JP2009524066A - 波面変調を使用してスペックル低減を提供する光学的干渉断層撮影法のシステム、構成、及びプロセス - Google Patents

Abstract

サンプルの少なくとも１つの部分と関連する情報を生成する模範的なシステム及び方法を提供可能である。例えば、少なくとも１つの部分から少なくとも１つの電磁放射を受信すると共に／又は、少なくとも１つの部分に対して少なくとも１つの電子放射を伝送可能である。少なくとも１つの部分から受信された及び／又は少なくとも１つの部分に対して伝送された電磁放射の少なくとも第１波面を提供することにより、少なくとも１つの第１伝送波面を生成可能である。第１伝送波面を生成した後に、少なくとも１つの部分から受信された及び／又は少なくとも１つの部分に対して伝送された電磁放射の少なくとも１つの第２波面の少なくとも１つの特性を変更することにより、第１伝送波面とは異なる少なくとも１つの第２変更波面を生成可能である。更には、第１伝送波面及び第２変更波面に基づいて情報を生成可能である。
【選択図】図１

Description

（関連出願に対する相互参照）
本出願は、２００６年１月２０日付けで出願された米国特許出願第６０／７６０，５９２号に基づくものであって、この優先権の利益を主張するものであり、この開示内容は、本引用により、本明細書に包含される。
（連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載）
本発明は、国立衛生研究所から付与された契約番号第ＲＯ１ＥＹ０１４９７５号及び第ＲＯ１ＲＲ０１９７６８号、並びに、国防総省から付与された契約番号第Ｆ４９６２０−０２１−１−００１４号に基づいて、米国政府の支援によって行われたものである。従って、米国政府は、本発明における特定の権利を保持している。
（技術分野）
本発明は、サンプル表面から反射された光を基準光ビームとの比較において使用する光学画像生成のシステム、構成、及び方法に関するものであり、この場合に、サンプルから戻る光の波面を連続的な計測において変更しており、この結果、取得データを使用してスペックルの出現を低減可能である。模範的なシステム、構成、及び方法は、横方向及び軸方向の分解能における低減をほとんど又はまったく伴うことなしに、光学的干渉断層撮影法の単一画像内においてスペックルコントラストを低減可能である。

光学的干渉断層撮影法とは、光の基準ビームと、サンプルから反射されて戻った検出ビームとの間の干渉を計測する画像生成法である。従来の時間ドメインＯＣＴの詳細なシステム説明について最初に記述したのは、Ｈｕａｎｇ他であった（後述の番号［１］が付番された文献を参照されたい）。スペクトルドメインＯＣＴ及び光学周波数ドメイン干渉計システム及びプロセスの模範的な詳細な説明については、例えば、２００４年９月８日付けで出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２９１４８号、２００５年１１月２日付けで出願された米国特許出願第１１／２６６，７７９号、及び２００４年７月９日付けで出願された米国特許出願第１０／５０１，２７６号に記述されており、これらの開示内容は、本引用により、そのすべてが本明細書に包含される。これらのすべての模範的なシステム及びプロセスにおいては、一連の深度スキャンを編集することにより、サンプルの断面画像を生成可能である。

単独のＯＣＴ画像生成プロセス及びシステムに加えて、様々な拡張により、細胞の組織の特性に関する追加情報を提供可能である。例えば、偏光高感度型ＯＣＴ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ＯＣＴ：ＰＳ−ＯＣＴ）は、サンプルの偏光変化特性に対する感度を利用した追加システム及びプロセスを提供可能である（後述の番号［２〜６］が付番された文献を参照されたい）。２つの直交偏光チャネルにおいて干渉縞を同時検出することにより、光のストークスパラメータを判定可能である（後述の番号［６］が付番された文献を参照されたい）。入射状態のストークスパラメータを、サンプルからの反射信号によって得られた状態と比較することにより、複屈折などの光学特性の深度分解マップを取得可能である（［６］が付番された文献を参照されたい）。更には、光学的ドップラー断層撮影法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＤＴ）システム及びプロセスは、フローの深度分解画像を生成する能力を有している（後述の番号［７〜１０］が付番された文献を参照されたい）。移動粒子からの光の後方散乱に起因した干渉縞パターンの搬送波周波数におけるシフトを計測するか、又はＡライン間において干渉縞パターンの位相を比較することにより、フロー感度を実現可能である。位相分解型光学ドップラー断層撮影法（ＯＤＴ）システム及びプロセス（後述の番号［９、１０］が付番された文献を参照されたい）は、連続した深度スキャンの間の位相差を観察することにより、フローの深度分解型の画像生成を実現可能である。

ＯＣＴにおけるスペックルの主な原因の１つは、Ｓｃｈｍｉｔｔ他によって記述されている（後述の番号［１１］が付番された文献を参照されたい）。この文献には、細胞の組織に入射した合焦波が、組織を通じてサンプル容積に向かって伝播し、後方散乱した後に、再度、組織を通じてレンズに戻る際に経験する変化を検討する必要があるとされている。又、この文献によれば、（１）所望のサンプル容積の内部及び外部のビームの多重後方散乱と、（２）多重前方散乱によって生じる前方伝播及び帰還ビームのランダム遅延、という２つの主要なプロセスが、帰還波の空間コヒーレンスに影響を与えるとされている。この中の第１のものは、粗い表面の画像生成におけるスペックルの主な原因であるが、浸透波を利用するＯＣＴのようなコヒーレント画像生成システムにおいては、第２のものも考慮しなければならない。（この文献に記述されている）両方のプロセスの共通の特徴は、帰還ビームの波面の形状を変更すると共に、ＯＣＴ画像内においてスペックルとして出現する局所的な建設的及び破壊的干渉領域を生成しているという点にある（後述の「１２」と付番された文献を参照されたい）。

例えば、サンプル内の特定の場所から戻る光の波面は、そのサンプルのその他の部分によって変更されている。多重後方散乱に寄与する近傍の領域及び特定の場所から戻る光の光学経路に沿った領域を含む、サンプルのこれらのその他の部分は、帰還ビームの波面の形状を変更するフィルタとして考えることができる。このフィルタの影響により、局所的な建設的及び破壊的干渉パターンが生成され、これが、結果的に得られるスペックルパターンを形成している。サンプル内の画像生成に使用される光の波長未満のレベルの変化により、結果的に、異なるフィルタと、従って、異なるスペックルパターンがもたらされることになる。

偏光スペックルパターンの標準偏差は、その平均強度に等しい（後述の番号［１３］が付番された文献を参照されたい）。従って、スペックルは、強度画像において、小さな、薄い、又は弱い反射性の構造の存在を隠蔽可能である。更には、位相を判定可能である精度も、信号対雑音比（ＳＮＲ）が高いほど改善される。従って、反射光の強度がスペックルによって抑圧されている領域は、相対的に低いＳＮＲと、従って、位相判定における相対的に高い不確定性を具備することになる。偏光高感度型及びドップラー型ＯＣＴ計測は、いずれも、位相判定に依存しているため、これらの局所的なスペックルに由来する否定的干渉領域においては、偏光特性及びフロー判定の精度が損なわれることになる。従って、スペックルを低減する能力は、従来の強度に基づいたＯＣＴのみならず、ＰＳ−ＯＣＴ及びドップラー型ＯＣＴなどの拡張においても有益であろう。

ＯＣＴ画像生成によって解像可能である最も小さな構造のサイズは、ＯＣＴシステムの横方向及び軸方向の分解能によって決定される。軸方向の分解能は、主には、ソースのスペクトル帯域幅によって決定されており、横方向の分解能は、光をサンプル内に合焦するオプティクスによって左右されている。サンプルに対する焦点を変調することにより、横方向の分解能よりも小さな構造の存在に関する情報を取得可能である。

ＯＣＴにおけるスペックル低減の問題に対する既存の解決策としては、いくつかのものが存在している。最も単純な方法は、通常通りに取得した同一サンプルの複数のＯＣＴ画像を単純に平均化するという方法である。複数の画像を必要とすることに加えて、この方法に伴う主な問題点は、それぞれの画像がその独自のスペックルパターンを具備しており、これらのパターンが、しばしば、非常に高度に相関しているという点にある。これは、連続的に高速取得した画像のケースであり、従って、スペックルコントラストの低減を実現することが困難であろう。

又、特に、非偏光ソースビームを使用すると共に、偏光感受方式によって干渉計の基準及びサンプルアーム間の干渉を計測することにより、偏光ダイバーシティを使用してＯＣＴ画像内のスペックルを低減することも可能である。この技法の背後にある理由は、２つの直交偏光状態によって生成された画像は、その独自のスペックルパターンを具備することになるというものである。しかしながら、この方法の２つの主な欠点は、スペックルパターンのＳＮＲの低減が限られているという点と、このような技法は、ＰＳ−ＯＣＴシステムにおいて使用不可能であるという点にある。

空間合成においては、サンプル容積又はわずかに変位したサンプル容積に由来する信号の絶対的な大きさを平均化することにより、低減されたスペックル雑音を有する新しい信号を形成している。この技法の有効性は、平均化対象の信号の数によって決定される。この技法のＯＣＴにおけるいくつかの以前のアプリケーションは、角度合成の形態において使用されており、この場合には、対物レンズの逆フーリエプレーン内に配置された検出器のアレイが、同一のサンプル容積から後方散乱された光を異なる角度において受光している（後述の番号［１１］と付番された文献を参照されたい）。これらの方法は、システム実装の観点において複雑であり、且つ、この場合には、取得を要するデータ量が増大することになる。

周波数合成においては、異なる光学波長レンジにおけるスペックルを有する画像間の低減された相関を使用している。光源のフルスペクトルの小さなサブ帯域において結果的に得られるスペックルパターンの間の相関は、それらのサブ帯域のサイズ及びオーバーラップに依存している（後述の番号［１１］と付番された文献を参照されたい）。しかしながら、光学帯域幅の低減は、恐らくは、結果的に、軸方向の分解能の損失をもたらすことになり、このため、ＯＣＴと共に使用するには、この方法は不適当である。

更には、いくつかの後処理法を使用することにより、ＯＣＴ画像内のスペックルを低減している。これらの技法は、メジアンフィルタリング、準同型Ｗｅｉｎｅｒフィルタリング、多重解像度ウェーブレット解析、及び適応型スムージングを含んでいる（後述の番号［１１］と付番された文献を参照されたい）。これらの技法のいくつかは、有効ではあるが、これらは、大規模な演算を必要としている。

従って、前述の欠点の少なくともいくつかを解決及び／又は克服することが有益であろう。

本発明の目的の１つは、（前述のものを含む）従来のシステム及び方法の特定の欠点及び短所を克服し、且つ、サンプル表面から反射された光ビームを基準光ビームとの比較において使用する光学画像生成用のシステム、構成、及び方法の模範的な実施例を提供することにあり、この場合には、サンプルから戻る光の波面を連続した計測において変更しており、この結果、取得データを使用してスペックルの出現を低減可能である。

例えば、次のように、スペックルコントラストを低減するのに有益な本発明の模範的な実施例のいくつかの模範的な態様が存在している。

ａ．異なるスペックルパターンを有する少数の深度スキャンを平均化することにより、単一画像内においてスペックル低減を実現可能である。この技法の実装は、取得を要するデータ量を常に増大させない。

ｂ．サンプルアームのビーム経路内に波面変更要素を追加することによる既存のＯＣＴシステム内への実装。

ｃ．複雑な後処理を伴うことなしに、画像内におけるスペックルコントラストの低減を実現可能である。

ｄ．適応型オプティクス用に設計されたＯＣＴシステムのような又は高分解能のために設計されたオプティクスを有する相対的に複雑な画像生成システムに対する適用。

ｅ．偏光高感度型ＯＣＴ及びドップラー型ＯＣＴなどのＯＣＴのその他の変形に対する適用。

ｆ．サンプル上の光の焦点容積よりも小さな構造の検出。

コヒーレント光が干渉しているあらゆる光学画像生成システムが、恐らくは、スペックルを具備することになり、従って、本発明の模範的な実施例の利益を享受可能である。例えば、ＯＣＴシステム又は共焦点顕微鏡などの既存の画像生成システムのサンプルビーム経路内に装置を追加することにより、サンプルから画像生成システム内に反射されて戻る波面を高速に変更可能である。この模範的な装置を使用して同一又は近傍の場所から得られた少数の計測値を平均化することにより、結果的に得られる画像内におけるスペックルの出現を低減可能である。更には、この装置を使用する際に取得されたデータを適切に使用及び分析することにより、焦点容積よりも小さな構造を検出可能である。

本発明の模範的な実施例によれば、サンプルの少なくとも１つの部分と関連付けられた情報を生成するシステム及び方法を提供可能である。例えば、少なくとも１つの部分から少なくとも１つの電磁放射を受信すると共に／又は、少なくとも１つの電磁放射を少なくとも１つの部分に対して伝送可能である。少なくとも１つの部分から受信された及び／又は少なくとも１つの部分に対して伝送された電磁放射の少なくとも１つの第１波面を提供することにより、少なくとも１つの第１伝送波面を生成可能である。第１伝送波面を生成した後に、少なくとも１つの部分から受信された及び／又は少なくとも１つの部分に対して伝送された電磁放射の少なくとも１つの第２波面の少なくとも１つの特性を変更することにより、第１伝送波面とは異なる少なくとも１つの第２変更波面を生成可能である。以上の内容は、少なくとも１つの第１の構造によって実行可能である。更には、第１伝送波面及び第２変更波面に基づいて、例えば、少なくとも１つの第２の構造を使用することにより、情報を生成可能である。

本発明の別の模範的な実施例においては、１つの第２波面の特性の変更に先立って、第１波面の少なくとも１つの特性を変更することにより、第１変更波面を生成可能である。第１及び第２変更波面に基づいて情報を生成可能である。第１及び第２変更波面に基づいて更なる情報を生成可能であり、この更なる情報は、電磁放射を受信する部分の焦点容積よりも小さな部分の特定の容積と関連するものであってよい。第１の構造は、マイクロ変形可能ミラー、変形可能な反射性メンブレイン、変形可能な透過性メンブレイン、電気光学空間光変調構造、回転又は並進運動する反射性又は透過性要素、及び／又は少なくとも１つの電磁放射の波面を変更するべく構成された装置を包含可能である。

本発明の更に別の模範的な実施例によれば、情報を平均化することにより、スペックル雑音が情報内のスペックル雑音よりも小さい結果データを生成可能である。第１の構造は、カテーテル構造内に存在可能である。第２の構造は、サンプルアームから少なくとも第１及び第２波面を、そして、基準アームから更なる電磁放射を受信可能である干渉計構造を包含可能である。第１及び第２波面は、サンプルの一部内の略同一の焦点容積と関連するものであってよい。第２の構造は、共焦点顕微鏡構造を包含可能である。電磁放射の第２波面の特性は、第２波面の位相であってよく、この場合に、位相は、最大で約２だけ変更可能である。

本発明の更なる模範的な実施例においては、サンプルの部分、並びに／或いは、第１及び／又は第２の構造内の光学ビーム経路と関連する既定の波面歪みを補償可能である。第１の構造は、少なくとも１つの第３の構造を更に包含可能であり、第３の構造は、少なくとも１本の光ファイバ及び／又はピンホールを具備した構造であってよい。第３の構造は、サンプルの一部から受信した電磁放射の少なくとも１つの部分を選択可能である。情報は、少なくとも１つの部分の反射率、その内部における動き、及び／又は偏光特性と関連するものであってよい。電磁放射を使用してその部分をスキャンすることにより、その部分（例えば、解剖学的構造）の二次元画像及び／又は三次元画像と関連する更なる情報を生成するべく構成された更なる構造を提供可能である。

本発明のその他の特徴及び利点については、添付の請求項との関連において、本発明の実施例に関する以下の詳細な説明を参照することにより、明らかとなろう。

本発明の模範的な目的、特徴、及び利点については、本発明の例示用の実施例を示している添付図面との関連において、以下の詳細な説明を参照することにより、明らかとなろう。

これらの添付図面においては、特記されていない限り、同一の参照符号及び文字を使用することにより、図示の実施例の類似した特徴、要素、コンポーネント、又は部分を表記している。更には、以下においては、図面を参照し、本発明について詳細に説明しているが、これは、例示用の実施例との関連において行われている。添付の請求項によって定義された本発明の範囲及び精神を逸脱することなしに、説明対象の実施例に対して変更及び変形を実施可能であるものと解釈されたい。

（模範的な実施例の詳細な説明）
本発明の模範的な実施例は、模範的なＯＣＴ画像生成システムのサンプルアームに対する特定の変更を含むと共に、サンプルから戻ってくる光の検出空間モードを変更する（例えば、サンプルから戻ってくる光の波面を変更する）装置をも包含可能である。例えば、装置の異なる設定を有する同一又は近傍の場所から取得された少数の計測値を平均化することにより、軸方向又は横方向の分解能の損失をほとんど又はまったく伴うことなしに、単一画像内におけるスペックルコントラストを低減可能である。これは、さもなければスペックルの存在に起因して隠蔽される又は解像することが困難である小さな、薄い、又は弱い反射性の構造の相対的に良好な画像生成を提供可能である。又、本装置を使用する際に得られたデータを使用することにより、焦点容積よりも小さな構造の存在を検出可能である。

図１は、本発明によるスペックル低減を実現する波面変更の反射による方法の模範的な実施例の図を提供している。図２は、本発明によるスペックル低減を実現する波面変更の透過による方法の模範的な実施例の図を提供している。例えば、サンプルの焦点容積（図１の１０００及び図２の２０００）から戻ってくる光の波面（図１の１０１０及び図２の２０１０）は、サンプルのその他の部分（図１の１０２０、１０３０及び図２の２０２０、２０３０）によって変調され、この結果、恐らくは、特定のスペックル問題が発生することになろう。要素（図１の１０７０及び１０８０）をサンプルの光学ビーム経路内に導入して波面を更に変更することにより、結果的に、異なるスペックルパターンを得ることができる。波面の変更を連続した深度又は横方向のスキャンにおいて変化させることが可能であり、この結果、これらのスキャンは、異なるスペックルパターンを具備することになる。次いで、少数のスキャンを平均化することにより、結果的に、低減されたスペックルコントラストを有すると共に導出画像の構造における変化を伴ってはいない画像が得られることになる。

サンプルアームのビーム経路内の光学要素を変更する能力を有するこのような波面を導入する２つの模範的な方法は、それぞれ、図１及び図２に示されているように、反射及び透過によるものであってよい。これらの模範的な方法によれば、フルサンプル光ビーム内の小さなビームレットの全体経路長を波面変更コンポーネント（図１の１０７０及び図２の２０７０）によって互いの関係においてわずかに変化させており、この結果、ビーム全体において変更済みの波面を得ている（１０８０及び２０８０）。このビームレット−変更パターンを深度スキャンごとに変化させることにより、様々なスペックルパターンを生成可能である。これらの相対的な動きの振幅は、スペックルパターンを大きく変化させるには、わずかに光の波長未満のレベルであればよい。相対的な経路長の変更パターンは、深度スキャンごとに変更可能であり、同一又は近傍の領域から少数の深度スキャンにおいて結果的に得られた計測値を平均化することにより、単一画像内におけるスペック低減を実現可能である。異なるスペックルパターンを有する少なくとも２つのこのような深度スキャンが好ましいが、任意の数の波面パターン及び深度スキャンを使用することにより、スペックルの低減を更に改善可能である。

本発明による技法の模範的な実施例のフローチャートが図３に示されている。例えば、段階３０００において、波面変形パターン１によって深さ又は横方向のプロファイル１を取得可能であり、これに続いて、段階３０１０において、波面変形パターン２によってプロファイル２を取得している。次いで、段階３０２０において、深さプロファイル１及び２内の情報を平均化することにより、スペックルを低減可能である。相対的に多数の波面変形パターンに対応した相対的に多数の深さプロファイルからの情報を取得及び平均化することにより、スペックルの低減量を改善可能である。

システムの軸方向の分解能を変化させないようにするべく、パターンごとの全体的なビーム経路長の変化をシステムの軸方向の分解能未満に抑えることが好ましい。更には、波面変更光学要素によって生じるサンプルビームの角度変位を最小限に抑えることにより、システムの横方向の分解能を概ね保持可能である。

反射形態における本発明の模範的な実施例の特定の模範的な実現には、その上部に表面波が導入される反射性メンブレインを使用すると共に、光学要素の異なるエリアを動かすことによって異なる波面パターンを連続した計測のためにサンプルビーム経路に導入するスピン、並進運動、又は回転する反射性要素を使用したマイクロ変形可能ミラー（ｍＤＭ）の使用を包含可能であるが、これに限定されるものではない。透過形態におけるもう１つの模範的な実現には、通過するビームレットの位相を変更する液晶装置を使用するか、又は光学要素の異なる部分を動かすことによってサンプルビーム経路内に異なるビームレット経路パターンを導入可能である透過性の光学要素をスピン、並進運動、又は回転させる振動又は音響波を透過可能である固体又はガス状の透過要素の使用を包含可能であるが、これに限定されるものではない。様々なケースにおいて、ビームの波面が変更されるように全体的なサンプル光ビームのビームレット間に小さな相対的な経路長又は位相の変動を導入可能であり、且つ、連続した計測の間においてこの波面変更のパターンを変更可能であることのみが好ましい。

本発明の模範的な目的の１つは、異なるスペックルパターンを有する少数の計測値を平均化することにより、スペックルを低減することにある。ＯＣＴ画像の連続した深度スキャンの取得間においてスペックルパターンを高速で変化させることにより、単一画像内において大きなスペックル低減を実現可能である。従来の強度ＯＣＴ画像生成に加えて、本発明の模範的な実施例は、偏光高感度型ＯＣＴ及びドップラー型ＯＣＴシステム及びプロセスを含む、但し、これらに限定されないＯＣＴの拡張又は変形と共に使用可能である。波面変更の模範的なアプリケーションは、恐らくは、画像の基本構造に対する変更を伴うことなしに、スペックルパターンを変更することになるため、これらのＯＣＴの機能的な拡張及び変形は、本発明による１つ又は複数の技法の模範的な実施例によって大きな悪影響を受けることにはならないであろう。これらの拡張及び変形に対する本発明の模範的な実施例の影響の１つは、解像可能な最小検出可能位相差が増大することであろう。

又、本発明の模範的な実施例は、適応型オプティクスシステムとの関連において使用することも可能である。適応型オプティクスシステムは、一般に、結果的に得られる画像の横方向の分解能を改善するべく、波面センサ及び波面変更要素を使用することにより、サンプルビーム経路内において波面を平坦化している。本発明の模範的な実施例に好適である波面変更のタイプを適応型のオプティクスに必要なものに重畳することにより、結果的に得られる画像内におけるスペックルの出現を低減可能である。

本発明の模範的な実施例の別の使用法は、サンプル上に入射するビームの焦点を変更することにより、サンプルの焦点容積内のサブ構造を検出するというものであってよい。入射ビームの焦点を変調することにより、サンプルの焦点容積内の小さなサブ構造にマッチング可能である。例えば、特定の間隔及びサイズのサブ構造において最大反射を付与するべく、焦点の空間的な構造を設計可能である。この結果、このような計測値を異なる変調焦点パターンを有するその他の計測値と比較することにより、焦点容積よりもサイズが小さな構造に関する情報を入手可能である。

（模範的な基礎資料）
マイクロ変形可能ミラーｍＤＭ４０２０を使用する本発明の模範的な実施例の模範的な実装が図４に示されている。例えば、ｍＤＭ４０２０は、１２×１２のアレイ（アレイのコーナーは、制御可能ではない）の形態における１４０個のアクチュエータによって変更可能である３×３ｍｍの正方形の反射性表面を具備している。スペクトル−ドメインＯＣＴシステムのサンプルアームは、２ｍｍの直径ビームをマイクロ変形可能ミラー４０２０に導波するコリメータ４０１０から構成可能である。この光をガルバノメータ取り付け型のミラー４０３０に対して反射可能であり、これにより、光は、合焦レンズ４０４０（ｆ＝６０ｍｍ）を通過した後に、サンプル４０５０上にスキャンされている。

図５は、本発明の模範的な実施例によるシステム及びプロセスの使用法の模範的な実装の図であり、これは、テレセントリック構成における追加レンズを使用している。例えば、模範的な構成は、レンズ５０１０及び５０８０、並びに、コリメータ５０５０を含んでおり、これらは、それぞれ、図４のレンズ４０１０及び４０４０、並びに、コリメータ４０３０に類似している。更には、図５の模範的な構成は、ミラー５０２０を利用してビームを追加レンズ５０３０及び５０４０に導波しており、これらにより、ビームは、コリメータ５０５０に導波されている。次いで、コリメータ５０４０は、ビームを更なるレンズ５０６０、５０７０に導波しており、これらにより、ビームは、レンズ５０８０を通じてサンプル５０９０に転送されている。

ｍＤＭのアクチュエータは、パターンの全体的な高さが一定になるように、様々な空間周波数及び振幅を有する特定の模範的なパターンに従って設定可能である。この模範的な実施例において使用されるミラーパターンは、図６に示されているように、２×２ ６０００、２×２ｓ ６０１０、６×６ ６０２０、及び１２×１２ ６０３０と表記可能である。これらのパターンは、チェッカーボードに基づいたものであってよく、この場合に、それぞれの断片は、いくつかのアクチュエータから構成されている。例えば、１２×１２のパターン６０３０の場合には、それぞれのアクチュエータの高さは、アクチュエータの中間高さに中心を有する２つの値の間において交互に変化している。２×２のパターン６０００の場合には、値の間において交互に変化する３６個のアクチュエータから構成された正方形の高さを同一の方式によって算出可能である。２×２ｓのパターン６０１０は、２×２のパターン６０００を正弦波的にスムージングしたバージョンである。

本発明の模範的な実施例によるシステムの結合効率、横方向の分解能、及び軸方向の分解能は、様々な振幅を有する静止したパターンの分解能ターゲット（例えば、Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ １９５１）の画像を生成することによって判定可能である。これらの模範的な計測の結果７０００及び８０００が、それぞれ、図７及び図８に示されている。例えば、異なるパターンにおける軸方向のＦＷＨＭは、１２．２〜１３．４ミクロンの間において変化しており、これは、軸方向における模範的な最小変動を表している。様々な模範的なパターンにおいて、横方向の分解能も、大きく変化することはなく、２２〜３１ミクロンの範囲を有していた。特定のケースにおいては、横方向の分解能が劣化したが、この劣化は、２×２のパターンにおける反射による角度の逸脱に帰することが可能である。全体的なサンプル画像生成システムの効率は、様々なパターンの振幅の増大における反射信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）の減少を実証している。ミラーパターンのペアは、それぞれのＳＮＲ値に基づいて選択されたものである。

深度スキャンの取得レートと略同一のレートにおいて６×６パターンと整合１２×１２パターンの間においてｍＤＭを交互に変化させつつ、本発明によるシステム及びプロセスの模範的な実施例を使用することにより、鶏の筋肉の模範的なサンプルの一連の画像を取得した。次いで、静止した６×６パターンを使用することにより、この同一の模範的なサンプルの画像を生成した。これらの画像は、２×２ｍｍのエリアをカバーする２０４８×２５６個のピクセルから構成されており、４回の深度スキャンを平均化することにより、これらを同様に処理した。代表的な画像が図９に示されている。スペックルの出現は、ミラーパターン９０１０の間において交互に変化させた際に取得された強度及び偏光画像において、視覚的に低減されており、全体的な強度及び位相遅延画像は、同一に留まっている。この一連の画像生成において、サンプルの高度な反射性を有する表面１００００、強度の標準偏差と平均の間の模範的な比率（例えば、スペックルコントラスト比）１００１０、及び位相遅延の標準偏差１００２０から決定される模範的な軸方向の分解能を判定しており、これが図１０に示されている。ミラーの状態は、フレーム１１及び１２の間において交互に変化する状態から静止状態に変化している。これは、スペックルコントラスト比及び算出された位相遅延の標準偏差の両方の鋭い増大によって示されている。軸方向の分解能には、大きな変化は存在していない。このデータは、２つの状態間においてミラーパターンを相互に変化させることにより、分解能の損失を伴うことなしに、スペックルが低減されることを実証している。

静止ミラーパターン１１０００と、連続した深度スキャンの間におけるミラーパターン間の交互の変化１１０１０の両方を使用することにより、人間の指先の実質的に同一領域の画像を生成した。図１１に示されている画像には、スペックルの出現が示されている。
本明細書において引用した参考文献は、次のとおりである。

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２． ｄｅ Ｂｏｅｒ， Ｊ．Ｆ．、 Ｍｉｌｎｅｒ， Ｔ．Ｅ．、 ｖａｎ Ｇｅｍｅｒｔ， Ｍ．Ｊ．Ｃ．、及びＮｅｌｓｏｎ， Ｊ．Ｓ．、「Ｔｗｏ− ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｉｓｓｕｅ ｂｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ− ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ．、１９９７年、２２（１２）：９３４〜９３６頁
３． Ｅｖｅｒｅｔｔ， Ｍ．Ｊ．、Ｓｃｈｏｅｎｅｎｂｅｒｇｅｒ， Ｋ．、Ｃｏｌｓｔｏｎ， Ｂ．Ｗ．、及びＤａ Ｓｉｌｖａ， Ｌ．Ｂ．、「Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｉｓｓｕｅ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ．、１９９８年、２３（３）：２２８〜２３０頁
４． ｄｅ Ｂｏｅｒ， Ｊ．Ｆ．、Ｓｒｉｎｉｖａｓ， Ｓ． Ｍ．、Ｍａｌｅｋａｆｚａｌｉ， Ａ．、Ｃｈｅｎ， Ｚ．、及びＮｅｌｓｏｎ， Ｊ．Ｓ．、「Ｉｍａｇｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｄａｍａｇｅｄ ｔｉｓｓｕｅ ｂｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｏｐｔ． Ｅｘｐ．、１９９８年、３（６）：２１２〜２１８頁
５． Ｓｃｈｍｉｔｔ， Ｊ．Ｍ．及びＸｉａｎｇ， Ｓ．Ｈ．、「Ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｉｓｓｕｅ」、Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ．、１９９８年、２３（１３）：１０６０〜１０６２頁
６． ｄｅ Ｂｏｅｒ， Ｊ．Ｆ．、Ｍｉｌｎｅｒ， Ｔ．Ｅ．、及びＮｅｌｓｏｎ， Ｊ．Ｓ．、「Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ− ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｓｔｏｋｅｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ｔｕｒｂｉｄ ｍｅｄｉａ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９９年、２４（５）：３００〜３０２頁
７． Ｃｈｅｎ， Ｚ．Ｐ．、Ｍｉｌｎｅｒ， Ｔ．Ｅ．、Ｓｒｉｎｉｖａｓ， Ｓ．、Ｗａｎｇ， Ｘ．Ｊ．、Ｍａｌｅｋａｆｚａｌｉ， Ａ．、ｖａｎＧｅｍｅｒｔ， Ｍ．Ｊ．Ｃ．、及びＮｅｌｓｏｎ， Ｊ．Ｓ．、「Ｎｏｎｉｎｖａｓｉｖｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｉｎ ｖｉｖｏ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９７年、２２（１４）：１１１９〜１１２１頁
８． Ｉｚａｔｔ， Ｊ．Ａ．、Ｋｕｌｋａｍｉ， Ｍ．Ｄ．、Ｙａｚｄａｎｆａｒ， Ｓ．、Ｂａｒｔｏｎ， Ｊ．Ｋ．、及びＷｅｌｃｈ， Ａ．Ｊ．、「Ｉｎ ｖｉｖｏ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｌｏｒ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｆｌｏｗ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｐｉｃｏｌｉｔｅｒ ｂｌｏｏｄ ｖｏｌｕｍｅｓ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｇｈｙ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９７年、２２（１８）：１４３９〜１４４１頁
９． Ｚｈａｏ， Ｙ．Ｈ．、Ｃｈｅｎ， Ｚ．Ｐ．、Ｓａｘｅｒ， Ｃ、Ｘｉａｎｇ， Ｓ．Ｈ．、ｄｅ Ｂｏｅｒ， Ｊ．Ｆ．、及びＮｅｌｓｏｎ， Ｊ．Ｓ．、「Ｐｈａｓｅ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｆｏｒ ｉｍａｇｉｎｇ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ ｉｎ ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎ ｗｉｔｈ ｆａｓｔ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２０００年、２５（２）：１１４〜１１６頁
１０． Ｚｈａｏ， Ｙ．Ｈ．、Ｃｈｅｎ， Ｚ．Ｐ．、Ｓａｘｅｒ， Ｃ、Ｓｈｅｎ， Ｑ．Ｍ．、Ｘｉａｎｇ， Ｓ．Ｈ．、ｄｅ Ｂｏｅｒ， Ｊ．Ｆ．、及びＮｅｌｓｏｎ， Ｊ． Ｓ．、「Ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｉｍａｇｉｎｇ ｆｏｒ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｉｎ ｖｉｖｏ ｈｕｍａｎ ｓｋｉｎ ｂｌｏｏｄ ｆｌｏｗ」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、２０００年、２５（１８）：１３５８〜１３６０頁
１１． Ｓｃｈｍｉｔｔ， Ｊ．Ｍ．、Ｘｉａｎｇ， Ｓ．Ｈ．、及びＹｕｎｇ， Ｋ．Ｍ．、「Ｓｐｅｃｋｌｅ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ、１９９９年、４（１）：９５〜１０５頁
１２． Ｗａｘ， Ａ．及びＴｈｏｍａｓ， Ｊ．Ｅ．、「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈｅｄ Ｗｉｇｎｅｒ ｐｈａｓｅ−ｓｐａｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ−ａｎｇｌｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ａ ｔｕｒｂｉｄ ｍｅｄｉｕｍ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ ａ−Ｏｐｔｉｃｓ Ｉｍａｇｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｖｉｓｉｏｎ、１９９８年、１５（７）：１８９６〜１９０８頁
１３． Ｄａｉｎｔｙ， Ｊ．Ｃ．、「Ｌａｓｅｒ Ｓｐｅｃｋｌｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ」、１９８４年、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ− Ｖｅｒｌａｇ

以上の内容は、本発明の原理を示すものに過ぎない。本明細書の開示内容に鑑み、これらの説明対象の実施例に対する様々な変更及び変形が当業者には明らかとなろう。実際に、本発明の模範的な実施例による構成、システム、及び方法は、あらゆるＯＣＴシステム、ＯＦＤＩシステム、ＳＤ−ＯＣＴシステム、又はその他の画像生成システム、並びに、例えば、２００４年９月８日付けで出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２９１４８号、２００５年１１月２日付けで出願された米国特許出願第１１／２６６，７７９号、及び２００４年７月９日付けで出願された米国特許出願第１０／５０１，２７６号に開示されているものと共に使用可能であると共に／又は、これらを実装可能であり、これらの開示内容は、本引用により、そのすべてが本明細書に包含される。従って、当業者であれば、本明細書に明示的に説明及び図示されてはいないが、本発明の原理を実施しており、従って、本発明の精神及び範囲に属する多数のシステム、構成、及び方法を考案可能であることを理解されたい。更には、以上において引用によって本明細書に明示的に包含されていない場合にも、従来技術における知識は、そのすべてが本明細書に明示的に包含されている。以上において引用されたすべての文献は、引用により、そのすべてが本明細書に包含されている。

本発明によるスペックル低減を実現する波面変更の反射による方法の模範的な実施例の図である。 本発明によるスペックル低減を実現する波面変更の透過による方法の模範的な実施例の図である。 本発明によるプロセスの模範的な実施例のフローチャートである。 本発明の模範的な実施例によるシステム及びプロセスの使用法の模範的な実装の図であり、これは、ビームをマイクロ変形可能ミラーに導波するコリメータを使用している。 本発明の模範的な実施例によるシステム及びプロセスの使用法の模範的な実装の図であり、これは、テレセントリック構成における追加レンズを使用している。 本発明の模範的な実施例に従って生成された様々なマイクロ変形可能ミラーパターンから結果的に得られた模範的な横方向及び軸方向の分解能の散乱プロットである。 本発明の模範的な実施例に従って生成された振幅マイクロ変形可能ミラーパターンを増大させる模範的な信号対雑音比のグラフである。 単一の静止パターン（左のペア）及び２つの異なるミラーパターンの間における交互の変化（右のペア）によって画像生成された鶏の筋肉の模範的なサンプルにおける強度及び位相遅延画像である。 本発明の模範的な実施例による図８の鶏の模範的なサンプルにおける軸方向のＦＷＨＭ、強度スペックルコントラスト比、及び位相遅延プロットの標準偏差のグラフである。 本発明の模範的な実施例による静止ミラーパターン（左のセット）及び２つの異なるミラーパターンの間における交互の変化（右のセット）を使用して生体内において取得された模範的な人間の指先領域の画像である。

Claims (21)

1. サンプルの少なくとも１つの部分に関係する情報を生成するシステムにおいて、
   ｉ）前記少なくとも１つの部分からの少なくとも１つの電磁放射の受信と、前記少なくとも１つの部分に対する少なくとも１つの電磁放射の伝送との、少なくとも１つを実行し、
   ｉｉ）少なくとも１つの第１伝送波面を生成するために、前記少なくとも１つの部分から受信された又は前記少なくとも１つの部分に対して伝送されたいずれかの前記少なくとも１つの電磁放射の少なくとも１つの第１波面を提供し、
   ｉｉｉ）前記第１伝送波面を生成した後に、前記第１伝送波面とは異なる少なくとも１つの第２変更波面を生成するために、前記少なくとも１つの部分から受信された又は前記少なくとも１つの部分に対して伝送されたいずれかの前記少なくとも１つの電磁放射の少なくとも１つの第２波面の少なくとも１つの特性を変更するように構成された、少なくとも１つの第１の構造と、
   前記第１伝送波面及び前記第２変更波面に基づいて前記情報を生成するべく構成された少なくとも１つの第２の構造と、
   を有するシステム。
2. 前記少なくとも１つの第１の構造は、前記少なくとも１つの第２波面の前記少なくとも１つの特性の前記変更の前に、前記少なくとも１つの第１波面の少なくとも１つの特性を変更することにより、第１変更波面を生成する、請求項１記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの第２の構造は、前記第１及び第２変更波面に基づいて前記情報を生成する、請求項２記載のシステム。
4. 前記少なくとも１つの第２の構造は、前記第１及び第２変更波面に基づいて更なる情報を生成し、前記更なる情報は、前記少なくとも１つの電磁放射を受信する前記少なくとも１つの部分の焦点容積よりも小さい前記少なくとも１つの部分の特定の容積と関連している、請求項２記載のシステム。
5. 前記少なくとも１つの第１の構造は、マイクロ変形可能ミラー、変形可能反射性メンブレイン、変形可能透過性メンブレイン、電気光学空間光変調構造、回転又は並進運動する反射性又は透過性要素、又は前記少なくとも１つの電磁放射の波面を変更するべく構成された装置のうちの、少なくとも１つを有する、請求項１記載のシステム。
6. 前記少なくとも１つの第２の構造は、前記情報を平均化することにより、スペックル雑音が前記情報内のスペックル雑音よりも小さい合成データを生成するべく構成されている、請求項１記載のシステム。
7. 前記少なくとも１つの第１の構造は、カテーテル構造内に存在している、請求項１記載のシステム。
8. 前記少なくとも１つの第２の構造は、サンプルアームから少なくとも前記第１及び第２波面を、そして、基準アームから更なる電磁放射を受信する干渉計構造を有する、請求項１記載のシステム。
9. 前記第１及び第２波面は、前記サンプルの前記少なくとも１つの部分内の略同一の焦点容積と関連している、請求項１記載のシステム。
10. 前記少なくとも１つの第２の構造は、共焦点顕微鏡構造を有する、請求項１記載のシステム。
11. 前記少なくとも１つの電磁放射の前記少なくとも１つの第２波面の前記少なくとも１つの特性は、前記少なくとも１つの第２波面の位相であり、この場合に、前記少なくとも１つの第１の構造は、最大で約２だけ前記位相を変更する、請求項１記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つの第１の構造は、前記サンプルの前記少なくとも１つの部分又は前記第１の構造又は前記第２の構造の少なくとも１つの内部の光ビーム経路の少なくともいずれかと関連する既定の波面歪みを補償するべく更に構成されている、請求項１記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つの第１の構造は、少なくとも１本の光ファイバ又はピンホールを具備した構造の少なくともいずれかである少なくとも１つの第３の構造を更に有しており、この場合に、前記少なくとも１つの第３の構造は、前記サンプルの前記少なくとも１つの部分から受信した前記少なくとも１つの電磁放射の少なくとも１つの部分を選択するべく構成されている、請求項１記載のシステム。
14. 前記情報は、前記少なくとも１つの部分の反射率、その内部における動き、又は偏光特性のうちの、少なくとも１つと関連している、請求項１記載のシステム。
15. 前記少なくとも１つの電磁放射を使用して前記少なくとも１つの部分をスキャンすることにより、前記少なくとも１つの部分の二次元画像又は三次元画像の少なくともいずれかと関連する更なる情報を生成するべく構成された、更なる構造を更に有する、請求項１記載のシステム。
16. 前記サンプルは、解剖学的な構造を含む請求項１記載のシステム。
17. サンプルの少なくとも１つの部分と関連する情報を生成する方法において、
    ａ）前記少なくとも１つの部分から少なくとも１つの電子放射を受信するか、又は前記少なくとも１つの部分に対して少なくとも１つの電磁放射を伝送する段階と、
    ｂ）前記少なくとも１つの部分から受信された又は前記少なくとも１つの部分に対して伝送された、少なくともいずれかの前記少なくとも１つの電磁放射の少なくとも１つの第１波面を提供することにより、少なくとも１つの第１伝送波面を生成する段階と、
    ｃ）前記第１伝送波面を生成した後に、前記少なくとも１つの部分から受信された又は前記少なくとも１つの部分に対して伝送された、少なくともいずれかの前記少なくとも１つの電子放射の少なくとも１つの第２波面の少なくとも１つの特性を変更することにより、前記第１伝送波面とは異なる少なくとも１つの第２変更波面を生成する段階と、
    ｄ）前記第１伝送波面及び前記第２変更波面に基づいて前記情報を生成する段階と、
    を有する方法。
18. ｅ）前記少なくとも１つの第２波面の前記少なくとも１つの特性の前記変更の前に、前記少なくとも１つの第１波面の少なくとも１つの特性を変更することにより、第１変更波面を生成する段階であって、この場合に、前記情報は、前記第１及び第２変更波面に基づいて生成される、段階を更に有する、請求項１７記載の方法。
19. ｆ）前記情報を平均化することにより、スペックル雑音が前記情報内のスペックル雑音よりも小さい合成データを生成する段階を更に有する、請求項１７記載の方法。
20. ｇ）前記サンプルの前記少なくとも１つの部分又は段階（ａ）〜（ｄ）のうちの少なくとも１つを実行するべく構成された少なくとも１つの構造内の光ビーム経路の少なくともいずれかと関連する既定の波面歪みを補償する段階、
    を更に有する、請求項１７記載の方法。
21. ｈ）前記第１及び第２変更波面に基づいて更なる情報を生成する段階であって、前記更なる情報は、前記少なくとも１つの電磁放射を受信する前記少なくとも１つの部分の焦点容積よりも小さい前記少なくとも１つの部分の特定の容積と関連している、段階、
    を更に有する、請求項１７記載の方法。

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