JP2008256602A - 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効率的に断層画像を生成する。
【解決手段】ＯＣＴ計測により干渉信号ＩＳが取得されたとき、式（１）に示す補償テーブルＲＴを用いて干渉信号ＩＳの振幅方向の補償と位相方向の補償とが同時に行われる。次に、断層情報取得手段５３において、補償後の干渉信号ＩＳ１０から断層情報ｒ（ｚ）が取得され、断層画像生成手段５４により断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐが生成される。そして、断層画像Ｐが画像出力手段５５により表示装置６０に表示される。
【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、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、もしくは後方散乱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、非特許文献１参照）。

上述したＦＤ−ＯＣＴ計測により取得される干渉信号は光源ユニットから射出される光のスペクトル強度成分と干渉成分とが乗算された状態で検出される。したがって、干渉信号から干渉成分のみを抽出するため、干渉信号からスペクトル成分を除去する必要がある。

また、ＳＳ−ＯＣＴ計測の場合、干渉信号は時間変化（波長変化）に対する干渉強度が干渉信号として検出される。一方、干渉信号にフーリエ変換等の周波数解析を施すことにより断層情報を取得するためには波数変化に対する干渉強度からなる干渉信号が必要となり、特許文献１に示すような信号変換を行う必要がある。
米国第５９５６３５５号明細書 特開２００５−２８３１５５号公報

このように、検出された干渉信号から断層情報（反射率）を取得するためには、干渉信号の振幅方向の前処理と干渉信号の位相方向の前処理とを施す必要がある。しかし、干渉信号の上述したような振幅方向の前処理と位相方向の前処理とはそれぞれ別々に行われているため、干渉信号の前処理に手間が掛かってしまい断層情報の取得および断層画像の生成の効率が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、効率よく断層画像の取得を行う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、分割した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、反射光と参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出し、検出した干渉信号を用いて測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理方法において、干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを補償テーブルを用いて同時に行い、補償した干渉信号から測定対象の断層情報を取得し、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、分割した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、反射光と参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出し、検出した干渉信号を用いて測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理装置において、干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを補償テーブルを用いて同時に行う信号補償手段と、信号補償手段により補償された干渉信号から測定対象の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、分割した測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出したとき、コンピュータに、干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを補償テーブルを用いて同時に行い、補償した干渉信号から測定対象の断層情報を取得し、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。

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。

また、振幅の補償は、たとえば光のスペクトル強度成分と干渉成分とが重なり合って出力された干渉信号からスペクトル強度成分を除去し干渉成分を抽出するような補償を行うようにしてもよい。

なお、信号補償手段は、干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを同時に行うものであればいずれの振幅の補償、位相の補償を行うものであってもよい。たとえば干渉信号が波長毎の干渉強度を示す信号であるとき、信号補償手段は波数毎の干渉強度に変換するような位相の補償を行うようにしてもよい。また、信号補償手段が測定対象における光の分散による位相のずれを補償するものであってもよい。

また、補償テーブルは振幅の補償と位相の補償とを同時に行うことができるものであればよく、たとえば下記式（１）あるいは下記式（２）に示すようなものであってもよい。

なお、断層情報取得手段は、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。

なお、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、分割した測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と参照光とを合波し、反射光と参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出したとき、補償テーブルを用いて干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを同時に行い、補償した干渉信号から測定対象の断層情報を取得し、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、振幅の補償と位相の補償とを別々に行う場合に比べて効率的な断層画像処理を行うことができる。

なお、上記式（１）もしくは（２）に示すように、信号補償手段が干渉信号からスペクトル強度成分を除去し干渉成分を抽出する振幅の補償と、信号補償手段が波長毎の干渉強度からなる干渉信号を波数毎の干渉強度に変換し、測定対象における光の分散により生じた位相ずれを補償する位相の補償とを同時に行うものであるとき、高速に振幅の補償と位相の補償と同時に行うことができる。

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。なお、このレーザ光Ｌは図３に示すようなスペクトル強度を有する光となる。

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を矢印θ方向に走査させる。すると、この走査方向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。よって、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。断層画像処理装置５０は、干渉信号取得手段５１、信号補償手段５２、断層情報取得手段５３、断層画像生成手段５４、画像出力手段５５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。信号補償手段５２は下記式（１）に示す補償テーブルＲＴを用いて干渉信号ＩＳの振幅の補償と干渉信号の位相の補償とを同時に行い、補償後の干渉信号ＩＳ１０を生成するものである。

ここで、上記式（１）による干渉信号ＩＳの振幅の補償（縦軸方向の補償）について説明する。光源ユニット１０から射出される光Ｌは、全波長帯域Δλにおいて一様なスペクトル強度にはなっておらず、図３に示すように波長によってスペクトル強度の異なる形状を有している。したがって、干渉信号取得手段５１において取得される干渉信号ＩＳは図５（Ａ）のような光Ｌのスペクトル成分と図５（Ｂ）のような反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが干渉したときの干渉成分とが重なり合い、図６のような状態で出力される。一方、測定対象Ｓの各深さ位置における断層情報ｒ（ｚ）を有しているのは干渉成分であるため、干渉信号ＩＳから干渉成分を抽出することが必要となる。

具体的には、図７に示すように、サンプリング点{c_k}={c₁, …, c_k-1, c_k, c_k+1, …, c_n }における干渉強度{x_k}={x₁, …, x_k-1, x_k, x_k+1, …, x_n }を干渉信号ＩＳとして出力されるものであって、サンプリング点ｃ_ｋ（干渉強度ｘ_ｋ）おける光Ｌのスペクトル強度をｓ_ｋ（ｋ＝１〜ｎ、サンプリング数）とする。なお、このスペクトル強度ｓ_ｋは図５（Ａ）に示すような光源ユニット３１０から射出される光Ｌのスペクトル形状を予め調べておく。このとき、各干渉強度ｘ_ｋは、ｘ_ｋ＝ｓ_ｋ×ｙ_ｋで表すことができ、下記式（１−１）により干渉信号ＩＳから干渉成分のみを抽出することができる。

ｙ_ｋ＝ｘ_ｋ／ｓ_ｋ ・・・（１-１）
次に、式（１）による干渉信号ＩＳの位相の補償（横軸方向の補償）について説明する。干渉信号検出手段４０は時間毎の干渉強度を干渉信号ＩＳとして検出し、干渉信号取得手段５１はこの干渉信号ＩＳを取得する。なお、光源ユニット３１０から射出される光Ｌは、一定の周期Ｔで波長掃引するものであるため（図２参照）、結果として干渉信号ＩＳは波長毎の干渉強度として出力される。一方、後段の断層情報取得手段５３は、波数ｋ（＝２π／λ）について等間隔でサンプリングされている干渉強度を用いて周波数解析するものである。したがって、波長毎の干渉強度を示す干渉信号ＩＳから波数毎の干渉強度を示す干渉信号ＩＳに位相変換する必要がある。

さらに、測定対象Ｓにおける屈折率の波長依存性により位相がずれる場合がある。すなわち、光が物質中を通るとき、光の見かけの光路長は真空中を通る場合と比較してn（１≦n）倍となる。nは屈折率と呼ばれる。屈折率は物質によって異なり物質が同じであっても光の波数により異なる。そして、屈折率の波長依存性の影響を受けない干渉光Ｌ４は図８中の波線で示すようになるのに対し、吸収特性等の影響を受けた干渉光Ｌ４（干渉信号ＩＳ）は図８中の実線で示すように位相がずれた状態で出力されてしまう。この屈折率の波長依存性による位相のずれを補償する必要がある。

具体的には、図９のように、干渉信号ＩＳはサンプリング点{c_k}={c₁, …, c_k-1, c_k, c_k+1, …, c_n }における干渉強度{x_k}={x₁, …, x_k-1, x_k, x_k+1, …, x_n }からなるものであるとする。なお、干渉信号ＩＳは干渉信号検出手段４０において一定のサンプリング周期で光電変換されサンプリングされたものであるため各サンプリング点{c_k}は等間隔に配列されている。

ここで、補償後の干渉信号ＩＳ１０が各サンプリング点{b_k}={b₁, …, b_k-1, b_k, b_k+1, …, b_n}、各サンプリング点b_kの干渉強度{y_k}={y₁, …, y_k-1, y_k, y_k+1, …, y_n }であるとする。なお、図１０のように、サンプリング点{b_k}は波数ｋ＝２π／λにおいて等間隔となるように設定されているため、サンプリング点c_kの干渉強度x_kが等間隔に配列される空間においてはサンプリング点ｂ_kにおける干渉強度ｙ_kは等間隔に配列されない。また、サンプリング点b_kはサンプリング点c_k以上c_k+1未満（c_k ≦b_k ＜c_k+1）になるように設定されている。したがって、サンプリング点ｃ_k＋１−c_k＝１としたとき、０≦t_k＜１（t_k ＝b_k−c_k）となる。

サンプリング点ｃ_kの干渉強度ｘ_kからなる干渉信号ＩＳからサンプリング点b_kの干渉強度y_kからなる補償後の干渉信号ＩＳ１０を線形補間により求めると、下記式（１−２）のようになる。

y_k＝（１−t_k）x_k＋t_k x_k+1 ・・・（１-２）
そして式（１-１）および式（１-２）から上記式（１）が導出される。

このように、振幅の補償を行う式（１−１）と位相の補償を行う式（１−２）とを組み合わせた式（１）で示される補償テーブルＲＴを用いて干渉信号の補正を行うことにより、光源ユニット３１０のスペクトル形状の補償、波長掃引特性の補償および分散・吸収特性の補償を同時に行うことができるため結果として効率的に断層画像Ｐの生成を行うことができる。

なお、式（１）および式（１−２）において位相補償は線形補間により行う場合について例示しているが、スプライン補間により行うようにしてもよい。たとえばＣ−スプライン補間を用いた場合、補償後の干渉強度y_kは上記式（１−２）に代えて、

となる。

そして、上記式（１−１）および式（１−３）から下記式（２）が導出される。

この式（２）の補償テーブルＲＴであっても、上述のような干渉信号ＩＳに対し振幅の補償と位相の補償とを同時に行うことができ、効率的な信号補償を行うことができる。

図４の断層情報取得手段５３は、信号補償手段５２において生成された干渉信号ＩＳ１０を用いて、測定対象Ｓの各深さ位置における断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。ここで、断層情報取得手段５３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。さらに、断層情報取得手段５３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、１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を取得していく。

断層画像生成手段５４は、断層情報取得手段５３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）を用いて断層画像Ｐを生成する。画像出力手段５５は、断層画像生成手段５４により生成された断層画像Ｐを図１の表示装置６０に表示することになる。

図１１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１１を参照して断層画像処理方法の一例について説明する。まず、干渉信号取得手段５１において干渉信号ＩＳが取得され（ステップＳＴ１）、信号補償手段５２において式（１）に示す補償テーブルＲＴを用いて干渉信号ＩＳにおける振幅方向の補償と位相方向の補償とが同時に行われる（ステップＳＴ２）。次に、断層情報取得手段５３において、補償後の干渉信号ＩＳ１０から断層情報ｒ（ｚ）が取得される（ステップＳＴ３）。そして、断層画像生成手段５４により断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐが生成され、断層画像Ｐが画像出力手段５５により表示装置６０に表示される（ステップＳＴ４）。

上記実施の形態によれば、上記式（１）もしくは（２）に示すような補償テーブルＲＴを用いて干渉信号ＩＳの振幅の補償と位相の補償とを同時に行い、補償した干渉信号ＩＳ１０から測定対象Ｓの断層情報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、振幅の補償と位相の補償とを別々に行う場合に比べて効率的な断層画像処理を行うことができる。

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、位相の補償について、式（１）の線形補間を用いた場合、式（２）のスプライン補間を用いた場合について例示しているが、他の公知の手法により位相の補償を行うようにしてもよい。

また、上記式（１）、（２）において、振幅補償として光Ｌのスペクトル強度に対する補償を行う場合について例示しているが、測定対象Ｓの吸収特性に対する補償を行うようにしてもよい。すなわち、物質にはある波長の光を吸収してしまう特性があり、この光の吸収の仕方は入射する物質によって異なり、物質が同じであっても光の波数（波長）により異なる。よって物質に入射した測定光Ｌ１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Ｌ３が減衰し、結果として干渉信号ＩＳの振幅が見かけ上低下してしまう場合がある。一方、たとえば測定対象Ｓの成分の大部分は水であるというように、測定対象Ｓの詳細な断層構造（どの深さにどの物質が存在するか）はわからなくても測定対象Ｓ全体としての吸収特性は予め計測することができる。そこで、あらかじめ水等の測定対象Ｓ全体の吸収特性を計測し、測定対象Ｓの吸収特性に基づいて振幅の補償を行う。具体的には、式（１−１）において干渉強度x_kに吸収係数ｇ_kを乗算するものであり（ｙ_ｋ＝ｘ_ｋ・ｇ_k／ｓ_ｋ）、これに対応して式（１）、（２）においても干渉強度x_kに吸収係数ｇ_kが乗算されることになる。

また、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１２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１２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１２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、上記ＳＳ−ＯＣＴ計測の場合と同様、光断層画像化システム１に用いられる光ファイバ等の光学部品の波長依存特性や測定対象Ｓの波長分散特性等に起因するノイズ成分等が含まれている場合がある。さらに、ＳＤ−ＯＣＴ計測特有の問題として、ディテクタアレイ等に構成された光検出部４４によって干渉信号ＩＳを観測する場合、各ディテクタの波長検出特性により光検出部４４が観測する干渉光Ｌ４の所定の波長帯域が波長（周波数）について線形になっていない場合があり、この場合にも分解能の劣化が生じる。

このとき、上述した式（１）もしくは式（２）に示すような干渉信号ＩＳに対する振幅の補償および位相の補償を同時に行うことにより、効率的に断層情報ｒ（ｚ）の取得および断層画像Ｐの生成を行うことができる。

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波長が掃引される様子を示すグラフ 図１の光断層画像化システムに使用される光プローブの一例を示す模式図 本発明の断層画像処理装置の好ましい実施形態を示すブロック図 図４の干渉信号取得手段において取得される干渉信号の一例を示すグラフ 図４の干渉信号取得手段において取得される干渉信号の一例を示すグラフ 干渉信号の振幅を補償する様子を示す模式図 図４の干渉信号取得手段において取得される干渉信号の干渉信号の位相がずれた状態を示すグラフ 干渉信号の位相を補償する様子を示す模式図 補償前の干渉信号のサンプリング点と補償後の干渉信号のサンプリング点の位置ずれを示す模式図 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
３１０ 光源ユニット
３０ 光プローブ
４０ 干渉信号検出手段
５０ 断層画像処理装置
５１ 干渉信号取得手段
５２ 信号補償手段
５３ 断層情報取得手段
５４ 断層画像生成手段
５５ 画像出力手段
６０ 表示装置
ＩＳ 干渉信号
ＩＳ１０ 補償後の干渉信号
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
ｒ（ｚ） 断層情報
ＲＴ 補償テーブル
Ｓ 測定対象

Claims (8)

1. 光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出し、検出した該干渉信号を用いて前記測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理方法において、
   前記干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを補償テーブルを用いて同時に行い、
   補償した前記干渉信号から前記測定対象の断層情報を取得し、
   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、分割した前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出し、検出した前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理装置において、
   前記干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを補償テーブルを用いて同時に行う信号補償手段と、
   該信号補償手段により補償された前記干渉信号から前記測定対象の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. 前記干渉信号が前記光のスペクトル強度成分と干渉成分とが重なり合った信号であり、前記信号補償手段が前記干渉信号から前記スペクトル強度成分を除去し前記干渉成分を抽出する前記振幅の補償を行う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. 前記干渉信号が波長毎の干渉強度を示す信号からなり、前記信号補償手段が前記干渉信号を波数毎の干渉強度に変換する前記位相の補償を行う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. 前記信号補償手段が前記測定対象の分散特性により生じる位相のずれを補償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. 前記補償テーブルが下記式（１）であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
   

   
7. 前記補償テーブルが下記式（２）であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
   

   
8. 光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、分割した前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの干渉光を干渉信号として検出したとき、
   コンピュータに、
   前記干渉信号の振幅の補償と位相の補償とを補償テーブルを用いて同時に行い、
   補償した前記干渉信号から前記測定対象の断層情報を取得し、
   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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