JP4577504B2 - 画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波断層画像と光の干渉を利用した光断層画像とを取得することができる画像診断装置に関するものである。

一般に、体内組織の断層像を取得する場合、超音波を利用した超音波断層画像診断装置が使用される。超音波断層画像診断装置は、超音波振動子が先端に設けられた超音波プローブと、超音波プローブが超脱可能に接続される超音波観測装置とから概略構成される。超音波プローブの先端に設けられた超音波振動子は、超音波観測装置により駆動制御されて超音波を被検体に送信し、反射エコーを受信して受信信号に変換して、超音波観測装置に出力する。そして、超音波観測装置において所定の信号処理がされた後に、超音波観測装置に接続されるモニタ装置により超音波断層画像が表示される。

一方、光の干渉を利用して体内組織等の光断層画像を取得する装置としてＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）を使用した画像診断装置が普及しつつある。ＯＣＴによる走査としては大別して３つの方式がある。そのうちの１つがＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴと呼ばれるものである。この方式は、光源から低コヒーレンス光を出力し、当該低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分岐させ、被検体に導光された測定光の反射光と参照面で反射した参照光の反射光とを干渉させて被検体の所定深度における光断層情報を取得する。そして、取得された光断層情報をコンピュータにおいて所定の信号処理を施した後に、コンピュータに接続されるモニタ装置に光断層画像として表示する。

もう１つは、ＳＳ（Swept Source）−ＯＣＴと呼ばれるものである。この方式は、光源を外部共振器等により波長（周波数）を一定の周期で変動させ、射出される光の周波数を時間的に変化させる。この光が測定光と参照光とに分岐され、測定光の被観察（測定）体からの反射光と参照面で反射した反射光とが合波されて干渉する。当該干渉光には波長帯域ごと（周波数帯域ごと）に被検体の各深度における強度情報が含まれているため、検出された干渉光の信号に対してフーリエ変換による周波数解析を行うことにより、深さ方向の一定範囲の光断層情報を取得する。

また、他の方式としてＳＤ（Spectral Domain）−ＯＣＴと呼ばれるものもある。この方式では、光源からは低コヒーレンス光を射出し、被検体からの反射光のスペクトル強度分布に対するフーリエ変換によって光断層画像を得ている。このため、測定光の反射光と参照光の反射光とが合波された後の干渉光に対して、スペクトル分光器によって波長分解を行い、波長帯域ごと（周波数帯域ごと）にライン検出器で検出する。そして、フーリエ変換により周波数解析を行って、深さ方向の一定範囲の光断層情報を取得する。

ＳＳ−ＯＣＴは光源光の波長（周波数）を一定の周期で変動させ、またＳＤ−ＯＣＴはスペクトル分光器を利用して波長分解を行うことにより、深さ方向の光断層情報を取得している。従って、ＴＤ−ＯＣＴが参照面を駆動して深さ方向の光断層情報を取得するのに対し、ＳＳ−ＯＣＴ及びＳＤ−ＯＣＴは双方とも参照面は駆動させる必要がなく、固定されており、高速に光断層情報を取得することが可能である。

ここで、何れの方式のＯＣＴ走査であっても、ＯＣＴ走査は光の干渉情報を利用しているため、高い分解能をもって走査をおこなうことができる。このため、高い解像度の光断層画像を取得することができるが、ＯＣＴ走査は光を利用しているため被検体表面から深い深度の画像を取得することはできない。これに対し、超音波走査は、深い深度の画像を取得することができるが、ＯＣＴ走査ほど高い解像度の画像を取得することは出来ない。

そこで、プローブ先端に低コヒーレンス光を導光するための導光手段と超音波を送信する超音波振動子とを一体に形成し、被検体の表面近傍の深度ではＯＣＴによる高分解能の光断層画像を、患部のより深い深度では超音波断層画像を取得しているものは、例えば特許文献１に開示されている。
特開平１１−５６７５２号公報

ところで、ＯＣＴ走査は、超音波走査と比較して非常に高い分解能で走査が行われる。ここで、特許文献１では、ＯＣＴ走査を行うことができる全範囲（ラジアル方向の全範囲）に渡ってＯＣＴ走査を行い、表示を行っている。そして、超音波断層画像と光断層画像とは分解能に依存した情報量の差を有しているため、特許文献１に開示されるように同一のモニタ装置を使用し、その領域を二分して同一（又はほぼ同一）のスケールで表示する場合には、光断層画像に対して縮小処理（主に、間引き処理）を施して表示する必要がある。すなわち、超音波走査とＯＣＴ走査とは分解能が大きく異なるため、取得される光断層画像も超音波断層画像に対して情報量が極めて大きなものになる。従って、光断層画像に対して何らの縮小処理を施さなければ、光断層画像は超音波断層画像に比べて分解能の比に依存した倍率のスケールを有することになる。換言すれば、光断層画像は超音波断層画像に対して、超音波走査の分解能とＯＣＴ走査分解能との比に応じた拡大率で拡大表示されることになる。例えば、ＯＣＴ走査の分解能が超音波走査の分解能よりもｎ倍高いものであれば、光断層画像は超音波断層画像に対してｎ倍の情報量を有していることになり、その拡大率もｎ倍で表示されることになる。従って、同一のモニタ装置の領域を二分して、同一のスケールで超音波断層画像と光断層画像とを表示する場合には、分解能の比に応じた縮小処理を施して表示する必要がある。

このため、ＯＣＴ走査は非常に高い分解能で走査することができるのにもかかわらず、表示するときに縮小処理を施して表示するので、高い分解能で走査するＯＣＴの本来的なメリットが失われることになる。つまり、本来高解像度で表示できるものに対して縮小処理を施して表示することになり、結局光断層画像を高解像度で表示することができなくなる。

勿論、光断層画像と超音波断層画像とを別々のモニタ装置で表示し、超音波断層画像を表示するモニタ装置の解像度よりも高い解像度を有するモニタ装置に光断層画像を表示すれば、施すべき縮小処理の量はある程度は抑制することができる。しかし、近年のＯＣＴの分解能は非常に高くなる傾向にあるため、解像度の異なる別々のモニタ装置を使用したとしても、上記の問題は解消できるものではない。

また、超音波断層画像も光断層画像も所定の信号処理が施されることになるが、超音波断層画像は光断層画像と比較して情報量が少ないため、比較的短時間で超音波断層画像に信号処理を施すことが可能である。しかし、光断層画像は超音波断層画像と比較して非常に膨大な情報量を有しているため、光断層画像に対して施す信号処理には極めて長時間を要する。従って、光断層画像を画像化する速度が超音波断層画像を画像化する速度に追いつかないという問題がある。

上述した問題は、ＴＤ−ＯＣＴ、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴの何れにも起こる問題であるが、ＴＤ−ＯＣＴについてはさらに光断層画像の生成時に、一定時間内に取得できる超音波断層画像の枚数、すなわちフレームレートが低下するという問題もある。

超音波走査の場合は、超音波振動子から送信された超音波の反射波を受信して１ライン信号分の超音波断層画像を形成し、超音波振動子をラジアル方向又はリニア方向に移動させて２次元的な超音波断層画像を生成する。一方、ＴＤ−ＯＣＴ走査の場合は、参照面の位置に対応して所定深度の情報のみが取得されるため、１ライン信号を生成するためには、１ライン信号に相当する距離だけ参照面の位置を駆動して光路長を変化させる必要がある。従って、超音波の反射波を受信する場合と比較して、ＴＤ−ＯＣＴ走査は１ライン信号を形成するためには、参照面の位置を変化させる必要があるため、光断層画像の１ライン信号の形成速度は超音波断層画像のものと比して低速になる。そのため、プローブのラジアル方向又はリニア方向の移動速度も超音波走査よりもＴＤ−ＯＣＴ走査の方が低速になる。特許文献１の発明のように、プローブに超音波振動子と導光手段とを一体に形成して走査を行う場合、プローブの移動速度又は回転速度はＴＤ−ＯＣＴによる走査に合わせる必要があるが、ＴＤ−ＯＣＴによる走査に追随させると、超音波による走査速度が本来の走査速度よりも低速になるため、超音波断層画像のフレームレートが低下するという問題がある。

そこで、本発明は、超音波断層画像と高解像度の光断層画像とを同時に表示し、超音波断層画像のフレームレートの低下という問題を解消することができる画像診断装置を提供することを目的とする。

本発明の画像診断装置は、可撓性チューブを有するプローブの先端に、被検体の所定の範囲を超音波走査する超音波振動子と、光源からの測定光を前記被検体に照射し、その反射光を受光する光照射手段とを一体に形成し、前記超音波振動子が受信する反射エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記測定光を被検体に導出するための光源から分岐された参照光の反射光と前記被検体からの反射光との干渉を利用して前記被検体の光走査を行うことにより光断層画像を生成する光断層画像生成手段とを有し、前記超音波画像生成手段により生成された前記超音波画像のうちの一部の範囲の関心領域を設定し、前記超音波画像と設定された関心領域のみの光断層画像とを同時に画面上に表示することを特徴とする。

本発明の画像診断装置は、超音波断層画像と高解像度の光断層画像とを同時に表示することができ、光断層画像の信号処理に長時間を要することはない。また、ＴＤ−ＯＣＴにあっては、さらにフレームレートの低下を抑制することもできる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１はＴＤ−ＯＣＴを適用した場合の、図２はＳＳ−ＯＣＴを適用した場合の、図３はＳＤ−ＯＣＴを適用した場合の本発明の画像診断装置を構成する信号処理装置１の概略構成図を示す。

図１乃至図４に示されるように、本発明の画像診断装置は、信号処理装置１とプローブ２とモニタ装置３と入力手段４とを有して構成され、プローブ２及びモニタ装置３は夫々信号処理装置１に接続される。以上は、各方式のＯＣＴで共通のものであり、信号処理装置１の構成が各方式によって異なることになる。以下、各方式に分けて説明する。

Ａ．ＴＤ−ＯＣＴを適用した場合
最初に、ＴＤ−ＯＣＴを適用した場合について、図１を参照して説明する。図１に示されるように、信号処理装置１は、超音波断層画像の生成を行う超音波観測装置５と光断層画像の生成を行うＯＣＴ観測装置６とを具備し、超音波観測装置５は、送受信部５１、Ａ／Ｄ（Analog Digital Converter）５２、ラインメモリ５３、スキャンコンバータ５４、スキャンコントローラ５５、ＲＯＩ（Region of Interest）コントローラ５６、Ｄ／Ａ（Digital Analog Converter）５７を有して構成され、ＯＣＴ観測装置６は、Ａ／Ｄ６１、ライン信号メモリ６２、スキャンコンバータ６３、スキャンコントローラ６４、リフレクタコントローラ６５、Ｄ／Ａ６６を有しており、さらにＯＣＴ制御部７を有している。ＯＣＴ制御部７は、光源７１、光分岐部７２、リフレクタ７３、光検出器７４を具備し、光検出器７４はＡ／Ｄ６１に接続され、リフレクタ７３はリフレクタコントローラ６５に接続される。

超音波観測装置５の送受信部５１は、プローブ２の先端に配置されている超音波振動子（後述する超音波振動子８１）と接続され、駆動信号の送信及び超音波振動子からの受信信号の受信を行う。受信信号はＡ／Ｄ５２によりアナログ信号からデジタル信号に変換されてラインメモリ５３に入力される。ラインメモリ５３にはスキャンコンバータ５４が接続されており、ラインメモリ５３に蓄積された受信信号は、スキャンコンバータ５４において超音波断層画像の走査方向の変換が行われ、超音波断層画像の１フレームを形成される。そして、形成された１フレームの超音波断層画像がスキャンコンバータ５４に記憶される。超音波断層画像の１フレームを形成するために、送受信部５１の送信側と受信側との切り換え及びスキャンコンバータ５４への信号の取り込みを制御するためのスキャンコントローラ５５が設けられている。そして１フレーム分の超音波断層画像が形成されると、関心領域（ＲＯＩ）を設定するためのＲＯＩコントローラ５６を経由して、Ｄ／Ａ５７に入力されて、デジタル信号からアナログ信号に変換された後にモニタ装置３に出力され、モニタ装置３において超音波断層画像が表示される。

次に、ＯＣＴ観測装置６について説明する。ＯＣＴ観測装置６に具備されるＯＣＴ制御装置７において、光源７１（例えば、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等の干渉性の低い光を出射する光源）から射出された光は、光分岐部７２において測定光Ｌｓと参照光Ｌｒとに分岐され、測定光Ｌｓはプローブ２に接続される光照射手段（後述する光照射手段８２）に導光される。そして、被検体からの反射光が検出光として再び光分岐部７２に入射される。一方、参照光Ｌｒは、反射鏡等により構成されるリフレクタ７３において反射され、反射光として光分岐部７２に入射される。これら測定光Ｌｓの検出光と参照光Ｌｒの反射光とは光分岐部７２において合波され、その干渉光が光検出器７４において検出される。これにより、光走査が行われて、被検体における所定深度の断層像を取得することができる。すなわち、測定光Ｌｓの光路長と参照光Ｌｒの光路長とがほぼ一致したときに被検体からの検出光とリフレクタ７３からの反射光とが初めて干渉を示すため、光走査を行うときには、参照光Ｌｒの光路長を制御すればよい。参照光Ｌｒの光路長は、リフレクタ７３の位置により一意的に定まるため、リフレクタ７３の位置を駆動させることにより、被検体における深さ方向の光断層情報を取得することができる。

以上のように、光検出部７４において干渉光が検出されるが、この干渉光は被検体の所定深度の断層情報であるため、深さ方向において一定範囲の断層情報を取得するためには、リフレクタ７３の位置を変化させる必要がある。従って、リフレクタ７３を深さ方向における走査範囲に対応する分だけ移動させることにより、光断層画像の１ライン信号を生成することができる。光検出部７４では干渉光が光電変換されて受信信号が生成され、リフレクタ７３の位置が変化することにより、１ラインの受信信号（１ライン信号）が生成される。この１ライン信号は、超音波振動子による受信信号と同様な信号として取り扱うことができる。

上記１ライン信号は、ＯＣＴ観測装置６のＡ／Ｄ６１に出力され、アナログ信号からデジタル信号に変換された後に、ラインメモリ６２に出力される。そして、超音波観測装置と同様に、ラインメモリ６２からスキャンコンバータ６３に受信信号を取り込み、走査方向の変換が行われて、１フレーム分の光断層画像を生成する。そして、１フレーム分の光断層画像がスキャンコンバータ６３に記憶される。このとき、スキャンコンバータ６３への１ライン信号の取り込み制御を行うためにスキャンコントローラ６４及びリフレクタコントローラ６５が具備されている。スキャンコントローラ６４は、プローブ２の基端側に接続されているエンコーダ（後述するエンコーダ１１０）が検出する回転角に基づいて信号取り込みのタイミングを制御するものであり、リフレクタコントローラ６５はＯＣＴ制御装置７のリフレクタ７３の位置を制御するためのものである。スキャンコンバータ６３に１フレーム分の光断層画像が取り込まれると、Ｄ／Ａ６６においてデジタル信号からアナログ信号に変換を行って、モニタ装置３の画面上に光断層画像が表示される。

次に、プローブ２について説明する。図４は、プローブ２の構成を示す図である。プローブ２の先端部２Ａには、超音波振動子８１及び光照射手段８２が一体に形成され、これら超音波振動子８１及び光照射手段８２は回転ブロック８６により同軸に回転する。超音波振動子８１は、超音波観測装置５からの駆動パルスが印加されると超音波を被検体に向けて送信し、その反射エコーを受信信号に変換して、超音波観測装置５に送信する。従って、超音波の走査方向はラジアル方向であり、その走査面は回転ブロック８６の回転軸１０４と直交する方向である。光照射手段８２は、ＯＣＴ観測装置６からの光を集光させる機能を有し、光照射手段８２から出射された光は、プリズム８３において直角に反射され、被検体の所定深度において集光するように照射される。これにより、光走査の方向は超音波の走査方向とほぼ一致する。この被検体からの反射光は、再度プリズム８３、光照射手段８２を経由してＯＣＴ観測装置６に検出光として帰還せしめられる。このため、光照射手段８２の材料としては、発散する光ファイバの光を集光させるために、例えば屈折率が無段階に変化するＧＲＩＮレンズ等が使用される。そして、超音波振動子８１には信号線８４が接続されて、信号処理装置１の超音波観測装置５と信号の授受が可能な構成となし、光照射手段８２にはファイバ８５が接続されて、ＯＣＴ観測装置６からの測定光が導光され、光照射手段８２及びこの光照射手段８２に固着されるプリズム８３により被検体に向けて測定光が照射される。また、これら信号線８４及びファイバ８５は一本のケーブル８９に纏められる。回転ブロック８６には、相互に反対方向に巻回した二重又は三重の密超コイル等からなるフレキシブルシャフト９１が連結されており、ケーブル８９はフレキシブルシャフト９１の内部に挿通される。このフレキシブルシャフト９１は基端側に接続されるモータ１０１の回転駆動力により回転を行う。そして、これら各部材を内包するようにスリーブ９２が設けられるが、このスリーブ９２の少なくともその先端部は光が透過するために、透明性の部材により構成される。

そして、プローブ２の基端側２Ｂにおいて、ケーブル８９に内包されるファイバ８５の外周には、信号線８４と接続される回転可能な第１の電極筒９３、第２の電極筒９５が設けられ、その間には回転可能な絶縁筒９４が介在されている。第１の電極筒９３又は第２の電極筒９５の何れか一方はアース電極に接続され、他方は超音波観測装置５に接続されて信号の授受が行われる。固定筒９７は上記回転部材を回転自在に保持するための部材であり、内部に軸受９６を有して構成され、またスリーブ９２と連結される。従って、光照射手段８２に接続されるファイバ８５、そして超音波振動子８１に接続される第１の電極筒９３、第２の電極筒９５は一体となって回転されることになる。

かかるプローブ２の基端部２Ｂは、図２に示されるように、駆動コネクタ１００に接続される。駆動コネクタ１００にはモータ１０１が具備されており、モータ１０１の駆動力が駆動部１０２を介してギア１０３に伝達され、ギア１０３の回転により回転軸１０４が回転する。従って、回転軸１０４にプローブ２の基端部２Ｂが接続されることにより、ファイバ８５、第１の電極筒９３、第２の電極筒９５も回転されることになる。また、モータ１０１にはエンコーダ１１０が接続されており、モータ１０１の回転角から、超音波振動子８１及び光照射手段８２の回転角を検出することができる。

モニタ装置３は超音波断層画像及び光断層画像を表示するための表示装置であり、図１の例では、超音波観測装置５のＤ／Ａ５７及びＯＣＴ観測装置６のＤ／Ａ６６に接続される。従って、モニタ装置３の画面を２つの領域に分割し、夫々の領域に超音波断層画像及び光断層画像を表示するものであってもよいし、一方の画面を主画面とし、その中に他方の画面を埋め込む、所謂ピクチャーインピクチャーの方式を採用してもよい。また、モニタ装置を複数設置する余裕がある場合には、２台のモニタ装置を用意し、夫々に超音波断層画像及び光断層画像を表示してもよい。なお、超音波断層画像及び光断層画像が同時に表示されることが好ましいが、これらを切り換えて表示することを妨げるものではない。

入力手段４は関心領域を設定するための入力装置であり、モニタ装置３に表示されている超音波断層画像を参照して、ＯＣＴ走査を行う領域を設定する。入力手段４としては、例えば、トラックボール、マウス、キーボード等が適用される。

以上説明したものは、ラジアル走査を行うものを例示して説明しているが、勿論これに限定されるものではなく、リニア走査にも適用することができる。そして、図２には、超音波振動子８１と光照射手段８２（プリズム８３を含む）とは、位相が１８０°ずれているものを例示しているが、同一方向を含む任意の方向に向けられる構成を採ることもできる。

Ｂ．ＳＳ−ＯＣＴを適用した場合

次に、ＳＳ−ＯＣＴを適用した場合について説明する。ＳＳ−ＯＣＴを適用した場合は、ＯＣＴ観測装置６の構成がＴＤ−ＯＣＴと異なることになる。ＴＤ−ＯＣＴでは、リフレクタ７３はリフレクタコントローラ６５により、その位置を変化させる駆動制御が行われていたが、ＳＳ−ＯＣＴでは、リフレクタ７３の位置を変化させる必要がない。従って、リフレクタ７３の位置は固定されている。以下、具体的に説明する。

図２に示されるように、ＳＳ−ＯＣＴでは、光源７１は、光源波長コントローラ６８により波長掃引が行われる。光源７１はチューナブルレーザからなっており、光源波長コントローラ６８によってレーザー光の波長（周波数）を一定の周期で変動させることができるようになっている。光源波長コントローラ６８によって波長掃引が行われた光源７１から射出された光は、光分岐部７２において測定光Ｌｓと参照光Ｌｒとに分岐され、測定光Ｌｓはプローブ２に接続される光照射手段８２に導光される。そして、被検体からの反射光が検出光として再び光分岐部７２に入射される。一方、参照光Ｌｒは、反射鏡等により構成されるリフレクタ７３において反射され、反射光として光分岐部７２に入射される。検出光と参照光Ｌｒの反射光とは光分岐部７２において合波され、両光の干渉光が光検出器７４において検出される。

ここで、被検体に照射された測定光Ｌｓの反射光である検出光は、波長帯域（周波数帯域）ごとに強度成分を有している。当該検出光のうち、長波長の帯域（低い周波数帯域）の強度情報は被検体の体内の深い位置からの反射情報であり、短波長の帯域（高い周波数帯域）の強度情報は被検体の体内の浅い位置からの反射情報である。光検出器７４においては、検出光と参照光Ｌｒの反射光との干渉光が受光されるため、波長帯域ごと（周波数帯域ごと）の強度情報に基づいて、各深度における反射光の強度を検出できるようになっている。ＦＦＴ制御部７５では、光検出器７４で検出された干渉光に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）によって周波数解析を行って、干渉光の光断層を決定する。そして、被検体の各層の距離情報と反射層別の情報を取得して、光断層情報を取得する。従って、ＦＦＴ制御部７５からＡ／Ｄ６１に出力される情報は、各深度位置における一定範囲の光断層情報である１ラインの受信信号（１ライン信号）が同時に取得されることになる。かかる１ライン信号は、超音波振動子による１ライン信号と同様な信号として取り扱うことができる。

ＴＤ−ＯＣＴでは、光断層画像を構成する１ライン信号を取得するために、リフレクタ７３の位置を駆動制御していたが、ＳＳ−ＯＣＴでは、検出光には波長帯域（周波数帯域）ごとに各深度の断層情報が含まれているため、リフレクタ７３の位置を駆動制御させることなく１ライン信号を同時に取得することができる。リフレクタ７３を駆動制御する必要がないため、ＳＳ−ＯＣＴにはリフレクタコントローラ６５は具備されない。

なお、ＳＳ−ＯＣＴでは、波長帯域（周波数帯域）ごとの各深度の断層情報を取得するために、光源波長コントローラ６８が光源７１に対して波長掃引を行っているが、深さ方向における一部の範囲のみの断層情報を取得する場合には、当該範囲に応じた波長掃引を行う。このため、スキャンコントローラ６４によりＲＯＩコントローラ５６からの関心領域の深さ方向の範囲の情報が光源波長コントローラ６８に出力され、当該範囲のみの断層情報を取得するように、光源波長コントローラ６８は波長掃引を行う。

Ｃ．ＳＤ−ＯＣＴを適用した場合
次に、ＳＤ−ＯＣＴを適用した場合について説明する。ＳＤ−ＯＣＴを適用した場合も、ＯＣＴ観測装置６の構成がＴＤ−ＯＣＴと異なることになる。ＳＤ−ＯＣＴにおいても、リフレクタ７３の位置を変化させる必要がないため、その位置は固定されている。以下、具体的に説明する。

ＳＤ−ＯＣＴでは、光源７１としてから射出する光としては低コヒーレントの光が使用される。従って、光源７１としては、ＴＤ−ＯＣＴと同様にＳＬＤ等の干渉性の低い光を射出する光源が使用される。光源７１から射出された低コヒーレント光が光分岐部７２において、測定光Ｌｓと参照光Ｌｒとに分岐し、測定光Ｌｓは被検体に向かい、参照光Ｌｒはリフレクタ７３に向かう。そして、検出光と参照光Ｌｒの反射光とが光分岐部７２において合波される構成まではＴＤ−ＯＣＴと同様である。ＳＳ−ＯＣＴでは、検出光と参照光Ｌｒの反射光との干渉光が、スペクトル分光器７６において波長分解され、光ライン検出器６９において各波長成分（各周波数成分）に分解されたチャンネルドスペクトルが検出される。

すなわち、検出光と参照光Ｌｒの反射光との干渉光は複数の波長を有する干渉光であり、スペクトル分光器７６において、干渉光を各周波数帯域（各波長帯域）に分光すれば、各周波数帯域（各波長帯域）の強度情報を取得することができる。各周波数帯域（各波長帯域）の強度情報は、夫々被検体の各深度における断層情報に対応するため、光ライン検出器６９からのスペクトル密度の情報に対してＦＦＴを施して周波数解析を行えば、リフレクタ７３の位置を変化させることなく、被検体の深さ方向における一定範囲の断層情報を取得することができる。すなわち、ＳＤ−ＯＣＴにおいても、リフレクタ７３の位置を駆動制御させるまでもなく、光断層画像を構成する１ライン信号の各深度位置における断層情報を同時に取得することができる。従って、ＳＤ−ＯＣＴにも、リフレクタコントローラ６５は具備されない。

なお、ＳＤ−ＯＣＴでは、波長帯域（周波数帯域）ごとの各深度の断層情報を取得するために、分光器７６により波長分解されたチャンネルドスペクトルを光ライン検出器６９により検出しているが、深さ方向における一部の範囲のみの断層情報を取得する場合には、光ライン検出器６９は、当該範囲に応じたチャンネルドスペクトルを検出する。このため、スキャンコントローラ６４によりＲＯＩコントローラ５６からの関心領域の深さ方向の範囲の情報が光ライン検出器６９に出力され、当該範囲のみの断層情報を取得するように、光ライン検出器６９は当該範囲に応じたチャンネルドスペクトルを検出する。

以上の構成を有する本発明の画像診断装置の動作について図５のフローチャートに従って説明する。最初に、ＴＤ−ＯＣＴを適用した場合の動作について説明し、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴを適用した場合の動作については後に説明する。

Ｄ．ＴＤ−ＯＣＴ方式を適用した場合の本発明の動作
最初に、予めプローブ２の回転と共に被検体の超音波断層画像を生成し、モニタ装置３に表示する（ステップＳ１）。従って、プローブ２の回転速度は超音波断層画像を取得するための速度となっており、超音波観測装置５はプローブ２の回転速度に従って、所定のタイミングで超音波振動子８１を駆動し、受信した受信信号から超音波断層画像を生成する。そして、モニタ装置３の画面上に超音波断層画像が表示されている状態で、オペレータが入力手段４を操作すると、関心領域の設定が開始される（ステップＳ２）。

最初に、ＯＣＴ走査を行う範囲が設定される（ステップＳ３）。図１の例では、リニア走査ではなくラジアル走査を行っているため、走査範囲を特定するためには、オフセット、走査角度（回転方向における走査範囲）、走査深度（深さ方向における走査範囲）を設定する必要がある。例えば、図６（ａ）に示される超音波断層画像の中から関心領域を設定するときには、オフセットＳ（走査範囲を設定するための始点）を設定し、さらに走査角度θ及び走査深度Ｄを設定する。上記３つの要素を設定することにより、ＯＣＴ走査を行う範囲を特定することができるが、さらにこの中でモニタ装置３の画面上に表示する範囲を設定することもできる（ステップＳ４）。すなわち、ＯＣＴ走査を行った範囲全てを表示する必要がない場合は、一定範囲の光断層画像を表示するように設定することもできる。

ところで、ＴＤ−ＯＣＴの場合は、ＯＣＴ走査と超音波走査とは、１ライン信号を取得する速度に大きな差があるために、プローブ２の回転速度も異なることになり、その結果超音波走査のフレームレートが悪化することは前述したとおりである。そこで、本発明では、関心領域内ではＯＣＴ走査の回転速度で、関心領域外では超音波走査の回転速度で回転を行うように制御を行う。すなわち、関心領域外で超音波走査の回転速度で回転していたプローブ２は、関心領域内に入ると回転速度を落としてＯＣＴ走査の回転速度で回転するよう制御する。このため、プローブ２の回転速度が可変となる構成を採用する。

ここで、光照射手段８２が関心領域に入ると同時にプローブ２の回転速度を急激に落とすと、回転ムラが発生することも考えられる。同様に、関心領域から出ると同時にプローブ２の回転速度を急激に上げても、回転ムラが発生するおそれがある。このため、光照射手段８２が関心領域に入る直前に段階的に回転速度を遅くし、関心領域から出る直前に段階的に回転速度を速くするよう、モータ１０１の回転速度を制御する。

次に、入力手段４によりサンプリング速度の設定を行う（ステップＳ５）。例えば、関心領域を拡大して表示した場合は、より高い分解能をもってＯＣＴ走査を行う必要がある。従って、所望の分解能に応じたサンプリングを行うために、サンプリング速度の設定を行う必要がある。

以上により各種設定は終了する。設定された内容は全てＲＯＩコントローラ５６に出力され、ＲＯＩコントローラ５６は、設定内容のうちオフセット及び操作角度の情報をモータ１０１に、オフセット、操作角度、走査深度及びサンプリング速度の情報をスキャンコントローラ６４に出力する。

モータ１０１は、ＲＯＩコントローラ５６からの情報に従って、ＯＣＴ走査を行う走査角度の範囲内においてはＯＣＴ走査の回転速度で、その他においては超音波走査の回転速度でプローブ２を回転させるように回転速度の制御を行う（ステップＳ６）。このとき、モータ１０１は、ＯＣＴ走査を行う範囲内に入るときには、段階的に回転速度を落とすように制御を行う。モータ１０１の回転により、駆動部１０２に接続される回転軸１０４が回転し、この回転軸１０４に連結されるプローブ２の各回転部材が回転する。これにより、プローブ２の回転速度のコントロールが行われる。

以上により回転方向の制御が行われることになるが、ＴＤ−ＯＣＴ方式のＯＣＴ走査においては、走査深度に対応してリフレクタ７３を駆動制御する必要がある。このため、スキャンコントローラ６４は、ＲＯＩコントローラ５６より出力された走査深度の情報をリフレクタコントローラ６５に伝達し、リフレクタコントローラ６５は当該情報に従って、走査深度に対応する分だけリフレクタ７３を移動させる（ステップＳ７）。

リフレクタ７３の位置が変化することに伴って参照光側の光路長も変化するため、当該光路長に対応した深度における情報が取得される。従って、リフレクタ７３の位置を深さ方向における走査範囲の分だけ移動させれば、各深度における断層情報を取得することができ、それらを合わせて１ライン信号とすることができる。スキャンコンバータ５４は、スキャンコントローラ６４により信号の取り込みが制御されるため、それに従って、スキャンコンバータ６３に信号の取り込みが行われる。そして、プローブ２の回転と共に、次の１ライン信号を形成し、スキャンコントローラ６４からの制御に基づいて、スキャンコンバータ６３は対象範囲内（関心領域の範囲内）の光断層画像を生成する。当該光断層画像は、Ｄ／Ａ６６によりアナログ信号に変換された後に、モニタ装置３に出力されて、図６（ｂ）のように画面表示がされる（ステップＳ８）。

そして、ＯＣＴ走査を行う範囲から出るときには段階的に回転速度を上げるように制御を行う。その後、超音波走査を行い、ＯＣＴ走査の領域に入るときには、段階的に回転速度を落としつつ、ＯＣＴ走査の回転速度に合わせる。これにより、プローブ２の回転速度は、関心領域のみＯＣＴ走査に対応した速度にすることができ、他の領域は超音波走査に対応した速度にすることができる。従って、全方位をＯＣＴ走査に対応した速度にする必要がなくなるため、フレームレートが低下することを抑制することができる。

Ｅ．ＳＳ−ＯＣＴ方式、ＳＤ−ＯＣＴ方式を適用した場合の本発明の動作
次に、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴを適用した場合の動作について説明する。上述したように、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴは何れもリフレクタ７３の位置を駆動制御する必要がないため、プローブ２の回転速度を低速にする必要はない。従って、ステップＳ６のプローブ回転速度制御及びステップＳ７のリフレクタ駆動制御が、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴを適用した場合には不要となる。他のステップについては、ＴＤ−ＯＣＴと同様である。

ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴでは、スキャンコントローラ６４の制御により、スキャンコンバータ６３はラインメモリ６２から随時１ライン信号の取り込みを行う。スキャンコンバータ６３では、取り込みを行った信号に対して走査方向の変換を行って、変換後の１フレーム分の信号を記録する。このとき、スキャンコンバータ６３は、スキャンコントローラ６４を経由してＲＯＩコントローラ５６からの関心領域の設定情報を取得する。そして、スキャンコンバータ６３は、自身に記憶されている１フレーム分の信号のうち、関心領域のみに所定の信号を施して、当該関心領域のみの光断層画像を生成する。そして、スキャンコンバータ６３において生成された光断層画像がＤ／Ａ６６によってデジタル信号からアナログ信号に変換されてモニタ装置３の画面に表示される。

以上より、ＴＤ−ＯＣＴ、ＳＳ−ＯＣＴ、ＳＤ−ＯＣＴの何れの方式のＯＣＴを使用した場合であっても、超音波断層画像と、超音波断層画像の中から設定された一部の範囲の関心領域のみの光断層画像とが同時に表示される。

光断層画像は非常に高い分解能でＯＣＴ走査が行われて生成された画像であるため、非常に多くの情報量を有している。従って、同一のモニタ装置を使用し、その表示領域を二分して超音波断層画像と光断層画像とを夫々同一のスケールで表示する場合、超音波断層画像の全範囲の光断層画像を表示するためには、光断層画像に対して間引き処理等の縮小処理を施して表示することになり、高解像度で表示することができない。また、同一のモニタ装置ではなく異なるモニタ装置に超音波断層画像と全範囲の光断層画像とを表示すれば、ある程度は光断層画像に対して施す縮小処理の縮小率を抑制しつつ、両画像を表示することができる。しかし、超音波断層画像の情報量と全範囲の光断層画像の情報量との間には極めて大きな差が存するため、超音波断層画像を表示するモニタ装置の解像度と光断層画像を表示するモニタ装置の解像度とを違わせたとしても、全範囲の光断層画像には高い縮小率をもって縮小処理を施す必要がある。従って、光断層画像を高解像度で表示することはできない。

本発明では、超音波断層画像の全範囲ではなくそのうちの一部の範囲の関心領域のみの光断層画像を生成している。従って、全範囲の光断層画像と比較して関心領域の光断層画像は、その情報量を少なくすることができる。このため、超音波断層画像と情報量の多い光断層画像とを同時に表示したとしても、縮小処理を施さないか、あるいは縮小処理を施したとしても縮小率を極めて小さいものとすることができるため、光断層画像も高解像度で表示することができる。

一般に、光断層画像で表示を行う関心領域の範囲が全範囲に占める割合はごく一部であり、それほど大きいものではない。従って、ごく一部の関心領域の光断層画像のみを表示すれば、高解像度な関心領域の光断層画像と、全体の超音波断層画像とを同時に表示することができる。

また、光断層画像は関心領域の範囲のみに信号処理を施せばよいため、信号処理に非常に長時間を要するという問題も招来しない。

ところで、光断層画像は、超音波断層画像のうちの一部の範囲のみから構成されているため、光断層画像のみをもって、当該光断層画像が超音波断層画像のうちどの部位を示しているかを一見して把握することが難しい場合がある。上述したように、光断層画像は超音波断層画像のうちの一部の関心領域であり、当該関心領域が全体領域に占める割合はそれほど大きくはない。関心領域が全体領域に対して占める割合が小さいほど、関心領域の光断層画像が全体領域の中でどの部位を表示しているものであるのかを把握することは困難になる。

そこで、ステップＳ４において、超音波断層画像の中から関心領域が設定されたときに、設定された関心領域の範囲は設定後に非表示状態にするのではなく、超音波断層画像の中に関心領域とそれ以外の領域とが明確に区別されるように表示をしておく。図６では、関心領域の範囲を実線で囲んだものを例示したが、これに限定されず、関心領域とそれ以外の領域とが明確に区別できているものであればよい。これにより、超音波断層画像のうち関心領域を明示して表示することができ、関心領域に対応する光断層画像は超音波断層画像のうちどの範囲であるかを容易に把握することが可能になる。なお、表示されている関心領域とは別の関心領域の光断層画像を新たに表示する場合には、それ以前に表示されていた関心領域の範囲を非表示状態にし、新たに設定された関心領域を他の領域と明確に区別できるように表示を行うようにする。

そして、ＴＤ−ＯＣＴ方式を適用した場合にあっては、関心領域のみプローブの回転速度をＯＣＴ走査用にし、他の領域は超音波走査用にすることができるため、超音波断層画像のフレームレートが低下することを防止することができる。

以上説明したように、本発明では、超音波断層画像と同時に表示する光断層画像は、超音波断層画像の全範囲ではなく一部の関心領域のみの画像であるため、光断層画像の情報量を少なくすることができる。そのため、超音波断層画像と高解像度の光断層画像とを同時に表示することができ、光断層画像に施す信号処理に長時間を要するという問題を解消することができる。また、表示を行うときには、表示がされている超音波断層画像には設定された関心領域が他の領域と明確に区別がつくように表示されているため、表示されている光断層画像が超音波断層画像の中でどの部位を表示しているかを一見して把握することが可能である。

そして、ＴＤ−ＯＣＴの場合は、プローブの回転速度を関心領域の範囲のみＯＣＴ走査用にし、他の領域は超音波走査用にするため、フレームレートが低下することもない。

なお、上記実施形態では、ラジアル走査を行うものについて例示して説明したが、勿論リニア走査を行うものにも適用することができる。

ＴＤ−ＯＣＴ方式による本発明の信号処理装置の概略構成図である。 ＳＳ−ＯＣＴ方式による本発明の信号処理装置の概略構成図である。 ＳＤ−ＯＣＴ方式による本発明の信号処理装置の概略構成図である。 プローブの概略構成図である。 処理の流れを示すフローチャートである。 超音波断層画像と光断層画像との一例を示す図である。

符号の説明

１ 信号処理装置 ２ プローブ
３ モニタ装置 ５ 超音波観測装置
６ ＯＣＴ観測装置 ７ ＯＣＴ制御部

Claims (5)

1. 可撓性チューブを有するプローブの先端に、被検体の所定の範囲を超音波走査する超音波振動子と、光源からの測定光を前記被検体に照射し、その反射光を受光する光照射手段とを一体に形成し、
   前記超音波振動子が受信する反射エコーに基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記測定光を被検体に導出するための光源から分岐された参照光の反射光と前記被検体からの反射光との干渉を利用して前記被検体の光走査を行うことにより光断層画像を生成する光断層画像生成手段とを有し、
   前記超音波画像生成手段により生成された前記超音波画像のうちの一部の範囲の関心領域を設定し、前記超音波画像と設定された関心領域のみの光断層画像とを同時に画面上に表示することを特徴とする画像診断装置。
2. 前記超音波画像は、設定された前記関心領域の範囲と、それ以外の領域の範囲とを明確に区別できるように表示されることを特徴とする請求項１記載の画像診断装置。
3. 前記プローブ内に回転可能なフレキシブルシャフトにより回転駆動される回転ブロックを設け、前記超音波振動子は、この回転ブロックに設けられ、その回転軸芯と直交する方向に走査させ、また前記光照射手段は光ファイバと、この光ファイバから出射される光を前記超音波振動子の走査方向とほぼ一致させるように光路を折り曲げるプリズムを前記回転ブロックに設けることを特徴とする請求項１記載の画像診断装置。
4. 前記光源からの前記測定光は干渉性の低い測定光を使用し、前記光断層画像生成手段は設定された前記関心領域のみの光走査を行うことを特徴とする請求項１記載の画像診断装置。
5. 前記プローブの回転速度は、回転方向において前記プローブが前記関心領域に入る直前に段階的に減速し、前記関心領域から出た直後に段階的に加速することを特徴とする請求項４記載の画像診断装置。
   
   

Images