JP2010533301A - 均一周波数のサンプリングクロック制御用の装置および方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ディジタイザにおける外部サンプリングクロック入力ポートでｋ空間波長計から導出される時間的に非線形なサンプリングクロックによって、ＯＣＴ信号を直接的にサンプリングするための均一周波数サンプリングクロック制御の方法およびシステム。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に、レーザシステムに関し、さらに詳細には光コヒーレンストモグラフィのシステムおよび方法に関する。

光コヒーレンストモグラフィ（「ＯＣＴ」）は、後方散乱光または後方反射光のエコー時間遅延を測定することによって、マイクロスケール解像度で組織の断層像を生成する。フーリエ領域ＯＣＴ（「ＦＤ−ＯＣＴ」）は、干渉計を用いて、単一の静止参照反射体からの光に干渉を受けるサンプリングから後方散乱される光の光スペクトルを取得することによって、高感度かつ高速の撮像速度を得ることができる。掃引光源ＯＣＴ（「ＳＳ−ＯＣＴ」）は、広い光帯域幅にわたって狭帯域光源を高速で同調させることによって、波数（または光周波数）を時間符号化する。

ＳＳ−ＯＣＴ用の高速同調可能レーザ光源は、非線形または不均一な波数対時間［ｋ（ｔ）］特性を呈する。そういう次第で、時間において均一にサンプリングされたＳＳ−ＯＣＴインターフェログラム［Ｓ（ｔ）、たとえば、内部ディジタイザクロックを用いる］は、ＯＣＴ画像を生成するために用いられる経路長（ｚ）領域にフーリエ変換する前に、Ｓ（ｋ）に再マッピングされなければならない。このソフトウェアの再マッピング動作は、位相感度の低下（すなわち、再マッピング手順において導入される振幅および位相のエラー）、画像アーチファクト、計算の非効率性および各ＯＣＴインターフェログラム［Ｓ（ｔ）］に関する再マッピングアレイを記録するために必要な帯域幅［ｋ（ｔ）］のために望ましくない。

その上、高速の周波数掃引速度で動作するとき、レーザ周波数は、ＳＳ−ＯＣＴにおいて時間に対して線形ではなく、非線形に変化する。したがって、波数（ｋ）または光周波数（ν）における等距離の間隔への干渉出力の正確かつ確実な再較正が、必要である。また、非線形性は、光源における同調可能素子の仕様から生じる可能性があり、同調可能フィルタのタイプ（たとえば、格子、ファブリペローなどと組み合わせた機械的回転ミラー）、同調可能フィルタの動作または同調可能フィルタの時変動作（ドリフト）であり得る。低周波数で動作するアナログ・ディジタル（「Ａ／Ｄ」）・コンバータ・カード、すなわち、低速ディジタイザは、高速ＯＣＴシステムにとって実用的ではない。さらに、大部分の高速のＡ／Ｄコンバータカードは、生成されたクロック制御信号のタイミングジッタを有し、ＳＳ−ＯＣＴを用いて記録された画像を劣化する可能性がある。大部分の高速のディジタイザは、外部クロックのタイミングパラメータ、すなわち、ディーティーサイクル、パルス形状、振幅、ジッタなどについてきわめて選択的であり、したがって、外部クロック制御は、アナログまたはディジタルのいずれであるかに関係なく、なんらかの処理を行わない限り、困難である。

内部サンプリングクロックおよびＯＣＴ用に用いられる掃引光源レーザで動作する高速のディジタイザは、レーザの非線形掃引とディジタイザの一定のサンプリング周波数との間で較正が行われなければならない。これは、（時間において）線形にサンプリングされた較正ｋ空間波長計信号または不均一なフーリエ変換のソフトウェア事後処理内挿方法を用いて達成することができる。これらの対処法にもかかわらず、波数（ｋ）または光周波数（ν）において均一にサンプリングされた信号を得ることにより、ＯＣＴの画質および表示速度が向上する。残念なことに、今日の高速ディジタイザは、外部サンプリングクロック入力の振幅および周波数の連続性に関する厳しい要件があり、たとえば、レーザが連続的な掃引の間にあるときに、波長計信号における混乱は、ディジタイザの内部サンプリング回路を無効にする可能性がある。本願明細書に記載される実施形態は、これらの問題のほか、他の問題も克服する。

均一な周波数サンプリングクロック制御のための方法およびシステムは、ディジタイザの外部サンプリングクロック入力ポートでｋ空間波長計から導出される時間的に非線形なサンプリングクロックによって、ＯＣＴ信号を直接的にサンプリングする。

前述の特徴および利点および他の特徴および利点は、添付の特許請求の範囲によって定義される。添付図面と共に読まれる典型的な実施形態の以下の詳細な説明は、限定するものではなく、単なる例示に過ぎず、その範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物によって定義される。

図の前述の説明は、図面をさらに完全に理解するために提供される。しかし、実施形態は、示された正確な配置および構成に限定されるわけではないことを理解すべきである。

掃引レーザ光源の外部クロック制御のための均一周波数サンプリングクロック制御経路の概略図である。 ＯＣＴ干渉計と連結された均一周波数サンプリングクロック制御経路の一実施形態の概略図である。 経路１の一実施形態の概略図である。 経路２の一実施形態の概略図である。 トリガ発生器の概略図である。 補助波長計の概略図である。 任意波形発生器を有するディジタイザの概略図である。 補助波長計の別の実施形態である。 補助波長計の別の実施形態である。 経路２の一実施形態の概略図である。 ＯＣＴ干渉計の一実施形態の概略図である。 光波長計を用いた掃引光源ＯＣＴの直接外部ブロックサンプリングクロック制御用の回路の概略図である。 掃引光源レーザから連結される較正用ガスセルおよび補助波長計の概略図である。 部分反射体の間でシングルパス３１６およびトリプルパス３１８を構成する光が、干渉して、波数（ｋ）で均一に離隔される周期信号を生成する光波長計の概略図である。 較正用ガスセルの概略図である。 経路６の一実施形態の概略図である。 外部クロック回路の一実施形態のグラフ概略図である。 位相感知式フーリエ領域ＯＣＴにおける共通経路ＯＣＴ干渉計の概略図である。 実時間撮像クロック制御システムを有する位相感知式フーリエ領域ＯＣＴ機器のブロック図である。 内部クロック制御／再マッピングスキーム（４４０）および外部クロック制御スキーム４４２のためのＯＣＴ点広がり関数対深さである。 位相感知式ＯＣＴ干渉計構成の一実施形態の概略図である。 増大する周波数で周期電圧の印加に応じて、圧電フィルムにおける厚さの変化のグラフである（５００Ｈｚ）。 増大する周波数で周期電圧の印加に応じて、圧電フィルムにおける厚さの変化のグラフである（１０００Ｈｚ）。 増大する周波数で周期電圧の印加に応じて、圧電フィルムにおける厚さの変化のグラフである（２０００Ｈｚ）。 種々の経路から複数のクロック信号を結合するデマルチプレクサの概略図である。

方法、装置およびシステムは、方法、装置およびシステムの以下の詳細な説明および添付図面を参照することによって、さらに容易に理解されることができる。

一般的に言えば、掃引レーザ光源１２のための均一周波数サンプリングクロック制御１０のシステムおよび方法が全体として、図１に示されている。均一周波数サンプリングクロック制御１０は、少なくとも１つの経路を含み、経路の一部の実施形態は全体として、図１における線状の矢印として示されている。線状の矢印は、ワイヤ、ファイバなどの電気結合素子または光学結合素子を表す。一実施形態において、均一周波数サンプリングクロック制御１０は、掃引レーザ光源１２を特徴付けることと２６、特徴付けデータ２６に基づいて波形のディジタル表現を作成することと、波形発生器１４（すなわち、ディジタル・アナログ（「Ｄ／Ａ」）・コンバータ）を用いて、クロック信号３０を生成して、クロック信号３０をディジタイザ外部クロック３２に出力することと、を含む経路１を含む。均一周波数サンプリングクロック制御１０は、掃引レーザ光源１２を補助波長計１６に連結することと、補助波長計１６の出力をアナログ・ディジタル（「Ａ／Ｄ」）ディジタイザ１８によってディジタル処理することと、ディジタイザ１８の出力をＤ／Ａコンバータ１４で処理して、ディジタイザ外部クロック３２に出力されるクロック信号３０を生成することと、を含む経路２を含んでもよい。均一周波数サンプリングクロック制御１０は、掃引レーザ光源１２を補助波長計１６に連結することと、補助波長計１６の出力をアナログプロセッサ２０を用いて処理し、クロック信号３０を生成することと、を含む経路３を含んでもよい。均一周波数サンプリングクロック制御１０は、掃引レーザ光源１２を補助波長計１６に連結することと、補助波長計１６の出力をアナログプロセッサ２０によって処理することと、アナログプロセッサ２０の出力をディジタイザ１８によってディジタル化することと、補助波長計１６の出力をＤ／Ａコンバータ１９を用いてディジタル処理してクロック信号３０を生成することと、を含む経路４を含んでもよい。均一周波数サンプリングクロック制御１０は、掃引レーザ光源１２を補助波長計１６に連結して、均一周波数サンプリングクロック信号を事前処理しないで直接的に生成することと、を含む経路５を含んでもよい。均一周波数サンプリングクロック制御１０は、掃引レーザ光源１２をディジタイザ２４に出力する均一周波数サンプリングクロック発生器２２に連結して、クロック信号３０を生成する経路６を含んでもよい。均一周波数サンプリングクロック制御１０のシステムおよび経路は、掃引レーザ光源１２の外部クロック制御を提供し、独立な経路を通じて、組み合わせて任意の特定の順序で異なるクロック制御信号を提供し、クロック信号を生成し、クロック信号を処理し、クロック信号をディジタイザに伝送して、波数領域において検出された光の均一なサンプリングを行うことができる。各取得チャネルに関して、１つのクロック信号が所与の時間でアクティブであり得、任意の特定の組み合わせまたは順序で異なるクロック信号間で切り替えることができる。あるいは、均一周波数サンプリングクロック制御１０経路は、任意の順序の組み合わせで互いと組み合わせられてもよい。さらに詳細には、均一周波数サンプリングクロック経路１０は、ＯＣＴシステム用の掃引レーザ光源から最初に発せられる検出光の外部クロック制御を提供する。用語「均一周波数サンプリングクロック制御」および「波数領域における線形サンプリング」は、本願明細書において用いられるとき、同等な語である。用語「外部クロック信号」は、外部クロック信号入力またはディジタイザ外部クロック３２のクロック信号入力に適用される信号のタイプに対して特定して用いられる。用語「クロック信号」は、ＡＤコンバータカードに適用される信号である。

掃引レーザ光源１２は、時間と共に変化する出力スペクトルの平均周波数を有する発光を含む。用語「掃引レーザ光源」は、「同調可能レーザ光源」、すなわち、一定の周波数で時間周期にわたってレーザ光源を同調させることと同義である。掃引光源から発せられる光の平均光周波数は、ミリ秒当たり１００テラヘルツを超える同調速度で、掃引速度（たとえば、１０，０００〜１０，０００，０００掃引／秒）の範囲を指定するテーブルレーザ光源用の掃引速度の範囲で、繰り返し周期で反復的に時間と共に連続的に変化してもよい。掃引レーザ光源１２は、広い光帯域幅にわたる狭帯域の発光を高速に同調させる任意の同調可能レーザ光源であってもよい。掃引光源の同調範囲は、約５００ｎｍ〜２０００ｎｍの中心波長の同調範囲、中心波長の約１％を超える同調幅、同調範囲の約１０％未満の瞬間的線幅を有してもよい。あるいは、２つ以上の光源が結合されて、掃引レーザ光源を生成してもよく、または複数の光周波数または波長を同時に発する連続的掃引多波長レーザを生成してもよい。同調可能レーザおよび掃引光源レーザは、掃引レーザ光源として含まれるが、フーリエ領域モード同期（「ＦＤＭＬ」）レーザが、レーザ光源として含まれてもよい。ＦＤＭＬにおいて、場の振幅ではなく、スペクトルが、変調される。一時的な窓関数（波長依存性のない時間窓）ではなく、動的スペクトル窓関数（時間において変化する波長窓）が、適用される。その結果、レーザは、共振器繰り返し率で一連の狭帯域の光周波数掃引またはその高調波を生成する。各同調可能な波長光源が受信器を有する場合には、各同調可能な波長光源が検出器と連結されるように、複数の同調可能な波長光源が共に含まれてもよい。すべての同調可能な波長レーザ光源および検出器の複合体は、きわめて大きな帯域幅のレーザ光源として作用することができる。この周波数掃引出力はまた、連続周波数掃引の間に一定の位相関係を有する一連のきわめて高いチャープの長いパルスと見なされることができる。

一実施形態において、図２に示されているように、掃引レーザ光源１２は、掃引光出力をＯＣＴ干渉計４０および均一周波数サンプリングクロック１０に提供する。掃引レーザ光源１２から発せられた光は、ＯＣＴ干渉計４０と均一周波数サンプリングクロック１０との間で分割される。掃引レーザ光源１２は、任意の所望の比で分割されてもよく、それぞれＯＣＴ干渉計４０および均一周波数サンプリングクロック１０に対して９５／５、９０／１０、８５／１５、８０／２０などが挙げられるがこれらに限定されるわけではない。均一周波数サンプリングクロック１０およびＯＣＴ干渉計４０は、次にディジタイザ３２に連結され、処理および撮像のためにコンピューターに連結される。

ＯＣＴ干渉計４０は、掃引光源から発せられる光を参照表面およびサンプリングアームに分割し、干渉計の出力で再結合する。ＯＣＴ干渉計は、マイケルソン干渉計、マッハツェンダ干渉計および／または共通光路干渉計などが挙げられるがこれらに限定されるわけではない当技術分野では周知の多様な構成のいずれかをなしてもよい。均一周波数サンプリングクロック発生器２２は、掃引光源からの光または前に特徴付けられた掃引光源データを受信し、ディジタイザに出力して、波数（ｋ）領域または光周波数（ν）領域における線形サンプリングを提供し、実時間ＯＣＴ撮像のために経路長（ｚ）領域への直接フーリエ変換を可能にする。実時間ＯＣＴ撮像は、実時間ＯＣＴ撮像のために、（１）均一周波数サンプリングおよび（２）干渉縞データの直接フーリエ変換を含む。直接フーリエ変換は、均一周波数サンプリングされるＯＣＴ干渉縞データまたは「ＯＣＴ信号データ」のフーリエ変換を行うディジタル処理素子を必要とする。均一周波数サンプリングされるＯＣＴ干渉縞データまたは「ＯＣＴ信号データ」は、全体的に同義で用いられる。一般的に言えば、均一周波数サンプリングクロック１０は、波数領域における線形サンプリング、実時間ＯＣＴ撮像のための波数領域におけるＯＣＴ干渉縞データのディジタル化およびその組み合わせを提供する。図１５は、均一時間サンプリング対以下で説明される経路を用いた均一周波数サンプリングクロック制御手法１０で生成された軸方向の点広がり関数およびＯＣＴ像を比較する。

経路１：掃引レーザ光源の特徴付け
一実施形態において、均一周波数サンプリングクロック１０は、掃引レーザ光源１２によって発せられる光を特徴付けるステップと、特徴付けデータ２６に基づく波形のディジタル表現を作成するステップと、図１における経路１として示されているように、レーザが掃引中に生じる各次の光トリガに関して特徴付けデータ２６を反復的に出力するステップと、を含む経路１を含む。掃引レーザ光源から発せられる光を特徴付けるためのデータ（「特徴付けデータ」）は、高速Ｄ／Ａコンバータ、すなわち、波形発生器１４を用いて生成され、これは、次に、ディジタイザ３２の外部クロック入力ポートに連結される。Ｄ／Ａコンバータ１４は、掃引光源レーザ出力から導出される電気同期パルスまたは光トリガ５４によって起動される各レーザ掃引に関して生成された均一周波数サンプリングクロック信号を出力する。光トリガ５４を生成するためにはいくつかの方法がある。一実施形態において、光トリガ５４は、以下で説明される光トリガ発生器６０から生成される。別の実施形態において、光トリガ５４は、信号が受動的または能動的に生成されてもよいため、掃引レーザ光源における光同調素子から導出される。光が、掃引レーザ光源から発せられ、掃引レーザ光源の出力で光同調素子と相互作用するとき、光トリガ信号が形成される。光同調素子は、静的であってもよく、光トリガ信号を提供する役割において機能するように、能動的に同調される必要が必ずしもあるわけではない。光トリガ５４を生成するための別の実施形態は、光周波数選択素子、すなわち、回折格子分光計、干渉フィルタ、ファブリ・ペローフィルタなど、またはその組み合わせおよび光トリガを提供するためにＡ／Ｄコンバータに連結される光検出器を用いて、光をサンプリングすることである。したがって、２つの異なる光同調素子、レーザを同調させるように機能するレーザ光源内の光同調素子と、トリガ信号を提供するために用いられることができる同調レーザ光源の出力に配置されることができる光同調素子があってもよい。これらの光同調素子の実施形態の組み合わせを利用して、最適な光トリガ５４を生成することができる。

一実施形態において、Ｄ／Ａコンバータ１４は、図３に示されているように、任意波形発生器５０を備えてもよい。任意波形発生器５０（ＣｏｍｐｕＧｅｎ、イリノイ州、ロックポート）は、その出力として非周期的なアナログ波形５２または周期的なアナログ波形５２を提供し、トリガ事象が生じるたびに予めプログラムされた波形を生成する。予めプログラムされた波形は、任意波形発生器のオンボードメモリに格納される。任意波形５２は、任意波形発生器のメモリにおける掃引レーザ光源から発せられた光の特徴付けデータ２６に基づき、波形のディジタル表現を作成することによって生成される。ディジタル表現パターンは、任意波形発生器５０内の高速のディジタル・アナログ・コンバータおよび調整増幅器（バッファおよび減衰器）を用いてアナログ信号に変換される。外部クロック信号３４は、始動較正ステップ中に、掃引光源の特徴付けデータから導出され、次に、レーザが掃引中に生じる各次の光トリガ５４信号に関して任意波形発生器によって反復的に出力される。あるいは、特徴付けデータ２６からの外部クロック信号３４はまた、コンピューターソフトウェア５８によってプログラムされるいくつかのスケジュールに基づいて、周期的に終了されることができるか、または変化する光源のパラメータ（またはパラメータの組み合わせ）（たとえば、温度）などのなんらかの事象に応じて行われてもよい。掃引レーザ光源データの特徴付け２６による均一周波数サンプリングクロックは、波数（ｋ）空間において直接的にＯＣＴ干渉計４０データの取得（アナログ‐ディジタル変換）を可能にする。

図１に示されているように、掃引レーザ光源データの特徴付け２６は、掃引レーザ光源の工場較正２８、レーザ光源のレーザ特性の獲得３４または掃引レーザ光源のパラメトリックモデルの獲得を含んでもよい。掃引レーザ光源の工場較正２８は、掃引レーザ光源の製作業者から獲得されてもよい。レーザ光源のレーザ特性の獲得３４は、温度、光学素子の位置、勾配などの掃引レーザ光源に関する光学データおよび環境データを獲得するために、実時間外部センサを含む。特徴付けデータ２６は、係数、参照表またはクロック信号を生成するためのパラメトリックモデルの形態での、掃引レーザ光源に関する予備知識を含んでもよい。参照表（ＬＵＴ）は、通常、アレイまたは関連アレイであるデータ構造であり、実行時間の計算をより簡単なアレイインデクシング動作に置き換えるために用いられる。メモリから値を検索することは、コストの高い計算を行うこと、または一連の範囲のインデックス値のそれぞれに関して出力値を与えることより高速であることが多いため、速度ゲインが大きい可能性がある。レーザ光源のパラメトリックモデルは、掃引レーザ光源の特徴付けデータを生成するために依存される可能性がある。掃引レーザ光源の特徴付けデータは、パラメトリックモデルと、掃引レーザ光源の１つまたは複数の特性の実時間測定と、から得られてもよい。パラメトリックモデルは、一連の関連数式であり、代替のシナリオが、一連の固定係数（すなわち、パラメータ）の前提値を変更することによって定義される。パラメトリックモデルは、モデルパラメータの間の関数関係によって指定され、そこでは、パラメータの一部が実時間で測定されることができ、他のパラメータは一定値または工場の値である。モデルパラメータをパラメトリックモデルに帰属させることによって、掃引レーザ光源の特徴付けデータを、生成することができる。図３に示されているように、パラメトリックモデルは、ディジタル表現を作成するため、および次にアナログ表現を作成するために、ホストＰＣ５８においてソフトウェアプログラムにより提供することができる。アナログ表現は、前述のように、Ｄ／Ａコンバータまたは波形発生器を必要とする。そのような特徴付けデータ２６はすべて、ディジタイザに関して均一周波数サンプリングクロック信号を与えるために、任意波形発生器に出力される。

経路２：Ａ／ＤコンバータおよびＤ／Ａコンバータと連結される補助波長計
一実施形態において、均一周波数サンプリングクロック１０は、図４Ａに示されているように、補助波長計１６およびＡ／Ｄコンバータまたはディジタイザ１８に掃引光源１２を連結することを含む経路２を含む。Ａ／Ｄコンバータ１８は、連続アナログ信号を個別のディジタル数に変換する電気内部回路である。Ｄ／Ａコンバータは、任意波形発生器１４として他の方法で周知であり、ディジタル処理された均一周波数サンプリングクロック信号３０をディジタイザ３２の外部クロック信号３４の入力に出力するために次に用いられる。均一周波数サンプリングクロック信号３０は、レーザが掃引中に生じる各次の光トリガ５４に関して反復的に出力して、光トリガが、生成される。光トリガ５４は、前述の方法のいずれかによって生成されてもよい。

経路２の一実施形態に関して、掃引光源１２から発せられた光の一部は、光を補助波長計１６および光トリガ発生器６０に分割する５０／５０結合器または任意分割結合器を介して補助波長計１６および光トリガ発生器６０に連結される。補助波長計１６は、マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計またはファブリペロー干渉計が挙げられるがこれらに限定されるわけではない任意のタイプの波長計であってもよい。ＯＣＴ干渉計４０が位相感知式である場合には、ファブリペロー干渉計が好ましい。ＯＣＴ干渉計４０システムが、位相感知式でない場合には、マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計またはエタロンが、補助波長計１６として用いられ得る。図４Ｂに示されているように、経路２の一実施形態において、光トリガ発生器６０は、トランジスタ‐トランジスタ論理回路（「ＴＴＬ」）に基づいて、受光器６２および反転器６４を含み、電気トリガ信号５４を生成する。ＴＴＬディジタル回路は、バイポーラー接合トランジスタから構築され、論理ゲーティング機能（たとえば、ＡＮＤ、反転など）および増幅機能の両方を有する抵抗器は、トランジスタによって行われる。光トリガ発生器６０は、掃引光源レーザ１２の光が発せられているときに基づいて、電子トリガ信号５４を生成する。トリガ信号５４は、レーザがその発光の掃引を開始したときに、ディジタイザ３２および任意波形発生器１４の電子機器を同期するために用いられる。経路２の別の実施形態において、光トリガ発生器６０は、掃引レーザ光源における同調素子から導出されてもよく、同調素子を駆動する振動子または同調素子を読み出すなんらかの振動子（たとえば、エンコーダまたは干渉信号）のいずれに基づく光であってもよい。あるいは、光トリガ発生器６０は、掃引レーザ光源から発せられる光をサンプリングすることによって導出されてもよく、その場合、サンプリング素子は、前述したように、光周波数選択素子の１つまたは複数の組み合わせであり得る。これらの手法の組み合わせは、光トリガ発生器６０のために利用されることができる。

図４Ｃに示されているように、一実施形態において、補助波長計１６は、マッハツェンダ干渉計であり、結合器６６からの入力が、５０／５０結合器７０にまで及び、マッハツェンダを２つの出力経路に分離する。結合器６６からの第１の出力経路は、可変遅延線ＶＤＬ７２にまで及び、結合器６６からの第２の出力経路は、偏光制御装置７４にまで及ぶ。可変遅延線７２システムは、入力ファイバ、並進ステージ上の再帰反射ミラーおよび出力ファイバからなる。手動ダイアルまたは電気モータが、用いられる掃引レーザ光源の種々の要因に基づいて選択されたように、光路に挿入される可変長または遅延を制御する。経路長遅延は、クロック周波数を決定する。偏光制御装置７４およびＶＤＬ７２の両方は、５０／５０結合器７６にまで及び、マッハツェンダ干渉計の個別の経路を二重平衡型受光器７８に再結合する。

経路２の一実施形態において、均一周波数サンプリングクロック１０が、図５に示されているように、高速ディジタイザカード３２に結合される外部サンプリングクロック信号３４を生成する。高速ディジタイザカード３２は、ＯＣＴ干渉計４０の出力、補助波長計１６の出力、トリガ発生器６０からのトリガ信号５４および任意波形発生器５０に結合される。高速ＰＣＩディジタイザカード３２は、ＰＣＩバス用のデュアルチャネルの高解像度１６ビット、１２５ＭＳ／ｓ波形であり得る。外部サンプリングクロック信号３４は、始動較正ステップ中に補助光波長計の受光器７８から導出され、次に、レーザが掃引中に生じる各次の光トリガ信号５４に関して任意波形発生器５０によって反復的に出力される。経路２の外部クロック制御システムは、任意波形発生器１４によって出力される前に、波長計生成クロック信号がソフトウェアにおいてフィルタリングされかつ処理されることを可能にする。したがって、補助波長計１６から導出される外部クロックは、波数（ｋ）空間において直接的にデータを取得することを可能にするために、任意波形発生器５０（Ｇａｇｅ ＣｏｍｐｕＧｅｎ）によって再発生される。

経路２の別の実施形態において、図６Ａおよび図６Ｂに示されているように、補助干渉計１６は、ファブリペロー干渉計である。図６Ａは、結合器から接続される光ファイバクラッディングと同じＯＤの内径を有するフェルール８２から構成される透過モードのファブリペロー干渉計８０を示している。透過モードのフェルール８２は、第１の境界面８６および第２の境界面８８を有する単一モード（ＳＭ）光ファイバ８４を含み、所望の反射率を達成するために、各境界面が金属材料または誘電材料によってコーティングされる。ファイバ・ファブリ・ペロー干渉計の技術分野では周知であるように、各境界面における最適反射率は、干渉縞の視感度（すなわち、各境界面から検出経路に反射される整合強度）を最大にするように選択される。反射率は、組み立て中に、ＳＭファイバ８４の中間ファイバセグメント９０を各端部で念入りに堆積される金属表面または誘電表面でコーティングすることによって制御することができる。たとえば、透過モードにおける第１の境界面の最適反射率（Ｒ１）を計算するために、二次式Ｒ１＝（１−Ｒ１）²が解かれ、その結果、２つの干渉ビームが同一強度（および最大視感度）を有する。式はＲ１＝３８．１％として解かれる。４次およびさらに高次の反射が、干渉縞信号においてはるかに低減した強度の高調波を生成し、フィルタによって電子的に処理されることができる。安定した経路長の差を維持するためのファイバ・ファブリ・ペロー干渉計の熱膨張／収縮の温度の制御は、可変周波数波長計出力のための制御を提供する。

ファイバセグメント９０の中間部分は、透過モードフェルールの第１の境界面と第２の境界面との間にある。中間ファイバ部分における複屈折は、両方の反射は、同一の偏光状態を有するように、最小に維持されなければならない。光路長は、所望の干渉縞周波数に基づいて選択され、大部分のＯＣＴ掃引光源の場合には４ｍｍ〜６ｍｍであり得る。シングルパス経路長とは対照的に、ダブルパス経路長は、クロック周波数を決定する。経路長は、より長くてもよく、たとえば、一部の実施において、光路長は、１０ｍｍであり、５〜２０ｍｍの異なる光路長に対して変化することができる。ファブリペローにおける経路長遅延は、他のクロック制御干渉計の場合のように、クロック周波数を決定する。

掃引レーザ光源からの光９２は、フェルール８２の入力ファイバ８４を通って入る。一部の光は、中間ファイバセグメント９０内の第１の境界面８６で部分的に反射され、次に排除される。場合により、光源を保護するために光アイソレータが必要とされる。残りの光は、中間ファイバセグメント９０を経て透過され、第２の境界面８８で部分的に反射される。光が再び部分的に反射される場合には、反射部分は、第１の境界面に戻るように透過される。透過光は、前と同様に排除され、反射部分は、中間ファイバセグメント９０を通って第２の前方伝搬を行い、第２の境界面８８で出力ファイバ９４または収集ファイバ９４に部分的に透過される。この部分は、初期の反射で第２の境界面から出力ファイバに透過される部分と干渉する。したがって、経路長遅延は、光周波数信号のサンプリングを設定する。２つの透過部分の間の経路長遅延は、中間ファイバセグメントの光路長の２倍であり、経路長遅延は、光周波数信号のサンプリングを設定する。干渉縞の検出は、出力ファイバによる光の収集後に実現され、後取得ステップにおいて掃引光源を直接的にクロック制御するために、または波長計１６の信号を再サンプリングするために、前述したように、補助波長計１６の信号として受光器および高速ディジタイザに結合される。

図６Ｂに示されているように、補助干渉計１６の別の実施形態において、反射モードのファブリペロー干渉計８０は、結合器から接続される光ファイバクラッディングと同じＯＤの内径を有するフェルール８２を含む。反射モードのフェルール８２は、偏光非感知式サーキュレータ（図示せず）および第１の境界面８６および第２の境界面８８を有する単一モード光ファイバ８４に連結され、前述したように、適切な反射率を達成するために、各境界面が金属材料または誘電材料によってコーティングされる。ＳＭファイバ８４は、第１の境界面８６と第２の境界面８８との間にあるファイバセグメント９０の端部部分を含む。光路長は、所望の干渉縞周波数に基づいて選択され、大部分のＯＣＴ掃引光源の場合には約２〜約１０００ｍｍであり得る。掃引レーザ光源からの光９２は、偏光非感知式サーキュレータのポート１に入り、ポート２で出るように送られる。ポート２を備えるファイバは、インライン遅延デバイスへの入力ファイバとなる。光９２は、光ファイバ８４内の第１の境界面８６で部分的に反射される。次に、透過部分が、最大反射率を有する第２の境界面８８に前方伝搬する。第２の境界面８８から反射される光は、第１の境界面８６に後方伝搬し、光は、第２の部分反射光として再び部分的に反射される場合。第２の部分反射光ビームから透過される部分および元の入射ビームから反射される部分が次に、干渉し、サーキュレータ上のポート３で収集され、次に、前述したように、補助波長計の信号として高速ディジタイザに連結される受光器によって検出される。

エタロンは、ファブリペローとは実質的に異ならない。２つの用語は、ファブリ・ペロー・エタロンとして当技術分野では交換可能に用いられるためである。ファブリ・ペロー・エタロンは、ファイババージョンまたは自由空間バージョンであり得る。エタロン手法において、内部干渉が、周期的な方式で波長の伝達を可能にするように、入射光（自由空間）は、きわめてよく制御された波長に特有の態様で複数回内部反射される。この周期的な伝達関数の周波数は、エタロンの厚さおよびレーザ掃引速度（ｃｍ^-1／ｓまたはＨｚ／ｓ）に依存する。望ましくない環境的影響は、光を共通光路に沿って伝搬させることによって低減され、ファセット反射率の注意深い制御によって提供される繊細さが必要とされる。

別の実施形態において、経路２は、図７に示されているように、掃引レーザ光源１２を補助波長計１６および掃引検出器６８に連結することを含む。掃引レーザ光源１２がその掃引を開始するとき、掃引検出器６８は、レーザ掃引の強度分布を収集して、それは遅延発生器９８に供給される。遅延発生器９８は、レーザの強度分布を矩形波に形成することができるように構築される比較器を有する。この矩形波は、必要に応じて、２０〜５０μＳの長さで変化することができる。この２０〜５０μＳの波長は、異なるレーザ掃引速度およびデューティーサイクルに関して容易に修正されることができるレーザに依存する。この形成された矩形波は次に、スイッチング回路４６に供給される。

ＯＣＴ干渉計４０は、正常に動作すると、ＯＣＴ干渉縞信号データを補助波長計１６によって生じる処理によってクロック制御されるディジタイザ３２に送信する。補助波長計１６は、マッハツェンダ、マイケルソン、ファブリペロー、インライン・ファブリ・ペローなどの前述の波長計のいずれかであり得る。補助波長計１６は、レーザが動作中であるとき、経路長の不整合に基づき、時間において非均一周波数を有する干渉パターンを生成する。この補助波長計１６の信号は、平衡型光検出器を用いて電気信号に変換され、次に、バッファ４２および高域通過フィルタ４４を含む回路に渡される。信号は、インピーダンス整合目的のためにバッファ処理され、次に、信号は、高域通過フィルタ４４に向けられ、カットオフ周波数より低い周波数成分を除去する。フィルタリングされる信号は次に、電子スイッチ回路４６に向けられる。デバイス間のエンド・ツー・エンド回路を確立するために、電子回路スイッチは、オンデマンドで、および利用可能である場合に、リンク間の接続を確立する。接続は、本質的に一時的、連続的および排他的である。レーザ出力が閾値レベル未満であるとき、またはレーザ掃引の波長が一定の範囲の外側にあるとき（すなわち、故障状態）、セクションからのトリガ信号は０Ｖであり、状態が真である場合には５Ｖある。スイッチ回路４６のトリガに０Ｖ信号があるときには、スイッチ回路４６の出力は、外部クロックである。この外部クロックは、レーザになんら関連付けられることはなく、常に作動している。トリガ電圧が５Ｖ（状態が真である場合）であるとき、スイッチ回路４６の出力は、補助波長計１６からのフィルタリングされた信号である。これは、レーザが作動していない間であっても、入力にクロックを常に有するため、いくつかのＡ／Ｄカードの状態を満たす。

スイッチ回路４６の出力に関係なく、信号は、高域通過フィルタ４８を介して高域通過フィルタリングされる。高域通過フィルタ４８からの信号は、高速比較器３８に結合される。比較器は、２つの電圧または電流を比較して、その出力を切り替えて、大きい方を表示するデバイスである。高速比較器３８は、高域通過フィルタからの信号をディジタイザ３２の外部クロック入力パラメータに匹敵する電圧レベルを有する矩形波に変換する。高域通過フィルタ４８および比較器３８は、信号を一掃するのに役立つ。信号は次に、ディジタイザ３２のＡ／Ｄカードにおける外部クロックに供給される。

ＯＣＴ干渉計
一実施形態において、図８に示されているように、ＯＣＴ干渉計４０は、マッハツェンダ干渉計構造１００を備えることができ、２つの非相反光路の間で複雑な相互コヒーレンス関数（大きさおよび位相）を測定する。一方の光路は、試験用の対象、すなわち「サンプリング」を含み、他方の光路は、参照経路を含む。あるいは、ＯＣＴ干渉計は、相反構造において同一のコヒーレンス関数を測定するマイケルソン干渉計を備えることができる。すなわち、同一の分割器／結合器は、入力分割と出力再結合の両方のために用いられる。ＳＳ−ＯＣＴシステムおよびＯＣＴ干渉計用の計算は一般に、米国特許出願第１１／４４６，６８３号および仮出願第６０／９３２，５４６号における発明によって記載および説明される。これらの出願は、参照によって本明細書に援用されるものとする。

ＯＣＴシステム１００は、光源の光を３つの主要モジュール、（１）主要ＯＣＴ干渉計、（２）補助波長計干渉計１６および（３）光トリガ発生器６０に再分割するために、カスケード式光ファイバ結合器を備える掃引光源１２を有する。一実施形態において、掃引光源１２は、１０ｍｍを超える瞬間コヒーレンス長さ、１１０ｎｍの波長走査範囲および２０ｋＨｚの走査速度を備える高速走査型レーザＨＳＬ−２０００（Ｓａｎｔｅｃ）である。線状の矢印は一般に、ＯＣＴシステム１００の素子を結合する光ファイバを表す。

図８に示されているように、ＯＣＴ干渉計１００の一実施形態において、掃引光源１２の放射出力の９０％は、結合器１１０によって、主要ＯＣＴ干渉計に分割される。結合器１１０は、光を結合器１１２および結合器１１４に分割する。次に、結合器１１２は、サンプリング経路のために、向けられた光の９０％を３ポート偏光非感知式光サーキュレータ１２０のポート１に分割し、光の１０％が、参照経路のために、３ポートの偏光非感知式光サーキュレータ１２２のポート１に向けられる。サンプリング経路のためのサーキュレータ１２０のポート２は、サンプリング１２４に連結される。サンプリング経路は、光ファイバ回転接合点（図示せず）を介してプローブまたはカテーテル１２６に連結できる。サンプリング経路のための回転カテーテルチップの実施例としては、２００７年７月１２日出願の米国仮出願第６０／９４９，５１１号に記載したような生体内撮像のためのカテーテル、２００４年４月２３日出願の特許協力条約の出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ０４／１２７７３号に記載したようなタービン型カテーテルまたは米国特許出願第１１／５５１，６８４号に記載したような回転光カテーテルチップまたは米国特許出願第１１／５５１，６８４号に記載したような回転カテーテルプローブが挙げられる。それぞれの出願は、その中に教示された方法、装置およびシステムに関し、参照によって本明細書に援用されるものとする。カテーテルは、光学測定値を取得し、医療診断を行い、処置を終えるなどのために、対象組織からの光反射を可能にするために、対象内に位置付けられることができる。

図８を続けて参照すると、光サーキュレータ１２２のポート２は、参照経路のために、偏光制御装置１３０および可変遅延線（「ＶＤＬ」）１３２に連結される。ＶＤＬ１３２は、参照反射体１３４にまで及ぶ。可変遅延線１３２システムは、入力ファイバ、並進ステージ上の再帰反射ミラーおよび出力ファイバからなる。ダイアルは、光参照経路に挿入される可変長または遅延を制御する。代表的な長さの変動は約６ｃｍであり、代表的な時間遅延は約３００ピコ秒である。ＶＤＬ１３２は、最小の増分がミクロンサイズの調整によって、より大きな経路長の調整を提供する。

参照経路に関して、光サーキュレータ１２２のポート３は次に、５０／５０結合器１１６に連結され、光サーキュレータ１２０のポート３は、サンプリング経路のための結合器１１６に連結される。参照経路およびサンプリング経路は、結合器１１２におけるサーキュレータ１２２および１２０のポート１への分割から始まり、サーキュレータ１２２および１２０のポート２から出て戻り、サーキュレータ１２２および１２０のポート３から出て、結合器１１６においてそれらの組み合わせで終わる全体的な光路を含む。結合器１１６は、二重平衡型受光器１４０への出力３および４を含む。受光器１４０は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオードおよびトランスインピーダンス増幅器などの検出素子を含み、光検出器素子によって吸収された光子によって生成される電流信号をディジタイザによって読み出されることができる電圧信号に変換する。通常、なんらかのゲイン増幅がこのステージまたは次のステージで与えられるほか、関連電気信号の帯域幅以外の雑音を除去するためのなんらかのフィルタリングが行われる。ゲイン増幅およびフィルタリングの行われた電圧信号は、ディジタル化される。ＯＣＴインターフェログラム［Ｓ（ｋ）］は、主要ＯＣＴ信号から受光器１４０に連結され、補助波長計１６から受光器に連結された高速ＰＣＩディジタイザ１４２ボード（ＡｌａｚａｒＴｅｃｈ ＡＴＳ６６０、カナダ、トロント）を用いて１６ビット解像度でディジタル化される。波長計から導出され、任意波形発生器（Ｇａｇｅ ＣｏｍｐｕＧｅｎ）によって再発生された外部クロックは、波数（ｋ）空間において直接的にＯＣＴ信号データの取得を可能にする。Ｓ（ｋ）は、経路長（ｚ）領域への高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて変換される。変換されたＯＣＴのＡスキャン［｜Ｓ（ｚ）｜］の大きさは、サンプリングにおける深さｚの後方散乱の大きさを表す。ディジタイザは、高速のマルチコアプロセッサ、ＲＡＩＤストライプト・ディスク・アレイおよび大きなＲＡＭ空間を有する最新のワークステーションであるコンピュータープロセッサ１４４に連結される。あるいは、コンピュータープロセッサ１４４は、２００７年１０月５日出願の米国特許出願第１１／８６８，３３４号に記載したような分散型取得および処理システムを含む。この出願は、参照によって本明細書に援用されるものとする。

ＯＣＴ深さの較正および自動的範囲調整
円形および円筒形のＯＣＴ走査デバイス、すなわち、前述した回転カテーテル走査デバイスは、本質的に極座標系（たとえば、長さおよび幅ではなく半径および角度）における物理的空間をサンプリングする。円形および円筒形のＯＣＴ走査デバイスは、円筒形状の断面を有する生理学的構造（たとえば、気道および血管腔）を撮像するために適用される。しかし、画像のディジタル表現（すなわち、数値を表すピクセルのアレイ）は、本質的に矩形である。意図的または人工的に生成されたＯＣＴ画像特徴を検出して用いるための方法は、極（「レーダー状の」ＯＣＴ画像における深さ範囲を自動的に調節することを含む。

極ＯＣＴ画像は、見ている人に表示する前に、それらの矩形表現から変換されなければならない。その上、定量的な値（たとえば、腔の直径、腔の面積、円周など）が、極画像で測定されることになっている場合には、矩形から極座標への変換は、すべての次元（半径および角度）におけるピクセルの間の相対距離を維持しなければならない。一般に、ＯＣＴ深さの走査（矩形座標におけるｙ軸）は、半径に直接的にマッピングされ、ＯＣＴ円周の走査（矩形座標におけるｘ軸）は、２＊Ｐｉラジアン（または３６０°）極角度のある程度の増分にマッピングされる。

たとえば、ｙ＝０（矩形画像の一番上の列）が半径＝０（極画像の中心）にマッピングされ、ｙ＝ｙ_max（矩形画像の一番下の列）が半径＝ｙ_max（極画像の周囲）にマッピングされる。同様に、ｘ＝０（矩形画像の左行）が角度＝０°にマッピングされ、ｘ＝ｘ_max／２が約１８０°にマッピングされ、ｘ＝ｘ_maxが約３５９°の角度にマッピングされる。

極画像における正確な定量的な次元測定に関して、半径＝０にマッピングされるピクセルは、撮像プローブの回転軸の中心にある実際の物理的空間を表現しなければならず、そうでなければ、極画像は、半径方向において人工的に湾曲する（膨張されるか、または収縮される）。しかし、任意のＯＣＴ画像において、ｙ＝０におけるピクセルは、この要件を必ずしも満たさなくてもよく、極表現にマッピングされる前に、これが満たされるまで、ｙ次元においてシフトされなければならない。サンプリングの経路長対干渉計の参照アームにおける差の変位（制御されたものであれ、制御されていないものであれ）、ｙ次元におけるピクセルをシフトする。

円筒形（実際には、螺旋形）の走査型光ファイバＯＣＴカテーテルを用いる場合には、制御不能の変位が生じる可能性がある。たとえば、カテーテルが長手方向に押し込まれる場合または引き抜かれる場合には、光ファイバケーブルは、圧縮または伸張される可能性があり、経路長の変位が引き起こされる。

本方法は、安定している必要がある（が制御不能の変位に起因しない）画像特徴の探索に基づいて、制御されていない変位の影響の自動認識およびＯＣＴ画像データの連続的較正であり、その結果、正確な次元測定のために極表現を次に用いることができる。最後に、方法は、表示前に、画像における画像特徴の次の除去のために提供される。

本方法によって用いられる画像特徴は、カテーテル自体の中で（撮像される対象内または周囲ではない）生成され、カテーテルの３６０°回転にわたって深さにおいてある程度、安定し、強度において一貫している必要がある。これらには、光学部品間の境界における後方反射（別名「ゴーストライン」または「エコーアーチファクト」）が挙げられるがこれらに限定されるわけではない。これらは、回転部品の光軸に沿って生じ、したがって、経路長の変位差が１回のカテーテルの回転の過程で生じないとき、または静止（非回転）カテーテルの被覆の境界または静止（非回転）カテーテル（断面外形において円形であり、回転部分と機械的にも同心である場合）の被覆の内部からの反射が生じないときには、極画像において均一な円として現れる。

自動認識および較正の方法におけるステップは、（１）ｘ次元（すなわち、角度）に沿ってＯＣＴ画像フレームを平均化することを含み得る。これは、ｙ次元（すなわち、半径）における回転的に安定である特徴対対象または周囲によって生成される他の画像特徴を選択的に強化する。用いられる画像特徴が周囲のピクセルに対して高い強度を有する場合、対象／環境の特徴（雑音）が強い円周の対称性を有していない場合には、方法の有効性が改善される。（２）ピーク探索、相関、閾値化または当技術分野では周知の他のパターン認識アルゴリズムを用いて、特徴を見つける。制御されていない経路長の変位が生じる可能性がある範囲が、先験的に周知であり、したがって、必要な探索空間を限定する場合には、この方法の有効性が改善される。（３）スペクトル領域ＯＣＴを用いるときには、ステップ２において見つけられた特徴のｙ値を回転軸に対するその特徴の実際の物理的位置を表す予め較正されたｙ値またはその特徴の周知の「共役像」または「エイリアス画像」の位置と比較する。（４）探索された特徴と予め較正された特徴との間の差だけｙ次元におけるＯＣＴ画像ピクセルをシフトすることによって較正する。アルゴリズムの有効性を改善するために、複数の特徴を用いることができる。ｙ次元において矩形画像をシフトした後、極画像座標にマッピングする。較正された極画像の中心に対して測定された半径は、物理的空間における回転軸に対して測定された実際の半径を表す。対象特徴／環境特徴の効果的かつ邪魔のない表示のためには、カテーテルに起因する画像特徴は、望ましくないことが多い。たとえば、カテーテルの画像特徴が、対象特徴／環境特徴と重なる可能性がある。

画像特徴を除去する（またはほとんど認識可能でない状態にする）ステップは、（１）ｙ／半径方向およびすべての行／角度方向における画像特徴の範囲を切り取ることと、（２）すべての行／角度に関して刈り込まれた領域のすぐ内側および外側（上および下）のピクセルの平均値を計算し、切り取られた領域においてこの平均された列／円周を挿入することと、を含む。残念なことに、切り取り動作はまた、対象特徴／環境特徴を除去する可能性があり、半径方向の次元において画像を歪める。測定ツールが次に、ピクセルが切り取られている場所および切り取られていない場所を考慮しなければならないため（または切り取られていない画像において測定しなければならないため）、この歪みは、そのような画像における正確な定量的値の測定をさらに複雑にする。

経路３：アナログプロセッサと連結される補助波長計
均一周波数サンプリングクロック１０の別の実施形態において、経路３は、図１の場合に示されているアナログプロセッサと連結される補助波長計１６を備える。補助波長計１６は、マッハツェンダ、マイケルソン、ファブリペロー、インライン・ファブリ・ペローなどの前述の波長計のいずれかであり得る。アナログプロセッサは、ディジタイザ外部クロック入力ポートの仕様を満たす均一周波数サンプリングクロック信号を得るために、波長計が出力する任意のプロセッサ（たとえば、フィルタリング、パルス整形、整流および／または切り替えのプロセッサなど）であり得る。一実施形態において、アナログプロセッサは、図９に示されているように、クロック信号をサンプリングするために、高速ディジタイザに連結される回路２００である。レーザ掃引中、このクロックは、時間的に非線形であるが波数は線形（周波数は線形）である波長計クロックである。レーザ掃引がない場合には、このクロックは、ｋ空間補助波長計クロックによって予め位相が固定されているダミークロックと置き換えられることができる。したがって、高速ディジタイザは、均一周波数サンプリングクロックが、ＯＣＴ信号を直接的にサンプリングするために用いられるモードにおいて動作することを可能にし、異なるチャネルでこの均一周波数サンプリングクロック信号を取得し、実時間画像ディスプレイを減速するデータを後処理する必要性を回避する。

図９に示されているように、外部サンプリングクロック信号用のサンプリング回路２００は、同調可能レーザ光源の限定されたデューティーサイクル中に補助波長計１６から導出され、各デューティーサイクルの非掃引セグメント中に（位相および周波数において）予め固定された電圧制御型発振器２７０（「ＶＣＯ」）から導出される。ＶＣＯは、電圧入力によって発振周波数において制御されるように設計される電子発振器である。発振周波数は、印加されるＤＣ電圧によって変更されるのに対して、変調信号もまた、ＶＣＯに供給されて、周波数変調（ＦＭ）または位相変調（ＰＭ）を生じてもよい。ディジタルパルス出力を有するＶＣＯは同様に、その繰り返し率（ＦＳＫ、ＰＳＫ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）を有してもよい。位相ロックループ（ＰＬＬ）は、掃引サイクルが終了する前に、ＶＣＯ出力２７４を光波長計出力と同期させるために用いられ、このとき、外部サンプリングクロックは、光波長計出力からＶＣＯの出力に切り替えられる（ダミークロック）。ＰＬＬは、「参照」信号の位相に対して一定の関係を有する信号を生成する制御システムである。ＰＬＬは、入力信号の周波数および位相の両方に応答し、周波数および位相の両方における参照信号に整合するまで、制御された発信機の周波数を自動的に増大または減少する。レーザ掃引が再び始まると、ロックが回復され、出力が再び、ｋ空間補助波長計出力に切り替えられる。

サンプリング回路は、連続サンプリングクロックを、許容可能なジッタ仕様で、ディジタイザの外部サンプリングクロック入力ポートに提供する。ＰＬＬによる位相および周波数におけるダミークロックおよび波長計クロックの固定により、クロック源の間のハンドオフが、ディジタイザのクロック制御回路においてエラーを誘発する可能性がある擬似位相変化および瞬時位相変化ならびに周波数変化がないようにすることを可能にする。

一実施形態において、掃引光源ＯＣＴデータの直接外部サンプリングのためのサンプリング回路２００は、クロック調整ブロック２３０、位相比較器２４０、ゲイン・フィルタリング・ブロック２４４、電圧制御型発振器２７０、サンプル・アンド・ホールド・ブロック２６０、アナログスイッチ２５０、ディジタルスイッチ２９０、タイミング制御ブロック２８０およびポストフィルタリング／デグリッチング・ブロック２９４を備える。

図９に示されているように、クロック調整ブロック２３０は、補助波長計１６からの入力を受け取る。クロック調整ブロック２３０は、補助波長計の光検出器において生成された正弦波のアナログ電圧を取得し、クロック調整ブロック２３０は、帯域通過フィルタを用いて望ましくない雑音およびＤＣ成分を除去する。クロック調整ブロック２３０は、入力電圧信号と同一の周波数でディジタルパルス列（≒０〜５Ｖ）を生成し、２３２および２３４を位相比較器２４０および主要ディジタルスイッチに出力する。

位相比較器２４０は、調整されたｋ空間クロック２３０とＶＣＯ出力２７２との間で、その入力における信号間の位相（したがって、周波数）における差に比例するアナログ電圧を出力する。位相比較器２４０は、電荷ポンプ位相比較器、アナログ乗算器、排他的ＮＯＲ論理ゲート、すなわち、「ＸＯＲゲート」などの種々の方法を用いて具現化されることができる。位相比較器２４０は、ゲイン・フィルタリング・ブロック２４４に出力する。ゲイン・フィルタリング・ブロック２４４は、位相比較器２４０からのアナログ出力電圧を平均化し、ＰＬＬ特性を「同調させる」ために用いられる。ゲイン・フィルタリング・ブロック２４４から調整された電圧出力は、ＶＣＯ２７０を制御する。

電圧制御型発振器２７０は、アナログスイッチ２５０からの入力２５２電圧に比例する周波数でディジタルパルス列を出力する。パルス列は、位相比較器２４０の入力２７２に逆にフィードバックされる。この閉ループフィードバックまたは位相ロックループ（ＰＬＬ）は、ＶＣＯ７０を調整されたｋ空間クロック２３０と同位相で発振させる。位相ロックループは、掃引サイクルが終了する前に、ＶＣＯ出力２７４を光波長計出力１６と同期させ、このとき、外部サンプリングクロック２９８は、光波長計出力１６からＶＣＯの出力２７４、ダミークロックに切り替えられる。レーザ掃引が再び始まると、ロックが回復され、出力が再び、ｋ空間補助波長計出力１６に切り替えられる。

サンプル・アンド・ホールド回路２６０は、サンプリングして、ｋ空間補助波長計クロック２３０の損失直前に、ゲイン・フィルタリング・ブロック２４４の出力２４６電圧を保持する。次に、サンプル・アンド・ホールド回路２６０は、ＶＣＯ２７０の入力２５２に適用されるアナログスイッチ２５０を用いる。これは、ｋ空間補助波長計の損失前に動作していたのと同一の位相および周波数で、ＶＣＯ２７０、出力２７２、２７４を維持する。サンプル・アンド・ホールド動作は、タイミング制御ブロック２８０における信号２８２から制御される。

アナログスイッチ２５０は、２つのアナログ源、すなわち、（１）ダミークロック動作中のサンプル・アンド・ホールド・ブロック２６０と（２）波長計動作中のゲイン・フィルタリング・ブロック２４４との間で、入力５２をＶＣＯ２７０に変更する。アナログスイッチ２５０は、タイミング制御ブロックにおける信号２８４から制御される。（掃引がない場合には、）ディジタルスイッチ２９０は、ディジタル調整された補助波長計クロック２３０の出力２３２とＶＣＯ２７０の出力２７４クロックとの間で、全体的なクロック制御回路の出力を変更する。ディジタルスイッチは、タイミング制御ブロック２８０からの信号出力２８６から制御される。

タイミング制御ブロック２８０は、掃引レーザ光源または他の閾値検出器からのトリガ入力信号に基づき、アナログ切り替え２８４、ディジタル切り替え２８６およびサンプル・アンド・ホールド動作２８２を調整する。ポストフィルタリング／デグリッチング・ブロック２９４は、切り替えによって生じる任意の擬似グリッチを除去し、ディジタイザ外部サンプリングクロック入力のために利用可能な強力な全範囲のディジタル信号２９６を保証する。

経路４：アナログプロセッサおよびＤ／Ａコンバータと連結される補助波長計
均一周波数サンプリングクロック１０の別の実施形態において、経路４は、図１に示されているように、アナログプロセッサ２０、Ａ／Ｄディジタイザ１８およびＤ／Ａコンバータ１４と連結される補助波長計１６を備える。あるいは、ソフトウェア処理ステップが、Ｄ／Ａコンバータの後またはＡ／ＤディジタイザとＤ／Ａコンバータとの間に含まれてもよい。補助波長計１６は、マッハツェンダ、マイケルソン、ファブリペロー、インライン・ファブリ・ペローなどの前述の波長計のいずれかであり得る。アナログプロセッサ２０は、ディジタイザ外部クロック入力ポートの仕様を満たす均一周波数サンプリングクロック信号を得るために、波長計１６が出力する任意のプロセッサ（たとえば、フィルタリング、パルス整形、整流および／または切り替えのプロセッサなど）であり得る。一実施形態において、アナログプロセッサ２０は、図９に示されているように、クロック信号をサンプリングするために、高速ディジタイザに連結される回路２００である。レーザ掃引中、このクロックは、時間的に非線形であるが波数は線形（周波数は線形）である波長計クロックである。レーザ掃引がない場合には、このクロックは、ｋ空間補助波長計クロックによって予め位相が固定されているダミークロックと置き換えられることができる。したがって、高速ディジタイザは、均一周波数サンプリングクロックがＯＣＴデータ信号を直接的にサンプリングするために用いられるモードにおいて動作することを可能にし、異なるチャネルでこの均一周波数サンプリングクロック信号を取得し、実時間画像ディスプレイを減速するデータを後処理する必要性を回避する。

アナログプロセッサ２０は、Ａ／Ｄコンバータ１８に出力し、次にＤ／Ａコンバータに出力する。あるいは、ソフトウェア処理が、Ｄ／Ａコンバータの後に含まれ、そこでは、ディジタル化信号が、Ｄ／Ａコンバータへの入力であるソフトウェアクロック信号に対して処理され、次に、Ｄ／Ａコンバータにおける外部クロック入力に出力する。Ｄ／Ａコンバータ１４は、任意波形発生器であり、掃引光源レーザ出力から導出される電気同期パルスによって誘発される各レーザ掃引に関して生成された均一周波数サンプリングクロック信号を出力する。外部クロック信号は、始動較正ステップ中に、アナログプロセッサ２０から導出され、次に、レーザが掃引中に生じる各次の光トリガ信号に関して任意波形発生器１４によって反復的に出力される。均一周波数サンプリングクロック信号は、波数（ｋ）空間において直接的にデータの取得を可能にするために、ディジタイザに送信される。補助波長計から、Ｄ／Ａコンバータおよび次に、Ａ／Ｄコンバータまで、クロック信号が反復的に発生され、Ａ／ＤステップとＤ／Ａステップとの間にソフトウェア処理ステップを挿入するオプションが、依然として存在する。

経路５：掃引光源に連結される補助波長計
均一周波数サンプリングクロック１０の別の実施形態において、経路５は、図１に示されているように、任意の前処理を行うことなく、掃引光源を補助波長計１６およびディジタイザ３２に連結することを含む。補助波長計１６は、マッハツェンダ、マイケルソン、ファブリペロー、インライン・ファブリ・ペローなどの前述の波長計のいずれかであり得る。あるいは、補助波長計１６は、利用されるＯＣＴシステムに応じて、マッハツェンダ干渉計またはマイケルソン干渉計であってもよい。補助波長計１６は、波数において均一に離隔される周期信号を出力する。補助波長計１６の出力は、高速ディジタイザ用の外部クロックとして用いられ、ＯＣＴ信号の日付が波数領域［Ｓ（ｋ）］において均一にディジタル化されるようになっている。ＯＣＴ信号データを波数領域において均一にディジタル化することにより、時間集約的な再マッピングを行うことなく、経路長（ｚ）領域への直接フーリエ変換およびＯＣＴ画像の構成を可能にする。この手法に従うことにより、同調可能レーザ光源の非線形掃引特性が、効果的に除去され、ＯＣＴ画像が、実時間で表示されることができる。

経路６：掃引光源に連結される補助波長計およびガスセル較正
均一周波数サンプリングクロックの別の実施形態において、図１に示されているように、経路６は、掃引光源１２を均一周波数サンプリングクロック発生器２２に連結することを含む。図１０Ａに示されているように、均一周波数サンプリングクロック発生器２２は、光波長計３００およびガスセル較正３１０を含む。５０／５０結合器３０２は、掃引光源１２からの光を光波長計３００およびガスセル較正３１０に分割する。光波長計３００は、マッハツェンダ、マイケルソン、ファブリペロー、インライン・ファブリ・ペローなどの前述の波長計のいずれかであり得る。あるいは、光波長計３００は、利用されるＯＣＴシステムに応じて、マッハツェンダ干渉計またはマイケルソン干渉計であってもよい。光波長計３００は、波数において均一に離隔される周期信号を出力する。光波長計の出力３０４は、高速ディジタイザ用の外部クロックとして用いられ、ＯＣＴ信号の日付が波数領域［Ｓ（ｋ）］において均一にディジタル化されるようになっている。ＯＣＴ信号データを波数領域において均一にディジタル化することにより、時間集約的な再マッピングを行うことなく、経路長（ｚ）領域への直接フーリエ変換およびＯＣＴ画像の構成を可能にする。この手法に従うと、同調可能レーザ光源の非線形掃引特性が、効果的に除去され、ＯＣＴ画像が、実時間で表示されることができる。

一実施形態において、光波長計３００は、図１０Ｂに示されているように、２つのインライン部分反射面３０６および３０８によって生成される経路長の差を有するファイバに基づくファブリペロー干渉計である。部分反射体３０６と３０８との間で光３１６のシングルパスおよび光３１８のトリプルパスが、干渉し、波数（ｋ）において均一に離隔される周期信号を生成する。経路長の差は、最も長い検出可能な経路長の差のナイキストサンプリングに対応する波数（ｋ）空間における出力される干渉縞を生成するように選択される。最も長い検出可能な経路長は、種々の因子の関数であり得、レーザ光源のコヒーレンス長によって常に制限される。心臓血管用途において、１０ｍｍ程度の相当長い検出可能な経路長が、適用されてもよい。掃引レーザ光源を用いて、経路長は、数メートル（２０００ｍｍ）まで長くすることができる。しかし、掃引は、きわめて遅い可能性がある（１０掃引／秒）。より高速の掃引速度を有するより長いコヒーレンス長（検出可能な経路長）を有する光源は、２〜２０００ｍｍの範囲である。きわめて長いコヒーレンス長を有する光源は、「ＯＣＴ Ｕｓｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ」という名称の特許出願である、米国特許出願第１１／４４６，６８３号に記載したように、多重化原理を用いることができる。均一周波数サンプリングクロック制御経路もまた、多重化ＯＣＴに適用可能である。

部分反射面３０６および３０８は、位相安定性を保証するために、機械的かつ熱的に分離される筐体に入れられる。図１０Ｂに示されているように、雑音を削減して、ダイナミックレンジを改善するために、５０／５０分割器３１２および並列平衡型検出器３１４が、光波長計３００に組み込まれる。表面の間のより高次のパスによって生成される高調波は、レーザ光源の有限の瞬間コヒーレンス長（１０ｍｍ）に起因する累積的な反射損失およびロールオフによって効果的に抑制される。波長計３００の出力は、電気的に予めフィルタリングされ、高速ディジタイザ／アナログ・ディジタル（「Ａ／Ｄ」）・コンバータ用の堅牢な外部クロックに増幅される。

図１０Ｃに示されているように、較正用ガスセル３１０は、結合器３０２から光源の５０％を受光し、そこで、光の５０％が、５０／５０結合器３２０によって平衡型光検出器／増幅器３２２に分割される。一実施形態において、較正用ガスセル３１０は、１０ｍｍの経路長および平衡型検出スキームに関して１２５０〜１３５０ｎｍの実行スペクトル領域における較正された吸収特徴を有するフッ化水素（「ＨＦ」）ガスセル３２４（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ、オレゴン州、ムリノ）を含む。あるいは、掃引レーザ光源に基づいて選択された公知の波長吸収帯域および経路長を有する他のガスセルを、較正用ガスセル３１０として用いることができる。ＨＦガスセル３２４における公知の吸収特長帯域は、ガスセル３２４を透過する光において低減した検出強度を結果として生じ、そういう次第で、ディジタル化されたサンプリング時間で吸収レーザ発振波長における測定基準を提供する。したがって、サンプリング数またはサンプリング時間スケールは、吸収線の数に応じて、１つまたは複数のサンプルで波長を吸収するように変換されることができる。検出された波長計の光電流信号３２８および検出されたガスセルの光電流信号３２６は、ディジタイザにおいて結合され、全体的な掃引にわたってサンプリング数またはサンプリング時間とレーザ発振波長との間の関係を提供する。ガスセルから検出された光電流信号３２６は、ＯＣＴ信号データと同時にディジタル化され、周知のＨＦ特長と相関され、掃引光源レーザの波数バイアス（ｋ₀）を決定する。波数バイアス（ｋ₀）の知識は、スペクトル掃引にわたる各ディジタル化サンプリングの絶対値の波数の正確な決定、レーザ光源、波長計およびサンプリング電子機器における任意の波数オフセットおよび／または位相不安定性の効果的な除去を可能にする。

補助波長計に基づく均一周波数サンプリングクロック信号は、未知の絶対値の波数（ｋ₀）によってバイアスのかけられる波数（ｋ）における均一な間隔を表現する。残念なことに、同調可能レーザの出力スペクトルにおける固有の不安定性の結果として、波数バイアス（ｋ₀）は、連続的なレーザ掃引の間で変化する可能性があるため、ｋ₀は、きわめて感度の高い位相測定に関して各レーザ掃引に対して測定されなければならない。ＮＩＳＴ較正された波数で、分子吸収線を有するガスは、比類のない安定性を提供し、種々の高精度の分光法用途における光スペクトルを較正するために用いられる。

ガスセルトリガ
図１１に示されているように、均一周波数サンプリングクロック発生器２２の別の実施形態において、単一チャネル検出器３３０およびガスセル３１０にレーザ掃引光源１２を連結することを含む。光トリガ６０チャネルからのレーザ掃引光源１２の出力は、結合器（図示せず）を用いてガスセルチャネル３３２およびウィンドウチャネル３３４に分割される。ガスセル３１０を通過する光の光電流は、さらに反復可能なで安定した光トリガを提供する。強度閾値化される光信号は、レーザの強度における変動を被る可能性があるのに対して、ガスセルにおける吸収線は、変化せず、きわめて安定な波長参照を提供することができる。ガスセルチャネル３３２およびウィンドウチャネル３３４は、同時に光を伝搬する。ガスセルチャネル３３２は、９０％を超える総トリガチャネル光出力を含み得る。結合器３４０は、光を参照チャネル３４２およびガスチャネル３４４に分割するために用いられる。ガスチャネル３４４において、光は、ガスセル３１０を通過し、ガスセルパルス３５６は、平衡型検出器３４６の入力の一方に出力され、その一方参照光は、検出器３４６の第２の入力に直接的に出力される。検出器３４６の出力電圧は、ガスセル３１０吸収線に対応するパルスからなり、微分器３５０の入力として用いられる。微分器３５０は、出力が入力の微分である電子デバイスである。たとえば、微分器は、高域通過フィルタであってもよい。平衡型検出器３４６の出力を微分することによって、吸収線の最大値は、ゼロ交差電圧に置き換えられる。吸収ガスセル３１０吸収線の中心波長に対応する立ち上がりを有するトランジスタ‐トランジスタ論理回路（ＴＴＬ）のパルスを生成するために、遅延発生器３５２（ＤＧｌ）は、微分器３５０の出力に結合される。パルスを発生するために用いられる電圧のレベルは、雑音下限を超えて、雑音からパルスを生成することを回避するために、ＲＭＳ雑音レベルより数倍（絶対値）上でなければならない。パルスの持続時間は、隣のガスセルパルスの間の距離の少なくとも数倍未満である必要がある。誤トリガ誘発を防止するために、ウィンドウパルスの持続時間は、隣接するガスセル吸収線パルスの間の時間の少なくとも数倍未満である必要がある（１回のＡスキャン中に、ウィンドウパルスは、唯一の選択されたガスセルパルスと常に重なる必要がある）。

ウィンドウチャネル３３４は、トリガチャネルの総出力の約１０％を含んでもよい。ウィンドウチャネル３３４における光は、単一チャネル検出器３３０によって検出されるため、検出された電圧の形状は、レーザ掃引の形状を反復中である。単一チャネル検出器３３０の出力は、ウィンドウパルス３５４を発生するために用いられる遅延発生器３４８（ＤＧ２）に結合される。ウィンドウパルス３５４は、特に、ガスセルパルス３５６の１つを選択するために用いられる。掃引中にウィンドウパルス３５４が始まる位置は、電圧レベルによって調整される。ウィンドウパルス３５４の開始位置および幅は、ウィンドウパルス３５４がガスセルパルス３５６の１つを完全に覆う必要があるように選択される。ガスセルパルス３５６は、波数領域において一定であるため、ウィンドウパルス３５４は、掃引から掃引まで波数領域においてジッタを生じている。したがって、ウィンドウパルス３５４は掃引ごとにガスセルパルス３５６を覆うように、ウィンドウパルス３５４の幅は、選択されたガスセルパルス３５６の幅より数倍広い必要がある。ウィンドウパルス３５４は、いかなる隣接するガスセルパルス３５６をも覆わない。

ＤＧ１（３５２）およびＤＧ２（３４８）からの出力は、論理素子、すなわち、ＡＮＤゲート３６０またはＮＡＮＤゲート３６２の入力として用いられる。両方の入力が高い（論理１）であるとき、その出力における論理素子に関する主要な状態は、任意の他の考えられる入力論理状態とは異なる必要がある。論理素子の出力は、特定の波長で一定であり、ＯＣＴ信号データの取得のためのガスセルトリガ３６４として直接的に用いられることができる調整された幅を有する単一のＴＴＬパルスである。

ガスセルトリガ３６４は、参照波長と密に接続され、そこで参照波長の光源がガスセル３１０である。ガスセル３１０は、前述したように、周知のガスを入れる密閉カプセルである。ガスの吸収線の中心波長は、分子エネルギーレベルに左右され、実際には、温度などの外部状態には左右されない。掃引レーザ光源が１３１０ｎｍを中心に配置している場合には、ガスセル３１０は、適切な対応する中心に配置される吸収線を有する必要がある。選択された波長で一定であるトリガ３６４の必要性は、位相感知式ＯＣＴに対し特に重要であり、ここで位相は、φ＝ｋｎΔｚ＝２πｎΔｚ／λとして決定され、式中、ｎは屈折率であり、ΔｚはＯＣＴ干渉計のサンプリングアームと参照アームとの間の経路長の差であり、λは、光の波長である。したがって、Δｚ＝０．２ｍｍでΔφ＝０．１を有するために、波長の不確かさは、１０ｐｍ以下である必要がある。掃引光源の掃引と掃引波長依存性は、数桁大きい。経路６を用いて、掃引光源の２０ｋＨｚ走査速度に関して、不確かさは、２ｐｍ以下である（増大する掃引光源の走査繰り返し率によって、トリガ位置の不確かさは、線形に増大する）。位相感知式ＯＣＴは、ＯＣＴ強度画像に色で塗り分けられてもよいさらなるコントラストを提供する。

ガスセルトリガは、任意のＯＣＴ撮像システムのために用いられてもよい。トリガの必要性は、レーザ光源の安定性（不安定性）に左右される。光源が、時間においてきわめてスペクトル安定（すなわち、同調素子の駆動信号）である場合には、ガスセルトリガの必要性は小さい。一般に、ガスセルは、きわめて安定なトリガを提供することができる。ガスセルトリガ３５４が生成された後、トリガ３５４は、２つの信号に分割されてもよい。一方の信号は、Ａスキャンの取得を開始するように、Ａ／Ｄディジタイザカード（Ａｌａｚａｒ）のトリガを誘発するために用いられ、図１２に示されているように、他方の信号は、外部クロック回路３７０のトリガを誘発することに関する。外部クロック回路３７０は、遅延発生器およびｋ空間／ダミークロック切り替え回路Ｄを備える。遅延発生器は、一番大切であり、微分回路（ガスセル回路３５４からのトリガ）が高くなるときを検知するために、エッジ検出を用いる。エッジが検出された後、遅延発生器は、５Ｖの信号３７２を出力し、持続時間が抵抗器‐コンデンサーの組み合わせを用いて一定であってもよい。遅延発生器からの５Ｖのパルスの持続時間は、Ｋ空間クロックの十分に高い信号対雑音比を確保するように選択される。一実施形態において、遅延発生器は、（２０〜５０）μｓのパルス持続時間を提供するようにプログラムされることができる。５Ｖの信号パルス３７２は、クロック回路３７０に入る。

クロック回路３７０は、バッファ増幅器高域通過フィルタ、ｋ空間３７４とダミークロック３７８との間で切り替えることができる切り替えネットワーク、別の高域通過フィルタおよびｋ空間３７４の正弦波をＴＴＬ信号３７８に変換する比較器から構成される。結果として生じるクロックは、遅延発生器３８０からの（２０〜５０）μｓのパルス持続時間中、波数空間（ｋ）において一定のステップと、他の時間期間において一定の持続時間と、を有する。ＯＣＴデータ信号は、外部クロック回路３７０によって提供される波数空間３７４において均一に取得される。

図１２に示されているように、ガスセル回路３５４からの元のパルスは、ｋ空間３７４とダミークロック３７６との間で切り替えを生成するために用いられることになっている遅延発生器３８０からの（２０〜５０）μｓのパルスを生成するために用いられる。ＴＴＬパルス列３７８は、正弦波信号から生成され、ディジタイザ（ＡＤＣボード）の外部クロック入力で、最終的なクロックとして用いられる。

共通光路ＯＣＴ干渉計
一実施形態において、図１３に示されているように、ＯＣＴ干渉計４０は、共通光路干渉計４００である。共通光路干渉計４００は、位相感知式フーリエ領域ＯＣＴシステム４００（「ＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴ」）システムを備え、参照光およびサンプリング光が、共通の光路４１０において伝搬する。共通の光路４１０は、光ファイバ、自由空間または何か他の材料において伝搬することができる。共通光路において任意の環境的に誘発される摂動は、共通モード拒否に遭遇し、位相が安定なＯＣＴ信号データを結果として生じる。共通の光路の一部の部分は、異なる必要がある。すなわち、サンプリング経路の一部の部分は、参照経路とは別個である。したがって、参照およびサンプリングが経路の一部の部分を共有するが、サンプリング経路の一部分は、参照経路とは別個である。

図１３に示されているように、共通光路ＯＣＴ干渉計の光学配置は、光を３ポート偏光非感知式光サーキュレータ４１４および３ポート偏光非感知式光サーキュレータ４１６に分割する結合器４１２を利用する。サーキュレータ４１４は、ポート１における光源の光入力と、ポート２における共通の参照経路およびサンプリング経路と、ポート３における平衡型受光器４２０への出力と、を含む。光は、雑音を低減して、受光器４２０の平衡チャネル４２６用の検出器ダイナミックレンジを改善するために、入力チャネルから可変反射体４２２までサーキュレータ４１６に分割（３０％）される。平衡チャネルにおける可変反射体４２２は、平衡型検出器４２０の２つのダイオードにおける等しい出力レベルおよびスペクトル形状を保証する。共通光路ファイバの遠方端部は、集束屈折率勾配（４２４（ＧＲＩＮ）レンズで終端される。ＧＲＩＮレンズ４２４は、擬似後方散乱からの干渉を最小限に抑えるために、−６５ｄＢ以下の反射減衰量にで最適化され、５ｍｍの作動距離および２０μｍの集束スポットサイズを含んでもよい。楔形の５０％ビーム分割器が、参照反射を提供するために、ビームにおいて整列される。３次元のＯＣＴ体積走査を生成するために、サンプリングは、２つのモータ駆動式直線並進ステージ上に位置決めされ、ラスターパターンにおいて作動される。あるいは、サンプリング経路は、平坦な較正された光場を有する走査システムに連結されることができる。そのような走査システムは、光学設計の技術分野では周知であり、たとえば、検流計、走査レンズ、フィールド・フラッタナー・レンズを含むことができる。あるいは、サンプリング経路は、光ファイバ回転接合点を介してプローブまたはカテーテルに連結されることができる。サンプリング経路における生体内撮像のためのカテーテルの例としては、２００７年７月１２日出願の米国仮出願第６０／９４９，５１１号、２００４年４月２３日出願の特許協力条約の出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ０４／１２７７３号に記載したようなタービン型カテーテルまたは米国特許出願第１１／５５１，６８４号に記載したような回転光カテーテルチップまたは米国特許出願第１１／５５１，６８４号に記載したような回転カテーテルプローブが挙げられる。それぞれの出願は、その中に教示された方法、装置およびシステムに関し、参照によって本明細書に援用されるものとする。カテーテルは、光学測定値を取得し、医療診断を行い、処置を終えるなどのために、対象組織またはナノ粒子からの光反射を可能にするために、対象内に位置付けられることができる。

図１４に示されているように、共通光路ＯＣＴ干渉計４００は、ＦＭＤＬ同調可能レーザ光源４３０に連結され、そこでＦＭＤＬ光源４３０は光波長計３００および較正用ガスセル３１０に連結される。ＯＣＴインターフェログラム［Ｓ（ｋ）］および較正用ガスセルシグネチャーは、高速ＰＣＩディジタイザ４３２ボード（ＡｌａｚａｒＴｅｃｈ ＡＴＳ６６０、カナダ、トロント）の２つのチャネルで１６ビット解像度でディジタル化される。波長計３００の出力から導出された外部クロックは、波数（ｋ）空間において直接的にデータの取得を可能にする。Ｓ（ｋ₀）は、ガスセル３１０の吸収特長によって計されるような任意のバイアスを除去するためにシフトされ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて経路長（ｚ）領域に変換される。変換されたＯＣＴのＡスキャン［Ｓ（ｚ）］は、サンプリングにおいて、後方散乱される大きさおよび深さｚにおける位相を表現する複素信号｛｜Ｓ（ｚ）｜、ａｒｇ［Ｓ（ｚ）］｝である。ディジタイザ４３２は、高速のマルチコアプロセッサ、ＲＡＩＤストライプト・ディスク・アレイおよび大きなＲＡＭ空間を有する最新のワークステーションであるホストＰＣ４３４に連結される。サンプリングの屈折率分布（ｎ（ｚ））を推定するための逆問題を解くために、Ａスキャンを表現する複素信号は、アルゴリズムへの入力として用いられてもよい。

図１５は、前述した経路を用いて、均一時間サンプリングおよび均一周波数サンプリングクロック制御手法１０の両方を用いて生成された軸方向の点広がり関数と、およびＯＣＴ画像と、を比較する。グラフは、内部クロック制御／再マッピングスキーム４４０および新規な外部クロック制御スキーム４４２に関するＯＣＴ点広がり関数対深さを示している。外部クロック制御関数のより高い高さおよびより狭い幅により、大きな信号対雑音比（「ＳＮＲ」）を結果として生じ、特により深い深さ（２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ）で軸方向の解像度を改善し、アーチファクトを抑制する。その上、外部クロック制御スキームは、計算量が少なく、帯域幅集約的ではない。

複数の均一周波数クロック信号
各取得チャネルに関して、１つのクロック信号が所与の時間でアクティブであり得、任意の特定の組み合わせまたは順序で異なるクロック信号間で切り替えられてもよい。あるいは、２つ以上の均一周波数クロック信号が、２つ以上のクロック信号を表す同期信号を生成するために、２つのクロック信号を結合／変更する回路によって、ＡＤＣチャネルに同期して連結されてもよい。図１８に示されているように、種々の経路からの複数のクロック信号が、デマルチプレクサ６００に入力され、デマルチプレクサが入力信号の１つを選択する入力（可能であればディジタル）を有する。デマルチプレクサは、波長計から導出される実時間クロック信号に関して適用可能であり、実時間回路が故障した場合、または１つの経路または別の経路において途切れた場合には、バックアップクロック信号が提供される。

位相感知型ＯＣＴシステム
図１６に示されているように、別の位相感知型ＯＣＴ（ＰＳ−ＯＣＴ）システム５００は、信号干渉計５１０、参照干渉計５２０、クロック制御干渉計５３０、スペクトル一定のトリガ５４０を備える。掃引光源レーザ５０２は、８０／２０分割器５０４に連結される。分割器５０４は、分割器５０６（９５％透過、５％反射）および分割器５０８に連結される。

掃引レーザ光源５０２（Ｓａｎｔｅｃ、ニュージャージー州、ハッケンサック）から発せられる光（λ＝１３１０ｎｍ、Δλ＝１００ｎｍ、走査速度２０ＫＨｚ）は、４つの光サブシステム、すなわち、信号干渉計５１０、参照干渉計５２０、クロック制御干渉計５３０、スペクトル一定のトリガ５４０に入力される。試験下のサンプル５１２は、信号干渉計５１０に位置決めされる。干渉縞（Γ_s（ν））は、分割器５１４から反射される光とサンプル５１２との間に形成され、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）・コンバータ５５０（ＡＤＣ）のチャネルＡ５５２に向けられる。参照干渉計５２０における干渉縞（Γ_r（ν））は、分割器５２４から反射される光と高反射ミラー５２２との間で類似に形成され、ＡＤＣ５５０のチャネルＢ５５４に向けられる。クロック制御干渉計５３０における干渉縞（Γ_cl（ν））は、マッハツェンダ・クロック制御干渉計５３０の第１のアーム５３２および第２のアーム５３４を通ってくる光の間で形成され、類似の帯域通過５３６後、ＡＤＣ５５０用の実時間外部クロック５３８源として機能する。外部クロック５３８の周波数は、可変遅延線（「ＤＬ」）５４２によって変更される５３２と５３４との間の光路差に左右される。光がスペクトル一定のトリガサブシステム５４０においてガスセル５４４（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ、オレゴン州、ムリノ）から出力された後、一連の狭帯域ＴＴＬ状のパルスが、形成される。唯一のパルスは、単一チャネル検出器（「ＳＣＤ」）５４６から生成された時間ウィンドウを用いて選択され、レーザ掃引強度分布から生成されるＴＴＬパルスを用いてＡＮＤゲートでＡＤＣ５５０用のスペクトル一定のトリガとして機能する。

位相感知型ＯＣＴ機器の精度および感度は、原子間力顕微鏡の解像度の較正に一般に用いられる一連の標準化された金属フィルムを用いて測定されることができる。位相感知型フーリエ領域ＯＣＴ機器の感度は、０．５ｎｍの解像度を有する圧電ステッパー（Ｐｏｌｙ Ｔｅｃｈ ＰＩ、マサチューセッツ州、オーバーン）を配置することによって測定される。圧電ステッパーからの光反射を整列した後、各位置に関して１００回のＡスキャンが記録され、ステッパーが１０ｎｍずつ増分される。このような態様で進めて、位相感知型フーリエ領域ＯＣＴ機器の感度を較正することができる。フィールドフラッタナーを組み込む光学走査システムは、波の一部（たとえば、１／１０の波）の中に平坦である光場を提供することができる。較正手順は、場にわたって走査するときに生じる残余位相変動を補正するために利用されてもよい。反射面として高精度の参照用オプティカルフラットを用いた較正手順は、走査光学素子に起因する場の屈曲にわたる位相変動を補正するために利用されてもよい。

ＰＶＤＦコポリマー圧電フィルムの歪み定数は、ｄ₃₃＝−３８＊１０^-12ｍ／Ｖ（Ｉｍａｇｅｓ ＳＩ Ｉｎｃ、ニューヨーク州、スターテン島）である。圧電フィルム１０Ｖ振幅の正弦波電圧は、Ａｇｉｌｅｎｔ関数発生器を用いて適用され、電圧の２０Ｖピークのピーク変化に相当する。圧電フィルムの厚さにおける結果の変化は、ｄ₃₃＊２０Ｖ＝０．７６ｎｍに等しい。電圧周波数は、５００Ｈｚ（図１７Ａ）、１０００Ｈｚ（図１７Ｂ）および２０００Ｈｚ（図１７Ｃ）であった。

圧電フィルムに関する位相測定値対時間が、３つの異なる周波数５００Ｈｚ（図１７Ａ）、１０００Ｈｚ（図１７Ｂ）および２０００Ｈｚ（図１７Ｃ）を用いて、１０Ｖの正弦波電圧を印加することによって誘発された。測定された位相（右のＹ軸）は、圧電フィルムの厚さにおける変化に起因する。圧電フィルムの厚さ（左のＹ軸）は、Ｔ＝φ＊λ／（４＊π）として位相測定値から計算されることができる。式中、φは測定位相（ｒａｄ）であり、λは、掃引光源レーザの中心波長（ｎｍ）である。

Ｋ空間クロック分散補正
参照経路とサンプリング経路との間の分散における差は、ＯＣＴシステムにおける共通の問題である。参照経路とサンプリング経路との間の分散における差は、点広がり関数の劣化を生じ、画像品質を低下させる可能性がある。数学的には、点広がり関数Ｓ（ｘ）は、式（１）によって表現される。

式中、Ｓ（ｘ）は、１つの鮮明な境界からの掃引光源ＯＣＴシステムの点広がり関数であり、Ｆ（ｋ（ｔ））は、掃引光源レーザのパワースペクトルであり、Ｒｅ（ｅ^iΔφ(k(t))）＝Ｄは、ＯＣＴ干渉計のアームにおける分散不整合成分であり、ｄｋ／ｄｔ＝Ｃは、ｋ空間における不均一なクロック制御に起因する成分であり、ｋは、波数であり、ｔは、時間であり、ｃ．ｃ．は、複素共役である。分散Ｄは、変更されることができるため、Ｄ＊Ｃ＝１である。

点広がり関数の劣化に対処する１つの方法は、分散を考慮し、アナログ・ディジタル・コンバータ（ＡＤＣ）から取得された生データに対して複素再サンプリングアルゴリズムを適用することである。別の方法は、ハードウェア分散整合を用いて、ｋ空間クロック経路に対するサンプリング経路の分散整合を含む。ｋ空間クロック経路については、既に説明した。ハードウェアに基づく手法は、参照経路とサンプリング経路との間の分散における差を含むように、ｋ空間クロックを補正する分散を含む。分散における差が測定された後、ｋ空間クロックを修正するために用いられる。ＯＣＴシステムが、任意波形発生器によってクロック制御されている場合には、非分散補正ｋ空間クロック信号が、ＡＤＣによって取得され、非分散補正ｋ空間クロック信号が、分散における差を考慮するように修正され、次に、この分散補正されたｋ空間クロック信号が、ＯＣＴデータを取得するためにＡＤＣをクロック制御するために用いられる。

あるいは、方法は、サンプリング経路および参照経路における分散不整合を考慮するために、ｋ空間クロック光学素子を修正することを含む。ｋ空間クロック光学素子は、干渉に依存している一種の干渉計を含む。ｋ空間クロック補正光学素子としては、ガラス窓、光ファイバ素子、複数のプリズムおよび／またはエアギャップを挙げることが可能である。ｋ空間クロックの光学素子を修正することによって、干渉計における参照経路とサンプリング経路との間の分散不整合の影響を補正してもよい。ｋ空間クロックは、因果関係のない再サンプリング技術を必要としないため、分散補正されたｋ空間クロック光学素子は、ＯＣＴシステムを「実時間」で最小の分散によってクロック制御することを可能にする。時間分散補正されたクロックはまた、任意波形発生器の経路と連結されることが可能であり、差が実時間である場合には、分散補正ｋ空間クロックは、用いられる前に、分散を再サンプリングする必要がない。

分散特性Ｄは通常、滑らかであり、Ｃ成分ではなく、ｋに対して変調された余弦（Ｄ＝Ｃｏｓ［Δφ（ｋ（ｔ））］）は、ディジタル化されたサンプリングからディジタル化されたサンプリング（隣接するｋ数）にあまり滑らかに変化することはできない。

Ｃ成分は、ＡスキャンからＡスキャンによって変化し得る。任意波形発生器５０（Ｇａｇｅ ＣｏｍｐｕＧｅｎ）から、Ｃ成分は、Ａスキャンによって変化しない。しかし、分散成分は、任意波形発生器の一実施形態において、ことなるＡスキャンに対する補正を依然として必要とする可能性がある。

点広がり関数の劣化に対処する別の手法は、干渉計の参照アームにおいて、振幅光学フィルタΦ（ｋ（ｔ））の存在である。これは、式（１）を、下式に変換する。

振幅光学フィルタΦ（ｋ（ｔ））は、非均一なｋ空間クロック制御に起因する深さで、解像度の歪みを補正することを容易にする（Ｄ＊Ｃ＊Φ＝１は、Ｄ＊Ｃ＝１より実現しやすい可能性がある）。ＯＣＴシステムの深さ解像度は、パワースペクトルＦ（ｋ（ｔ））の帯域幅を効果的に増大することによって改善されることができる。参照アームにおけるある程度の出力は、中心のｋ数を減衰させ、スペクトルのエッジでｋ数を修正しないことによって損失する可能性がある。

均一周波数サンプリングクロック制御１０のすべての経路、システムおよび方法は、掃引レーザ光源の外部クロック制御を提供し、波数領域における検出光の均一なサンプリングのために、クロックを発生して、クロックを処理し、クロックをディジタイザに送信するために、異なる経路を独立または組み合わせて、提供することができる。あるいは、均一周波数サンプリングクロック制御１０のすべての経路は、互いに、任意の特定の組み合わせまたは順序で組み合わせられてもよい。たとえば、光の光学パラメータは、クロック制御システムによって測定されることができ、光学パラメータは、掃引光源ＯＣＴシステム用のクロック制御の波数を予測するために、モデルまたは参照表において用いられることができる。

一実施形態において、ＯＣＴシステム用の均一周波数サンプリングクロック経路は、サンプリングの少なくとも一部を撮像する。一実施形態において、サンプリングは、生理学的サンプリングである。ＯＣＴ干渉計のサンプリング経路は、生理学的サンプリングを撮像するために、光ファイバ回転接合点を介してプローブまたはカテーテルに連結されることができる。カテーテルは、光学測定値を取得し、医療診断を行い、処置を終えるなどのために、対象組織またはナノ粒子からの光反射を可能にするために、対象内に位置付けられることができる。一実施形態において、均一周波数サンプリングクロック経路は、米国特許出願第１１／５５０，７７１号などの血流を撮像するために、米国特許出願第１１／４４６，６８３号などの患者の血管または体内の内腔を撮像するため、米国特許出願第１１／４４１、８２４号などのナノ粒子標識細胞を撮像するために、ＯＣＴシステムおよびカテーテルに連結される。それぞれの出願は、その中に教示された方法、装置およびシステムに関し、参照によって本明細書に援用されるものとする。

実施形態について記載してきたが、本発明にさらなる修正を行うことができることは理解されよう。本出願は、任意の変形を網羅し、本発明の原理を一般に伴い、本発明が関連する当技術分野の周知かつ関連的な実行の中で、本開示から逸脱することなく、本発明を用いて適用することを意図している。

Claims (20)

1. 光コヒーレンストモグラフィー用のクロック制御方法であって、掃引光源レーザを均一周波数サンプリングクロック経路に連結するステップと、掃引光源レーザに対応するクロック制御信号を生成するステップと、を含む光コヒーレンストモグラフィー用のクロック制御方法。
2. 連結する前記ステップは、掃引レーザ光源を特徴付けるステップと、特徴付けステップによってクロック制御信号のディジタル表現を作成するステップと、ディジタイザへの出力としてクロック信号を生成するステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 掃引光源レーザの出力から電気同期パルスによってトリガが誘発される掃引レーザ光源の各レーザ掃引に関してクロック信号を出力するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
4. 任意波形発生器に少なくとも１つの波形を提供するステップと、トリガ誘発事象中に、波形を生成するステップと、をさらに含む請求項３に記載の方法。
5. 連結する前記ステップは、補助波長計を掃引光源レーザに連結するステップと、補助波長計の出力を処理して、クロック制御信号を生成するステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
6. 掃引光源レーザの出力から電気同期パルスによってトリガが誘発される掃引レーザ光源の各レーザ掃引に関してクロック信号を出力するステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
7. 前記処理ステップは、ディジタル処理ステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
8. 任意波形発生器によってディジタル処理された信号を反復的に出力するステップをさらに含む請求項６に記載の方法。
9. 掃引検出器によってレーザ掃引の強度プロフィールを収集するステップと、遅延発生器によって強度プロフィールを整形するステップと、整形された強度プロフィールを切り替え回路に連結するステップと、をさらに含む請求項８に記載の方法。
10. 補助波長計の出力を切り替え回路に連結するステップと、第１の状態の下で電子切り替え回路からクロック信号を出力するステップと、をさらに含む請求項９に記載の方法。
11. 前記処理ステップは、アナログ処理ステップをさらに含む請求項５に記載の方法。
12. 掃引レーザ光源の限定されたデューティーサイクル中に、補助波長計をサンプリング回路に連結するステップと、各デューティーサイクルの非掃引セグメント中に予め固定された電圧制御型発振器からクロック信号を導出するステップと、をさらに含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記処理ステップは、アナログ処理出力をディジタイザに連結するステップと、ディジタイザの出力をディジタル・アナログ・プロセッサに連結して、クロック信号を生成するステップと、をさらに含むアナログ処理ステップをさらに含む請求項４に記載の方法。
14. 連結するステップは、掃引光源レーザを均一周波数サンプリングクロック発生器に連結するステップと、クロック制御信号を生成するステップと、をさらに含む請求項１に記載の方法。
15. 前記均一周波数サンプリングクロック発生器は、ディジタル化されたサンプリング時間で、絶対値のレーザ発振波長における測定基準を提供するガスセルと、サンプリング時間とレーザ発振波長との間の関係を提供するディジタイザに連結される光波長計と、をさらに備え、掃引レーザ光源の波数バイアスを決定することをさらに含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記均一周波数サンプリングクロック発生器は、検出器チャネルおよびガスセルチャネルを備えて、ガスセルパルスを生成し、ガスセルパルスを微分して、最大吸収ガスセル線をゼロ交差電圧で置き換えるステップと、吸収ガスセル線の中心波長に対応する立ち上がりで、トランジスタ‐トランジスタ論理パルスを生成するステップと、レーザ光源掃引の形状を反復的に出力するステップと、ウィンドウパルスを生成してガスセルパルスの１つを選択するステップと、をさらに含む請求項１４に記載の方法。
17. ａ．同調可能レーザ光源の限定されたデューティーサイクル中の補助波長計および各デューティーサイクルの非掃引セグメント中の予め固定された電圧制御型発振器から外部サンプリングクロック信号を導出するサンプリング回路と、
    ｂ．電圧制御型発振器の出力を補助波長計の出力と同期させて、このとき、外部サンプリングクロックが、光波長計の出力から電圧制御型発振器の出力に切り替えられる位相ロックループと、を含み、そこで
    ｃ．レーザが掃引し始めるときに、ロックが回復され、出力が再び、ｋ空間補助波長計の出力に切り替えられる、均一周波数サンプリングクロック制御用のシステム。
18. ａ．掃引光源を主要光コヒーレンストモグラフィー干渉計に再分割するための、複数の光ファイバ結合器と、波数（ｋ）空間において直接的に光コヒーレンストモグラフィー信号データの取得を可能にするクロック信号を生成するための、均一周波数サンプリングクロック経路を含む光コヒーレンストモグラフィーシステム。
19. 前記均一周波数サンプリングクロック経路は、補助波長計および光トリガ発生器を備え、
    ａ．主要光コヒーレンストモグラフィー干渉計から受光器に連結され、補助波長計から受光器に連結されるディジタイザを備え、補助波長計から導出される外部クロックが、任意波形発生器によって再発生され、波数（ｋ）空間において直接的に光コヒーレンストモグラフィー信号データの取得を可能にする請求項１８に記載の光コヒーレンストモグラフィーシステム。
20. 前記均一周波数サンプリングクロック経路は、信号干渉計、参照干渉計、クロック制御干渉計およびスペクトル一定のトリガを備え、
    ａ．単一干渉計の干渉縞および参照干渉計の干渉縞が、ディジタイザに連結され、
    ｂ．クロック制御干渉計の干渉縞が、アナログプロセッサに連結されて、外部クロック信号として機能し、
    ｃ．スペクトル一定のトリガが、ガスセルおよび単一検出器を含み、ガスセルが、少なくとも１つの狭帯域ＴＴＬパルスを形成し、パルスが、ディジタイザ用のスペクトル一定のトリガとして機能するように単一チャネル検出器によって生成される時間ウィンドウを用いて選択される請求項１８に記載の光コヒーレンストモグラフィーシステム。