JP7174993B2 - Micro-tomography visualization device and method - Google Patents
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Description
本発明は、測定対象における所定の物理量を断層可視化する装置および方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus and method for tomographically visualizing a predetermined physical quantity in an object to be measured.
近年、医療診断技術の更なる発展に向けて光干渉断層画像法(Optical Coherence Tomography:以下「OCT」という)の臨床応用が進められている。OCTは、低コヒーレンス光干渉を利用した断層画像法であり、マイクロスケールの高空間分解能にて生体組織等の形態分布を可視化できる。また、2次元OCTの取得レートはビデオレート以上であり、高時間分解能も有している。このようなOCTの利点を活かし、生体組織の力学特性や血行動態などを断層可視化する手法も提案されている(例えば特許文献1)。 In recent years, clinical application of optical coherence tomography (hereinafter referred to as "OCT") has been promoted for further development of medical diagnostic technology. OCT is a tomographic imaging method using low-coherence optical interference, and can visualize the morphological distribution of living tissue and the like with high spatial resolution on a microscale. In addition, the acquisition rate of two-dimensional OCT is higher than the video rate and has high temporal resolution. Taking advantage of such advantages of OCT, methods for tomographically visualizing the mechanical properties, hemodynamics, and the like of living tissue have also been proposed (for example, Patent Document 1).
ところで、OCTの光学系には光スキャナ等の光学機構が配置されており、それらの制御分解能が高いほど鮮明なOCT画像を得ることができる。一方、OCT画像の分解能が上がっても、光学機構の特性に起因するノイズの低減は別途必要である。 By the way, optical mechanisms such as an optical scanner are arranged in the optical system of OCT, and the higher the control resolution of these mechanisms, the clearer the OCT image can be obtained. On the other hand, even if the resolution of the OCT image is increased, it is necessary to separately reduce the noise caused by the characteristics of the optical mechanism.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、OCT画像の生成に際して光学機構の特性等に起因するシステムノイズを低減することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems, and one of its purposes is to reduce system noise caused by characteristics of an optical mechanism and the like when generating an OCT image.
本発明のある態様は、測定対象における所定の物理量を断層可視化するマイクロ断層可視化装置である。この装置は、光源と、光源からの光を、測定対象を経由するサンプルアームと、参照鏡を経由するリファレンスアームとに分けるビームスプリッタと、サンプルアームに導かれた光を測定対象の奥行方向に走査させるAスキャンを実行する奥行方向走査部と、Aスキャンの軸を奥行方向と垂直な方向にずらしてBスキャンを実行するために駆動される横方向走査部と、測定対象にて反射した物体光と参照鏡にて反射した参照光とが重畳された干渉光を検出する光検出装置と、奥行方向走査部および横方向走査部を制御しつつ、光検出装置を経て入力された光干渉信号を処理し、測定対象における物理量の断層分布を演算する処理部と、算出された物理量を断層可視化する態様で表示する表示装置と、を備える。処理部は、横方向走査部を断続的に駆動し、横方向走査部の停止中に光干渉信号の取得を実行する。 One aspect of the present invention is a micro-tomographic visualization device that performs tomographic visualization of a predetermined physical quantity in a measurement object. This device consists of a light source, a beam splitter that divides the light from the light source into a sample arm that passes through the object to be measured and a reference arm that passes through a reference mirror, and a beam splitter that directs the light guided by the sample arm in the depth direction of the object to be measured. A depth direction scanning unit that performs an A scan to scan, a lateral direction scanning unit that is driven to perform a B scan by shifting the axis of the A scan in a direction perpendicular to the depth direction, and an object reflected by the object to be measured A photodetector that detects interference light in which light and reference light reflected by a reference mirror are superimposed, and an optical interference signal that is input via the photodetector while controlling a depth direction scanning unit and a lateral direction scanning unit. and a processing unit for calculating the tomographic distribution of the physical quantity in the measurement object, and a display device for displaying the calculated physical quantity in a tomographic visualization manner. The processing unit intermittently drives the lateral scanning unit and acquires the optical interference signal while the lateral scanning unit is stopped.
本発明の別の態様は、光コヒーレンストモグラフィーを用いることにより、測定対象における所定の物理量を断層可視化するマイクロ断層可視化方法である。この方法は、測定対象の奥行方向に光を走査させるAスキャンを、奥行方向と垂直な方向に1ラインずつずらしつつ繰り返し実行するスキャン工程と、Aスキャンによる光干渉データをサンプリングするサンプリング工程と、サンプリングされた光干渉データに基づき、測定対象における物理量の断層分布を演算する演算工程と、測定対象における物理量を断層可視化する表示工程と、を備える。サンプリング工程は、Aスキャンを奥行方向と垂直な方向に1ラインずらす処理が行われる間は、光干渉データのサンプリングを停止する。 Another aspect of the present invention is a micro tomographic visualization method for tomographically visualizing a predetermined physical quantity in an object to be measured by using optical coherence tomography. This method includes a scanning step of repeatedly performing an A-scan, in which light is scanned in the depth direction of the object to be measured, while shifting it by one line in a direction perpendicular to the depth direction, a sampling step of sampling optical interference data by the A-scan, A calculation step of calculating a tomographic distribution of a physical quantity in a measurement object based on the sampled optical interference data, and a display step of visualizing the physical quantity in the measurement object tomographically. In the sampling step, the sampling of the optical interference data is stopped while the A-scan is shifted by one line in the direction perpendicular to the depth direction.
本発明のさらに別の態様も、マイクロ断層可視化方法である。この方法は、測定対象の奥行方向に光を走査させるAスキャンを、奥行方向と垂直な方向に1ラインずつずらしつつ繰り返し実行し、二次元断層画像を生成するための設定ライン数のAスキャンデータを得るスキャン工程と、隣接する2ラインのAスキャンデータについて自己相関を順次演算し、その2ラインごとの位相差を演算する位相差演算工程と、2ラインごとの位相差に基づいて各ラインのシステムノイズを算出するノイズ演算工程と、各2ライン間について算出された位相差からシステムノイズを除去するノイズ除去工程と、システムノイズ除去後の位相差に基づいてドップラー変調周波数を演算するドップラー変調周波数演算工程と、ドップラー変調周波数に基づいて変位速度を算出する変位速度演算工程と、変位速度に基づいて物理量の断層分布を表示する表示工程と、を備える。 Yet another aspect of the present invention is also a micro-tomographic visualization method. In this method, an A-scan for scanning light in the depth direction of the object to be measured is repeatedly performed while shifting one line at a time in a direction perpendicular to the depth direction, and a set number of lines of A-scan data for generating a two-dimensional tomographic image is obtained. , a phase difference calculation step of sequentially calculating the autocorrelation for the A scan data of two adjacent lines and calculating the phase difference every two lines, and the phase difference of each line based on the phase difference every two lines A noise calculation step of calculating system noise, a noise removal step of removing system noise from the phase difference calculated between each two lines, and a Doppler modulation frequency of calculating a Doppler modulation frequency based on the phase difference after removing the system noise A calculation step, a displacement speed calculation step of calculating the displacement speed based on the Doppler modulation frequency, and a display step of displaying the tomographic distribution of the physical quantity based on the displacement speed.
本発明によれば、OCT画像の生成に際して光学機構の特性等に起因するシステムノイズを低減できる。 According to the present invention, it is possible to reduce system noise caused by the characteristics of the optical mechanism when generating an OCT image.
本発明の一実施形態は、OCTを用いるマイクロ断層可視化装置である。この装置は、光源、ビームスプリッタ、奥行方向走査部、横方向走査部、光検出装置、処理部および表示装置を備え、測定対象における所定の物理量を断層可視化する。「測定対象」は、皮膚や軟骨等の生体組織であってもよいし、再生皮膚や再生軟骨等の再生組織(培養細胞からなる組織)であってもよい。あるいは、内部に反射する構造(界面)がある材料であってもよい。 One embodiment of the present invention is a micro-tomographic visualization device using OCT. This apparatus includes a light source, a beam splitter, a depth direction scanning unit, a horizontal direction scanning unit, a photodetector, a processing unit, and a display device, and visualizes predetermined physical quantities in a measurement object tomographically. The “object to be measured” may be a living tissue such as skin or cartilage, or a regenerated tissue (tissue composed of cultured cells) such as regenerated skin or regenerated cartilage. Alternatively, it may be a material having a reflecting structure (interface) inside.
この装置の光学系には、サンプルアームとリファレンスアームが設けられる。「ビームスプリッタ」はカプラーを含んでよい。奥行方向走査部は、サンプルアームに導かれた光を測定対象の奥行方向に走査させるいわゆるAスキャンを実行する。「奥行方向走査部」は、参照鏡の駆動による機械的走査によりAスキャンを実行するものでもよい。あるいは、分光器を用いたスペクトル干渉信号の逆フーリエ変換や、光源から出射するレーザの波長掃引のスペクトル干渉信号の逆フーリエ変換など、これらのソフト的走査によりAスキャンを実行するものでもよい。TD-OCT(Time Domain OCT)を採用する場合、「奥行方向走査部」はリファレンスアームに配置される光スキャナであってよい。SD-OCT(Spectral Domain OCT)が採用される場合、「奥行方向走査部」は分光器であってもよい。SS-OCT(Swept Source OCT)が採用される場合、「奥行方向走査部」は波長掃引光源であってよい。「横方向走査部」は、ガルバノミラー、レゾナントミラー、ポリゴンミラー等の各種ミラーを用いて光走査を行う光スキャナでよい。 The optical system of this device is provided with a sample arm and a reference arm. A "beam splitter" may include a coupler. The depth direction scanning unit performs a so-called A scan in which the light guided to the sample arm is scanned in the depth direction of the object to be measured. The “depth direction scanning unit” may be one that performs A-scan by mechanical scanning driven by a reference mirror. Alternatively, the A-scan may be executed by software scanning, such as inverse Fourier transform of a spectral interference signal using a spectrometer, or inverse Fourier transform of a spectral interference signal obtained by sweeping the wavelength of a laser emitted from a light source. When TD-OCT (Time Domain OCT) is employed, the "depth direction scanning unit" may be an optical scanner arranged on the reference arm. When SD-OCT (Spectral Domain OCT) is employed, the “depth direction scanning unit” may be a spectroscope. When SS-OCT (Swept Source OCT) is adopted, the "depth direction scanning unit" may be a wavelength swept light source. The “horizontal direction scanning unit” may be an optical scanner that performs optical scanning using various mirrors such as a galvanomirror, a resonant mirror, and a polygon mirror.
後述の実施例に示すように、リファレンスアームに配置する第1の光スキャナをレゾナントスキャナとし、サンプルアームに配置する第2の光スキャナをガルバノスキャナとしてもよい。第1の光スキャナの駆動によりAスキャンが実行され、奥行方向の一次元走査データ(「Aスキャンデータ」ともいう)が得られる。Aスキャンごとに第2の光スキャナを駆動することにより、奥行方向と垂直方向(横方向)の走査を含むBスキャンが実行され、二次元走査データ(「Bスキャンデータ」ともいう)が得られる。 As shown in an embodiment described later, the first optical scanner arranged on the reference arm may be a resonant scanner, and the second optical scanner arranged on the sample arm may be a galvanometer scanner. An A-scan is performed by driving the first optical scanner to obtain one-dimensional scanning data in the depth direction (also referred to as "A-scan data"). By driving the second optical scanner for each A scan, a B scan including scanning in the depth direction and vertical direction (horizontal direction) is performed to obtain two-dimensional scanning data (also referred to as "B scan data"). .
サンプルアームの物体光と、リファレンスアームの参照光とが合波(重畳)されて干渉光となり、光検出装置により検出される。この干渉光が光干渉信号として処理部に入力される。処理部は、光スキャナ(第2の光スキャナ)を断続的に駆動(ステップ駆動)し、その光スキャナの駆動中は光干渉信号(Aスキャンデータ)のサンプリングを停止する。言い換えれば、その光スキャナの停止中に光干渉信号の取得を実行する。光干渉信号の取得中にその光スキャナを停止させる。このため、取得される光干渉信号には、光スキャナ(第2の光スキャナ)の駆動に伴うノイズ(「光スキャナ駆動ノイズ」ともいう)が混入し難い。すなわち、この態様によれば、光スキャナ駆動ノイズを低減できる。 The object light from the sample arm and the reference light from the reference arm are combined (superimposed) to form interference light, which is detected by the photodetector. This interference light is input to the processing section as an optical interference signal. The processing unit intermittently drives (step drives) the optical scanner (second optical scanner), and stops sampling of the optical interference signal (A scan data) during the driving of the optical scanner. In other words, acquisition of the optical interference signal is performed while the optical scanner is stopped. Stop the optical scanner during acquisition of the optical interference signal. Therefore, the acquired optical interference signal is less likely to be contaminated with noise (also referred to as “optical scanner driving noise”) associated with driving the optical scanner (second optical scanner). That is, according to this aspect, optical scanner driving noise can be reduced.
処理部は、測定対象の内部組織の変形や変位によって生じる所定の物理量を、測定対象の断層位置に対応づけて演算し、その演算結果に基づいて物理量の断層分布を演算する。測定対象が生体組織である場合、「物理量」は血行動態(血流速度等)や組織液の流動(透水性)であってもよい。あるいは、粘弾性であってもよい。 The processing unit calculates a predetermined physical quantity caused by deformation or displacement of the internal tissue of the measurement target in association with the position of the tomography to be measured, and calculates the tomographic distribution of the physical quantity based on the calculation result. When the object to be measured is a living tissue, the “physical quantity” may be hemodynamics (blood velocity, etc.) or the flow of interstitial fluid (water permeability). Alternatively, it may be viscoelastic.
奥行方向走査部は、参照鏡を往復回動させる駆動回路と、参照鏡の回動に同期したパルス信号を出力する出力回路を含んでもよい。処理部は、そのパルス信号に基づくトリガ信号を取得する。トリガ信号は、参照鏡の一方向への回動開始で立ち上り、他方向への回動開始で立ち下がる矩形パルスでもよい。出力回路がパルス信号に基づいてトリガ信号を生成し、処理部に出力してもよい。あるいは、処理部が、出力回路から受け取ったパルス信号に基づいてトリガ信号を生成してもよい。 The depth direction scanning unit may include a drive circuit for reciprocatingly rotating the reference mirror, and an output circuit for outputting a pulse signal synchronized with the rotation of the reference mirror. A processing unit obtains a trigger signal based on the pulse signal. The trigger signal may be a rectangular pulse that rises when the reference mirror starts rotating in one direction and falls when it starts rotating in the other direction. The output circuit may generate a trigger signal based on the pulse signal and output it to the processing section. Alternatively, the processing unit may generate the trigger signal based on the pulse signal received from the output circuit.
処理部は、トリガ信号の立ち上がりおよび立ち下がりの一方を駆動トリガとして光スキャナの駆動を開始し、他方をサンプリングトリガとして光干渉信号(Aスキャンデータ)の取得を開始する。光スキャナは、サンプリングトリガがオンになると同時又はそれ以前に一旦停止し、トリガ信号が再びオンになると同時に駆動を再開する。それによりステップ駆動が実現される。Aスキャンデータ1回分のサンプリングは、駆動トリガがオンになると同時又はそれ以前に完了する。このような制御により、光スキャナの駆動中はAスキャンデータのサンプリングを停止できる。 The processing unit uses one of the rise and fall of the trigger signal as a drive trigger to start driving the optical scanner, and uses the other as a sampling trigger to start acquiring an optical interference signal (A scan data). The optical scanner stops at or before the sampling trigger turns on, and resumes driving at the same time the trigger signal turns on again. Step drive is thus realized. A single sampling of A-scan data is completed at or before the drive trigger is turned on. With such control, sampling of A-scan data can be stopped while the optical scanner is being driven.
奥行方向走査部がレゾナントスキャナである場合、Aスキャンの実行時にシステムノイズが発生する。このシステムノイズは、レゾナントスキャナの駆動に起因するノイズのほか、光学機器や制御機器の応答遅れ(時定数)に起因するものを含む。また、光学系に依存する位相差の不安定性や、測定対象における体動等の揺らぎも含みうる。このため、処理部は、物理量の断層分布の演算処理においてそのシステムノイズを除去する。具体的には、処理部は、連続取得したAスキャンデータについて奥行方向の所定範囲の自己相関を演算し、その自己相関に基づいて位相差を算出してもよい。そして、算出された位相差に基づいてシステムノイズを算出してもよい。 If the depth-direction scanning unit is a resonant scanner, system noise occurs during A-scan execution. This system noise includes noise caused by driving the resonant scanner and noise caused by response delays (time constants) of optical devices and control devices. In addition, it may include instability of the phase difference depending on the optical system and fluctuations such as body movement of the measurement object. Therefore, the processing unit removes the system noise in the arithmetic processing of the tomographic distribution of the physical quantity. Specifically, the processing unit may calculate the autocorrelation in a predetermined range in the depth direction of the continuously acquired A-scan data, and calculate the phase difference based on the autocorrelation. Then, system noise may be calculated based on the calculated phase difference.
具体的には、処理部は、隣接する2ラインのAスキャンデータについて自己相関を順次演算し、その2ラインごとの位相差を演算してもよい。自己相関は、奥行方向所定範囲に積分範囲を設定する自己相関積分(Auto-Correlation Integral)であってもよい。この詳細については後述する。処理部は、2ラインを含む3ライン以上かつ設定ライン数未満の所定ライン区間において、所定の高剛性領域について領域平均位相差を算出する。「高剛性領域」は、剛体変位がなされる又は推定される領域として予め設定してもよい。例えば測定対象が皮膚である場合、表皮領域を高剛性領域として設定してもよい。あるいは、乗算相関値が基準値以上となる領域として設定してもよい。そして、2ラインごとの位相差から領域平均位相差を減算することにより、各ラインについてシステムノイズを算出してもよい。システムノイズは、各ラインにおいてショットノイズのように発生するため、領域平均位相差の算出過程で打ち消されて低減される。これを逆に利用し、2ライン間の位相差から領域平均位相差を減算することで、システムノイズを推定するものである。 Specifically, the processing unit may sequentially calculate the autocorrelation of the A-scan data of two adjacent lines, and calculate the phase difference for each two lines. Auto-correlation may be Auto-Correlation Integral in which the integration range is set to a predetermined range in the depth direction. Details of this will be described later. The processing unit calculates an area average phase difference for a predetermined high-rigidity area in a predetermined line section of three lines or more including two lines and less than the set number of lines. The "high-rigidity region" may be set in advance as a region in which rigid body displacement is performed or estimated. For example, if the measurement target is skin, the epidermis region may be set as the high-rigidity region. Alternatively, it may be set as a region in which the multiplied correlation value is equal to or greater than the reference value. Then, the system noise for each line may be calculated by subtracting the area average phase difference from the phase difference for every two lines. Since system noise occurs like shot noise in each line, it is canceled and reduced in the process of calculating the area average phase difference. This is used inversely to estimate the system noise by subtracting the area average phase difference from the phase difference between two lines.
処理部は、上記所定ライン区間に対応するラインについて、各2ライン間について算出された位相差からシステムノイズを除去してもよい。そして、システムノイズ除去後の位相差に基づいてドップラー変調周波数を演算し、そのドップラー変調周波数に基づいて変位速度を算出してもよい。 The processing unit may remove system noise from the phase difference calculated between each two lines for the lines corresponding to the predetermined line section. Then, the Doppler modulation frequency may be calculated based on the phase difference after removing the system noise, and the displacement speed may be calculated based on the Doppler modulation frequency.
また、上記技術を利用したマイクロ断層可視化プログラムを構築してもよい。このプログラムは、測定対象の奥行方向に光を走査させるAスキャンを、奥行方向と垂直な方向に1ラインずつずらして繰り返し実行する機能と、Aスキャンによる光干渉データをサンプリングする機能と、Aスキャンを奥行方向と垂直な方向に1ラインずらす処理が行われる間、光干渉データのサンプリングを停止する機能と、サンプリングされた光干渉データに基づき、測定対象における物理量の断層分布を演算する機能と、測定対象における物理量を断層可視化する機能と、をコンピュータに実現させることができる。このプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。 Also, a micro-tomography visualization program using the above technology may be constructed. This program has a function of repeatedly executing an A-scan that scans light in the depth direction of the object to be measured by shifting it line by line in the direction perpendicular to the depth direction, a function of sampling optical interference data by the A-scan, and a function of A-scan. is shifted by one line in the direction perpendicular to the depth direction, a function of stopping sampling of the optical interference data, a function of calculating the tomographic distribution of the physical quantity in the measurement target based on the sampled optical interference data, and a function of tomographically visualizing the physical quantity in the object to be measured can be realized by a computer. This program may be recorded on a computer-readable recording medium.
さらに、以下のマイクロ断層可視化プログラムを構築してもよい。このプログラムは、測定対象の奥行方向に光を走査させるAスキャンを、奥行方向と垂直な方向に1ラインずつずらしつつ繰り返し実行し、二次元断層画像を生成するための設定ライン数のAスキャンデータを得る機能と、隣接する2ラインのAスキャンデータについて自己相関を順次演算し、その2ラインごとの位相差を演算する機能と、2ラインごとの位相差に基づいて各ラインのシステムノイズを算出する機能と、各2ライン間について算出された位相差からシステムノイズを除去する機能と、システムノイズ除去後の位相差に基づいてドップラー変調周波数を演算する機能と、ドップラー変調周波数に基づいて変位速度を算出する機能と、変位速度に基づいて物理量の断層分布を表示する機能と、をコンピュータに実現させることができる。このプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。 Furthermore, the following micro-tomographic visualization program may be constructed. This program repeats the A-scan, which scans light in the depth direction of the object to be measured, while shifting it by one line in the direction perpendicular to the depth direction, and sets the number of lines of A-scan data to generate a two-dimensional tomographic image. , a function to sequentially calculate the autocorrelation for the A-scan data of two adjacent lines, a function to calculate the phase difference every two lines, and a function to calculate the system noise of each line based on the phase difference every two lines. a function to remove system noise from the phase difference calculated between each two lines; a function to calculate the Doppler modulation frequency based on the phase difference after removing the system noise; a function to calculate the Doppler modulation frequency based on the Doppler modulation frequency; and a function of displaying the fault distribution of the physical quantity based on the displacement velocity can be realized by a computer. This program may be recorded on a computer-readable recording medium.
このプログラムは、さらに、2ラインを含む3ライン以上かつ設定ライン数未満の所定ライン区間において、所定の高剛性領域について領域平均位相差を算出する機能と、2ラインごとの位相差から領域平均位相差を減算することにより、各ラインのシステムノイズを算出する機能と、所定ライン区間に対応するラインについて、各2ライン間について算出された位相差からシステムノイズを除去する機能と、をコンピュータに実現させることができる。このプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録してもよい。 This program further includes a function of calculating the area average phase difference for a predetermined high-rigidity area in a predetermined line section of three lines or more including two lines and less than the set number of lines, and a function of calculating the area average phase difference from the phase difference every two lines. A computer realizes a function of calculating the system noise of each line by subtracting the phase difference, and a function of removing the system noise from the phase difference calculated between each two lines for lines corresponding to a predetermined line section. can be made This program may be recorded on a computer-readable recording medium.
以下、図面を参照しつつ、本実施形態を具体化した実施例について詳細に説明する。
[実施例]
図1は、実施例に係るマイクロ断層可視化装置の構成を概略的に表す図である。本実施例の装置は、生体組織の血流速度をマイクロスケールにて断層計測し、可視化する。この断層計測のために、OCTによる検出を利用する。
Hereinafter, examples embodying the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[Example]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a micro-tomographic visualization apparatus according to an embodiment. The apparatus of the present embodiment performs tomographic measurement and visualization of blood flow velocity in living tissue on a microscale. OCT detection is used for this tomographic measurement.
図1に示すように、OCT装置1は、光源2、サンプルアーム4、リファレンスアーム6、光学機構8,10、光検出装置12、処理部14および表示装置16を備える。各光学要素は、光ファイバにて互いに接続されている。なお、図示の例ではマイケルソン干渉計をベースとした光学系が示されているが、マッハツェンダー干渉計その他の光学系を採用することもできる。本実施例のOCTは、TD-OCT(Time Domain OCT)として実現されている。
As shown in FIG. 1, the
光源2は、スーパールミネッセントダイオード(Super Luminescent Diode:以下「SLD」と表記する)からなる広帯域光源である。光源2から出射された光は、カプラー18にて分けられ、その一方がサンプルアーム4に導かれ、他方がリファレンスアーム6に導かれる。カプラー18は、光源2からの光をサンプルアーム4とリファレンスアーム6とに向けて分波する機能と、サンプルアーム4およびリファレンスアーム6のそれぞれから戻ってきた光を合波して干渉させる機能を有する。
The
光学機構8は、コリメータレンズ30、ガルバノスキャナ32および対物レンズ34を含む。ガルバノスキャナ32は、2軸のガルバノミラーと、それらを駆動するガルバノ駆動回路36を含む。対物レンズ34は、測定対象(以下「対象W」という)に対向配置される。対象Wは、本実施例では皮膚などの生体組織である。以下、対象Wの奥行方向をz方向、これに垂直な方向をx方向およびy方向として説明する。
The
カプラー18を経た光は、コリメータレンズ30を介してガルバノスキャナ32に導かれ、x方向やy方向に走査されて対象Wに照射される。この光は、対象Wの表面および断面にて反射して後方散乱光(反射光)となる。この反射光は、物体光として偏波コントローラ20を介してカプラー18に導かれる。偏波コントローラ20は、物体光がカプラー18に入射する際の偏光状態を調整する。
The light that has passed through the
光学機構10は、RSOD方式(Rapid Scanning Optical Delay Line)の機構である。本実施例ではこのRSODとして、光が後述の回折格子42に往復1回ずつ照射されるシングルパス型を採用しているが、往復2回ずつ照射されるダブルパス型を採用してもよい。光学機構10は、コリメータレンズ40、回折格子42、湾曲ミラー44およびレゾナントスキャナ46を含む。
The
レゾナントスキャナ46は、参照鏡50と、参照鏡50を回動(励振)させるアクチュエータ52と、アクチュエータ52を駆動するレゾナント駆動回路54と、参照鏡50の回転速度を検出する速度センサ56を含む。レゾナントスキャナ46は、駆動コイルと機械共振を利用して高速走査を可能にした光スキャナである。速度センサ56は、ホール素子等を含む磁気センサであってもよく、参照鏡50の回転速度に応じたアナログ信号(正弦波信号)を出力する。
The
カプラー18を経た光は、コリメータレンズ40を介して回折格子42に導かれる。この光は、回折格子42によって波長ごとに分光され、それぞれ湾曲ミラー44によって参照鏡50上の異なる位置に集光される。参照鏡50を微小角にて回動させることで、高速光路走査および周波数変調が可能となる。参照鏡50からの反射光は、参照光として偏波コントローラ22を介してカプラー18に導かれる。偏波コントローラ22は、反射された参照光が再びカプラー18に入射する際の偏光状態を調整する。物体光と参照光とはカプラー18にて合波(重畳)され、その干渉光が光検出装置12により検出される。なお、変形例においては、回折格子42を経た光を湾曲ミラー44に代えてレンズによって参照鏡50に集光してもよい。
Light passing through
光検出装置12は、光検出器60およびフィルタ62を含む。カプラー18を経ることで得られた干渉光は、光検出器60にて光干渉信号として検出される。この光干渉信号は、フィルタ62によりノイズが低減され、処理部14に入力される。干渉光の一部は、サーキュレータ24を介して光検出器60に直接入力される。それにより、光干渉信号に重畳された同相ノイズを低減しその光干渉信号を増幅した後、さらにフィルタ62によって必要な周波数帯の信号のみを取り出す。
処理部14は、制御演算部70、A/D変換器72およびD/A変換器74を含む。光検出装置12を経た光干渉信号は、A/D変換器72を介して制御演算部70に入力される。
The
制御演算部70は、CPU、ROM、RAM、ハードディスクなどを有する。制御演算部70は、これらのハードウェアおよびソフトウェアによって、光学系全体の制御と、OCTによる画像出力のための演算処理を行う。制御演算部70の指令信号は、D/A変換器74を介して光源2や光学機構8,10等の各駆動回路に入力される。後述のように、速度センサ56の検出信号(同期信号)は、レゾナント駆動回路54を介して処理部14に入力される。
The
制御演算部70は、光検出装置12に入力された光干渉信号を処理し、OCTによる対象Wの断層画像を取得する。そして、その断層画像データに基づき、後述の手法により対象Wの内部の物理量(本実施例では血流速度)の断層分布を演算する。
The
表示装置16は、例えば液晶ディスプレイからなり、制御演算部70にて演算された対象Wの内部の物理量(血流速度)を断層可視化する態様で画面に表示する。
The
以下、血流速度の演算処理方法について詳細に説明する。
上述のように、OCTにおいて、サンプルアーム4を経た物体光(測定対象からの反射光)と、リファレンスアーム6を経た参照光とが合波され、光検出装置12により光干渉信号として検出される。制御演算部70は、この光干渉信号を干渉光強度に基づく対象Wの断層画像として取得できる。
A method of calculating the blood flow velocity will be described in detail below.
As described above, in OCT, the object light (reflected light from the object to be measured) that has passed through the
(基本演算処理)
OCTによりドップラー変調信号を検出することにより、皮膚組織の血流速度分布を算出できる。本実施例では上述のように、RSOD方式による奥行方向(z方向)走査手法を採用する。その際に高解像度かつ高精度、リアルタイムに流速検出を行うために、ヒルベルト変換および隣接自己相関法を適用する。
(basic arithmetic processing)
By detecting the Doppler-modulated signal by OCT, the blood flow velocity distribution of the skin tissue can be calculated. In this embodiment, as described above, the depth direction (z direction) scanning method based on the RSOD method is adopted. Hilbert transform and neighborhood autocorrelation method are applied for high-resolution, high-accuracy, and real-time velocity detection.
OCTの光軸方向(奥行方向)の分解能であるコヒーレンス長lcは、光源の自己相関関数によって決定される。ここでは、コヒーレンス長lcを自己相関関数の包括線の半値半幅とし、下記式(1)にて表すことができる。
一方、光軸垂直方向(ビーム走査方向)の分解能は、集光レンズによる集光性能に基づき、ビームスポット径Dの1/2とされる。そのビームスポット径ΔΩは、下記式(2)にて表すことができる。
なお、本実施例では中心波長λc=1310nm、半値全幅Δλ=100nmとし、コヒーレンス長lc=7.56μmとした。また、ビームスポット径ΔΩ=41.0μmとされ、xy方向の分解能はΔx=Δy=20.5μmとした。A/D変換器72によるAスキャンデータのサンプリング周波数を20MHzとしている。断層画像については、z方向の分解能に基づいて7.56μm/pixelとしてサンプリング信号を平均化したものを表示する。本実施例では、また、z方向の走査距離を1162μmとし、x方向の走査数Jsetを400(つまりAスキャン400回)とした。変形例においては、これらの値を適宜変更してもよい。
In this example, the center wavelength λ c =1310 nm, the full width at half maximum Δλ=100 nm, and the coherence length l c =7.56 μm. The beam spot diameter ΔΩ=41.0 μm, and the resolution in the xy direction was Δx=Δy=20.5 μm. The sampling frequency of A-scan data by the A/
OCTにより取得される光干渉信号I(z)は、下記式(3)に示す畳み込み積分にて得られる。
光干渉信号I(z)に高速フーリエ変換を施し、下記式(2)のヒルベルト変換を適用することで周波数領域にてπ/2位相を遅らせたスペクトルS^(f)を取得する。このスペクトルS^(f)に逆フーリエ変換を施すことで解析信号Γ(t)=s(t)+is^(t)を得る。 Fast Fourier transform is applied to the optical interference signal I(z), and the Hilbert transform of the following equation (2) is applied to acquire the spectrum Ŝ(f) with a π/2 phase delay in the frequency domain. An analytic signal Γ(t)=s(t)+iŝ(t) is obtained by subjecting this spectrum Ŝ(f) to an inverse Fourier transform.
この解析信号の実部s(t)と虚部s^(t)の二乗和の平方根(瞬時振幅)は、OCT断層画像の信号強度(信号包絡線)を与える。ヒルベルト変換を用いることにより、瞬時振幅だけでなく瞬時位相を求めることもできる。その瞬時位相の時間微分から瞬時周波数も算出できる。このため、本実施例のように高周波変調された信号を処理する場合には特に有効である。これにより、ドップラー変調周波数の検出解像度を高め、高精度かつリアルタイムな検出を実現できる。
ここでは、対象Wの内部の変動によって発生するドップラー変調周波数fdをリアルタイムに得るために隣接自己相関法が用いられる。すなわち、奥行きz方向走査(Aスキャン)によって取得される光干渉信号(RF干渉信号)に関し、x方向走査において隣接したj,j+1番目の解析信号をそれぞれΓj,Γj+1とする。このとき、Γj+1は下記式(5)にて表される。
レゾナントスキャナ46による参照鏡50の走査(回転駆動)は周期的であるため、そのドップラー変調周波数fRSODは一定と仮定する。このとき、解析信号ΓjとΓj+1との隣接自己相関によって導出される位相差φjを用いると、ドップラー変調周波数fdは下記式(6)から算出できる。なお、Γj
*はΓjの複素共役である。下記式(6)は、ヒルベルト変換により瞬時位相の検出が可能であることを利用したものである。さらにAスキャンNライン分の位相差φi,jについてアンサンブル平均処理を施し、また、z方向にピクセル平均(ピクセルごとの平均)を施すことで、ドップラー変調周波数fdの検出精度を向上できる。
このドップラー変調周波数fdを用いて下記式(7)を演算することにより、血流速度vdを得ることができる。
(ノイズ除去処理)
上記基本演算処理により血流速度の断層可視化が可能となるものの、その断層画像には様々な要因によるノイズが含まれる点で改善の余地がある。本実施例では、このようなノイズの低減による画像の鮮明化を図る。具体的には、ガルバノスキャナの駆動に伴って生じるもの、およびレゾナントスキャナの駆動に伴って生じるものを低減対象とする。
(noise removal processing)
Although the above basic arithmetic processing enables tomographic visualization of the blood flow velocity, there is room for improvement in that the tomographic image contains noise due to various factors. In this embodiment, it is intended to sharpen the image by reducing such noise. Specifically, the noise caused by driving the galvanometer scanner and the noise caused by driving the resonant scanner are targeted for reduction.
(1)ガルバノ駆動ノイズの低減
OCT断層画像を取得するに際しては、z方向のAスキャン(一次元走査)をx方向にずらしながら繰り返し実行することによりBスキャン(二次元走査)を実現する。Bスキャンをy方向にずらしながら繰り返すことにより、三次元画像を得ることもできる。対象Wに対して奥行方向(深さ方向、z方向)の一次元画像がAスキャン画像であり、複数のAスキャン画像を奥行方向と垂直方向に複数ライン並べて得られる二次元画像がBスキャン画像である。以下、Aスキャンによるサンプリングデータを「Aスキャンデータ」、Bスキャンによるサンプリングデータを「Bスキャンデータ」ともいう。
(1) Reduction of Galvanometer Drive Noise When acquiring an OCT tomographic image, B scan (two-dimensional scan) is realized by repeatedly executing A scan (one-dimensional scan) in the z direction while shifting it in the x direction. A three-dimensional image can also be obtained by repeating the B scan while shifting it in the y direction. A one-dimensional image in the depth direction (depth direction, z direction) of the object W is an A-scan image, and a two-dimensional image obtained by arranging a plurality of A-scan images in a plurality of lines in the depth direction and the vertical direction is a B-scan image. is. Hereinafter, the sampling data obtained by the A-scan will also be referred to as "A-scan data", and the sampling data obtained by the B-scan will also be referred to as "B-scan data".
発明者らの検証によれば、Aスキャンの実行中にBスキャンのためのx方向走査をすることでノイズが発生することが分かった(以下、このノイズを「ガルバノ駆動ノイズ」ともいう)。そこで本実施例では、ガルバノスキャナ32を断続的に駆動(ステップ駆動)し、ガルバノミラーの停止中にAスキャンデータをサンプリングする。
According to the inventors' verification, it was found that noise is generated by performing x-direction scanning for B-scan during execution of A-scan (hereinafter, this noise is also referred to as "galvano drive noise"). Therefore, in this embodiment, the
図2は、光干渉データのサンプリング処理を表すタイミングチャートである。図2(A)は処理部14で実行される信号処理を示し、上段からレゾナント制御信号、レゾナント速度信号、レゾナントクロック信号、データ取得信号、A/Dトリガ信号、ガルバノ制御信号を示す。図2(B)は図2(A)のA部拡大図である。
FIG. 2 is a timing chart showing sampling processing of optical interference data. FIG. 2A shows signal processing executed by the
図2(A)に示すように、制御演算部70は、OCT処理の実行に際してレゾナント駆動回路54へレゾナント制御信号を出力し、レゾナントスキャナ46を駆動する(つまり参照鏡50を励振させる)。これに伴い、速度センサ56が参照鏡50の回転速度を検出し、その検出信号をレゾナント駆動回路54へ出力する。レゾナント駆動回路54は、その検出信号に基づく同期信号をD/A変換器74へ出力する。この同期信号には、レゾナント速度信号とレゾナントクロック信号が含まれる。
As shown in FIG. 2A, the
レゾナント速度信号は、速度センサ56から出力されたアナログ信号(正弦波信号)である。一方、レゾナントクロック信号は、レゾナント駆動回路54がそのアナログ信号から生成したデジタル信号である。具体的には、参照鏡50の回転速度が負から正(一方向から他方向)に切り替わったタイミングで立ち上がり、正から負(他方向から一方向)に切り替わったタイミングで立ち下がる矩形波信号である。本実施例では、レゾナントスキャナ46の駆動周波数が4kHzとされているため、レゾナントクロック信号の周期は約250μsecとなる。
The resonant speed signal is an analog signal (sine wave signal) output from
本実施例では、D/A変換器74が、これらの同期信号のうちレゾナントクロック信号のみをA/D変換器72へ出力する(バイパスさせる)。なお、変形例においては、レゾナント駆動回路54が同期信号としてレゾナントクロック信号のみを出力してもよい。そのレゾナントクロック信号をD/A変換器74およびA/D変換器72のそれぞれに直接出力してもよい。
In this embodiment, the D/
制御演算部70は、光干渉信号の取得タイミングに合わせてデータ取得信号をA/D変換器72へ出力する。A/D変換器72は、データ取得信号がオンにされている間、光干渉信号を取り込み、制御演算部70へ出力する。レゾナントクロック信号をA/Dトリガ信号として使うこともできる。
The
制御演算部70は、光検出装置12からA/D変換器72を介して入力される光干渉データ(光干渉信号)をサンプリングする。図2(B)にも示すように、D/A変換器74は、レゾナントクロック信号(A/Dトリガ信号)の立ち上がりをトリガとしてガルバノ駆動回路36へガルバノ制御信号を出力し、x方向走査用のガルバノミラーを駆動する。ガルバノ制御信号の出力値に応じてガルバノミラーの触れ角(回動角度)が制御される。制御演算部70は、また、A/Dトリガ信号の立ち下がりをトリガとして光干渉データのサンプリングを開始する。
The
参照鏡50が一方向へ回動する間にx方向走査用のガルバノミラーが駆動され、x方向走査位置がAスキャン1ライン分移動した後、そのガルバノミラーの駆動が停止される。その後、参照鏡50が他方向へ回動する間にAスキャン1回分の光干渉データ(Aスキャンデータ)がサンプリングされる。すなわち、ガルバノスキャナ32が断続的にステップ駆動され、光干渉データのサンプリングがガルバノスキャナ32の停止中に実行される。このため、OCT断層画像にガルバノ駆動ノイズが重畳されることが防止又は抑制される。
While the
ところで、図2(B)に示すように、ガルバノ制御信号の立ち上がりには時定数が存在する。そこで実施例では、その信号出力から所定時間の遅れをもってサンプリングを開始する。それにより、1ライン分のx方向走査を確実に終えた後にガルバノミラーを停止させ、安定した状態で光干渉データを取得できる。なお、ガルバノ制御信号の時定数(ガルバノスキャナの機械的遅れ)とAスキャンを1回実行する時間の和に比べて、レゾナントスキャナ46の回転駆動の周期が長いことは言うまでもない。本実施例では、ガルバノ制御信号が立ち下がる前にガルバノミラーが停止される。
By the way, as shown in FIG. 2B, there is a time constant in the rise of the galvano control signal. Therefore, in the embodiment, sampling is started after a predetermined time delay from the output of the signal. As a result, the galvanomirror can be stopped after one line of scanning in the x direction has been completed, and optical interference data can be obtained in a stable state. Needless to say, the rotational drive cycle of the
制御演算部70は、Bスキャン1回が完了するごとにデータ取得信号をオフにし、サンプリングした光干渉データに基づく演算処理を実行する。データ取得信号をオンとする期間は、BスキャンのためにAスキャンデータを断続的に取得するためのデータ取得期間T1とされている。データ取得信号がオフである期間は、信号取得待機期間T2とされている。OCT断層画像を三次元表示する場合には、この待機期間T2を利用してy方向走査用のガルバノミラーを駆動する。
The
図3および図4は、ガルバノ駆動ノイズの低減による効果を表す図である。図3(A)は、上述のようにガルバノスキャナをステップ駆動した本実施例の演算結果を示す。図3(B)は、ガルバノスキャナを一定速度で線形駆動した比較例の演算結果を示す。比較例の線形駆動では、光干渉データのサンプリングがガルバノスキャナ32の駆動中にも実行される。各図の上段がOCT断層画像を示し、下段がその断層画像に基づいて算出された血流速度の断層分布を示す。図4は、図3下段における表皮付近(破線領域)の血流速度演算結果のばらつきを示す。図4(A)は本実施例による演算結果のばらつきを示し、図4(B)は比較例による演算結果のばらつきを示す。
3 and 4 are diagrams showing the effect of reducing galvano drive noise. FIG. 3(A) shows the calculation result of this embodiment in which the galvanometer scanner is step-driven as described above. FIG. 3B shows the calculation result of a comparative example in which the galvanometer scanner is linearly driven at a constant speed. In the linear drive of the comparative example, sampling of optical interference data is also performed while the
ここでは、OCT装置1に対象Wとして生体皮膚組織模擬資料(以下「バイオスキン」という)をセットし、血流速度の断層分布を演算した。このバイオスキンには血流が存在せず、外的負荷がかけられることもないため、本来であれば全断層にわたって血流速度はゼロになる。
Here, a biological skin tissue simulated material (hereinafter referred to as "bio skin") was set as the object W in the
図3に示すように、本実施例によれば血流速度がゼロとなる領域が比較的大きく安定的に得られた。これに対し、比較例では本来ないはずの血流速度の分布がみられる。図4によれば、本実施例のほうが比較例よりも標準偏差が小さく抑えられている。すなわち、本実施例によるガルバノ駆動ノイズの低減が、血流速度の演算結果に有効に表れていることが分かる。 As shown in FIG. 3, according to the present embodiment, a relatively large region in which the blood flow velocity is zero was stably obtained. On the other hand, in the comparative example, a blood flow velocity distribution that should not exist is observed. According to FIG. 4, the standard deviation is suppressed smaller in this example than in the comparative example. In other words, it can be seen that the reduction of galvanometer drive noise according to the present embodiment is effectively reflected in the calculation result of the blood flow velocity.
(2)システムノイズの低減
上述のように、ガルバノスキャナ32をステップ駆動とし、その駆動停止中にサンプリングを行うことでノイズ低減が可能になる。しかし、図3(A)に示したように依然としてノイズは残存する。そこで、発明者らによりさらなる検証を行ったところ、レゾナントスキャナ46の駆動時にシステムノイズが混入していることが推察された。すなわち、レゾナントスキャナは電磁駆動により作動するため、二次誘導の発生等によりその走査周期に数100ピコ秒程度の変動が発生する。これがシステムノイズの一要因になっていると考えられる。本実施例では、以下の手法によりこのシステムノイズを低減する。
(2) Reduction of System Noise As described above, the
図5~図8は、システムノイズ低減処理を表す図である。図5および図6は、演算過程で得られる断層画像の例を示す。各図の横軸はx方向位置、縦軸はz方向位置を示す。図7および図8は、演算結果のばらつきを示す。各図の横軸は検出された血流速度、縦軸はその検出数を示す。以下、図5~図8を適宜参照しつつ説明する。 5 to 8 are diagrams showing system noise reduction processing. 5 and 6 show examples of tomographic images obtained in the calculation process. In each figure, the horizontal axis indicates the position in the x direction, and the vertical axis indicates the position in the z direction. 7 and 8 show variations in calculation results. In each figure, the horizontal axis indicates the detected blood flow velocity, and the vertical axis indicates the number of detections. The following description will be made with appropriate reference to FIGS. 5 to 8. FIG.
なお、図示の例は、OCT装置1に対象Wとしてバイオスキンをセットし、血流速度の断層分布を演算した結果を示す。このバイオスキンには血流がなく、外的負荷をかけることもないため、本来であれば血流速度はゼロになるはずである。
The example shown in the drawing shows the results of calculating the tomographic distribution of the blood flow velocity by setting the bioskin as the target W in the
図5(A)は、OCTにより取得されるBスキャン断層画像を示す。本実施例では、断層画像をAスキャンごとにリアルタイム表示する。このため、実際には同図の左側(x座標がゼロの位置)から右側へ徐々に表示されるところ、説明の便宜上二次元画像を示す(以下同様)。 FIG. 5A shows a B-scan tomographic image acquired by OCT. In this embodiment, a tomographic image is displayed in real time for each A scan. For this reason, although the image is actually displayed gradually from the left side (the position where the x coordinate is zero) to the right side in FIG.
本実施例では、上記式(6)に示したサンプリング点ごとの自己相関(以下「ポイント自己相関」ともいう)に代えて、下記式(8)に示す積分型の自己相関(相関積分による自己相関:以下「自己相関積分」ともいう)を演算する。図5(B)はその自己相関積分の結果を示す。ここでは、隣接する2ラインのAスキャンデータについて自己相関を演算する際、奥行方向(z方向)に積分区間(-ti/2≦t≦ti/2)を設け、位相差の算出揺らぎを低減させる。その後、後述のように、その積分区間においてz座標の任意位置におけるドップラー変調周波数fdを決定する。この積分区間の設定によってノイズを低減する程度を調整できる。
位相差φi,jを求めるに際し、下記式(9)によりAスキャンNライン分のアンサンブル平均を行うことにより、各ラインにおいてショットノイズのように揺らぐシステムノイズ(後述)を抑制できる。
ところで、上記式(9)のアンサンブル平均を施す場合、ライン数Nの増大はx,y方向の空間解像度の低減や、フレームレート(つまり時間解像度)の低減につながる。そこで、上記アンサンブル平均を施す前に、2ライン間の干渉信号の位相差φi,jからシステムノイズejを推定して除去する。 By the way, when performing the ensemble averaging of the above formula (9), an increase in the number of lines N leads to a decrease in the spatial resolution in the x and y directions and a decrease in the frame rate (that is, the temporal resolution). Therefore, before performing the ensemble averaging, the system noise e j is estimated from the phase difference φ i,j of the interference signal between the two lines and removed.
すなわち、下記式(10)により、2ライン間のAスキャンデータについて、対象Wの組織の変位(本実施例では血流)によって発生した位相差φi,j
Mを検出できる。
このシステムノイズejの推定には、下記式(11)に示すように2ライン間の自己相関積分により得られる領域平均位相差φ-
j
Mを用いる。
「高剛性領域」は、他の領域よりも剛性が高く、剛体変位がなされる又は推定される領域である。この高剛性領域は、他の領域と比較して乗算相関値(|Ri|=Πj=1 N|Rij|)が高い傾向にある。このため、本実施例では、例えば乗算相関値が0.7以上の領域を「高剛性領域」とする。「剛体変位」は、例えば体動による変位が考えられる。図5(C)は、乗算相関値の分布を例示する。 A “high-rigidity region” is a region that has higher rigidity than other regions and is subjected to or estimated to undergo rigid body displacement. This high-rigidity region tends to have a higher multiplication correlation value (|R i |=Π j=1 N |R ij |) than other regions. For this reason, in this embodiment, for example, a region having a multiplication correlation value of 0.7 or more is defined as a "high-rigidity region". "Rigid body displacement" can be displacement due to body motion, for example. FIG. 5C illustrates the distribution of multiplication correlation values.
S,Nは、それぞれ高剛性領域を特定するz方向、x方向の領域を表し、領域S×Nを窓とする領域が領域平均位相差φ- j Mを求めるべき領域とされる。すなわち、領域Sは、高剛性領域(例えば皮膚では表皮)についてz方向に設定されるサンプリング領域を意味し、本実施例ではピクセル数(例えばS=5ピクセル)にて表される。領域Nは、x方向に設定される領域(窓幅)を意味し、本実施例では上記式(9)のライン数Nが設定される。ただし、ライン数N(例えばN=5ライン)はx方向の走査数Jset(Bスキャンデータ1フレーム分のAスキャン数)よりも十分に小さい値とする(N≪Jset)。 S and N represent areas in the z-direction and x-direction specifying the high-rigidity area, respectively, and the area with the area S×N as a window is the area for which the area average phase difference φ −j M is to be obtained. That is, the region S means a sampling region set in the z-direction for a high-rigidity region (for example, epidermis in the case of skin), and is represented by the number of pixels (for example, S=5 pixels) in this embodiment. The area N means an area (window width) set in the x direction, and in this embodiment, the number of lines N of the above equation (9) is set. However, the number of lines N (for example, N=5 lines) is set to a value sufficiently smaller than the number of scans Jset in the x direction (the number of A scans for one frame of B scan data) (N<<Jset).
なお、領域平均位相差φ-
j
Mは領域S×Nを移動して求められるため、下記式(12)に示すように、x方向への領域移動ごとに算出されたシステムノイズejをオーバーラップ領域S×(N-1)にて平均化して与えている。図5(D)は、このようにして得られるシステムノイズejの演算結果を示す。
下記式(13)に従って2ライン間の位相差φi,jからシステムノイズejを除去し、AスキャンNライン分のアンサンブル平均を施すことで、対象Wの内部の変形挙動(変位速度)による位相差φi,j
Mを算出する。
このようにして得られた位相差φi,j Mを用いてドップラー変調周波数fd=φi,j M/2πを求め、上記式(7)を演算することにより血流速度vdを得ることができ、その断層分布を表示できる。なお、上記式(13)について、位相差φi,jとシステムノイズejとの差の絶対値を用いてアンサンブル平均を行ってもよい。動脈と静脈で血流に方向性があるような場合、アンサンブル平均により位相差そのものが打ち消されることを防止できる。また、血流が存在する領域は自己相関が低くなることから、この断層表示を低自己相関領域に限定して行ってもよい。具体的には、乗算相関値が所定値以下(例えば0.7未満の領域)について上記式(13)の演算処理を行ってもよい。 Using the phase difference φ i,j M thus obtained, the Doppler modulation frequency f d =φ i,j M /2π is obtained, and the blood flow velocity v d is obtained by calculating the above equation (7). can display its fault distribution. Note that ensemble averaging may be performed using the absolute value of the difference between the phase difference φi ,j and the system noise ej for the above equation (13). When the blood flow has directionality between arteries and veins, it is possible to prevent the phase difference itself from being canceled by ensemble averaging. In addition, since autocorrelation is low in a region where blood flow exists, this tomographic display may be limited to a low autocorrelation region. Specifically, the arithmetic processing of the above formula (13) may be performed for a multiplied correlation value equal to or less than a predetermined value (for example, a region less than 0.7).
図6(A)は、位相差φi,jとシステムノイズejとの差の絶対値を示す。図6(B)は、その絶対値を用いて上記式(13)のアンサンブル平均を行い、血流速度vdを演算した結果を示す。図6(C)は、さらに低相関領域(乗算相関値が0.7未満)について得た血流速度vdの断層分布を示す。 FIG. 6A shows the absolute value of the difference between the phase difference φ i,j and the system noise e j . FIG. 6B shows the result of calculating the blood flow velocity vd by performing ensemble averaging of the above equation (13) using the absolute value. FIG. 6(C) shows the tomographic distribution of blood flow velocity vd obtained for a low correlation region (multiplied correlation value is less than 0.7).
図7(A)および(B)は、システムノイズejを減算する前の位相差分布に基づいて血流速度を算出した場合を例示する。図7(A)は、比較例として上記式(6)に基づくポイント自己相関を用いた場合を示す。図7(B)は、実施例として上記式(8)に基づく自己相関積分を用いた場合を示す。両図において、速度ゼロ付近にピークをもつ演算結果が血流速度を示し、その両側にピークをもつ演算結果がシステムノイズを示している。 FIGS. 7A and 7B exemplify the case where the blood flow velocity is calculated based on the phase difference distribution before the system noise ej is subtracted. FIG. 7A shows the case of using the point autocorrelation based on the above equation (6) as a comparative example. FIG. 7B shows a case where autocorrelation integration based on the above equation (8) is used as an example. In both figures, the calculation result with a peak near zero velocity indicates the blood flow velocity, and the calculation result with peaks on both sides indicates the system noise.
これらの図を比較して明らかなように、本実施例によれば、比較例よりも血流速度とシステムノイズとを明確に識別できる。このため、上記式(13)に基づき、システムノイズejを減算した場合には図7(C)に示すように、血流速度vdを精度よく検出できる。 As is clear from the comparison of these figures, according to the present example, the blood flow velocity and system noise can be distinguished more clearly than the comparative example. Therefore, when the system noise e j is subtracted based on the above equation (13), the blood flow velocity v d can be accurately detected as shown in FIG. 7(C).
図8は、上記式(11),(12)についてライン数Nを変化させた場合を示す。図8(A)はN=2とした場合、図8(B)はN=6とした場合を示す。これらを比較すると、ライン数Nを大きくするほど、血流速度vdをより高精度に検出できることが分かる。 FIG. 8 shows the case where the number of lines N is changed for the above equations (11) and (12). FIG. 8A shows the case of N=2, and FIG. 8B shows the case of N=6. By comparing these, it can be seen that the blood flow velocity vd can be detected with higher accuracy as the number of lines N is increased.
次に、制御演算部70が実行する具体的処理の流れについて説明する。
図9は、制御演算部70により実行されるマイクロ断層可視化処理の流れを示すフローチャートである。本処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。制御演算部70は、光源2および光学機構8,10を駆動制御しつつ、OCTによる光干渉信号を取得する。
Next, the flow of specific processing executed by the
FIG. 9 is a flow chart showing the flow of micro-tomographic visualization processing executed by the
制御演算部70は、まず、RAMの所定領域に記憶されるAスキャン回数Jscanおよび取得ライン数Jをそれぞれゼロクリアしておく(S10,S12)。ここで、「Aスキャン回数Jscan」は、Bスキャンを実行する過程でなされたAスキャンの実行回数に対応する。「取得ライン数J」は、血流速度のリアルタイム表示ごとにカウントされるAスキャンデータの取得回数に対応する。続いて、Aスキャンデータを1ライン分読み込み(S14)、Aスキャン回数Jscanおよび取得ライン数Jをそれぞれインクリメントする(S16)。
The
制御演算部70は、その1ライン分のAスキャンデータに対して高速フーリエ変換を施して周波数解析する(S18)。続いて、光学機構10での変調周波数に対応づけるようにバンドパスフィルタリング処理を実行して信号SN比を向上させた後(S20)、ヒルベルト変換を実行する(S22)。このとき、Aスキャン回数Jscanが2ラインに満たなければ(S24のN)、S14に戻る。
The control
制御演算部70は、Aスキャン回数Jscanが2ライン以上であれば(S24のY)、S22のヒルベルト変換によって得られた解析信号を用いて、隣接する2ライン分のAスキャンデータについて上記式(8)に基づく自己相関積分を実行する。また、上記式(9)に基づいて2ライン間の位相差φi,jを算出する(S26)。このとき、位相差φi,jが算出されたライン数Jがアンサンブル平均を行うための設定ラインN(例えば5ライン)に到達していなければ(S28のN)、S14に戻る。このとき、S16により取得ライン数Jがインクリメントされるごとに、自己相関積分される2ライン(隣接するAスキャンデータの組み合わせ)はx方向にシフトされていく。
If the A-scan count Jscan is two or more lines (Y in S24), the
制御演算部70は、取得ライン数JがNラインに到達していれば(S28のY)、そのNライン分のAスキャンデータについて隣接する2ラインごとに乗算相関値|Ri|を演算する(S30)。乗算相関値|Ri|が基準値|Ri|set(例えば0.7)以上の領域を、高剛性領域(S×N)として設定する。そして、この高剛性領域について上記式(11)に基づき領域平均位相差φ-
j
Mを演算し(S32)、上記式(12)に基づいてシステムノイズejを算出する(S34)。続いて、上記式(13)に基づき、各2ライン間の位相差φi,jからそのシステムノイズejをそれぞれ除去し、そのNライン分についてアンサンブル平均を施す(S36)。それにより、対象Wの内部の変形挙動による位相差φi,j
Mの分布を算出できる。
If the acquired line number J has reached N lines (Y in S28), the
制御演算部70は、その位相差φi,j
Mを用いてドップラー変調周波数fdを算出し(S38)、上記式(7)を演算することにより変位速度vdを得る(S40)。その変位速度vdの分布を血流速度分布として断層表示する(S42)。このとき、Aスキャン回数JscanがBスキャン1回分のライン数Jset(本実施例では400ライン)に到達していなければ(S44のN)、S14に戻る。Aスキャン回数JscanがJsetラインに到達していれば(S44のY)、本処理を一旦終了する。
The
本実施例によれば、AスキャンがNライン分なされるごとに血流速度分布が順次表示される。このライン数NをBスキャン1回分のライン数Jsetよりも十分に小さくしている(N≪Jset)。 According to this embodiment, the blood flow velocity distribution is sequentially displayed each time the A scan is performed for N lines. The number of lines N is made sufficiently smaller than the number of lines Jset for one B scan (N<<Jset).
次に、本実施例の作用効果について説明する。
以下、上述したマイクロ断層可視化処理によるノイズの低減効果を検証するために行った2種類の実験結果について説明する。これらの実験では、対象Wのモーションの影響を考慮するため、光学機構8に図示略の負荷機構(ピエゾアクチュエータ)を並設し、対象Wに周期的な負荷を与えた。具体的には、対象Wをバイオスキンとしてその表面に圧電素子を接触させ、片側振幅40μm、周波数0.25Hzの正弦波駆動力を付与した。
Next, the effects of this embodiment will be described.
The results of two types of experiments conducted to verify the noise reduction effect of the above-described micro-tomographic visualization processing will be described below. In these experiments, in order to consider the influence of the motion of the object W, a load mechanism (piezo actuator) (not shown) was arranged in parallel with the
(検証実験1)
検証実験1では、負荷機構を制御しつつ、対象Wの内部におけるz方向の変位速度(血流速度)の平均値(平均変位速度)を算出した。対象Wがバイオスキンであるため、本来であればその変位速度は負荷機構による表面の平均変位速度(58μm/s程度)と同等になるはずである。
(Verification experiment 1)
In
図10は、第1の実験結果を表す図である。図10(A)は、第1比較例として上記式(6)に基づくポイント自己相関を用いた場合であってシステムノイズejを除去しない場合を示す。図10(B)は、第2比較例として上記式(8)基づく自己相関積分を用いた場合であってシステムノイズejを除去しない場合を示す。図10(C)は、本実施例として上記式(8)基づく自己相関積分を用いた場合であってシステムノイズejを除去した場合を示す。各図の左側は設定ライン数Nを11ラインとした場合を示し、右側は5ラインとした場合を示す。各図の横軸はz方向位置を示し、縦軸は算出された変位速度(血流速度)を示す。 FIG. 10 is a diagram showing the results of the first experiment. FIG. 10(A) shows the case where the point autocorrelation based on the above equation (6) is used as a first comparative example and the system noise e j is not removed. FIG. 10B shows a second comparative example in which the autocorrelation integration based on the above equation (8) is used and the system noise e j is not removed. FIG. 10(C) shows the case where the autocorrelation integration based on the above equation (8) is used as this embodiment and the system noise e j is removed. The left side of each figure shows the case where the set number of lines N is 11 lines, and the right side shows the case where it is 5 lines. In each figure, the horizontal axis indicates the z-direction position, and the vertical axis indicates the calculated displacement velocity (blood flow velocity).
図10(A)と(B)の比較により、ポイント自己相関を用いるよりも自己相関積分を用いる場合のほうが、変位速度のばらつきを効果的に抑制できることが分かる。一方で、いずれの場合にも、設定ライン数N、つまりアンサンブル平均をとるライン数を多くしたほうが、そのばらつきをより小さくできる。 A comparison of FIGS. 10A and 10B shows that the use of autocorrelation integration can more effectively suppress variations in displacement speed than point autocorrelation. On the other hand, in either case, the variation can be made smaller by increasing the set number of lines N, that is, the number of lines for which the ensemble average is taken.
そして図10(C)に示す本実施例によれば、さらに変位速度のばらつきを抑制できる。設定ライン数Nを小さく設定しても、ばらつきの差も小さく抑えられる。また、検出される変位速度の平均値が真値と良好に一致している(確度高い)。言い換えれば、設定ライン数Nを少なくしても、変位速度を高精度に得られることが分かる。このことは、OCT検出によるリアルタイム処理化に加え、変位速度検出の空間解像度の向上に都合が良いことを意味する。 Further, according to the present embodiment shown in FIG. 10C, it is possible to further suppress variations in displacement speed. Even if the set number of lines N is set small, the difference in variation can be kept small. Also, the average value of the detected displacement velocities well agrees with the true value (high accuracy). In other words, it can be seen that even if the set number of lines N is reduced, the displacement speed can be obtained with high accuracy. This means that in addition to real-time processing by OCT detection, it is convenient for improving the spatial resolution of displacement velocity detection.
(検証実験2)
検証実験2では、負荷機構により対象Wの表面の変位速度を大きく変化させている時刻において、変位速度の断層分布を演算した結果を示す。対象Wがバイオスキンであるため、本来であればその変位速度も負荷機構による表面の変位速度(65μm/sから35μm/s程度まで徐々に減少)と同等になるはずである。
(Verification experiment 2)
In
図11~図14は、第2の実験の方法および結果を表す図である。
図11(A)は、負荷装置の制御過程を示す。同図の横軸は時間の経過を示し、縦軸は負荷機構による変位速度を示す。図11(B)および(C)は、実験過程で得られるOCT画像を例示する。図11(A)において、正弦波形は圧電素子の変位を表し、矩形パルスはBスキャン1回分のフレーム取得タイミングを示す。本実験では、点線枠で示された時間のフレーム(Bスキャン画像)、つまり対象Wの変位速度が大きく変化するフレームについての演算結果を示す。
11-14 are diagrams representing the method and results of the second experiment.
FIG. 11(A) shows the control process of the load device. The horizontal axis in the figure indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the displacement speed by the load mechanism. FIGS. 11(B) and (C) illustrate OCT images obtained during the course of the experiment. In FIG. 11A, the sinusoidal waveform represents the displacement of the piezoelectric element, and the rectangular pulse represents the frame acquisition timing for one B scan. In this experiment, calculation results are shown for the frame (B-scan image) at the time indicated by the dotted line frame, that is, the frame in which the displacement speed of the target W changes greatly.
図12~図14は、実験過程で得られた演算結果を示す。図12(A)は、OCTにより取得されるBスキャン断層画像を示す。図12(B)は、自己相関積分により得られた位相差φi,jを示す。図12(C)は、対象Wの表面付近に設定した領域平均位相差φ- j Mを示す。図13(A)は位相差φi,jから領域平均位相差φ- j Mを減算した差分画像を示し、図13(B)はその差分画像に基づくシステムノイズejの演算結果を示す。図12(B)に示した位相差分布から図13(B)に示したシステムノイズを除去すると、図13(C)に示す変位速度による位相差φi,j Mの分布が得られる。この位相差分布についてアンサンブル平均を施してドップラー変調周波数fdを求め、変位速度を演算することにより、図14(A)に示す血流速度の断層分布が得られる。図14(B)は、その断層分布から得られる平均変位速度を表している。この結果は、上述した負荷機構による変位速度と整合している。すなわち、本実施例によるマイクロ断層可視化処理の有効性が確認された。 12 to 14 show calculation results obtained during the course of the experiment. FIG. 12A shows a B-scan tomographic image acquired by OCT. FIG. 12B shows the phase difference φ i,j obtained by autocorrelation integration. FIG. 12(C) shows the area average phase difference φ − j M set near the surface of the object W. FIG. FIG. 13(A) shows a difference image obtained by subtracting the area average phase difference φ − j M from the phase difference φ i,j , and FIG. 13(B) shows the calculation result of the system noise e j based on the difference image. By removing the system noise shown in FIG. 13(B) from the phase difference distribution shown in FIG. 12(B), the distribution of phase differences φ i,j M due to the displacement velocity shown in FIG. 13(C) is obtained. By applying ensemble averaging to this phase difference distribution to obtain the Doppler modulation frequency fd and calculating the displacement velocity, the tomographic distribution of the blood flow velocity shown in FIG. 14A is obtained. FIG. 14B shows the average displacement velocity obtained from the fault distribution. This result is consistent with the displacement speed by the load mechanism described above. That is, the effectiveness of the micro-tomographic visualization processing according to this example was confirmed.
以上説明したように、本実施例によれば、ガルバノ駆動ノイズの低減に加え、システムノイズの低減がなされ、変位速度を高精度に算出できるようになる。すなわち、光学機構の特性に起因するノイズを効果的に低減でき、OCTによる物理量の検出精度を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, system noise is reduced in addition to galvano drive noise, and the displacement speed can be calculated with high accuracy. In other words, it is possible to effectively reduce noise caused by the characteristics of the optical mechanism, and improve the accuracy of physical quantity detection by OCT.
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はその特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to these specific embodiments, and that various modifications are possible within the scope of the technical concept of the present invention. Nor.
上記実施例では、測定対象を生体組織とし、物理量として血流速度を演算する例を示した。変形例においては、負荷機構による負荷を作用させつつ、変位速度を算出することにより、物理量として粘弾性を演算してもよい。また、測定対象を再生組織(培養細胞)などとしてもよい。上記装置はリアルタイム性を実現しやすいため、例えば生体の再生治療に適用し、組織の生着性をモニタリングしてもよい。上記装置は、軟骨診断や皮膚診断等の医療分野だけでなく、美容整形分野やコズメティック産業分野など、様々な用途および分野に応用できる。また、測定対象を高分子基材料(樹脂材料)とし、物理量として粘弾性等を演算してもよい。 In the above embodiment, an example was shown in which the object to be measured is a living tissue and the blood flow velocity is calculated as a physical quantity. In a modification, the viscoelasticity may be calculated as a physical quantity by calculating the displacement speed while applying a load from the load mechanism. Alternatively, the object to be measured may be a regenerated tissue (cultured cell) or the like. Since the above-described device can easily realize real-time performance, it may be applied to, for example, regenerative treatment of a living body to monitor tissue engraftment. The above apparatus can be applied to various uses and fields, such as the medical field such as cartilage diagnosis and skin diagnosis, as well as the cosmetic surgery field and the cosmetic industry field. Alternatively, the object to be measured may be a polymer base material (resin material), and viscoelasticity or the like may be calculated as a physical quantity.
上記実施例では、OCTによる断層画像を二次元で取得する例を示したが、三次元で取得してもよい。すなわち、奥行方向(z方向)とx方向のみならず、y方向に走査し、組織の物理量を断層可視化してもよい。 In the above embodiment, an example of obtaining a two-dimensional tomographic image by OCT was shown, but it may be obtained three-dimensionally. That is, scanning may be performed not only in the depth direction (z direction) and x direction, but also in the y direction for tomographic visualization of the physical quantity of the tissue.
上記実施例ではTD-OCTを採用したが、SS-OCT(Swept Source OCT)、SD-OCT(Spectral Domain OCT)その他のOCTを採用してもよい。 Although TD-OCT is used in the above embodiment, SS-OCT (Swept Source OCT), SD-OCT (Spectral Domain OCT), and other OCT may be used.
なお、本発明は上記実施例や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施例や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施例や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention. Various inventions may be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments and modifications. Also, some constituent elements may be deleted from all the constituent elements shown in the above embodiments and modifications.
1 OCT装置、2 光源、4 サンプルアーム、6 リファレンスアーム、8 光学機構、10 光学機構、12 光検出装置、14 処理部、16 表示装置、18 カプラー、30 コリメータレンズ、32 ガルバノスキャナ、34 対物レンズ、36 ガルバノ駆動回路、40 コリメータレンズ、42 回折格子、44 湾曲ミラー、46 レゾナントスキャナ、50 参照鏡、52 アクチュエータ、54 レゾナント駆動回路、56 速度センサ、60 光検出器、62 フィルタ、70 制御演算部、W 測定対象。 1 OCT device, 2 light source, 4 sample arm, 6 reference arm, 8 optical mechanism, 10 optical mechanism, 12 photodetector, 14 processing unit, 16 display device, 18 coupler, 30 collimator lens, 32 galvano scanner, 34 objective lens , 36 galvanometer drive circuit, 40 collimator lens, 42 diffraction grating, 44 curved mirror, 46 resonant scanner, 50 reference mirror, 52 actuator, 54 resonant drive circuit, 56 speed sensor, 60 photodetector, 62 filter, 70 control arithmetic unit , W to be measured.
Claims (9)
光源と、
前記光源からの光を、前記測定対象を経由するサンプルアームと、参照鏡を経由するリファレンスアームとに分けるビームスプリッタと、
前記サンプルアームに導かれた光を前記測定対象の奥行方向に走査させるAスキャンを実行する奥行方向走査部と、
前記Aスキャンの軸を前記奥行方向と垂直な方向にずらしてBスキャンを実行するために駆動される横方向走査部と、
前記測定対象にて反射した物体光と前記参照鏡にて反射した参照光とが重畳された干渉光を検出する光検出装置と、
前記奥行方向走査部および前記横方向走査部を制御しつつ、前記光検出装置を経て入力された光干渉信号を処理し、前記測定対象における前記物理量の断層分布を演算する処理部と、
算出された物理量の断層分布を可視化する態様で表示する表示装置と、
を備え、
前記処理部は、前記横方向走査部を断続的に駆動し、前記横方向走査部の停止中に前記光干渉信号の取得を実行し、
前記奥行方向走査部は、
前記参照鏡を往復回動させる駆動回路と、
前記参照鏡の回動に同期したパルス信号を出力する出力回路と、
を含み、
前記処理部は、
前記パルス信号に基づき、前記参照鏡の一方向への回動開始で立ち上り、他方向への回動開始で立ち下がるトリガ信号を取得し、
前記トリガ信号の立ち上がりおよび立ち下がりの一方をトリガとして前記横方向走査部の駆動を開始し、
前記トリガ信号の立ち上がりおよび立ち下がりの他方をトリガとして前記光干渉信号の取得を開始することを特徴とするマイクロ断層可視化装置。 A micro tomographic visualization device for tomographically visualizing a predetermined physical quantity in a measurement object,
a light source;
a beam splitter that splits the light from the light source into a sample arm that passes through the measurement object and a reference arm that passes through a reference mirror;
a depth direction scanning unit that performs an A-scan for scanning the light guided to the sample arm in the depth direction of the measurement object;
a lateral scanning unit driven to perform B scanning by shifting the axis of the A scanning in a direction perpendicular to the depth direction;
a photodetector for detecting interference light in which the object light reflected by the measurement target and the reference light reflected by the reference mirror are superimposed;
a processing unit that controls the depth direction scanning unit and the lateral direction scanning unit, processes an optical interference signal input via the photodetector, and calculates a tomographic distribution of the physical quantity in the measurement target;
A display device that displays the calculated tomographic distribution of the physical quantity in a visual form;
with
The processing unit intermittently drives the horizontal scanning unit, acquires the optical interference signal while the horizontal scanning unit is stopped ,
The depth direction scanning unit
a driving circuit for reciprocatingly rotating the reference mirror;
an output circuit that outputs a pulse signal synchronized with the rotation of the reference mirror;
including
The processing unit is
acquiring a trigger signal that rises when the reference mirror starts rotating in one direction and falls when the reference mirror starts rotating in the other direction, based on the pulse signal;
using one of the rising and falling edges of the trigger signal as a trigger to start driving the horizontal scanning unit;
A micro-tomographic visualization apparatus characterized in that acquisition of the optical interference signal is started using the other of the rise and fall of the trigger signal as a trigger .
光源と、
前記光源からの光を、前記測定対象を経由するサンプルアームと、参照鏡を経由するリファレンスアームとに分けるビームスプリッタと、
前記サンプルアームに導かれた光を前記測定対象の奥行方向に走査させるAスキャンを実行する奥行方向走査部と、
前記Aスキャンの軸を前記奥行方向と垂直な方向にずらしてBスキャンを実行するために駆動される横方向走査部と、
前記測定対象にて反射した物体光と前記参照鏡にて反射した参照光とが重畳された干渉光を検出する光検出装置と、
前記奥行方向走査部および前記横方向走査部を制御しつつ、前記光検出装置を経て入力された光干渉信号を処理し、前記測定対象における前記物理量の断層分布を演算する処理部と、
算出された物理量の断層分布を可視化する態様で表示する表示装置と、
を備え、
前記処理部は、前記横方向走査部を断続的に駆動し、前記横方向走査部の停止中に前記光干渉信号の取得を実行し、
前記奥行方向走査部は、前記参照鏡を含むレゾナントスキャナであり、
前記処理部は、前記物理量の断層分布の演算処理において、前記レゾナントスキャナの駆動に伴って生じるシステムノイズを除去することを特徴とするマイクロ断層可視化装置。 A micro tomographic visualization device for tomographically visualizing a predetermined physical quantity in a measurement object,
a light source;
a beam splitter that splits the light from the light source into a sample arm that passes through the measurement object and a reference arm that passes through a reference mirror;
a depth direction scanning unit that performs an A-scan for scanning the light guided to the sample arm in the depth direction of the measurement object;
a lateral scanning unit driven to perform B scanning by shifting the axis of the A scanning in a direction perpendicular to the depth direction;
a photodetector for detecting interference light in which the object light reflected by the measurement target and the reference light reflected by the reference mirror are superimposed;
a processing unit that controls the depth direction scanning unit and the lateral direction scanning unit, processes an optical interference signal input via the photodetector, and calculates a tomographic distribution of the physical quantity in the measurement target;
A display device that displays the calculated tomographic distribution of the physical quantity in a visible form;
with
The processing unit intermittently drives the horizontal scanning unit, acquires the optical interference signal while the horizontal scanning unit is stopped,
The depth direction scanning unit is a resonant scanner including the reference mirror,
The micro tomographic visualization apparatus, wherein the processing unit removes system noise caused by driving the resonant scanner in the arithmetic processing of the tomographic distribution of the physical quantity.
連続取得したAスキャンデータについて前記奥行方向の所定範囲の自己相関を演算し、その自己相関に基づいて位相差を算出し、
算出された位相差に基づいて前記システムノイズを算出することを特徴とする請求項3に記載のマイクロ断層可視化装置。 The processing unit is
calculating the autocorrelation in a predetermined range in the depth direction for the continuously acquired A-scan data, and calculating the phase difference based on the autocorrelation;
4. The micro-tomography visualization apparatus according to claim 3 , wherein the system noise is calculated based on the calculated phase difference.
隣接する2ラインのAスキャンデータについて自己相関を順次演算し、その2ラインごとの位相差を演算し、
前記2ラインを含む3ライン以上かつ設定ライン未満の所定ライン区間において、所定の高剛性領域について領域平均位相差を算出し、
前記2ラインごとの位相差から前記領域平均位相差を減算することにより、各ラインについて前記システムノイズを算出することを特徴とする請求項4に記載のマイクロ断層可視化装置。 The processing unit is
Sequentially calculating the autocorrelation for the A-scan data of two adjacent lines, calculating the phase difference for each two lines,
In a predetermined line section of three lines or more including the two lines and less than the set line, an area average phase difference is calculated for a predetermined high-rigidity area,
5. The micro-tomographic visualization apparatus according to claim 4 , wherein the system noise for each line is calculated by subtracting the region average phase difference from the phase difference for every two lines.
前記所定ライン区間に対応するラインについて、各2ライン間について算出された位相差から前記システムノイズを除去し、
システムノイズ除去後の位相差に基づいてドップラー変調周波数を演算し、
前記ドップラー変調周波数に基づいて変位速度を算出し、
前記変位速度に基づいて前記物理量の断層分布を演算することを特徴とする請求項5に記載のマイクロ断層可視化装置。 The processing unit is
removing the system noise from the phase difference calculated between each two lines for the lines corresponding to the predetermined line section;
Calculate the Doppler modulation frequency based on the phase difference after removing system noise,
calculating a displacement velocity based on the Doppler modulation frequency;
6. The micro tomographic visualization apparatus according to claim 5 , wherein the tomographic distribution of said physical quantity is calculated based on said displacement velocity.
前記物理量が前記生体組織の血流速度であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載のマイクロ断層可視化装置。 the object to be measured is a biological tissue;
7. The micro-tomography visualization apparatus according to claim 1 , wherein said physical quantity is a blood flow velocity of said living tissue.
前記測定対象の奥行方向に光を走査させるAスキャンを、前記奥行方向と垂直な方向に1ラインずつずらしつつ繰り返し実行し、二次元断層画像を生成するための設定ライン数のAスキャンデータを得るスキャン工程と、
隣接する2ラインのAスキャンデータについて自己相関を順次演算し、その2ラインごとの位相差を演算する位相差演算工程と、
前記2ラインごとの位相差に基づいて各ラインのシステムノイズを算出するノイズ演算工程と、
各2ライン間について算出された位相差から前記システムノイズを除去するノイズ除去工程と、
システムノイズ除去後の位相差に基づいてドップラー変調周波数を演算するドップラー変調周波数演算工程と、
ドップラー変調周波数に基づいて変位速度を算出する変位速度演算工程と、
前記変位速度に基づいて前記物理量の断層分布を表示する表示工程と、
を備えることを特徴とするマイクロ断層可視化方法。 A micro tomographic visualization method for tomographically visualizing a predetermined physical quantity in a measurement object by using optical coherence tomography,
An A-scan for scanning light in the depth direction of the object to be measured is repeatedly performed while shifting one line at a time in a direction perpendicular to the depth direction to obtain A-scan data of a set number of lines for generating a two-dimensional tomographic image. a scanning process;
A phase difference calculation step of sequentially calculating autocorrelation for A-scan data of two adjacent lines and calculating a phase difference for each two lines;
a noise calculation step of calculating system noise for each line based on the phase difference for every two lines;
a noise removal step of removing the system noise from the phase difference calculated between each two lines;
A Doppler modulation frequency calculation step of calculating a Doppler modulation frequency based on the phase difference after removing system noise;
a displacement velocity calculation step of calculating a displacement velocity based on the Doppler modulation frequency;
a display step of displaying the fault distribution of the physical quantity based on the displacement velocity;
A micro-tomographic visualization method, comprising:
前記ノイズ演算工程は、前記2ラインごとの位相差から前記領域平均位相差を減算することにより、各ラインのシステムノイズを算出し、
前記ノイズ除去工程は、前記所定ライン区間に対応するラインについて、各2ライン間について算出された位相差から前記システムノイズを除去することを特徴とする請求項8に記載のマイクロ断層可視化方法。 Further comprising an area average phase difference calculation step of calculating an area average phase difference for a predetermined high stiffness area in a predetermined line section of three lines or more including the two lines and less than the set number of lines,
The noise calculation step calculates system noise for each line by subtracting the area average phase difference from the phase difference for every two lines,
9. The micro-tomographic visualization method according to claim 8 , wherein the noise removal step removes the system noise from the phase difference calculated between each two lines for the lines corresponding to the predetermined line section.
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