CN102843958A - 光学相干断层图像摄像设备及其控制设备 - Google Patents

Abstract

一种断层图像摄像设备，用于根据多个干涉光束的信号获取被检物的断层图像或截面图像，其中所述多个干涉光束是通过向所述被检物照射多个测量光束并使所述测量光束的返回光束干涉参考光束所获得的，所述断层图像摄像设备包括：传感器，用于检测所述多个干涉光束以获取所述多个干涉光束的信号；获取单元，用于获取所述断层图像摄像设备内的与所述多个干涉光束各自相对应的光学特性；以及生成单元，用于基于所述多个干涉光束的信号和所述光学特性来生成所述被检物的断层图像或截面图像。

Description

光学相干断层图像摄像设备及其控制设备

技术领域

本发明涉及一种断层图像摄像设备和该断层图像摄像设备的控制设备。

背景技术

当前，使用了实现眼科设备的各种光学设备。例如，作为用于观察眼睛的光学设备，存在前眼部摄像设备、眼底照相机和共焦激光扫描检眼镜。在这些设备中，存在利用使用低相干光的光学相干断层成像仪(OCT)来拍摄被检物的高分辨率断层图像的光学断层图像摄像设备。因而，光学断层图像摄像设备正成为对于视网膜专科门诊而言必不可少的眼科设备。在以下说明中，作为OCT设备来描述使用光学相干断层成像仪的设备。

上述的OCT设备通过将低相干光束分割成参考光束和测量光束、将测量光束引导至被检物上、并使来自该被检物的返回光束与参考光束干涉，来测量该被检物的截面。换句话说，通过利用测量光束扫描被检物，可以获得二维或三维的断层图像。在被检物是诸如眼睛等的活体的情况下，图像可能由于眼睛的运动而失真。因此，要求以高速和高感光度测量被检物的图像。

作为用于以高速和高感光度测量物体的方法，日本特表2008-508068论述了用于同时测量被检物的多个点的方法。根据该方法，通过利用狭缝对从一个光源照射出的光束进行分割来生成多个光源。然后，所获得的各光束由分束器分割成测量光束和参考光束。测量光束指向被检物。然后，从被检物的返回光束与参考光束由该分束器合成。之后，多个合成光束入射到光栅上，并且二维传感器同时检测到这些合成光束。因而，日本特表2008-508068所讨论的方法通过同时使用多个测量光束实现了物体的高速测量。

然而，在通过将同时测量多个点所获得的多个断层图像结合到一起来生成一个图像的情况下，连接部根据光学系统的结构而变得明显。换句话说，在各点的测量所使用的光学系统的组件完全等同的情况下，连接部不会成为问题。然而，在组件不等同的情况下，由于在断层图像的深度方向上存在差异，因此可能发生对比度或分辨率的差异。

此外，在根据从用于使用多个测量光束同时测量多个点的OCT设备所获得的三维数据来生成二维强度图像(与测量光束垂直的方向上的截面图像)时，根据该设备的结构，所获得的二维强度图像可能是各区域之间的差异明显的截面图像。例如，在根据同时进行多个点的测量所获得的断层图像来生成一个截面图像的情况下，根据光学系统的结构，连接部可能明显。换句话说，在多个点的测量所使用的光学系统完全等同的情况下，不会发生问题。然而，在各系统不等同的情况下，在断层图像的深度方向上图像的对比度或分辨率可能不一致。

发明内容

本发明旨在使得由在如下断层图像摄像设备内的光学系统所引起的截面图像之间的差异或者截面图像内的各区域之间的差异不太明显，其中，该断层图像摄像设备用于从通过使用多个测量光束所获得的多个合成光束的信号获得截面图像。

根据本发明的方面，一种断层图像摄像设备，用于根据多个干涉光束的信号获取被检物的断层图像或截面图像，其中所述多个干涉光束是通过向所述被检物照射多个测量光束并使所述测量光束的返回光束与参考光束干涉所获得的，所述断层图像摄像设备包括：传感器，用于检测所述多个干涉光束以获取所述多个干涉光束的信号；获取部件，用于获取所述断层图像摄像设备内的与所述多个干涉光束各自相对应的光学特性；以及生成部件，用于基于所述多个干涉光束的信号和所述光学特性来生成所述被检物的断层图像或截面图像。

通过以下参考附图对典型实施例的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的典型实施例、特征和方面，并和说明书一起用来解释本发明的原理。

图1示出根据本发明第一典型实施例的光学断层图像摄像设备的结构。

图2示出根据第一典型实施例的分光器的结构。

图3示出滚降(roll-off)的示例。

图4示出根据第一典型实施例的信号处理过程。

图5A示出根据第一典型实施例的眼底。

图5B示出根据第一典型实施例的A-A'线截面。

图5C示出根据第一典型实施例的B-B'线截面。

图6示出根据本发明第二典型实施例的光学断层图像摄像设备的结构。

图7示出色散补偿之后的深度分辨率。

图8示出根据本发明第三典型实施例的信号处理过程。

图9A示出根据第三典型实施例的模型眼的二维强度图像。

图9B示出根据第三典型实施例的模型眼的各区域的断层图像。

图10示出根据本发明第四典型实施例的信号处理过程。

图11示出根据第四典型实施例的断层图像的三维配置。

图12A示出根据本发明第五典型实施例的信号处理过程。

图12B示出根据第五典型实施例的波长滤波器。

图13A示出根据第五典型实施例的在不使用滤波器的情况下所拍摄的二维强度图像。

图13B示出根据第五典型实施例的使用深度滤波器所拍摄的二维强度图像。

图13C示出根据第五典型实施例的使用波长滤波器所拍摄的二维强度图像。

具体实施方式

以下将参考附图来详细说明本发明的各种典型实施例、特征和方面。

图1示出根据本发明第一典型实施例的光学断层图像摄像设备的结构。如图1所示，OCT设备100整体构成迈克尔逊(Michelson)干涉仪。根据本实施例，由于分光器的结构特性的差异而产生的图像的连接部的差异不太明显。本实施例和其它典型实施例的各功能的处理可以通过计算机从记录介质读取计算机可执行程序并执行该计算机可执行程序来进行。

首先，将参考图1来说明根据本实施例的断层图像摄像设备和该断层图像摄像设备的控制设备的结构。

从光源101照射的出射光束104在由单模光纤110进行引导之后入射到光学耦合器156上，并且由光学耦合器156分割成出射光束104-1~104-3。出射光束104-1~104-3分别通过第一光路、第二光路和第三光路。

此外，这三个出射光束104-1~104-3通过偏光控制器153-1，并且分别由光学耦合器131-1~131-3分割成参考光束105-1~105-3和测量光束106-1~106-3。这三个测量光束106-1~106-3由作为观察对象的被检眼107的视网膜127的各测量点所反射或散射，然后作为返回光束108-1~108-3返回。

然后，返回光束108-1~108-3和已经由参考光路行进的参考光束105-1~105-3由光学耦合器131-1~131-3进行光学复用而成为合成光束142-1~142-3。合成光束142-1~142-3由透过型衍射光栅141根据波长进行分光并且入射到线传感器139上。线传感器139按照各传感器元件将各波长的光强度转换成电压。然后，通过使用所获得的信号来获得被检眼107的断层图像。

接着，将说明光源101的结构。光源101是作为代表性的低相干光源的超发光二极管(SLD)。由于光束用来测量被检者的眼睛，因此近红外光是适当的。此外，由于波长对所获得的断层图像在水平方向上的分辨率产生影响，因此期望光的波长短。这里，使用中心波长为840nm且波长宽度为50nm的光束。可以根据要观察的测量部位来选择不同的波长。此外，尽管在以下说明中选择SLD作为光源，但可以使用不同的光源，只要该光源可以发出低相干光即可。因而，还可以使用通过放大自发辐射(ASE)所产生的光。

接着，将说明参考光束105的参考光路。由光学耦合器131-1~131-3分割得到的三个参考光束105-1~105-3通过偏光控制器153-2并且经由透镜135-1成为近似平行光束。然后，参考光束105-1~105-3通过色散补偿玻璃115并且由透镜135-2聚光于镜114上。之后，参考光束105-1~105-3的方向因镜114而改变，并且参考光束105-1~105-3被再次指向光学耦合器131-1~131-3。之后，参考光束105-1~105-3通过光学耦合器131-1~131-3，并且被引导至线传感器139。色散补偿玻璃115用于针对参考光束105、对在测量光束106行进至被检眼107并经由扫描光学系统返回时所发生的色散进行补偿。

在以下说明中，例如使用日本人的平均眼球直径、即L=23mm。此外，设置有电动台117。电动台117在由箭头所表示的方向上移动。电动台117用于对参考光束105的光路长度进行调整/控制。此外，电动台117由计算机125来控制。根据本实施例，尽管对于三个光路分别使用镜114、电动台117和色散补偿玻璃115的这些相同组件，但也可以使用不同的组件。

接着，将说明测量光束106的测量光路。由光学耦合器131-1~131-3分割得到的各测量光束106-1~106-3通过偏光控制器153-4并且入射到透镜120-3上。各测量光束106-1~106-3从透镜120-3作为平行光束出射，并且入射到扫描光学系统中所包括的XY扫描器119的镜上。尽管为了简化说明、将XY扫描器119描述为一个镜，但该XY扫描器实际包括彼此靠近配置的X扫描镜和Y扫描镜这两个镜。XY扫描器119在相对于光轴的垂直方向上对视网膜127进行光栅扫描。

对透镜120-1和透镜120-3进行调整，以使得各测量光束106-1~106-3的中心与XY扫描器119的镜的转动中心大致一致。透镜120-1和120-2是使测量光束106-1~106-3对视网膜127进行扫描的光学系统。以角膜126附近的点作为支点，测量光束106对视网膜127进行扫描。各测量光束106-1~106-3在视网膜上的任意位置处形成图像。

电动台117-2在由箭头所表示的方向上移动并且用于对透镜120-2的位置进行调整/控制。通过对透镜120-2的位置进行调整，操作者可以使各测量光束106-1~106-3聚光于被检眼107的视网膜127的期望层并进行观察。当测量光束106-1~106-3入射至被检眼107上时，这些光束从视网膜127反射或散射。然后，返回光束108-1~108-3通过光学耦合器131-1~131-3并且被引导至线传感器139。电动台117-2由计算机125来控制。根据上述结构，可以同时扫描三个测量光束。

接着，将说明检测系统的结构。从视网膜127反射或散射的返回光束108-1~108-3与参考光束105-1~105-3由光学耦合器131-1~131-3进行光学复用。然后，光学复用后的合成光束142-1~142-3入射到分光器上。结果，获得了光谱。通过计算机125对该光谱进行信号处理来获得断层图像。

接着，将说明分光器。根据本实施例的分光器的结构，利用一个线传感器对多个合成光束进行处理。因而，与包括二维传感器的分光器相比，实现了低成本的分光器。

图2示出图1所示的分光器的详细结构。在图2中，三个合成光束142-1~142-3入射到分光器上。光纤端160-1~160-3间隔配置。合成光束142-1~142-3分别在光纤端160-1~160-3处入射。预先调整光纤端160-1~160-3的方向，以使得这些合成光束垂直地、换句话说以远心方式入射到透镜135的主平面上。

合成光束入射到透镜135上。合成光束142-1~142-3经由透镜135变得大致平行，并且这三个合成光束142-1~142-3入射到透过型衍射光栅141上。为了降低光量的损失，需要将透过型衍射光栅141的位置配置在光学系统的光瞳附近，并且在透过型衍射光栅141的表面上设置光阑。此外，由于透过型衍射光栅141相对于透镜135的主平面成角度配置，因此在透过型衍射光栅141的表面上光束呈椭圆形。因而，透过型衍射光栅141的表面上的光阑需要呈椭圆形。

已由透过型衍射光栅141进行了衍射的各合成光束142-1~142-3入射到透镜143上。关于图2所示的衍射合成光束，仅例示出中心波长的光束并且仅例示出其它波长的衍射合成光束的主光线，从而简化说明。利用入射到透镜143上的已发生衍射的各合成光束142-1~142-3在线传感器139上进行图像形成，并且在由箭头161-1~161-3所表示的位置处观察到光谱。

表1概述本实施例中所使用的测量光束的波长的上限和下限以及中心波长840nm。如从该表可以看出，衍射角根据入射角而改变。结果，图像形成位置根据合成光束而改变。此外，当使用每像素为12微米的传感器元件来进行检测时的像素数根据各合成光束而改变。换句话说，根据断层图像摄像设备内的光学系统的结构，各合成光束在线传感器139上的分布特性改变。

表1

第一典型实施例中合成光束与线传感器上的图像形成位置之间的关系

接着，将通过使用分光器所获得的光谱、利用简单的模型来说明在线传感器上OCT信号失真的原因。尽管分光器被设计成针对波长以固定间隔获得数据，但由于通过信号处理针对波数将该数据转换成固定间隔，因此在以下说明中假设针对波数实现等间隔。首先，根据波数k将分光之后的光谱表示为s(k)。由于分光器的线传感器的大小有限，因此如果将窗函数表示为g(k)，则将通过以下等式(1)来获得分光器所获得的光谱。

数学式1

$\tilde{s}\left(k\right)=\∫s\left(k\right)\·g(k-\mathrm{\κ})\mathrm{d\κ}---\left(1\right)$

OCT可以通过对波数光谱进行傅里叶变换来获得。因而，由于等式(1)是卷积积分，因此如以下等式(2)所示，OCT等于傅里叶变换之后的函数的相乘。

数学式2

$\mathrm{FFT}\left(\tilde{s}\left(k\right)\right)=\mathrm{FFT}\left(s\right)\·\mathrm{FFT}\left(g\right)=S\left(z\right)\·G\left(z\right)---\left(2\right)$

如果窗函数g(k)是宽度为W且高度为1的方波，则将其傅里叶变换表示为以下等式(3)。

数学式3

$G\left(z\right)=W\frac{\sin (\mathrm{zW}/2)}{\mathrm{zW}/2}---\left(3\right)$

换句话说，在理想的OCT图像是FFT(s)的情况下，由于乘以诸如等式(3)中的正弦函数，因此强度从原点到第一个波节衰减。这通常被称为滚降(衰减特性)。此外，滚降根据宽度W而改变。换句话说，由于宽度W与分光器的分辨率(波数)相对应，因此在分辨率良好的情况下，滚降的斜率缓和。在分辨率不好的情况下，滚降的斜率陡峭。

图3示出滚降的示例。横轴表示距离并且纵轴表示强度(数字值/12位传感器)。该测量中所使用的光学系统等同于基于图1所示的参考光路的不具有色散补偿玻璃115的两个光路，并且不具有扫描器。

测量光路中镜的位置相对于相干门在-2000~2000微米之间离散地改变。在各位置处测量相干函数并对所获得的数据进行标绘。相干门是在参考光路的光路长度等于测量光路的光路长度的位置。此外，由于原点附近的区域与光源的自相关函数相关，因此原点附近的数据被排除。虚线表示通过标绘相干函数的各峰值所获得的包络线。虚线示出强度随着相对于相干门的距离增加而减弱并且发生了滚降。

图4示出第一典型实施例的信号处理的步骤。

在步骤A1中，开始测量。在开始该测量之前，启动OCT设备并使被检眼就位。此外，操作者进行该测量所需的调整。

在步骤A2中，线传感器139检测通过经由XY扫描器119利用三个测量光束106-1~106-3进行扫描所获得的信号。用作第一获取部件的计算机125获取检测到的数据。

图5A是眼底501和测量光束的扫描范围的示意图。眼底501包括黄斑502、视神经乳头503和血管504。三个测量光束分别扫描第一扫描范围505、第二扫描范围506和第三扫描范围507。各区域与相邻区域具有重叠部。第一扫描范围505和第二扫描范围506具有重叠部508。第二扫描范围506和第三扫描范围507具有重叠部509。重叠部的面积约为扫描范围的20%。

如图所示设置坐标轴。x方向是快速扫描方向。y方向是慢速扫描方向。z方向是从纸面的后侧向着前侧的方向。在以下说明中，针对一个测量光束，在x方向上扫描512行并且在y方向上扫描200行。此外，在y方向上，除重叠部以外，利用三个测量光束扫描512行。

根据这三个测量光束得到的合成光束142-1~142-3入射到线传感器139上。然后，获取到4096个像素的一维数据。以二维排列的数据为单位来存储x方向上的连续512行(4096×512、12位)。当扫描结束时，针对一个测量光束将存储200个数据。

在步骤A3中，计算机125使用从线传感器139获取的数据来生成与各测量光束相对应的断层图像。要生成的断层图像是与测量光束的照射方向平行的截面的断层图像。计算机125还用作第二获取部件，其中，该第二获取部件用于获取各合成光束在线传感器139上的分布特性的数据，以对断层图像进行校正。

接着，将对作为由于光学系统的结构而引起的眼底在深度方向上的差异的、断层图像的物理分辨率进行说明。该分辨率通常由光源的带宽来确定。关于谱域(SD)-OCT，如果信号处理中所使用的像素的最大和最小与光源的波数的最大和最小一致，则通过以下等式(4)来表示该分辨率。

数学式4

$\mathrm{\δL}=\frac{1}{2\mathrm{\ΔK}}---\left(4\right)$

因而，如果波长为815nm~865nm，则在空气中分辨率为7微米。此外，该值与一个像素的距离一致。例如，如果一个像素的距离为7微米，则图3的1000微米的位置为142个像素。然而，在如表1所示、像素数根据合成光束而改变的情况下，图像大小会针对三个测量光束而有所不同，这将造成不便。因而，增加像素数以获得大小相同的图像。通过增加零像素(补零)来生成2的n次幂的数据、使得可以进行高速傅里叶变换是方便的。

另一方面，这表示带宽已在数值上增加并且每像素的等效距离缩小。例如，关于合成光束142-2，有效像素数为870，并且添加有154个零。如果将零均等地添加到前后位置，则认为频带约为810nm~869nm。因而，每像素的等效距离(换算成与一个像素相对应的物理距离)为6微米。当然，如果计算中所使用的像素的距离窄于光源的频带，则每像素的等效距离与物理分辨率相比变差。

在使每行的像素数匹配(在这种情况下为1024)之后进行断层图像的生成。断层图像的生成根据诸如固定噪声消除、波长波数转换和傅立叶变换等的OCT图像的一般生成处理来进行。

接着，图5B是沿着线A-A'所截取的截面的B扫描图像。由于图5B所示的B扫描图像通过使用单个测量光束来获得，因此该图像是自然的。另一方面，图5C是沿着线B-B'所截取的截面的B扫描图像。因为图5C所示的B扫描图像通过使用不同的合成光束来获得，所以由于针对每一像素的分辨率的差异而发生截面的不连续。因为在界面处诸如血管等的结构消失或出现，所以这对沿着线C-C'所拍摄的C扫描图像产生极大影响。此外，除了由于分辨率所引起的差异以外，也会发生因滚降的差异所引起的对比度的差异。

在步骤A3中，获得与各合成光束相对应的Db(p,q,r)的断层图像。“p”表示z方向。尽管每行的像素数为1024，但由于像素根据傅里叶变换呈对称，因此仅提取像素0~511。“q”表示x方向(像素0~511)。“r”表示y方向(像素0~199)。此外，“b”表示合成光束的编号(1~3)。

作为数据扩展方法，可以预先对光谱数据进行插值从而呈现1024个像素的光谱，然后进行傅里叶变换。此外，可以将每行的像素数设置为表1内的像素数，然后可以在生成各断层图像之后进行插值。

在步骤A4中，进行深度方向上的校正。首先，进行z方向上的再采样。这是为了使每像素的等效距离在三个测量光束之间一致。这里，一个像素的基准距离是第二个测量光束(测量区域的中央部处的测量光束)的等效距离。在进行直线插值的情况下，通过使用最大整数函数、用以下等式(5)来表示该直线插值，其中，各测量光束的每像素的等效距离为Lb。[x]是不超过“x”的最大整数。此外，由于关于q和r的情况相同，因此仅使用z方向的p。

数学式5

$H_b\left(p\right)=(1-\frac{p{L}_b}{L_2}+[\frac{p{L}_b}{L_2}\left]\right)D_b\left(\right[\frac{p{L}_b}{L_2}\left]\right)+(\frac{p{L}_b}{L_2}-[\frac{p{L}_b}{L_2}\left]\right)D_b\left(\right[\frac{p{L}_b}{L_2}]+1)---\left(5\right)$

作为该插值的结果，尽管针对各测量光束的元素数不同，但将该数量调整为最小元素数。此外，还可以进一步减小该元素数。特别地，在被检物是眼睛的情况下，由于每像素的等效距离为6微米，因此400个像素对应于2.4mm。因而，足以对视网膜进行测量。这里，i为0~399。

接着，对沿着z方向的深度方向上的对比度进行标准化。预先通过模拟来测量或获得所有测量光束的滚降特性。

在滚降特性为Rb(p)的情况下，通过以下等式(6)来表示对比度。

数学式6

H_b(p，q，r)＝D_b(p，q，r)/R_b(p)    (6)

可以对滚降特性进行调整以适合第二个测量光束。

数学式7

H_b(p，q，r)＝D_b(p，q，r)/R_b(p)×R₂(p)    (7)

在步骤A5中，对测量光束的图像进行对准。换句话说，在被检物是诸如眼睛等的运动物体的情况下，由于该测量的时间差，因此图像的位置可能偏移。换句话说，从图5A的左上方起在x方向上同时扫描该图的第一区域~第三区域。此时，尽管需要相同位置的数据，但重叠部508和509可能由于测量光束而错位。在这种情况下，将这些重叠区域内的例如血管的特征点进行匹配。

在步骤A4中，在根据等式(7)进行标准化的情况下，使图像在深度方向上移动意味着对比度根据滚降特性而改变。因而，可以在步骤A5之后进行对比度调整。预先调整该设备以使得在观察未移动的被摄体的情况下不会发生不对准。

在步骤A6中，生成断层图像。根据上述信号处理，可以获得3D体数据。然后，可以生成各部分自然地相连接的图像。即使该图像在线A-A'的截面、线B-B'的截面或线C-C'的截面上的任意位置处被切断，各部分也自然地相连接。

在步骤A7中，该测量结束。如果存在不同的被检体，则重复上述步骤。

在测量数据可用的情况下，可以通过简单地对该测量数据添加信号处理来获得断层图像。

根据上述处理，通过减少主要由于分光器的特性所引起的图像之间的差异，可以获得连接部不明显的断层图像。

接着，将说明本发明的第二典型实施例。在以下说明中，主要说明不同于第一典型实施例的几点。如图6所示，根据本实施例的OCT设备600构成与第一典型实施例所述的迈克尔逊干涉仪相同的迈克尔逊干涉仪。不同于第一典型实施例的点如下：色散补偿玻璃601包括与各测量光束相对应的厚度不同的部分，并且对于这些测量光束使用等同的三个分光器。

现在，将说明在进行宽视角测量的情况下要解决的问题。关于测量光路，测量光束106-1~106-3通过透镜120-1、120-2和120-3的位置不同。这意味着发生了与透镜像差有关的问题。为了解决该问题，色散补偿玻璃的参考光束105-1和105-3所通过的位置比该色散补偿玻璃的参考光束105-2所通过的位置薄。

换句话说，在进行宽视角测量的情况下，如果与第一典型实施例相同、色散补偿玻璃的厚度均匀，则在透镜的周边部发生分辨率在深度方向和水平方向上的下降。其原因是尽管各测量光束通过以二维方式进行扫描通过玻璃的厚度不同的位置，但色散补偿玻璃被设置成具有均匀厚度。

在宽视角的情况下，周边部的玻璃的厚度的差尤其增大。另一方面，如本实施例那样，在色散补偿玻璃的厚度改变的情况下，针对边界的图像的连接部将明显。由于在检测光路上设置了等同的分光器，因此使与分光器有关的连接部的问题最小化。

接着，将详细说明色散的影响。关于以上说明中使用的图3所示的包络线，即使考虑到测量错误，正侧和负侧在严格意义上也不对称。这是由于干涉仪中所使用的构件的差异而引起的。例如，该构件是光学耦合器或光纤。因而，即使光学系统简单，该系统也存在由于各构件所引起的微小差异。因而，在与第二典型实施例相同、参考光路内的色散补偿玻璃的厚度改变并且使用与宽视角相对应的测量光路的情况下，不仅发生衰减曲线的差异还会发生深度分辨率的差异。

在该差异是由于色散差异所引起的情况下，可以通过信号处理对色散进行补偿。尽管色散的巨大差异需要玻璃来进行校正，但在该差异小的情况下可以通过信号处理来进行校正。该信号处理通过使用作为分析函数的希尔伯特(Hilbert)变换来进行。

换句话说，在等式(1)的光谱是实部、并且Hilbert变换(HT)之后的等式(1)的光谱是虚部的情况下，通过使用虚数单位i，通过以下等式(8)来获得分析函数。

数学式8

$S\left(k\right)=\tilde{s}\left(k\right)+\mathrm{iHT}\left(\tilde{s}\left(k\right)\right)=\left|\tilde{s}\left(k\right)\right|\exp \left(\mathrm{i\φ}\right)---\left(8\right)$

针对等式(8)的相位成分，对以下等式(9)中的二次项(a₂)和三次项(a₃)的相位成分进行校正。

数学式9

φ(k)＝φ₀(k)-a₂(k-k₀)²-a₃(k-k₀)³    (9)

k₀表示波数的中心并且φ₀表示初始相位。通过利用新光谱替换校正之后的等式(8)的实部，可以通过信号处理来进行相位补偿。

接着，将说明将厚度为17mm的玻璃和厚度为18mm的玻璃放置在上述实验中所使用的简单光学系统的各参考光路和各测量光路内的情况。图7示出确定色散补偿的参数a2和a3以提高正侧区域的分辨率的情况。

可以看出，衰减在原点(相干门)的正侧和负侧之间改变显著。因而，包络线关于原点不对称。此外，负侧的深度分辨率与正侧的深度分辨率相比下降。换句话说，在进行色散补偿的情况下，所获得的色散与通过等式(4)所表示的分辨率不总是一致。

接着，将说明用于校正色散补偿的信号处理。根据本实施例的信号处理与第一典型实施例的处理的不同之处在于步骤A3和A4的处理。这些步骤被步骤A3'和A4'所替换(未示出)。

在步骤A1中，开始测量。在步骤A2中，线传感器139检测通过合成三个测量光束和三个参考光束所获得的合成光束。然后，计算机125获取所检测的数据。

在步骤A3′中，计算机125基于从线传感器139获得的数据来生成与各测量光束相对应的断层图像。对色散补偿的参数进行调整以使得边界处的分辨率相匹配。换句话说，通过使用边界区域508和509对参数进行调整以使得这些区域具有相同的分辨率。为了对由于硬件所引起的误差进行处理，预先针对各区域506、507和508准备参数。可以针对各B扫描图像、或者进一步针对各线准备参数。

在校正由于被检物的影响所引起的色散时，在对图像进行比较的情况下确定参数。

在步骤A4′中，进行深度方向上的校正。预先准备与色散补偿的参数相对应的包络线。根据该曲线来进行等式(6)和(7)所表示的处理。

在步骤A5中，使测量光束对准。在步骤A6中，生成断层图像。在步骤7中，该测量处理结束。

根据上述处理，可以减少主要由于色散差异所引起的图像之间的差异，并且可以获得连接部不明显的断层图像。

根据本发明第三典型实施例的光学相干断层图像摄像设备使多个测量光束经由测量光路照射到被检物上。返回光束经由测量光路被引导至检测位置。测量光束用于利用扫描器对被检物进行扫描。参考光束经由参考光路被引导至检测位置。被引导至检测位置的返回光束和参考光束作为合成光束由传感器进行检测。在参考光路中配置有镜。可以利用台对相干门的位置进行调整。各单元的处理可以通过计算机用作替换设备并读取存储在记录介质中的计算机程序并进行该处理来进行。

现在将参考附图来详细说明第三典型实施例。本实施例的OCT设备使用多个测量光束并且用于使因分光器的组件的特性差异所引起的连接部的差异不明显。

现在将参考图8和图1来说明根据第三典型实施例的信号处理过程。在步骤A1中，开始测量。在开始该测量之前，启动OCT设备200并将以下所述的被检眼放置到测量位置。此外，操作者进行该测量所需的调整。

在步骤A2中，获取多个合成光束的信号。这里，线传感器139检测通过利用三个测量光束106-1~106-3经由XY扫描器119进行扫描所获得的信号。用作第一获取部件的计算机125获取所获得的数据。针对图1中的坐标系，在x方向上扫描512行并且在y方向上扫描200行。在y方向上，在重叠部被排除的情况下利用三个测量光束扫描500行。

根据这三个测量光束得到的合成光束142-1~142-3入射到线传感器139上，并且获取到4096个像素的一维A扫描数据。然后，以二维排列的B扫描数据为单位来存储在x方向上的连续512行的数据(4096×512、12位)。如果该扫描结束，则针对一次测量存储了200个数据。

图9A和9B示出通过使用上述方法测量得到的模型眼的图像。图9A和9B示出在如下状态下拍摄到的图像：不进行用于校正设备的与光纤长度有关的差异的相干门位置调整。模型眼是具有与人眼相同的光学特性、大小和容量的玻璃球。在模型眼的眼底部上形成有同心圆和放射状图案。此外，相干门是参考光路的光学距离等于测量光路的光学距离的位置。通过移动透过型衍射光栅141的位置，可以对相干门的位置进行调整。

图9A示出二维强度图像。图9B示出跨越三个测量区域延伸的第一线的断层图像。针对三个测量光束分别设置由白色箭头所表示的第一区域401、第二区域402和第三区域403。此外，在这些区域的边界处存在由虚线包围的重叠部404和405。

在步骤A3中，根据OCT设备100(断层图像摄像设备)的特性来进行信号处理。如上所述，OCT设备100的特性对线传感器139所检测的合成光束的分布特性产生影响。因而，计算机125还用作获取合成光束的分布特性的第二获取部件。现在，将说明二维强度图像(相对于测量光束的照射方向垂直的断层图像)。在OCT设备的情况下，通过以下等式(10)来表示分光器所检测到的光强度I_det，其中参考光束和返回光束的电场为E_r和E_s，并且波数为k。

数学式10

I_det(k)＝{E_r(k)+E_s(k)}²＝I_r(k)+I_rs(k)+I_s(k)

                                              (10)

右侧的第一项是参考光束的自相关成分I_r，第二项是作为参考光束和返回光束的互相关的干涉成分I_rs，并且第三项是返回光束的自相关成分I_s。由于扫描激光检眼镜(SLO)设备检测返回光束，因此第三项的波数的积分与SLO图像相对应。另一方面，OCT设备根据第二项的干涉成分来生成断层图像。此外，由于第三项小于第一项和第二项，因此利用使用线传感器的OCT设备难以检测到第三项。然而，通过对第二项的干涉成分进行积分，可以生成与SLO图像相对应的二维强度图像。将参考图10来详细说明该信号处理。

在步骤S1-1中，提取各合成光束的波形并进行整形。首先，向各A扫描数据添加零元素，从而获得2的n次幂、例如2048的数据。这样，可以提高生成断层图像时的像素分辨率。

在步骤S1-2中，进行噪声消除。该噪声消除通过去除参考光束成分和干涉成分中所包括的固定图案来进行。可以使用预先获取的参考光束成分来进行减法，或者可以使用B扫描数据的波长的平均值。因而，可以提取出等式(10)的第二项的成分。

在步骤S1-3中，生成断层图像。由于各测量光束的A扫描数据相对于波长是固定间隔的数据，因此进行波长/波数转换从而获得相对于波数具有固定间隔的数据。接着，对该数据进行离散傅里叶变换从而获得相对于深度方向的强度数据。

然而，关于该分光器，由于各检测光在线传感器上形成图像的区域不同，因此针对一个像素的深度方向上的分辨率的数值和深度方向上的衰减特性(滚降)不同。因而，通过在z方向上进行再采样，使深度方向上的分辨率变均匀。针对一个像素的基准距离是第二测量光束(测量区域在中央部的测量光束)的分辨率。

此外，进行用于使深度方向上的衰减特性均匀的校正。在进行该校正之前，预先测量或模拟并且存储所有测量光束的衰减特性。然后，将所存储的衰减特性转换成中央的测量光束的强度。在进行该校正时，考虑测量光路中的色散以及由于分光器的特性所引起的差异。

在步骤S1-4中，应用深度滤波器。换句话说，由于在z方向进行再采样，因此各测量光束的B扫描图像的长度不同。因而，利用深度滤波器来提取图像，所以这些图像具有相同长度。以此方式获得了断层图像。此外，对图像进行调整，从而去除在各测量区域内由于噪声或透过率所引起的图像的动态范围的差异。换句话说，对整个测量区域的图像进行调整，以使得利用不同测量光束在B扫描断层图像的与边界部404和405相对应的相同位置处测量得到的图像为相同图像。这样所获得的断层图像与测量光束无关地具有相同的深度分辨率和深度方向上的衰减特性。

在步骤A4中，获得各区域的二维强度图像。通过针对各行对步骤S3中所获得的B扫描断层图像的信号进行积分，可以针对各区域获得200×512的二维强度图像。

在步骤A5和A6中，获得通过使用三个测量光束所获取的整个区域的二维强度图像。在获得整个区域的二维强度图像时，重叠部被排除，使图像在x方向和y方向上的位置对准，并且根据需要进行对比度调整。

然后，通过使用进行与设备特性相对应的信号处理的OCT设备来进行被检眼的测量。

如上所述，即使使用不同的测量光束，通过将边界区域内的相同位置处的断层图像配置成相同，也可以减少主要由于分光器的特性所引起的图像之间的差异，并且可以获得连接部不明显的二维强度图像。

生成已经过了与设备特性相对应的信号处理的三维断层图像的数据，并且可以获得XZ平面和XY平面上的连接部不明显的图像。

接着，将说明本发明的第四典型实施例。这里，主要说明与第三典型实施例的不同之处。根据本实施例，使用各测量光束在改变相干门的位置之后来进行测量。换句话说，关于OCT测量，由于衰减特性，随着相干门接近于被检物的测量位置，信号强度提高。因此，在测量呈弯曲或有角度的眼底时，将各测量光束的相干门配置于最佳位置是方便的。结果，当生成二维强度图像时，各区域之间的差异变得明显。尽管在第三典型实施例中说明了使用模型眼的示例，但在本实施例中实际测量被检眼。

设备结构之间的不同之处在于可以针对各测量光束独立地控制安放在电动台117中的参考镜114。因而，可以各自独立地调整相干门的位置。

接着，将参考图8和10来说明信号处理过程。将说明与第三典型实施例的不同之处。

在步骤A2中，获取到多个合成光束。首先，设置针对各测量区域的深度位置。在确定设置方法之前，在对准等时获取垂直方向和水平方向上的断层图像。然后，基于所获取的信息来确定设置方法。由于使用一般对准方法，因此省略了该对准方法的说明。之后，对各区域进行测量。以下说明基于这一假设：将第一区域的相干门设置在与第三区域的相干门相同的位置处，并且将第二区域的相干门的位置设置成比其它区域的相干门更接近视网膜。

在步骤A3中，进行与设备特性相对应的信号处理。这里，说明相干门的位置针对各测量光束而不同的情况。

在步骤S1-1中，进行波形整形。在步骤S1-2中，进行噪声消除。

在步骤S1-3中，生成断层图像。首先，针对各测量光束的A扫描数据，进行波长/波数转换，然后进行离散傅里叶变换。因而，获得相对于深度的强度数据。由于针对各测量区域使用等同的分光器，因此测量区域的深度分辨率和来自相干门的衰减特性被视为相同。然而，由于相干门的位置不同，因此根据相干门最远的图像的相干门的位置来生成图像。可以根据参考镜114的位置来判断相干门的位置。

图11示意性示出各区域的B扫描断层图像的相对位置关系。各测量光束的B扫描图像分别是由虚线所表示的第一断层图像601、由实线所表示的第二断层图像602和由虚线所表示的第三断层图像603。与第二断层图像的相干门的位置相比，第一断层图像和第三断层图像的相干门的位置远离被检物。结果，在深的位置添加了第一附加数据604和第三附加数据606。

另一方面，在较浅的位置添加了第二附加数据605。例如，添加的数据是平均噪声水平或零。这样，所有区域在深度方向上的范围相匹配。然后，对深度方向上的衰减特性进行校正以使得针对各区域获得相同的特性。结果，相同层的对比度变得连续。

在步骤S1-4中，应用深度滤波器。然而，由于进行调整以使得所有区域具有相同的像素数，因此除非要提取特定层，否则不需要本处理。

在步骤A4中，获得各区域的二维强度图像。通过针对各行对步骤S3中所获得的B扫描断层图像的信号进行积分，针对各区域获得200×512的二维强度图像。

在步骤A5和A6中，获得通过使用三个测量光束所获取的整个区域的二维强度图像。在获得整个区域的二维强度图像时，重叠区域被排除并且将图像在X和Y方向上的位置相匹配。

根据上述处理，减少了由于相干门的位置所引起的二维强度图像的差异并且可以生成连接部不明显的二维强度图像。此外，生成三维断层图像的数据，并且可以获得XZ平面和XY平面上的连接部不明显的图像。

将说明本发明的第五典型实施例。在以下说明中，将主要说明与第三典型实施例的不同之处。本实施例与第三典型实施例的不同之处在于针对各测量区域准备光源。在一些情况下，SLD光源的光量不足。在这种情况下，无法对来自一个光源的光进行分割并使光束同时指向多个测量区域。另一方面，在使用多个光源的情况下，即使光源属于同一制造商，诸如光谱形状或者波长频带等的特性也可能不同。结果，各区域的二维强度图像出现差异。

各设备之间的差异在于，对于光源101使用不同的三个光源，并且使用三个独立且等同的分光器。

接着，将说明信号处理过程的差异。图12A示出图8的步骤A3的信号处理步骤。这里，将说明波长谱和频带不同的情况。

在步骤S3-1中，对步骤A2中所获得的信号应用波长滤波器。图12B示出波长谱。对滤波器进行调整以使得从各测量光束获得相同频带。通过将各测量光束指向各分光器并对所获得的数据进行比较，来确定相同频带的滤波。这里，将分光器的滤波位置设置成使得波长与第二区域的光源相匹配。

在步骤S3-2中，进行波形整形。如果各光源光谱具有不同形状，则进行校正以使得各参考光束的光谱与中央的测量光束的光谱相同。然而，该方法不限于这种校正，并且还可以进行将各测量光束除以各参考光束的标准化。

在步骤S3-3中，进行噪声消除。该步骤用于提取等式(10)中的干涉光束成分。

在步骤A4中，获得各区域的二维强度图像。这里，针对各行，对步骤S3-3中所获得的干涉光束成分的光谱的均方根按各像素来进行积分。结果，获得各区域的二维强度图像(200×512)。

在步骤A5和A6中，获得从三个测量光束所获取的整个区域的二维强度图像。在该步骤中，重叠部被排除并且使各图像在X和Y方向上对准。此外，对各测量区域进行调整以使得图像中的依赖于噪声或透过率的动态范围相等，然后获得整个区域的二维强度图像。

如上所述，即使测量光束是从不同光源照射出的，各测量区域之间的差异也减小并且可以获得连接部不明显的二维强度图像。

图13A、13B和13C示出通过使用一个测量光束所拍摄的眼底的二维强度图像。这些图像经过了不同处理。图13A是没有使用滤波器的情况。图13B是使用深度滤波器的情况。图13C是使用波长滤波器的情况。通过积极地缩小深度滤波器的范围，可以提取特定区域的层的结构。此外，通过使用波长滤波器，可以增强特定波长。

例如，通过选择与造影剂或标记物反应的波长，使其位置可识别。这样，可以通过使用与特定深度区域相对应的二维强度图像、与特定波长相对应的二维强度图像以及断层图像来获得大量信息。在画面上显示图像时，可以一次显示所有图像或者可以对图像的显示进行切换。

如上所述，根据本实施例，即使单独使用与各测量光束相对应的光源，也可以生成连接部不明显的二维强度图像。

此外，在通过使用造影剂或标记物进行摄像的情况下，通过选择与造影剂或标记物相匹配的波长，可以获得用于确认造影剂所针对的部位的位置的状态的图像。根据上述典型实施例，说明了与测量光束垂直的截面图像(二维强度图像)的处理。然而，上述处理还可应用于从与相对于测量光束的垂直方向不同的角度所拍摄的截面图像。

还可以通过读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法来实现本发明的各方面，其中，系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的各步骤。由于该原因，例如经由网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。

本申请要求2010年3月31日提交的日本专利申请2010-082809和2010年3月31日提交的日本专利申请2010-082812的优先权，在此通过引用包含这两者的全部内容。

Claims (9)

1.一种断层图像摄像设备，用于根据多个干涉光束的信号获取被检物的断层图像或截面图像，其中所述多个干涉光束是通过向所述被检物照射多个测量光束并使所述测量光束的返回光束与参考光束干涉所获得的，所述断层图像摄像设备包括：

传感器，用于检测所述多个干涉光束以获取所述多个干涉光束的信号；

获取部件，用于获取所述断层图像摄像设备内的与所述多个干涉光束各自相对应的光学特性；以及

生成部件，用于基于所述多个干涉光束的信号和所述光学特性来生成所述被检物的断层图像或截面图像。

2.根据权利要求1所述的断层图像摄像设备，其中，所述生成部件基于所述光学特性对所述多个干涉光束的信号进行校正，并且根据校正后的所述多个干涉光束的信号生成所述被检物的多个断层图像，以及

所述断层图像摄像设备还包括合成部件，所述合成部件用于进行所述多个断层图像的对准并合成对准后的所述多个断层图像。

3.根据权利要求1所述的断层图像摄像设备，其中，所述光学特性是基于所述多个干涉光束在所述传感器上的各自的分辨率和衰减特性中的至少之一的特性。

4.根据权利要求1所述的断层图像摄像设备，其中，所述光学特性是基于所述断层图像摄像设备内的色散补偿用光学系统的结构和用于对所述多个干涉光束进行衍射的衍射光栅的结构中的至少之一的特性。

5.根据权利要求1所述的断层图像摄像设备，其中，所述多个干涉光束的信号各自表示所述被检物的与所述多个测量光束的照射方向平行的截面。

6.根据权利要求1所述的断层图像摄像设备，其中，所述截面图像是与所述多个测量光束的照射方向垂直的平面的截面图像。

7.根据权利要求6所述的断层图像摄像设备，其中，所述生成部件基于波长谱来生成与所述多个测量光束的照射方向垂直的平面的截面图像。

8.一种断层图像摄像设备的控制设备，所述断层图像摄像设备用于根据多个干涉光束的信号获取被检物的断层图像或截面图像，其中所述多个干涉光束是通过向所述被检物照射多个测量光束并使所述测量光束的返回光束与参考光束干涉所获得的，所述控制设备包括：

第一获取部件，用于检测所述多个干涉光束以获取所述多个干涉光束的信号；

第二获取部件，用于获取所述断层图像摄像设备内的与所述多个干涉光束各自相对应的光学特性；以及

生成部件，用于基于所述多个干涉光束的信号和所述光学特性来生成所述被检物的断层图像或截面图像。

9.一种计算机程序，用于使计算机用作断层图像摄像设备的控制设备，所述断层图像摄像设备用于根据多个干涉光束的信号获取被检物的断层图像或截面图像，其中所述多个干涉光束是通过向所述被检物照射多个测量光束并使所述测量光束的返回光束干涉参考光束所获得的，所述控制设备包括：

第一获取部件，用于检测所述多个干涉光束以获取所述多个干涉光束的信号；

第二获取部件，用于获取所述断层图像摄像设备内的与所述多个干涉光束各自相对应的光学特性；以及

生成部件，用于基于所述多个干涉光束的信号和所述光学特性来生成所述被检物的断层图像或截面图像。

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