JP2015180863A - 光干渉法において振幅および位相を使用した多次元速度測定を実施する方法および装置 - Google Patents
光干渉法において振幅および位相を使用した多次元速度測定を実施する方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】放射源とスプリッタ構造を備える少なくとも1つの第1のアレンジメントであって、前記スプリッタ構造は、放射線を、サンプルおよび参照に方向付けられる第1,第2の放射線に分離する、第1のアレンジメントを備える。第1のアレンジメントによって提供される放射線の周波数は第1のアレンジメントによって経時的に変化できる。装置はまた、第1の放射線に関連する少なくとも1つの第3の放射線と、第2の放射線に関連する少なくとも1つの第4の放射線との間で第1の干渉および第2の干渉を検出するように構成される少なくとも1つの検出器の第2のアレンジメントを備える。第2のアレンジメントは、第1、第2の干渉との間の少なくとも1つの相対位相に関連する情報を得、第1の干渉および/または第2の干渉の絶対位相を決定するようにに構成される。
【選択図】図6
Description
本出願は、2014年1月30日に出願された米国仮特許出願第61/933,965号に関連し、それから優先権を主張し、その開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図6は、図4の例示的な実施形態を使用してサンプルから獲得された絶対位相を補正するための方法の例示的な実施形態のフロー図を示す。この補正についての例示的な実施形態は以下の通りである:
1)各々の測定されたAラインakm=DFT(Skm)(式中、kは深さインデックスを示し、mは時間インデックスを示し、DFTは離散フーリエ関数を示す)の軸複素数値プロファイルを決定/計算する。時間インデックスは任意に空間走査と合わせられてもよい(ステップ500)。
2)絶対位相ψkm=arg(akm)(式中、argは複素数の偏角akmを示す)を決定/計算する(ステップ510)。
3)参照サンプル位相に基づいて位相差Δkm=φk,m+1−φkmについての補正を決定/計算する(図4における330)。位相補正δkmを定義して、補正した位相差は
4)
5)補正した絶対位相を使用してドップラー周波数分析を実施する。当該分野において周知のように、この分析は、フーリエ分析またはKasai自己相関などの自己相関を使用できる。これらの方法は、絶対位相にのみ作用し、位相差には作用しない。これらの方法は、ドップラー中心周波数およびドップラー周波数変動などの目的の他の値を計算するための強固な手段を提供する(ステップ540)。
6)ドップラー周波数分析から速度プロファイルを決定/計算し、フーリエ分析が、多次元速度プロファイルを抽出するためにサンプル画像の異なる領域で実施される(ステップ550)。
図7は、サンプルから獲得されたスペックル振幅の自己相関の分析に基づいて速度プロファイルを計算および/または別様で決定するための本開示に係る方法の例示的な実施形態のフロー図を示す。ステップ/手順を本明細書以下に詳細に説明する。
上記のシステムおよび方法により、本開示に記載されるスペックル−振幅統計から速度の正確な測定が可能となる。図12A〜12Fは、カテーテルが回転していない場合、異なる流速で管を通るイントラリピドの流れから得た測定の図を示す。特に、図12A〜12Cは、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計OFDIシステムの例示的な実施形態によって測定した流動液体についての速度プロファイルの例示的な図を提供する。さらに、図12D〜12Fは、本開示の例示的な実施形態に係る位相補正OFDIシステムの例示的な実施形態を使用してドップラー分析によって測定した流速の例示的な図を示す。
例えば、走査速度は非相関時間に寄与し得る。卓上走査システムにおける等価物は、非相関と、より簡単な関係を有し得る、並進運動速度に対応し得る。例示的な場合、入射角は変化しないが、xy平面において走査並進運動速度が存在し得る。走査速度がサンプル速度より非常に遅い場合、この補正は小さくてもよく、無視できる。それらが同等であるか、または同等になる場合、水平面において速度ベクトルの個々の成分を決定するために異なる走査速度を使用することができる。例えば、速度vsでy方向において走査することによって、
1.速度成分vaが決定される方向において異なる走査速度で最低でも2回の測定を実施する。並進運動走査システムの場合、これは少なくとも2つの走査速度vsに対応する(ステップ1500)。
2.図7の例示的な実施形態に係るスペックル非相関を分析する。得られた非相関時間は
3.全ての定数およびvsは既知であるので、これらの2つ以上の式からvaを決定する(ステップ1520)。
4.目的の全ての方向についてステップ1、2および3を繰り返す(ステップ1530)。
5.目的の少なくとも2つの方向が測定される場合、式は、v2、vxおよびvyにいて解くことができ、
6.スペックル−振幅非相関時間を分析するために少なくとも1つの測定を実施する(ステップ1600’)。
7.図7の例示的な実施形態に従ってスペックル非相関を分析する。得られた非相関時間は、
8.例えば、k空間における信号を修正することによって断層写真の異なる実現を行うまたは提供する。例えば、この実現のためにより小さいkpl定数を有するように帯域幅を減少させる。この実現のスペックル非相関は分析できる(ステップ1610’の続き)。
9.各分析の実施についての結果から式を利用するように構成および/またはプログラムされ得る例示的なシステム、方法および/またはコンピュータアクセス可能な媒体を提供し、異なるkpl定数が較正により知られていることを考慮し、
10.スペックル−振幅非相関時間を分析するために少なくとも1つの測定を実施する(ステップ1600)。
11.図7の例示的な実施形態に係るスペックル非相関を分析する。得られる非相関時間は
12.k空間における信号をフィルタすることによって断層写真の異なる実現を行う。例えば、新たなγの値について二次位相を信号に加算することによってGVDを加算する。この実現のスペックル非相関を分析する(ステップ1610)。
13.各分析についての結果から式を利用するように構成および/またはプログラムされ得る例示的なシステム、方法および/またはコンピュータアクセス可能な媒体が提供され、GVD1およびGVD2寄与が各γについて異なり、
1.スペックル−振幅非相関時間を分析するための少なくとも1つの測定を実施する(ステップ1600’)。
2.目的の方向(例えば軸)の分解能を減少させるために帯域幅を減少させるなどで、k空間において信号を合成的に修正し、非相関時間分析を実施する。非相関時間分析前に、任意に、上記で説明したGVDを使用して軸速度勾配効果の補正を実施する。軸方向分解能が変化する回転走査システムの場合、各々の再構成は、
3.目的の速度成分(例えば、軸方向分解能が変化する場合
1.スペックル−振幅非相関時間および位相ベースのドップラーを分析するために少なくとも1つの測定を実施する(ステップ1700)。
2.両方の技術からの結果を使用して式を利用し、
本明細書上記に記載される例示的なシステム、方法、技術およびコンピュータアクセス可能な媒体は、軸速度勾配の存在下でスペックル−振幅統計から速度の正確な測定、ならびに本開示に記載される軸および側方成分の決定を容易にする。図16Cは、本開示に係るスペックル−振幅統計OFDIシステムおよび方法の例示的な実施形態によって測定されるスペックル非相関速度測定における軸速度勾配誤差を補正するために異なる流速で管を通るイントラリピドの流れから得た測定の図のセットを示す。
速度プロファイルが流動している物質に対応する場合、乱流を決定するための異なるアプローチが存在し得る。例えば、図18のフロー図に示される例示的な方法がこの例示的な目的のために使用され得る。図18に示される例示的なステップ/手順は以下の通りである:
1.LOSにおいてドップラー速度プロファイルを決定する、ステップ1800。
2.スペックル非相関を使用して全速度プロファイルを決定する、ステップ1810。
3.キャビティ内部の層流は、通常、流れの方向が均一である場合のみ存在するので、ドップラー速度プロファイルの絶対値は実際の速度プロファイルに比例する。ドップラープロファイルをスペックルプロファイルから減算することは、2つのプロファイルが一致しない領域を浮き彫りにし、異なる方向で流れる領域を直接示す、ステップ1820。
4.大きな不一致を有する領域は、スペックル速度プロファイルの統計変動に起因する誤った判定を回避するために乱流を有する領域として示される、ステップ1830。
例えば、プローブおよびサンプルの相対運動を測定することによって、サンプルの速度プロファイルを決定する代わりに、サンプルが一体構造に対応する場合、この情報は、測定の間、プローブの動きを追跡するために使用され得る。図5に示されるシステムの例示的な実施形態において、血管内部の血流は目的の情報を有するが、血管壁は、測定を実施している間、カテーテルの動きを追跡するために使用され得る一体的な目印である。これは、組織の望ましくない動きが、構造イメージングおよび流動イメージングの乱れを導き得るので、プルバック走査(血管の長手方向における走査)を実施する間、重要であり得る。本開示に係る方法の例示的な実施形態は、イメージングのために使用される構造および/または技術以外に追加の放射線を必要とせずに、プローブの動きを追跡するために使用され得る。組織を走査するときのカテーテルの変位だけでなく、回転速度も追跡することも可能である。不均一な回転歪み(NURD)として文献に知られている、不規則な回転走査はカテーテルに基づいたイメージングにおける一般的な問題である。本開示に係る方法の例示的な実施形態はこのような歪みを補償するためにカテーテルの回転速度を追跡できる。
1.参照表面のドップラー速度プロファイルを決定/計算する。表面は、理想的には、全てまたは大部分の方位角、例えば図5における血管を含むべきである。多くの参照表面は、肺における気道の壁の適用、または胃腸の食道の壁の適用などの適用に応じて、可能であることは容易に認識され得る(ステップ1900)。
2.参照表面の重心の動きを分析することによってプローブの横方向速度を決定/計算する。これは、参照表面の適切なモデル(例えば、血管の場合の楕円形)、および壁を追跡するためにコンピュータ視覚アルゴリズムの実装によって達成される(ステップ1910)。
3.残りのドップラー信号が純粋な長手方向の動きに対応するように以前のステップからドップラー信号に対する横方向寄与を減算する。ドップラー信号は、長手方向および横方向の動きの両方からの寄与を有する(図5の角度θに起因する)ので、横方向寄与はステップ1910からデータから決定/計算され、次いで実験ドップラーデータから減算されなければならない。これはカテーテルの長手方向の動きからのみ生じるドップラー信号を提供する(ステップ1920)。
1.参照表面のスペックル非相関を分析することによってプローブの横方向速度を決定/計算する。この表面は、理想的には、全てまたは大部分の方位角、例えば図5の血管を含むべきである。多くの参照表面が、肺の気道の壁の適用、または胃腸の食道の壁の適用などの適用に応じて可能であることは容易に認識され得る(ステップ2000)。
2.回転の中心までの表面の距離を考慮することによって横方向の速度を回転速度に変換する。時間の関数として角度位置を計算するために横方向の速度を使用する(ステップ2010)。
3.任意に、速度推定の誤りに起因して失ったまたは過剰な速度を補正する(ステップ2020)。
4.任意に、時間の関数としてプローブの決定した角度位置を考慮して画像データを補正する(ステップ2030)。
本明細書に記載される例示的なシステム、方法およびコンピュータアクセス可能な媒体は、測定プローブの正確な追跡の実施を容易にできる。図21は、走査の間の単一の撹乱を除いて、安定な動きを受けているプローブを考慮した測定の画像およびグラフの図のセットを示す。例えば、例示的な画像2100は参照表面(壁)の追跡の例示的なフレームであり;例示的なグラフ2110は、参照追跡表面追跡からの時間内のプローブの横方向の位置を示し;例示的なグラフ2120はグラフ2110の結果からプローブの横方向の速度を推定し;例示的な画像2130はグラフ2120の横方向の速度からドップラーシフトを推定し;例示的な画像2140はフレームの関数として参照表面における実験ドップラーシフトを示し;例示的なグラフ2150は画像2130の推定されたドップラーシフトのグラフ2140から減算後のプローブの残りの長手方向速度である。例示的な実施形態によって決定されるプローブの長手方向速度は予想される挙動を示す。
Claims (21)
- 放射線を提供し、スプリッタを備える少なくとも1つの第1のアレンジメントであって、前記スプリッタは、前記放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも1つの第1の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも1つの第2の電磁放射線に分離し、前記少なくとも1つの第1のアレンジメントによって提供される前記放射線の周波数は制御され、それにより経時的に変化する、第1のアレンジメントと、
少なくとも1つの第1の放射線に関連する少なくとも1つの第3の放射線と、少なくとも1つの第2の放射線に関連する少なくとも1つの第4の放射線との間で第1の干渉および第2の干渉を検出するように構成される少なくとも1つの検出器の第2のアレンジメントであって、前記第1の干渉および第2の干渉は互いに異なる、第2のアレンジメントと、
を備える装置であって、
前記少なくとも1つの第2のアレンジメントが、
i.前記第1の干渉と第2の干渉との間の少なくとも1つの相対位相に関連する情報を得、
ii.前記情報に基づいて前記第1の干渉または前記第2の干渉のうちの少なくとも1つの絶対位相を決定する、
ように構成されるコンピュータを備える、装置。 - 前記コンピュータは、前記絶対位相に基づいて前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも1つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記構造は身体を含む、請求項2に記載の装置。
- 前記コンピュータは、前記少なくとも1つの第2のアレンジメントが位置するイメージングプローブと、身体との間の動きまたは方向の少なくとも1つを補正するための少なくとも1つのパラメータを決定または補正するようにさらに構成される、請求項3に記載の装置。
- 前記第2のアレンジメントは、少なくとも1つの第1の放射線に関連する少なくとも1つの第3の放射線と、少なくとも1つの第2の放射線に関連する少なくとも1つの第4の放射線との間で第1の干渉および第2の干渉を検出するようにさらに構成され、前記第1の干渉および第2の干渉は互いに異なり、前記コンピュータは、前記第1の干渉の振幅と前記第2の干渉の振幅との相違に基づいてさらなる情報を決定するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記コンピュータは、前記絶対位相およびさらなる情報に基づいて前記サンプルに関連する構造または液体の速度分布を決定するようにさらに構成される、請求項5に記載の装置。
- 前記コンピュータは、フィルタを使用して前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも1つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記コンピュータは、フィルタした動きに基づいて前記サンプルに関するさらなる測定を行う、請求項7に記載の装置。
- 放射線を提供し、スプリッタ構造を備える少なくとも1つの第1のアレンジメントであって、前記スプリッタ構造は、前記放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも1つの第1の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも1つの第2の電磁放射線に分離し、前記少なくとも1つの第1のアレンジメントによって提供される前記放射線の周波数は制御され、それにより経時的に変化する、第1のアレンジメントと、
少なくとも1つの第1の放射線に関連する少なくとも1つの第3の放射線と、少なくとも1つの第2の放射線に関連する少なくとも1つの第4の放射線との間で第1の干渉および第2の干渉を検出するように構成される少なくとも1つの検出器の第2のアレンジメントであって、前記第1の干渉および第2の干渉は互いに異なる、第2のアレンジメントと、
を備える装置であって、
前記少なくとも1つの第2のアレンジメントが、前記第1の干渉の振幅と前記第2の干渉の振幅との相違に基づいて情報を決定するように構成されるコンピュータを備える、装置。 - 前記コンピュータは、絶対位相に基づいて、またはフィルタを使用して前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも1つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項9に記載の装置。
- 前記構造は身体を含む、請求項10に記載の装置。
- 前記コンピュータは、前記少なくとも1つの第2のアレンジメントが位置するイメージングプローブと、身体との間の動きまたは方向の少なくとも1つを補正するための少なくとも1つのパラメータを決定または補正するようにさらに構成される、請求項11に記載の装置。
- 決定された情報は、前記サンプルに関連する構造または液体の速度プロファイルの複数の成分に対応する、請求項9に記載の装置。
- 前記コンピュータは、フィルタした動きに基づいて前記サンプルに関するさらなる測定を行う、請求項10に記載の装置。
- 放射線を提供し、スプリッタ構造を備える少なくとも1つの第1のアレンジメントであって、前記スプリッタ構造は、前記放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも1つの第1の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも1つの第2の電磁放射線に分離する、第1のアレンジメントと、
(a)少なくとも1つの第1の放射線に関連する少なくとも1つの第3の放射線と、少なくとも1つの第2の放射線に関連する少なくとも1つの第4の放射線との間で第1の干渉および第2の干渉を受容し、(b)前記第1の干渉を第1の分離した干渉にスペクトル的に分離し、前記第2の干渉を第2の分離した干渉にスペクトル的に分離するように構成される、少なくとも1つのスペクトルを分離する第2のアレンジメントと、
前記第1の分離した干渉および第2の分離した干渉を検出するように構成される複数の検出器を備える少なくとも1つの第3のアレンジメントであって、前記第1の分離した干渉および第2の分離した干渉が互いに異なる、第3のアレンジメントと、
を備える装置であって、
前記少なくとも1つの第3のアレンジメントが、
i.前記第1の分離した干渉と前記第2の分離した干渉との間の少なくとも1つの相対位相に関連する情報を得、
ii.前記情報に基づいて前記第1の干渉または前記第2の干渉のうちの少なくとも1つの絶対位相を決定する
ように構成されるコンピュータを備える、装置。 - 前記コンピュータは、前記絶対位相に基づいて前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも1つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項15に記載の装置。
- 前記構造は身体を含む、請求項16に記載の装置。
- 前記コンピュータは、前記少なくとも1つの第2のアレンジメントが位置するイメージングプローブと、身体との間の動きを補正するための少なくとも1つのパラメータを決定または補正するようにさらに構成される、請求項17に記載の装置。
- 前記コンピュータは、前記第1の干渉の振幅と前記第2の干渉の振幅との相違に基づいてさらなる情報を決定するようにさらに構成される、請求項15に記載の装置。
- 前記コンピュータは、前記絶対位相およびさらなる情報に基づいて前記サンプルに関連する構造または液体の速度分布を決定するようにさらに構成される、請求項19に記載の装置。
- 前記コンピュータは、フィルタを使用して前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも1つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項15に記載の装置。
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