JP2011501151A

JP2011501151A - 光学的コヒーレンストモグラフィ

Info

Publication number: JP2011501151A
Application number: JP2010529877A
Authority: JP
Inventors: ボップミンキム; サンウォンリー
Original assignee: インダストリーアカデミックコオペレイションファウンデイションヨンセイユニヴァーシティー; エムティシーメディカルカンパニーリミテッド
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2011-01-06
Also published as: RU2532992C2; CN101889188A; KR20090039888A; CN101889188B; RU2010140046A; WO2009051446A1; US20100220333A1; EP2201324A1; KR101029606B1; US8593640B2

Abstract

【課題】光学的コヒーレンストモグラフィにおいて機械的運動に影響されることなく、短時間で高品位の解像度の二次元画像を得る。
【解決手段】本発明は、ために、光源およびリニアビーム形成システムが採用された光学的コヒーレンストモグラフィに関する。かかる目的のために、光学的リニアビーム形成システム（２０）は、周波数領域の光学的コヒーレンストモグラフィを実施するよう、半円筒形レンズ（２１）と、凸レンズ（２２）と、スリット（２３）とを備える。光源からの平行な光ビームは、半円筒形レンズ（２１）の表面に入射し、この凸レンズ（２２）の前方には半円筒形レンズ（２１）の焦点ラインが位置している。凸レンズ（２２）は平行な光成分が収束する短焦点と、発散する光成分が収束する長焦点とを有し、短焦点と長焦点との間にスロット（２３）が位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、周波数変換光源を使用するラインスキャニング方式による周波数領域の光学的コヒーレンストモグラフィに関し、詳細には、被検体（またはサンプル）上で光をスキャンし、被検体からの反射光をラインＣＣＤカメラを介して受信する、光学的コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）に関する。

従来の光学的コヒーレンストモグラフィには、２つのタイプがある。すなわち時間領域のＯＣＴと周波数領域のＯＣＴとがあり、これらトモグラフィではブロードバンド光源を使用するドットスキャニング方式が採用されており、いずれのＯＣＴも２つ以上の別個のスキャナーを必要とする。図１は、従来の時間領域のＯＣＴの略図を示し、図２は、従来の周波数領域のＯＣＴの略図を示す。

図１に示されるような時間領域のＯＣＴでは、ブロードバンド光源（１２）からの光ビームを光学的分割器（３０）によって２つの光ビームに分割し、分割された光ビームは、基準ミラー（５０）および被検体に入射し、これらからそれぞれ反射するようになっている。反射した光ビームは光学的分割器（３０）で組み合わされ、２つの光ビームの間の光路長さの差によって干渉信号（すなわち干渉パターン）が生じる。この干渉信号は、フォトダイオード（９０）により検出され、信号は、Ａ／Ｄ変換および復調プロセスを受け、この結果、所定深度での画像信号が生じる。二次元画像を得るには基準ミラー（５０）とスキャナー（８０）の双方の移動による２つのスキャニング方法を実行しなければならず、この方法は、ｘ−ｚスキャニングと称される。しかしながらこれら２つのスキャニング方法は、２つの運動を同期化するのが困難であり、画像を得るのに長い時間がかかり、被検体の運動によるノイズを生じやすく、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が低い。

図２に示されるような周波数領域のＯＣＴでは、時間領域のＯＣＴと同じようにブロードバンド光源（１２）からの光ビームを光学的分割器（３０）により２つの光ビームに分割し、分割された光ビームはそれぞれ基準ミラー（５０）および被検体に入射し、次にこれらからそれぞれ反射される。反射された光ビームは光学的分割器（３０）で組み合わされ、組み合わされた光ビームはスペクトルスコープ（１００）により検出され、フーリエ変換され、その結果、所定深度での画像信号が得られる。周波数領域のＯＣＴは二次元画像を得るのにｚ方向のスキャナーを必要とせず、ｘ方向のスキャナー（８０）だけを使用する。周波数領域のＯＣＴでは、時間領域のＯＣＴよりも高い信号対ノイズ比を得ることができる。しかしながら、周波数領域のＯＣＴも、画像が被検体の運動によるノイズの影響を受け、光ビームを検出するのにスペクトルスコープ（１００）を実現しなければならないという問題がある。

よって本発明の目的は、従来のＯＣＴにおける上記問題を改善し、かつ被検体上でリニア光ビームをラインスキャニングすることにより、被検体を機械的に移動することなく、より短い時間で高い解像度の二次元画像を得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明の１つの様相によれば、光学的コヒーレンストモグラフィは、複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎを有する光ビームを発生する光源（１１）と、前記光ビームからリニア光ビームを形成する光学的リニアビーム形成システム（２０）と、前記光学的光ビーム形成システム（２０）からのリニア光ビームを、２つの光ビーム、例えば基準ミラー（５０）に向けられる１つの光ビームと被検体に向けられる別の光ビームとに分割する光学的分割器（３０）と、一方が前記光学的分割器（３０）と前記基準ミラー（５０）との間に位置し、他方が、前記光学的分割器（３０）と前記被検体との間に位置し、前記光学的分割器（３０）により分割された光ビームをコリメート化するための２つの第１凸レンズ（４０）と、前記基準ミラー（５０）および前記被検体から反射され、前記光学的分割器（３０）で組み合わされた光ビームが入射される第２凸レンズ（６０）と、前記第２凸レンズ（６０）からの組み合わされた光ビームを受光するカメラ（７０）と、前記カメラ（７０）によって出力される、各ピクセルに対応する信号を検出する画像処理基板と、深度に関連する画像情報（ｚスキャニング）を得るために、前記複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎに関して前記ピクセルに対応する前記検出された信号をフーリエ変換するためのフーリエ変換部分と、前記フーリエ変換部分で出力された信号を使って、ｘ軸線に沿った前記ピクセルを結合することによって得られる二次元の画像をディスプレイするモニタとを備える。

上記目的を達成するために、本発明の別の様相によれば、光源からの光ビームを、光学的分割器（３０）により２つの光ビームに分割し、これら光ビームをそれぞれ基準ミラー（５０）および被検体に向け、各第１凸レンズ（４０）により前記分割された光ビームをコリメート化し、これら２つのコリメート化された光ビームを前記基準ミラー（５０）および前記被検体からそれぞれ反射させ、前記光学的分割器（３０）で組み合わせ、第２凸レンズ（３０）を介して前記組み合わされた光ビームをカメラ（７０）に入射させる、光学的コヒーレンストモグラフィは、光ビームとして前記光学的分割器（３０）に入射させるリニア光ビームを形成するための、前記光源と前記光学的分割器（３０）の間に位置する光学的リニアビーム形成システム（２０）を更に含む。

上記目的を達成するために、本発明の更に別の様相によれば、光学的コヒーレンストモグラフィは、複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎを有する光ビームを発生する光源（１１）と、前記光ビームからリニア光ビームを形成する光学的リニアビーム形成システム（２０）と、前記光学的光ビーム形成システム（２０）からのリニア光ビームを、２つの光ビーム、例えば基準ミラー（５０）に向けられる１つの光ビームと被検体に向けられる別の光ビームとに分割する光学的分割器（３０）と、一方が前記光学的分割器（３０）と前記基準ミラー（５０）との間に位置し、他方が、前記光学的分割器（３０）と前記被検体との間に位置し、前記光学的分割器（３０）により分割された光ビームをコリメート化するための２つの第１凸レンズ（４０）と、前記基準ミラー（５０）および前記被検体から反射され、前記光学的分割器（３０）で組み合わされた光ビームが入射される第２凸レンズ（６０）と、前記第２凸レンズ（６０）からの組み合わされた光ビームを受光するカメラ（７０）とを少なくとも備える。

更に本発明にすべての様相によれば、前記光学的リニアビーム形成システム（２０）は、半円筒形レンズ（２１）と、凸レンズ（２２）と、スリット（２３）とを含む。

前記光源からの平行な光ビームは、前記半円筒形レンズ（２１）の表面に入射し、前記凸レンズ（２２）の前方に前記半円筒形レンズ（２１）の焦点ラインが位置し、この結果、平行な光成分および発散光成分が凸レンズ（２２）に入射する。

前記凸レンズ（２２）は、前記平行な光成分が収束する短焦点と、発散する光成分が収束する長焦点とを有する。

前記短焦点と前記長焦点との間に前記スリット（２３）が位置し、このスリット（２３）の方向が前記半円筒形レンズ（２１）の長手方向に平行であり、この結果、リニアな光ビームが生じる。

上記目的を達成するために、本発明の更に別の様相によれば、光学的コヒーレンストモグラフィは、半円筒形レンズ（２１）と、凸レンズ（２２）と、スリット（２３）とを含む光学的リニアビーム形成システム（２０）を備え、前記光源からの平行な光ビームが、前記半円筒形レンズ（２１）の表面に入射し、前記凸レンズ（２２）の前方に前記半円筒形レンズ（２１）の焦点ラインが位置し、この結果、平行な光成分および発散光成分が凸レンズ（２２）に入射し、前記凸レンズ（２２）は、前記平行な光成分が収束する短焦点と、発散する光成分が収束する長焦点とを有し、前記短焦点と前記長焦点との間に前記スリット（２３）が位置し、このスリット（２３）の方向が前記半円筒形レンズ（２１）の長手方向に平行であり、この結果、リニアな光ビームが生じる。

上記のような本発明によれば、本発明の周波数領域の光学的コヒーレンストモグラフィは、被検体に対してリニアな光ビームを使用し、機械的な運動を生じさせることなくｘ−ｚスキャニングを使用して２次元画僧を発生できる。

従って、高い信号対ノイズ比で短い時間で２次元画像を得ることができ被検体の運動によるノイズも最小にできる。

従来の時間領域のＯＣＴの略図を示す。従来の周波数領域のＯＣＴの略図を示す。波長変換光源を使用するラインスキャニング方法を使用する、本発明のＯＣＴの略図を示す。図３における本発明の光学的ラインスキャニングシステムの内部構造の略図を示す。

図３に示されるように、最も好ましいタイプの光学的コヒーレンストモグラフィは、複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎを有する光ビームを発生する光源（１１）と、前記光ビームからリニア光ビームを形成する光学的リニアビーム形成システム（２０）と、前記光学的光ビーム形成システム（２０）からのリニア光ビームを、２つの光ビーム、例えば基準ミラー（５０）に向けられる１つの光ビームと被検体に向けられる別の光ビームとに分割する光学的分割器（３０）と、
一方が前記光学的分割器（３０）と前記基準ミラー（５０）との間に位置し、他方が、前記光学的分割器（３０）と前記被検体との間に位置し、前記光学的分割器（３０）により分割された光ビームをコリメート化するための２つの第１凸レンズ（４０）と、前記基準ミラー（５０）および前記被検体から反射され、前記光学的分割器（３０）で組み合わされた光ビームが入射される第２凸レンズ（６０）と、前記第２凸レンズ（６０）からの組み合わされた光ビームを受光するカメラ（７０）と、前記カメラ（７０）によって出力される、各ピクセルに対応する信号を検出する画像処理基板と、深度に関連する画像情報（ｚスキャニング）を得るために、前記複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎに関して前記ピクセルに対応する前記検出された信号をフーリエ変換するためのフーリエ変換部分と、前記フーリエ変換部分で出力された信号を使って、ｘ軸線に沿った前記ピクセルを結合することによって得られる二次元の画像をディスプレイするモニタとを備える。

以下、図面を参照し、例により、本発明に係わる光学的コヒーレンストモグラフィの構造および作動について説明する。

図３は、リニア光ビームを使用するラインスキャニング方法を使用する本発明のＯＣＴの略図を示す。このＯＣＴは光源（１１）と、光学的リニアビーム形成システム（２０）と、光学的分割器（３０）と、第１凸レンズ（４０）と、基準ミラー（５０）と、第２凸レンズ（６０）と、カメラ（７０）と、画像処理基板と、フーリエ変換部分と、モニタとを備える。

光源（１１）は、波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎの光ビームを順次または連続的に発生する。従って、この光源は図２におけるスペクトルスコープ（１００）と同様な役割を果たす。

光源（１１）からの光ビームは、光学的リニアビーム形成システム（２０）を通過し、この光ビーム形成システムは、光源からの光ビームを、リニアな光ビームに成形する。この光学的リニアビーム成形システム（２０）の詳細な構造については後に説明する。

リニアな光ビームは、光学的分割器（３０）により２本の光ビームに分割され、これら２本の光ビームはそれぞれ基準ミラー（５０）および被検体まで伝搬する。２つの第１凸レンズ（４０）は、２つの分割された光ビームをそれぞれ平行となるようにコリメート化する。これら２つの平行な光ビームは、基準ミラー（５０）および被検体で反射され、反射された光ビームは、光学的分割器（３０）で組み合わされる。

光学的分割器（３０）で組み合わされた光ビームは、カメラ（７０）に入射するよう、第２凸レンズ（６０）を通過する。カメラ（７０）に入射した光ビームは、ピクセルごとに信号を発生し、これら信号は、画像処理基板によって検出される。

ｌ１、ｌ２．．．ｌｎの検出された光信号をフーリエ変換することにより、被検体の深度に関係する画像情報（ｚスキャニング）が、各ピクセルで得られる。カメラのピクセルをｘ軸に沿って結合することによって二次元画像が得られる。

図４は、図３における本発明の光学的ラインスキャニングシステムの内部構造の略図を示す。この光学的ラインスキャニングシステムは、半円筒形レンズ（２１）と、凸レンズ（２２）と、スリット（２３）とを含む。従って、図４は本発明のラインスキャニング方法を採用する光学的ラインスキャニングシステムの詳細図を示す。

図４は、リニア光ビームがどのように形成されるかを示す。波長変換光源（１１）からの平行な光ビームは、図４に示されるように半円筒形レンズ（２１）の表面に垂直に入射する。長手方向中心軸線に沿って、この表面の中心に入射する平行な光ビーム成分は、屈折することなく半円筒形レンズ（２１）を通過し、この結果、半円筒形レンズ（２１）から平行な光ビーム成分が出力される。長手方向軸線から離間した位置に入射する平行な光ビーム成分は、図４において、黒い短い太線で描かれた焦点ラインに収束する。従って、半円筒形レンズ（２１）の表面に入射する平行な光ビームは、半円筒形レンズ（２１）の焦点ラインに合焦し、この焦点ラインを通過した後に、半円筒形レンズ（２１）の長手方向軸線に対して垂直な緯距方向に発散する。

半円筒形レンズ（２１）を通過する光ビームは、凸レンズ（２２）に入射する。図４に示されるように、凸レンズ（２２）に入射する平行な光ビーム成分は、短焦点で合焦し、凸レンズ（２２）に入射する発散光ビーム成分は、長焦点で合焦する。

図４に示されるように、短焦点と長焦点との間にはスリット（２３）が位置し、このスリットの長手方向は円筒形レンズ（２１）の長手方向中心軸線の方向に平行となっている。凸レンズ（２２）からの光ビームは、スリット（２３）を通過し、その結果、図４の長く黒い太線で示されるように、リニアな光ビームが生じる。

スリット（２３）を通過したリニアな光ビームは、光学的分割器（３０）へ向けられる。従って、このリニアな光ビームは被検体に入射し、従来のトモグラフィのように被検体の機械的運動に影響されるｘスキャニング方法は不要となる。

以上で、本発明の特徴および利点について記載した。好ましい実施形態のこれまでの説明は、多くの点に関して説明のためのものにすぎないことが理解できよう。本発明の範囲から逸脱することなく、細部に関して、特にコンポーネントの選択に関して、更に部品の形状、サイズおよび配置に関して変更を行うことができる。図面を参照して好ましい実施形態について説明したので、種々の目的を達成できること、および当業者には本発明の要旨から逸脱しない変形および拡張が明らかとなることが理解できよう。

本発明によれば、波長変換光源および光学的ラインスキャニングシステムを使用することにより、周波数領域の光学的コヒーレンストモグラフィを容易に実施でき、機械的な運動をすることなく、短時間で高品位の解像度の二次元画像を得ることができる。トモグラフィシステム全体の価格は、材料のコストが低く、方法が簡略化されていることにより、劇的に低減できる。

本発明に係わるトモグラフィは、眼科を含む種々の分野の医療サービスにおいて使用するよう、カスタム化することも可能である。

１１光源
２０光学的リニアビーム形成システム
２１半円筒形レンズ
２２凸レンズ
２３スリット
３０光学的分割器
４０第１凸レンズ
５０基準ミラー
６０第２凸レンズ
７０カメラ

Claims

複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎを有する光ビームを発生する光源（１１）と、
前記光ビームからリニア光ビームを形成する光学的リニアビーム形成システム（２０）と、
前記光学的光ビーム形成システム（２０）からのリニア光ビームを、基準ミラー（５０）に向けられる１つの光ビームと被検体に向けられる別の光ビームの２つの光ビームに分割する光学的分割器（３０）と、
一方が前記光学的分割器（３０）と前記基準ミラー（５０）との間に配置され、他方が、前記光学的分割器（３０）と前記被検体との間に配置され、前記光学的分割器（３０）により分割された光ビームをコリメート化するための２つの第１凸レンズ（４０）と、
前記基準ミラー（５０）および前記被検体から反射され、前記光学的分割器（３０）で組み合わされた光ビームが入射される第２凸レンズ（６０）と、
前記第２凸レンズ（６０）からの組み合わされた光ビームを受光するカメラ（７０）と、
前記カメラ（７０）によって出力される、各ピクセルに対応する信号を検出する画像処理基板と、
深度に関連する画像情報（ｚスキャニング）を得るために、前記複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎに関して前記ピクセルに対応する前記検出された信号をフーリエ変換するためのフーリエ変換部分と、
前記フーリエ変換部分で出力された信号を使って、ｘ軸線に沿った前記ピクセルを結合することによって得られる二次元の画像をディスプレイするモニタとを備える光学的コヒーレンストモグラフィ。
光源からの光ビームを、光学的分割器（３０）により２つの光ビームに分割し、これら光ビームをそれぞれ基準ミラー（５０）および被検体に向け、前記分割された光ビームを各第１凸レンズ（４０）によりコリメート化し、これら２つのコリメート化された光ビームを前記基準ミラー（５０）および前記被検体からそれぞれ反射させ、前記光学的分割器（３０）で組み合わせ、第２凸レンズ（３０）を介して前記組み合わされた光ビームをカメラ（７０）に入射させる、光学的コヒーレンストモグラフィにおいて、
光ビームとして前記光学的分割器（３０）に入射させるリニア光ビームを形成するための、前記光源と前記光学的分割器（３０）の間に配置された光学的リニアビーム形成システム（２０）を更に含む、光学的コヒーレンストモグラフィ。
複数の波長ｌ１、ｌ２．．．ｌｎを有する光ビームを発生する光源（１１）と、
前記光ビームからリニア光ビームを形成する光学的リニアビーム形成システム（２０）と、
前記光学的光ビーム形成システム（２０）からのリニア光ビームを、基準ミラー（５０）に向けられる１つの光ビームと被検体に向けられる別の光ビームの２つの光ビームに分割する光学的分割器（３０）と、
一方が前記光学的分割器（３０）と前記基準ミラー（５０）との間に配置され、他方が、前記光学的分割器（３０）と前記被検体との間に配置され、前記光学的分割器（３０）により分割された光ビームをコリメート化するための２つの第１凸レンズ（４０）と、
前記基準ミラー（５０）および前記被検体から反射され、前記光学的分割器（３０）で組み合わされた光ビームが入射される第２凸レンズ（６０）と、
前記第２凸レンズ（６０）からの組み合わされた光ビームを受光するカメラ（７０）とを少なくとも備える、光学的コヒーレンストモグラフィ。
前記光学的リニアビーム形成システム（２０）が、半円筒形レンズ（２１）と、凸レンズ（２２）と、スリット（２３）とを含む、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の光学的コヒーレンストモグラフィ。
前記光源からの平行な光ビームが、前記半円筒形レンズ（２１）の表面に入射し、前記凸レンズ（２２）の前方に前記半円筒形レンズ（２１）の焦点ラインが位置し、この結果、平行な光成分および発散光成分が凸レンズ（２２）に入射する、請求項４に記載の光学的コヒーレンストモグラフィ。
前記凸レンズ（２２）は、前記平行な光成分が収束する短焦点と、発散する光成分が収束する長焦点とを有する、請求項５に記載の光学的コヒーレンストモグラフィ。
前記短焦点と前記長焦点との間に前記スリット（２３）が配置され、このスリット（２３）の方向が前記半円筒形レンズ（２１）の長手方向に平行であり、この結果、リニアな光ビームが生じる、請求項６に記載の光学的コヒーレンストモグラフィ。
半円筒形レンズ（２１）と、凸レンズ（２２）と、スリット（２３）とを含む光学的リニアビーム形成システム（２０）を備え、前記光源からの平行な光ビームが、前記半円筒形レンズ（２１）の表面に入射し、前記凸レンズ（２２）の前方に前記半円筒形レンズ（２１）の焦点ラインが位置し、この結果、平行な光成分および発散光成分が凸レンズ（２２）に入射し、前記凸レンズ（２２）は、前記平行な光成分が収束する短焦点と、発散する光成分が収束する長焦点とを有し、前記短焦点と前記長焦点との間に前記スリット（２３）が配置され、このスリット（２３）の方向が前記半円筒形レンズ（２１）の長手方向に平行であり、この結果、リニアな光ビームが生じる、光学的コヒーレンストモグラフィ。