部分的に、本発明は、電磁放射源(或いは本明細書において光源と呼ばれる)と共に使用するのに適した駆動波形を、該駆動波形が光源の1つ又は複数の作動パラメータを改善するように決定するための方法、システム及び装置に関する。一実施形態において、光源は、掃引源レーザ等の掃引源である。光源は、典型的には、OCTシステム等のデータ収集システムと共に使用するために構成される。一実施形態において、光源は、VCSEL、フーリエドメインモードロックレーザ、又は、非対称の応答、非線形の応答、若しくは、非対称の応答も非線形の応答も有する波長可変フィルタを組み込む光源である。一実施形態において、波長可変フィルタは双方向的に駆動可能である。
図1Aのシステム5等の血管内OCT画像処理システムは、波長掃引光源等の光源7を含む。一実施形態において、光源は、波長可変フィルタ9を含むか又は該フィルタと光通信している。波長可変フィルタ9は、光源7と光通信しているMEMs装置等の装置であり得る。波長可変フィルタ9は、光源7の構成要素であり得る。光源7等の掃引光源は、一般的に、光源7の波長可変フィルタ9が駆動波形10を用いて駆動されるに従い、交互に続く「順方向」(短波長から長波長)走査及び「逆方向」(長波長から短波長)走査を生成する。一実施形態において、駆動波形10は、正弦波電圧波形等の振動している周期的駆動波形である。
以下においてより詳細に考察されるように、駆動波形10は、効果的な光源7のデューティサイクルを増やすように構成することができる。一実施形態において、効果的なデューティサイクルは、OCT画像データを集めることができる駆動波形の間の時間の割合を意味する。効果的なデューティサイクルは、レーザ出力の質、RFOCT信号周波数、及び、OCTディジタイザシステムのサンプリングレートに基づき変わり得る。加えて、駆動波形10は、フーリエ合成によって等、結果として生じる波形を生成するために使用される複数の成分波を含み得る。一実施形態において、駆動波形10は、3つの成分波を含み、該成分波は、組み合わされた場合に、出力光源7の対称性及び線形性が他のタイプの入力波形と比較して改善されるように選択される。駆動波形10を使用して、光源7、又は、光源7と光通信している構成要素を制御することができる。
OCTシステムにおける使用に適した特定の掃引光源は、本質的に非線形の掃引パターンから損害を受け、それにより、光源7等の供給源によって生成される光の光周波数は、各掃引期間にわたって線形に増えも減りもしない。さらに、これらの光源は、順方向及び逆方向の走査における本来の非対称性からの損害も受け、それにより、1つの方向において生成される走査は、光源において使用される波長可変フィルタの特性のため、もう一方の方向と比較して圧縮されるか又はゆがめられ得る。各個々の光源において使用されるフィルタ9等の波長可変フィルタは、特有の応答特徴を有するため、非線形性及び非対称性の性質の問題は、ユニットによって変わる恐れがあり、同じ是正処置を全てのユニットに適用するのを不可能にしている。結果として、駆動波形10は、1つの光源当たりで設計され、所与のOCTシステムにおける所与の光源の動作を改善することができる。駆動波形供給源15は、プロセッサ、1つ又は複数のファンクションジェネレータ、非一時的なメモリ、適した制御システム、又は、波長可変フィルタ9への伝送のために駆動波形を生成且つ構成するように構成される他の適した電子装置を含み得る。
一実施形態において、駆動波形供給源15は、非一時的なメモリ、及び、ポート又は接触装置等の出力装置を含む制御システムである。波長可変フィルタは、一実施形態において干渉計のサンプルアームと光通信することができる。波長可変フィルタは、駆動波形10等の制御信号を受信するように構成されるポート又は接触装置等の入力装置を含み得る。波長可変フィルタは、双方向的に駆動可能である。けれども、一部の実施形態において、駆動波形10を使用して、波長可変フィルタを1つの方向において駆動させることができる。駆動波形10を使用して、波長可変フィルタを1つ又は複数の方向において駆動させることもできる。一実施形態において、出力装置は、入力装置と電気通信している。駆動波形は、特定の光源に対して生成することができ、さらに、非一時的なメモリ内に格納することができるか、又は、波形供給源によって作ることができ、さらに、非一時的なメモリ内に格納することができる。一実施形態において、駆動波形は、掃引光源の掃引応答を実質的に対称にする且つ実質的に線形にするように構成される。一実施形態において、光干渉断層撮影データを集める場合に、効果的な掃引光源のデューティサイクルは、掃引光源の掃引期間の約90%よりも大きい。
特定の掃引光源7において存在する非線形性も非対称性も正す及び/又は改善するように構成される複数の関連するか又は調和する正弦波を含む駆動波形10、並びに、駆動波形等を決定する方法は、どちらも本発明の実施形態である。そのような駆動波形又は駆動波形供給源15を用いるOCTシステムも、本発明の一実施形態である。他の実施形態において、成分である正弦波の相対的な重みづけ及び位相オフセットを決定するための段階的な方法が、最適な波形を個々の光源に対して選択することができるように使用される。
図1Aにおいて示されているように、OCTシステム5は、波長可変フィルタ9を含み得る波長掃引光源等の光源7を含む。駆動波形は、光源7の1つ又は複数のパラメータに基づき決定される。典型的に、適した駆動波形10を決定するプロセスの一部として、位相、振幅、掃引持続時間、ピークRFOCT信号周波数、及び、他の走査方向特異的パラメータ等、複数のパラメータが評価される。一実施形態において、2つのパラメータが、掃引応答の線形性及び対称性を改善するために同時に評価される。一実施形態において、駆動波形10は、1つ又は複数のワイヤ、バス又は他のデータ伝送機構等、電気接続12を介して光源7に送られる。波形供給源15は、例えば波長可変フィルタ9と電気通信することによって等、光源7と電気通信している。掃引源7が波長可変フィルタを含まない場合、駆動波形供給源15は、駆動波形10を受信するように構成される入力装置を有する光源7の別の構成要素と電気通信することができる。
一実施形態において、光源7は、干渉計18と光通信している。示されているように、1つ又は複数の光ファイバ等の光路17を使用して、光源7と干渉計17との間の光通信を促進することができる。干渉計は、マイケルソン干渉計であってもよい。OCTデータ収集プローブ等のプローブ23は、示されているように、別の光ファイバ等の別の光路21に沿って干渉計18と光通信することができる。一実施形態において、プローブは、カテーテル内に配置される回転可能ファイバ25を含む。回転可能ファイバ25は、光路21と光通信することができる。プローブ23は、血管若しくは動脈等の試料27又は関心のある管腔内に挿入するために大きさを決定することができる。一実施形態において、プローブ25は、光源7から干渉計18に向けられた電磁放射を受ける。プローブは、次に、血管等の試料27内に光を向け、さらに、血管からの反射光を集める。干渉計18をOCT原理に従って使用して、光源7からの光、及び、試料27から集められた光に基づき深さ情報を生成する。
一実施形態において、制御システム等の駆動波形供給源15を使用して、適した駆動波形を生成し、波長可変フィルタ9及び/又は光源7を制御することができる。異なる入力駆動波形22、55、70に対する光源7の出力応答がそれぞれ、図2、5及び7において示されている。波形は、3つの正弦波発生器の出力を組み合わせることによって合成することができる。或いは、任意波形発生器を使用して、波形を直接合成することができる。いずれの場合においても、一実施形態において、波形に対する一般式は、
であり、ここで、VDCはDCバイアス電圧であり、f2=3f0及びf1=2f0である。例えば、A0は、約0Vから約200Vに及ぶことができ、f0は約25kHzから約2MHzに及ぶことができる。
正弦波発生器等の本明細書において記載される種々のファンクションジェネレータは、回路、装置及びソフトウェアモジュールを使用して実行することができる。種々のファンクションジェネレータは、駆動波形供給源15の一部であり得るか、又は、駆動波形供給源15と電気通信、光通信又は無線通信することができる。駆動波形供給源15は、命令を用いて、適した駆動波形を生成する中央処理装置、マイクロプロセッサ又はASIC等のプロセッサを含み得る。或いは、駆動波形供給源は、以前に生成され且つ格納された、所与の光源若しくは波長可変フィルタに適する波形を含むメモリを含み得るか、又は、該メモリにアクセスすることが可能である。本発明は、正弦波発生器又は正弦波の使用に限定されないが、種々の実施形態において、調和関数、非調和関数及び他の関数を組み合わせて本明細書において概説される適した駆動波形を提供することによって生成される種々の駆動波形を使用して実行することができる。
一実施形態において、光源7は、波長可変フィルタを含むか又は該フィルタと光通信する波長可変レーザである。部分的に、本発明の一実施形態は、最適化レベル又は最大レベル等、適したレベルの対称性及び/若しくは線形性又は増えたデューティサイクルが生じるように光源7と共に使用するのに適した駆動波形を得る方法に関する。一実施形態において、シヌソイド又は正弦波等の3つの調波が組み合わされて駆動波形を生成する。一実施形態において、第1の波(第1の調波)の基本周波数は約100KHzである。第2の波(第2の調波)及び第3の波(第3の調波)の周波数は、第1の波の基本周波数の整数倍であり得る。一実施形態において、第2の波の周波数は約200kHzである。一実施形態において、第3の波の周波数は約300kHzである。
レーザ等の光源と共に使用するために構成される適した駆動波形は、1つの光源当たりで設計又は生成することができる。そのような駆動波形を生成するための1つの方法30が、図1Bにおいて示されている。初めに、第1のステップは、基本正弦波を生成するステップ1である。加えて、一部の実施形態において任意であってもよい別のステップは、所望の波長掃引の中心波長を得るために定電圧バイアスを設定するステップ1aである。一部の実施形態において任意であってもよい別のステップは、所望の同調範囲を得るために基本正弦波の振幅を設定するステップ1bである。これらのステップは、目標とするDCバイアス及び/又は目標とする振幅に到達するまで反復して行われてもよく、最適な又はさもなければ適した駆動波形をもたらす。次のステップは、第2の調波を生成するステップ2である。
一実施形態において、第2の調波の振幅は、その位相と共に調整される。結果として、さらなるステップは、時間及び周波数に関する順方向走査及び逆方向走査を実質的に対称にするために、又は、順方向走査と逆方向走査との間で最大の時間及び周波数の対称性を得るために、第2の調波の振幅を設定するステップ2a、及び、第2の調波の位相を設定するステップ2bを含み得る。光源の順方向及び逆方向の走査は、以下においてより詳細に考察される。次のステップは、第3の調波を生成するステップ3である。さらなるステップは、走査を実質的に線形にするために、又は、適したレベルの走査線形性を得るために、第3の調波の振幅を設定するステップ3a、及び、第3の調波の位相を設定するステップ3bを含み得る。示されている最後のステップは、示されているように、駆動波形を出力するステップ4である。
図1Bにおいて示され、さもなければ、本明細書において記載されているステップは、ステップ1a、1b、2a、2b、3a及び3bのうち全て若しくは一部を有して又はどれも有さずに異なる順で行うことができる。例えば、一実施形態において、第2の調波は、光源走査を実質的に線形にするように構成することができる一方、第3の調波は、光源走査を実質的に対称にするように構成することができる。加えて、ステップのうち一部又は全てを反復的に繰り返して、光源走査を最適化してもよい。種々の調波の振幅及び位相に対する調整を使用して、その対称性及び線形性等、掃引応答の特定の態様を改善するように波形を構成することができる。
図2は、VCSEL光源に付随した種々の波及び関連する周波数データを示したオシロスコープのスクリーンショットである。図5及び図7は、異なる駆動波形を有したさらなるオシロスコープのスクリーンショットを示している。図5及び7における駆動波形は、それぞれ、第2の調波が加えられる波形22(図5)、並びに、波形22及び第2の調波に第3の調波が加えられるもの(図7)、又は、その修正されたバージョンを含む。図5の駆動波形55及び図7の駆動波形70は、VCSEL光源又はその構成要素を駆動するのに適している。
VCSEL光源は、波長可変フィルタを含む。図2のスクリーンショットの上半分は、VCSELからの順方向及び逆方向の波長走査が干渉計の入力として使用される場合にマッハ・ツェンダー干渉計(MZI)によって生成される、一般的には干渉縞33及び35と呼ばれるRFOCT信号を示している。MZIの2つのアーム間の経路長の差は、空中において約16.0mmに設定した。この構成を用いて、MZIは、血管の画像処理に対して所望の範囲である、空中において約8.0mmの画像処理範囲でマイケルソン干渉計を用いたOCT画像処理の間に生成されるであろう信号とほぼ同じである干渉信号を生成する。この場合、駆動波形22は、DCバイアス電圧及び100kHzの周波数を有する純度の高いシヌソイドを含み、さらに、約1310nmの波長の近くに中心が置かれる約100nmの同調範囲を生成するよう構成される。RF信号周波数は検出電子機器のバンド幅を超えるため、逆方向走査の間の干渉縞の振幅33は、部分的に順方向走査と比較して減弱される。
スクリーンショットから、VCSEL応答は、100kHzの駆動周波数にて非常に非対称であるということが明らかである。駆動波形22は、基本波形又は第1の調波としての正弦波に相当する。この基本波形は、示されているように時間で変動する電圧であり、さらに、VCSELにおいて使用される波長可変フィルタを駆動するために使用される。図2の上半分において、入力駆動波形22に応答してVCSELによって生成されるMZIの出力が示されている。縦軸に沿った振幅は、1つの単位分割当たり約200ミリボルト刻みであり、さらに、時間が、1つの単位分割当たり1マイクロ秒刻みで横軸に沿って示されている。
波長可変フィルタ等の光学装置は、かさ上げされた余弦波形を用いて駆動させることができる。Spectrum of Externally Modulated Optical Signals,Ho and Kahn,Journal of Lightwave Technology,Vol.22,No.2,February 2004を参照されたい。そのような駆動波形は、急速な「フライバック」部分、及び、細長いかさ上げされた余弦部分を含み得る。この波長可変フィルタ駆動条件の下、フライバック部分は、OCT画像処理に対して意図的に使用可能ではない。代わりに、かさ上げされた余弦駆動波形は、順方向走査の持続時間及び線形性を最大にしながらフライバックの持続時間を最小限にするよう試みる。残念ながら、かさ上げされた余弦の方法は、OCTシステムの作動に対して所望の周波数である駆動波形周波数が100kHzである場合に、特定のVCSEL設計に対してこれらの目的を達成しない。多数の調和シヌソイドを使用した駆動波形の設計及び生成に関連して本明細書において記載される方法、システム及び装置は、これらのかさ上げされた余弦波形の制限に取り組む。
図1Aに関して先に考察されたように、VCSEL等の掃引光源は、波長可変フィルタが駆動波形を用いて駆動されるに従い、交互に続く「順方向」(短波長から長波長)走査及び「逆方向」(長波長から短波長)走査を生成する。図2において、「逆方向」走査33からの干渉縞が図の上半分の左側に示され、「順方向」走査35が右側に示されている。本明細書において考察されるように、示されている逆方向走査33は、入力駆動波形に応答するVCSELのフライバック部分にも相当する。VCSELにおいて使用される波長可変フィルタは、100kHz周辺の周波数にて駆動される場合に非常に非線形及び非対称の電圧応答を有する。周波数スペクトルが、図の下半分及び波形22の下に示されている。図2、5及び7の下の部分の周波数データに対する単位は、縦軸に対してデシベル、及び、横軸に対して周波数を使用している。
図2(並びに図5及び7)のオシロスコープのスクリーンショットにおいて示されているように、各スクリーンショットの下の部分は、概して、1つの掃引方向(すなわち、順方向の方向又は逆方向の方向)の持続時間の90%に大きさが決定された長方形の高速フーリエ変換(FFT)ウィンドウを使用して生成される無線周波数スペクトルを示している。図2において、順方向走査35のウィンドウで表示したFFTが、各括弧45によって示されているように示されている。加えて、点線48として示された周波数マーカーは、逆方向走査のピーク無線周波数に相当する。このマーカー48は、逆方向走査の非常に時間圧縮される性質による過度の量の無線周波数を含む圧縮された逆方向走査の最高周波数462.9MHzを示している。
順方向走査に付随した別のマーカー50は、246.88MHzのピーク周波数値を同定している。順方向走査及び逆方向走査の周波数成分を同じにすることが所望される。OCT画像処理の間に生成された干渉縞において含有されるピーク周波数を最小限にすることも所望される。2つの走査の周波数成分が有意に異なる場合、データ取得はより込み入っており、さらに、より複雑なデータ取得(DAQ)装置が要求される。加えて、ピーク信号周波数が高いほど、正確にデータを試料採取するためにより速いデータ取得装置を必要とし、システムのコスト及び複雑性を上げる。
図2において、周波数成分は、マーカー48、50から明らかなように有意に異なっている一方、図7においては、適切に構成された駆動波形の適用の結果として、順方向走査と逆方向走査との間でよりぴったりと一致している。加えて、順方向走査及び逆方向走査を含む掃引期間全体の間に生成されたピーク信号周波数は実質的に減らされている。図2の駆動波形を使用することは、図7の駆動波形と比較してより高価で複雑なDAQを使用することをおそらく必要とするであろう。例えば、1GS/sディジタイザを使用して、約8.0mmの画像処理深度にて生成されたOCT信号を試料採取することが必要であり得る。駆動波形の調波を使用することによって、データを取得するためのより優れた動作範囲が可能である。図2、5及び7のオシロスコープのスクリーンショットは、約8.0mmの画像処理範囲と同等のマッハ・ツェンダー干渉計(MZI)のずれを用いて得られている。
図3Aは、100kHz正弦曲線状駆動波形のプロットを示している。順方向(FWD)走査及び逆方向(BWD)走査の部分が同定されている。縦軸は駆動振幅に対するものであり、さらに、横軸は時間に対するものである。駆動波形の正規化された交流(AC)成分が、図3Aのプロットにおいて示されている。AC利得及びDCバイアスを調整して、約1310nmの周辺に中心が置かれた約100nmの同調範囲を得た。
図3Bは、VCSELに適用された図3A及び2の駆動波形を使用した測定された瞬時干渉縞周波数を示している。VCSELは、干渉計測定の一部として干渉縞を生成するOCTシステムの一部である。縞周波数は、干渉計の参照アームにおける参照反射器の位置に対する干渉計のサンプルアームにおける試料の位置に正比例する。空中において約16.0mmの固定された経路のずれを有するMZIを使用して、空中において約8.0mmのOCT画像処理範囲に相当する干渉縞を生成した。一実施形態において、波長可変フィルタを含む光源は、サンプルアーム及び参照を有する干渉計と光通信している。光源は、光源が掃引源OCTデータ収集を行うのに適しているように、デューティサイクル、掃引期間、応答、又は、本明細書に記載される他のパラメータのうち1つ又は複数に関して本明細書において記載されるように構成される。一実施形態において、光源又はその構成要素は、制御システム又は時計システムに接続することができる。
図3Bにおいて示されているように、順方向走査及び逆方向走査は非常に非対称的である。縦軸は縞周波数を測定し、さらに、横軸は時間を測定している。約6.25マイクロ秒の順方向走査の持続時間は、約3.75マイクロ秒の逆方向走査の持続時間よりも長い。結果として、逆方向走査に対する順方向走査の持続時間の比は、約6.25/3.75又は約1.67である。次に、約244MHzの順方向走査のピーク無線周波数は、約461MHzの逆方向走査のピーク無線周波数よりも小さい。結果として、逆方向走査のピーク無線周波数に対する順方向走査のピーク無線周波数の比は、約244MHz/461MHz又は約0.529である。
図3Bは、550メガサンプル/秒のディジタイザを組み込むDAQシステムによって試料採取することができる275MHzの最大縞周波数に一致するDAQカットオフラインも示している。逆方向走査は、DAQカットオフを超えており、このディジタイザを用いたOCT画像処理に対して使用不可能にしている。順方向走査は、DAQカットオフよりも下にあり、このディジタイザを用いたOCT画像処理に対して使用可能している。1つの走査方向のみが使用可能であるため、効果的なOCTシステムのラインレートは100kHzであり、さらに、効果的なデューティサイクルは約62.5%であるだろう。図3Bは、完全に線形及び対称の波長掃引を有して得られるであろう縞周波数に一致する理想的なラインも示している。逆方向走査は、この最良の状況から実質的にはずれている。
図3Cは、100kHzが図2及び図3Aの駆動波形に適用されることを考慮に入れ、予想される瞬時周波数を示している。非線形のVCSEL応答は、適用される駆動波形からの予想と比較して有意に異なる周波数特性をもたらす。図3B及び3Cのプロットは、これらの問題を克服するために適した駆動波形を見つける必要性を実証している。図1Bに関して記載されるように、100kHzの基本波の調波を使用して駆動波形をこしらえることは、これらのネガティブな特徴の多くが改善されるか又は正されることを可能にする。
さらなる修正なしで駆動波形として正弦波を使用することに付随する制限を考慮に入れると、基本調波に第2の調波を加えることが有用である。加えて、その振幅及び位相を変えることによって第2の調波を修正することも有用である。図4Aは、ピークRF周波数に関する第2の調波の位相最適化を示している。図4Bは、掃引走査の持続時間に関する第2の調波の位相最適化を示している。位相は、示されているようにラジアンで測定される。図4A及び4Bのそれぞれが、それぞれ二次元(2D)空間又は組合せ2D空間を定めている。
正弦波等の第2の調波(200kHz)が、順方向走査及び逆方向走査を実質的に対称にするために使用される。振幅及び位相の1つ又は複数の2D空間が探索され、1つ又は複数のパラメータに対して極大値若しくは極値、又は、絶対最大値若しくは絶対極値等、最大の対称の点が見つけられる。一実施形態において、最大値又は極値同定技術を使用した図4A及び4Bに対応する2Dデータセット等のデータセットの分析及び探索は、第2の調波に対する適した位相選択として約−1.83ラジアンを同定した。約−1.83ラジアンの位相値は、ピークRF周波数及び掃引走査の持続時間がどちらもこの位相値に等しい値に近いため、第2の調波と共に使用するのに適している。このように、第2の調波は、位相調整を受けて、修正された第2の調波を生成することができる。一実施形態において、最適な第2の調波の振幅及び位相を同定するプロセスは、最大の対称の点に対して2D空間を探索することによって自動化される。自動化は、コンピュータ制御された波形生成及び周波数測定を介して達成することができる。探索は、振幅及び位相の定められた制限内で網羅的であってもよく、又は、当技術分野においてよく知られた従来の探索最適化アルゴリズムを組み込んでもよい。
図5は、VCSEL光源に付随した種々の波及び関連する周波数データを示したオシロスコープのスクリーンショットである。図5において示されている駆動波形55は、図2の波形22を含み、その第2の調波が、第2の調波が図4A及び4Bに関して先に記載されたように最適化された後で加えられている。順方向走査の持続時間60及び逆方向走査の持続時間63は実質的に同じである。逆方向走査のピークRFでの周波数マーカー65は、約331.63MHzの周波数を有している。同様に、順方向走査のピークRFでの周波数マーカー67は、約324.49MHzの周波数を有している。最上の走査の形状及びこれらの測定から、第2の調波の振幅及び位相の最適化後に生じるほぼ同じピークRF周波数及び走査持続時間がある。結果として、逆方向走査のピーク無線周波数に対する順方向走査のピーク無線周波数の比は、約324.49MHz/331.63MHz又は約0.978である。
図6Aは、図5の第2の調波駆動波形及び図2の基本調波駆動波形を含む正弦曲線状駆動波形のプロットを示している。順方向(FWD)走査及び逆方向走査の部分が同定されている。縦軸は駆動振幅に対するものであり、さらに、横軸は時間に対するものである。駆動波形の正規化された交流(AC)成分が、図6Aのプロットにおいて示されている。AC利得及びDCバイアスを再調整して、約1310nmの周辺に中心が置かれた約100nmの同調範囲を得た。
図6Bは、VCSELに適用された図6A及び5の駆動波形を使用した測定された瞬時周波数を示している。示されているように、順方向走査及び逆方向走査は非常に対称的である。縦軸は縞周波数を測定し、さらに、横軸は時間を測定している。約5.16マイクロ秒の順方向走査の持続時間は、約4.84マイクロ秒の逆方向走査の持続時間よりもわずかに長い。逆方向走査に対する順方向走査の持続時間の比は、約1.157である。次に、約320MHzの順方向走査のピーク無線周波数は、約327MHzの逆方向走査のピーク無線周波数よりもわずかに小さいだけである。これら2つの周波数の比(順方向/逆方向)は、約0.979である。加えて、順方向走査及び逆方向走査はどちらも、DAQカットオフに近づいており、200kHzの使用可能なラインレート、及び、約100%の効果的なデューティサイクルをもたらすであろう。図5の駆動波形を修正するための次のステップは、第3の調波を加えて、OCTシステムのための所与の光源と共に使用することに対するその適合性をさらに高めることである。
図6Cは、ピークRF周波数に関する第3の調波の振幅最適化を示している。図6Dは、ピークRF周波数に関する第3の調波の位相最適化を示している。位相は、示されているようにラジアンで測定される。図6C及び6Dのそれぞれは、それぞれ二次元(2D)空間又は組合せ2D空間を定めている。正弦波等の第3の調波(300kHz)が、順方向走査及び逆方向走査を実質的に線形にするために使用される。振幅及び位相の1つ又は複数の2D空間が探索され、1つ又は複数のパラメータに対して極小値若しくは極値、又は、絶対最小値若しくは絶対極値等、最小のRF周波数の点が見つけられる。
一実施形態において、最大値又は極値同定技術を使用した図6C及び6Dに対応する2Dデータセット等のデータセットの分析及び探索は、約0.12の振幅及び約−1.01ラジアンの位相を同定した。この振幅及び位相は、振幅及び位相のこれらの値を用いてピークRF周波数が実質的に最小限にされるため、同定した。これらの値は、例えば駆動波形が、最適化ステップのうち1つ又は複数のステップを用いて可能である本明細書において記載されるパラメータ又はそのようなパラメータにおける異形を有する基本波、第2の調波及び第3の調波を含む場合に、波長可変レーザ等の所与の光源の応答を実質的に線形にする。
図7は、VCSEL光源に付随した種々の波及び関連する周波数データを示したオシロスコープのスクリーンショットである。図7において示されている駆動波形70は、図6C及び6Dに関して先に記載したように最適化された後に第3の調波に加えられた図5の波形55を含む。どちらの走査方向におけるピークRF周波数も、第3の調波(300kHz)の適用後に最小限にされ且つ等しくされる。示されているように、順方向走査の持続時間75及び逆方向走査の持続時間77は実質的に同じである。逆方向走査のピークRFでの周波数マーカー80は、約285.31MHzの周波数を有している。同様に、順方向走査のピークRFでの周波数マーカー83は、約280.27MHzの周波数を有している。285.31MHzに対する280.27MHZの比は、約0.98である。図7の駆動波形に対するこれらの値の近さ及びこれらの値の最小化は、図2における約462.9MHzの周波数を有する逆方向走査のピークRFでの周波数マーカーである一方、順方向走査のピークRFでの周波数マーカーが約246.88MHzの周波数を有し、約1.875(逆方向/順方向)又は約0.53(順方向/逆方向)の比較比率をもたらしたことと比較して有意な改善を示している。
図8Aは、図1Bのステップのうち1つ又は複数のステップを使用した3つの正弦波を使用して生成された駆動波形を示している。AC成分は正規化されている。加えて、AC利得及びDCバイアスを再調整して、1310nmの周辺に中心が置かれた100nmの同調範囲を得た。
図8Bは、VCSELに適用された図7及び8Aの駆動波形を使用した測定された瞬時周波数を示している。順方向走査及び逆方向走査は対称的であり、さらに、最小ピークRF周波数を有する。約5.00マイクロ秒の順方向走査の持続時間は、約5.00マイクロ秒の逆方向走査の持続時間と同じであり、従って、比較比率は1である。次に、約268MHzの順方向走査のピーク無線周波数は、約275MHzの逆方向走査のピーク無線周波数とほぼ同じである。加えて、順方向走査及び逆方向走査はどちらも、DAQカットオフにあるか又はそれよりも下にあり、200kHzの使用可能なラインレート、及び、約100%の効果的なデューティサイクルをもたらしている。
図9A〜9Cは、それぞれ図2、5及び7の駆動波形の3つのプロットを示している。縦軸に沿った振幅は、1つの単位分割当たり約300ミリボルト刻みであり、さらに、時間が、1つの単位分割当たり1マイクロ秒刻みで横軸に沿って示されている。時間の経過に伴う駆動波形における変化が、本明細書において記載される異なる最適化された調波を加えたことの結果として生じている。
一実施形態において、基本波のDCバイアスは、約0から約200Vに及ぶ。一実施形態において、基本波の振幅は、約0から約200Vに及ぶ。一実施形態において、同調範囲は、約20から約200nmに及ぶ。一実施形態において、基本波の位相は、約0から約2πラジアンに及ぶ。一実施形態において、第2の調波の位相は、約0から約2πラジアンに及ぶ。一実施形態において、第3の調波の位相は、約0から約2πラジアンに及ぶ。一実施形態において、第2の調波の振幅は、約0から約200Vに及ぶ。一実施形態において、第3の調波の振幅は、約0から約200Vに及ぶ。
一実施形態において、本明細書において記載される駆動波形は、100kHzの駆動周波数にて100%のデューティサイクルを有するように構成される。一実施形態において、本明細書において記載される駆動波形は、実質的に対称又は対称の順方向掃引及び逆方向掃引を有するように構成される。一実施形態において、本明細書において記載される駆動波形は、200kHzの効果的な掃引レートを有するように構成される。一実施形態において、本明細書において記載される駆動波形は、約8mmの画像処理範囲及び約100nmの同調範囲にてRF信号周波数≦約275MHzを有するように構成される。
上記の説明において、本発明は、光干渉断層撮影に関連して考察されているが、これらの実施形態は、限定的であるとして意図されず、さらに、本発明は他の画像処理及び診断様式又は光学システム一般に対して使用することもできるということを当業者は正しく理解することになる。
光及び電磁放射という用語は、各用語が電磁スペクトルにおける全ての波長(及び周波数)範囲並びに個々の波長(及び周波数)を含むように、本明細書において交換可能に使用される。同様に、装置及び器具という用語も交換可能に使用される。部分的に、本発明の実施形態は、限定されることなく:電磁放射の供給源及びその構成要素;そのような供給源を含むシステム、サブシステム及び器具;前述のものの一部として、又は、前述のものと連絡をとって使用することができる機械的、光学的、電気的及び他の適した装置;並びに、前述のもののそれぞれに関連する方法;に関するか又はそれを含む。従って、電磁放射の供給源は、1つ又は複数の波長若しくは周波数の光を放つ、再び発する、伝える、放出する又はさもなければ生成するいかなる器具、物質、システム又は装置の組合せも含み得る。
電磁放射の供給源の一例はレーザである。レーザは、放射の誘導放出のプロセスによって光を生成するか若しくは増幅する装置又はシステムである。レーザ設計におけるタイプ及び異形は大量過ぎて列挙できず、さらに、進化し続けるけれども、本発明の実施形態において使用するのに適したレーザの一部の非限定的な例として、(掃引源レーザと呼ばれることもある)波長可変レーザ、スーパールミネッセントダイオード、レーザダイオード、半導体レーザ、モードロックレーザ、ガスレーザ、ファイバレーザ、固体レーザ、導波路レーザ、(光増幅器と呼ばれることもある)レーザ増幅器、レーザ発振器、及び、(ミラーレスレーザ又は超放射レーザと呼ばれることもある)自然放射増幅光レーザ(amplified spontaneous emission laser)を挙げることができる。
本発明の態様、実施形態、特徴及び例は、あらゆる点で例示的であると考慮されることになり、本発明を限定するとして意図されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ定められる。他の実施形態、修正及び使用が、特許請求の範囲に記載される発明の真意及び範囲から逸脱することなく当業者には明らかになる。
本願における見出し及び項の使用は、本発明を限定するとして意味せず、各項は、本発明のいかなる態様、実施形態又は特徴にもあてはまり得る。
本願を通じて、特定の構成要素を有する、含む若しくは包含するとして構成が記載されている場合、又は、特定のプロセスのステップを有する、含む若しくは包含するとしてプロセスが記載されている場合、本教示の構成は同様に、列挙された構成要素から本質的に成る又は列挙された構成要素から成るということ、及び、本教示のプロセスは同様に、列挙されたプロセスのステップから本質的に成る又は列挙されたプロセスのステップから成るということが熟考される。
本願において、要素又は構成要素が、列挙される要素又は構成要素のリストにおいて含まれる及び/又はそこから選択されることになると言われる場合、その要素又は構成要素は、列挙された要素又は構成要素のうちいずれでもあり得る、及び、列挙された要素又は構成要素のうち2つ以上のものから成る群から選択することができるということが理解されるべきである。さらに、本明細書において記載される構成、器具又は方法の要素及び/若しくは特徴は、本明細書において明示的であろうと黙示的であろうと本教示の真意及び範囲から逸脱することなく、種々の方法において組み合わせることができるということが理解されるべきである。
「含む」、「有する」又はその進行形等の用語の使用は、一般的に、特に明記しない限り、幅広い解釈のできる且つ非限定的であるとして理解されるべきである。
本明細書において単数形の使用は、特に明記しない限り、その複数形を含む(さらに、その逆も同様である)。さらに、不定冠詞及び定冠詞を用いた単数形は、文脈上そうでないと明確な指示がない限り、その複数形を含む。加えて、「約」という用語の使用が量的な値の前にある場合、本開示は、特に明記しない限り、特定の量的な値自体も含む。
ステップの順、又は、特定の動作を行うための順は、本教示が実行可能のままである限り重要ではないということが理解されるべきである。さらに、2つ以上のステップ又は動作を同時に行ってもよい。
値の範囲又はリストが提供されている場合、その値の範囲又はリストの上限値と下限値の間にあるそれぞれの間にある値が、各値が本明細書において特に列挙されているかのように個々に熟考され、さらに、本発明内に包含される。加えて、所与の範囲の上限値と下限値との間の、及び、それらの値を含むより小さな範囲が熟考され且つ本発明内に包含される。例証的な値又は範囲の一覧表は、所与の範囲の上限値と下限値との間にある及びそれらの値を含む他の値又は範囲の否認ではない。
駆動波形生成を実行するための非限定的なソフトウェアの実施形態
本発明は、限定されることなく、(例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ又は汎用コンピュータ等の)プロセッサと共に使用するためのコンピュータプログラムロジック、(例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)若しくは他のPLD等の)プログラマブル論理回路と共に使用するためのプログラマブルロジック、個別部品、(例えば特定用途向け集積回路(ASIC)等の)集積回路設計、又は、そのいかなる組合せを含むいかなる他の手段を含む多くの異なる形態で具体化されてもよい。本発明の一実施形態において、駆動波形若しくはその成分を生成又は設計するために使用されるデータの処理のうちの一部又は全てが、コンピュータにより実行可能な形態に変えられるコンピュータプログラム命令のセットとして実行され、コンピュータ読取可能媒体内にそういうものとして格納され、さらに、オペレーティングシステムの制御の下マイクロプロセッサによって実行される。VCSEL等のレーザ等、所与の光源の構成要素の制御及び操作も、コンピュータを使用してそのように制御又は操作することができる。一実施形態において、光源、駆動波形、制御システムのデータ又は波長可変フィルタのパラメータは、波長可変フィルタに対する駆動信号を生成するのに、適したデューティサイクルを用いてOCTシステムに対する光源を作動させるのに、波長可変フィルタ、信号処理、ファンクション生成を制御するのに、第1の方向で又は第1の方向及び第2の方向で波長可変フィルタを掃引するのに、並びに、上記の他の特徴及び実施形態に適したプロセッサにより理解可能な命令に変換される。
本明細書において先に記載された機能性のうち全て又は一部を実行するコンピュータプログラムロジックは、限定されることなく、ソースコードの形態、コンピュータにより実行可能な形態、及び、(アセンブラ、コンパイラ、リンカー又はロケーターによって生成される形態等の)種々の中間の形態を含む種々の形態で具体化されてもよい。ソースコードは、種々のオペレーティングシステム又はオペレーティング環境と共に使用するための(例えば、オブジェクトコード、アセンブリ言語、又は、フォートラン、C、C++、JAVA若しくはHTML等の高水準言語等の)種々のプログラム言語のいずれにおいても実行される一連のコンピュータプログラム命令を含んでもよい。ソースコードは、種々のデータ構造及び通信メッセージを定める及び使用することができる。ソースコードは、(例えばインタープリタを介して等)コンピュータにより実行可能な形態であってもよく、又は、ソースコードは、(例えばトランスレータ、アセンブラ若しくはコンパイラを介して等)コンピュータにより実行可能な形態に変えられてもよい。
コンピュータプログラムは、(例えば、RAM、ROM、PROM、EEPROM若しくはフラッシュ−プログラマブルRAM等の)半導体記憶装置、(例えば、ディスケット若しくは固定ディスク等の)磁気記憶装置、(例えばCD−ROM等の)光学記憶装置、(例えばPCMCIAカード等の)PCカード又は他の記憶装置等、有形記憶媒体において恒久的又は一時的に、(例えば、ソースコードの形態、コンピュータにより実行可能な形態又は中間の形態等の)いかなる形態において固定されてもよい。コンピュータプログラムは、限定されることなく、アナログ技術、デジタル技術、光学技術、無線技術、ネットワーク技術及びインターネットワーク間通信技術を含む種々の通信技術のいずれも使用してコンピュータに送信可能な信号内でいかなる形態において固定されてもよい。コンピュータプログラムは、(例えば、システムROM若しくは固定ディスク上等)コンピュータシステムを用いて前もってインストールされる(例えば、すぐ使える形でパッケージに入ったソフトウェア等)印刷されるか若しくは電子の文書に伴う可換型記憶媒体としていかなる形態で分配されてもよく、又は、ネットワーク上で分配されてもよい。
プログラマブルロジックは、(例えば、RAM、ROM、PROM、EEPROM若しくはフラッシュ−プログラマブルRAM等の)半導体記憶装置、(例えば、ディスケット若しくは固定ディスク等の)磁気記憶装置、(例えばCD−ROM等の)光学記憶装置又は他の記憶装置等、有形記憶媒体において恒久的又は一時的に固定されてもよい。プログラマブルロジックは、限定されることなく、アナログ技術、デジタル技術、光学技術、(例えばBluetooth(登録商標)等の)無線技術、ネットワーク技術及びインターネットワーク間通信技術を含む種々の通信技術のいずれも使用してコンピュータに送信可能な信号内で固定されてもよい。プログラマブルロジックは、(例えば、システムROM若しくは固定ディスク上等)コンピュータシステムを用いて前もってインストールされる(例えば、すぐ使える形でパッケージに入ったソフトウェア等)印刷されるか若しくは電子の文書に伴う可換型記憶媒体として分配されてもよく、又は、(例えば、インターネット若しくはワールドワイドウェブ等の)通信システム上のサーバ若しくは電子掲示板から分配されてもよい。
適した処理モジュールの様々の例が以下においてより詳細に考察される。本明細書において使用される場合、モジュールは、特定のデータ処理又はデータ送信作業を行うのに適したソフトウェア、ハードウェア又はファームウェアを意味する。典型的には、好ましい実施形態において、モジュールは、ソフトウェアルーチン、プログラム、又は、命令、若しくは、OCT走査のデータ、ファンクションジェネレータのデータ、調波のデータ、波長可変フィルタのデータ、周波数、干渉計信号のデータ、フィルタ駆動信号、リニアドライブ信号及び他の関心のある情報等、種々のタイプのデータを受信する、変換する、経路指定する並びに処理するのに適した他のメモリ常駐アプリケーションを意味する。
本明細書において記載されるコンピュータ及びコンピュータシステムは、データを得る、処理する、格納する及び/又は通信することにおいて使用されるソフトウェアアプリケーションを格納するためのメモリ等、動作的に関連するコンピュータ読取可能媒体を含んでもよい。そのようなメモリは、その動作的に関連するコンピュータ又はコンピュータシステムに対して内部的、外部的、遠隔、又は局所的であり得るということを正しく理解することができる。
メモリは、例えば、限定されることなく、ハードディスク、光ディスク、フロッピーディスク、DVD(デジタル多目的ディスク)、CD(コンパクトディスク)、メモリスティック、フラッシュメモリ、ROM(読出し専用メモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、DRAM(ダイナミックランダムアクセスメモリ)、PROM(プログラマブルROM)、EEPROM(拡張消去可能PROM)及び/又は他の同等のコンピュータ読取可能媒体を含むソフトウェア又は他の命令を格納するためのいかなる手段も含んでよい。
一般に、本明細書において記載される本発明の実施形態と関連付けられて適用されるコンピュータ読取可能記憶媒体は、プログラム可能な器具によって実行される命令を格納する能力を持ついかなる記憶媒体も含んでよい。適用可能である場合には、本明細書において記載される方法のステップは、コンピュータ読取可能記憶媒体又は記憶媒体上に格納される命令として具体化若しくは実行されてもよい。
明確性のために他の要素を除去しながら、本発明を明確に理解するために関連する要素を例示するよう、本発明の図及び説明は簡略化されてきたということが理解されたい。しかし、当業者は、これら及び他の要素が望ましい場合があるということを認識するであろう。しかし、そのような要素は当技術分野ではよく知られているため、及び、それらが本発明をより理解することを助長することはないため、そのような要素の考察は本明細書において提供されない。図は例示目的で示されており、構造設計図として示されているわけではないということが正しく理解されるべきである。省略された詳細及び変更又は代わりの実施形態は、当業者の理解の範囲内にある。
本発明の特定の態様において、要素若しくは構造体を提供するため、又は、所与の1つ又は複数の機能を行うために、1つの構成要素は多数の構成要素と替えられてもよく、さらに、多数の構成要素は1つの構成要素と替えられてもよいということを正しく理解することができる。そのような置換が、本発明の特定の実施形態を実行するのに効果的ではないという場合を除いて、そのような置換は本発明の範囲内であるとみなされる。
本明細書において示されている例は、本発明の可能な且つ特定の実行を例示していると意図される。例は、主に、当業者に対して本発明を例示する目的のためにあると意図されるということを正しく理解することができる。本発明の真意から逸脱することなく、本明細書において記載されるこれらの図表又は作動に対して異形があってもよい。例えば、特定の場合において、方法のステップ若しくは作動は、異なる順で行うか若しくは実行されてもよく、又は、作動が、加えられる、削除される若しくは変更されてもよい。
さらに、本発明を例示する目的のためであって、本発明を限定する目的のためではなく、本発明の特定の実施形態が本明細書において記載されてきたという事実からみれば、要素、ステップ、構造体及び/又は一部の詳細、材料及び構成の多数の異形が、特許請求の範囲において記載される本発明から逸脱することなく、本発明の原理及び範囲内で生じてもよいということが当業者によって正しく理解されることになる。