JP2010210268A - 光干渉断層撮像方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の光干渉断層撮像方法は、光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像方法であって、前記被検査物を前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて、測定領域毎に、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得るステップと、測定像から、その測定領域に隣接する隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像を得るステップと、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
CTと比較して断層像の取得(測定)に時間がかかるとされている。そこで、被検査物の測定範囲が大きく、横方向の分解能が高い断層像を高速で取得するための方法として、スペクトラルドメイン方式でダイナミックフォーカスをする方法が考えられる。上述したように、スペクトラルドメイン方式では、横方向の分解能を高くすると焦点深度が小さくなってしまう。したがって、測定範囲を大きくするためには、被検査物を測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて測定する必要がある。その結果、コヒーレンスゲートを被検査物の内部に配置しなければならない状況が発生する。コヒーレンスゲートとは、測定光路において、参照光路と光学距離が一致する位置のことである。これは、コヒーレンスゲートを境に、前後の領域に互いに反転する像が形成されることを意味する。なお、それら2つの像は等価であるため、どちらの像を断層像としてもよい。以下では、取得したいほうの像(即ち、その領域の断層像とする像)を実像とよび、他方の像を鏡像とよぶことにする。SD−OCT方式を採用する場合には、干渉光に対応する像(測定像)は実像と鏡像を含むため、実像と鏡像の分離が必須となる。特許文献1に開示の装置では、一つの領域の実像を得るために、コヒーレンスゲートの位置を複数回変化させて、スペクトルの測定を行う必要がある。そのため、測定に時間がかかってしまう。
光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像方法であって、
前記被検査物を前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて、測定領域毎に、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得るステップと、
測定像から、その測定領域に隣接する隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像を得るステップと、
を有することを特徴とする。
光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像装置であって、
前記被検査物を前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて、測定領域毎に、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得る測定像取得手段と、
測定像から、その測定領域に隣接する隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像を得る断層像取得手段と、
を有することを特徴とする。
S(i)=R(i) i=0 (式1−1)
S(i)=R(i)+R’(i−1) i=1〜5 (式1−2)
式1−1は、測定領域Z(0)の測定像S(0)が実像R(0)であることを表している。式1−2は、測定領域Z(i)の測定像S(i)から実像R(i−1)の鏡像R’(i−1)を減算することによって、測定領域Z(i)の実像R(i)を得ることができることを示している。
C(i)=S(i) i=0 (式2−1)
C(i)=S(i)−C’(i−1) i=1〜5 (式2−2)
鏡像C’(i−1)は実像C(i−1)から算出することができる。上述したように、第1の測定領域(測定領域Z(0))では鏡像が現れないため、本実施形態では、第1の測定領域について、測定像S(0)を断層像(実像)C(0)として採用する。そして、第2〜第Xの測定領域については順番に、第Yの測定領域の測定像から(2≦Y≦X)、第Y−1の測定領域の実像の鏡像を除去することにより、第Yの実像を得る。即ち、図1の例では、i=1から5まで順番に実像C(i)を計算する。それにより、測定領域毎の実像を得ることができる。そして、得られた実像を繋ぎ合わせることによって所望の断層像を得ることができる(図1(d))。
きる。さらに、得られた実像(断層像)を繋ぎ合わせることにより、被検査物の測定範囲が大きく、横方向の分解能が高い断層像を高速で取得することができる。それにより、高速なダイナミックフォーカスのOCT装置を実現することができる。
次に本実施形態に係る光干渉断層撮像装置の具体的な実施例について説明する。具体的には、本発明を適用した眼科用のOCT装置について説明する。
図2は、本実施例に係るOCT装置で用いられるマッハツェンダー干渉系の構成を示す図である。光源201から出射された光(出射光)はシングルモードファイバー202−1を通して、レンズ211−1に導かれる。出射光は、ビームスプリッタ203−1によって参照光205と測定光206に分割される。測定光206は、被検査物である眼207に照射された後、反射や散乱により戻り光208となって戻される。参照光と戻り光はビームスプリッタ203−2、レンズ211−2、シングルモードファイバー202−3を介して、分光器218に入射する。分光器で取得された光(戻り光と参照光の干渉光)の波長スペクトルなどのデータは、コンピューター219に入力される。なお、光源201は代表的な低コヒーレント光源であるSLD(Super Luminescent Diode)である。被検査物が眼であることを鑑みると、出射光は近赤外光(例えば中心波長840nm、帯域50nmの光)であることが好ましい。
ー219によって制御され、所望の動作が実行される。またコンピューターは、分光器のデータの処理、データの保存、画像の処理などを行う。
次に、測定領域の(照射方向の)幅について図3を用いて説明する。図3において、縦軸は反射強度を表し、横軸は被検査物内の(照射方向の)位置を表す。図3は、コヒーレンスゲート301を測定領域Z(3)とそれに隣接する測定領域Z(2)の間に配置して、測定領域Z(3)について測定を行う場合を模式的に示している。符号302は各測定領域の幅を示し、符号303は測定深度、符号304は焦点深度を示す。測定深度と焦点深度については後述する。
DOF=±λ/(2NA2) (式3)
Lmax=±N/(4ΔK) (式4)
2 × 測定領域の幅 < 焦点深度(全長) (式5)
L=t/(2ΔK) (式6)
Lmin=δ(L)=1/(2ΔK) (式7)
図1および図4を用いて、測定像のデータ(測定像データ)の解析方法について説明する。本実施例では、測定領域Z(i−1)と測定領域Z(i)の境界にコヒーレンスゲートを設置し、測定領域Z(i)について測定を行う場合について説明する。以下、測定領域Z(i)の測定像データを符号S(i,k)として表記する。iは領域の番号0〜M−1であり、kは領域内の要素の番号0〜nある(iとnはいずれも整数である)。Mは領域数、nはn<N/2を満たす要素数である。Nはラインセンサーの画素数である。測定領域の幅が500μm程度であれば(本実施例ではδ(L)=6.8μmであるため)、n=500/6.8=74画素程度となる。測定領域の幅は分割数を多くすることで小さくすることができるため、nはラインセンサーの画素数に対し小さくなる。なお、ここでは、測定像データS(i,0)と測定像データS(i−1,n)の位置は一致するものとし、この位置にコヒーレンスゲートが配置されているものとする。同様に各測定領域の実像のデータ(実像データ)は符号C(i,k)として表記する。
C(0,k)=S(0,k) 0≦k≦n (式8)
ら鏡像データを除去して、実像データC(i,k)を得る(断層像取得手段)。除去する鏡像データは、コヒーレンスゲートの位置(本実施例では測定領域と、その測定領域に隣接する隣接領域との境界)を軸として反転させることにより得られる。具体的には、測定像データS(i,k)から、鏡像データとして、実像データC(i−1,n−k)を除去する。なお、実像データC(i,0)は、コヒーレンスゲートの配置位置のデータであるため、実像データC(i−1,n)と等しいものとする(式9−1)。算出される実像データC(i,k)は式9−2のように表される。
C(i,0)=C(i−1,n) k=0 (式9−1)
C(i,k)=S(i,k)−C(i−1,n−k) 0<k≦n (式9−2)
実施例2では、SD−OCT特有の現象による問題を解決する方法について説明する。SD−OCT特有の現象について図5を用いて説明する。図5は、被検査物としてミラーを用いたときの、コヒーレンスゲートとミラーの間の距離と測定される反射強度の関係を示す図である。具体的には、ミラーの位置をコヒーレンスゲートから、50、100、150、200、300、400、500、600、800、1000、1200、1600、2000μm離したときに測定された反射強度(デジタル値)をそれぞれ示している。点線は、それらの結果の包絡線(測定領域内の照射方向の位置に対する反射強度の変化)を模式的に示しており、いわゆる減衰関数である。図5では、ミラーの位置がコヒーレンスゲートから離れるにつれて強度が減衰している。これはRoll−Offなどと呼ばれ、分光器の解像度などに起因して発生する。
このような現象が発生するときの信号処理の方法(測定像データの解析方法)について図6を用いて説明する。
ステップS2−1で測定を開始する。
ステップS2−2〜S2−4で、測定領域を切り換えながら順次測定像データを取得する。なお、本実施例では、測定像が、その測定領域の幅(例えば、500μm(0≦k≦n))よりも広い範囲(例えば、0≦k≦N−1)に対して得られるものとする。
ステップS2−5〜S2−6で、各測定領域の測定像データを上述した減衰関数に基づいて決定された補正関数に従って順次補正する。具体的には、光干渉断層撮像装置は上述した補正関数を予め記憶または取得し、測定位置(要素の位置)毎に、その位置に対応する補正関数の値(補正関数にその位置を代入することにより得られる値;補正データ)を用いて補正する。補正に用いるデータを補正データD(i,k)とすると、補正された測定像データH(i,k)は式10のように表される。
H(i,k)=S(i,k)/D(i,k) (式10)
なお、補正関数は、理論や実験で得られた減衰関数そのものであってもよいし、減衰関数の近似関数(直線や2次曲線)であってもよいし、減衰関数に所定の係数を加算や乗算したものであってもよい。上述したような現象を解消することができればどのような関数を用いてもよい。
最小になるように)破線を横軸方向にシフトさせる。重複部分において、互いの実像のそれぞれに特定のピークがある場合には、それらのピーク位置が一致するように調整してもよい。そして、強度の調整(即ち、図7の縦軸方向の調整)は、測定領域の断層像とその隣接領域の断層像(実線と破線)の重複部分の強度差が最小になるように行われる。即ち、実線と破線の重複部分の強度差が最小になるように(例えば、重複部分の強度差の絶対値の合計が最小になるように)破線を縦軸方向にシフトさせる。なお、画像調整は測定領域の位置、または、強度のいずれかのみを調整するものであってもよい。測定領域の位置と強度の両方の調整を行う場合には、測定領域の位置を調整した後に強度を調整することが好ましい。
202 シングルモードファイバー
203 ビームスプリッタ
204 XYスキャナ
205 参照光
206 測定光
207 眼
208 戻り光
209 角膜
210 網膜
211 レンズ
212 フォーカス駆動機構
213 ミラー駆動機構
214 ミラー
215 分散補償用ガラス
216 対物レンズ
217 スキャンレンズ
218 分光器
219 コンピューター
301 コヒーレンスゲート
302 測定領域の幅
303 測定深度
304 焦点深度
Claims (11)
- 光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像方法であって、
前記被検査物を前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて、測定領域毎に、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得るステップと、
測定像から、その測定領域に隣接する隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像を得るステップと、
を有することを特徴とする光干渉断層撮像方法。 - 前記測定像を得るステップでは、第1の測定領域が前記被検査物の端に配置され、かつ、第1から第Xの測定領域(Xは1より大きい整数)が前記測定光の照射方向に順に並ぶように、前記複数の測定領域が設定され、
前記測定領域毎の断層像を得るステップでは、
第1の測定領域について、測定像を断層像として採用し、
第2〜第Xの測定領域については順番に、第Yの測定領域の測定像から(2≦Y≦X)、第Y−1の測定領域の断層像の鏡像を除去することにより、第Yの測定領域の断層像を得る
ことを特徴とする請求項1に記載の光干渉断層撮像方法。 - 前記測定領域の前記照射方向の幅は、当該測定領域の測定像を得る際の焦点深度の1/2よりも小さい
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光干渉断層撮像方法。 - 前記測定像を、測定領域内の前記照射方向の位置に対する強度の変化を表す減衰関数に基づいて決定された補正関数に従って補正するステップを更に有し、
前記測定領域毎の断層像を得るステップでは、前記補正された測定像から、前記隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像を得る
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像方法。 - 前記補正関数は、測定領域ごとに異なる
ことを特徴とする請求項4に記載の光干渉断層撮像方法。 - 測定領域毎に、断層像の強度および/または測定領域の前記照射方向の位置を調整するステップ
を更に有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像方法。 - 前記測定像は、その測定領域よりも広い範囲に対して得られ、
測定領域毎に測定領域の前記照射方向の位置を調整する場合には、測定領域の断層像とその隣接領域の断層像との重複部分の強度の差が一定になるように調整する
ことを特徴とする請求項6に記載の光干渉断層撮像方法。 - 前記測定像は、その測定領域よりも広い範囲に対して得られ、
測定領域毎に断層像の強度を調整する場合には、測定領域の断層像とその隣接領域の断層像との重複部分の波長スペクトルの強度の差が最小になるように調整する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の光干渉断層撮像方法。 - 測定領域とその測定領域に隣接する隣接領域との境界と、コヒーレンスゲートの位置と
が一致する場合に、前記鏡像は、当該境界を軸として、当該隣接領域の断層像を反転した像である
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像方法。 - 前記測定像を得る際に、コヒーレンスゲートの位置を、測定領域とその隣接領域との境界よりも隣接領域側に設定する
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像方法。 - 光源からの光を測定光と参照光とに分割し、前記測定光を被検査物に照射したときに前記被検査物から戻される戻り光と、前記参照光との干渉光の波長スペクトルに基づいて前記被検査物の断層像を取得する光干渉断層撮像装置であって、
前記被検査物を前記測定光の照射方向に隣接する複数の測定領域に分けて、測定領域毎に、前記干渉光の波長スペクトルに基づいて測定像を得る測定像取得手段と、
測定像から、その測定領域に隣接する隣接領域の断層像の鏡像を除去することにより、測定領域毎の断層像を得る断層像取得手段と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
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