JP2008224473A - 断層画像処理方法および装置ならびにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】光トモグラフィー計測により得られる断層画像の画質を向上する。
【解決手段】断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の走査方向θ（図３中矢印θ方向）への周波数処理特性（高周波ゲイン）を断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の光軸方向ｚへの周波数処理特性（高周波ゲイン）よりも低く設定し空間周波数処理を施す。たとえば断層画像Ｐの走査方向θに対してのみ高周波成分を除去するような平滑化処理が施され、もしくは断層画像Ｐの光軸方向ｚに対してのみ高周波成分を強調する鮮鋭化処理が施される。あるいは、断層画像Ｐの走査方向θに対し高周波成分を除去するような平滑化処理が施され、断層画像Ｐの光軸方向ｚに対し高周波成分を強調する鮮鋭化処理が施される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を生成する断層画像処理方法および装置ならびにプログラムに関するものである。

従来、生体組織の光断層画像を生成する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を生成する。上記のような光断層画像取得装置では、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する深さ方向の位置（以下、深さ位置という）を変更し光断層画像を生成するＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用した装置がある。

また、近年では、上述した参照光の光路長を変更することなく高速に光断層画像を生成するＦＤ−ＯＣＴ（フーリエドメイン−ＯＣＴ）計測を利用したＯＣＴ装置が提案されている。このＦＤ−ＯＣＴ（フーリエドメイン−ＯＣＴ）計測として、所定の波長帯域を有する低コヒーレント光をマイケルソン型干渉計等を用いて断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測と、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測とがある（特許文献１、非特許文献１参照）。このうち、ＳＳ−ＯＣＴ計測においては、光源から射出されるレーザ光の周波数を掃引させて反射光と参照光とを各波長において干渉させ、一連の波長に対する干渉スペクトルをフーリエ変換することにより測定対象の深さ位置における反射光強度を検出し、これを用いて光断層画像を構成するようになっている。

上述のようなＯＣＴ計測においては、測定光は測定対象に対し走査しながら照射される。そして、測定対象の深さ方向（測定光の光軸方向）について取得された断層情報を走査方向に配列することにより断層画像が生成される。
特開２００６−１８９４２４号公報 Yoshiaki Yasuno, Violeta Dimitrova Madjarova and Shuichi Makita, "Three-dimensional and high-speed swept-source optical coherence tomography for in vivo investigation of human anterior eye segments," OPTICS EXPRESS 2005 Vol. 13, No. 26.

上述したＯＣＴ計測により取得した断層画像は測定光の走査方向と光軸方向とにおいてそれぞれ性質が異なる。したがって、断層画像の画質向上処理を施すときに、測定光の走査方向および光軸方向に対し一様の画像処理条件を用いても、所望の画質向上効果を得ることができないという問題がある。

そこで、本発明は、断層画像の画質の向上を図ることができる断層画像処理方法および装置ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明の光断層画像処理方法は、光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出し、測定光を測定対象に走査しながら照射したときに検出される複数の干渉信号から断層画像を生成したときに、生成した断層画像に対し画像処理を施す断層画像処理方法であって、断層画像における測定光の走査方向への高周波ゲインを断層画像における測定光の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施すことを特徴とするものである。

本発明の光断層画像処理装置は、光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出し、測定光を測定対象に走査しながら照射したときに検出される複数の干渉信号から断層画像を生成したときに、生成した断層画像に対し画像処理を施す断層画像処理装置であって、断層画像における測定光の走査方向への高周波ゲインを断層画像における測定光の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施す画質補正手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明の光断層画像処理プログラムは、光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、コンピュータに、測定光を測定対象に走査しながら照射したときに検出される複数の干渉信号から断層画像を生成し、生成した断層画像における測定光の走査方向への空間周波数処理の高周波ゲインを断層画像における測定光の光軸方向への空間周波数処理の高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施すことを実行させることを特徴とするものである。

ここで、「測定光の走査方向への高周波ゲインを断層画像における測定光の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定する」とは、たとえば、断層画像における測定光の走査方向に対してのみ高周波成分を低減（減衰）させるような高周波ゲインが設定された平滑化処理を施し、もしくは測定光の光軸方向に対してのみ高周波成分を強調するような高周波ゲインが設定された鮮鋭化処理を施すような、測定光の光軸方向への処理が測定光走査方向への処理よりも高周波を抑制する特性が強い空間周波数処理を意味する。

さらには、上述した一方の方向のみ空間周波数処理を施す場合のみならず、画質補正手段が、断層画像における測定光の走査方向に対し平滑化処理を施す平滑化手段と、断層画像における測定光の光軸方向に対し鮮鋭化処理を施す鮮鋭化手段とを備えたものであってもよい。このとき、鮮鋭化手段は、平滑化手段により平滑化された断層画像における測定光の光軸方向に対し鮮鋭化処理を施すものであってもよいし、断層画像から高周波成分を抽出する高周波抽出手段と、抽出した高周波成分を平滑化手段により平滑化された断層画像に加算する加算手段とを有するものであってもよい。

なお、測定光の走査方向に平滑化処理を施すとともに光軸方向に鮮鋭化処理を施す際、上述のように鮮鋭化手段と平滑化手段とがそれぞれ別々に各方向に対し空間周波数処理を施すようにしても良いし、２次元フィルタを用いて平滑化処理と鮮鋭化処理とを一度に行うものであってもよい。

また、測定光の走査方向に対して平滑化処理を行う場合、画質補正手段は、測定光の走査方向に対して平滑化処理を行った後に断層画像に対し対数変換処理を施すようにしてもよい。

なお、光源ユニットは波長帯域内において波長を掃引しながら周期的に光を射出するものであって、いわゆるＳＳ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するものであってもよいし、光源ユニットが、所定の波長帯域からなる低コヒーレンス光を射出するものであって、いわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測もしくはＴＤ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するものであっても良い。

本発明の断層画像処理方法および装置ならびにプログラムによれば、光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出し、測定光を測定対象に走査しながら照射したときに検出される複数の干渉信号から断層画像を生成したときに、断層画像における測定光の走査方向への高周波ゲインを断層画像における測定光の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施すことにより、ＯＣＴ計測により取得した断層画像の性質に合わせて測定光の走査方向と光軸方向とにおいてそれぞれ異なる特性の画質補正を施すことができるため、断層画像の画質の向上を図ることができる。

なお、画質補正手段が、断層画像における測定光の走査方向に対してのみ平滑化処理を施すものであるとき、ＯＣＴ計測により取得される断層画像の測定光の走査方向において、測定に用いられる光の波長の揺らぎ等に起因するノイズやアーチファクトが生じやすいという性質に応じて、平滑化処理によりノイズやアーチファクトを低減することができるため、断層画像の画質の向上を図ることができる。

また、画質補正手段が、断層画像における測定光の光軸方向に対してのみ鮮鋭化処理を施すものである場合、ＯＣＴ計測により取得される断層画像の測定光の光軸方向において、測定対象の光の分散特性・吸収特性等に起因するボケが生じやすいという性質に対し、鮮鋭化処理によりボケを低減し、断層画像の画質の向上を図ることができる。

さらに、画質補正手段が、断層画像における測定光の走査方向に対し平滑化処理を施す平滑化手段と、断層画像における測定光の光軸方向に対し鮮鋭化処理を施す鮮鋭化手段とを備えたものであるとき、上述した走査方向のノイズやアーチファクトを低減するとともに、光軸方向のボケを低減することができるため、より画質の向上を図ることができる。

また、鮮鋭化手段が、断層画像から高周波成分を抽出する高周波抽出手段と、抽出した高周波成分を平滑化手段により平滑化された断層画像に加算する加算手段とを有するものである場合、平滑化処理される前の断層画像を用いて高周波成分を抽出するため、十分な鮮鋭化処理を行うことができる。

画質補正手段が、断層画像における測定光の走査方向に対して平滑化処理を行った後に対数変換処理を施すものであるとき、対数変換により隣接するラインの濃淡の差を対数変換処理により広げた後に平滑化する場合に比べて平滑化処理の効果の低減を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の断層画像処理装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の断層画像処理装置を用いた光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す模式図である。光断層画像化システム１は、たとえば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像ＰをＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測により取得するものであって、光Ｌを射出する光源ユニット３１０と、光源ユニット３１０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段により分割された測定光Ｌ１が測定対象Ｓの各深さ位置において反射したときの反射光（後方散乱光）と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を干渉信号ＩＳとして検出する干渉光検出手段４０と、干渉光検出手段４０により検出された干渉信号ＩＳから断層画像を生成する断層画像処理手段５０とを備えている。

光源ユニット３１０は、所定の波長帯域Δλ内において波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的には光源ユニット３１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）３１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイバＦＢ１０が半導体光増幅器３１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器３１１は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器３１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器３１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１へ射出されるようになっている。

さらに、光ファイバＦＢ１０には光分岐器３１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内を導波する光の一部が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ３１３、回折格子素子３１４、光学系３１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）３１６において反射される。そして反射された光は光学系３１５、回折格子素子３１４、コリメータレンズ３１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。

ここで、この回転多面鏡３１６は矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系３１５の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子３１４において分光された光のうち、特定の周波数域の光だけが再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の周波数は光学系３１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ１１に入射した特定の波長の光が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の波長のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出されるようになっている。

したがって、回転多面鏡３１６が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長λは、時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。こうして光源ユニット３１０からは、図２に示すように、一定の周期で波長掃引されたレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出される。

光分割手段３は、たとえば２×２の光カプラから構成されており、光源ユニット１０から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３により導波される。なお、本実施形態における光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。

光ファイバＦＢ２には光プローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ３０へ導波される。光プローブ３０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタ３１により光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。光プローブ３０は、図３に示すように、シース内の光ファイバが矢印θ１方向に回転することにより、測定対象Ｓに対し測定光Ｌ１を矢印θ１方向に走査しながら照射する。また、光プローブ３０は測定対象Ｓに測定光Ｌ１を照射したときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を合波手段４側に導波する。

一方、光ファイバＦＢ３における参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。光路長調整手段２０は、測定対象Ｓに対する測定開始位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変えるものであって、コリメータレンズ２１および反射ミラー２２を有している。そして、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２はコリメータレンズ２１を透過した後、反射ミラー２２により反射され、再びコリメータレンズ２１を介して光ファイバＦＢ３に入射される。

ここで、反射ミラー２２は可動ステージ２３上に配置されており、可動ステージ２３はミラー駆動手段２４により矢印Ａ方向に移動可能に設けられている。そして可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するよう構成されている。

合波手段４は、２×２の光カプラからなり、光路長調整手段２０により光路長の変更が施された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波するとともに２分し、光ファイバＦＢ１、ＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するように構成されている。

干渉光検出手段４０は、たとえばフォトダイオード等からなっており、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出し干渉信号ＩＳとして出力するものである。なお本例の装置は、干渉光Ｌ４を合波手段４（光ファイバカプラ）４で二分した干渉光Ｌ４をそれぞれ光検出器４０ａと４０ｂに導き、バランス検波を行う機構を有している。

次に、上述した光断層画像化システムの動作例について説明する。まず、可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１０から光Ｌが射出され、光Ｌは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光プローブ３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波手段４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉信号ＩＳとして干渉光検出手段４０により検出される。

そして、光プローブ３０内の光ファイバを矢印θ１方向に回転させることにより、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を１次元方向に走査させれば、この走査方向θに沿った各部分において測定対象Ｓの深さ方向（測定光Ｌ１の光軸方向ｚ）の情報が得られるので、この走査方向θの断層面について複数の干渉信号ＩＳが取得される。断層画像処理装置５０において、この複数の干渉信号ＩＳから断層画像Ｐが取得されることになる。なお、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向（光プローブ３０の長手方向）に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像Ｐをさらに取得することも可能である。

図４は本発明の断層画像処理装置の好ましい実施の形態を示すブロック図であり、図４を参照して断層画像処理装置５０について説明する。なお、図４のような断層画像処理装置５０の構成は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像処理プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。このとき、この断層画像処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。

断層画像処理手段５０は、干渉光検出手段４０により検出された干渉信号ＩＳを周波数解析することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における断層情報（反射率）ｒ（ｚ）を取得し、測定対象Ｓの断層画像Ｐを生成するものであり、生成された断層画像が表示装置６０に表示される。この断層画像処理手段５０は、断層情報取得手段５１、断層画像生成手段５２、画質補正手段５３、画像出力手段５４等を有している。

断層情報取得手段５１は、干渉光検出手段４０により検出された断層情報を取得するものであって、干渉光検出手段４０において１ライン分の干渉信号ＩＳが検出される度に、１ライン分の断層情報を取得するものである。断層情報取得手段５１は、たとえばフーリエ変換処理、最大エントロピー法（ＭＥＭ）、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術を用いて、深さ方向ｚの断層情報（反射率）を逐次取得していく。なお、断層情報取得手段５１は、図１の干渉光検出手段４０において、波長λ（時間）変化に対して検出された干渉信号ＩＳを、波数ｋ（＝２π／λ）の変化に対する干渉信号ＩＳに変換するようにしてもよい。この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。

図４の断層画像生成手段５２は、断層情報取得手段５１により逐次取得された複数ライン分の断層情報から１枚の断層画像を生成するものである。具体的には、断層画像生成手段５２は、図１の光源ユニット３１０における波長掃引１周期分の干渉信号ＩＳから得られた断層情報ｒ（ｚ）を１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）として記憶してゆく。さらに、光プローブ３０により測定光Ｌ１が測定対象Ｓに対し走査されながら照射されたときに、断層画像生成手段５２は逐次取得される複数の断層情報ｒ（ｚ）を記憶していく。その後、断層画像生成手段５２は、記憶していたｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐを生成する。たとえば、光源ユニット３１０の波長掃引周波数が２０ｋＨｚであり、光プローブ３０が２０Ｈｚで測定光Ｌ１を矢印θ１方向に走査されるとき、断層画像生成手段５２は、ｎ＝１０２４ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐを生成する。なお、断層画像生成手段５２は、後段の画質補正手段５３における処理のために、図５に示すように測定光Ｌ１を矢印θ１方向に走査し取得した各ライン毎の断層情報ｒ（ｚ）を直線状に並べた断層画像Ｐを生成する。

図４の画質補正手段５３は、断層画像生成手段５２により生成された断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の走査方向θ（図５中矢印θ方向）への周波数処理特性（高周波ゲイン）を断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の光軸方向ｚ（図５中矢印ｚ方向、測定対象Ｓの深さ方向）への周波数処理特性（高周波ゲイン）よりも低く設定し空間周波数処理を施すものである。

具体的には、画質補正手段５３は、平滑化手段５３ａおよび鮮鋭化手段５３ｂを有している。平滑化手段５３ａは、断層画像Ｐにおける走査方向θに対し高周波成分を除去するような平滑化処理を施すものである。この平滑化処理にはたとえば移動平均法、メディアンフィルタ等の公知の技術を用いることができる。鮮鋭化手段５３ｂは平滑化手段５３ａにより平滑化された断層画像Ｐの光軸方向ｚに対し、高周波成分を強調するような強調処理を施すものである。このエッジ強調処理には、たとえば高域強調フィルタを用いた処理、ボケマスクを用いた強調処理等公知の技術を用いることができる。そして、画像出力手段５４は、画質補正手段５３により画質補正された断層画像Ｐを図１の表示装置６０に表示することになる。なお、画像出力手段５４は、各ラインの断層情報ｒ（ｚ）（画素）を図３に示すように走査方向θに沿って円状に並べ直した状態にして出力するようにしても良いし、図５のように各ラインの断層情報ｒ（ｚ）（画素）を直線状に配列した状態で出力するようにしても良い。

平滑化手段５３ａにより断層画像Ｐの走査方向θに対し平滑化処理を施すという断層画像Ｐの性質に合わせた画像処理を行うことにより、各ライン毎のばらつきを抑え、見た目が自然な画像となり、画質の向上を図ることができる。すなわち、ＯＣＴ計測による断層画像を取得する場合、光源ユニットや干渉計において経時的に再現性があるわけではない。具体的には、上述したＳＳ−ＯＣＴ計測の場合、たとえば光源ユニット３１０は波長を掃引するときに、各周期毎に正確に安定した掃引周波数特性にするのは困難であり、掃引周波数特性は各周期毎に揺らぐ場合がある。

よって、測定光Ｌ１を走査させながら照射し、波長が１周期分掃引に対し１ライン分の断層情報を取得するような場合、各ライン毎に異なる周波数特性による断層情報の取得が行われることになる。その結果、断層画像Ｐの走査方向θについて、各ライン間で濃淡にばらつきが生じ、あるラインでは濃淡の濃いラインとなり、あるラインでは極端に濃淡が薄いラインができるという現象が生じる。つまり断層画像Ｐの走査方向θについては上述のようなノイズ、アーチファクトが発生し画質の劣化が生じてしまう。そこで、平滑化手段５３ａが断層画像Ｐの走査方向θに対し平滑化処理を施すことにより、各ライン間における濃淡のばらつきを抑えることができるため、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

さらに、断層画像Ｐの光軸方向ｚについては鮮鋭化処理を施すことにより、断層画像Ｐへの正しい強調を行い、構造がはっきり見える断層画像Ｐを生成することができ、画質の向上を図ることができる。すなわち、ＯＣＴ計測により断層画像Ｐを取得するために測定光Ｌ１を測定対象Ｓに照射するとき、干渉計もしくは測定対象Ｓの波長に依存する分散特性・吸収特性により、特定の波長域の光が減衰し干渉波形が変化する場合がある。そして、干渉波形の変化した干渉信号ＩＳから断層情報を取得したとき、断層画像Ｐがぼけたものになってしまう。そこで、鮮鋭化手段５３ｂにおいて、断層画像Ｐの光軸方向ｚについて分散特性・吸収特性等に起因するボケに対し鮮鋭化処理を施すことにより、断層画像Ｐの画質をより向上させることができる。

図６は本発明の断層画像処理方法の好ましい実施の形態を示すフローチャートであり、図１から図６を参照して断層画像処理方法について説明する。まず、断層情報取得手段５１において、干渉光検出手段４０により検出された干渉信号ＩＳに対し周波数解析が行われ、１ライン毎に逐次断層情報ｒ（ｚ）が取得される（ステップＳＴ１）。そして、断層画像生成手段５２において、取得された複数ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐが生成される（ステップＳＴ２）。

次に、画質補正手段５３において断層画像Ｐに対し画質補正処理が施される。具体的には、最初に、平滑化手段５３ａにより断層画像Ｐの走査方向θについて平滑化処理が施される（ステップＳＴ３）。次に、鮮鋭化手段５３ｂにより平滑化処理が施された断層画像Ｐに対し、光軸方向ｚについて鮮鋭化処理が施される（ステップＳＴ４）。その後、画像出力手段５４により画質補正された断層画像Ｐが表示装置６０に表示される（ステップＳＴ５）。

このように、断層画像Ｐの走査方向θに平滑化処理を行い光軸方向ｚに鮮鋭化処理を行うことにより、上述したように走査方向θのノイズやアーチファクトを低減するとともに、光軸方向のボケを低減することができるため、画質の向上を図ることができる。

なお、図４において、画質補正手段５３は、平滑化処理および鮮鋭化処理の双方を行う場合について例示しているが、走査方向θについて平滑化処理のみ行うものであっても良いし、光軸方向ｚについて鮮鋭化処理のみ行うようにしても良い。

図７は本発明の断層画像処理装置の別の実施形態を示すブロック図であり、図７を参照して断層画像処理装置１５０について説明する。なお、図７の断層画像処理装置１５０において図４の断層画像処理装置５０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

図７の断層画像処理装置１５０が図４の断層画像処理装置５０と異なる点は画質補正手段１５３の構成である。具体的には、画質補正手段１５３が走査方向θに対してのみ平滑化処理を行う点および平滑化処理を行う前に断層画像Ｐに対し対数変換処理を施す点である。具体的には、画質補正手段１５３は平滑化手段５３ａの後段に対数変換手段１５３ｂを有している。対数変換手段１５３ｂは図８に示すような対数変換テーブルを有し、走査方向θに対し平滑化処理された断層画像Ｐの画素値を対数変換して出力する。

このように、断層画像Ｐの走査方向θについて平滑化処理を行った後に対数変換処理を施すことにより、対数変換による広ダイナミックレンジを実現しながら、平滑化処理による画質向上を図ることができる。たとえば深さ位置ｚ１における走査方向θへ向かって断層情報ｒ（ｚ１）を配列させたとき、図９（Ａ）示すような断層情報ｒ（ｚ１）（＝画素値）になったものとする。断層情報ｒ（ｚ１）の小さい領域θ１〜θ２において、図９（Ｂ）のように平滑化処理後に図９（Ｃ）のように対数変換する。すると、断層情報（ｚ１）の小さい領域θ１〜θ３における隣接するライン間の信号差が対数変換により広がる前に平滑化することにより、ノイズを抑えることができ、画質を向上させることができる。つまり、図１０（Ａ）に示すような断層情報ｒ（ｚ１）を図１０（Ｂ）のように対数変換後に図１０（Ｃ）のように平滑化処理をしたときのように、断層情報（ｚ１）の小さい領域θ１〜θ３における隣接するライン間の信号差が対数変換により広がることによるノイズ成分の増加を防止することができる。なお、走査方向θに対してのみの平滑化処理であるため、光軸方向ｚに存在する信号値の小さな断層情報ｒ（ｚ）をつぶすことはない。

また、断層画像Ｐの走査方向θについて平滑化処理を行うことは、言い換えれば隣接するライン同士の濃淡の強度差を縮めることを意味する。よって、図９（Ａ）に示す断層画像Ｐに対し平滑化処理を行い、図９（Ｂ）に示すように走査位置θ３における断層情報を隣接ラインの断層情報に近づけた後、図９（Ｃ）のように対数変換処理を行った方が画質の向上を図ることができる。つまり、図１０（Ｂ）に示すように、対数変換により隣接するラインの濃淡の差を対数変換処理により広げた後に図１０（Ｃ）のように平滑化することによる平滑化処理の効果の低減を防止することができる。

なお、図１の画質補正手段５３においても上述した対数変換手段を設けるようにしても良い。このとき、図４の平滑化手段５３ａの後段に対数変換手段を設け、断層画像Ｐに対し平滑化処理され対数変換処理を施した後、鮮鋭化手段５３ｂにおいてによる鮮鋭化処理が施されることになる。

図１１は本発明の断層画像処理装置の第３の実施形態を示すブロック図であり、図１１を参照して断層画像処理装置２５０について説明する。なお、図１１の断層画像処理装置２５０において図４および図７の断層画像処理装置５０、１５０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１の断層画像処理装置２５０が断層画像処理装置５０、１５０と異なる点は画質補正手段２５３の鮮鋭化手段２５３ｂの構成である。具体的には、鮮鋭化手段２５３ｂは、対数変換手段２５３ｐ、ボケマスク生成手段２５３ｑ、高周波抽出手段２５３ｒ、加算手段２５３ｓを有している。

対数変換手段２５３ｐは断層画像生成手段５２により生成された断層画像Ｐに対し対数変換テーブル（図８参照）を用いて対数変換処理を施すものである。

高周波抽出手段２５３ｒは、ボケマスク生成手段２５３ｑは対数変換手段２５３ｐにより対数変換された断層画像Ｐにおける光軸方向ｚに対し平滑化処理を施し、ボケマスク画像を生成するものである。対数変換手段２５３ｐにより対数変換された断層画像Ｐからボケマスク生成手段２５３ｑにより生成されたボケマスク画像を減算することにより（＝断層画像Ｐ−ボケマスク画像）、断層画像Ｐの光軸方向ｚに対する高周波成分を抽出するものである。加算手段２５３ｓは平滑化手段５３ａにより走査方向θについて平滑化された断層画像Ｐと、高周波抽出手段２５３ｒにより抽出された高周波成分とを加算し、画質補正済みの断層画像Ｐを画像出力手段５４に出力するものである。

また、図１１の画質補正手段２５３においては、図１２のフローチャートに示すように、平滑化手段５３ａにより断層画像Ｐに平滑化処理が施されるとともに、鮮鋭化手段２５３ｂにおいて、対数変換処理、ボケマスク生成処理、高周波成分抽出処理が行われる（ステップＳＴ１３、１４）。そして、平滑化処理された断層画像Ｐに高周波成分が加算され、画質補正済みの断層画像Ｐが画像出力手段５４から出力されることになる。

この場合であっても、断層画像Ｐの走査方向θについてはノイズ・アーチファクトの発生を抑制するとともに、光軸方向ｚについてはボケの発生を防止することにより、断層画像Ｐの画質を向上させることができる。特に、鮮鋭化手段２５３ｂにおいて、平滑化処理される前の断層画像Ｐを用いて高周波成分を抽出するようにしているため、断層画像Ｐに忠実な高周波成分の抽出および鮮鋭化処理を行うことができる。さらに、平滑化処理を施す前に対数変換処理を施すことにより、断層情報ｒ（ｚ）の信号値（画素値）が小さい領域での差が広がる前に平滑化処理を施すことができるため、平滑化処理の効果を顕著にすることができる（図９、図１０参照）。

上記各実施の形態によれば、光Ｌを射出し、射出した光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割し、測定光Ｌ１が測定対象Ｓにおいて反射したときの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波し、合波した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を干渉信号ＩＳとして検出し、測定光Ｌ１を測定対象Ｓに走査しながら照射したときに検出される複数の干渉信号ＩＳから断層画像Ｐを生成したときに、断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の走査方向への高周波ゲインを断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施すことにより、ＯＣＴ計測により取得した断層画像Ｐの性質に合わせて測定光Ｌ１の走査方向と光軸方向とにおいてそれぞれ異なる特性の画質補正を施すことができるため、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

なお、画質補正手段５３が、断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の走査方向に対してのみ平滑化処理を施すものであるとき、ＯＣＴ計測により取得される断層画像Ｐの測定光Ｌ１の走査方向において、測定に用いられる光の波長の揺らぎ等に起因するノイズやアーチファクトが生じやすいという性質に応じて、平滑化処理によりノイズやアーチファクトを低減することができるため、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

また、図７に示すように、画質補正手段１５３が、断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の光軸方向に対してのみ鮮鋭化処理を施すものである場合、ＯＣＴ計測により取得された断層画像Ｐの測定光Ｌ１の光軸方向において、測定対象Ｓの光の分散特性・吸収特性等に起因するボケが生じやすいという性質に対し、鮮鋭化処理によりボケを低減し、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

さらに、画質補正手段１５３が、測定光Ｌ１の走査方向θに対して平滑化処理を行った後に断層画像Ｐに対し対数変換処理を施すものであるとき、差が広がる前に平滑化し画質を向上させることができる。

また、図４に示すように、画質補正手段５３が、断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の走査方向θに対し平滑化処理を施す平滑化手段５３ａと、断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の光軸方向ｚに対し鮮鋭化処理を施す鮮鋭化手段５３ｂとを備えたものであるとき、上述した走査方向θのノイズやアーチファクトを低減するとともに、光軸方向ｚのボケを低減することができるため、より画質の向上を図ることができる。

また、図８に示すように、鮮鋭化手段２５３ｂが、断層画像Ｐから高周波成分を抽出する高周波抽出手段２５３ｒと、抽出した高周波成分を平滑化手段５３ａにより平滑化された断層画像Ｐに加算する加算手段２５３ｙとを有するものである場合、平滑化処理される前の断層画像Ｐを用いて高周波成分を抽出するため、十分な鮮鋭化処理を行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、図４の断層画像生成手段５２が各ラインの断層情報ｒ（ｚ）を直線状に並べた断層画像Ｐを生成し、この断層画像Ｐに対し画質補正手段５３が平滑化処理、鮮鋭化処理を施す場合について例示しているが、画像生成手段５２において各ラインの断層情報ｒ（ｚ）を走査方向θに沿って円状に並べた断層画像Ｐを生成し、この断層画像Ｐに対し画質補正手段５３が平滑化処理、鮮鋭化処理を施すようにしてもよい。

また、上記各実施形態において、測定光Ｌ１を回転走査したときに取得される断層画像Ｐの画像処理について例示しているが、光プローブ３０の長手方向に走査したときの断層画像Ｐの画像処理についても適用することができる。さらに、測定光Ｌ１を回転走査するとともに光プローブ３０の長手方向にも走査させることにより、３次元の断層画像Ｐを取得したときにも適用することができる。

また、上記実施の形態において、いわゆるＳＳ−ＯＣＴ計測により取得した断層画像Ｐの場合について例示しているが、図１３に示すようなＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものであってもよい。図１３における光源ユニット１０は、所定の波長帯域を有する低コヒーレンス光を射出するものであって、たとえばＳＬＤ（スーパルミネセンスダイオード）からなる光源１１と、光源１１から射出された光Ｌを光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系１２とを有している。

干渉光検出手段１４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から射出した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ４１と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域に分光する分光手段４２と、分光手段４２により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を光検出部４４上に集光させる光学系４３と、光学系４３により集光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出する光検出部４４とを有している。

分光手段４２は例えば回折光学素子等から構成されており、そこに入射した干渉光Ｌ４を分光して、光検出部４４に向けて射出する。また光検出部４４は、例えば１次元もしくは２次元に光センサが配列されてなるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やフォトダイオード等の素子から構成され、各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出する。

この場合であっても断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の走査方向への高周波ゲインを断層画像Ｐにおける測定光Ｌ１の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施すことにより、ＯＣＴ計測により取得した断層画像Ｐの性質に合わせて測定光の走査方向と光軸方向とにおいてそれぞれ異なる特性の画質補正を施すことができるため、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

さらに、上述したＳＳ−ＯＣＴ計測やＳＤ−ＯＣＴ計測のようなＦＤ−ＯＣＴ計測に限らず、参照ミラーを駆動させることにより測定対象Ｓの深さ方向の断層情報を取得し、測定光Ｌ１の照射位置と測定対象Ｓとを相対的に移動させることにより測定光Ｌ１の走査を行うＴＤ−ＯＣＴ計測により取得した断層画像Ｐについても適用することができる。

本発明の断層画像処理装置が用いられる断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す模式図 図１の断層画像化システムにおける光源ユニットから射出される光の波長が掃引される様子を示すグラフ 図１の光プローブが測定対象に測定光を走査しながら照射する様子を示す模式図 本発明の断層画像処理装置の好ましい実施の形態を示すブロック図 図４の断層画像生成手段５２において生成される断層画像の一例を示す図 本発明の断層画像処理方法の好ましい実施の形態を示すフローチャート 本発明の断層画像処理装置の第２の実施形態を示すブロック図 図７の対数変換手段が有する対数変換テーブルの一例を示すグラフ 図７の断層画像処理装置において取得された断層情報を走査方向に並べ、断層情報が平滑化処理された後に対数変換される様子を示すグラフ 図７の断層画像処理装置において取得された断層情報を走査方向に並べ、断層情報が対数変換された後に平滑化処理される様子を示すグラフ 本発明の断層画像処理装置の第３の実施形態を示すブロック図 図１１の断層画像処理装置の動作例を示すフローチャート 本発明が適用される断層画像化システムの別の一例を示す模式図

符号の説明

１ 光断層画像化システム
３ 光分割手段
４ 合波手段
１０、３１０ 光源ユニット
３０ 光プローブ
４０ 干渉光検出手段
５０、１５０、２５０ 断層画像処理装置
５１ 断層情報取得手段
５２ 断層画像生成手段
５３、１５３、２５３ 画質補正手段
５３ａ、１５３ａ 平滑化手段
５３ｂ、２５３ｂ 鮮鋭化手段
５４ 画像出力手段
６０ 表示装置
１５３ａ 対数変換手段
２５３ｓ 加算手段
２５３ｙ 加算手段
２５３ｒ 高周波抽出手段
ＩＳ 干渉信号
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
Ｐ 断層情報
ｒ（ｚ） 断層情報
Ｓ 測定対象
ｚ 光軸方向
θ 走査方向

Claims (9)

1. 光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、該測定光が測定対象において反射したときの反射光と前記参照光とを合波し、合波した前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出し、前記測定光を前記測定対象に走査しながら照射したときに検出される複数の前記干渉信号から断層画像を生成し、生成した該断層画像に対し画像処理を施す断層画像処理方法であって、
   前記断層画像における前記測定光の走査方向への高周波ゲインを前記断層画像における前記測定光の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施すことを特徴とする断層画像処理方法。
2. 光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、該測定光が測定対象において反射したときの反射光と前記参照光とを合波し、合波した前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出し、前記測定光を前記測定対象に走査しながら照射したときに検出される複数の前記干渉信号から断層画像を生成し、生成した該断層画像に対し画像処理を施す断層画像処理装置であって、
   前記断層画像における前記測定光の走査方向への高周波ゲインを前記断層画像における前記測定光の光軸方向への高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施す画質補正手段を備えたことを特徴とする断層画像処理装置。
3. 前記画質補正手段が、前記断層画像における前記測定光の光軸方向に対してのみ鮮鋭化処理を施すものであることを特徴とする請求項２記載の断層画像処理装置。
4. 前記画質補正手段が、前記断層画像における前記測定光の走査方向に対してのみ平滑化処理を施すものであることを特徴とする請求項２記載の断層画像処理装置。
5. 前記画質補正手段が、前記断層画像における前記測定光の走査方向に対し平滑化処理を施し、前記断層画像における前記測定光の光軸方向に対し鮮鋭化処理を施すものであることを特徴とする請求項２記載の断層画像処理装置。
6. 前記画質補正手段が、平滑化された前記断層画像における前記測定光の光軸方向に鮮鋭化処理を施すものであることを特徴とする請求項５記載の断層画像処理装置。
7. 前記画質補正手段が、前記断層画像から高周波成分を抽出し、抽出した前記高周波成分を平滑化された前記断層画像に加算するものであることを特徴とする請求項５記載の断層画像処理装置。
8. 前記画質補正手段が、前記測定光の走査方向に対して平滑化処理を行った後、前記断層画像に対し対数変換処理を施すものであることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
9. 光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、該測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と前記参照光とを合波し、合波した前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、
   コンピュータに、
   前記測定光を前記測定対象に走査しながら照射したときに検出される複数の前記干渉信号から断層画像を生成し、
   生成した前記断層画像における前記測定光の走査方向への空間周波数処理の高周波ゲインを前記断層画像における前記測定光の光軸方向への空間周波数処理の高周波ゲインよりも低く設定し空間周波数処理を施す
   ことを実行させるための断層画像処理プログラム。

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