JP2018066762A - Jones matrix oct device and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Jones matrix OCT which is improved in image stability, image quality, and an image depth area.SOLUTION: A Jones matrix OCT device comprises: a light source; a polarization separation unit for separating a luminous flux from the light source into P polarized light and S polarized light; a polarization delay unit for relatively applying a phase difference to the P polarized light and the S polarized light from the light separation unit and overlapping the polarized light and the S polarized light having a phase difference; an objective unit for irradiating a measurement target with a luminous flux from the polarization delay unit and receiving reflection light from the measurement target; a detection unit for making a luminous flux from the objective unit and the luminous flux from the light source interfere with each other and separating the same into vertical polarization and horizontal polarization to detect the same; and a calculation unit for generating a tomogram image by receiving a signal from the detection unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光干渉計測技術に分野であって、光コヒーレンストモグラフィー(Optical Coherence Tomography、略して「OCT」という)画像に対する画像処理の技術に関し、特に、ジョーンズマトリックスを利用したジョーンズマトリックスOCT装置、及び該OCTで得られた計測データを画像処理するプログラムに関する。   The present invention relates to an optical interferometry technique, and relates to an image processing technique for an optical coherence tomography (abbreviated as “OCT”) image, and in particular, a Jones matrix OCT apparatus using a Jones matrix, and The present invention relates to a program for image processing of measurement data obtained by the OCT.

従来、医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の1つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ(探針)として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィー」(OCT)がある(特許文献1参照)。OCTは、光を計測プローブとして用いるため、被計測物体の屈折率分布、分光情報、偏光情報(複屈折率分布)等が計測できるという利点がある。   Conventionally, as one of the non-destructive tomographic techniques used in the medical field etc., there is an optical tomographic imaging method “optical coherence tomography” (OCT) using temporally low coherence light as a probe (patent) (patent) Reference 1). Since OCT uses light as a measurement probe, it has the advantage that it can measure the refractive index distribution, spectral information, polarization information (birefringence distribution), etc. of the measured object.

そして、OCTは、およそ2〜15μmの分解能で生体の断面構造及び三次元構造を、非侵襲、高コントラストで画像を可視化できるので、眼科学、皮膚病学、歯科学、胃腸学及び心臓病学等の分野に広く利用されている。   OCT can visualize the cross-sectional structure and three-dimensional structure of a living body with a resolution of approximately 2 to 15 μm with non-invasive, high-contrast images, so that ophthalmology, dermatology, dentistry, gastroenterology and cardiology Widely used in such fields.

基本的なOCT93は、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図5で説明する。光源94から射出された光は、コリメートレンズ95で平行化された後に、ビームスプリッタ96により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ97によって被計測物体98に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ97、ビームスプリッタ96に戻る。   The basic OCT 93 is based on a Michelson interferometer, and its principle will be described with reference to FIG. The light emitted from the light source 94 is collimated by the collimator lens 95 and then divided into reference light and object light by the beam splitter 96. The object light is condensed on the measurement object 98 by the objective lens 97 in the object arm, scattered and reflected there, and then returns to the objective lens 97 and the beam splitter 96 again.

一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ99を通過した後に参照鏡100によって反射され、再び対物レンズ99を通してビームスプリッタ96に戻る。このようにビームスプリッタ96に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ101に入射し光検出器102(フォトダイオード等)に集光される。   On the other hand, the reference light passes through the objective lens 99 in the reference arm, is reflected by the reference mirror 100, and returns to the beam splitter 96 through the objective lens 99 again. The object light and the reference light that have returned to the beam splitter 96 in this way are incident on the condenser lens 101 together with the object light and are collected on the photodetector 102 (photodiode or the like).

OCTの光源94は、時間的に低コヒーレンスな光(異なった時刻に光源から出た光同士であって極めて干渉しにくい光)の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差(τ)を変化させながら、光検出器102で干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号(インターフェログラム)が得られる。   The OCT light source 94 uses a light source of light having low temporal coherence (light emitted from the light source at different times and extremely unlikely to interfere with each other). In a Michelson interferometer using temporally low coherence light as a light source, an interference signal appears only when the distance between the reference arm and the object arm is approximately equal. As a result, when the intensity of the interference signal is measured by the photodetector 102 while changing the optical path length difference (τ) between the reference arm and the object arm, an interference signal (interferogram) for the optical path length difference is obtained.

そのインターフェログラムの形状が、被計測物体98の奥行き方向の反射率分布を示しており、1次元の軸方向走査により被計測物体98の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、OCT93では、光路長走査により、被計測物体98の奥行き方向の構造を計測できる。   The shape of the interferogram shows the reflectance distribution in the depth direction of the measured object 98, and the structure in the depth direction of the measured object 98 can be obtained by one-dimensional axial scanning. As described above, in the OCT 93, the structure in the depth direction of the measurement object 98 can be measured by optical path length scanning.

このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、2次元の走査を行うことで被計測物体の2次元断層画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測物体を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、被計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノミラーの角度を回転させる構成等が用いられている。   In addition to such axial scanning, a two-dimensional tomographic image of the object to be measured can be obtained by performing a two-dimensional scanning by adding a horizontal mechanical scanning. The scanning device that performs the horizontal scanning includes a configuration in which the object to be measured is directly moved, a configuration in which the objective lens is shifted while the object is fixed, and a pupil of the objective lens while the object to be measured and the objective lens are fixed. The structure etc. which rotate the angle of the galvanometer mirror in the surface vicinity are used.

以上の基本的なOCTが発展したものとして、分光器を用いてスペクトル信号を得るスペクトルドメインOCT(SD−OCT)と、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型OCT(Swept Source OCT、略して「SS−OCT」という。)がある。SD−OCTには、フーリエドメインOCT(Fourier Domain OCT、略して「FD−OCT」という。特許文献2参照)、及び偏光感受型OCT(Polarization-Sensitive OCT、略して「PS−OCT」という。特許文献3参照)がある。   As the development of the basic OCT described above, a spectral domain OCT (SD-OCT) that obtains a spectrum signal using a spectroscope, and a wavelength scanning OCT (Swept Source) that obtains a spectrum interference signal by scanning the wavelength of the light source. OCT, abbreviated as “SS-OCT”). SD-OCT includes Fourier domain OCT (Fourier Domain OCT, abbreviated as “FD-OCT”; see Patent Document 2), and polarization-sensitive OCT (Polarization-Sensitive OCT, abbreviated as “PS-OCT”). Reference 3).

FD−OCTは、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター(スペクトル分光器)で取得し、このスペクトル強度分布に対してフーリエ変換することで、実空間(OCT信号空間)上での信号を取り出すことを特徴とするものであり、このFD−OCTは、奥行き方向の走査を行う必要がなく、x軸方向の走査を行うことで被計測物体の断層構造を計測可能である。   FD-OCT obtains the wavelength spectrum of the reflected light from the object to be measured with a spectrometer (spectrum spectrometer), and performs Fourier transform on the spectrum intensity distribution, thereby realizing the real space (OCT signal space). The FD-OCT can measure the tomographic structure of the object to be measured by performing scanning in the x-axis direction without performing scanning in the depth direction.

SS−OCTは、高速波長スキャニングレーザーにより光源の波長を変え、スペクトル信号と同期取得された光源走査信号を用いて干渉信号を最配列し、信号処理を加えることで3次元光断層画像を得るものである。なお、光源の波長を変える手段として、モノクロメーターを利用したものでも、SS−OCTとして利用可能である。   SS-OCT obtains a three-dimensional optical tomographic image by changing the wavelength of the light source using a high-speed wavelength scanning laser, rearranging interference signals using a light source scanning signal acquired in synchronization with a spectrum signal, and applying signal processing. It is. As a means for changing the wavelength of the light source, a device using a monochromator can be used as SS-OCT.

PS−OCTは、フーリエドメインOCTと同様に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルをスペクトル分光器で取得するものであるが、試料(被検物体)のもつ偏光情報を捉え、試料のより微細な構造および屈折率の異方性を計測可能とする光コヒーレンストモグラフィー装置である(特許文献3参照)。   PS-OCT, like the Fourier domain OCT, acquires the wavelength spectrum of the reflected light from the object to be measured using a spectrum spectrometer, but captures the polarization information of the sample (object to be detected) This is an optical coherence tomography apparatus capable of measuring a fine structure and refractive index anisotropy (see Patent Document 3).

さらに詳しくは、PS−OCTは、たとえば、B−スキャンと同時に直線偏光したビームの偏光状態を連続変調するもので、入射光及び参照光をそれぞれ1/2波長板、1/4波長板等を通して水平直線偏光、垂直直線偏光、45°直線偏光、円偏光として、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて1/2波長板、1/4波長板等を通して、たとえば水平偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換するものである。このPS−OCTも、奥行き方向の走査を行う必要がない。   More specifically, PS-OCT, for example, continuously modulates the polarization state of a linearly polarized beam simultaneously with a B-scan, and allows incident light and reference light to pass through a half-wave plate and a quarter-wave plate, respectively. As horizontal linearly polarized light, vertical linearly polarized light, 45 ° linearly polarized light, and circularly polarized light, the reflected light from the object to be measured and the reference light are superimposed and passed through a half-wave plate, a quarter-wave plate, etc. The light is incident on a spectrum spectrometer and interferes, and only a component having a specific polarization state of the object light is extracted and subjected to Fourier transform. This PS-OCT also does not require scanning in the depth direction.

生体内、特に眼底の血流(網膜の血流)を非侵襲で計測し眼科診療に適しており、さらに癌や脳内の画像化の手段に適しているOCTとして、ドップラー光コヒーレンストモグラフィー(ドップラーOCT)が知られている(特許文献4参照)。   Doppler optical coherence tomography (Doppler) is an OCT that is suitable for ophthalmic practice by measuring blood flow in the living body, especially the fundus of the eye (retina blood flow) in a non-invasive manner, and also for imaging in the cancer and brain. OCT) is known (see Patent Document 4).

ドップラーOCTは、上記FD−OCT等を用いて、血流等の分布が計測を行うことのできる手段であり、同様に、スペクトルドメインOCTを使うことによって、横断面網膜血流画像形成が得られ、また次元の網膜の脈管構造も観察することができる。   Doppler OCT is a means by which the distribution of blood flow and the like can be measured using the FD-OCT and the like. Similarly, by using the spectral domain OCT, cross-sectional retinal blood flow image formation can be obtained. Also, the vascular structure of the retina can be observed.

また、OCTの一態様として、ジョーンズマトリックスを利用したOCT(ジョーンズマトリックスOCT)が知られている(特許文献5参照)。特に、ファイバーを使用し、ドップラー及び偏光画像を形成するOCTが知られている(非特許文献1)。   Moreover, OCT (Jones matrix OCT) using a Jones matrix is known as an aspect of OCT (see Patent Document 5). In particular, OCT that uses fibers to form Doppler and polarized images is known (Non-Patent Document 1).

特開2002−310897号公報JP 2002-310897 A 特開平11−325849号公報JP 11-325849 A 特開2004−028970号公報JP 2004-028970 A 特開2009−165710号公報JP 2009-165710 A 特許第4344829号公報Japanese Patent No. 434429

Makita, Shuichi; Hong, Youngjoo; Yamanari, Masahiro; Yatagai, Toyohiko; Yasuno, Yoshiaki, “Optical Coherence Angiography”, Optics Express Vol. 14, no. 17, pp. 7821-7840 (2006).Makita, Shuichi; Hong, Youngjoo; Yamanari, Masahiro; Yatagai, Toyohiko; Yasuno, Yoshiaki, “Optical Coherence Angiography”, Optics Express Vol. 14, no. 17, pp. 7821-7840 (2006).

上記従来の偏光を利用したPS−OCT等のOCTは、偏光を利用しないOCTに比べ、その計測可能な深さ領域は比較的浅く、画像安定性や画像品質は低く、医療の診療用に使用するためには限界があった。   OCT such as PS-OCT using the above-mentioned conventional polarized light is relatively shallow in measurable depth region and has low image stability and image quality compared to OCT not using polarized light, and is used for medical treatment. There was a limit to doing it.

また、ドップラーOCTを用いることにより、眼底血管の選択可視化が可能であるが、ドップラーOCTで得られた画像そのままでは比較的低いコントラストの擬似像映像しか得られなかった。   Further, by using Doppler OCT, it is possible to selectively visualize the fundus blood vessel, but only a relatively low-contrast pseudo-image image can be obtained with the image obtained by Doppler OCT as it is.

本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とし、画像の安定性、画像品質、画像の深さ領域において改善されたジョーンズマトリックスOCTを実現することを課題とする。   An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to realize an improved Jones matrix OCT in the image stability, image quality, and image depth regions.

本発明は上記課題を解決するために、光源と、前記光源からの光束をP偏光とS偏光に分離する偏光分離ユニットと、前記偏光分離ユニットからのP偏光及びS偏光に対して相対的に位相差を与えるとともに、位相差を有するP偏光及びS偏光を重畳する偏光遅延ユニットと、前記偏光遅延ユニットからの光束を測定対象に照射するとともに、測定対象からの反射光を受ける対物ユニットと、前記対物ユニットからの光束と、前記光源からの光束を干渉させ、垂直偏光及び水平偏光に分離して検出する検出ユニットと、前記検出ユニットからの信号を受け、次に示す(数1)から(数3)に基づいて、断層像を生成する計算ユニットと、を有する、ジョーンズマトッリクスOCT装置を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a light source, a polarization separation unit that separates a light beam from the light source into P-polarized light and S-polarized light, and relative to the P-polarized light and S-polarized light from the polarization separation unit. A polarization delay unit that gives a phase difference and superimposes P-polarized light and S-polarized light having a phase difference; an objective unit that irradiates a measurement object with a light beam from the polarization delay unit and receives reflected light from the measurement object; From the following (Equation 1), the light beam from the objective unit and the light beam from the light source interfere with each other and receive a signal from the detection unit that separates and detects vertical polarization and horizontal polarization. There is provided a Jones Matrix OCT apparatus having a calculation unit for generating a tomographic image based on Equation (3).

上述の(数1)において、E(1) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(1) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号である。 In the above ( Equation 1) , E (1) outA (z) is an OCT cross-sectional image signal corresponding to the horizontal polarization and the P polarization, and E (2) outA (z) is the horizontal polarization and the An OCT cross-sectional image signal corresponding to S-polarized light, E (1) outB (z) is an OCT cross-sectional image signal corresponding to the vertically polarized light and the P-polarized light, and E (2) outB (z) is It is an OCT cross-sectional image signal corresponding to the vertically polarized light and the S polarized light.

前記計算ユニットは、ドップラー像を、次に示す式(数4)で算出して表示可能であり、同一点を複数(m)回のB−スキャンで計測することにより、次に示す式(数5)で表されるドップラーシフトΔφ(z,j)を、ドップラー計測に適用してドップラー計測の感度を向上させる構成を備えてもよい。   The calculation unit can calculate and display a Doppler image by the following equation (Equation 4). By measuring the same point by a plurality of (m) B-scans, the following equation (Equation The Doppler shift Δφ (z, j) represented by 5) may be applied to Doppler measurement to improve the sensitivity of Doppler measurement.

前記(数5)において、mはスタートの前記B−スキャンのパラメータであり、W(z,j)は次に示す(数6)で定義される強度マスクであり、εはOCT像のノイズフロア(最低雑音)である。 In the above (Equation 5), m 0 is a parameter of the B-scan at the start, W (z, j) is an intensity mask defined by (Equation 6) below, and ε 2 is an OCT image Noise floor (minimum noise).

前記計算ユニットは、前記測定対象からの散乱反射光によるOCT像を、コヒーレントなマトリックス成分を用いて、次に示す式(数7)に基づいて算出すると共に、複数回のB−スキャンデータを用い、前記マトリックス成分のコヒーレントな平均をとることで、散乱OCT像を次に示す式(数8)に基づいて算出する構成を備えてもよい。   The calculation unit calculates an OCT image based on scattered reflected light from the measurement target based on the following equation (Expression 7) using a coherent matrix component, and uses a plurality of B-scan data. A configuration may be provided in which a scattered OCT image is calculated based on the following equation (Equation 8) by taking a coherent average of the matrix components.

前記偏光遅延ユニットは、校正鏡を有する位相キャリブレーションユニットを備え、前記校正鏡は、前記偏光遅延ユニットにおいて前記P偏光又は前記S偏光の干渉光を反射させて、前記検出ユニットに送り、前記計算ユニットは、前記検出ユニットで前記干渉光と前記光源からの光束とが重畳して生じる校正信号を用いて、前記光源の波長走査とA−スキャン間の同期におけるジッターを補正してもよい。   The polarization delay unit includes a phase calibration unit having a calibration mirror, and the calibration mirror reflects the P-polarized light or the S-polarized interference light in the polarization delay unit, sends the reflected light to the detection unit, and performs the calculation. The unit may correct jitter in synchronization between wavelength scanning and A-scanning of the light source using a calibration signal generated by superimposing the interference light and the light beam from the light source in the detection unit.

本発明は上記課題を解決するために、光源と、前記光源からの光束をP偏光とS偏光に分離する偏光分離ユニットと、前記偏光分離ユニットからのP偏光及びS偏光に対して相対的に位相差を与えるとともに、位相差を有するP偏光及びS偏光を重畳する偏光遅延ユニットと、前記偏光遅延ユニットからの光束を測定対象に照射するとともに、測定対象からの反射光を受ける対物ユニットと、前記対物ユニットからの光束と、前記光源からの光束を干渉させ、垂直偏光及び水平偏光に分離して検出する検出ユニットと、前記検出ユニットからの信号に基づいて、断層像を生成する計算ユニットと、を有するジョーンズマトリックスOCT装置の前記計算ユニットに搭載されるプログラムであって、前記計算ユニットを、前記検出ユニットからの信号を受け、次に示す(数9)から(数11)に基づいて、断層像を生成する画像処理手段として機能させる、プログラムを提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a light source, a polarization separation unit that separates a light beam from the light source into P-polarized light and S-polarized light, and relative to the P-polarized light and S-polarized light from the polarization separation unit. A polarization delay unit that gives a phase difference and superimposes P-polarized light and S-polarized light having a phase difference; an objective unit that irradiates a measurement object with a light beam from the polarization delay unit and receives reflected light from the measurement object; A detection unit that causes the light beam from the objective unit to interfere with the light beam from the light source and separates the light into vertical polarization and horizontal polarization, and a calculation unit that generates a tomographic image based on a signal from the detection unit; , A program installed in the calculation unit of a Jones matrix OCT apparatus having the calculation unit from the detection unit Receiving a signal, the following from equation (9) based on the equation (11), to function as an image processing means for generating a tomographic image, a program.

前記(数9)において、E(1) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(1) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号である。 In ( Equation 9), E (1) outA (z) is an OCT cross-sectional image signal corresponding to the horizontal polarization and the P polarization, and E (2) outA (z) is the horizontal polarization and the S OCT cross-sectional image signal corresponding to polarized light, E (1) outB (z) is the OCT cross-sectional image signal corresponding to the vertical polarization and P-polarized light, and E (2) outB (z) is the vertical It is an OCT cross-sectional image signal corresponding to polarized light and S polarized light.

本発明に係るプログラムは、前記計算ユニットを、ドップラー像を、次に示す式(数12)で算出して表示可能であり、同一点を複数(m)回のB−スキャンで計測することにより、次に示す式(数13)で表されるドップラーシフトΔφ(z,j)を、ドップラー計測に適用してドップラー計測の感度を向上させる画像処理手段として機能させてもよい。   The program according to the present invention can display the calculation unit by calculating a Doppler image by the following equation (Equation 12) and measuring the same point by a plurality of (m) B-scans. The Doppler shift Δφ (z, j) expressed by the following equation (Equation 13) may be applied to Doppler measurement to function as an image processing means for improving the sensitivity of Doppler measurement.

前記(数13)において、mはスタートの前記B−スキャンのパラメータであり、W(z,j)は次に示す(数14)で定義される強度マスクであり、εはOCT像のノイズフロア(最低雑音)である。 In (Equation 13), m 0 is a parameter of the B-scan at the start, W (z, j) is an intensity mask defined by (Equation 14) shown below, and ε 2 is an OCT image Noise floor (minimum noise).

本発明に係るプログラムは、前記計算ユニットを、前記測定対象からの散乱反射光によるOCT像を、コヒーレントなマトリックス成分を用いて、次に示す式(数15)に基づいて算出すると共に、複数回のB−スキャンデータを用い、前記マトリックス成分のコヒーレントな平均をとることで、散乱OCT像を次に示す式(数16)に基づいて算出する画像処理手段として機能させてもよい。  The program according to the present invention calculates the OCT image based on the scattered reflected light from the measurement object based on the following equation (Equation 15) using a coherent matrix component, and a plurality of times. By using the B-scan data of the above and taking the coherent average of the matrix components, the scattered OCT image may be functioned as an image processing unit that is calculated based on the following equation (Equation 16).

本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステム及びプログラムによれば、ジョーンズマトリックスOCTで得られる画像の画像品質を向上するとともに、例えば、眼底における脈絡膜のような計測対象物の深い領域についても改善された画像を得ることが可能となる。   According to the Jones matrix OCT system and program according to the present invention, the image quality of an image obtained by the Jones matrix OCT is improved, and an improved image is also obtained for a deep region of a measurement object such as the choroid on the fundus. Can be obtained.

特に、ドップラー機能を有するOCTに適用することにより、高コントラストな画像を得ることができる。従って、従来、侵襲的にしか得られなかった、例えば、眼科診断における眼底造影による画像情報に比べて、より解像度の高い画像情報を非侵襲的に得ることができ、眼底血管の血管系などの定量評価を可能とする。   In particular, a high-contrast image can be obtained by applying to OCT having a Doppler function. Therefore, for example, image information with higher resolution can be obtained non-invasively compared to image information obtained by fundus angiography in ophthalmic diagnosis, which has been obtained only invasively, such as the vasculature of the fundus vasculature. Enables quantitative evaluation.

本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステムの実施例のOCT装置の全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of an OCT apparatus according to an embodiment of a Jones matrix OCT system according to the present invention. 上記実施例のOCT装置の水平バランス偏光検出器及び垂直バランス偏光検出器で受光されたS波及びP波にそれぞれ対応した干渉光によるOCT断層画像である。It is the OCT tomographic image by the interference light respectively corresponding to the S wave and P wave which were received with the horizontal balance polarization | polarized-light detector and vertical balance polarization | polarized-light detector of the OCT apparatus of the said Example. 上記実施例のOCTシステムにおける画像処理を行うコンピュータを示す図である。It is a figure which shows the computer which performs the image process in the OCT system of the said Example. (a)は上記実施例のジョーンズマトリックスOCTシステムで得られた脈絡膜の血管の断層画像であり、(b)は本発明を、ドップラー機能を有するOCTに適用して得られた脈絡膜の血管の断層画像であり、(c)は比較例であり従来のインドシアニングリーン蛍光眼底血管造影(ICGA)の形式の血管造影により得られた同じ脈絡膜の血管の造影画像である。(A) is a tomographic image of a choroidal blood vessel obtained by the Jones matrix OCT system of the above embodiment, and (b) is a tomographic image of a choroidal blood vessel obtained by applying the present invention to an OCT having a Doppler function. It is an image, (c) is a comparative example, and is a contrast image of blood vessels of the same choroid obtained by angiography in the form of conventional indocyanine green fluorescent fundus angiography (ICGA). 従来の基本的なOCTを説明する図である。It is a figure explaining the conventional basic OCT.

本発明に係るジョーンズマトリックス光コヒーレンストモグラフィー(ジョーンズマトリックスOCT:OCTで得られた干渉信号を、ジョーンズマトリックス手段を用いて処理して画像を得るOCT)システムと、OCTで得られた画像データを画像処理するプログラムを実施するための形態を実施例によって図面を参照して、以下説明する。   Jones matrix optical coherence tomography according to the present invention (Jones matrix OCT: OCT which obtains an image by processing interference signals obtained by OCT using Jones matrix means) and image processing of image data obtained by OCT A mode for executing a program to be executed will be described below with reference to the drawings by way of an example.

図1は、本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステム1の全体構成を示す図である。本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステム1は、図1に示すように、光画像計測装置(OCT装置)2と光画像計測装置(OCT装置)2で得られた画像データを画像処理するコンピュータ3を備えている。   FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a Jones matrix OCT system 1 according to the present invention. As shown in FIG. 1, a Jones matrix OCT system 1 according to the present invention includes an optical image measurement device (OCT device) 2 and a computer 3 that performs image processing on image data obtained by the optical image measurement device (OCT device) 2. I have.

本発明では、光画像計測装置(OCT装置)2は、偏光を利用した一般のOCTのデータ処理に適用できるが、その一例として、この実施例では、光画像計測装置(OCT装置)2として、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型OCT(Swept Source OCT(略して「SS−OCT」)という。以下符号2を付す)を利用した構成で説明する。   In the present invention, the optical image measurement device (OCT device) 2 can be applied to general OCT data processing using polarized light. As an example, in this embodiment, as the optical image measurement device (OCT device) 2, A description will be given of a configuration using wavelength scanning OCT (Swept Source OCT (abbreviated as “SS-OCT” for short), hereinafter referred to as “SS-OCT”) that obtains a spectrum interference signal by scanning the wavelength of the light source.

そして、本発明に係る画像処理を行うプログラムは、コンピュータ3を、波長走査型OCT2で得られた画像データを画像処理手段として機能させるものである。   A program for performing image processing according to the present invention causes the computer 3 to function as image processing means using image data obtained by the wavelength scanning OCT2.

(OCT装置)
本発明では、波長走査型OCT2は、光源6からのビームを分けて、一方のビームを直線偏光し、そのS波(S波偏光、S波成分)とP波(P波偏光、P波成分)に分けて互いに光路長が異なる入射ビームとして計測対象物7を走査(B−スキャン)して照射し、その反射光(物体光)を得ると共に、他方のビームを参照光として、両者のスペクトル干渉によりOCT計測を行うものである。
(OCT equipment)
In the present invention, the wavelength scanning OCT 2 divides the beam from the light source 6 and linearly polarizes one of the beams, and the S wave (S wave polarization, S wave component) and P wave (P wave polarization, P wave component). ) And irradiating the measurement object 7 as incident beams having different optical path lengths (B-scan) to obtain reflected light (object light), and using the other beam as reference light, both spectra OCT measurement is performed by interference.

なお、本明細書では、A−スキャンは計測対象物7の深さ方向のスキャン(実際は計測ビームを照射すること)であり、A−スキャンで得られたデータをA−ラインのデータ、或いは略してA−ラインと言う。B−スキャンは、計測対象物7の深さ方向に垂直の方向へのスキャンである。   In this specification, the A-scan is a scan in the depth direction of the measurement object 7 (actually irradiation with a measurement beam), and the data obtained by the A-scan is A-line data or abbreviated. A-line. The B-scan is a scan in a direction perpendicular to the depth direction of the measurement object 7.

そして、S波とP波それぞれによるスペクトル干渉成分のうち、水平偏光成分(H)と垂直偏光成分(V)をバランス偏光検出器で測定することにより、計測対象物7の4つの偏光特性を表すジョーンズベクトルを得る(S波とP波それぞれによるH画像と、S波とP波それぞれによるV画像)ことのできるマルチコントラストのOCTの構成であることを特徴とするものである。   Then, among the spectral interference components caused by the S wave and the P wave, the horizontal polarization component (H) and the vertical polarization component (V) are measured by a balanced polarization detector, thereby expressing the four polarization characteristics of the measurement object 7. It is characterized by a multi-contrast OCT configuration capable of obtaining Jones vectors (H image by S wave and P wave, and V image by S wave and P wave, respectively).

波長走査型OCT2は、光源6、光アイソレータ8(一方向の光のみを透過し逆方向の光を遮る機能を有するデバイス)、ファイバーカプラー11(光カプラー)、参照アーム12、プローブアーム13(計測対象物用アーム)、偏光分離検出ユニット14等の光学要素を備えている。   The wavelength scanning OCT 2 includes a light source 6, an optical isolator 8 (a device having a function of transmitting only light in one direction and blocking light in the reverse direction), a fiber coupler 11 (optical coupler), a reference arm 12, and a probe arm 13 (measurement). Optical elements such as a target arm) and a polarization separation detection unit 14.

この波長走査型OCT2の光学系は、光学要素が互いにファイバー17で結合されているが、ファイバー17で結合されていないタイプの構造(フリースペース型)であってもよい。   The optical system of the wavelength scanning type OCT 2 may be of a type (free space type) in which the optical elements are coupled to each other by the fiber 17 but not coupled to the fiber 17.

光源6は、波長を走査する波長走査型の光源6であり、スーパールミネッセントダイオード(SLD:Super Luminescent Diode)を使用する。   The light source 6 is a wavelength scanning light source 6 that scans a wavelength, and uses a super luminescent diode (SLD).

プローブアーム13は、その光路上に、偏光制御器20、偏光遅延ユニット21(偏光ディレイユニット:Polarization delay unit)、カップラ22、ファイバーコリメータ23、2軸ガルバノスキャナ24、対物レンズ25、及び非球面眼科用レンズ26が順に配列されて構成されている。   The probe arm 13 has a polarization controller 20, a polarization delay unit 21 (polarization delay unit), a coupler 22, a fiber collimator 23, a biaxial galvano scanner 24, an objective lens 25, and an aspherical ophthalmic unit on its optical path. Lenses for use 26 are arranged in order.

カップラ22には、計測対象物7への光路から分岐した位相キャリブレーションユニット31が接続されている。位相キャリブレーションユニット31は、ファイバーコリメータ32、レンズ33及びミラー(校正鏡)34を備えている。   A phase calibration unit 31 branched from the optical path to the measurement object 7 is connected to the coupler 22. The phase calibration unit 31 includes a fiber collimator 32, a lens 33, and a mirror (calibration mirror) 34.

偏光遅延ユニット21は、ファイバーコリメータ37と、45°直線偏光器38と、偏光ビームスプリッタ39と、この偏光ビームスプリッタ39で分割された2つの光路上にそれぞれ配置された第1のドーブプリズム40と、第2のドーブプリズム41と、合波用の偏光ビームスプリッタ42と、ファイバーコリメータ43と、を備えている。   The polarization delay unit 21 includes a fiber collimator 37, a 45 ° linear polarizer 38, a polarization beam splitter 39, and a first dove prism 40 disposed on each of two optical paths divided by the polarization beam splitter 39. , A second dove prism 41, a polarization beam splitter 42 for multiplexing, and a fiber collimator 43.

なお、「ドーブプリズム」は、直角プリズムを半分にしたプリズムであり、直角三角形の斜面に平行光線が入射すると、内部で反射し入射方向に平行に出射するプリズムである。第1のドーブプリズム40は、その位置は定位置に固定して設けられており、第1のドーブプリズム40経由の偏光ビームスプリッタ39から合波用の偏光ビームスプリッタ42までの光路長は一定である。   The “dove prism” is a prism in which a right-angle prism is halved. When a parallel light beam is incident on the inclined surface of a right-angle triangle, it is reflected internally and emitted parallel to the incident direction. The position of the first dove prism 40 is fixed at a fixed position, and the optical path length from the polarization beam splitter 39 via the first dove prism 40 to the polarization beam splitter 42 for multiplexing is constant. is there.

第2のドーブプリズム41は、光路長調整用のプリズムであり、光路方向に可動に設けられている。光路方向に適宜、移動することで、第2のドーブプリズム41経由の偏光ビームスプリッタ39から合波用の偏光ビームスプリッタ42までの光路長を調整可能である。   The second dove prism 41 is a prism for adjusting the optical path length, and is movably provided in the optical path direction. By appropriately moving in the optical path direction, the optical path length from the polarizing beam splitter 39 via the second dove prism 41 to the polarizing beam splitter 42 for multiplexing can be adjusted.

参照アーム12は、その光路上に、ファイバーコリメータ46、ミラー47、ミラー48、ファイバーコリメータ49及び偏光制御器50が順に配列されて構成されている。   The reference arm 12 includes a fiber collimator 46, a mirror 47, a mirror 48, a fiber collimator 49, and a polarization controller 50 arranged in this order on the optical path.

偏光分離検出ユニット14は、合波用のビームスプリッタ54を備え、合波用のビームスプリッタ54の入射側の一方のプローブアーム13からの光路に配置され、偏光制御器55に接続されたファイバーコリメータ56が接続されており、他方の光路参照アーム12からの光路には、ファイバーコリメータ57及び45°直線偏光器58が順に接続されている。   The polarization separation detection unit 14 includes a beam splitter 54 for multiplexing, a fiber collimator disposed on the optical path from one probe arm 13 on the incident side of the beam splitter 54 for multiplexing and connected to the polarization controller 55. A fiber collimator 57 and a 45 ° linear polarizer 58 are connected in order to the optical path from the other optical path reference arm 12.

偏光分離検出ユニット14は、合波用のビームスプリッタ54の出射側であって分割してビームが送られる第1の光路61及び第2の光路62を備えている。第1の光路61上には第1の偏光ビームスプリッタ63が設けられ、第2の光路上には第2の偏光ビームスプリッタ64が設けられている。   The polarization separation detection unit 14 includes a first optical path 61 and a second optical path 62 on the emission side of the beam splitter 54 for multiplexing and for splitting and transmitting the beam. A first polarization beam splitter 63 is provided on the first optical path 61, and a second polarization beam splitter 64 is provided on the second optical path.

第1のビームスプリッタ63で分割して、水平偏光成分を送る光路には、ファイバーコリメータ67を介して水平バランス偏光検出器68が接続されており、垂直偏光成分を送る光路には、ファイバーコリメータ69を介して垂直バランス偏光検出器70が接続されている。   A horizontal balance polarization detector 68 is connected to the optical path splitting by the first beam splitter 63 and sending the horizontal polarization component via a fiber collimator 67, and the fiber collimator 69 is connected to the optical path sending the vertical polarization component. The vertical balance polarization detector 70 is connected via

同様に、第2のビームスプリッタ64で分割して、水平偏光成分を送る光路には、ファイバーコリメータ74を介して水平バランス偏光検出器68に接続されており、垂直偏光成分を送る水平ビームの光路には、ファイバーコリメータ75を介して垂直バランス偏光検出器70に接続されている。   Similarly, the optical path splitting by the second beam splitter 64 and sending the horizontal polarization component is connected to the horizontal balance polarization detector 68 via the fiber collimator 74, and the optical path of the horizontal beam sending the vertical polarization component Are connected to a vertical balance polarization detector 70 via a fiber collimator 75.

(作用)
上記構成の波長走査型OCT2において、光源6からのビームは、光アイソレータ8を通してファイバーカップラ11によって、参照アーム12方向へ10%、プローブアーム13方向へ90%の光量で分離される。光アイソレータ8は、ビームの一方向の通過のみ許容するものであり、反射光を遮断して光源6を保護するものである。
(Function)
In the wavelength scanning OCT 2 configured as described above, the beam from the light source 6 is separated by the fiber coupler 11 through the optical isolator 8 with a light quantity of 10% in the direction of the reference arm 12 and 90% in the direction of the probe arm 13. The optical isolator 8 permits only passage of the beam in one direction, and blocks the reflected light to protect the light source 6.

プローブアーム13方向へ分離されたビームは、偏光制御器20を通過して偏光遅延ユニット21に入射される。偏光遅延ユニット21において、ファイバーコリメータ37を通過してから直線偏光器38で直線偏光され、直線偏光されたビームを、偏光ビームスプリッタ39によって、互いに垂直方向に振動するS波(反射される偏光成分で入射面に垂直に振動している偏光成分)とP波(透過する偏光成分で入射面に並行に振動している偏光成分)に分離する。   The beam separated in the direction of the probe arm 13 passes through the polarization controller 20 and enters the polarization delay unit 21. In the polarization delay unit 21, after passing through the fiber collimator 37, linearly polarized beams that have been linearly polarized by the linear polarizer 38 and linearly polarized beams are oscillated in the vertical direction by the polarization beam splitter 39 (reflected polarization components). The polarization component is oscillating perpendicular to the incident surface) and the P wave (the polarized component oscillating in parallel with the incident surface by the transmitted polarization component).

S波のビームは、第1のドーブプリズム40を通過して合波用の偏光ビームスプリッタ42に入射され、偏光ビームスプリッタ39から合波用の偏光ビームスプリッタ42までの光路長は一定である。   The S wave beam passes through the first dove prism 40 and is incident on the polarization beam splitter 42 for multiplexing, and the optical path length from the polarization beam splitter 39 to the polarization beam splitter 42 for multiplexing is constant.

P波のビームは、光路長調整用の第2のドーブプリズム41を通過して合波用の偏光ビームスプリッタ42に入射される。P波のビームについては、第2のドーブプリズム41を光路方向に沿って適宜移動することで、偏光ビームスプリッタ39から合波用の偏光ビームスプリッタ42までの光路長を調整することが可能である。   The P-wave beam passes through the second dove prism 41 for adjusting the optical path length and is incident on the polarization beam splitter 42 for multiplexing. For the P-wave beam, the optical path length from the polarizing beam splitter 39 to the combining polarizing beam splitter 42 can be adjusted by appropriately moving the second dove prism 41 along the optical path direction. .

ここでは、P波の光路長をS波の光路長より長く調整しておく。光路長の異なるS波のビームとP波のビームが、合波用の偏光ビームスプリッタ42において、位相差がずれた状態で重畳(合波)され、ファイバーコリメータ43を通過して偏光遅延ユニット21からカップラ22に向けて出射される。   Here, the optical path length of the P wave is adjusted to be longer than the optical path length of the S wave. The S-wave beam and the P-wave beam having different optical path lengths are superimposed (combined) in a state where the phase difference is shifted in the multiplexing polarization beam splitter 42, passes through the fiber collimator 43, and then is polarized by the polarization delay unit 21. Is emitted toward the coupler 22.

カップラ22に入射されたビームは、その20%がプローブビームとして、ファイバーコリメータ23、2軸ガルバノスキャナ24、対物レンズ25及び非球面眼科用レンズ26を通過して計測対象物7(例.眼の角膜、網膜、脈絡膜等)に照射され、残りの80%が位相キャリブレーションユニット31に入射される。   20% of the beam incident on the coupler 22 passes through the fiber collimator 23, the biaxial galvano scanner 24, the objective lens 25, and the aspherical ophthalmic lens 26 as a probe beam. The cornea, retina, choroid, etc.) and the remaining 80% is incident on the phase calibration unit 31.

計測対象物7に照射され反射された計測ビーム及び位相キャリブレーションユニット31の校正鏡34で反射された校正ビームは、プローブアーム13を戻りカップラ22から偏光制御器55を通過して偏光分離検出ユニット14に入射し、ファイバーコリメータ56を通過して合波用の偏光ビームスプリッタ54に入射する。   The measurement beam irradiated and reflected on the measurement object 7 and the calibration beam reflected by the calibration mirror 34 of the phase calibration unit 31 return to the probe arm 13 and pass from the coupler 22 through the polarization controller 55 to the polarization separation detection unit. 14, passes through the fiber collimator 56, and enters the polarization beam splitter 54 for multiplexing.

一方、カップラから参照アーム12に入射された参照ビームは、ファイバーコリメータ46、ミラー47、ミラー48、ファイバーコリメータ49及び偏光制御器50を通過して、偏光分離検出ユニット14に入射し、ファイバーコリメータ57を通過し、直線偏光器58によって自身の偏光を直線偏光にされ、合波用の偏光ビームスプリッタ54に入射する。   On the other hand, the reference beam incident on the reference arm 12 from the coupler passes through the fiber collimator 46, the mirror 47, the mirror 48, the fiber collimator 49, and the polarization controller 50, enters the polarization separation detection unit 14, and the fiber collimator 57. Then, the linearly polarized light is converted into linearly polarized light by the linear polarizer 58 and is incident on the polarization beam splitter 54 for multiplexing.

合波用のビームスプリッタ54に入射された計測ビームと参照ビームは、重畳され互いに干渉して干渉光となり、この干渉光は、第1の光路61上の第1の偏光ビームスプリッタ63と第2の光路62上の第2の偏光ビームスプリッタ64に送られる。   The measurement beam and the reference beam incident on the beam splitter 54 for multiplexing are superimposed and interfere with each other to form interference light. This interference light is transmitted between the first polarization beam splitter 63 and the second beam on the first optical path 61. To the second polarization beam splitter 64 on the optical path 62.

第1の光路61上の第1の偏光ビームスプリッタ63に入射された干渉光は、第1の偏光ビームスプリッタ63において、水平偏光成分と垂直偏光成分に分離されて、それぞれ水平バランス偏光検出器68と垂直バランス偏光検出器70で検出される。   The interference light incident on the first polarization beam splitter 63 on the first optical path 61 is separated into a horizontal polarization component and a vertical polarization component in the first polarization beam splitter 63, and a horizontal balance polarization detector 68 is respectively provided. Are detected by the vertical balance polarization detector 70.

第2の光路62上の第2の偏光ビームスプリッタ64に入射された干渉光は、第2の偏光ビームスプリッタ64において、水平偏光成分と垂直偏光成分に分離されて、それぞれ水平バランス偏光検出器68と垂直バランス偏光検出器70で検出される。   The interference light incident on the second polarization beam splitter 64 on the second optical path 62 is separated into a horizontal polarization component and a vertical polarization component in the second polarization beam splitter 64, and a horizontal balance polarization detector 68, respectively. Are detected by the vertical balance polarization detector 70.

水平バランス偏光検出器68で検出された、P波に対応した干渉光かつ該干渉光の水平偏光成分については、第1の断層画像が得られるとともに、S波に対応した干渉光かつ該干渉光の水平偏光成分については、第2の断層画像が得られる。   For the interference light corresponding to the P wave and the horizontal polarization component of the interference light detected by the horizontal balance polarization detector 68, a first tomographic image is obtained, and the interference light corresponding to the S wave and the interference light are obtained. For the horizontal polarization component, a second tomographic image is obtained.

図2は、黄斑網膜を計測対象物7としたOCT断層画像であるが、上記2枚のOCTの断層画像は、それぞれ図2(a)の上下に示すとおりである。図2(a)の上の断層画像は、S波に対応した像であり、計測対象物7の浅い側に形成される。また、図2(a)の下の断層画像は、P波に対応した第2の断層画像であり、計測対象物7の深い側に形成される。   FIG. 2 is an OCT tomographic image in which the macular retina is the measurement object 7. The two OCT tomographic images are as shown in the upper and lower parts of FIG. The tomographic image in FIG. 2A is an image corresponding to the S wave and is formed on the shallow side of the measurement object 7. 2A is a second tomographic image corresponding to the P wave, and is formed on the deep side of the measurement object 7. FIG.

垂直バランス偏光検出器では、その一方の受光器に受光されたS波に対応した干渉光かつ該干渉光の垂直偏光成分による第1の断層画像が得られるとともに、その他方の受光器に受光されたP波に対応した干渉光かつ該干渉光の垂直偏光成分による第2の断層画像が得られる。   In the vertical balance polarization detector, the first tomographic image is obtained by the interference light corresponding to the S wave received by one of the light receivers and the vertical polarization component of the interference light, and is received by the other light receiver. A second tomographic image based on the interference light corresponding to the P wave and the vertical polarization component of the interference light is obtained.

これらの2枚のOCTの断層画像は、それぞれ図2(b)の上下に示すとおりである。図2(b)の上に示す断層画像は、S波に対応した第1の断層画像であり、計測対象物7の浅い側に形成される。また、図2(b)の下に示す断層画像は、P波に対応した第2の断層画像であり、計測対象物7の深い側に形成される。   These two OCT tomographic images are as shown in the upper and lower parts of FIG. The tomographic image shown in FIG. 2B is a first tomographic image corresponding to an S wave, and is formed on the shallow side of the measurement object 7. The tomographic image shown at the bottom of FIG. 2B is a second tomographic image corresponding to the P wave, and is formed on the deep side of the measurement object 7.

以上のとおり、本発明の波長走査型OCT2は、マルチコントラストのOCTを構成しており、4枚のOCT断層画像が得られる。ところで、本発明の装置のさらなる特徴は、プローブビーム13側に、位相キャリブレーションユニット31を備えている点である。これについて、以下説明する。   As described above, the wavelength scanning OCT2 of the present invention constitutes a multi-contrast OCT, and four OCT tomographic images are obtained. Incidentally, a further feature of the apparatus of the present invention is that a phase calibration unit 31 is provided on the probe beam 13 side. This will be described below.

偏光遅延ユニット21では、直線偏光された入射されるビームのうち、P波のビームの一部(4.4%程度)は、偏光ビームスプリッタ39を透過せずに反射されてS波のビームに混入するという、不完全に分離できない現象が生じる。   In the polarization delay unit 21, a part (about 4.4%) of the P-wave beam out of the linearly polarized incident beam is reflected without passing through the polarization beam splitter 39 to be converted into an S-wave beam. A phenomenon occurs that cannot be separated incompletely.

即ち、偏光遅延ユニット21の偏光ビームスプリッタ39は、理想的にはP波を透過させ、S波を反射させるものであるが、実際は、市販の偏光ビームスプリッタは直線偏光を完全に分離出来ず、反射光にP波が混入する。これにより、偏光遅延ユニット21は、P波について、互いに光路長差zdをもつマハツエンダー干渉計のように振る舞い、校正信号を発生する。   That is, the polarization beam splitter 39 of the polarization delay unit 21 ideally transmits the P wave and reflects the S wave, but in reality, a commercially available polarization beam splitter cannot completely separate linearly polarized light, P wave is mixed in the reflected light. Accordingly, the polarization delay unit 21 behaves like a Mahahender interferometer having optical path length differences zd with respect to the P wave, and generates a calibration signal.

即ち、偏光ビームスプリッタ39を透過したP波のビームと、反射光に混入したP波のビームが、偏光ビームスプリッタ42で重畳する際にマハツエンダー干渉計のように機能して、干渉光を発生し、これが校正信号として機能することとなる。   That is, when the P-wave beam transmitted through the polarization beam splitter 39 and the P-wave beam mixed in the reflected light are superimposed by the polarization beam splitter 42, the P-wave beam functions like a Maha-Zehnder interferometer to generate interference light. This functions as a calibration signal.

なお、偏光ビームスプリッタをP波が反射しS波が透過するような構成とした場合は、S波が一部反射しP波に混入することを利用し、S波自体の光路長差を生じさせて、干渉光を発生し、これが校正信号として機能するようにしてもよい。   When the polarization beam splitter is configured to reflect the P wave and transmit the S wave, it utilizes the fact that the S wave is partially reflected and mixed into the P wave, resulting in an optical path length difference of the S wave itself. Then, interference light may be generated and function as a calibration signal.

プローブアーム13のカップラ22から分割され、校正信号として機能する干渉光は、位相キャリブレーションユニット31に入射し、ファイバーコリメータ22とレンズ33を通して校正鏡34で反射され、この反射された校正信号として機能する干渉光はカップラ22から、偏光制御器55を通過して偏光分離検出ユニット14に入射する。   The interference light that is split from the coupler 22 of the probe arm 13 and functions as a calibration signal enters the phase calibration unit 31, is reflected by the calibration mirror 34 through the fiber collimator 22 and the lens 33, and functions as the reflected calibration signal. The interference light that passes through the coupler 22 passes through the polarization controller 55 and enters the polarization separation detection unit 14.

位相キャリブレーションユニット31からの干渉光は、偏光分離検出ユニット14における合波用のビームスプリッタ54で参照ビームと重畳、干渉させ、分割して第1の光路61及び第2の光路62に送り、それぞれ第1の偏光ビームスプリッタ63及び第2の偏光ビームスプリッタ64で、さらに水平偏光成分と垂直偏光成分に分離する。水平偏光成分と垂直偏光成分は、それぞれ水平バランス偏光検出器68と垂直バランス偏光検出器70で検知する。   The interference light from the phase calibration unit 31 is superposed and interfered with the reference beam by the beam splitter 54 for multiplexing in the polarization separation detection unit 14, divided and sent to the first optical path 61 and the second optical path 62. The first polarizing beam splitter 63 and the second polarizing beam splitter 64 respectively further separate the light into a horizontal polarization component and a vertical polarization component. The horizontal polarization component and the vertical polarization component are detected by the horizontal balance polarization detector 68 and the vertical balance polarization detector 70, respectively.

図2(a)、(b)において、それぞれ位相キャリブレーションユニット31で生成される校正信号として機能する干渉光によって、水平バランス偏光検出器68と垂直バランス偏光検出器70でそれぞれ検出された断層画像における、丁度、上下方向の中間の箇所に、キャリブレーション用(校正用)のライン画像(図2中、「←」で「Calibration signal」と示す像)が形成される。   2A and 2B, the tomographic images respectively detected by the horizontal balance polarization detector 68 and the vertical balance polarization detector 70 by the interference light functioning as a calibration signal generated by the phase calibration unit 31 respectively. In FIG. 2, a calibration (calibration) line image (an image indicated as “Calibration signal” in FIG. 2) is formed at an intermediate position in the vertical direction.

(画像処理)
以上のようにして得られた4枚のOCT断層画像の処理を、コンピュータ3を用いて画像処理する画像処理手段の構成、プログラムについて、以下説明する。
(Image processing)
The configuration and program of the image processing means for processing the four OCT tomographic images obtained as described above using the computer 3 will be described below.

上記構成の波長走査型OCTで得られた計測データは、画像処理装置として使用するコンピュータ3に入力される。このコンピュータ3は通常のコンピュータであり、図3に示すように、入力部81、出力部82、CPU83、記憶装置84及びデータバス85を備えている。   Measurement data obtained by the wavelength scanning OCT having the above configuration is input to a computer 3 used as an image processing apparatus. The computer 3 is a normal computer, and includes an input unit 81, an output unit 82, a CPU 83, a storage device 84, and a data bus 85 as shown in FIG.

本発明に係るプログラムは、コンピュータ3の記憶装置84に記憶されるプログラムであって、コンピュータ3に入力された波長走査型OCT2で得られる画像をより鮮明に画像処理する手段として、コンピュータ3を機能させるプログラムである。コンピュータ3にこのプログラムを搭載することにより、本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステム1は、画像をより鮮明に画像処理する手段を備えたシステムとなる。   The program according to the present invention is a program stored in the storage device 84 of the computer 3 and functions as a means for more vividly processing an image obtained by the wavelength scanning OCT 2 input to the computer 3. It is a program to let you. By mounting this program on the computer 3, the Jones matrix OCT system 1 according to the present invention is a system including means for processing an image more clearly.

従来、ジョーンズマトリックスOCT(OCTで得られた干渉信号をジョーンズマトリックス手段を用いて処理して画像を得るOCT)においては、OCT像は、ジョーンズマトリックスの4つの要素(4枚のOCT断層画像信号)の二乗強度を平均して得られていた。   Conventionally, in a Jones matrix OCT (an OCT for obtaining an image by processing an interference signal obtained by OCT using a Jones matrix means), the OCT image has four elements of the Jones matrix (four OCT tomographic image signals). Was obtained by averaging the squared intensity.

また、ドップラーOCTについては、4つ要素(4枚のOCT断層画像信号)のドップラー位相シフト信号を平均して行われていた。そのような従来の手段では、4枚のOCT断層画像信号、すなわち4つのジョーンズマトリックスの要素に、光源のパワーが分離されてしまうことによる感度の減少が避けられなかった。   In addition, Doppler OCT is performed by averaging Doppler phase shift signals of four elements (four OCT tomographic image signals). With such conventional means, it is inevitable that the sensitivity decreases due to the power of the light source being separated into four OCT tomographic image signals, that is, four Jones matrix elements.

この問題を解決するために、本発明では、ジョーンズマトリックスの4つの要素(4枚のOCT断層画像信号)を複素振幅(OCT断層画像信号を複素表示した場合における時間を含まない部分)の状態でコヒーレントに結合(コヒーレント結合)する新規な信号処理を採用したことを特徴とするものである。   In order to solve this problem, in the present invention, four elements of the Jones matrix (four OCT tomographic image signals) are in a complex amplitude state (a portion not including time in the case of complex display of the OCT tomographic image signals). It is characterized by adopting a novel signal processing that is coherently coupled (coherent coupling).

本発明では、このような構成を採用することにより、波長走査型OCT2において計測した散乱OCT信号及びドップラーOCT信号によって、それぞれ断層画像信号を、マトリックスの4要素(4枚のOCT断層画像信号)のコヒーレント結合で得ることができる。   In the present invention, by adopting such a configuration, the tomographic image signal is converted into four elements of the matrix (four OCT tomographic image signals) by the scattered OCT signal and the Doppler OCT signal measured in the wavelength scanning type OCT2. It can be obtained by coherent coupling.

具体的には、マトリックス要素のコヒーレント結合Eout(z)は、深さ(z)で表示される4つのOCT断層画像信号E(1) outA(z)、E(1) outB(z)、E(2) outA(z)、E(2) outB(z)のマトリックスとして、次の式(数7)に示すように表される。 Specifically, the coherent combination E out (z) of the matrix elements is represented by four OCT tomographic image signals E (1) outA (z), E (1) outB (z), which are expressed by depth (z). As a matrix of E (2) outA (z) and E (2) outB (z), it is expressed as shown in the following equation (Expression 7).

(数17)において、Aは水平偏光に対応するOCT断層画像信号であり、(1)はP波成分に対応し、(2)はS波成分に対応する、それぞれのOCT断層画像信号であることを意味している。従って、E(1) outA(z)は、水平偏光かつP波成分に対応したOCT断層画像信号であり、E(2) outA(z)は、水平偏光かつS波成分に対応したOCT断層画像信号である。 In (Equation 17), A is an OCT tomographic image signal corresponding to horizontal polarization, (1) corresponds to a P wave component, and (2) is an OCT tomographic image signal corresponding to an S wave component. It means that. Therefore, E (1) outA (z) is an OCT tomographic image signal corresponding to horizontal polarization and P wave component, and E (2) outA (z) is an OCT tomographic image corresponding to horizontal polarization and S wave component. Signal.

また、(数17)において、Bは垂直偏光に対応するOCT断層画像信号であり、(1)はP波成分に対応し、(2)はS波成分に対応する、それぞれのOCT断層画像信号であることを意味している。従って、E(1) outB(z)は、垂直偏光かつP波成分に対応したOCT断層画像信号であり、E(2) outB(z)は、垂直偏光かつS波成分に対応したOCT断層画像信号である。 In (Equation 17), B is an OCT tomographic image signal corresponding to vertical polarization, (1) corresponds to a P wave component, and (2) is an OCT tomographic image signal corresponding to an S wave component. It means that. Therefore, E (1) outB (z) is an OCT tomographic image signal corresponding to vertically polarized light and P wave component, and E (2) outB (z) is an OCT tomographic image corresponding to vertically polarized light and S wave component. Signal.

このようにして、水平偏光かつP波成分、水平偏光かつS波成分、垂直偏光かつP波成分、垂直偏光かつS波成分にそれぞれ対応した、OCT断層画像信号がマトリックスとして示されている。   In this manner, OCT tomographic image signals corresponding to the horizontally polarized light and P wave component, the horizontally polarized light and S wave component, the vertically polarized light and P wave component, and the vertically polarized light and S wave component, respectively, are shown as a matrix.

ここで、θ、θ、θは、深さ方向に依存しない、E(1) outA(z)に対するそれぞれE(2) outA(z)、E(1) outB(z)、E(2) outB(z)の相対的な位相のオフセットであり、このように位相の複屈折成分の深さ方向の変化を無視することができるという仮定は、通常の非偏光強度OCT(偏光を利用しないOCT)においても仮定されているところの、計測対象物の複屈折性は充分に小さいという近似に相当する。 Here, θ 1, θ 2, θ 3 is not dependent on the depth direction, E (1), respectively E for outA (z) (2) outA (z), E (1) outB (z), E ( 2) The relative phase offset of outB (z), and the assumption that the change in the depth direction of the birefringence component of the phase can thus be ignored is the normal non-polarization intensity OCT This is equivalent to the approximation that the birefringence of the object to be measured is sufficiently small, which is also assumed in OCT).

このコヒーレント結合において、θ、θ、θは、次の式(数18)で表される。 In this coherent coupling, θ 1 , θ 2 , and θ 3 are expressed by the following equation (Equation 18).

ここで、zを下に付したΣは、深さ方向の画素についての和である。Argは引数の位相成分を与える関数である。即ち、Arg[x]は複素数xの位相成分(偏角ともいう)を与える関数である。E(1) outA(z)は、E(1) outA(z)の複素共役を示す(以下の他の式でも同じ)。なお、≡は、左辺の記号は右辺で定義する意味であり、=(イコール)と同じ意味で使用している。 Here, Σ with z attached below is the sum of pixels in the depth direction. Arg is a function that gives the phase component of the argument. That is, Arg [x] is a function that gives a phase component (also called declination) of a complex number x. E (1) outA (z) * represents the complex conjugate of E (1) outA (z) (the same applies to the other expressions below). Here, ≡ means that the symbol on the left side is defined on the right side, and is used in the same meaning as = (equal).

上記コヒーレント結合について、その平均値(上線付きEout(z))は、マトリックス要素のコヒーレント結合Eout(z)、θ、θ、θを用いることで、次の式(数19)で定義される。この式によると、ジョーンズマトリックスの各要素の平均値をとることにより、強度OCT像を得ることができる。ここでのEout(z)の上線は、平均値を意味する。 For the coherent combining, the average value (superscript line E out (z)) is coherent combining E out of the matrix elements (z), theta 1, theta 2, by using the theta 3, the following equation (19) Defined by According to this equation, an intensity OCT image can be obtained by taking the average value of each element of the Jones matrix. Here, the upper line of E out (z) means an average value.

この合成された信号は、複素OCT信号についてそのランダムな位相をそろえて和をとっているため、ランダムな位相信号を含んだ二乗強度の和をとる従来の手法と比較して、より増強された感度を得ることができ、後記するドップラー位相シフト計測に適用した場合においても、より高い解像度を得ることができる。   Since this synthesized signal is summed with the random phase of the complex OCT signal, it is enhanced compared to the conventional method that takes the sum of the square intensities including the random phase signal. Sensitivity can be obtained, and even when applied to Doppler phase shift measurement described later, higher resolution can be obtained.

以上のとおり増強された感度を得ることができた合成された信号に基づく散乱OCT像(計測対象物からの散乱反射光によるOCT像(通常の強度OCT像)))は、コヒーレントなマトリックス成分を用いて、次の式(数20)として得られる。   As described above, a scattered OCT image (an OCT image based on scattered reflected light from a measurement object (ordinary intensity OCT image)) based on a synthesized signal that can obtain enhanced sensitivity is a coherent matrix component. And obtained as the following equation (Equation 20).

また、複数回のB−スキャンデータを用い、それらのコヒーレントな平均をとることで、さらに、より高品質な散乱OCT像を得ることができる。これは、次の式(数21)で示される。   Further, by using a plurality of B-scan data and taking their coherent average, a higher-quality scattered OCT image can be obtained. This is shown by the following equation (Equation 21).

網膜よりさらに深い位置に存在する脈絡膜の血管について、本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステム1により、上記式の結果得られるOCT画像を図4(a)に示す。   FIG. 4 (a) shows an OCT image obtained as a result of the above formula for the choroidal blood vessel located deeper than the retina by the Jones matrix OCT system 1 according to the present invention.

この画像は、図4(c)に示す、従来のインドシアニングリーン蛍光眼底血管造影(ICGA)の形式の血管造影により得られた同じ脈絡膜の血管の造影画像に比べて、よりコントラストが明確な画像であることが明らかである。   This image has clearer contrast than the contrast image of the same choroidal blood vessel obtained by angiography in the form of conventional indocyanine green fluorescence fundus angiography (ICGA) shown in FIG. It is clear that

次に、本発明をドップラー計測(ドップラーOCT)に適用する構成について、以下説明する。   Next, a configuration in which the present invention is applied to Doppler measurement (Doppler OCT) will be described below.

特にドップラー計測では、ドップラー信号(ドップラー位相シフト)は2つのA−スキャン(2回のB−スキャンで得られる第1のA−スキャンA1と第2のA−スキャンA2)で取得されるスペクトル干渉信号の位相差によって得られるため、OCTで取得されるスペクトル干渉信号のジッター(Jitter:時間軸方向での信号波形の揺らぎや、その揺らぎにより生じる画像の乱れ)は、ドップラー計測におけるデータ誤差に直接影響する。   Particularly in Doppler measurement, the Doppler signal (Doppler phase shift) is a spectral interference obtained by two A-scans (first A-scan A1 and second A-scan A2 obtained by two B-scans). Since it is obtained by the phase difference of the signal, the jitter of the spectrum interference signal acquired by OCT (Jitter: fluctuation of the signal waveform in the time axis direction and image disturbance caused by the fluctuation) directly affects the data error in Doppler measurement. Affect.

そのために、B−スキャンを繰り返し行うことにより、異なる時刻の同一箇所のA−ラインのデータを得る。   For this purpose, the A-line data at the same location at different times is obtained by repeating the B-scan.

一般に、生体の計測対象物のドップラー位相シフトΔφ(z)の生データは、Δφ(z)=(4πτ/λ)nv(z)+φから得られる。 In general, the raw data of the Doppler phase shift [Delta] [phi (z) of biological measurement object is obtained from Δφ (z) = (4πτ / λ C) nv z (z) + φ b.

ここで、λは光源の中心波長、nは計測対象物の屈折率、v(z)は測定対象である計測対象物の流れる速度光軸方向(z)成分、φは計測対象物のバルクモーション(全体的な動き)による一定のオフセット(バルクオフセット)である。τは2つのA−スキャン間の時間差で、ここでは異なるB−スキャン間の時間となっている。 Here, λ C is the center wavelength of the light source, n is the refractive index of the measurement object, v z (z) is the velocity optical axis direction (z) component of the measurement object that is the measurement object, and φ b is the measurement object. This is a constant offset (bulk offset) due to the bulk motion (overall movement) of. τ is a time difference between two A-scans, and here is a time between different B-scans.

本発明では、生のドップラーシフトΔφ(z,j)は互いに共役なコヒーレント成分で次の式(数22)のとおり定義される。   In the present invention, the raw Doppler shift Δφ (z, j) is a coherent component conjugated to each other and is defined as the following equation (Equation 22).

ここで、Δφ(z,j)は、j番目のB−スキャンにおけるA−ラインと、j+1番目のB−スキャンにおけるA−ラインとの間のドップラーシフトを表している。は複素共役を示している。また、Eoutの上線(アッパーライン)は平均値を示している。 Here, Δφ (z, j) represents a Doppler shift between the A-line in the j-th B-scan and the A-line in the j + 1-th B-scan. * Indicates a complex conjugate. The upper line of E out (upper line) shows an average value.

バルクオフセットΔφ(j)は、深さ方向の積分値を用いて、次の式(数23)で書くことができる。 The bulk offset Δφ b (j) can be written by the following equation (Equation 23) using an integral value in the depth direction.

同一点を複数(m)回のB−スキャンで計測することにより感度を向上させることができる。つまり、次の式(数24)示すとおりである。   Sensitivity can be improved by measuring the same point by a plurality of (m) B-scans. That is, it is as shown in the following equation (Equation 24).

ここで、mはスタートのB−スキャンのパラメータであり、W(z,j)は強度マスクで、次の式(数25)で定義され、εはOCT像のノイズフロア(最低雑音)である。この式は、窓関数Wはドップラー位相シフト量が所定の大きさεより大きい場合は1にセットし、所定の大きさより小さい場合はノイズとして扱いデータに加算しないように0にセットする、という意味である。 Here, m 0 is a parameter of the start B-scan, W (z, j) is an intensity mask, defined by the following equation (Equation 25), and ε 2 is the noise floor (minimum noise) of the OCT image It is. This equation, window function W when the amount Doppler phase shift is greater than a predetermined magnitude epsilon 2 is set to 1, if a predetermined smaller than the size is set to 0 so as not to added to treat the data as noise, that Meaning.

網膜よりさらに深い位置に存在する脈絡膜の血管について、本発明に係るジョーンズマトリックスOCTをドップラー計測に適用、上記式で感度の向上した結果得られるOCT画像を図4(b)に示す。   FIG. 4B shows an OCT image obtained as a result of applying the Jones matrix OCT according to the present invention to the Doppler measurement and improving the sensitivity by the above formula for the blood vessels of the choroid existing deeper than the retina.

この画像は、図4(c)に示す、従来のインドシアニングリーン蛍光眼底血管造影(ICGA)の形式の血管造影により得られた同じ脈絡膜の血管の造影画像に比べて、感度が向上していることが明らかである。   This image has improved sensitivity compared to the same choroidal blood vessel contrast image obtained by angiography in the form of conventional indocyanine green fluorescence fundus angiography (ICGA) shown in FIG. 4 (c). It is clear.

m=1の時は、上記(数24)は次の式(数26)となる。   When m = 1, the above (Expression 24) becomes the following expression (Expression 26).

ドップラー像を表示する場合は、ドップラー位相シフトの二乗強度を示す次の式(数27)を用いる。   When displaying a Doppler image, the following equation (Expression 27) indicating the square strength of the Doppler phase shift is used.

(校正)
波長走査型の光源は、時間的に波長を変化させて走査するので、この光源の波長スキャン(波長の変化のタイミング)と、光検知器でスペクトル干渉信号としてデータを収集するタイミングとの間の(不一致により生じる)ジッター(Jitter:時間軸方向での信号波形の揺らぎや、その揺らぎにより生じる画像の乱れ)が問題になる。
(Proofreading)
Since the wavelength scanning type light source scans while changing the wavelength with time, it is between the wavelength scanning of the light source (timing of wavelength change) and the timing of collecting data as a spectral interference signal by the photodetector. Jitter (caused by mismatch) (Jitter: fluctuation of signal waveform in time axis direction and image disturbance caused by the fluctuation) becomes a problem.

このジッターは、スペクトルサンプリングのランダムなシフトをもたらし、結果、OCTで取得されるスペクトル干渉信号のジッターとなる。   This jitter results in a random shift in spectral sampling, resulting in jitter of spectral interference signals acquired with OCT.

本発明では、偏光遅延ユニット21(偏光ディレイユニット:Polarization delay unit)を使用して校正信号を発生させるとともに、異なるB−スキャンにおけるA−ライン間のスペクトルサンプリングに生じるジッター(光源の波長走査とA−ライン間の同期における位相の時間位置の揺らぎ)をモニターし、校正信号を用い、本発明の画像処理プログラムによって、コンピュータを補正手段として機能させて補正することで、位相の安定化をすることが可能とする。   In the present invention, a calibration signal is generated using the polarization delay unit 21 (polarization delay unit), and jitter (wavelength scanning of the light source and A) occurring in spectrum sampling between A-lines in different B-scans. -Fluctuation of the time position of the phase in synchronization between lines), and using the calibration signal, the image processing program of the present invention causes the computer to function as correction means and corrects the phase, thereby stabilizing the phase. Is possible.

校正信号は、本発明に係る波長走査型OCT2で以下のように発生させる。前記したとおり、偏光遅延ユニット21の偏光ビームスプリッタ39は、理想的にはP波を透過し、S波を反射するものである。   The calibration signal is generated by the wavelength scanning type OCT2 according to the present invention as follows. As described above, the polarization beam splitter 39 of the polarization delay unit 21 ideally transmits the P wave and reflects the S wave.

しかし、実際は、市販の偏光ビームスプリッタは直線偏光を完全に分離出来ず、反射光にP波が混入する。これにより、偏光遅延ユニット21はP波について互いに光路長差zをもつマハツエンダー干渉計のように振る舞い、校正信号として機能する干渉光を発生する。 However, in practice, a commercially available polarizing beam splitter cannot completely separate linearly polarized light, and P waves are mixed in reflected light. Thus, the polarization delay unit 21 acts like a Mahatsuenda interferometer having an optical path length difference z d each other in the P-wave, to generate an interference light that serves as a calibration signal.

この校正信号は、カプラー22を通って位相キャリブレーションユニット31の校正鏡34で反射され、再び、カプラー22を通って偏光分離検出ユニット14の水平バランス偏光検出器68及び垂直バランス偏光検出器70で検出される。   This calibration signal is reflected by the calibration mirror 34 of the phase calibration unit 31 through the coupler 22, and again through the coupler 22 by the horizontal balance polarization detector 68 and the vertical balance polarization detector 70 of the polarization separation detection unit 14. Detected.

水平バランス偏光検出器68及び垂直バランス偏光検出器70でそれぞれ検出される校正信号に基づく断層画像(キャリブレーション用(校正用)のライン画像)は、上記光路長差zに対応した深さの位置に現れるが、この位置は、図2(a)、(b)にそれぞれ示すように、常に2つの入力偏光の多重化された信号のちょうど真ん中となっている。これを用いて光源の波長走査とA−ライン間の同期におけるジッター(位相の時間位置の揺らぎ)を補正する。 Horizontally balanced polarization detector 68 and vertically balanced polarization detector 70 in the tomographic image based on the calibration signal are detected (calibration (line image for calibration)), the depth of which corresponds to the optical path length difference z d Although shown in position, this position is always exactly the middle of the multiplexed signal of the two input polarizations, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively. This is used to correct jitter (phase position fluctuation) in synchronization between the wavelength scanning of the light source and the A-line.

ジッターの補正は、次のとおりである。たとえば、B−スキャンの最初のA−ラインを基準とし、そのスペクトル強度I(j)とし、校正する他のA−ラインデータをI(j)とするとこれらは、次の式(数28)で表される。 Jitter correction is as follows. For example, assuming that the first A-line of the B-scan is the reference, its spectral intensity I r (j), and other A-line data to be calibrated is I c (j), these are given by ).

ここでE(j)および E(j)は、偏光遅延ユニットを反射および透過してきた光によるスペクトル干渉成分であり、jはB−ラインのパラメータである。*は畳み込み積分(コンボリューション)を表し、βはスペクトルの相対的なシフト量となっている。 Here, E r (j) and E c (j) are spectral interference components due to light reflected and transmitted through the polarization delay unit, and j is a parameter of the B-line. * Represents convolution integral (convolution), and β j is a relative shift amount of the spectrum.

スペクトルのシフト量の推定において、まず、基準となる参照A−ラインの信号をフーリエ変換したものと、校正するA−ラインの信号をフーリエ変換したものの複素共役を、次の式(数29)のとおり積算する。   In estimating the shift amount of the spectrum, first, the complex conjugate of the Fourier transform of the reference A-line signal as the reference and the Fourier transform of the A-line signal to be calibrated is expressed by the following equation (Equation 29). Accumulate as follows.

ここで、F[ ]は、フーリエ変換を表し、上付きの*は複素共役を表す。(数29)をフーリエ逆変換すると、次の式(数30)のとおりとなる。   Here, F [] represents a Fourier transform, and the superscript * represents a complex conjugate. When (Equation 29) is subjected to inverse Fourier transform, the following equation (Equation 30) is obtained.

ここで、○内に×を記載した記号は、相関演算(コリレーション)である。そして、次の式(数31)は、I(j)の自己相関であるので、j=0で最大値をとるため、全体の最大値は、j=−βのところとなる。 Here, a symbol in which “x” is shown in a circle is a correlation calculation (correlation). The following equation (31), since the autocorrelation of I r (j), to take a maximum at j = 0, the total maximum value, the place of j = -β j.

従って、スペクトルシフトの量βは上式の信号が最大となる箇所から決定することができる。検出の精度を上げるためには、フーリエ変換の際、有効データの外側を0の値のデータで拡張するゼロフィリングを行い、フーリエ変換をおこなうことによって周波数空間での分解能を向上させることができる。たとえば、16倍に領域を拡大すれば、1/16ピクセルの精度で周波数空間においてシフト量を検出することが可能となる。 Therefore, the amount of spectral shift β j can be determined from the point where the signal of the above equation becomes maximum. In order to increase the accuracy of detection, the resolution in the frequency space can be improved by performing the zero transform for expanding the outside of the effective data with the data of 0 value and performing the Fourier transform in the Fourier transform. For example, if the area is enlarged 16 times, the shift amount can be detected in the frequency space with an accuracy of 1/16 pixel.

SS−OCTの場合、光源は光の周波数について線形なスキャンをおこなっている。データ処理においては波数に線形なデータに変換する必要があり、この手順をリスケーリングとよび、テーブルを用いて変換している。この周波数−波数のリスケーリングテーブルに上記のシフト量を組み込んだものを、予め作成して用意しておくことで、1度の変換で、ジッター補正とリスケーリングをおこなうことができる。   In the case of SS-OCT, the light source performs a linear scan with respect to the frequency of light. In data processing, it is necessary to convert the data into wave number linear data. This procedure is called rescaling and is converted using a table. Jitter correction and rescaling can be performed with a single conversion by preparing and preparing the above-mentioned shift amount incorporated in the frequency-wavenumber rescaling table in advance.

以上、本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステム及び該OCTで得られた計測データを画像処理するプログラムを実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。   As mentioned above, although the form for implementing the Jones matrix OCT system which concerns on this invention and the program for image-processing the measurement data obtained by this OCT was demonstrated based on the Example, this invention is limited to such an Example. It goes without saying that various embodiments exist within the scope of the technical matters described in the claims.

本発明に係るジョーンズマトリックスOCTシステム及び該OCTで得られた計測データを画像処理するプログラムは、非侵襲による眼科診断装置への利用が最適であり、擬似血管造影検査、脈絡膜血管の定量評価による緑内障、糖尿病網膜症の超早期診断に、きわめて有用である。   The Jones matrix OCT system according to the present invention and the program for image processing the measurement data obtained by the OCT are optimally used for non-invasive ophthalmic diagnostic apparatuses, and are used for pseudoangiography and quantitative evaluation of choroidal blood vessels. It is extremely useful for the very early diagnosis of diabetic retinopathy.

1 ジョーンズマトリックスOCTシステム
2 波長走査型OCT
3 コンピュータ
6 光源
7 計測対象物
8 光アイソレータ
11 ファイバーカプラー
12 参照アーム
13 プローブアーム
14 偏光分離検出ユニット
17 ファイバー
20 偏光制御器
21 偏光遅延ユニット
22 カップラ
23 ファイバーコリメータ
24 2軸ガルバノスキャナ
25 対物レンズ
26 非球面眼科用レンズ
31 位相キャリブレーションユニット
32 ファイバーコリメータ
33 レンズ
34 ミラー(校正鏡)
37 ファイバーコリメータ
38 45°直線偏光器
39 偏光ビームスプリッタ
40 第1のドーブプリズム
41 第2のドーブプリズム
42 合波用の偏光ビームスプリッタ
43 ファイバーコリメータ
46 ファイバーコリメータ
47 ミラー
48 ミラー
49 ファイバーコリメータ
50 偏光制御器
54 合波用のビームスプリッタ
55 偏光制御器
56 ファイバーコリメータ
57 ファイバーコリメータ
58 45°直線偏光器
61 第1の光路
62 第2の光路
63 第1の偏光ビームスプリッタ
64 第2の偏光ビームスプリッタ
67 ファイバーコリメータ
68 水平バランス偏光検出器
69 ファイバーコリメータ
70 垂直バランス偏光検出器
74 ファイバーコリメータ
75 ファイバーコリメータ
81 入力部
82 出力部
83 CPU
84 記憶装置
85 データバス
93 OCT
94 光源
95 コリメートレンズ
96 ビームスプリッタ
97 対物レンズ
98 被計測物体
99 対物レンズ
100 参照鏡
101 集光レンズ
102 光検出器
1 Jones Matrix OCT System 2 Wavelength Scanning OCT
3 Computer 6 Light Source 7 Measurement Object 8 Optical Isolator 11 Fiber Coupler 12 Reference Arm 13 Probe Arm 14 Polarization Separation Detection Unit 17 Fiber 20 Polarization Controller 21 Polarization Delay Unit 22 Coupler 23 Fiber Collimator 24 Biaxial Galvano Scanner 25 Objective Lens 26 Non Spherical ophthalmic lens 31 Phase calibration unit 32 Fiber collimator 33 Lens 34 Mirror (calibration mirror)
37 Fiber Collimator 38 45 ° Linear Polarizer 39 Polarizing Beam Splitter 40 First Dove Prism 41 Second Dove Prism 42 Polarizing Beam Splitter for Multiplexing 43 Fiber Collimator 46 Fiber Collimator 47 Mirror 48 Mirror 49 Fiber Collimator 50 Polarization Controller 54 Beam splitter for multiplexing 55 Polarization controller 56 Fiber collimator 57 Fiber collimator 58 45 ° linear polarizer 61 First optical path 62 Second optical path 63 First polarizing beam splitter 64 Second polarizing beam splitter 67 Fiber collimator 68 Horizontal Balance Polarization Detector 69 Fiber Collimator 70 Vertical Balance Polarization Detector 74 Fiber Collimator 75 Fiber Collimator 81 Input Unit 82 Output Unit 83 CP
84 Storage device 85 Data bus 93 OCT
94 Light source 95 Collimating lens 96 Beam splitter 97 Objective lens 98 Object to be measured 99 Objective lens 100 Reference mirror 101 Condensing lens 102 Photo detector

Claims (7)

光源と、
前記光源からの光束をP偏光とS偏光に分離する偏光分離ユニットと、
前記偏光分離ユニットからのP偏光及びS偏光に対して相対的に位相差を与えるとともに、位相差を有するP偏光及びS偏光を重畳する偏光遅延ユニットと、
前記偏光遅延ユニットからの光束を測定対象に照射するとともに、測定対象からの反射光を受ける対物ユニットと、
前記対物ユニットからの光束と、前記光源からの光束を干渉させ、垂直偏光及び水平偏光に分離して検出する検出ユニットと、
前記検出ユニットからの信号を受け、次に示す(数1)から(数3)に基づいて、断層像を生成する計算ユニットと、
を有する、
ジョーンズマトリックスOCT装置。
前記(数1)において、E(1) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(1) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号である。
A light source;
A polarization separation unit that separates a light beam from the light source into P-polarized light and S-polarized light;
A polarization delay unit that gives a phase difference relative to the P-polarized light and the S-polarized light from the polarization separation unit, and superimposes the P-polarized light and the S-polarized light having a phase difference;
An objective unit that irradiates the measurement object with the light beam from the polarization delay unit and receives reflected light from the measurement object;
A detection unit for causing a light beam from the objective unit and a light beam from the light source to interfere with each other and separating them into vertical polarization and horizontal polarization;
A calculation unit that receives a signal from the detection unit and generates a tomogram based on the following (Equation 1) to (Equation 3);
Having
Jones matrix OCT device.
In ( Expression 1) , E (1) outA (z) is an OCT cross-sectional image signal corresponding to the horizontally polarized light and P polarized light, and E (2) outA (z) is the horizontally polarized light and S OCT cross-sectional image signal corresponding to polarized light, E (1) outB (z) is the OCT cross-sectional image signal corresponding to the vertical polarization and P-polarized light, and E (2) outB (z) is the vertical It is an OCT cross-sectional image signal corresponding to polarized light and S polarized light.
前記計算ユニットは、
ドップラー像を、次に示す式(数4)で算出して表示可能であり、
同一点を複数(m)回のB−スキャンで計測することにより、次に示す式(数5)で表されるドップラーシフトΔφ(z,j)を、ドップラー計測に適用してドップラー計測の感度を向上させる、
請求項1に記載のジョーンズマトリックスOCT装置。
前記(数5)において、mはスタートの前記B−スキャンのパラメータであり、W(z,j)は次に示す(数6)で定義される強度マスクであり、εはOCT像のノイズフロア(最低雑音)である。
The calculation unit is
The Doppler image can be calculated and displayed by the following equation (Equation 4),
By measuring the same point by a plurality of (m) B-scans, the Doppler shift Δφ (z, j) expressed by the following equation (Equation 5) is applied to the Doppler measurement, and the sensitivity of the Doppler measurement Improve,
The Jones matrix OCT apparatus according to claim 1.
In the above (Equation 5), m 0 is a parameter of the B-scan at the start, W (z, j) is an intensity mask defined by (Equation 6) below, and ε 2 is an OCT image Noise floor (minimum noise).
前記計算ユニットは、
前記測定対象からの散乱反射光によるOCT像を、コヒーレントなマトリックス成分を用いて、次に示す式(数7)に基づいて算出すると共に、
複数回のB−スキャンデータを用い、前記マトリックス成分のコヒーレントな平均をとることで、散乱OCT像を次に示す式(数8)に基づいて算出する、
請求項1記載のジョーンズマトリックスOCT装置。
The calculation unit is
While calculating the OCT image by the scattered reflected light from the measurement object based on the following equation (Equation 7) using a coherent matrix component,
Using a plurality of times of B-scan data and taking a coherent average of the matrix components, a scattered OCT image is calculated based on the following equation (Equation 8).
The Jones matrix OCT apparatus according to claim 1.
前記偏光遅延ユニットは、校正鏡を有する位相キャリブレーションユニットを備え、
前記校正鏡は、前記偏光遅延ユニットにおいて前記P偏光又は前記S偏光の干渉光を反射させて、前記検出ユニットに送り、
前記計算ユニットは、前記検出ユニットで前記干渉光と前記光源からの光束とが重畳して生じる校正信号を用いて、前記光源の波長走査とA−スキャン間の同期におけるジッターを補正する、
請求項1から3の何れか一項に記載のジョーンズマトリックスOCT装置。
The polarization delay unit includes a phase calibration unit having a calibration mirror,
The calibration mirror reflects the P-polarized light or the S-polarized interference light in the polarization delay unit, and sends the reflected light to the detection unit.
The calculation unit corrects jitter in synchronization between wavelength scanning of the light source and A-scan using a calibration signal generated by superimposing the interference light and the light beam from the light source in the detection unit.
The Jones matrix OCT apparatus according to any one of claims 1 to 3.
光源と、前記光源からの光束をP偏光とS偏光に分離する偏光分離ユニットと、前記偏光分離ユニットからのP偏光及びS偏光に対して相対的に位相差を与えるとともに、位相差を有するP偏光及びS偏光を重畳する偏光遅延ユニットと、前記偏光遅延ユニットからの光束を測定対象に照射するとともに、測定対象からの反射光を受ける対物ユニットと、前記対物ユニットからの光束と、前記光源からの光束を干渉させ、垂直偏光及び水平偏光に分離して検出する検出ユニットと、前記検出ユニットからの信号に基づいて、断層像を生成する計算ユニットと、を有するジョーンズマトリックスOCT装置の前記計算ユニットに搭載されるプログラムであって、
前記計算ユニットを、前記検出ユニットからの信号を受け、次に示す(数9)から(数11)に基づいて、断層像を生成する画像処理手段として機能させる、
プログラム。
前記(数9)において、E(1) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outA(z)は、前記水平偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(1) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記P偏光に対応したOCT断面画像信号であり、E(2) outB(z)は、前記垂直偏光かつ前記S偏光に対応したOCT断面画像信号である。
A light source, a polarization separation unit that separates a light beam from the light source into P-polarized light and S-polarized light, and a P that has a phase difference relative to the P-polarized light and the S-polarized light from the polarization separation unit. A polarization delay unit that superimposes polarized light and S-polarized light, an objective unit that irradiates a measurement target with a light beam from the polarization delay unit, receives reflected light from the measurement target, a light beam from the objective unit, and a light source The calculation unit of the Jones matrix OCT apparatus includes: a detection unit that causes the light beam to interfere and separates and detects vertical polarization and horizontal polarization; and a calculation unit that generates a tomogram based on a signal from the detection unit The program installed in
The calculation unit receives a signal from the detection unit and functions as an image processing unit that generates a tomographic image based on the following (Equation 9) to (Equation 11).
program.
In ( Equation 9), E (1) outA (z) is an OCT cross-sectional image signal corresponding to the horizontal polarization and the P polarization, and E (2) outA (z) is the horizontal polarization and the S OCT cross-sectional image signal corresponding to polarized light, E (1) outB (z) is the OCT cross-sectional image signal corresponding to the vertical polarization and P-polarized light, and E (2) outB (z) is the vertical It is an OCT cross-sectional image signal corresponding to polarized light and S polarized light.
前記計算ユニットを、ドップラー像を、次に示す式(数12)で算出して表示可能であり、同一点を複数(m)回のB−スキャンで計測することにより、次に示す式(数13)で表されるドップラーシフトΔφ(z,j)を、ドップラー計測に適用してドップラー計測の感度を向上させる画像処理手段として機能させる、
請求項5に記載のプログラム。
前記(数13)において、mはスタートの前記B−スキャンのパラメータであり、W(z,j)は次に示す(数14)で定義される強度マスクであり、εはOCT像のノイズフロア(最低雑音)である。
The calculation unit can calculate and display a Doppler image by the following equation (Equation 12), and measure the same point by a plurality of (m) B-scans to obtain the following equation (Equation 13) The Doppler shift Δφ (z, j) represented by 13) is applied to Doppler measurement to function as an image processing means for improving the sensitivity of Doppler measurement.
The program according to claim 5.
In (Equation 13), m 0 is a parameter of the B-scan at the start, W (z, j) is an intensity mask defined by (Equation 14) shown below, and ε 2 is an OCT image Noise floor (minimum noise).
前記計算ユニットを、前記測定対象からの散乱反射光によるOCT像を、コヒーレントなマトリックス成分を用いて、次に示す式(数15)に基づいて算出すると共に、複数回のB−スキャンデータを用い、前記マトリックス成分のコヒーレントな平均をとることで、散乱OCT像を次に示す式(数16)に基づいて算出する画像処理手段として機能させる、
請求項5に記載のプログラム。
The calculation unit calculates an OCT image based on scattered reflected light from the measurement object based on the following equation (Expression 15) using a coherent matrix component, and uses a plurality of B-scan data. By taking a coherent average of the matrix components, the scattered OCT image is made to function as an image processing unit that is calculated based on the following equation (Equation 16).
The program according to claim 5.
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