JP2013140077A - 波長走査型光干渉断層計及びその位相安定化プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】SS−OCTの波長走査型光源2から出射されて分割され、固定参照鏡8で反射された参照光と、被計測物体6で反射された物体光が重ねられて光検知器15で検出されたスペクトル干渉信号に基づき、断層画像を生成するコンピュータ16を、第1の補正手段で大まかに補正し、第2の補正手段でさらに詳細に補正させるように機能させて、SS−OCTの位相を安定化する。
【選択図】図1
Description
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N ・・・(2’)
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、* は複素共約を示す。
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N ・・・(2’)
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、* は複素共約を示す。
Δφ(ζ)=(4πτ/λC)nvz(ζ)+(4πτ/λC)vb −2πζβ’/N
・・・(9)
但し、τは2つのA−スキャン間の時間、λC は光源の中心波長、nは屈折率、変数ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、vbはバルクモーションの速度、β’はジッターによるスペクトルシフトの残差、Nはサンプリング点数、ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、ζは被計測物体の深さを示す変数をそれぞれ示し、ζ=0,1,・・・・N−1である。
R2 2=ΣζWm(ζ)[Δφ(ζ)−(amζ+bm)]2 ・・・(10)
但し、m=0,1,2…… であり、ζは被計測物体の深さを示す変数であり、Wm(ζ)は重みである。
前記コンピュータは、スペクトル干渉信号の位相データを補正してSS−OCTの位相を安定化する補正手段を備えており、前記補正手段は、隣接する2つのA−スキャンにおいて、基準となる第1のA−スキャンのスペクトル干渉信号S1(j)と、第2のA−スキャンのスペクトル干渉信号であってジッターによるスペクトルシフトβを受けたスペクトル干渉信号S’2(j)とから、下記の式(2’)に従い、かつ基準となるスペクトル干渉信号S1(j)として第1のA−スキャンの参照光のスペクトルを使用し、スペクトルシフトβを求め、このスペクトルシフトβを消去することにより、スペクトル干渉信号の位相データの補正を行うことを特徴とするSS−OCTを提供する。
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N ・・・(2’)
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、* は複素共約を示す。
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N ・・・(2’)
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、* は複素共約を示す。
Δφ(ζ)=(4πτ/λC)nvz(ζ)+(4πτ/λC)vb−2πζβ’/N
・・・(9)
但し、τは2つのA−スキャン間の時間、λC は光源の中心波長、nは屈折率、変数ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、vbはバルクモーションの速度、β’はジッターによるスペクトルシフトの残差、Nはサンプリング点数、ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、ζは被計測物体の深さを示す変数をそれぞれ示し、ζ=0,1,・・・・N−1である。
R2 2=ΣζWm(ζ)[Δφ(ζ)−(amζ+bm)]2 ・・・(10)
但し、m=0,1,2…… であり、ζは被計測物体の深さを示す変数であり、Wm(ζ)は重みである。
(1)位相安定化ミラー、複数チャンネルデジタイザ等の高価で複雑なハードウェアを追加的に使用せず、一般的に用いられているSS−OCTと同じ構成のみにより位相を安定化させることができる。
(4)SS−OCTで生体を撮影した際、そのドップラーシフト情報を用いて、時間ジッターをさらに高精度に補正することができる。
本発明に係るSS−OCTのスペクトル干渉信号の位相データを安定化するプログラムは、SS−OCTにおけるコンピュータを、スペクトル干渉信号の位相データを安定化させるために、その補正処理を、第1の補正処理手段及び第2の補正処理手段という二段階で処理をさせる手段として機能させる構成を有している。
複数のA−スキャン(A−スキャン方向と直交する方向に移動(要するにB−スキャン)して行う複数のA−スキャン)によりSS−OCTのスペクトル干渉信号が得られるが、第1のA−スキャンA1と第2のスキャンA2の2つのA−スキャンで得られた2つのスペクトル干渉信号をS1(j)及びS2(j)とする。
ここで、*はコンボリューション(畳み込み積分)である。
F[S’2(ζ)]=F[S2(ζ)]exp(−i2πζβ/N) ・・・(2)
ここで、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式である。Nは、サンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数で、ζ=0,1,・・・・N−1である。iは虚数単位を示している。
ここでの * は複素共約を示し、Angle[]は[]内の位相を表す式である(Angle[]は位相角を表す)。
(1)2つのA−スキャンのスペクトル干渉信号S1(j)、S2(j)それぞれについて一般的な誤差がある。
(2)血流などによるドップラーシフトがある。
(3)バルクモーション(人の目のような被検体のぶれや動きであり、アーチファクト(artifact(人工産物):偽の所見)を生じる)等の要因による誤差がある。
・・・(3)
ここでの * は、複素共約を示す。また、Er(j)及びEp1(j)は、それぞれA−スキャンにおける参照光及び物体光の光波の振幅である。
F[S’1(j)]≒F[│Er(j)│2] ・・・(4)
ここで、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式である。
S’2(j)={│Er(j)│2+│Ep2(j)│2+Er(j)Ep2 *(j)
+Er *(j)Ep2(j)}*δ(j−β) ・・・(5)
ここでの * は複素共約を示す。また、*はコンボリューション(畳み込み積分)である。
Ep2(j)はプローブ光の振幅である。
S''2(j)≒│Er(j)│2 * δ(j−β)
F[S''2(ζ)]≒F[│Er(j)│2 ]exp(−i2πζβ/N) ・・・(6)
F[S''2(ζ)]F[S'1 *(ζ)]≒I(ζ)exp(−i2πζβ/N) ・・・(7)
ここで、I(ζ)=F[│Er(j)│2 ]は、OCT強度信号である。
ここで、φ(ζ)=∠F[S''2(ζ)]F[S'1 *(ζ)]である。
ドップラーOCT像である隣接したA−スキャンのスペクトル干渉信号間の位相差は、そのA−スキャンと隣のA−スキャンの複素共役を掛け合わせた信号の位相成分として得られる(前記式(2’)参照)。
Δφ(ζ)=(4πτ/λC)nvz(ζ)+(4πτ/λC)vb −2πζβ’/N
・・・(9)
R2 2=ΣζWm(ζ)[Δφ(ζ)−(amζ+bm)]2 ・・・(10)
ここで、m=0,1,2…… であり、Wm(ζ)は、反復法で誤差エネルギーを最小化する際の各ζにおける誤差の重要性を表す重み関数である。
I(ζ)>ε2 の場合:W0(ζ)=(I(ζ))1/2
その他の場合 :W0(ζ)=0
・・・ (11)
ここで、I(ζ)はOCTの強度信号,εはノイズレベルである。
|Δφ(ζ)−(am−1ζ+bm−1)|≧π/2mの場合: Wm(ζ)=0
その他の場合: Wm(ζ)=Wm−1
・・・(12)
2 波長走査型光源
3、5、7、14 ファイバー
4 ファイバーカップラー
6 被計測物体
8 固定参照鏡
10 走査鏡
11、12、13 レンズ
15 光検知器
17 ディスプレー
Claims (4)
- SS−OCTにおいて、波長走査型光源から出射されて分割され、固定参照鏡で反射された参照光と、被計測物体で反射された物体光とが重ねられて光検知器で検出されたスペクトル干渉信号に基づき、断層画像を生成するコンピュータを、スペクトル干渉信号の位相データを補正する補正手段として機能させるSS−OCTのスペクトル干渉信号の位相を安定化するプログラムであって、
前記補正手段は、隣接する2つのA−スキャンにおいて、基準となる第1のA−スキャンのスペクトル干渉信号S1(j)と、第2のA−スキャンのスペクトル干渉信号であってジッターによるスペクトルシフトβを受けたスペクトル干渉信号S’2(j)とから、下記の式に従い、かつ基準となるスペクトル干渉信号をS1(j)として第1のA−スキャンの参照光のスペクトルを使用し、スペクトルシフトβを求め、このスペクトルシフトβを消去することにより、スペクトル干渉信号の位相データの補正を行うことを特徴とするSS−OCTの位相を安定化するプログラム。
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、* は複素共約を示す。 - SS−OCTにおいて、波長走査型光源から出射されて分割され、固定参照鏡で反射された参照光と、被計測物体で反射された物体光とが重ねられて光検知器で検出されたスペクトル干渉信号に基づき、断層画像を生成するコンピュータを、スペクトル干渉信号の位相データを補正する第1の補正手段と第2の補正手段として順次機能させるSS−OCTのスペクトル干渉信号の位相を安定化するプログラムであって、
前記第1の補正手段は、隣接する2つのA−スキャンにおいて、基準となる第1のA−スキャンのスペクトル干渉信号S1(j)と、第2のA−スキャンのスペクトル干渉信号であってジッターによるスペクトルシフトβを受けたスペクトル干渉信号S’2(j)とから、下記の式(1)に従い、かつ基準となるスペクトル干渉信号S1(j)として第1のA−スキャンの参照光のスペクトルを使用し、スペクトルシフトβを求め、このスペクトルシフトβを消去することにより、スペクトル干渉信号の位相データの補正を行い、
前記第2の補正手段は、前記2つのA−スキャンで得られたスペクトル干渉信号に係るドップラー位相シフトを示す下記の式(2)において、ドップラー信号vz(ζ)がない領域における、ζの切片bm=4πτvb/λC、傾きam=−2πβ’/Nの1次関数について、下記の式(3)に示す誤差エネルギーを最小とする傾きamと切片bmを求めることで、バルクモーション及びジッターによるスペクトルシフトβの残差β’を求めて、スペクトル干渉信号の位相データの補正を行うことを特徴とするSS−OCTの位相を安定化するプログラム。
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N ・・・(1)
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、 * は複素共約を示す。
Δφ(ζ)=(4πτ/λC)nvz(ζ)+(4πτ/λC)vb −2πζβ’/N
・・・(2)
但し、τは2つのA−スキャン間の時間、λC は光源の中心波長、nは屈折率、変数ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、vbはバルクモーションの速度、β’はジッターによるスペクトルシフトの残差、Nはサンプリング点数、ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、ζは被計測物体の深さを示す変数をそれぞれ示し、ζ=0,1,・・・・N−1である。
R2 2=ΣζWm(ζ)[Δφ(ζ)−(amζ+bm)]2 ・・・(3)
但し、m=0,1,2…… であり、ζは被計測物体の深さを示す変数であり、Wm(ζ)は重みである。 - 波長走査型光源と、波長走査型光源から出射されて分割され、固定参照鏡で反射された参照光と、被計測物体で反射された物体光が重ねられたスペクトル干渉信号を検出する光検知器と、光検知器検出されたスペクトル干渉信号に基づき断層画像を生成するコンピュータと、を備えたSS−OCTであって、
前記コンピュータは、スペクトル干渉信号の位相データを補正してSS−OCTの位相を安定化する補正手段を備えており、
前記補正手段は、隣接する2つのA−スキャンにおいて、基準となる第1のA−スキャンのスペクトル干渉信号S1(j)と、第2のA−スキャンのスペクトル干渉信号であってジッターによるスペクトルシフトβを受けたスペクトル干渉信号S’2(j)とから、下記の式に従い、かつ基準となるスペクトル干渉信号S1(j)として第1のA−スキャンの参照光のスペクトルを使用し、スペクトルシフトβを求め、このスペクトルシフトβを消去することにより、スペクトル干渉信号の位相データの補正を行うことを特徴とするSS−OCT。
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、 * は複素共約を示す。 - 波長走査型光源と、波長走査型光源から出射されて分割され、固定参照鏡で反射された参照光と、被計測物体で反射された物体光が重ねられたスペクトル干渉信号を検出する光検知器と、光検知器検出されたスペクトル干渉信号に基づき断層画像を生成するコンピュータと、を備えたSS−OCTであって、
前記コンピュータは、スペクトル干渉信号の位相データを順次補正してSS−OCTの位相を安定化する第1の補正手段と第2の補正手段を備えており、
前記第1の補正手段は、隣接する2つのA−スキャンにおいて、基準となる第1のA−スキャンのスペクトル干渉信号S1(j)と、第2のA−スキャンのスペクトル干渉信号であってジッターによるスペクトルシフトβを受けたスペクトル干渉信号S’2(j)とから、下記の式(1)に従い、かつ基準となるスペクトル干渉信号S1(j)として第1のA−スキャンの参照光のスペクトルを使用し、スペクトルシフトβを求め、このスペクトルシフトβを消去することにより、スペクトル干渉信号の位相データの補正を行い、
前記第2の補正手段は、前記2つのA−スキャンで得られたスペクトル干渉信号に係るドップラー位相シフトを示す下記の式(2)において、ドップラー信号vz(ζ)がない領域における、ζの切片bm=4πτvb/λC、傾きam=−2πβ’/Nの1次関数について、下記の式(3)に示す誤差エネルギーを最小とする傾きamと切片bmを求めることで、バルクモーション及びジッターによるスペクトルシフトβの残差β’を求めて、スペクトル干渉信号の位相データの補正を行うことを特徴とするSS−OCT。
Angle[F[S’2(ζ)]F[S1 *(ζ)]]=−i2πζβ/N ・・・(1)
但し、Nはサンプリング点数であり、ζは被計測物体の深さを示す変数でζ=0,1,・・・・N−1であり、F[ ]は[ ]内をフーリエ変換した式であり、Angle[]は[]内の位相を表す式であり、 * は複素共約を示す。
Δφ(ζ)=(4πτ/λC)nvz(ζ)+(4πτ/λC)vb −2πζβ’/N
・・・(2)
但し、τは2つのA−スキャン間の時間、λC は光源の中心波長、nは屈折率、変数ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、vbはバルクモーションの速度、β’はジッターによるスペクトルシフトの残差、Nはサンプリング点数、ζの関数vz(ζ)は光軸方向の速度、ζは被計測物体の深さを示す変数をそれぞれ示し、ζ=0,1,・・・・N−1である。
R2 2=ΣζWm(ζ)[Δφ(ζ)−(amζ+bm)]2 ・・・(3)
但し、m=0,1,2…… であり、ζは被計測物体の深さを示す変数であり、Wm(ζ)は重みである。
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