JP5602363B2 - 光干渉断層撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば眼底・網膜画像を用いた疾病診断装置等に適用される光干渉断層撮像装置に関し、特に、光干渉信号情報より光干渉断層画像と共に断層分光情報を生成する光干渉断層撮像装置に関する。

近年、低コヒーレンス干渉計または白色干渉計の技術を応用した光干渉断層撮像装置が実用化されている。しばしばＯＣＴ（Optical Coherence Tomography:オプティカルコヒ
ーレンストモグラフィー)と呼ばれるこの装置（以下、ＯＣＴ装置と称する）は、特に眼
科領域において、眼底の断層像を得る目的で用いられている。また、眼科以外でも、皮膚の断層観察や、内視鏡やカテーテルとして構成して消化器、循環器の壁面断層撮影等が試みられている。

ＯＣＴ装置においては、光源として低コヒーレンス性を要するため、高コヒーレンスのレーザ光源等に比べて、波長幅が広いスペクトルを有する。ＯＣＴ装置の分解能は断層方向（縦方向）および断層に垂直な横方向の２つに分けて議論されるが、このうち断層方向の分解能は、光源の波長幅によって決まり、波長幅が広いほど断層方向の分解能は向上する、即ち、縦方向に狭い範囲がより良く描出される。
この縦分解能Ｒｚは、光源の波長幅、あるいは厳密には光源から入射された後、システムを通じて検出される波長幅Δλに反比例し、中心波長の２乗に比例し、
式１） Ｒｚ＝ｋｚ×（λ^２／Δλ）
で表される。ここでｋｚは０．４程度の定数である。

実際のＯＣＴ装置における波長幅Δλは、典型的には２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であり、このうち商用化されているものでは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。これは共焦点顕微鏡、共焦点検眼鏡（ＳＬＯ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ）で用いられるレーザの典型的な波長幅が５ｎｍ以下であることを考えれば、かなり広帯域である。

従って、このような広帯域光を被検体に照射して情報を得るＯＣＴ装置において、被検体の分光特性、即ち、分光反射率、分光吸収係数、散乱の分光依存性等々を同時に計測できるという期待が持たれている。

このような期待に対して、所謂分光ＯＣＴと呼ばれる研究が行われ、例えば非特許文献１のような短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ： Ｓｈｏｒｔ Ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いた方法が実証され、この種の技法を用いて特許文献１のような構成が提案されている。このような従前の方法を用いた典型的な形態を、図１５から図２０を用いて以下説明する。

図１５中、光源１４０１により射出した光が単一モード光ファイバ１４０２により導光され、ファイバ光結合器１４０３に入射する。ファイバ光結合器１４０３により、ファイバ１４０２からの入射光は２つの出力ファイバに分岐される。一方の出力ファイバは、マッハツェンダー干渉計の信号光路である人眼底撮像光学系に接続され、他方の出力ファイバは干渉計の参照光路に接続される。

信号光路においては、ファイバ端より射出した光は光サーキュレータ１４０４ａを通過したのち、コリメートレンズ１４０５ａによって平行光に変換され、空間を伝搬し、ＸＹスキャナ１４０６に入射する。ＸＹスキャナ１４０６は２次元的な反射角度制御を行う反射型の光走査装置であり、反射された信号光は走査レンズ１４０７と接眼レンズ１４０８により導光されて、人眼１４０９に入射する。ＸＹスキャナ１４０６、走査レンズ１４０７、接眼レンズ１４０８により構成された走査光学系により、平行光である信号光は眼の光学作用を含めて、眼底観察対象部位１４１０に集光され、かつ、その位置は眼底上の光軸に略垂直な面上を２次元的に走査される。接眼レンズ１４０８により深さ方向のフォーカス位置が調整される。

走査とフォーカスの制御は、ＸＹスキャナ１４０６およびフォーカス駆動アクチュエータ１４１１が接続された制御・信号処理部１５０１によって、他の制御とあわせて統合的に行われる。眼底観察対象部位１４１０からの反射光、後方散乱光のうち略同一の光路を通って逆方向に進行する信号光は再びコリメートレンズ１４０５ａを介して光サーキュレータ１４０４ａを通過した後、ファイバ光結合器１４１４に入射する。

一方、参照光はファイバ光結合器１４０３より分岐され、光サーキュレータ１４０４ｂを通過したのち、コリメートレンズ１４０５ｂにより平行光に変換され、光ディレイ駆動装置１４１３上に設置された参照光ミラー１４１２にてその光路を逆向きに進行するように反射される。参照光ミラー１４１２の位置は光ディレイ駆動装置１４１３の制御を行うことによって、参照光路のトータルの光路長が信号光路を基準として所定の範囲を往復走査される。

光ディレイ駆動装置１４１３は制御・信号処理部１５０１に接続されており、他の制御とあわせて統合的にその制御が行われる。逆向きに進行した参照光は再びコリメートレンズ１４０５ｂを介して光サーキュレータ１４０４ｂを通過した後、ファイバ光結合器１４１４に入射する。

ファイバ光結合器１４１４に入射した信号光および参照光は、それぞれ５０：５０に分岐されて２つの光電変換ディテクタ１４１５へ向かう成分に分かれファイバ内を伝搬する。それぞれのファイバは単一モードファイバで構成されており、ファイバ内では信号光と参照光は同一の伝搬モードを持つため、互いに重ね合わさり、光干渉を生じる。光干渉信号は光電変換ディテクタ１４１５により電気信号に変換され、制御・信号処理部１５０１へ送信される。

次に、制御・信号処理部１５０１の構成と作用を、図１６を用いて説明する。

制御・信号処理部１５０１では、ＸＹスキャナ１４０６、光ディレイ駆動装置１４１３、フォーカス駆動装置１４１１、光電変換ディテクタ１４１５の各々を制御し、一方で角度、位置、光信号を検出した信号を受け取るドライバおよび取込部がそれぞれ具備されている。

このうち、２つの光電変換ディテクタ１４１５からの電気信号である電圧は増幅器１５０２により差動増幅されるように電気回路が構成されており、所謂ヘテロダイン干渉計におけるバランスド検出器を構成している。これは即ち、光ディレイ駆動装置１４１３により光ディレイ長が変化することで発生する光干渉信号の干渉成分のみを増幅する一方、参照光と信号光のそれぞれの強度ゆらぎを抑圧する検出方式である。

差動増幅により抽出された干渉成分はフィルタ・検波部１５０３により所定の周波数領域を抽出した後に、振幅検波を行い、低ノイズの光干渉振幅信号を得る。光干渉信号はデジタルサンプリング部１５０４により所定のサンプリングレートでデジタル化され、中央処理部１５０５に送信される。

中央処理部１５０５では、時系列で送られてくるデジタル光干渉信号を、ＸＹスキャナドライバ１５０６からのスキャナ位置信号・同期信号、光ディレイ駆動装置ドライバ１５０７からのディレイ位置信号・同期信号、およびフォーカス駆動ドライバ１５０８からのフォーカス位置信号と比較し、これによって、光干渉信号と眼底観察対象部位上の位置とを対応付ける。この後、所定の画素毎に光干渉信号が割り振られ、画像化が行われ、画像表示部１５０９に表示される。

中央処理部１５０５においてはさらに光干渉信号から断層分光情報を計算する処理が行われる。この様子を図１７から図２０を用いて説明する。

図１７は、中央処理部１５０５により求められたＯＣＴ断層画像１６０１の中で、分光画像を計算する分光情報計算画素１６０２とその周辺部１６０３について示す概要図である。図１８には、その拡大図である（ａ）図、および、分光情報計算に用いる光干渉信号１６０４との対応である（ｂ）図をそれぞれ示した。

図１８（ｂ）中、分光情報計算画素１６０２のｚ座標ｚ１を含みｚ方向にδｚの幅を持つ領域をこの画素の分光情報計算に用いる。即ち、光干渉信号１６０４から当該領域に相当する部分を切り出して計算に用いるものである。このような切り出しは、図１９（ａ）に示す窓関数を該当ｚ位置であるｚ１に配置して、乗算することで得られる（図１９（ｂ）参照）。

このように切り出したものについて次にフーリエ変換を施す。切り出しを含んで、所謂、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）と呼ばれる演算処理である。このようにフーリエ変換された成分は、図１９（ｃ）に示すように、光源と光干渉信号に各光波長成分がどれだけ含まれるかを表すものである。なぜなら、光ディレイを変化させた時の光干渉信号の振動する周期は、ディレイの光路長差を光波長で規格化したもので決まっているからであり、短い波長では高周波、長い波長では低周波成分の光干渉信号が得られるためである。

このようにフーリエ変換により、得られた各光波長成分をもとの光源スペクトルと比較したものが、図１９（ｃ）に示したグラフである。この例では長波長側のλ３とλ４で減衰が生じていることが分かる。このようにある位置ｚ１での光スペクトルが得られるが、図２０に示すように、これを画像化するために、光スペクトルの重心λｇを求め、単一指標にすることが可能である。この例では画素位置（ｘ１、ｚ１）に対応するλｇが示されており、このようにして他の画素（ｘ、ｚ）についても計算を繰り返すことにより、ｘ−ｚ断面である所謂Ｂ−ｓｃａｎ画像の各画素に光スペクトル重心を割り当てた画像を形成することが可能となる。このような方法によって光断層撮影において、形態画像と分光画像の双方を表示し、診断に用いる例が特許文献１に開示されている。
特開２００２−１７２１１７号公報 Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．２（２０００）ｐｐ．１１１−１１３

しかしながら上述した分光ＯＣＴ装置においては、断層画像中のある位置の断層分光情報を得る場合、その位置精度を上げた場合、分光情報の精度が悪くなるという課題があった。

例えば、上述の例において、図１９中、深さ位置ｚ１の断層分光情報は、δｚの幅を持つ光干渉信号を元に形成されている。代表的な分光ＯＣＴの仕様としては、光源の波長幅
１５０ｎｍ、対応する生体中の深さ分解能、即ち深さ画素の大きさは１μｍ程度である。従って、本来の分光ＯＣＴとしては、ｚ１の位置に対して画素程度の幅δｚを設定して、断層分光情報を得ることが好ましい。

しかしながら、一方で、深さ方向の分解能δｚと断層分光情報の精度δνには、その積に上限があることがフーリエ変換に基づく原理的な制限から分かっている。ここで、νは光周波数であり、ν＝ｃ／λ（ｃは光速度）である。

この積は、δｚ・δν≧ｃ／４πとして知られており、これを波長精度δλ＝δν・λ／νを用いて表し、生体中で光波長０．８μｍについて計算すると、δｚ・δλの積に対して、約７０μｍ・ｎｍが上限となる。即ち、δｚが１μｍの場合には、分光精度δλが７０ｎｍ程度となり、１５０ｎｍの光源波長幅の半分にまでその不確定性が拡大してしまう。

一方、代表的な分光ＯＣＴの例で用いられているのは、δｚが５０μｍから２００μｍ程度に設定されるものであり、この場合、分光精度δλは２ｎｍを下回る精度となる。分光精度としては充分となるが、断層画像としては断層分光情報を得たい描出部分の構造、例えば毛細血管は５μｍから１０μｍの構造であり、また細胞の染色を３次元的に見る場合にも位置精度δｚが足りない。

このように、従前の分光ＯＣＴ装置においては、微細な断層構造に対応した断層分光情報について、高い波長精度で出力可能とする装置を実現することができないという問題があった。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、光干渉断層画像に対応した断層分光情報について高い波長精度で出力可能とする光干渉断層撮像装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明に係る光干渉断層撮像装置は、信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて該検査対象物の光干渉断層画像を取得する光干渉断層撮像装置であって、前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する処理手段を有することを特徴とする。
また、本発明に係る光干渉断層撮像装置の制御方法は、信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて該検査対象物の光干渉断層画像を取得する工程と、前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る情報処理装置は、信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて得られた該検査対象物の光干渉断層画像を取得する取得手段と、前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する処理手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る情報処理装置の制御方法は、信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて得られた該検査対象物の光干渉断層画像を取得する取得する工程と、前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する工程と、を有することを特徴とする。

本発明により、光干渉断層画像に対応した断層分光情報について、高い波長精度で出力可能とする光干渉断層撮像装置が実現される。

以下に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光干渉断層撮像装置を模式的に示す機能ブロック図である。

この光干渉断層撮像装置は、光干渉信号を計測するOCT光干渉計測部１０１と、これら
の情報を元に光干渉断層画像を生成する形態画像生成部１０２と、を有している。

ＯＣＴ光学干渉計測部１０１は、光干渉信号情報とその付帯情報である計測位置情報（断層深さ方向およびその直交方向）が取得・生成され、出力される。すなわち、光源からの照射光を参照光と信号光に分岐し、参照光と検査対象物内に入射された各層で反射した信号光とを重ねて光干渉信号情報を得るものである。

光干渉断層撮像装置は、さらに、光干渉断層画像中の分光解析部位の位置と範囲を指定する分光解析部位指定部１０３と、指定された分光解析部位の断層分光情報を生成する分光情報処理部１０４を備えている。
分光解析部位指定部１０３により、その形態の中のどの部位について断層分光情報を計算するかが判別され、分光解析部位情報として出力される一方、情報記憶部１１１へ情報保存のため送信される。
分光情報処理部１０４では、分光解析部位の光照射方向深部側に位置する深部側領域である影領域の光干渉信号により分光情報計算を行い、分光解析部位の断層分光情報を生成する。

分光情報処理部１０４は、深部側領域計算手段としての影領域計算部１０５と、深部側領域分光情報計算手段としての影領域分光情報計算部１０６とを備えている。さらに、解析部位分光情報計算手段としての解析部位分光情報計算部１０７と、分光画像生成手段としての分光画像生成部１０８と、を備えている。

分光解析部位指定部１０３から送信される分光解析部位情報、即ち、形態画像内での分光解析部位の位置と範囲を指定する情報は、先ず、影領域計算部１０５により、分光解析部位に対して深部側領域となる影領域の位置と範囲を特定して深部側領域情報としての影領域情報が出力される。

次に、影領域分光情報計算部１０６により、影領域に対応する断層分光情報が計算され、出力される。当該影領域の断層分光情報は解析部位分光情報計算部１０７により、影の対応する元の部位の断層分光情報に適宜変換され、解析部位の断層分光情報として出力される。

分光情報処理部１０４は、分光解析部位が複数与えられた場合には、前記処理を分光解析部位に対して繰り返し行い、部位毎の断層分光情報、即ち複数の断層分光情報を出力する。

断層分光情報は、情報記憶部１１１に情報保存のため送信される一方、分光画像生成部１０８に送信され、光干渉断層画像上に断層分光情報を画像化して表示するための画像生成処理が行われる。ＴＨＲＯＵＧＨ信号である断層分光情報と、それを元に生成された分光画像情報の両者は、分光情報・分光画像合成部１０９により適宜合成された後、画像表示部１１０に送信され、ユーザの指定などに応じて適宜表示される。この分光画像情報については、画像保存として情報記憶部１１１に送信され保存される。

以下、それぞれの手段について、より詳細に説明する。
先ず、ＯＣＴ光干渉計測部１０１について、その構成を、図２、図３を用いて、より詳細に説明する。
ＯＣＴ光干渉計測部１０１は、低コヒーレント光を射出する光源２０１と、射出光を参照光と信号光に分岐するファイバ光結合器２０３と、光源２０１とファイバ光結合器２０３間を接続する光ファイバ２０２とを有している（図２参照）。

図２中、光源２０１により射出した光は、単一モードの光ファイバ２０２により導光され、ファイバ光結合器２０３に入射する。ファイバ光結合器２０３により、ファイバ２０
２からの入射光は２つの出力ファイバに分岐される。一方の出力ファイバは、マッハツェンダー干渉計の信号光路である人眼底撮像光学系に接続され、他方の出力ファイバは干渉計の参照光路に接続される。

信号光路においては、光サーキュレータ２０４ａと、信号光を平行光とするコリメートレンズ２０５ａと、信号光を走査する光走査装置を構成するＸＹスキャナ２０６、走査レンズ２０７及び接眼レンズ２０８とを備えている。

光ファイバ２０２のファイバ端より射出した信号光は、光サーキュレータ２０４ａを通過したのち、コリメートレンズ２０５ａによって平行光に変換され、空間を伝搬し、ＸＹスキャナ２０６に入射する。ＸＹスキャナ２０６は２次元的な反射角度制御を行う反射型の光走査装置であり、反射された信号光は走査レンズ２０７と接眼レンズ２０８により、導光されて、人眼２０９に入射する。

ＸＹスキャナ２０６、走査レンズ２０７及び接眼レンズ２０８により構成された走査光学系により、平行光である信号光は眼の光学作用を含めて、眼底観察対象部位２１０に集光される。かつ、その位置は眼底上の光軸に略垂直な面上を２次元的に走査され、接眼レンズ２０８により深さ方向のフォーカス位置が調整される。

走査とフォーカスの制御は、ＸＹスキャナ２０６およびフォーカス駆動アクチュエータ２１１が接続された制御・信号処理手段３０１によって、他の制御とあわせて統合的に行われる。眼底観察対象部位２１０からの反射光、後方散乱光のうち略同一の光路を通って逆方向に進行する信号光は再びコリメートレンズ２０５ａを介して光サーキュレータ２０４ａを通過した後、ファイバ光結合器２１４に入射する。

一方、ファイバ光結合器２０３より分岐された参照光の光路には、光サーキュレータ２０４ｂと、参照光を平行光とするコリメートレンズ２０５ｂと、参照光の光路を逆向きに進行するように反射する参照光ミラー２１２が設けられている。参照光ミラー２１２は光ディレイ駆動装置２１３上に設定され、光ディレイ駆動装置２１３を制御することにより、参照光路のトータルの光路長が制御可能となっている。

参照光は、光サーキュレータ２０４ｂを通過したのち、コリメートレンズ２０５ｂにより平行光に変換され、光ディレイ駆動装置２１３上に設置された参照光ミラー２１２にてその光路を逆向きに進行するように反射される。参照光ミラー２１２の位置は、光ディレイ駆動装置２１３の制御を行うことによって、参照光路のトータルの光路長が信号光路を基準として所定範囲を往復走査される。

光ディレイ駆動装置２１３は、制御・信号処理手段３０１に接続されており、他の制御と合わせて統合的にその制御が行われる。逆向きに進行した参照光は、再びコリメートレンズ２０５ｂを介して光サーキュレータ２０４ｂを通過した後、ファイバ光結合器２１４に入射する。

ファイバ光結合器２１４に入射した信号光および参照光は、それぞれ５０：５０に分岐されて２つの光電変換ディテクタ２１５へ向かう成分に分かれファイバ内を伝搬する。それぞれのファイバは単一モードファイバで構成されており、ファイバ内では信号光と参照光は同一の伝搬モードを持つため、互いに重ね合わさり、光干渉を生じる。光干渉信号は光電変換ディテクタ２１５により電気信号に変換され、制御・信号処理手段３０１へ送信される。

次に、制御・信号処理部３０１の構成と作用を、図３を用いて説明する。
制御・信号処理部３０１では、ＸＹスキャナ２０６、光ディレイ駆動装置２１３、フォーカス駆動装置２１１、光電変換ディテクタ２１５の各々を制御し、一方で角度，位置，光信号を検出した信号を受け取る、ドライバおよび取込部３０６、３０７、３０８がそれぞれ具備されている。

このうち、２つの光電変換ディテクタ２１５からの電気信号である電圧は、増幅器３０２により差動増幅されるように電気回路が構成されており、所謂ヘテロダイン干渉計におけるバランスド検出器を構成している。これは、光ディレイ駆動装置２１３により光ディレイ長が変化することで発生する光干渉信号の干渉成分のみを増幅する一方、参照光と信号光のそれぞれの強度ゆらぎを抑圧する検出方式である。差動増幅により抽出された干渉成分は、フィルタ・検波部３０３により所定の周波数領域を抽出した後に、振幅検波を行い、低ノイズの光干渉振幅信号を得る。光干渉信号は、デジタルサンプリング部３０４により所定のサンプリングレートでデジタル化され、中央処理部３０５に送信される。

中央処理部３０５では、時系列で送られてくるデジタル光干渉信号をＸＹスキャナドライバ３０６からのスキャナ位置信号・同期信号、光ディレイ駆動装置ドライバ３０７からのディレイ位置信号・同期信号、および、フォーカス駆動ドライバ３０８からのフォーカス位置信号と比較し、これによって、光干渉信号と眼底観察対象部位上の位置とを対応付ける。

この後、所定の画素毎に、光干渉信号が割り振られる。その結果、干渉信号情報と、その対応付けのされた付帯情報が出力される。付帯情報には、例えばＸＹスキャナ走査位置情報、および光ディレイ位置情報やそれを元に座標化した画素位置情報等が含まれる。

図１の形態画像生成部１０２では、上記干渉信号情報と付帯情報を元に断層面の形態画像が光干渉断層画像として生成され、この形態画像情報が情報記憶部１１１及び分光情報・分光画像合成部１０９に送られる。光干渉断層画像の生成は、所定のサンプリング間隔でデジタルサンプリングされた干渉信号が、ヒルベルト変換により各サンプリング点において複素干渉信号化される。その後、振幅成分が取り出され、対数変換された後、付帯情報である位置情報と合わせて画像化される。

本実施例では、光源２０１の波長幅は１５０ｎｍであり、深さ分解能は１μｍ程度であるため、これを鑑みて深さ方向画素サイズは１μｍである。また、走査光学系と眼の作用による眼底での光スポットサイズは５μｍ程度であり、走査方向の画素サイズも同様の５μｍとする。当該１画素領域内に対応する複数サンプリング点の振幅値は、平均化処理されて、１画素に対応した一つの振幅値となり、これが画像となる。

次に、図１の分光解析部位指定部１０３について、図４、図５を用いて具体的に説明する。
図４において、画像表示部１１０の具体的な構成であるモニタ４０１中の画面４０２内に、形態画像である光干渉断層画像４０３が表示され、当該画像中には網膜断層像４０４が描出されている。画面４０２には、ポインタカーソル４０５が表示され、ユーザがマウスあるいはタッチパッド等によりその位置を指示入力することができる。本実施例では、画像中に描出された高輝度部分である毛細血管部位４０６が分光解析部位であり、この毛細血管部位４０６について、ポインタカーソル４０５によりこの領域を囲うように作図し指定する。

なお、高輝度部分である毛細血管部位４０６の下部には、深部領域である影４０７が低輝度部分として現れている。同様に、ユーザにより別の毛細血管部位４０８についても解析部位指定がなされる。

なお、このような指定入力は、自動あるいは半自動により行うことも可能であり、さらに、手動モード、自動モード、半自動モードを切り替えることが可能である。自動モードの場合には、光干渉断層画像４０３の高輝度部分を自動判別したり、あるいは、単純な輝度だけでなく、その形や特徴量を元に、所謂セグメーンテーション技術を用いて判別して自動指定入力とすることが可能である。半自動入力モードでは、一度表示した上でユーザが確認、修正等を指定する入力が可能である。

入力された解析部位指定情報は、さらに図５（ｂ）に示すように、画素との対応付けがなされる。即ち、描画指定された領域は一般に曲線で囲まれた領域であるため、これに含まれる画素単位の領域５０１を、境界領域の判別を含めて、計算処理する。境界判別は単純に境界線内外での面積比を元に閾値判別するが、その他にも周囲の画素の包含関係も含めた判別を行っても良い。必要に応じてユーザが判断する半自動モードを備えても良い。

本実施例では、図５（ｂ）中、ｘ方向に２画素（１画素５μｍ×２画素＝１０μｍ）、ｚ方向に１０画素（１画素１μｍ×１０画素＝１０μｍ）の１０μｍ四方の領域が分光解析部位５０１として判別される。

図１の影領域計算部１０５では、分光解析部位５０１に対応した影領域５０２を判別し指定する。本実施例では分光解析部位５０１の直下の画素から光干渉断層画像が存在する最深部である画像領域の最下端画素までを影領域５０２として指定する。影領域の深さ範囲を図中５０３に示した。

次に、影領域分光情報計算部１０６について、図６を用いてその具体的な構成を説明する。図中、窓関数乗算部６０１によりデジタルサンプリングされた干渉信号に対して、影領域深さ範囲５０３に対応した窓関数を設定し、乗算する。本実施例としては、窓関数として矩形関数を用いる、即ち、影領域深さ範囲内で値が１、範囲外で０となる関数である。

窓関数乗算後の干渉信号は、次にフーリエ変換部６０２により時間軸と光波数軸の間で変換が行われ、光波数に対する干渉振幅の複素関数が得られる。次に絶対値自乗演算部６０３により当該複素関数の絶対値の自乗が計算される。さらに、光波数と光波長の逆数関係を補正する波長情報対応付け部６０４により、光波長の関数となった分光スペクトル情報が得られる。

図７（ａ）に、この結果である影領域分光スペクトル信号７０２を光源の分光スペクトル７０１と合わせて示した。図５（ａ）のＯＣＴ画像中に高輝度で示される毛細血管部位４０６では、血管および血流の成分について、ある特定のピーク波長λａ近傍に分光反射率が高い性質を持ち、従って、影部分では反射によって失われたλａ近傍の光波長での強度が低くなることを示している。

続いて、規格化部６０５により、不図示の記憶手段から光源の分光スペクトル７０１であるＳ（λ）と影領域分光スペクトル７０２であるＧ（λ）を入力として、Ｈ（λ）＝Ｇ（λ）／Ｓ（λ）で定義される規格化分光スペクトルＨ（λ）が出力として得られる。これを、図中、７０３として図７（ｂ）に示した。

次に、解析部位分光情報計算部１０７により、影領域分光情報から解析部位の分光スペクトルが、分光情報として計算処理により算出される。解析部位の分光スペクトルＵ（λ）は、Ｕ（λ）＝１−Ｈ（λ）で定義され、この演算により得られる解析部位分光スペクトル７０４を、図７（ｃ）に示した。

図７に示した分光スペクトルでは、特徴となる波長λａ近傍の変化を示す波長精度δλは、解析部位の領域の深さ範囲では決まらず、より深さ方向に広い、影領域全体の深さ範囲で決まるため、特に網膜表面の毛細血管や細胞構造の断層分光情報を得る場合に、その精度が高まり、有用である。

次に、図８により、本実施例の分光情報・分光画像合成部１０９および画像表示部１１０による合成画像の表示の例を説明する。
図８中、光干渉断層画像４０３中に、解析部位サイン８０１が示されている。サインは数字により判別されるものであるが、この近傍に対応する分光解析部位である毛細血管部位４０６を、ハイライトで示してある。

当該ハイライト部近傍にポインタカーソル４０５をユーザの操作により移動すると、吹き出し８０２が新たにオーバーラップして表示される。この吹き出し８０２中に、図７（ｃ）に示した断層分光情報としての解析部位分光スペクトル７０４のグラフが表示される。図中には、ポインタカーソル４０５を第二の解析部位８０３近傍に移動させた異なる時のイメージも模式的に示している。その場合には、吹き出し８０２は消えており、吹き出し８０４が新たに表示され、その中に第二の解析部位８０３に対応した解析部位分光スペクトルのグラフが表示される。

上記毛細血管部位４０６のハイライト表示、解析部位サイン８０１、吹き出し８０２、８０４が分光画像情報で、分光画像作成部１０８にて作成される。これらの分光画像情報と断層分光情報である解析部位分光スペクトル７０４が分光情報・分光画像合成部１０９によって合成され、合成画像情報として、画像表示部１１０の光干渉断層画像の上に重ねて表示される。

本発明について、例えば、眼底造影剤として、金（Ａｕ）のナノ構造をもつ微粒子にターゲッティング機能を持たせたＯＣＴプローブを用いることができる。金の微粒子により特定の部位の反射率を高め、ＯＣＴとして当該部位が高輝度化されるようにするものである。同時にナノ構造のサイズ、形状を調製し、金属としての表面プラズモンの共振波長を予め制御することで、特定の波長近傍にピークを持つ分光反射率を得ることができる。

サイズ、形状を変え、複数のＯＣＴプローブを用いることにより、分光反射率の違いを通して、複数の部位を分別して描出することが可能となる。例えば、本実施例において、２種類のプローブを用いることで異なる疾病源となる部位を毛細血管近傍で見つけ、識別するために用いることが可能である。第一のプローブでは波長λａ近傍に分光反射率を高めた金ナノ構造微粒子を、第二のプローブでは波長λｂ近傍に分光反射率を高めた金ナノ構造微粒子を用い、それぞれ異なるターゲティング機能を持つ分子を所謂チオール結合により合成している。

このような２種類のプローブを持たせた場合、例えば、図８に示した２つの部位でこのような異なるプローブによる差を検出・表示する場合には、吹き出しに現れる解析部位分光スペクトルのグラフに加えて、自動判別により推定したプローブの種類を文字により表示するとなお良い。

また、図９、図１０に、本実施例の他の表示モードを示した。
図９の表示モードでは、複数の解析部位に対応した断層分光情報が画面右部にまとめて同時に示されている。即ち、第一の分光解析部位である毛細血管部位４０６、第二の解析部位である毛細血管部位４０８に対応する断層分光情報９０１、９０２がまとめて表示される。そして、表示用カーソル９０３により、その表示位置をユーザ指定により変えるこ
とが可能となっている。このような表示モードは、特に多数の解析部位を扱う場合に有用である。

図１０に示した表示モードでは、断層分光情報の特徴となるピーク波長λａ、λｂについて、カラーコード表示を形態画像中の対応する解析部位に対して行っている。画面右部には、カラーコードが波長と対応付けられて表示されている。この表示モードでは、さらにピーク波長の他に重心波長を元に表示するよう、ＧＵＩ上のスイッチ１００２により切り替えることも可能である。このような表示モードに合わせた画像が、画分光画像生成部１０８において作成される。

以上述べた本実施形態の構成により、毛細血管のような微細な分光解析部位について、精度の高い断層分光情報を求め、表示することが可能な光干渉断層撮像装置が実現される。

以下、本発明の実施例２を、図１１および図１２を用いて説明する。
本実施例２では、分光解析部位における分光スペクトルの精度をさらに高めることを目的として、前記実施例１の規格化手段による分光スペクトルの規格化を変形した例である。

本実施例２では、分光情報処理部１０４において、図１１中に示すように、深部側領域としての影領域５０２の領域判別時に、さらに加えて拡張領域１１０１を設定する。拡張領域１１０１は、影領域５０２に分光解析部位５０１を加えた範囲である。そして、次の工程である分光情報計算においては、影領域５０２に対する窓関数に加えて、拡張領域１１０１に対応する窓関数に対しても別途干渉信号に乗算処理の後、フーリエ変換および絶対値自乗処理を施し、分光スペクトル情報を得る。

図１２中に示すように、影領域分光スペクトル情報７０２に加えて、拡張領域分光スペクトル情報１２０１が得られる。拡張領域分光スペクトル情報１２０１には、対象となる解析部位の高反射による成分が加算されてフーリエ分光解析されたものとなっている。解析部位の高反射と影領域の低反射は互いに相殺する成分を持つが、トータルでは高反射成分が上回るため、拡張領域分光スペクトル１２０１分光反射率ではピーク波長であるλａ近傍で他の波長よりも正側の成分が得られる。

次に、影領域の分光スペクトル７０２であるＧ（λ）を、拡張領域分光スペクトル１２０１であるＱ（λ）により、
Ｈ（λ）＝ Ｇ（λ）／Ｑ（λ）
で定義される規格化分光スペクトルＨ（λ）を演算により得る。

続いて、解析部位断層分光情報である分光スペクトルＵ（λ）を、
Ｕ（λ）＝ １ − Ｈ（λ）
の演算により出力する。

その結果は、それぞれ図１２（ｂ）、（ｃ）に示されている。光源の分光スペクトルによる規格化に比べれば、より分光特性が強調されたスペクトルが得られる。加えて、光源からシステムを経て、解析部位までの分光特性の影響を低減することが可能となる。

以上、本実施例によりシステムの処理負荷は増えるものの、断層分光情報をより正確に求め、表示することが可能となる。

他の実施例

本発明は、以上述べた実施例各々に記載した具体的構成に限定されるものではなく、それぞれの構成要件の一部は本発明を逸脱しない範囲で変形して用いることができるのは言うまでもない。

例えば、実施例２において、毛細血管よりも太い血管であり、形態画像で血管壁が血流をまたいで分離して高い反射層として描出される程度の構造を分光解析部位とする場合は、図１３に示すように拡張領域を設定することが好ましい。

これは、形態画像で分離して描出される血管１３０１，１３０２の下部を、前記実施例の高反射領域として選択し、拡張領域１１０１を設定するものである。このように拡張領域を設定すれば、血流による分光吸収の影響が血管壁下部の高反射領域の分光反射情報として集約的に計算に取り込まれることになる。その結果、血管壁の上部まで含めた血管全体を拡張領域に含める場合に比して、血流の持つ分光特性がより精密に得られる。

このような太い血管１３０１、１３０２の領域指定は、手動で実施してもよいが、形態画像からの血管のセグメンテ−ションと、血管の太さに応じての領域指定は、自動アルゴリズムとして予め登録し、半自動又は自動処理を行うことが望ましい。

また、前記実施例では高輝度部分を分光解析部位として選択しているが、これは低輝度部分であってもよい。この場合には、分光反射ではなく、分光吸収により、当該部分が低輝度化され、対応する影部分が形成されるため、深さ方向に広がる影部分から精度良く分光吸収スペクトルを検出する。その場合には、特定の波長近傍に強い吸収を持つ分子プローブ色素などを用いて特定の組織や細胞等をターゲティングしてもよい。

また、前記実施例で用いる光干渉計の構成は、マッハツェンダー干渉計を用いたが、干渉計の構成としてはマイケルソン干渉計でも別の干渉計でもよい。
さらに、前記各実施例ではタイムドメインＯＣＴの構成を用いたが、フーリエドメインＯＣＴでも良い。この場合には、広く知られるように干渉信号を逆フーリエ変換等により得ることで、タイムドメインＯＣＴと同様の分光情報処理が可能となる。

また、前記実施例では、ディレイラインの走査による所謂Ａ−ｓｃａｎ優先走査のタイムドメインＯＣＴで構成したが、外部変調器を入れた横スキャン優先タイムドメインＯＣＴでも良い。

また、前記実施例では、窓関数を矩形関数として設定したが、窓関数としてはこの他、ウエーブレット窓関数、ハミング窓関数など既知のバリエーションを用いることができる。さらに、影領域に対応した窓関数を設定する場合に、影領域の干渉信号の強弱などに応じて、窓関数に深さ方向の重み付けを行ってもよく、その極限としては、窓関数で指定される影領域の深さ範囲の上端下端を可変に処理することも可能である。この場合、例えば、図１４に示したように、影領域重み付け部２００１を分光情報処理部１０４内に加えた構成とすればよい。

本発明のように、微細構造に対しても高精度な断層分光情報を得る光干渉断層撮像装置は、眼科領域の診断、特に、血流とその酸素飽和度や、あるいは細胞レベルの診断、分子プローブ・造影剤を用いた診断に有用である。さらに、本発明の光干渉断層撮像装置は、皮膚、内視鏡などの生体観察並びに産業上の品質管理等を含む各種の診断装置、検査装置に広く利用することができる。

本発明の実施例１に係る光干渉断層撮像装置の機能ブロックを示す模式図である。 本発明の実施例１に係る光干渉断層撮像装置の光学計測系構成を示す模式図である。 図２の制御・信号処理部の機能ブロックを示す摸式図である。 本発明の実施例１に係る光干渉断層撮像装置の分光解析領域指定の様態を示す模式図である。 本発明の実施例１に係る分光解析領域指定および影領域指定の様態を示す摸式図である。 本発明の実施例１に係る分光情報処理部の機能ブロック図を示す模式図である。 本発明の実施例１に係る分光スペクトル情報の概要を示す模式図である。 本発明の実施例１に係る光干渉断層撮像装置の画像表示例を示す模式図である。 本発明の実施例１に係る光干渉断層撮像装置の画像表示の別の例を示す模式図である。 本発明の実施例１に係る光干渉断層撮像装置の画像表示のその他の例を示す模式図である。 本発明の実施例２に係る光干渉断層撮像装置の影領域、拡張領域指定を示す模式図である。 本発明の実施例２に係る分光スペクトル情報の概要を示す模式図である。 本発明の実施例２に係る血管に対する影領域、拡張領域指定の別の例を示す模式図である。 本発明の実施形態の変形例の機能ブロック図を示す模式図である。 先行技術における光干渉断層撮像装置の光学計測系の構成を示す模式図である。 先行技術における制御・信号処理部の機能ブロックを示す摸式図である。 先行技術における分光解析領域指定の様態を示す模式図である。 先行技術における領域指定および対応する光干渉信号について示す模式図である。 先行技術におけるフーリエ変換と分光情報処理について概要を示す模式図である。 先行技術における分光情報処理の一例について示す模式図である。

符号の説明

１０１ ＯＣＴ光干渉計測部
１０２ 形態画像生成部
１０３ 分光解析部位指定部
１０４ 分光情報処理部
１０５ 影領域計算部（深部側領域計算手段）
１０６ 影領域分光情報計算部（深部側領域分光情報計算手段）
６０１ 窓関数乗算部、６０２ フーリエ変換部、６０３ 絶対値自乗演算部、
６０４ 波長情報対応付け部、６０５ 規格化部
１０７ 解析部位分光情報計算部
１０８ 分光画像生成部
１０９ 分光情報・分光画像合成部
１１０ 画像表示部
１１１ 情報記憶部
２０１ 光源
４０１ モニタ
４０２ 画面
４０３ 光干渉断層画像
４０４ 網膜断層画像
４０５ ポインタカーソル
４０６，４０８ 毛細血管部位（分光解析部位）
４０７,４０９ 影
５０１ 解析対象領域
５０２ 影領域（深部側領域）
５０３ 影領域深さ範囲
７０１ 光源分光スペクトル
７０２ 影領域分光スペクトル
７０３ 影領域比分光スペクトル
７０４ 分光解析部位分光スペクトル（断層分光情報）
８０１、８０３ 分光解析部位表示サイン（分光画像情報）
８０２、８０４ 吹き出し(分光画像情報）
９０１，９０２ 断層分光情報
９０３ スライドバー
１００１ カラーコード表示バー
１００２ 表示切替ＧＵＩスイッチ
１１０１ 拡張領域
１２０１ 拡張領域分光スペクトル
１２０２ 影領域分光スペクトル
１２０３ 解析部位分光スペクトル（解析部位の断層分光情報）
１３０１、１３０２ 血管

Claims (18)

1. 信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて該検査対象物の光干渉断層画像を取得する光干渉断層撮像装置であって、
   前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する処理手段を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
2. 前記検査対象物は、被検眼であり、
   前記所定の部位は、前記被検眼における血管であり、
   前記深部側領域は、前記血管における前記信号光の減光に基づく影領域である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。
3. 前記処理手段は、前記信号光の分光スペクトルにより規格化された前記影領域から得られる光干渉信号の分光スペクトルに基づいて、前記血管の分光情報を取得する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光干渉断層撮像装置。
4. 前記処理手段は、前記血管および前記影領域から得られる光干渉信号の分光スペクトルにより規格化された前記影領域から得られる光干渉信号の分光スペクトルに基づいて、前記血管の分光情報を取得する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光干渉断層撮像装置。
5. 前記検査対象物は眼底である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。
6. 前記所定の部位は、前記眼底における血管であり、
   前記深部側領域は、前記血管における前記信号光の減光に基づく影領域である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の光干渉断層撮像装置。
7. 前記所定の部位に関する情報を入力する入力手段と、
   前記所定の部位の位置を示す表示形態と、当該所定の部位の分光情報を示す表示形態とを表示手段に表示させる表示制御手段と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の光干渉断層撮像装置。
8. 前記表示制御手段は、
   前記光干渉断層画像を前記表示手段に表示させ、
   前記所定の部位の位置を示す表示形態と、当該所定の部位の分光情報を示す表示形態とを、前記光干渉断層画像上に重ねて表示させることを特徴とする請求項７に記載の光干渉断層撮像装置。
9. 前記深部側領域は、前記所定の部位に接した領域であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかの項に記載の光干渉断層撮像装置。
10. 前記深部側領域は、前記検査対象物のうち光干渉断層画像として画像化する最深部を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの項に記載の光干渉断層撮像装置。
11. 光干渉断層画像中のどの部位を前記所定の部位として分光情報を計算するかを判別し、分光解析部位情報として出力する分光解析部位指定手段を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかの項に記載の光干渉断層撮像装置。
12. 前記処理手段は、
    前記所定の部位に対して前記深部側領域の位置と範囲を特定して深部側領域情報を出力する深部側領域計算手段と、
    前記深部側領域に対応する分光情報を計算し、出力する深部側領域分光情報計算手段と、
    当該深部側領域の分光情報を当該深部側領域の対応する前記所定の部位の分光情報に変換し、解析部位分光情報として出力する解析部位分光情報計算手段と、
    光干渉断層画像上に前記所定の部位の分光情報を画像化して表示するための画像生成処理を行う分光画像生成手段と、
    を備えている請求項１乃至１１のいずれかの項に記載の光干渉断層撮像装置。
13. 信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて得られた該検査対象物の光干渉断層画像を取得する取得手段と、
    前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する処理手段と、
    を有することを特徴とする情報処理装置。
14. 前記検査対象物は眼底である、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の情報処理装置。
15. 信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて該検査対象物の光干渉断層画像を取得する工程と、
    前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する工程と、
    を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置の制御方法。
16. 請求項１５に記載の光干渉断層撮像装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
17. 信号光を照射した検査対象物からの戻り光と、該信号光に対応する参照光との光干渉信号に基づいて得られた該検査対象物の光干渉断層画像を取得する取得する工程と、
    前記検査対象物における所定の部位に対して前記信号光の照射方向の深部側に位置する深部側領域の光干渉信号に基づいて、前記所定の部位の分光情報を取得する工程と、
    を有することを特徴とする情報処理装置の制御方法。
18. 請求項１７に記載の情報処理装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
    

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