JP2008253493A - 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た断層画像における分解能の劣化を効率的に抑える。
【解決手段】各走査ライン毎に干渉信号ＩＳが取得され、干渉信号ＩＳの一部が抽出されることにより、信号長の異なる複数の抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３が生成される。次に、抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３から測定対象Ｓの各深さ位置ｚにおける中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）が取得される。そして、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深くなるにつれて信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３から取得した中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を用いて断層情報ｒ（ｚ）が取得され、断層画像Ｐが生成される。
【選択図】図３

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取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置を用いることが提案されている。たとえば眼底や前眼部、皮膚の断層画像を取得する場合の他に、光プローブを用いる動脈血管壁の観察、内視鏡の鉗子チャンネルから光プローブを挿入する消化器管の観察など、様々な部位に応用されている。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、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、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、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取得する。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。

上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測の２種類がある。ＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。

一方、ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ―ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的なものとしては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる（たとえば特許文献１、２参照）。

測定対象となる物質にはある波長の光を吸収してしまう特性があり、光の吸収の仕方は入射する物質によって異なり、さらには物質が同じであっても光の波数により異なる。よって、物質に入射した測定光が物質との相互作用によって吸収されることにより反射光が減衰してしまう場合があり、反射強度の大きさが見かけ上低下してしまうという問題がある。ここで、特許文献１において、測定対象の分散特性に関するデータを予め保持しておき、このデータに基づいて分散の影響を補正する方法が開示されている。また、特許文献２において、分散やスペクトルの影響を推定し、推定した分散特性等による影響を補正する方法が開示されている。
特開２００５−２８３１５５号公報 米国特許第６９８０２９９号明細書

しかし、特許文献１の場合には測定対象の特性を予め計測しておく必要があるため汎用性が低く、分解能を補償する際の効率が悪いという問題がある。同様に、特許文献２の場合においてもスペクトル形状の歪みの影響を推定し最適化するための繰り返し演算が必要となり、分解能を補償する際の効率が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、効率的に分解能の劣化を防止す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、検出した干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理方法であって、干渉信号の一部を抽出することにより信号長の異なる複数の抽出干渉信号を生成し、生成した複数の抽出干渉信号のうち、測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い抽出干渉信号を用いて測定対象の各深さ位置における断層情報を取得し、取得した断層情報を用いて断層画像を生成することを特徴とするものである。

本発明の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、検出した干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理装置であって、干渉信号の一部を抽出することにより信号長が異なる複数の抽出干渉信号を生成する干渉信号抽出手段と、干渉信号抽出手段において生成された複数の抽出干渉信号のうち、測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い抽出干渉信号を用いて測定対象の各深さ位置における断層情報を取得する断層情報取得手段と、断層情報取得手段により取得された断層情報を用いて断層画像を生成する断層画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の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、検出した干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理プログラムであって、コンピュータに、干渉信号の一部を抽出することにより信号長の異なる複数の抽出干渉信号を生成し、生成した複数の抽出干渉信号のうち、測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い抽出干渉信号を用いて測定対象の各深さ位置における断層情報を取得し、取得した断層情報を用いて断層画像を生成することを実行させることを特徴とするものである。

ここで、反射光とは、測定対象からの反射光および後方散乱光を意味する。

なお、中間断層情報取得手段は、抽出干渉信号から各深さ位置における断層情報を取得するものであればその方法は問わず、たとえばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等のスペクトル解析により断層情報を取得するようにしてもよい。

また、断層情報取得手段は、測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い抽出干渉信号を用いて測定対象の各深さ位置における断層情報を取得するものであればその構成は問わず、たとえば測定対象の深さ位置が深くなるにつれて信号長の短い抽出干渉信号から取得した断層情報を割り当てるようにしてもよい。もしくは断層情報取得手段は、干渉信号抽出手段において生成した複数の抽出干渉信号からそれぞれ中間断層情報を取得する中間断層情報取得手段と、中間断層情報取得手段において取得された複数の中間断層情報を測定対象の深さに応じた重み付け加算することにより断層情報を取得する断層情報生成手段とを備えたものであってもよい。

さらに、干渉信号抽出手段は干渉信号の一部を抽出して抽出干渉信号を生成するものであればよいが、干渉信号の全信号長の中心を基準として信号長の異なる複数の抽出干渉信号を生成することが好ましい。

なお、断層画像処理装置は干渉信号もしくは抽出干渉信号から測定対象の表面の深さ位置を検出する表面検出手段を有するものであってもよい。このとき、断層情報取得手段は表面検出手段により検出された表面の深さ位置に基づいて断層情報を取得することになる。

また、光は所定の波長帯域内において波長を掃引しながら周期的に射出されたものであって、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、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計測により断層画像を取得するものであってもよい。

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、検出した干渉信号から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であって、干渉信号の一部を抽出することにより信号長の異なる複数の抽出干渉信号を生成し、生成した複数の抽出干渉信号のうち、測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い抽出干渉信号を用いて測定対象の各深さ位置における断層情報を取得し、取得した断層情報を用いて断層画像を生成することにより、測定対象の分散特性・吸収特性の影響を多く受けている干渉信号の信号長の長さを調整し、測定対象の分散特性・吸収特性の影響が少ない信号長の短い抽出干渉信号から断層情報を取得するため、効率よく測定対象の分散特性・吸収特性による分解能の低下を抑えることができる。

なお、断層情報取得手段が、干渉信号抽出手段において生成した複数の抽出干渉信号からそれぞれ中間断層情報を取得する中間断層情報取得手段と、中間断層情報取得手段において取得された複数の中間断層情報を測定対象の深さに応じた重み付け加算することにより断層情報を取得する断層情報生成手段とを備えたものであるとき、個々の中間断層情報における測定対象の分散特性・吸収特性の影響を重み付け加算により緩和し、断層画像において測定対象の断層構造の再現性を保持しつつ測定対象の分散特性・吸収特性による分解能の低下を抑えることができる。

また、干渉信号もしくは抽出干渉信号から測定対象の表面の深さ位置を検出する表面検出手段をさらに有し、断層情報取得手段が、表面検出手段により検出された表面の深さ位置に基づいて断層情報を取得するものであるとき、測定対象による分散や吸収の影響の少ない浅い深さ位置においては、信号長の長い干渉信号を用いて分解能の高い断層情報を取得することができる。

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１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信号検出手段４０と、干渉信号検出手段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装置５０とを備えている。

光源ユニット３１０は、所定の波長帯域Δλ内において一定の周期Ｔ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、特定の波長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に戻る光の波長は光学系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Ｔ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、波長帯域Δλ内において一定の周期Ｔ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３１０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、シース内の光ファイバが矢印θ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θ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を介して干渉信号検出手段４０側に射出するように構成されている。

干渉信号検出手段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１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３１０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として干渉信号検出手段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θ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３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３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３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。断層画像処理装置５０は、干渉信号取得手段５１、干渉信号抽出手段５２、断層情報取得手段５３、断層画像生成手段５４を有している。

干渉信号取得手段５１は干渉信号検出手段４０において検出された干渉信号ＩＳを取得するものである。ここで、干渉信号取得手段５１は光源ユニット３１０において波長が１周期分掃引されたときに干渉信号ＩＳを取得するものであり、測定光Ｌ１が走査しながら照射されたとき、複数の干渉信号ＩＳを逐次取得するようになっている。このため、干渉信号ＩＳはそれぞれ光Ｌの波長帯域Δλに対応した信号長を有している。なお、干渉信号検出手段４０においては、光のスペクトル強度の影響を受けた状態で干渉信号ＩＳが検出されることになる。よって、干渉信号取得手段５１は、前処理として光Ｌのスペクトル形状の影響の除去を行うようにしてもよい。さらに、干渉信号ＩＳは時間軸（波長軸）に対する干渉強度として取得される。一方、後述する断層情報取得手段５３において波数ｋ軸において等間隔になるような干渉信号ＩＳが必要となる。よって、干渉信号取得手段５１は光源ユニット３１０の時間−波長掃引特性を予め計測しておき、干渉信号を波数ｋ軸において等間隔になるように変換するような前処理を行うようにしてもよい。この信号変換手法の詳細は米国特許第５９５６３５５号明細書に開示されている。

干渉信号抽出手段５２は、干渉信号取得手段５１において取得された干渉信号ＩＳの一部を抽出することにより、信号長の異なる複数の抽出干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ３を生成するものである。たとえば、干渉信号抽出手段５２は、図４（Ａ）に示す干渉信号ＩＳから図４（Ｂ）〜（Ｄ）に示すような干渉信号ＩＳの全信号長の９５％、９０％、８５％の長さの複数の抽出干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ３を生成する。このとき、干渉信号抽出手段５２は信号長の中心λ_Ｃを基準として短波長側および長波長側の干渉信号成分を除去することにより、信号長の異なる複数の抽出干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ３を生成する。なお、干渉信号抽出手段５２は、干渉信号ＩＳ自体（全信号長の１００％）も抽出干渉信号ＩＳ０として抽出する機能を有している。

断層情報取得手段５３は、干渉信号抽出手段５２において生成された複数の抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３のうち、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深くなるほど信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を用いて測定対象の各深さ位置ｚにおける断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。具体的には、断層情報取得手段５３は、中間断層情報取得手段５３ａａ、断層情報生成手段５３ｂを有している。

中間断層情報取得手段５３ａは、干渉信号抽出手段５２により生成された各抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３からそれぞれ中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を取得するものである。ここで、中間断層情報取得手段５３ａ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）を取得する。

断層情報生成手段５３ｂは、各深さ領域ｚ１〜ｚ３において、深さ位置ｚが深くなるにつれて信号長が短い中間干渉信号から取得された異なる中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。具体的には、断層情報生成手段５３ｂは、測定対象Ｓの各深さ位置ｚを０．０≦ｚ１≦０．５ｍｍ、０．５≦ｚ２≦１．０ｍｍ、１．０≦ｚ３≦１．５ｍｍというように、複数の深さ領域ｚ１、ｚ２、ｚ３に区分する。

さらに、断層情報生成手段５３ｂは、各深さ領域ｚ１〜ｚ３の断層情報ｒ（ｚ）を複数の中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を用いて深さに応じた重み付け加算を行うことにより取得する。たとえば深さ領域ｚ１における断層情報ｒ（ｚ１）を取得するとき、断層情報生成手段５３ｂは２つの中間断層情報ｒ０（ｚ）、ｒ１（ｚ）を下記式（１）に示すような深さに応じた重み付け加算を行う。

ｒ（ｚ１）＝ｗ０・ｒ０（ｚ１）＋ｗ１・ｒ１（ｚ１） ・・・（１）
なお、式（１）における重み付け係数ｗ０、ｗ１は、図５に示すような深さ位置ｚに応じて変動する係数であり、ｗ０＋ｗ１＝１になるように設定されたものである。

同様に、断層情報生成手段５３ｂは、深さ領域ｚ２について中間断層情報ｒ１（ｚ２）、ｒ２（ｚ２）を用いて断層情報ｒ（ｚ２）を取得し、深さ領域ｚ３について中間断層情報ｒ２（ｚ３）、ｒ３（ｚ３）を用いて断層情報ｒ（ｚ３）を取得する。さらに、断層情報生成手段５３ｂは、干渉信号検出手段４０において１ライン分の干渉信号ＩＳが検出される度に、上述したように１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を取得していく。なお、断層情報生成手段５３ｂは生成した断層情報ｒ（ｚ）を対数変換する機能を有していてもよいし、あるいは、中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）をそれぞれ対数変換してから各深さの断層情報を得るようにしてもよい。

断層画像生成手段５４は、断層情報生成手段５３ｂ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Ｐを生成するものである。具体的には、断層画像生成手段５４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５４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５４は、記憶していたｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて図６に示すように断層画像Ｐを生成し、図１の表示装置６０に表示されることになる。

このように、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深いほど信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３から取得した中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得することにより、測定対象Ｓにおける分散や光損失による影響を低減し画質の向上を図ることができる。すなわち、ＯＣＴ計測において、広帯域な光（干渉信号）であるほど分解能は上がり狭いほど分解能は下がる。断層画像Ｐの分解能を向上させることを考慮すれば、信号長の長い干渉信号ＩＳを用いることが理想である。しかし、生体組織等の測定対象Ｓには光の分散特性、吸収特性があり、所定の波長域の測定光Ｌ１が測定対象Ｓにおいて分散もしくは吸収されてしまう場合がある。

ここで、Timothy R. Hillman and David D. Sampson,‘The effect of water dispersion and absorption on axial resolution in ultrahigh-resolution optical coherence tomography’OPTICS EXPRESS, 21 March 2005, Vol. 13, No.6 において、光Ｌの波長帯域が広くなるほどピークの広がり率が大きくなり分解能が低下することが示されている。また、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深くなるにつれてピークの広がり率が大きくなり分解能が低下することが示されている。

従って、広帯域にすることによる分解能の向上効果と、分散特性・吸収特性の影響による分解能の低下とのバランスをとることが望ましく、特に深い領域は分散特性・吸収特性の影響を受けやすいことを考慮する必要がある。

そこで、光断層画像化システム１での光源ユニット３１０から射出される光Ｌは広帯域に設定し、断層画像処理装置５０は測定対象Ｓの浅い深さ位置ｚでは波長帯域Δλが広帯域な状態での干渉信号ＩＳを用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得する。これにより、分散特性・吸収特性の影響が少ない浅い深さ位置ｚでは高い分解能を維持することができる。一方、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深くなるにつれて信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ３を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得する。これにより、測定対象Ｓの深い領域において分散特性・吸収特性の影響を抑えることができる。

さらには、干渉光抽出手段５２において干渉信号ＩＳの信号長の長さを調整した抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を生成するだけで分解能の劣化を軽減することができ、効率よく測定対象Ｓの分散特性・吸収特性による分解能の低下を抑えることができる。

図７は本発明の断層画像処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図７を参照して断層画像処理方法について説明する。まず、干渉信号取得手段５１において走査ライン毎に干渉信号ＩＳが取得される（ステップＳＴ１）。その後、干渉信号抽出手段５２において、干渉信号ＩＳの一部が抽出されることにより、信号長の異なる複数の抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３が生成される（ステップＳＴ２）。なお、抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３は全信号長の中心λｃを基準として短波長側および長波長側を除去するような抽出が行われる。

次に、中間断層情報取得手段５３ａにおいて抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を用いて測定対象Ｓの各深さ位置ｚにおける中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）が取得される（ステップＳＴ３）。その後、断層情報生成手段５３ｂにおいて、測定対象の深さ位置ｚが深くなるにつれて信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３から取得した中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を用いて断層情報ｒ（ｚ）が取得される（ステップＳＴ４）。そして、取得された断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐが生成され、表示装置６０に表示される（ステップＳＴ５）。

このように、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深いほど信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得することにより、測定対象Ｓにおける分散や光損失による影響を効率的に低減し画質の向上を図ることができる。

図８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８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８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８の断層画像処理装置１５０が図４の断層画像処理装置と異なる点は、測定対象Ｓの表面からの深さ位置ｚに基づいて断層情報ｒ（ｚ）の取得に用いる中間断層情報を変更することである。

具体的には、断層画像処理装置１５０は、測定対象Ｓの表面を検出する表面検出手段１５１を備えている。表面検出手段１５１は、中間断層情報ｒ０（ｚ）を平滑化した後、中間断層情報ｒ０（ｚ）の深さ方向について差分を求め、いわゆるゼロ交差点検出を行うことにより最も大きい極大点を検出する。そして、表面検出手段１５１は極大点が検出された深さ位置が測定対象Ｓの表面の深さ位置ｚ_Ｓであると判断する。

なお、光プローブ３０と測定対象Ｓとが密着している場合、光プローブ３０の表面が測定対象Ｓの表面の深さ位置ｚ_Ｓとなる。一方、光プローブ３０と測定対象Ｓとが離れている場合、光プローブ３０のシース像よりも深い位置における極大点を測定対象Ｓの表面の深さ位置ｚ_Ｓであると判断する。さらに、表面検出手段１５１は１つの中間断層情報ｒ０（ｚ）から表面の深さ位置ｚ_Ｓを検出する場合について例示しているが、たとえば複数の中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）から上述のように表面の深さ位置ｚ_Ｓを検出し、検出した複数の表面位置を平均することにより表面の深さ位置ｚ_Ｓを検出するようにしてもよい。

断層情報生成手段１５３ｂは、表面検出手段１５１において検出された表面位置および各中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得する。たとえば断層情報生成手段１５３ｂは、各深さ領域ｚ１〜ｚ３を表面の深さ位置のｚ_Ｓ分だけオフセットして、中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を割り当ててゆく。なお、深さ位置０ｍｍ（測定光Ｌ１の射出面）〜表面の深さ位置ｚ_Ｓまでの断層情報は、干渉信号ＩＳから取得した中間断層情報ｒ０（ｚ）を用いるようにしてもよい。

このように、測定対象Ｓからの表面の深さ位置ｚ_Ｓを考慮した断層情報ｒ（ｚ）の取得を行うことにより、測定対象Ｓによる分散や吸収の影響の少ない浅い深さ位置ｚにおいては、信号長の長い干渉信号ＩＳを用いて分解能の高い断層情報ｒ（ｚ）を取得することができる。

図９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９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９の断層画像処理装置２５０において図３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９の断層画像処理装置２５０が図４の断層画像処理装置と異なる点は断層情報ｒ（ｚ）の取得方法である。

断層画像処理装置２５０は、各深さ領域ｚ１〜ｚ３と中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）とを関連づけて記憶したデータテーブル２５１を有している。そして、断層画像生成手段２５３ｂは、深さ領域ｚ１については中間断層情報ｒ０（ｚ１）を断層情報ｒ（ｚ１）として用い、深さ領域ｚ２は中間断層情報ｒ１（ｚ２）、深さ領域ｚ３は中間断層情報ｒ２（ｚ３）をそれぞれ断層情報ｒ（ｚ２）、ｒ（ｚ３）として用いる。この場合であっても、深さ位置が深いほど信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得することにより、測定対象Ｓにおける分散や光損失による影響を効率的に抑え画質の向上を図ることができる。

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の各深さ位置ｚ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、検出した干渉信号ＩＳから断層画像Ｐを生成するとき、干渉信号ＩＳの一部を抽出して信号長の異なる複数の抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を生成し、生成した複数の抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３のうち、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深くなるほど信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を用いて測定対象Ｓの各深さ位置ｚにおける断層情報ｒ（ｚ）を取得し、取得した断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐを生成することにより、測定対象Ｓの分散特性・吸収特性の影響を多く受けている干渉信号ＩＳの信号長の長さを調整し、測定対象Ｓの分散特性・吸収特性の影響が少ない信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ３から断層情報ｒ（ｚ）を取得するため、効率よく測定対象Ｓの分散特性・吸収特性による分解能の低下を抑えることができる。

また、図３に示すように、断層情報取得手段５３が、干渉信号抽出手段５２において生成した複数の抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３からそれぞれ中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を取得する中間断層情報取得手段５３ａと、中間断層情報取得手段５３ａにおいて取得された複数の中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）を重み付け加算することにより断層情報ｒ（ｚ）を取得する断層情報生成手段５３ｂとを備えたものであるとき、個々の中間断層情報ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ）における測定対象Ｓの分散特性・吸収特性の影響を重み付け加算により緩和し、断層画像Ｐにおいて測定対象Ｓの断層構造の再現性を保持しつつ測定対象の分散特性・吸収特性による分解能の低下を抑えることができる。

また、図８に示すように、抽出干渉信号ＩＳ０（＝干渉信号ＩＳ）〜ＩＳ３から測定対象Ｓの表面の深さ位置ｚ_Ｓを検出する表面検出手段１５１をさらに有し、断層情報取得手段１５３が、表面検出手段１５１により検出された表面の深さ位置ｚ_Ｓに基づいて断層情報ｒ（ｚ）を取得するものであるとき、測定対象Ｓによる分散や吸収の影響の少ない浅い深さ位置においては、信号長の長い干渉信号ＩＳを用いて分解能の高い断層情報ｒ（ｚ）を取得することができる。

本発明の実施形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、干渉信号抽出手段５２において、４つの中間干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を生成する場合について例示しているが、２つ以上生成するものであればよい。

さらに、上記実施の形態において断層画像処理装置５０をいわゆるＳＳ−ＯＣＴ計測に適用した場合について例示しているが、図１１に示すようなＳＤ−ＯＣＴ計測を用いた光断層画像化システムについても同様に適用することができる。なお、図１１においては、光源ユニット１１０は、広帯域な低コヒーレンス光を射出するものであり、干渉信号検出手段１４０において、干渉光Ｌ４がレンズ４１介して回折格子素子４２に入射され、回折格子素子４２において各波長帯域毎に分光された後、レンズ４３を介して複数の光検出素子（フォトダイオード等）が配列された光検出部４４によって干渉信号ＩＳとして検出されることになる。

図１０のようなＳＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化システムであっても、測定対象Ｓの深さ位置ｚが深いほど信号長の短い抽出干渉信号ＩＳ０〜ＩＳ３を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得することにより、測定対象Ｓにおける分散や光損失による影響を低減し画質の向上を図ることができる。

本発明の補償テーブル生成装置が適用される光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略構成図 図１の光源ユニットから射出される光の特性を示すグラフ 本発明の断層画像処理装置の好ましい実施形態を示すブロック図 図４の干渉信号抽出手段において抽出される抽出干渉信号の一例を示すグラフ 図４の断層情報取得手段において使用される重み付け係数の特性を示すグラフ 図４の断層画像生成手段において各走査ラインの断層情報を走査方向に配列させた様子を示す模式図 本発明の断層画像処理方法の好ましい実施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 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 本発明の断層画像処理装置が適用される光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
５０、１５０、２５０ 断層画像処理装置
５１ 干渉信号取得手段
５２ 干渉信号抽出手段
５２ 断層情報取得手段
５３ａ 中間断層情報取得手段
５３ｂ 断層情報生成手段
５４ 断層画像取得手段
１５１ 表面検出手段
ＩＳ 干渉信号
ＩＳ０〜ＩＳ３ 抽出干渉信号
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
ｒ（ｚ） 断層情報
ｒ０（ｚ）〜ｒ３（ｚ） 中間断層情報
Ｓ 測定対象
ｚ１〜ｚ３ 深さ領域

Claims (6)

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、検出した該干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理方法であって、
   前記干渉信号の一部を抽出することにより信号長の異なる複数の抽出干渉信号を生成し、
   生成した前記複数の抽出干渉信号のうち前記測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い前記抽出干渉信号を用いて前記測定対象の各深さ位置における断層情報を取得し、
   取得した前記断層情報を用いて断層画像を生成する
   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、検出した該干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理装置であって、
   前記干渉信号の一部を抽出することにより信号長が異なる複数の抽出干渉信号を生成する干渉信号抽出手段と、
   該干渉信号抽出手段において生成された前記複数の抽出干渉信号のうち前記測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い前記抽出干渉信号を用いて前記測定対象の各深さ位置における断層情報を取得する断層情報取得手段と、
   該断層情報取得手段により取得された前記断層情報を用いて断層画像を生成する断層画像生成手段と
   を備えたことを特徴とする断層画像処理装置。
3. 前記断層情報取得手段が、
   前記干渉信号抽出手段において生成した前記複数の抽出干渉信号からそれぞれ中間断層情報を取得する中間断層情報取得手段と、
   該中間断層情報取得手段において取得された前記複数の中間断層情報を前記測定対象の深さに応じて重み付け加算することにより前記断層情報を取得する断層情報生成手段と
   を備えた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. 前記干渉信号抽出手段が、前記干渉信号の全信号長の中心を基準として信号長の異なる前記複数の抽出干渉信号を生成するものであることを特徴とする請求項２または３記載の断層画像処理装置。
5. 前記干渉信号もしくは前記抽出干渉信号から前記測定対象の表面の深さ位置を検出する表面検出手段をさらに有し、前記断層情報取得手段が、該表面検出手段により検出された前記表面の深さ位置に基づいて前記断層情報を取得するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
6. 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、検出した該干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記干渉信号の一部を抽出することにより信号長の異なる複数の抽出干渉信号を生成し、
   生成した前記複数の抽出干渉信号のうち前記測定対象の深さ位置が深くなるほど信号長の短い前記抽出干渉信号を用いて前記測定対象の各深さ位置における断層情報を取得し、
   取得した前記断層情報を用いて断層画像を生成する
   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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