by a collimating lens 311 for converting laser light from the light source 301 into parallel light, a condensing lens 312 for condensing the parallel light converted by the collimating lens 311, and collected by the condensing lens 312. A reference light mirror 313 that reflects light. The reference optical path 310 is connected to the optical fiber coupler 302 by an optical fiber, and a circulator 314 for extracting reflected light from the reference light mirror 313, and an optical fiber type polarization connected between the circulator 314 and the optical fiber coupler 331. And a controller 315.
試料光路320は、光源301からの光を平行光に変換するコリメートレンズ321と、コリメートレンズ321により変換された平行光を反射し、生体サンプル325に照射するガルバノミラー322と、ガルバノミラー322による反射光を集光させる集光レンズ323とを有する。また、試料光路320は、光ファイバカプラ302と光ファイバにより接続され、生体サンプル325による反射光を取り出すサーキュレータ324と、サーキュレータ324と光ファイバカプラ331との間に接続される光ファイバ型偏波コントローラ326とを有する。 The sample optical path 320 reflects a collimating lens 321 that converts light from the light source 301 into parallel light, a galvano mirror 322 that reflects the parallel light converted by the collimating lens 321, and irradiates the biological sample 325, and reflection by the galvano mirror 322. And a condensing lens 323 for condensing light. The sample optical path 320 is connected to the optical fiber coupler 302 by an optical fiber, and a circulator 324 for extracting reflected light from the biological sample 325, and an optical fiber type polarization controller connected between the circulator 324 and the optical fiber coupler 331. 326.
また、SS−OCT300は、光源301及びバランス型光検出器332に接続され、バランス型光検出器332により検出した干渉光の信号をサンプリングするDAQ(Data AcQuisition)ボード341と、デジタル変換された干渉光の信号について離散的フーリエ変換を行うPC342とを備える。また、SS−OCT300は、DAQボード341に接続され、光源301からの同期信号を外部機器同期信号に変換するファンクションジェネレータ343と、ファンクションジェネレータ343に接続され、光源301からの同期信号に基づいてガルバノミラー322を制御するドライバ344とを備える。 In addition, the SS-OCT 300 is connected to the light source 301 and the balanced photodetector 332, and samples a signal of interference light detected by the balanced photodetector 332 and a digital ac interference (DAQ) board 341. And a PC 342 for performing discrete Fourier transform on the optical signal. The SS-OCT 300 is connected to the DAQ board 341, and is connected to the function generator 343 that converts the synchronization signal from the light source 301 into an external device synchronization signal. The SS-OCT 300 is connected to the function generator 343, and is based on the synchronization signal from the light source 301. And a driver 344 for controlling the mirror 322.
光源301からのレーザ光は、光ファイバカプラ302により10対90に分岐される。光ファイバカプラ302により分岐されたレーザ光の10%は参照光路310へ、レーザ光の90%は試料光路320へ入力される。 The laser light from the light source 301 is branched 10 to 90 by the optical fiber coupler 302. 10% of the laser beam branched by the optical fiber coupler 302 is input to the reference optical path 310, and 90% of the laser light is input to the sample optical path 320.
参照光路310に入力したレーザ光は、サーキュレータ314を通過して、コリメートレンズ311により平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光は、集光レンズ312により集光され、参照光ミラー313上で結像し、反射する。反射されたレーザ光は再び集光レンズ312、コリメートレンズ311を通過して、サーキュレータ314により分離される。サーキュレータ314により分離されたレーザ光は、偏波コントローラ315を通り、光ファイバカプラ331に入力される。 The laser light input to the reference optical path 310 passes through the circulator 314 and is converted into parallel light by the collimator lens 311. The laser light converted into parallel light is condensed by the condensing lens 312, imaged on the reference light mirror 313, and reflected. The reflected laser light again passes through the condenser lens 312 and the collimator lens 311 and is separated by the circulator 314. The laser light separated by the circulator 314 passes through the polarization controller 315 and is input to the optical fiber coupler 331.
試料光路320に入射したレーザ光は、サーキュレータ324を通過して、コリメートレンズ321により平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光は、ガルバノミラー322により反射され、反射されたレーザ光は集光レンズ323により集光され、生体サンプル325表面及び各層で結像し、反射する。生体サンプル325の表面及び各層で反射されたレーザ光は再び集光レンズ323、ガルバノミラー322、及びコリメートレンズ321を通過して、サーキュレータ324により分離される。サーキュレータ324により分離されたレーザ光は、偏波コントローラ326を通り、光ファイバカプラ331に入力される。 The laser light incident on the sample optical path 320 passes through the circulator 324 and is converted into parallel light by the collimator lens 321. The laser light converted into parallel light is reflected by the galvanometer mirror 322, and the reflected laser light is collected by the condenser lens 323, and is imaged and reflected on the surface of the biological sample 325 and each layer. The laser beam reflected by the surface and each layer of the biological sample 325 passes through the condenser lens 323, the galvano mirror 322, and the collimator lens 321 again and is separated by the circulator 324. The laser light separated by the circulator 324 passes through the polarization controller 326 and is input to the optical fiber coupler 331.
光ファイバカプラ331において、参照光路310からの反射レーザ光と、試料光路320からの反射レーザ光は合波され、干渉される。干渉光は再び50対50に分離されバランス型光検出器332により電気信号に変換される。参照光路と試料光路とからのレーザ光を光ファイバカプラ332において50:50に分岐してバランス型光検出器332で検出すると、光の直流成分は差し引きキャンセルされて、干渉信号のみが出力される。バランス型光検出器332において検出された干渉信号は、DAQボード341によりデジタル変換され、PC342により離散的フーリエ変換を行うと、生体サンプルの奥行き方向の一次元情報が得られる(Aスキャン)。 In the optical fiber coupler 331, the reflected laser light from the reference optical path 310 and the reflected laser light from the sample optical path 320 are combined and interfered. The interference light is again separated into 50 to 50 and is converted into an electric signal by the balanced photodetector 332. When the laser light from the reference optical path and the sample optical path is branched by 50:50 in the optical fiber coupler 332 and detected by the balanced photodetector 332, the direct current component of the light is canceled and only the interference signal is output. . The interference signal detected by the balanced photodetector 332 is digitally converted by the DAQ board 341, and when a discrete Fourier transform is performed by the PC 342, one-dimensional information in the depth direction of the biological sample is obtained (A scan).
ここで、試料光路320に入力した生体サンプル325に照射するレーザ光は、ガルバノミラー322により生体サンプル325上を走査できるようにしてある(Bスキャン)。生体サンプル325へのレーザ光の照射方向をガルバノミラー322を用いて光軸に対し横方向に走査しながら(Bスキャン)、次々と奥行き方向の1次元情報の検出(Aスキャン)を繰返す。ガルバノミラー322の走査により得られたそれぞれの干渉信号についても、DAQボード341によりデジタル変換し、PC342によって離散的フーリエ変換して得られた反射強度を、奥行き方向と横方向の平面上にグレースケールまたはそれをカラーコードに変換してカラーマップとして描けば、生体サンプル325の断層像を得ることができる。 Here, the laser beam irradiated to the biological sample 325 input to the sample optical path 320 can be scanned on the biological sample 325 by the galvanometer mirror 322 (B scan). The detection of one-dimensional information in the depth direction (A scan) is repeated one after another while scanning the irradiation direction of the laser light to the biological sample 325 in the lateral direction with respect to the optical axis using the galvano mirror 322 (B scan). Each interference signal obtained by scanning the galvanometer mirror 322 is also digitally converted by the DAQ board 341 and the reflection intensity obtained by the discrete Fourier transform by the PC 342 is grayscale on the plane in the depth direction and the lateral direction. Alternatively, if it is converted into a color code and drawn as a color map, a tomographic image of the biological sample 325 can be obtained.
光源301からは、掃引周波数に同期したトリガ信号が出力されており、これが生体サンプル325の奥行き方向の1次元情報を取得(Aスキャン)するための同期信号(ラスタートリガ)として用いられる。さらにラスタートリガは、ファンクションジェネレータ343により外部機器同期信号に変換され、ドライバ344に送信され、光を横方向に変更させる2次元情報を取得するためのガルバノミラー322の動作(Bスキャン)の同期に用いられる。生体サンプル325の1枚の断層画像は、Aスキャンにより取得した1次元情報(Aラインデータ)を、Bスキャンにより横方向に複数ライン連続取得し、並べることにより構築する。 A trigger signal synchronized with the sweep frequency is output from the light source 301, and this is used as a synchronization signal (raster trigger) for acquiring one-dimensional information in the depth direction of the biological sample 325 (A scan). Furthermore, the raster trigger is converted into an external device synchronization signal by the function generator 343 and transmitted to the driver 344 to synchronize the operation (B scan) of the galvano mirror 322 for acquiring two-dimensional information for changing the light in the horizontal direction. Used. One tomographic image of the biological sample 325 is constructed by sequentially acquiring and arranging one-dimensional information (A line data) acquired by the A scan in the horizontal direction by the B scan.
SS−OCTにおいて、空間分解能Δzをさらに向上させて、高分解能化・高解像度化を図るためには、波長掃引幅を拡大する必要がある。ここで、図3のSS−OCTにおいては、1台の1.3μm帯KTN光波長掃引レーザが光源として使用される。しかし、1台の波長掃引レーザの波長掃引速度をそのままに、波長掃引幅を拡大した上で、SS−OCTの光源として使用した場合、単位時間あたりの掃引回数が減少し、撮像速度が低下する。このため、動的被測定物に負担を与える恐れがある。また、掃引速度を高めることは、レーザ光のコヒーレンス長低下及びレーザ光強度の安定性の低下等、レーザ光の品質の低下を招き、OCT測定可能領域(深さ)の減少及び画質の低下が生じたりする。高コヒーレンス長、及び高いレーザ光強度安定性等を有しつつ、レーザの波長掃引速度を高めることは、技術的困難を伴う。このように、1台の波長掃引レーザのみ使用するSS−OCTにおいて、波長掃引速度を更に高め、波長掃引幅を更に拡大して空間分解能Δzの向上を図ることは、困難であるという問題がある。 In SS-OCT, in order to further improve the spatial resolution Δz to achieve higher resolution and higher resolution, it is necessary to increase the wavelength sweep width. Here, in the SS-OCT of FIG. 3, one 1.3 μm band KTN optical wavelength sweep laser is used as a light source. However, when the wavelength sweep speed of a single wavelength sweep laser is kept as it is and the wavelength sweep width is expanded and used as an SS-OCT light source, the number of sweeps per unit time decreases and the imaging speed decreases. . For this reason, there exists a possibility of giving a burden to a dynamic to-be-measured object. In addition, increasing the sweep speed causes a decrease in laser light quality, such as a reduction in the coherence length of the laser light and a decrease in the stability of the laser light intensity, resulting in a decrease in the OCT measurable area (depth) and a decrease in image quality. It happens. It is technically difficult to increase the wavelength sweep speed of the laser while having a high coherence length and high laser beam intensity stability. As described above, in SS-OCT using only one wavelength sweep laser, it is difficult to further increase the wavelength sweep speed and further expand the wavelength sweep width to improve the spatial resolution Δz. .
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、波長掃引レーザの特性を高めることなく、容易に、SS−OCTの波長掃引幅を拡大し、測定時間(撮像時間)の短縮を図ることにより、高分解能・高解像度なSS−OCT装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem. The object of the present invention is to easily expand the wavelength sweep width of SS-OCT without increasing the characteristics of the wavelength sweep laser and to measure the time ( It is to provide a high-resolution and high-resolution SS-OCT apparatus by shortening (imaging time).
このような目的を達成するために、本発明の第一の実施態様は、光断層撮像装置であって、発振波長域が異なり、かつ連続する、複数の波長掃引レーザから構成される波長可変レーザ光源と、前記複数の波長掃引レーザからのレーザ光を合波する波長合波器と、前記波長合波器からの光がそれぞれ入力する参照光路と試料光路とを有するマッハツェンダー型で構成される干渉計と、前記干渉計からの干渉レーザ光を、前記複数の波長掃引レーザの発振波長ごとに分波する波長分波器と、前記波長分波器からの干渉レーザ光をそれぞれ電気信号に変換する複数のバランス型光検出器とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, a first embodiment of the present invention is an optical tomographic imaging apparatus, which is a wavelength tunable laser composed of a plurality of wavelength swept lasers having different oscillation wavelength ranges and continuous. A Mach-Zehnder type having a light source, a wavelength multiplexer that multiplexes laser beams from the plurality of wavelength swept lasers, a reference optical path to which light from the wavelength multiplexer is input, and a sample optical path, respectively. An interferometer, a wavelength demultiplexer that demultiplexes the interference laser light from the interferometer for each oscillation wavelength of the plurality of wavelength swept lasers, and the interference laser light from the wavelength demultiplexer is converted into an electrical signal, respectively. And a plurality of balanced photodetectors.
また、本発明の第2の実施態様は、第1の実施態様の光断層撮像装置であって、前記複数の波長掃引レーザの掃引が同期して動作するように制御されることを特徴とする。 According to a second embodiment of the present invention, there is provided the optical tomographic imaging apparatus according to the first embodiment, wherein the plurality of wavelength swept lasers are controlled so as to operate in synchronization with each other. .
また、本発明の第3の実施態様は、第1又は第2の実施態様の光断層撮像装置であって、前記複数の波長掃引レーザの発振波長は、同時期に同一とならないように制御されることを特徴とする。 A third embodiment of the present invention is the optical tomographic imaging apparatus according to the first or second embodiment, wherein the oscillation wavelengths of the plurality of wavelength sweep lasers are controlled so as not to be the same at the same time. It is characterized by that.
また、本発明の第4の実施態様は、複数の波長掃引レーザから構成される波長可変レーザ光源と、前記複数の波長掃引レーザからのレーザ光を合波する波長合波器と、前記波長合波器からの光がそれぞれ入力する参照光路と試料光路とを有するマッハツェンダー型で構成される干渉計と、前記干渉計からの干渉レーザ光を分波する波長分波器と、前記波長分波器からの干渉レーザ光を電気信号に変換する複数のバランス型光検出器とを備える光断層撮像装置において、試料の断面撮像のために試料の深さ方向の一次元情報を得るための方法であって、前記複数の波長掃引レーザのそれぞれから、各発振波長域において波長掃引を行ないながらレーザ光を発振するステップであって、前記複数の波長掃引レーザは、それぞれ発振波長域が異なり、かつ連続する、ステップと、前記レーザ光を合波して干渉計に入力するステップと、前記干渉計からの干渉レーザ光を、前記波長分波器により波長掃引レーザの発振波長ごとに分波するステップと、前記波長分波器からの干渉レーザ光を、複数のバランス型光検出器においてそれぞれ電気信号に変換するステップとを備えることを特徴とする。 According to a fourth embodiment of the present invention, there is provided a wavelength tunable laser light source composed of a plurality of wavelength swept lasers, a wavelength combiner for combining laser light from the plurality of wavelength swept lasers, and the wavelength combiner. An interferometer having a Mach-Zehnder type having a reference optical path and a sample optical path to which light from the wave separator is input, a wavelength demultiplexer for demultiplexing the interference laser light from the interferometer, and the wavelength demultiplexing A method for obtaining one-dimensional information in the depth direction of a sample for cross-sectional imaging of the sample in an optical tomographic imaging apparatus comprising a plurality of balanced photodetectors that convert interference laser light from the detector into electrical signals A step of oscillating laser light while performing wavelength sweeping in each oscillation wavelength region from each of the plurality of wavelength sweeping lasers, wherein each of the plurality of wavelength sweeping lasers has a different oscillation wavelength region. A continuous step, a step of combining the laser light and inputting it to the interferometer, and a step of demultiplexing the interference laser light from the interferometer for each oscillation wavelength of the wavelength sweep laser by the wavelength demultiplexer. And a step of converting the interference laser light from the wavelength demultiplexer into an electric signal in each of a plurality of balanced photodetectors.
また、本発明の第5の実施態様は、第4の実施態様の方法であって、前記複数の波長掃引レーザの掃引が同期して動作するように制御されることを特徴とする。 The fifth embodiment of the present invention is the method of the fourth embodiment, characterized in that the sweeps of the plurality of wavelength swept lasers are controlled to operate synchronously.
また、本発明の第6の実施態様は、第4又は第5の実施態様の方法であって、前記複数の波長掃引レーザの発振波長は、同時期に同一とならないように制御されることを特徴とする。 A sixth embodiment of the present invention is the method of the fourth or fifth embodiment, wherein the oscillation wavelengths of the plurality of wavelength swept lasers are controlled so as not to be the same at the same time. Features.
本発明は、複数の波長掃引レーザを使用することにより、波長掃引レーザの特性を高めることなく、容易に、SS−OCTの波長掃引幅を拡大することができる。また、波長掃引レーザの波長を同時に掃引操作することにより、測定時間(撮像時間)の短縮が可能となり、結果として、高分解能・高解像度なSS−OCT装置を提供することができる。さらに被検体に対する検査時間の短縮により、被検体への負担軽減にも寄与することができる。 In the present invention, by using a plurality of wavelength sweep lasers, the wavelength sweep width of SS-OCT can be easily expanded without improving the characteristics of the wavelength sweep laser. Further, by simultaneously sweeping the wavelength of the wavelength sweep laser, the measurement time (imaging time) can be shortened, and as a result, a high-resolution and high-resolution SS-OCT apparatus can be provided. Furthermore, by reducing the examination time for the subject, it is possible to contribute to reducing the burden on the subject.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図4は、本発明の一実施形態にかかる光断層撮像装置であるSS−OCT400を示す構成図である。SS−OCT400は、2つの光源401及び402と、2つの光源401及び402からのレーザ光を合波する波長合波器403と、波長合波器403からのレーザ光を分岐する光ファイバカプラ404とを備える。また、SS−OCT400は、光ファイバカプラ404からの一方の光が入力される参照光路410と、光ファイバカプラ404からの他方の光が入力される試料光路420とを備える。また、SS−OCT400は、参照光路410からの反射レーザ光と、試料光路420からの反射レーザ光とを合波、干渉、分岐させる光ファイバカプラ431と、光ファイバカプラ431による干渉レーザ光をそれぞれ分波する波長分波器432及び433と、波長分波器432及び433からの分波光をそれぞれ検出するバランス型光検出器434及び435とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 4 is a block diagram showing an SS-OCT 400 that is an optical tomographic imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The SS-OCT 400 includes two light sources 401 and 402, a wavelength combiner 403 that combines the laser beams from the two light sources 401 and 402, and an optical fiber coupler 404 that branches the laser beams from the wavelength combiner 403. With. The SS-OCT 400 includes a reference optical path 410 to which one light from the optical fiber coupler 404 is input and a sample optical path 420 to which the other light from the optical fiber coupler 404 is input. Further, the SS-OCT 400 combines an optical fiber coupler 431 that combines, interferes with, and branches the reflected laser light from the reference optical path 410 and the reflected laser light from the sample optical path 420, and the interference laser light from the optical fiber coupler 431, respectively. Wavelength demultiplexers 432 and 433 for demultiplexing, and balanced photodetectors 434 and 435 for detecting demultiplexed light from the wavelength demultiplexers 432 and 433, respectively.
SS−OCT400の干渉計は、参照光路(Reference arm)と試料光路(Sample arm)を別としたマッハツェンダー型で構成されている。光源401及び402は、発振波長域が連続し、かつ同一でない波長掃引レーザである。光源401は、中心波長1270nm、波長掃引幅90nmのKTN波長掃引レーザ(LASER1)が使用される。光源402には、中心波長1350nm、波長掃引幅90nmのKTN波長掃引レーザ(LASER2)が使用される。波長掃引速度は共に200kHzとし、LASER1及びLASER2は、共に短波長から長波長に向かって、同時に掃引操作を行うように制御される。また、LASER1とLASER2とは、同時に同一の波長にならないように制御される。具体的には、LASER1が1225nmで発振しているとき、LASER2は1305nmで発振し,LASER1が1315nmで発振しているときには、LASER2が1395nmで発振するように制御される。LASER1の掃引波長幅は波長合波器403+波長分波器432によって定まる透過帯域の中に納まるように設定され、LASER2の掃引波長幅は波長合波器403+波長分波器433によって定まる透過帯域の中に納まるように設定される。 The interferometer of SS-OCT400 is configured as a Mach-Zehnder type in which a reference optical path (Reference arm) and a sample optical path (Sample arm) are separated. The light sources 401 and 402 are wavelength swept lasers whose oscillation wavelength ranges are continuous and are not the same. As the light source 401, a KTN wavelength sweep laser (LASER1) having a center wavelength of 1270 nm and a wavelength sweep width of 90 nm is used. As the light source 402, a KTN wavelength sweep laser (LASER2) having a center wavelength of 1350 nm and a wavelength sweep width of 90 nm is used. Both wavelength sweep speeds are 200 kHz, and both LASER1 and LASER2 are controlled to simultaneously perform a sweep operation from a short wavelength to a long wavelength. Further, LASER1 and LASER2 are controlled so as not to have the same wavelength at the same time. Specifically, when LASER1 oscillates at 1225 nm, LASER2 oscillates at 1305 nm, and when LASER1 oscillates at 1315 nm, LASER2 is controlled to oscillate at 1395 nm. The sweep wavelength width of LASER 1 is set so as to be within the transmission band determined by the wavelength multiplexer 403 + wavelength demultiplexer 432, and the sweep wavelength width of LASER 2 is the transmission band determined by the wavelength multiplexer 403 + wavelength demultiplexer 433. Set to fit inside.
光源401及び402と、波長合波器403とは光ファイバで接続されている。また、波長合波器403と、光ファイバカプラ404とは光ファイバで接続され、光ファイバカプラ404は、光源401及び402からの合波したレーザ光を10:90に分岐する。また光ファイバカプラ431と、波長分波器432及び433は、光ファイバにより接続されている。光ファイバカプラ431は、参照光路410及び試料光路420からの、合波され、干渉されたレーザ光を50:50の位相が180度異なる2つのレーザ光に分岐する。参照光路410の一端には参照光ミラー413が配置され、試料光路420の一端には生体サンプル425が配置される。 The light sources 401 and 402 and the wavelength multiplexer 403 are connected by an optical fiber. The wavelength multiplexer 403 and the optical fiber coupler 404 are connected by an optical fiber, and the optical fiber coupler 404 branches the combined laser light from the light sources 401 and 402 into 10:90. The optical fiber coupler 431 and the wavelength demultiplexers 432 and 433 are connected by an optical fiber. The optical fiber coupler 431 branches the combined and interfered laser beams from the reference beam path 410 and the sample beam path 420 into two laser beams having a 50:50 phase difference of 180 degrees. A reference light mirror 413 is disposed at one end of the reference light path 410, and a biological sample 425 is disposed at one end of the sample light path 420.
さらに、波長分波器432の2つの出力は、バランス型光検出器434及び435とそれぞれ光ファイバで接続され、波長分波器433の2つの出力は、バランス型光検出器434及び435とそれぞれ光ファイバで接続されている。 Further, the two outputs of the wavelength demultiplexer 432 are connected to the balanced optical detectors 434 and 435 through optical fibers, respectively, and the two outputs of the wavelength demultiplexer 433 are connected to the balanced optical detectors 434 and 435, respectively. Connected with optical fiber.
参照光路410は、光源401及び402からのレーザ光を平行光に変換するコリメートレンズ411と、コリメートレンズ411により変換された平行光を集光する集光レンズ412と、集光レンズ412により集光されたレーザ光を反射させる参照光ミラー413とを有する。また、参照光路410は、光ファイバカプラ404及び431と光ファイバにより接続され、参照光ミラー413による反射光を取り出すサーキュレータ414を有する。 The reference light path 410 includes a collimating lens 411 that converts laser light from the light sources 401 and 402 into parallel light, a condensing lens 412 that condenses the parallel light converted by the collimating lens 411, and condensing by the condensing lens 412. And a reference light mirror 413 for reflecting the laser beam. The reference optical path 410 includes a circulator 414 that is connected to the optical fiber couplers 404 and 431 through an optical fiber and extracts reflected light from the reference light mirror 413.
試料光路420は、光源401及び402からの光を平行光に変換するコリメートレンズ421と、コリメートレンズ421により変換された平行光を反射し、生体サンプル425に照射するガルバノミラー422と、ガルバノミラー422による反射光を集光させる集光レンズ423とを有する。また、試料光路420は、光ファイバカプラ404及び432と光ファイバにより接続され、生体サンプル425による反射光を取り出すサーキュレータ424を有する。 The sample optical path 420 includes a collimator lens 421 that converts light from the light sources 401 and 402 into parallel light, a galvano mirror 422 that reflects the parallel light converted by the collimator lens 421, and irradiates the biological sample 425, and a galvano mirror 422. And a condensing lens 423 that condenses the reflected light. The sample optical path 420 includes a circulator 424 that is connected to the optical fiber couplers 404 and 432 through an optical fiber and extracts reflected light from the biological sample 425.
また、SS−OCT400は、光源401及び402、並びにバランス型光検出器434及び435に接続され、バランス型光検出器434、435により検出した干渉光の信号をサンプリングするDAQボード441と、デジタル変換された干渉光の信号について離散的フーリエ変換を行うPC442とを備える。また、SS−OCT400は、DAQボード441に接続され、光源401及び402からの同期信号を外部機器同期信号に変換するファンクションジェネレータ443と、ファンクションジェネレータ443に接続され、光源401及び402からの同期信号に基づいてガルバノミラー422を制御するドライバ444とを備える。 The SS-OCT 400 is connected to the light sources 401 and 402 and the balanced photodetectors 434 and 435, and a DAQ board 441 for sampling the interference light signal detected by the balanced photodetectors 434 and 435, and a digital conversion PC442 for performing discrete Fourier transform on the signal of the interference light. The SS-OCT 400 is connected to the DAQ board 441 and is connected to the function generator 443 that converts the synchronization signal from the light sources 401 and 402 into an external device synchronization signal, and the function generator 443, and the synchronization signal from the light sources 401 and 402. And a driver 444 for controlling the galvanometer mirror 422 based on the above.
波長合波器403により合波された光源401及び402からのレーザ光は、光ファイバカプラ404により10対90に分岐される。光ファイバカプラ404により分岐されたレーザ光の10%は参照光路410へ、レーザ光の90%は試料光路420へ入力される。 The laser beams from the light sources 401 and 402 combined by the wavelength multiplexer 403 are branched into 10 to 90 by the optical fiber coupler 404. 10% of the laser beam branched by the optical fiber coupler 404 is input to the reference optical path 410, and 90% of the laser light is input to the sample optical path 420.
参照光路410に入力したレーザ光は、サーキュレータ414を通過して、コリメートレンズ411により平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光は、集光レンズ412により集光され、参照光ミラー413上で結像し、反射する。反射されたレーザ光は再び集光レンズ412、コリメートレンズ411を通過して、サーキュレータ414により分離される。サーキュレータ414により分離されたレーザ光は、光ファイバカプラ431に入力される。 The laser light input to the reference light path 410 passes through the circulator 414 and is converted into parallel light by the collimator lens 411. The laser light converted into parallel light is condensed by the condensing lens 412, imaged on the reference light mirror 413, and reflected. The reflected laser light again passes through the condenser lens 412 and the collimating lens 411 and is separated by the circulator 414. The laser beam separated by the circulator 414 is input to the optical fiber coupler 431.
試料光路420に入力したレーザ光は、サーキュレータ424を通過して、コリメートレンズ421により平行光に変換される。平行光に変換されたレーザ光は、ガルバノミラー422により反射され、反射されたレーザ光は集光レンズ423により集光され、生体サンプル425表面で結像し、反射する。反射されたレーザ光は再び集光レンズ423を通過し、ガルバノミラー422にて反射し、コリメートレンズ421を通過して、サーキュレータ424により分離される。サーキュレータ424により分離されたレーザ光は、光ファイバカプラ431に入力される。 The laser light input to the sample optical path 420 passes through the circulator 424 and is converted into parallel light by the collimator lens 421. The laser light converted into parallel light is reflected by the galvanometer mirror 422, and the reflected laser light is collected by the condenser lens 423, imaged on the surface of the biological sample 425, and reflected. The reflected laser light again passes through the condenser lens 423, is reflected by the galvanometer mirror 422, passes through the collimator lens 421, and is separated by the circulator 424. The laser beam separated by the circulator 424 is input to the optical fiber coupler 431.
光ファイバカプラ431において、参照光路410からの反射レーザ光と、試料光路420からの反射レーザ光は合波され、干渉される。干渉光は再び50対50に分離され、それぞれ波長分波器432及び433に入力される。波長分波器432においては、干渉レーザ光は光源401及び光源402のそれぞれに対応する波長に分離され、一方(光源401からのレーザ光)はバランス型光検出器434に、他方(光源402からのレーザ光)はバランス型光検出器435に入力される。また、波長分波器432においては、干渉レーザ光はLASER1及びLASER2のそれぞれに対応する波長に分離され、一方(光源401からのレーザ光)はバランス型光検出器434に、他方(光源402からのレーザ光)はバランス型光検出器435に入力される。 In the optical fiber coupler 431, the reflected laser light from the reference optical path 410 and the reflected laser light from the sample optical path 420 are combined and interfered. The interference light is again split 50 to 50 and input to the wavelength demultiplexers 432 and 433, respectively. In the wavelength demultiplexer 432, the interference laser light is separated into wavelengths corresponding to the light source 401 and the light source 402, and one (laser light from the light source 401) is sent to the balanced photodetector 434, and the other (from the light source 402). Laser beam) is input to the balanced photodetector 435. Further, in the wavelength demultiplexer 432, the interference laser light is separated into wavelengths corresponding to LASER 1 and LASER 2, one (laser light from the light source 401) being sent to the balanced photodetector 434 and the other (from the light source 402 being taken). Laser beam) is input to the balanced photodetector 435.
バランス型光検出器434及び435に入力されたそれぞれの干渉レーザ光は電気信号に変換される。参照光路410と試料光路420とからのレーザ光を光ファイバカプラ431により分岐してバランス型光検出器434及び435において検出すると、光の直流成分は差し引きキャンセルされて、干渉信号のみが出力される。バランス型光検出器434及び435において検出された干渉信号は、DAQボード441によりデジタル変換され、PC442により離散的フーリエ変換を行うと、生体サンプルの奥行き方向の一次元情報が得られる(Aスキャン)。 The respective interference laser beams input to the balanced photodetectors 434 and 435 are converted into electric signals. When the laser light from the reference optical path 410 and the sample optical path 420 is branched by the optical fiber coupler 431 and detected by the balanced photodetectors 434 and 435, the direct current component of the light is canceled and only the interference signal is output. . The interference signals detected by the balanced photodetectors 434 and 435 are digitally converted by the DAQ board 441, and when a discrete Fourier transform is performed by the PC 442, one-dimensional information in the depth direction of the biological sample is obtained (A scan). .
ここで、試料光路420に入力した生体サンプル425に照射するレーザ光は、ガルバノミラー422により生体サンプル425上を走査できるようにしてある(Bスキャン)。生体サンプル425へのレーザ光の照射方向をガルバノミラー422を用いて光軸に対し横方向に走査しながら(Bスキャン)、次々と奥行き方向の1次元情報の検出(Aスキャン)を繰返す。ガルバノミラー422の走査により得られたそれぞれの干渉信号についても、DAQボード441によりデジタル変換し、PC442によって離散的フーリエ変換して得られた反射強度を、奥行き方向と横方向の平面上にグレースケールまたはそれをカラーコードに変換してカラーマップとして描けば、生体サンプル425の断層像を得ることができる。 Here, the laser light irradiated to the biological sample 425 input to the sample optical path 420 can be scanned on the biological sample 425 by the galvanometer mirror 422 (B scan). The detection of one-dimensional information in the depth direction (A scan) is repeated one after another while scanning the irradiation direction of the laser light to the biological sample 425 in the direction transverse to the optical axis using the galvano mirror 422 (B scan). For each interference signal obtained by scanning the galvanometer mirror 422, the reflection intensity obtained by digital conversion by the DAQ board 441 and discrete Fourier transform by the PC 442 is grayscale on the plane in the depth direction and the horizontal direction. Alternatively, a tomographic image of the biological sample 425 can be obtained by converting it into a color code and drawing it as a color map.
光源401(LASER1)及び402(LASER2)からは、掃引周波数に同期したトリガ信号が出力されており、これが生体サンプル425の奥行き方向の1次元情報を取得(Aスキャン)するための同期信号(ラスタートリガ)として用いられる。更にラスタートリガは、ファンクションジェネレータ443により外部機器同期信号に変換され、ドライバ444に送信され、光を横方向に変更させる2次元情報を取得するためのガルバノミラー422の動作(Bスキャン)の同期に用いられる。生体サンプル425の1枚の断層画像は、Aスキャンにより取得した1次元情報(Aラインデータ)を、Bスキャンにより横方向に複数ライン連続取得し、並べることにより構築する。 A trigger signal synchronized with the sweep frequency is output from the light sources 401 (LASER1) and 402 (LASER2), and this is a synchronization signal (raster) for acquiring one-dimensional information in the depth direction of the biological sample 425 (A scan). Used as a trigger). Further, the raster trigger is converted into an external device synchronization signal by the function generator 443 and transmitted to the driver 444 to synchronize the operation (B scan) of the galvano mirror 422 for acquiring two-dimensional information for changing the light in the horizontal direction. Used. One tomographic image of the biological sample 425 is constructed by sequentially acquiring and arranging one-dimensional information (A line data) acquired by the A scan in the horizontal direction by the B scan.
図5は、光源401及び光源402の波長の様子を示す図である。図5(a)は、光源401及び光源402のそれぞれの発振レーザ光の波長と光強度との関係を示す図であり、図5(b)は、光源401及び光源402のそれぞれの波長掃引の動きを示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the state of the wavelengths of the light source 401 and the light source 402. FIG. 5A is a diagram illustrating the relationship between the wavelength and the light intensity of the oscillation laser light of each of the light source 401 and the light source 402, and FIG. 5B is a diagram illustrating the wavelength sweep of each of the light source 401 and the light source 402. It is a figure which shows a motion.
図5(a)のように、光源401及び光源402は同時に発振し、短波長から長波長に掃引される。光源401は、中心波長1270nm、波長掃引幅90nmのKTN波長掃引レーザであり、掃引波長は、波長合波器403+波長分波器432によって定まる透過帯域の中にある。また、光源402は、中心波長1350nm、波長掃引幅90nmのKTN波長掃引レーザであり、掃引波長は波長合波器403+波長分波器433によって定まる透過帯域の中にある。図5(a)に示す通り、光源401と光源402とを組み合わせることにより、擬似的に波長掃引レーザの波長掃引幅を170nmとすることができる。図5(b)の通り、光源401(LASER1)及び光源402(LASER2)は同時に発振し(同期して動作し)、短波長から長波長に掃引される。光源401及び光源402により、擬似的に波長掃引幅170nm相当の波長掃引レーザを提供することができる。 As shown in FIG. 5A, the light source 401 and the light source 402 oscillate simultaneously and are swept from a short wavelength to a long wavelength. The light source 401 is a KTN wavelength sweep laser having a center wavelength of 1270 nm and a wavelength sweep width of 90 nm, and the sweep wavelength is in a transmission band determined by the wavelength multiplexer 403 + wavelength demultiplexer 432. The light source 402 is a KTN wavelength sweep laser having a center wavelength of 1350 nm and a wavelength sweep width of 90 nm, and the sweep wavelength is in a transmission band determined by the wavelength multiplexer 403 + wavelength demultiplexer 433. As shown in FIG. 5A, by combining the light source 401 and the light source 402, the wavelength sweep width of the wavelength sweep laser can be set to 170 nm in a pseudo manner. As shown in FIG. 5B, the light source 401 (LASER1) and the light source 402 (LASER2) oscillate simultaneously (operate synchronously) and are swept from a short wavelength to a long wavelength. The light source 401 and the light source 402 can provide a wavelength sweep laser having a wavelength sweep width of 170 nm in a pseudo manner.
[実施例]
SS−OCT400による分解能の改善を検証するため、石英基板上に屈折率の異なる樹脂膜が3層に形成された試料を用意し、断層撮像を試みた。図6は、測定対象となる試料の断層構造図及びSS−OCTにより測定した試料の断層像を示す図である。図6(a)は測定対象となる試料の断層構造図、図6(b)は、光源401(波長掃引幅90nm)のみにより撮像した断層像、図6(c)は光源401及び光源402双方を用いた断層像を示す図である。樹脂層は、基板表面から第1層、第2層及び第3層と積層され、厚みは第1層が50μm、第2層が5μm、第3層が50μmであり、図6(b)及び(c)は、厚み5μmの第2層に対する分解能依存性を示している。(1)式から明らかなように、(1つのレーザのみを使った)波長掃引幅90nmに対する空間分解能は8.3μmであるのに対し、光源401及び光源402の2つのレーザを使って実質的に波長掃引幅を170nmにしたときの空間分解能は4.4μmである。撮像結果においても、図6(c)のほうが図6(b)より鮮明な撮像になっている。
[Example]
In order to verify the improvement in resolution by SS-OCT400, a sample in which three layers of resin films having different refractive indices were formed on a quartz substrate was prepared, and tomographic imaging was attempted. FIG. 6 is a diagram showing a tomographic structure diagram of a sample to be measured and a tomographic image of the sample measured by SS-OCT. 6A is a tomographic structure diagram of a sample to be measured, FIG. 6B is a tomographic image captured only by the light source 401 (wavelength sweep width 90 nm), and FIG. 6C is both the light source 401 and the light source 402. It is a figure which shows the tomographic image using. The resin layer is laminated with the first layer, the second layer, and the third layer from the substrate surface, and the thickness is 50 μm for the first layer, 5 μm for the second layer, and 50 μm for the third layer. (C) shows the resolution dependency for the second layer having a thickness of 5 μm. As apparent from the equation (1), the spatial resolution with respect to the wavelength sweep width of 90 nm (using only one laser) is 8.3 μm, while the two lasers of the light source 401 and the light source 402 are substantially used. When the wavelength sweep width is 170 nm, the spatial resolution is 4.4 μm. Also in the imaging result, the imaging in FIG. 6C is clearer than that in FIG. 6B.
以上、示した通り、本発明に係るSS−OCTにより、200kHz、波長掃引幅170nm相当の分解能を有した光断層像の撮像を行った結果、擬似的に、波長掃引速度nm/sを高め,高分解能な撮像が可能であることがわかった。 As described above, as a result of imaging an optical tomographic image having a resolution equivalent to 200 kHz and a wavelength sweep width of 170 nm by SS-OCT according to the present invention, the wavelength sweep speed nm / s is increased in a pseudo manner, It was found that high-resolution imaging is possible.
このように、本発明のSS−OCT装置では、波長掃引レーザの掃引特性を高めることなく、高分解能・高解像度な光断層撮像を可能としている。また、撮像時間が短縮されるため、被検体の負担軽減にも寄与するものである。 As described above, the SS-OCT apparatus of the present invention enables high-resolution and high-resolution optical tomographic imaging without increasing the sweep characteristics of the wavelength sweep laser. Further, since the imaging time is shortened, it contributes to reducing the burden on the subject.
なお、上記では光源401及び光源402の2つのレーザを使った例を説明したが、より多くのレーザを用いることで、さらなる高分解能・高解像度を得ることができる。 Although an example using two lasers of the light source 401 and the light source 402 has been described above, higher resolution and higher resolution can be obtained by using more lasers.
100 TD−OCT
101、301、401、402 光源
102 ビームスプリッタ
103、313 参照光ミラー
104、325、425 生体サンプル
105 光検出器
300、400 SS−OCT
302、331、404、431 光ファイバカプラ
310、410 参照光路
311、321、411、421 コリメートレンズ
312、323、412、423 集光レンズ
314、324、414、424 サーキュレータ
315、326 光ファイバ型偏波コントローラ
320、420 試料光路
322、422 ガルバノミラー
332、434、435 バランス型光検出器
341、441 DAQボード
342、442 PC
343、443 ファンクションジェネレータ
344、444 ドライバ
403 波長合波器
432、433 波長分波器
100 TD-OCT
101, 301, 401, 402 Light source 102 Beam splitter 103, 313 Reference light mirror 104, 325, 425 Biological sample 105 Photo detector 300, 400 SS-OCT
302, 331, 404, 431 Optical fiber couplers 310, 410 Reference optical paths 311, 321, 411, 421 Collimating lenses 312, 323, 412, 423 Condensing lenses 314, 324, 414, 424 Circulators 315, 326 Optical fiber polarization Controller 320, 420 Sample optical path 322, 422 Galvano mirror 332, 434, 435 Balanced photodetector 341, 441 DAQ board 342, 442 PC
343, 443 Function generator 344, 444 Driver 403 Wavelength multiplexer 432, 433 Wavelength demultiplexer
Claims (6)
前記複数の波長掃引レーザからのレーザ光を合波する波長合波器と、
前記波長合波器からの光がそれぞれ入力する参照光路と試料光路とを有するマッハツェンダー型で構成される干渉計と、
前記干渉計からの干渉レーザ光を、前記複数の波長掃引レーザの発振波長ごとに分波する波長分波器と、
前記波長分波器からの干渉レーザ光をそれぞれ電気信号に変換する複数のバランス型光検出器と
を備えることを特徴とする光断層画像撮像装置。 A tunable laser light source composed of a plurality of wavelength swept lasers having different oscillation wavelength ranges and continuous,
A wavelength multiplexer for multiplexing laser beams from the plurality of wavelength swept lasers;
An interferometer composed of a Mach-Zehnder type having a reference optical path and a sample optical path to which light from the wavelength multiplexer is respectively input;
A wavelength demultiplexer for demultiplexing the interference laser light from the interferometer for each oscillation wavelength of the plurality of wavelength swept lasers;
An optical tomographic imaging apparatus comprising: a plurality of balanced photodetectors that respectively convert interference laser light from the wavelength demultiplexer into electrical signals.
前記複数の波長掃引レーザからのレーザ光を合波する波長合波器と、
前記波長合波器からの光がそれぞれ入力する参照光路と試料光路とを有するマッハツェンダー型で構成される干渉計と、
前記干渉計からの干渉レーザ光を分波する波長分波器と、
前記波長分波器からの干渉レーザ光を電気信号に変換する複数のバランス型光検出器と
を備える光断層画像撮像装置において、試料の断面撮像のために試料の深さ方向の一次元情報を得るための方法であって、
前記複数の波長掃引レーザのそれぞれから、各発振波長域において波長掃引を行ないながらレーザ光を発振するステップであって、前記複数の波長掃引レーザは、それぞれ発振波長域が異なり、かつ連続する、ステップと、
前記レーザ光を合波して干渉計に入力するステップと、
前記干渉計からの干渉レーザ光を、前記波長分波器により波長掃引レーザの発振波長ごとに分波するステップと、
前記波長分波器からの干渉レーザ光を、複数のバランス型光検出器においてそれぞれ電気信号に変換するステップと
を備えることを特徴とする方法。 A tunable laser light source composed of a plurality of wavelength-swept lasers;
A wavelength multiplexer for multiplexing laser beams from the plurality of wavelength swept lasers;
An interferometer composed of a Mach-Zehnder type having a reference optical path and a sample optical path to which light from the wavelength multiplexer is respectively input;
A wavelength demultiplexer for demultiplexing the interference laser light from the interferometer;
In an optical tomographic imaging apparatus comprising a plurality of balanced photodetectors that convert interference laser light from the wavelength demultiplexer into an electrical signal, one-dimensional information in the depth direction of the sample is obtained for cross-sectional imaging of the sample. A method for obtaining
A step of oscillating laser light while performing wavelength sweeping in each oscillation wavelength region from each of the plurality of wavelength sweeping lasers, wherein the plurality of wavelength sweeping lasers have different oscillation wavelength regions and are continuous. When,
Combining the laser light and inputting it to an interferometer;
Demultiplexing the interference laser light from the interferometer for each oscillation wavelength of the wavelength swept laser by the wavelength demultiplexer;
Converting the interference laser light from the wavelength demultiplexer into an electric signal in each of a plurality of balanced photodetectors.
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