JP5605998B2 - 光干渉断層撮像方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、光干渉断層撮像方法および装置に関し、特に医療分野に用いられる干渉光学系を用いた光干渉断層撮像方法および装置に関するものである。

現在、光学機器を用いた眼科用機器には様々なものがある。例えば、前眼部撮影機、眼底カメラ、共焦点レーザー走査検眼鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：ＳＬＯ）等である。中でも、光干渉断層撮像装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＯＣＴ）装置）は、被検査物の断層像を高解像度で得ることができるため、網膜の専門外来では必要不可欠な装置になりつつある。

ＯＣＴ装置は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示のＯＣＴ装置では、光源として低コヒーレント光が用いられている。光源からの光はビームスプリッタなどの分割光路を介して測定光と参照光に分けられる。測定光は測定光路を介して眼などの被検査物に照射され、その戻り光は検出光路を介して検出位置に導かれる。戻り光とは、被検査物の光の照射方向に対する界面に関する情報等が含まれる反射光や散乱光のことである。参照光は参照光路を介して検出位置に導かれる。検出位置には戻り光と参照光が干渉した干渉光が入力される。そして、分光器などを用いて一括して干渉光の波長スペクトルが取得され、波長スペクトルをフーリエ変換することによって被検査物の断層像が得られる。一般的に、一括して波長スペクトルを測定するＯＣＴ装置はスペクトラルドメインＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）装置と呼ばれている。

ＳＤ−ＯＣＴ装置では、被検査物内の測定光の集束位置を制御するために用いるレンズの開口数（ＮＡ）を選択することによって、焦点深度および横方向（測定光の照射方向と垂直な方向）の分解能を調整することができる。例えば、開口数を大きくすれば焦点深度は小さくなるが、横方向の分解能は高くなる。一方、開口数を小さくすれば焦点深度は大きくなるが、横方向の分解能は低くなる。つまり、焦点深度と横方向の分解能の関係はトレードオフの関係となっている。

これを解消する方法として、非特許文献１には、ダイナミックフォーカスＯＣＴが開示されている。この方式では、光路長を変えながら断層像を取得するタイムドメインＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）が採用されている。そして、光路長とレンズの焦点位置を同期させて移動させながら断層像を取得する。その結果、横方向の分解能を高く保ったまま、被検査物の測定範囲（得られる断層像における測定光の照射方向の範囲）を大きくすることができる。

特開平１１−３２５８４９号公報

ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．２８、２００３、ｐ１８２−１８４

しかし、ＴＤ−ＯＣＴでは、光路長を連続的に変化させながら測定するため、ＳＤ−Ｏ
ＣＴと比較して断層像の取得（測定）に時間がかかるとされている。そこで、被検査物の測定範囲が大きく、横方向の分解能が高い断層像を高速で取得するための方法として、スペクトラルドメイン方式でダイナミックフォーカスをする方法が考えられる。上述したように、スペクトラルドメイン方式では、横方向の分解能を高くすると焦点深度が小さくなってしまう。したがって、測定範囲を大きくするためには、被検査物を測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて測定する必要がある。

また、ＳＤ−ＯＣＴでは図７に示すような現象が生じる。図７は、被検査物としてミラーを用いたときの、コヒーレンスゲートとミラーの間の距離と測定される強度（光の強度；反射強度）の関係を示す図である。具体的には、ミラーの位置をコヒーレンスゲートから、５０、１００、１５０、２００、３００、４００、５００、６００、８００、１０００、１２００、１６００、２０００μｍ離したときに測定された強度（デジタル値）をそれぞれ示している。なお、コヒーレンスゲートとは、測定光路において、参照光路と光学距離が一致する位置のことである。点線は、それらの結果の包絡線（測定領域内の照射方向の位置に対する強度の変化）を模式的に示しており、いわゆる減衰関数である。図７では、ミラーの位置がコヒーレンスゲートから離れるにつれて強度が減衰している。これはＲｏｌｌ−Ｏｆｆなどと呼ばれ、分光器の解像度などに起因して発生する。

上述したように、この現象が発生する場合には、コヒーレンスゲートに近い位置では強度が強く、遠くなれば強度が弱くなる。そのため、測定領域の境目において、一方の領域では強度が強く、他方の領域では強度が弱くなる。それにより、隣接する領域間において、測定される強度に飛びが発生してしまう。

そこで、本発明は、複数の測定領域のそれぞれから得られた断層像を連続的に繋ぎ合せることのできる光干渉断層撮像方法および装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の光干渉断層撮像方法は、
光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像方法であって、
前記被検査物における前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域のそれぞれについて測定像を得るステップであって、測定領域に対応する位置に前記測定光の焦点及びコヒーレンスゲートを調整して、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得る処理を測定領域毎に行うステップと、
測定領域内の前記照射方向における前記コヒーレンスゲートからの距離に応じて強度が変化する強度変化に基づいて、該測定領域の測定像のコントラストを補正する処理を測定領域毎に行うステップと、
測定領域毎に、前記補正された測定像から断層像を得るステップと、
を有することを特徴とする。

また、本発明の光干渉断層撮像装置は、
光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像装置であって、
前記被検査物における前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域のそれぞれについて測定像を得る測定像取得手段であって、測定領域に対応する位置に前記測定光の焦点及びコヒーレンスゲートを調整して、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得る処理を測定領域毎に行う測定像取得手段と、
測定領域内の前記照射方向における前記コヒーレンスゲートからの距離に応じて強度が変化する強度変化に基づいて、該測定領域の測定像のコントラストを補正する処理を測定領域毎に行う補正手段と、
測定領域毎に、前記補正された測定像から断層像を得る断層像取得手段と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数の測定領域のそれぞれから得られた断層像を連続的に繋ぎ合せることのできる光干渉断層撮像方法および装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る光断層撮像方法を示すフローチャートである。 図２は、本実施例に係るＯＣＴ装置で用いられるマッハツェンダー干渉系の構成を示す図である。 図３は、測定領域の幅を示す図である。 図４は、補正像から実像を得る方法を示す図であり、図４（ａ）は被検査物の理想的な断層像、図４（ｂ）は測定領域に映り込む鏡像、図４（ｃ）は各測定領域の補正像、図４（ｄ）は各測定領域の算出された実像を示す。 図５は、測定像データの解析方法を示すフローチャートである。 図６は、実像に対する画像調整の方法を示す図である。 図７は、被検査物としてミラーを用いたときの、コヒーレンスゲートとミラーの間の距離と測定される強度の関係を示す図である。

以下、本実施形態に係る光干渉断層撮像装置について説明する。

本実施形態に係る光干渉断層撮像装置は、光源からの光を分割光路を介して測定光と参照光とに分割する。測定光は測定光路を介して被検査物に照射され、当該照射をしたときに被検査物から戻される戻り光は検出光路を介して検出位置に導かれる。測定光の被検査物内での（照射方向の）焦点位置は、フォーカス駆動機構によって制御することができる。参照光は、参照光路を介して検出位置に導かれる。参照光路にはミラーが配置されており、ミラー駆動機構によってコヒーレンスゲートの位置を調整することができる。コヒーレンスゲートと焦点の位置は同期して制御することができるため、被検査物を照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて領域毎に順次測定することができる。検出位置に導かれた光（戻り光と参照光の干渉光）は、波長スペクトルに分解され、解析される。それにより、被検査物の断層像が取得される。

被検査物を複数の測定領域に分けると、コヒーレンスゲートを被検査物の内部に配置しなければならない状況が発生する。コヒーレンスゲートとは、測定光路において、参照光路と光学距離が一致する位置のことであるため、コヒーレンスゲートを境に、前後の領域に互いに反転する像が形成される。なお、それら２つの像は等価であるため、どちらの像を断層像としてもよい。以下では、取得したい方の像（即ち、その領域の断層像とする像）を実像とよび、他方の像を鏡像とよぶことにする。ＳＤ−ＯＣＴ方式を採用する場合には、干渉光で表される像（測定像）は実像と鏡像を含むため、実像と鏡像の分離が必須となる。

本実施形態に係る光断層撮像方法を図１を用いて説明する。本実施形態では、被検査物をＭ個の測定領域Ｚ（０）〜Ｚ（Ｍ−１）に分けて領域毎に順次測定する。

ステップＳ１の工程で、測定を開始する。
ステップＳ２の工程では、コヒーレンスゲートと焦点の位置を調整し、測定領域Ｚ（ｉ）の測定像を取得する。なお、ｉの初期値は０とする。
ステップＳ３の工程では、測定領域Ｚ（ｉ）の測定像のコントラストを補正し、測定領域Ｚ（ｉ）の補正された測定像（補正像）を取得する。
ステップＳ４の工程では、補正像を解析し、信号処理を行うことによって測定領域Ｚ（ｉ）の実像を取得する。
ステップＳ５の工程では、測定領域Ｚ（０）から測定領域Ｚ（ｉ）の実像を繋げる。
ステップＳ６の工程では、全ての測定領域に対して測定を行ったか否か（全ての測定領域に対する測定が終了したか否か）を判断する。測定されていない測定領域が存在する場
合（ｉ＜Ｍ−１の場合）には（ステップＳ６：Ｎｏ）、ｉに１を加算してステップＳ２へ戻る。全ての測定領域に対して測定を行った場合（ｉ＝Ｍ−１の場合）には（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ７へ進む。それにより、ステップＳ７の工程で、所望の断層像（全ての測定領域の実像が繋ぎ合わさった像；被検査物の測定範囲が大きく、横方向の分解能が高い断層像）を取得することができる。

＜実施例＞
次に本実施形態に係る光干渉断層撮像装置の具体的な実施例について説明する。具体的には、本発明を適用した眼科用のＯＣＴ装置について説明する。

＜光学系の構成＞
図２は、本実施例に係るＯＣＴ装置で用いられるマッハツェンダー干渉系の構成を示す図である。光源２０１から出射された光（出射光）はシングルモードファイバー２０２−１を通して、レンズ２１１−１に導かれる。出射光は、ビームスプリッタ２０３−１によって参照光２０５と測定光２０６に分割される。測定光２０６は、被検査物である眼２０７に照射された後、反射や散乱により戻り光２０８となって戻される。参照光と戻り光はビームスプリッタ２０３−２、レンズ２１１−２、シングルモードファイバー２０２−３を介して、分光器２１８に入射する。分光器で取得された光（戻り光と参照光の干渉光）の波長スペクトルなどのデータは、コンピューター２１９に入力される。なお、光源２０１は代表的な低コヒーレント光源であるＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）である。被検査物が眼であることを鑑みると、出射光は近赤外光（例えば中心波長８４０ｎｍ、帯域５０ｎｍの光）であることが好ましい。

参照光２０５の参照光路について説明する。ビームスプリッタ２０３−１によって分割された参照光２０５はミラー２１４−１〜３に順次入射する。そして、ビームスプリッタ２０３−２に導かれ、分光器に入射する。なお、参照光２０５は、ミラー２１４−１とミラー２１４−２の間で分散補償用ガラス２１５−１内を通る。分散補償用ガラス２１５−１の長さはＬ１であり、一般的な眼の奥行きの２倍に等しいことが望ましい。これは、眼２０７内で測定光２０６が反射、散乱する際の分散を、参照光２０５に対して補償するためである。本実施例では、長さＬ１を日本人の平均的な眼球の直径とされる２３ｍｍの２倍の４６ｍｍとする。さらに、ミラー２１４−１，２１４−２は、ミラー駆動機構２１３によって、矢印で図示している方向に動かすことができる。ミラー２１４−１，２１４−２の位置を動かすことにより、参照光２０５の光路長を調整・制御することができる。また、参照光２０５は、ミラー２１４−２とミラー２１４−３の間で分散補償用ガラス２１５−２内を通る。分散補償用ガラス２１５−２は眼のスキャンに用いられる対物レンズ２１６、スキャンレンズ２１７の分散補償のために用いられる。

測定光２０６の測定光路について説明する。ビームスプリッタ２０３−１によって分割された測定光２０６は、ビームスプリッタ２０３−３で反射され、ＸＹスキャナ２０４のミラーに入射する。ＸＹスキャナ２０４は、網膜２１０上を光軸（照射方向）に垂直な方向にラスタースキャンするものである。また、測定光２０６の中心はＸＹスキャナ２０４のミラーの回転中心と一致するように調整されている。対物レンズ２１６、スキャンレンズ２１７は、網膜２１０を走査する（測定光を網膜の様々な位置へ導く）ための光学系であり、角膜２０９の付近を支点として、網膜２１０をスキャンするために用いられる。本実施例では、対物レンズ２１６、スキャンレンズ２１７の焦点距離をそれぞれ５０ｍｍ、５０ｍｍとする。対物レンズ２１６の（照射方向の）焦点位置は、フォーカス駆動機構２１２によって調整することができる。測定光２０６は眼２０７に入射すると、網膜２１０で反射や散乱し、戻り光２０８となって戻される。戻り光２０８はビームスプリッタ２０３−３まで測定光２０６と同様の光路を通り、ビームスプリッタ２０３−３を通過する。そして、ビームスプリッタ２０３−２へ導かれ、分光器に入射する。

なお、フォーカス駆動機構、ミラー駆動機構、ＸＹスキャナー、分光器はコンピューター２１９によって制御され、所望の動作が実行される。またコンピューターは、分光器のデータの処理、データの保存、画像の処理などを行う。

＜測定範囲＞
次に、測定領域の（照射方向の）幅について図３を用いて説明する。図３において、縦軸は強度（光の強度；反射強度）を表し、横軸は被検査物内の（照射方向の）位置を表す。図３は、コヒーレンスゲート３０１を測定領域Ｚ（３）とそれに隣接する測定領域Ｚ（２）の間に配置して、測定領域Ｚ（３）について測定を行う場合を模式的に示している。符号３０２は各測定領域の幅を示し、符号３０３は測定深度、符号３０４は焦点深度を示す。測定深度と焦点深度については後述する。

焦点深度（ＤＯＦ）は、得られる像の視認可能な範囲を表す。焦点深度は、被検査物内に測定光を集束させるために用いるレンズの開口数ＮＡと光源の中心波長λを用いて式１（光学距離）のように表される。図３では、式１で得られる範囲のプラス側を実線で示し、マイナス側を破線で示している。

ＤＯＦ＝±λ／（２ＮＡ^２） （式１）

被検査物が眼で、被検査物を６つの測定領域に分ける場合に、各測定領域の幅が５００μｍであれば、焦点深度は全長１０００μｍ（±５００μｍ）より長いことが望ましい。なお、一般的なＳＤ−ＯＣＴ装置では、焦点深度は全長３ｍｍ程度である。当然、分割数を多くすれば、測定領域を小さくすることができるため、焦点深度も小さくすることができる。なお、焦点深度を多少超える範囲であっても測定できないわけではない。また、焦点は必ずしもコヒーレンスゲートの位置に設定する必要はない。ただし、均質な画像を得るために、焦点深度は、各測定領域の幅より大きいことが望ましい。ＯＣＴ装置の場合には、ビームの直径を変更することでＮＡを変更することができる。一般的には眼に入射するビームの直径を大きくすれば、ＮＡが大きくなる。

測定深度は、エリアシングの発生しない範囲を表す（エリアシングが発生すると測定が困難となる）。測定深度は、分光器のラインセンサーの画素数Ｎ（偶数、通常は２の階乗で、１０２４や２０４８である。）、分光器の検出する波数のスペクトル幅ΔＫを用いて式２（光学距離）のように表される。図３には式２で得られる範囲のプラス側を実線で示し、マイナス側を破線で示している。

Ｌｍａｘ＝±Ｎ／（４ΔＫ） （式２）

測定光の中心波長が８４０ｎｍ、帯域が５０ｎｍ、分光器のラインセンサーの画素数が１０２４であれば、光学距離で±３．４ｍｍ程度の範囲まで測定できることになる。なお、式２で示される測定深度は理論的な値であり、実際には分光器の分解能によって実効的なサンプリング数がＮより小さくなる。このため、正確に復元（測定）できる範囲は理論的な測定深度より小さくなる。従って、測定領域の幅は理論的な測定深度より小さくするように設定する必要がある。通常は、測定領域の幅＜理論的な測定深度を満たしている。さらに、均質な画像を得るためには、焦点深度（全長）と測定領域の幅の関係は式３の関係を満たすことが好ましい。即ち、測定領域の幅は、当該測定領域の測定像を得る際の焦点深度の１／２よりも小さいことが好ましい。

２ × 測定領域の幅 ＜ 焦点深度（全長） （式３）

また、離散フーリエ変換では測定像を構成する各要素は、式４（光学距離）で与えられる離散的な値となる。ここで、ｔは、０≦ｔ≦Ｎ／２の整数である。

Ｌ＝ｔ／（２ΔＫ） （式４）

また、測定分解能δ（Ｌ）は、式５のように表される。測定分解能δ（Ｌ）は一画素あたりの間隔でもある。本実施例では測定分解能δ（Ｌ）は光学距離で６．８μｍ程度となる。

Ｌｍｉｎ＝δ（Ｌ）＝１／（２ΔＫ） （式５）

＜鏡像の除去方法＞
次に、図４を用いて、補正された測定像（補正像）から実像を得る方法（鏡像の除去方法）について説明する。図４において、縦軸は強度を表し、横軸は被検査物内の（照射方向の）位置を表す。なお、以下で説明する方法によれば、一つの測定領域に対して、最低一回の測定で鏡像を除去することができる。

図４（ａ）は被検査物の理想的な断層像を示している。本実施例では被検査物を等間隔の測定領域Ｚ（０）〜Ｚ（５）に分け、領域毎に測定を行う。また、符号Ｒ（０）〜Ｒ（５）は、それぞれ、測定領域Ｚ（０）〜Ｚ（５）の実像を示す。本実施例では、第１の測定領域として測定領域Ｚ（０）を被検査物の端に配置する。そして、第１から第Ｘの測定領域（Ｘは１より大きい整数；図４の例では測定領域Ｚ（０）〜Ｚ（５））が測定光の照射方向に順に並ぶように、複数の測定領域を設定する。なお、ＯＣＴ装置では、屈折率差の大きなところが大きな信号として測定される。従って、被検査物の端の領域とは、屈折率差が無視できるような範囲に隣接する領域である。なお、被検査物の内部であっても測定領域の幅以上の範囲で屈折率の差が無視できれば、当該測定領域とその外側の領域とでは違う物体とみなすことができるため、そのような測定領域を被検査物の端の領域とみなしてもよい。

図４（ｂ）はコヒーレンスゲートを測定領域Ｚ（ｉ−１）と測定領域Ｚ（ｉ）の境界（ｉ＞１）に置いたときに、測定領域Ｚ（ｉ）に映り込む鏡像（測定領域Ｚ（ｉ）の実像に重ね合わさる鏡像）を模式的に示している。測定領域Ｚ（ｉ）に映り込む鏡像は、測定領域Ｚ（ｉ−１）の実像の鏡像であるため、当該鏡像を符合Ｒ’（ｉ−１）で示す。なお、ｉ＝０の測定領域（測定領域Ｚ（０））は被検査物の端部の領域であるため鏡像が現れない。

図４（ｃ）はコヒーレンスゲートを測定領域Ｚ（ｉ−１）と測定領域Ｚ（ｉ）の境界に置いたときの各測定領域の補正像Ｈ（０）〜Ｈ（５）を示す。補正像とは、測定像Ｓ（ｉ）を補正データＤ（ｉ）で除算したものである。補正データとは、図７で示すような減衰関数である。測定領域Ｚ（１）〜Ｚ（５）の補正像は実像に鏡像が重ね合わさった像となるが、上述したように測定領域Ｚ（０）では鏡像が現れないため、測定領域Ｚ（０）の補正像Ｈ（０）は実像となる。補正像Ｈ（ｉ）は式６−１，６−２で表される。

Ｈ（ｉ）＝Ｒ（ｉ） ｉ＝０ （式６−１）
Ｈ（ｉ）＝Ｒ（ｉ）＋Ｒ’（ｉ−１） ｉ＝１〜５ （式６−２）

式６−１は、測定領域Ｚ（０）の補正像Ｈ（０）が実像Ｒ（０）であることを表している。式６−２は、測定領域Ｚ（ｉ）の補正像Ｈ（ｉ）から実像Ｒ（ｉ−１）の鏡像Ｒ’（ｉ−１）を減算することによって、測定領域Ｚ（ｉ）の実像Ｒ（ｉ）を得ることができることを示している。

補正像から鏡像を除去することによって得られた実像を符号Ｃ（ｉ）とすると、実像Ｃ（ｉ）は式７−１，７−２で表される（符合Ｃ’（ｉ−１）は実像Ｃ（ｉ−１）の鏡像を示す）。

Ｃ（ｉ）＝Ｈ（ｉ） ｉ＝０ （式７−１）
Ｃ（ｉ）＝Ｈ（ｉ）−Ｃ’（ｉ−１） ｉ＝１〜５ （式７−２）

鏡像Ｃ’（ｉ−１）は実像Ｃ（ｉ−１）から算出することができる。上述したように、第１の測定領域（測定領域Ｚ（０））では鏡像が現れないため、本実施例では、第１の測定領域について、補正像Ｈ（０）を断層像（実像）Ｃ（０）として採用する。そして、第２〜第Ｘの測定領域については順番に、第Ｙの測定領域の補正像から（２≦Ｙ≦Ｘ）、第Ｙ−１の測定領域の実像の鏡像を除去することにより、第Ｙの実像を得る。即ち、図４の例では、ｉ＝１から５まで順番に実像Ｃ（ｉ）を計算する。それにより、測定領域毎の実像を得ることができる。そして、得られた実像を繋ぎ合わせることによって所望の断層像を得ることができる（図４（ｄ））。

なお、本実施例では、ｉ＝１から順番に実像Ｃ（ｉ）を計算するものとしたが、計算方法はこれに限らない。例えば、測定領域Ｚ（５）を被検査物の端に配置し、コヒーレンスゲートを測定領域Ｚ（Ｉ＋１）と測定領域Ｚ（Ｉ）の境界においた場合には（Ｉは０以上ｙ以下の整数であり、図４の例ではｙ＝４となる）、測定領域Ｚ（５）を第１の測定領域としてもよい。具体的には、そのような場合には補正像Ｈ（５）は実像Ｃ（５）となり、測定領域Ｚ（Ｉ）に測定領域Ｚ（Ｉ＋１）の実像Ｃ（Ｉ＋１）の鏡像が映り込むため、補正像Ｈ（Ｉ）から鏡像Ｃ’（Ｉ＋１）を減算することで実像Ｃ（Ｉ）を得ることができる。Ｉ＝４から０まで順番に実像Ｃ（Ｉ）を計算することにより、各測定領域の実像を得ることができる。

また、被検査物の内部を端とする場合、例えば、測定領域Ｚ（２）と測定領域Ｚ（４）が被検査物の端の領域であり、測定領域Ｚ（３）に構造がない場合が考えられる。その場合に、測定領域Ｚ（ｉ−１）と測定領域Ｚ（ｉ）の境界にコヒーレンスゲートを設置すると、補正像Ｈ（３）は実像Ｃ（２）の鏡像となり、補正像Ｈ（４）は実像Ｃ（４）となる。そのため、このような場合には、上述した方法と同様の方法で、測定領域Ｚ（０），Ｚ（１），Ｚ（５）の実像を計算すればよい。

なお、測定像から実像を得る方法（鏡像の除去方法）は、上述した方法に限らない。例えば、特許文献１に開示されているように、一つの測定領域に対して、コヒーレンスゲートの位置を複数回変化させて測定することにより、当該測定領域の実像を取得してもよい。各測定領域の実像を得ることができればどのような方法を用いてもよい。

＜信号処理＞
図５を用いて、測定像のデータ（測定像データ）の解析方法について説明する。本実施例では、測定領域Ｚ（ｉ−１）と測定領域Ｚ（ｉ）の境界にコヒーレンスゲートを設置し、測定領域Ｚ（ｉ）について測定を行う場合について説明する。以下、測定領域Ｚ（ｉ）の測定像データを符号Ｓ（ｉ，ｋ）として表記する。ｉは領域の番号０〜Ｍ−１であり、ｋは要素の番号０〜Ｎ−１である（ｉとｋはいずれも整数である）。Ｍは領域数、Ｎはラ
インセンサーの画素数である。なお、本実施例において、測定領域内の要素番号は０〜ｎであり、測定像は測定領域よりも広い範囲に対して得られるものとする。ｎはｎ＜Ｎ／２を満たすものであり、測定領域の幅が５００μｍ程度であれば（本実施例ではδ（Ｌ）＝６．８μｍであるため）、ｎ＝５００／６．８＝７４画素程度となる。測定領域の幅は分割数を多くすることで小さくすることができるため、ｎはラインセンサーの画素数に対し小さくなる。同様に各測定領域の実像のデータ（実像データ）は符号Ｃ（ｉ，ｋ）として表記する。

ステップＳ１−１の工程で、測定を開始する。なお、ｉの初期値を０とする。

ステップＳ１−２の工程では、測定領域Ｚ（ｉ）に対する測定を行うために、コヒーレンスゲートと焦点の位置を調整する。被検査物が眼であるので、網膜に対して角膜側をコヒーレンスゲートの設置位置とする。コヒーレンスゲートを角膜側に配置してから、網膜側に移動させていくと測定像が変化し始める。具体的には、コヒーレンスゲートの移動と同期して、測定像がコヒーレンスゲート側に近づく。移動した結果、所望の状態（鏡像が発生しないような状態）になったところでコヒーレンスゲートおよび焦点を静止し、この位置を測定領域Ｚ（０）の位置とする。なお、測定領域Ｚ（ｉ）の位置は、測定領域Ｚ（０）の位置に測定領域の幅×ｉを加えた位置である。理想的には、測定像データＳ（ｉ−１，ｎ）と測定像データＳ（ｉ，０）の位置が一致するように制御する。

ステップＳ１−３の工程では、測定領域Ｚ（ｉ）の測定像データＳ（ｉ，ｋ）を取得する（測定像取得手段）。

ステップＳ１−４の工程では、所望の測定領域（図４の例ではｉ＝５まで）の測定が終了したか否かを判断する。終了していない場合（ステップＳ１−４：Ｎｏ）はｉに１を加算してステップＳ１−２に戻り、終了した場合（ステップＳ１−４：Ｙｅｓ）はｉを初期値に戻し、Ｓ１−５に進む。

ステップＳ１−５の工程では、測定領域Ｚ（ｉ）の測定像データのコントラストを補正する（補正手段）。補正は、例えば、測定領域内の（測定光の）照射方向の位置に対する強度の変化を表す減衰関数に基づいて決定された補正関数に従って行われる。具体的には、光干渉断層像撮像装置は上述した補正関数を予め記憶または取得し、測定位置（要素の位置）毎に、その位置に対応する補正関数の値（補正関数にその位置を代入することにより得られる値;補正データ）を用いて補正する。補正に用いるデータを補正データＤ（ｉ
，ｋ）とすると、補正された測定像データ（補正像データ）Ｈ（ｉ，ｋ）は式８のように表される。

Ｈ（ｉ，ｋ）＝Ｓ（ｉ，ｋ）／Ｄ（ｉ，ｋ） （式８）

なお、補正関数は、理論や実験で得られた補正関数そのものであってもよいし、減衰関数の近似関数（直線や２次曲線）であってもよいし、減衰関数に所定の係数を加算や乗算したものであってもよい。ＳＤ−ＯＣＴ特有の現象（コントラストの強弱が現れてしまう現象）を解消することができれば、どのような関数を用いてもよい。

なお、補正関数は一つであってもよいが、測定領域毎に特性（上述した現象の特性；減衰関数）が異なるような場合には、領域ごとに補正関数を用意することが好ましい（測定領域毎に異なる補正関数で測定像のコントラストを補正することが好ましい）。例えば、焦点深度が焦点の位置によって変わる場合には、測定領域毎に特性が変わるため、有効である。

ステップＳ１−６の工程では、測定領域Ｚ（ｉ）の実像を計算する（断層像取得手段）。

測定領域Ｚ（０）は、鏡像の発生しない領域である。そのため補正像データＨ（ｉ，ｋ）と計算した実像データＣ（ｉ，ｋ）の関係は式９で表される。

Ｃ（ｉ，ｋ）＝Ｈ（ｉ，ｋ） （式９）

なお、補正像データＨ（０，０）は断層に起因するデータではない（その要素の位置には被測定物の構造が無い）ため、補正像データＨ（０，０）の代わりに補正像データＨ（０，１）を用いてもよい。

ｉが１より大きい場合には、測定領域Ｚ（ｉ）には、鏡像が発生する。そのため、ステップＳ１−５の工程で得られた補正像データＨ（ｉ，ｋ）から鏡像データを除去して、実像データＣ（ｉ，ｋ）を得る。除去する鏡像データは、コヒーレンスゲートの位置（本実施例では測定領域と、その測定領域に隣接する隣接領域との境界）を軸として反転させることにより得られる。具体的には、補正像データＨ（ｉ，ｋ）から、鏡像データとして、実像データＣ（ｉ−１，ｎ−ｋ）を除去する。なお、実像データＣ（ｉ，０）は、コヒーレンスゲートの配置位置のデータであるため、実像データＣ（ｉ−１，ｎ）に置き換えるものとする（式１０−１）。算出される実像データＣ（ｉ，ｋ）は式１０−２のように表される。

Ｃ（ｉ，０）＝Ｃ（ｉ−１，ｎ） ｋ＝０ （式１０−１）
Ｃ（ｉ，ｋ）＝Ｈ（ｉ，ｋ）−Ｃ（ｉ−１，ｎ−ｋ） ０＜ｋ≦ｎ （式１０−２）

ステップＳ１−７の工程では、所望の測定領域（図４の例ではｉ＝５までの測定領域）の実像が得られたかどうかを判断する。終了していない場合（ステップＳ１−７：Ｎｏ）はｉに１を加算してステップＳ１−５に戻り、終了した場合（ステップＳ１−７：Ｙｅｓ）はｉを１にし、ステップＳ１−８に進む。

ステップＳ１−８の工程では、Ｚ（ｉ）の実像の画像調整を行う。画像調整は、実像の画素値（強度）と測定領域の位置（測定光の照射方向の位置）の調整である。上述したように、実像データＣ（ｉ，０）と実像データＣ（ｉ−１，ｎ）の位置は一致することが望ましいが、コヒーレンスゲートの位置誤差、光源の強度誤差などにより、それらの位置は互いにずれが生じてしまう。本ステップではそのようなずれを調整する。

図６を用いて、画像調整について説明する。図６において、縦軸は反射強度を表し、横軸は被検査物内の（照射方向の）位置を表す。図６では、互いに隣接する測定領域Ｚ（３），Ｚ（４）の実像を、それぞれ、実線、破線で示している。測定領域Ｚ（ｉ）の実像は、ｋ＞ｎの範囲で測定領域Ｚ（ｉ＋１）の実像に重複している。画像調整には重複部分のデータの一部または全部を使用する。また、ｋ＞ｎの範囲で得られた実像データ間を補間し、当該補間によって得られるデータを使用してもよい。理想的には、この重複部分が一致するように実像データを調整する。なお、以下では、測定領域Ｚ（３）の実像に対する調整は済んでいるものとし、測定領域Ｚ（３）の実像に一致するように測定領域Ｚ（４）の実像を調整する場合について説明する。

測定領域の位置の調整（即ち、図６の横軸方向の調整）は、測定領域の断層像とその隣接領域の断層像（実線と破線）の重複部分の強度差が一定となるように行われる。即ち、
実線と破線の重複部分の強度差が一定になるように（例えば、重複部分の強度差の分散が最小になるように）破線を横軸方向にシフトさせる。重複部分において、互いの実像のそれぞれに特定のピークがある場合には、それらのピーク位置が一致するように調整してもよい。そして、強度の調整（即ち、図６の縦軸方向の調整）は、測定領域の断層像とその隣接領域の断層像（実線と破線）の重複部分の強度差が最小になるように行われる。即ち、実線と破線の重複部分の強度差が最小になるように（例えば、重複部分の強度差の絶対値の合計が最小になるように）破線を縦軸方向にシフトさせる。なお、画像調整は測定領域の位置、または、強度のいずれかのみを調整するものであってもよい。測定領域の位置と強度の両方の調整を行う場合には、測定領域の位置を調整した後に強度を調整することが好ましい。

ステップＳ１−９の工程では、所望の測定領域（図４の例ではｉ＝５までの測定領域）の実像の画像調整が行われたかどうかを判断する。終了していない場合（ステップＳ１−９：Ｎｏ）はｉに１を加算してステップＳ１−８に戻り、終了した場合（ステップＳ１−９：Ｙｅｓ）は、ステップＳ１−１０に進む。

ステップＳ１−１０の工程では、各測定領域について得られた実像を繋ぎ合わせる。それにより、ステップＳ１−１１で所望の断層像を得ることができる。なお、実像を繋ぎ合せる際に、重複部分については互いの平均値を用いてもよいし、ｎより大きい要素を無視してもよい。

なお、ここでは、測定領域の境界にコヒーレンスゲートを配置して計算していたが、Ｓ（ｉ，ｋ）のｉが低次の成分には光源のスペクトルに起因する誤差が混入する場合がある。そのような場合には、測定像を得る際に、コヒーレンスゲートの位置を、測定領域とその隣接領域との境界よりも隣接領域側に設定すればよい。例えば、測定領域Ｚ（ｉ）について測定を行う場合に、測定領域Ｚ（ｉ−１）と測定領域Ｚ（ｉ）の境界からｉ−１側へ数〜数十要素分シフトさせる。シフトさせる要素数は、光源のコヒーレンス関数などによって決めればよい。

この結果、測定領域毎のデータをスムーズに接続して、より正確な断層像を得ることができる。

以上述べたように、本実施形態に係る光干渉断層撮像装置によれば、測定像のコントラストを補正し、補正された測定像から断層像（実像）を得る。それにより、複数の測定領域のそれぞれから得られた断層像を連続的に繋ぎ合せることができる。

２０１ 光源
２０２ シングルモードファイバー
２０３ ビームスプリッタ
２０４ ＸＹスキャナ
２０５ 参照光
２０６ 測定光
２０７ 眼
２０８ 戻り光
２０９ 角膜
２１０ 網膜
２１１ レンズ
２１２ フォーカス駆動機構
２１３ ミラー駆動機構
２１４ ミラー
２１５ 分散補償用ガラス
２１６ 対物レンズ
２１７ スキャンレンズ
２１８ 分光器
２１９ コンピューター
３０１ コヒーレンスゲート
３０２ 測定領域の幅
３０３ 測定深度
３０４ 焦点深度

Claims (21)

1. 光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像方法であって、
   前記被検査物における前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域のそれぞれについて測定像を得るステップであって、測定領域に対応する位置に前記測定光の焦点及びコヒーレンスゲートを調整して、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得る処理を測定領域毎に行うステップと、
   測定領域内の前記照射方向における前記コヒーレンスゲートからの距離に応じて強度が変化する強度変化に基づいて、該測定領域の測定像のコントラストを補正する処理を測定領域毎に行うステップと、
   測定領域毎に、前記補正された測定像から断層像を得るステップと、
   を有することを特徴とする光干渉断層撮像方法。
2. 前記測定像のコントラストを補正するステップでは、測定領域毎に、前記強度変化による測定像のコントラストの変化が補正される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層撮像方法。
3. 前記測定像のコントラストを補正するステップでは、測定領域毎に異なる補正関数で測定像のコントラストが補正される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光干渉断層撮像方法。
4. 前記測定像のコントラストを補正するステップでは、測定領域毎に、測定領域内の前記照射方向の位置に対する強度の変化を表す減衰関数に基づいて決定された補正関数に従って測定像のコントラストが補正される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像方法。
5. 測定領域毎に、断層像の強度および／または測定領域の前記照射方向の位置を調整するステップ
   を更に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像方法
   。
6. 前記測定像は、その測定領域よりも広い範囲に対して得られ、
   断層像の強度および／または測定領域の前記照射方向の位置を調整するステップでは、測定領域毎に、測定領域の断層像とその隣接領域の断層像との重複部分の強度の差が一定になるように、測定領域の前記照射方向の位置が調整される
   ことを特徴とする請求項５に記載の光干渉断層撮像方法。
7. 前記測定像は、その測定領域よりも広い範囲に対して得られ、
   断層像の強度および／または測定領域の前記照射方向の位置を調整するステップでは、測定領域毎に、測定領域の断層像とその隣接領域の断層像との重複部分の強度の差が最小になるように、断層像の強度が調整される
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の光干渉断層撮像方法。
8. 前記測定像を得るステップでは、前記測定像を得る際に、コヒーレンスゲートが、測定領域とその隣接領域との境界よりも隣接領域側に調整される
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像方法。
9. 前記断層像を得るステップでは、前記補正された測定像から、その測定領域に隣接する隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像が得られる
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像方法。
10. 前記測定像を得るステップでは、第１の位置にコヒーレンスゲートを調整して第１の測定領域の第１の測定像が得られ、前記第１の位置とは異なる第２の位置にコヒーレンスゲートを調整して前記第１の測定領域に対して前記照射方向に隣接する第２の測定領域の第２の測定像が得られ、
    前記測定像のコントラストを補正するステップでは、
    前記第１の測定領域内の前記照射方向における強度変化に基づいて、前記第１の測定像のコントラストが補正され、
    前記第２の測定領域内の前記照射方向における強度変化に基づいて、前記第２の測定像のコントラストが補正される
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像方法。
11. 前記測定像を得るステップでは、前記被検査物の端に前記第１の測定領域が調整され、
    前記断層像を得るステップでは、前記補正された第１の測定像を用いて前記補正された第２の測定像から前記補正された第１の測定像の鏡像を除去することにより、前記第２の測定領域の断層像が得られる
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光干渉断層撮像方法。
12. 前記被検査物は網膜である
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
14. 光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像装置であって、
    前記被検査物における前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域のそれぞれについて測定像を得る測定像取得手段であって、測定領域に対応する位置に前記測定光の焦点
    及びコヒーレンスゲートを調整して、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得る処理を測定領域毎に行う測定像取得手段と、
    測定領域内の前記照射方向における前記コヒーレンスゲートからの距離に応じて強度が変化する強度変化に基づいて、該測定領域の測定像のコントラストを補正する処理を測定領域毎に行う補正手段と、
    測定領域毎に、前記補正された測定像から断層像を得る断層像取得手段と、
    を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
15. 前記補正手段は、測定領域毎に、前記強度変化による測定像のコントラストの変化を補正する
    ことを特徴とする請求項１４に記載の光干渉断層撮像装置。
16. 前記補正手段は、測定領域毎に、測定領域内の前記照射方向の位置に対する強度の変化を表す減衰関数に基づいて決定された補正関数に従って測定像のコントラストを補正することを特徴とする請求項１４または１５に記載の光干渉断層撮像装置。
17. 前記測定像取得手段は、前記測定像を得る際に、コヒーレンスゲートを、測定領域とその隣接領域との境界よりも隣接領域側に調整する
    ことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像装置。
18. 前記断層像取得手段は、前記補正された測定像から、その測定領域に隣接する隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像を得る
    ことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像装置。
19. 前記測定像取得手段は、第１の位置にコヒーレンスゲートを調整して第１の測定領域の第１の測定像を取得して、前記第１の位置とは異なる第２の位置にコヒーレンスゲートを調整して前記第１の測定領域に対して前記照射方向に隣接する第２の測定領域の第２の測定像を取得し、
    前記補正手段は、
    前記第１の測定領域内の前記照射方向における強度変化に基づいて、前記第１の測定像のコントラストを補正し、
    前記第２の測定領域内の前記照射方向における強度変化に基づいて、前記第２の測定像のコントラストを補正する
    ことを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像装置。
20. 前記測定像取得手段は、前記被検査物の端に前記第１の測定領域を調整し、
    前記断層像取得手段は、前記補正された第１の測定像を用いて前記補正された第２の測定像から前記補正された第１の測定像の鏡像を除去することにより、前記第２の測定領域の断層像を得る
    ことを特徴とする請求項１９に記載の光干渉断層撮像装置。
21. 前記被検査物は網膜である
    ことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか１項に記載の光干渉断層撮像装置。

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