JP2024523467A - 光干渉断層撮影における撮像性能の信号対雑音比を向上させる装置および方法 - Google Patents

Abstract

高解像度撮像と高信号対雑音比かつ深い撮像深度の撮像との間のトレードオフを目的として、２つ以上の光帯域幅構成で動作することができる光干渉断層撮影システムが提供される。このシステムおよび関連する方法によれば、単一の光源を使用して、高解像度で浅い侵入深度の光干渉断層撮影の撮像と、低解像度で深い侵入深度の光干渉断層撮影の撮像との両方を実行できる。単一システムが複数のモード間を動的に切り替えること、または解像度とＳＮＲ／侵入深度の間のバランスを達成できるハイブリッドモードで動作することが可能な方法および装置が説明される。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６３／２１３，５５４号の優先権を主張し、参照により本明細書に組み込む。

（連邦政府による資金提供を受けた研究に関する陳述）
本発明は、国立衛生研究所によって授与されたグラント番号ＦＡ９５５０－２０－１００６３に基づく政府の助成を受けてなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。

光干渉断層撮影（optical coherence tomography, OCT）システムは、あるサンプルからの後方散乱光を受信して分析することにより、そのサンプルの画像を構築する。後方散乱光は多数の光波長で測定され、測定の軸方向分解能は、測定セットに含まれる特定の光波長のセットと、これらの波長のそれぞれでサンプルに提供される光パワーに依存する。一般的に、分析に幅がより広い波長のセットが含まれる場合、および／または光パワーが測定される波長全体に広く分配する場合（より広い光帯域幅を取得する）、軸方向分解能は向上する（より小さくなる）。分析に含まれる波長のセットがより限定されたり、光パワーが狭い範囲の波長に集中したりする場合（広くない、あるいはより狭い光帯域幅を取得する）、軸方向分解能は低下する（より大きくなる）。多くの場合、ＯＣＴ撮像では軸方向の分解能が重要な要素であるため、多くのシステムは広帯域の光学照明を提供するように構成されている。一般的に、撮像性能に基づいて、光帯域幅を最大化しない理由はないと考えられている。

必要とされているのは、ＯＣＴシステムが軸方向分解能および信号対雑音の観点からその撮像性能を動的に変更できる技術である。

本開示では、これまでに説明されていない画像性能に対する光帯域幅の第２の結論を利用し、すなわち、光干渉断層撮影装置を使用して生体組織のような散漫散乱サンプルの画像を撮像する場合、光帯域幅は測定結果の信号対雑音比（signal-to-noise ratio, SNR）にも影響を及ぼすということである。これは、同じＡ－ラインレートで動作し、同じ平均パワーでサンプルを照射しながら、２つの異なる光学帯域幅の光を提供する２つのＯＣＴシステムが、異なる信号対雑音比特性を持つ画像を生成できることを意味する。より広い光帯域幅を使用するシステムは、信号対雑音比が低くなる（悪化する）。したがって、ＯＣＴシステムの光学帯域幅は、軸方向分解能と測定結果の信号対雑音比の両方に影響する。これにより、撮像光の光学帯域幅の制御に基づいて、より優れた軸方向分解能またはより優れたＳＮＲを目指してシステムパフォーマンスを調整する機会が生まれる。例えば、撮像深度（侵入深度）を増加しようとする場合など、ＳＮＲを改善するために軸方向分解能を低下させることを選択するシナリオが数多くある。

この効果は、軸方向分解能およびＳＮＲという競合する目標の間の妥協点を達成するために選択される特定の光帯域幅で動作するＯＣＴシステムを設計する際に使用することができる。ただし、ＯＣＴシステムでは、軸方向の分解能をより重視する必要な場合もあれば、ＳＮＲをより重視する必要な場合もある。固定レベルの軸方向分解能および信号対雑音性能を提供するようにＯＣＴシステムを構成することには欠点がある。

本発明は、光干渉断層撮影の分野に関する。具体的には、本発明は、測定の信号対雑音比および測定の軸方向分解能の撮像特性が、撮像光の光学スペクトルの操作および／または取得されたデータに適用される処理アルゴリズムの構成を通じて構成可能であるシステムに関する。この目的のために特別に構成された光源を使用する。

したがって、本開示は、高分解能撮像と高信号対雑音比撮像との間のトレードオフを目的として、２つ以上の光帯域幅構成で動作することができ、より深い撮像深度が可能になる光干渉断層撮影システムの実施形態を提供する。このシステムおよび関連する方法により、単一の光源を使用して、高分解能で浅い侵入深度（penetration depth）の光干渉断層撮影撮像と、低分解能で深い侵入深度の光干渉断層撮影撮像の両方を実行できるようになる。単一システムがモード間を動的に切り替えること、または分解能とＳＮＲ／侵入深度との間のバランスを達成するハイブリッドモードで動作することが可能な新規な方法および装置が説明される。これは、高分解能の網膜撮像が必要とされるが、視神経乳頭の特徴を見るために深い侵入も必要とされる後眼部ＯＣＴ市場に特に関連すると考えられる。これは、市販の網膜ＯＣＴ撮像システムに統合できる可能性がある。これは、撮像深度が重要な要素である血管内ＯＣＴシステムにも非常に関連している。どちらの場合も、撮像時間と撮像パワーには制約があるため、ＳＮＲを向上させる実行可能な方法はなく、ここで説明するアプローチが特に重要になる。これらの構成は、追加のシステムの複雑さを最小限に抑えて実装でき、小さな、おそらく無視できるほどのコストでパフォーマンスを向上させることができる。

したがって、本明細書では、少なくとも２つの照明状態で動作することによって軸方向分解能およびＳＮＲを動的に変更できるＯＣＴシステムの設計および動作を説明する一連の好ましい実施形態を開示する。これらの状態は、光帯域幅が異なることで区別され、軸方向分解能およびＳＮＲの両方に影響する。より大きな光帯域幅を提供する第１状態でのシステムの動作は、より低い信号対雑音比でより高い分解能の画像を生成することができる。第１状態よりも光帯域幅が狭い第２状態でシステムを動作させると、軸方向分解能を犠牲にして信号対雑音性能が比較的高くなる。もちろん、改善された信号対雑音性能は、より正確な測定やサンプルの深部までの撮像など、さまざまな理由で利用できる。これらの好ましい実施形態では、１つまたは複数の光源が光干渉断層撮影システムへの入力として使用され、１つまたは複数の光源は、波長掃引式の構成、連続広帯域式の構成、波長ステップ式の構成、および離散的に構造化広帯域に基づく光源を含む。

一構成では、本開示は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムを提供し、前記光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムは、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するように構成される光源であって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供する光源と、前記サンプルからの干渉データを生成するために、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置と、前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合し、前記サンプルからの前記干渉データを収集するように構成される検出器と、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるように構成されるコントローラと、を備え、前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含む。

一構成では、本開示は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムを提供し、前記光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムは、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するように構成される光源であって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供する光源と、前記サンプルからの干渉データを生成するために、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置と、前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合し、波長の関数として前記サンプルからの前記干渉データを収集するように構成される検出器と、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるように構成されるコントローラと、を備え、前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含み、前記第１帯域幅と前記第２帯域幅との比は、少なくとも２である。

別の構成では、本開示は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムを提供し、前記光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムは、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するように構成される光源であって、前記第１照明は、第１帯域幅の光を提供し、かつ、第１波長対時間プロフィールおよび第１パワー対時間プロフィールを有し、前記第２照明は、前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供し、かつ、第２波長対時間プロフィールおよび第２パワー対時間プロフィールを有する光源と、前記サンプルからの干渉データを生成するために、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置と、前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合し、前記サンプルからの前記干渉データを収集するように構成される検出器と、前記第１照明の前記第１波長対時間プロフィールまたは前記第１パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御し、前記第２照明の前記第２波長対時間プロフィールまたは前記第２パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御することにより、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるように構成されるコントローラと、を備え、前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含む。

さらに別の構成では、本開示は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法を提供し、前記光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法は、光源を使用し、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するステップであって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供するステップと、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備えるＯＣＴ光学装置を用いて、前記サンプルからの干渉データを生成するステップと、コントローラを用いて、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるステップと、を備え、前記干渉データは、前記第１照明を用いて取得した第１干渉データと、前記第２照明を用いて取得した第２干渉データとを含む。

さらに別の構成では、本開示は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法を提供し、前記光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法は、光源を用いて、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するステップであって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供するステップと、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置を用いて、前記サンプルからの干渉データを生成するステップと、分光計を備え、かつ、前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合する検出器を用いて、波長の関数として前記サンプルからの前記干渉データを収集するステップと、コントローラを用いて、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるステップと、を備え、前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含み、前記第１帯域幅と前記第２帯域幅との比は、少なくとも２である。

別の構成では、本開示は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法を提供し、前記光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法は、光源を用いて、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するステップであって、前記第１照明は、第１帯域幅の光を提供し、かつ、第１波長対時間プロフィールおよび第１パワー対時間プロフィールを有し、前記第２照明は、前記光源を用いて前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供し、かつ、第２波長対時間プロフィールおよび第２パワー対時間プロフィールを有するステップと、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置を用いて、前記サンプルからの干渉データを生成するステップと、前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合する検出器を用いて、前記サンプルからの前記干渉データを収集するステップと、コントローラを用いて、前記第１照明の前記第１波長対時間プロフィールまたは前記第１パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御し、前記第２照明の前記第２波長対時間プロフィールまたは前記第２パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御することにより、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるために前記光源を制御するステップと、を備え、前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含む。

開示される主題の様々な目的、特徴、および利点は、以下のような、同様の参照番号を用いて同様の要素を識別する図面と関連して考慮されるとき、開示される主題の以下の詳細な説明を参照することにより、より完全に理解され得る。

本明細書の開示に記載された複数の実施形態に係るスペクトラルドメインＯＣＴシステムの一例を示す。 本明細書の開示に記載された複数の実施形態に係る波長掃引型ＯＣＴシステムの一例を示す。 ＯＣＴにおいて、散漫散乱サンプルに関する光帯域の減少と信号対雑音比との間の関係を示す。 ＯＣＴにおける光帯域幅の減少によってもたらす侵入深度または信号対雑音比（ＳＮＲ）の増加の例を示す。 本明細書の開示における複数の実施形態に基づいて、サンプルに提供される、少なくとも光のスペクトル特性の制御により変調された入力ＯＣＴ光の例を示す。 本明細書の開示における複数の実施形態に基づいて、少なくとも２つの広帯域光源を備えるＯＣＴシステムを示す。 本明細書の開示における複数の実施形態に基づいて、２つ以上の構成を有する時変光周波数光源を示す。 本明細書の開示における複数の実施形態に基づいて、波長掃引レーザーの複数の構成による波長およびパワー出力を示す。 本明細書の開示における複数の実施形態に基づいて、広帯域レーザー光源の複数の構成による波長およびパワー出力を示す。 本明細書の開示における複数の実施形態に基づいて、ステップ型波長レーザー光源の複数の構成による波長およびパワー出力を示す。 本明細書の開示における複数の実施形態に基づいて、２つの独立光源を使用する例を示す。 オシロスコープにより測定されたサンプリングスペクトルを示す。左側のコラムの数字は、ポリゴンミラーの角速度によって制御される帯域幅削減係数（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ，ＢＲＦ）を示し、影付きの領域は、２０マイクロ秒の取得期間に関連付けられた光帯域を示す。トリガ信号は、同じ中央波長を維持するためにシフトされている。 光学帯域幅に対してＳＮＲの依存度の測定結果を示す。パネル（ａ）は、異なる実験用の光帯域幅削減係数を有するびまん性組織（鶏の胸肉）の画像を示す。パネル（ｂ）は、異なる計算上の光帯域幅削減係数を有するびまん性組織（鶏の胸肉）の画像である。パネル（ｃ）は、パネル（ａ）の黄色のボックスで示される散漫散乱エリアにおいて、実験用の光帯域幅削減係数の関数としてＳＮＲを示す。パネル（ｄ）は、ミラー信号のための実験用の光帯域幅削減係数の関数としてＳＮＲを示す（ＯＣＴ画像非図示）。パネル（ｅ）は、パネル（ａ）の黄色のボックスで示される散漫散乱エリアにおいて、計算上の光帯域幅削減係数の関数としてＳＮＲを示す。パネル（ｆ）は、ミラー信号のための計算上の光帯域幅削減係数の関数としてＳＮＲを示す（ＯＣＴ画像非図示）。パネル（ｃ）およびパネル（ｅ）で示される散漫散乱エリアにおけるＳＮＲは、黄色のボックス内の平均信号パワーと組織上で測定された平均ノイズパワーの比として計算されることを注意されたい。 ブタの膝軟骨の撮像の結果を示す。パネル（ａ）は、ブタの膝軟骨の構造を示す図である。パネル（ｂ）は、撮像区域のカラー写真である。赤い線は、パネル（ｃ）～（ｅ）における画像の位置を示し、矢印は、走査の方向を示す（パネル（ｃ）～（ｅ）において、左から右へ）。パネル（ｃ）は、フル分解能のＯＣＴ画像を示す。パネル（ｄ）は、計算上生成された９倍の帯域幅削減を示す。パネル（ｅ）は、実験上生成された９倍の帯域幅削減を示す。黄色の矢印は、関節軟骨（articular cartilage）および軟骨下骨（subchondral bone）の間において、帯域幅を削減し取得した場合にのみ見えるタイドマーク（tide mark）を示す。

特に定義しない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されているような用語は、関連技術および本開示の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、かつ、本明細書で明確に定義しない限り、理想化された意味または過度に形式上の意味に解釈されるべきではないことを理解されたい。

多くの技術およびステップが開示されていることを理解されたい。これらのそれぞれには個別の利点があり、それぞれを他の開示された技術の１つ以上、場合によってはすべてと組み合わせて使用することもできる。したがって、明確化のために、本明細書では、個々のステップのあらゆる可能な組み合わせを不必要に繰り返すことは控える。それにもかかわらず、本明細書および特許請求の範囲は、そのような組み合わせが完全に本開示および特許請求の範囲内に含まれることを理解されたい。

本開示の様々な実施形態および態様は、以下に述べた符号を参照して説明され、添付の図面は様々な実施形態を示す。以下の説明および図面は本開示を例示するものであり、それを限定するものとして解釈されるべきではない。本開示の様々な実施形態の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細内容が説明される。しかしながら、場合によっては、実施形態の簡潔な説明を提供するために、周知技術または従来の技術の詳細については説明しない。

本明細書における「一実施形態（one embodiment）」または「実施形態(an embodiment)」における符号は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを意味する。本明細書の様々な場所に現れる「一実施形態において」という語句は、必ずしもすべての説明が同じ実施形態を指すわけではない。

（ＯＣＴにおける軸方向分解能と信号対雑音比との関係）
ＯＣＴシステムは、サンプルからの深度を解析する測定を提供する。ＯＣＴシステムは、光源と、光源からの光をサンプルとＯＣＴシステム内の基準光路とに伝達する干渉計装置とを備える。サンプルから反射された光は、ＯＣＴシステムによって捕捉され、一般的なＯＣＴ手法を使用して参照フィールドと混合される。干渉信号は検出されてデジタル化され、コンピュータ装置（computer arrangement）に提供される。コンピュータ装置は、少なくともこのデジタル化信号に基づいて画像を生成する。

広帯域光源に基づく例示的なＯＣＴシステムが図１に示されている。広帯域光源１０１は、光をビームスプリッタ１０２に提供し、そこで光がサンプルアームと参照アームとに分割される。サンプルアームでは、光はサンプル１０３に当たり、そして捕捉されて参照アーム１０４からの光と干渉するように導かれる。光干渉は、光を波長の関数として測定できる検出器１０５、例えば分光計に導かれる。サンプル反射と基準ライトフィールドとのこの混合は、例えば、マイケルソン干渉法（図１に示す）またはマッハツェンダー干渉法を使用して実現できる。分光計または同様の装置からの読み出しは、信号／画像再構成および他の処理ステップのためにコンピュータ装置１０６に転送される。

波長掃引光源に基づく例示的なＯＣＴシステムが図１に示されている。波長掃引光源２０１は光をビームスプリッタ２０２に提供し、そこで光は別々のサンプルアームと基準アームに分割される。サンプルアームでは、光はサンプル２０３に向けられ、サンプルから反射された光は捕捉され、参照アーム２０４からの光と干渉するように向けられる。再結合された光は、光を関数として測定できる検出器２０５に向けられる。シングルエンドまたはバランス検出器など。一方、図２は、図２はマイケルソン干渉計を使用してこれを示しているが、これはマッハツェンダー干渉計技術を使用して実現することもできる。次いで、検出器または同様の装置からの読み出しは、信号／画像再構成および他の処理ステップのためにコンピュータ装置２０６に転送される。

ＯＣＴでは、光学帯域幅と画像軸方向分解能との間に反比例の関係がある。より大きな光学帯域幅で撮像を行うと、軸方向の分解能が小さくなる。用語の混乱を避けるために、軸方向の分解能が小さくなるにつれて、撮像の解像度が高くなることに注意してください。別の言い方をすれば、高解像度システムはより低い分解能で測定を提供する。この関係のため、この分野では、可能な限り最小の軸方向分解能を達成するために、撮像システムの光学帯域幅を最大化するＯＣＴシステムを設計することが一般的である。

本願では、これまでに理解も説明もされていなかった、ＯＣＴ測定の光帯域幅が撮像の信号対雑音比（ＳＮＲ）にも影響を与えるという我々の考察に基づいている。光帯域幅およびＳＮＲの関係は、撮像されるサンプルによって異なる。ミラーからの反射などの鏡面反射の場合、ＳＮＲは光帯域幅に依存しない。生物組織のような散漫散乱サンプルの場合、図３に示すように、光帯域幅が減少するにつれて測定のＳＮＲが増加する。ＯＣＴは主に散漫散乱サンプルを撮像するために使用され、測定のＳＮＲが重要な撮像パラメータであることを考慮すると、これを利用して撮像パフォーマンスを向上させることができる。

一例として、以下に示す議論に従って、サンプルを照明する２つの掃引光源ＯＣＴシステムの設計を考えることができる。各システムは同じ光パワーを提供し、同じＡ－ライン持続期間で動作し、同じレベルの相対強度ノイズ（relative intensity noise, RIN）によって特徴付けられる。第１掃引光源ＯＣＴシステムは、１００ｎｍの光帯域幅にわたってレーザーを掃引するように構成されている。第２掃引光源ＯＣＴシステムは、より限定された１０ｎｍの光帯域幅にわたってレーザーを掃引するように構成されている。各システムのノイズ性能は、基準アームフィールドの光学ノイズによって決まり、両方のシステムについては同じである（ノイズは掃引帯域幅に依存しない）。深度が解析された各測定における信号パワーは、光帯域幅に反比例する。これは、より低い光帯域幅がより広い深度範囲にわたって信号を捕捉するためであり、その測定に寄与する散乱体の数がより多いことを意味する。例えば、１００ｎｍシステムは、約７μｍの深度範囲内で散乱された光を捕捉する。１０ｎｍシステムは、約７０μｍの深度範囲内の後方散乱光を捕捉する。名目上、７０μｍ範囲内には、７μｍボクセルよりも１０倍多くの散乱体が存在し（反射率が一定であると仮定する）、各ボクセルの信号が１０倍高く、ＳＮＲ（１０ｄＢ）が１０倍高くなる。この議論は、一例として掃引光源ＯＣＴシステムについて説明したが、スペクトルドメインＯＣＴ、光周波数ステップシステム、周波数コムＯＣＴシステム、円形範囲（circular-ranging）ＯＣＴを含むがこれらに限定されない光周波数ラインの離散集合を備える光源を利用する他のＯＣＴアーキテクチャにも同様に当てはまる。

反射境界が各範囲の中心に位置すると仮定すると、７０μｍ範囲には７μｍ範囲と同じ数の散乱体があるため、ミラーなどの鏡面反射は光帯域幅に依存しないＳＮＲをもたらすことに留意されたい。

この現象の１つの重要な意味は、ＯＣＴ測定のＳＮＲが、分割スペクトル血管造影（split-spectrum angiography）、スペクトルビニング偏光感受性ＯＣＴ（spectral-binning polarization-sensitive OCT）、スペックル低減のための周波数合成（frequency compounding for speckle reduction）、および分光学的またはハイパースペクトルＯＣＴにおいて行われるように、後処理において光学帯域幅狭窓を課すことにより、最小限に影響されることである。ここで、窓処理によりＳＮＲが向上するように有効な光帯域幅が狭くなりが、（窓の外側で受信した光子を破棄することにより）有効な撮像パワーも減少し、ＳＮＲが低下する。これらの効果は相殺され、名目上は同じＳＮＲを有する測定値が生成される。これは、ＳＮＲペナルティなしでこれらの方法を使用できるようにするという点で重要である。

この研究で説明される効果は、近赤外波長範囲で実証されているが、可視光範囲（例えば、３８０ｎｍ～７８０ｎｍ）、紫外光範囲（例えば、１００ｎｍ～３８０ｎｍ）、および赤外光範囲（例えば、７８０ｎｍ～１ｍｍ）を含むがこれらに限定されない他の波長範囲にも同様に当てはまる。

（光帯域幅削減光源を使用してサンプル内のより深い部分を撮像するＯＣＴシステムを構成する）
光帯域幅とＳＮＲとの間の結合を使用して、特定の撮像パワーおよびＡ－ライン持続期間におけるＯＣＴシステムのＳＮＲを向上させることができる。この強化されたＳＮＲにより、サンプルのより深い領域の撮像が可能になる。１つの掃引光源ＯＣＴシステムは、９ｍＷの固定光パワーおよび２０μｓの固定Ａ－ライン継続時間で使用した。このシステムは、波長掃引レーザー源内に配置されたポリゴン鏡の回転速度を調整することにより、１００ｎｍの第１光学帯域幅と１６ｎｍの第２光学帯域幅で撮像するように構成された。ブタの膝軟骨を撮像した。図４は、これら２つのＯＣＴシステム構成のそれぞれで取得された画像を示している。より小さい光帯域幅を使用して取得された画像はより高いＳＮＲを示し、より大きい光帯域幅で取得された画像では見えないより深い境界を解析できた。ＲＯＩのＳＮＲは２つのシステムについて定量的に測定され、より小さい光帯域幅を使用する場合、９ｄＢ高いことが示された。

（多状態照明を使用するＯＣＴ撮像）
好ましい実施形態の第１セットでは、ＯＣＴシステムは、サンプルに提供される光の少なくともスペクトル特性の制御を通じて、軸方向分解能およびＳＮＲのような撮像性能の指標を変調できるように構成される。図５は、この構成を示している。サンプル（５１０）に提供される光は、この照明光が少なくとも２つの可能な状態のうちの１つで提供されるように、ＯＣＴシステムによって制御される。これらの状態は、少なくとも異なるスペクトル特性を持つ光をサンプルに提供することによって区別される。サンプルに提供される光のスペクトル特性は、そのパワースペクトル密度Ｐ（ν）によって特徴付けることができる。

この照明の光学帯域幅は、多くの方法によって計算することができる。一般的な方法は、パワースペクトル密度の半値全幅（full-width and half-maximum, FWHM）によって光帯域幅を計算することである。２番目の一般的な方法は、二乗平均平方根（RMS）帯域幅Δνを次の式（数１）のように定義することである。
ここで、＜ν＞は中心光周波数の尺度を示し、次の式（数２）のように定義できる。

あるいは、光帯域幅は、光源によって生成される使用可能な撮像光のトータルエッジ間光学帯域幅（total edge-to-edge optical bandwidth）として定義することもできる。このエッジ間光学帯域幅の測定により、例えば、レーザー光源からの増幅された自然放出バックグラウンドを除外できる。エッジ間の定義は、例えば、波長掃引光源や波長ステップ光源に適している。

上記は照明ビームの光学帯域幅の一連の例示的な定量化を示しており、上記は光学帯域幅を定量化するためのさらなる方法を排除するものではないことが理解されよう。

システムは、Ｐ_１（ν）、＜ν_１＞、およびΔν_１によって特徴付けられる第１状態（５１１ａ）、およびＰ_２（ν）、＜ν_２＞、およびΔν_２によって特徴付けられる少なくとも第２状態（５１１ｂ）でサンプルに光を導くように構成される。この好ましい実施形態の第１セットでは、Δν_２＝Ａ×Δν_１（Ａ＜１）となるように光源を構成すること第２データよりも、第１状態は、より良好な軸方向分解能とより低いＳＮＲを提供するように構成することができる。一実施形態では、Ａ＝０．５であり、これにより撮像ＳＮＲが３ｄＢ改善される。ＳＮＲの３ｄＢの改善は控えめではあるが、場合によっては意味があり、使用場面によっては、２つの照明状態を提供するシステムの構成複雑化に見合う価値をもたらす。さらなる実施形態では、Ａを０．２５に構成することができ、これにより、ＳＮＲを６ｄＢ増加させるメカニズムが提供され、ほとんどの撮像場面において大幅な強化となる。さらなる実施形態では、Ａを０．１に構成することができ、これにより、ＳＮＲを１０ｄＢ増加させるメカニズムが提供され、例えば、サンプルのかなり深いところを見るため、または撮像システムのノイズ水準をわずかに下回るか、それに近い値にある構造を解析するために使用できる画像が劇的に強化される。

本発明のいくつかの実施形態では、照明状態は光帯域幅の変化を含むが、ほぼ同じ平均光パワーをサンプルに供給するように構成される。これは、サンプルへの平均パワーが安全要件によって制限されるシナリオで使用できる。例えば、網膜撮像では、米国規格協会（American National Standards Institute，ANSI）の文書によって平均出力が約２ｍＷに制限されている。同時に、撮像のＳＮＲは重要なパラメータである。本発明では、パワーを最大許容パワーレベルに維持し、撮像速度を維持しながら、ＳＮＲを改善するメカニズムを提供する。これは、光学帯域幅を削減した照明を使用することによって行われ、軸方向分解能と引き換えに撮像ＳＮＲを改善する。より高いＳＮＲが必要でありながら、撮像パワーも撮像速度も変更できないシナリオでは、本発明は、軸方向分解能を犠牲にしてＳＮＲを増加させるメカニズムを提供する。いくつかの実施形態では、サンプルに提供されるパワーの差異は、照明状態間で多少変化する可能性があるが、光パワーの変化は、照明状態間の光帯域幅の変化よりも小さくなり得る。例えば、帯域幅が４倍（Ａ＝０．２５）で変化する場合、これらの構成のパワーは４未満の係数、例えば１０％で変化する可能性がある。これらのパワーの変化は、例えば、光源を異なる構成で使用したことによる意図しない結果である可能性がある。これらの関係を表す別の方法は、様々な実施形態における、より広い帯域幅の照明の帯域幅とより狭い帯域幅の照明の帯域幅との比が、少なくとも２、少なくとも４、少なくとも１０などである。

様々な実施形態において、第１照明状態のパワーレベルは、第２照明状態のパワーレベルの約５０％である。いくつかの実施形態では、第１の照明状態のパワーレベルは、第２の照明状態のパワーレベルの約７５％、約９０％、約９５％、または約９９％である。いくつかの実施形態では、第１照明状態のパワーレベルは、第２照明状態のパワーレベルと実質的に等しい（例えば、少なくとも９０％）。これは、第１照明状態が第２状態に比べて広い光学帯域幅を提供する実施形態、または第１照明状態が第２状態に比べて狭い光学帯域幅を提供する実施形態に該当する可能性がある。

ＯＣＴシステムは、コンピュータ装置からＯＣＴシステムに提供される単一の信号または信号のセットによって利用可能な照明状態のどれが使用されるかを制御するように構成することができる。コンピュータ装置は、画像データを受信するものと画像を生成するものと同じであってもよい。どの照明状態を使用するかについての制御は、ユーザーの選択、事前にプログラムされたシーケンス、以前に取得したＯＣＴ撮像データの特性、または別の情報源に基づいて行うことができる。システムは、各ＯＣＴ深度スキャン（Ａ－ライン）の間、各ＯＣＴフレームの間、各ＯＣＴ取得ボリュームの間、または上記の組み合わせの間で照明状態を切り替えることができる。ＯＣＴシステムは、３次元スキャン内の特定の所定位置に特定の照明状態を適用するように構成することもできる。例えば、網膜撮像の実験では、網膜の厚さが増加する視神経乳頭付近の領域に少なくとも低い光学帯域幅の照明状態を展開するようにシステムを構成でき、追加のＳＮＲが篩状板（lamina cribosa）ようなより深い組織層の解析に役立つ。このシステムは、サンプル内の同じ位置で多照明状態を使用して撮像データを取得するように構成でき、その位置に高い軸方向分解能および高いＳＮＲの両方を有する撮像データが提供される。

（広帯域光源を有する実施形態）
多状態照明の好ましい一実施形態では、ＯＣＴシステムは、少なくとも２つの広帯域スペクトル光源６０１ａ、６０１ｂを備える。これらの光源は、例えば、増幅自然放出（amplified spontaneous emission, ASE）光源、スーパールミネセントダイオード（superluminescent diode, SLD）、スーパーコンティニューム光源、またはモードロックレーザー光源であり得る。各照明状態は対応する帯域幅を有し、ここでは一例として、波長の関数として、パワーのグラフから測定された半値全幅が定義される。以上で説明したような帯域幅の代替的な定義を使用することもできる。干渉信号は、少なくとも１つの分光計６０５を使用してサンプル６０３と参照ミラー６０４との間で検出される。光源６０１ａおよび光源６０１ｂは、異なるスペクトル出力６１２ａおよびスペクトル出力６１２ｂを提供する。各光源のパワーは、信号６２０ａおよび信号６２０ｂを介してコンピュータ装置６２０によって制御される。サンプル６０３に提供される光６１０のスペクトル特性は、制御信号６２０ａおよび制御信号６２０ｂに基づいて構成される。これらの光源は、パッシブパワーコンバイナ（ビームスプリッタ）、偏波ベースのコンバイナ、またはアクティブ光スイッチであり得る光学素子６１１内で組み合わせることができる。各光源によって提供されるパワーは、サンプルへの名目上一貫したパワーデリバリを達成するとともに、調整可能な光帯域幅を提供するために、信号６２０ａおよび信号６２０ｂによって制御することができる。あるいは、光源は、固定出力パワーを提供するように構成し、可変減衰器６３０ａ、６３０ｂ、６３０をＯＣＴシステム内に配置して、光６１０の光パワーを制御することができる。

別の好ましい実施形態では、ＯＣＴシステムは、サンプルに提供される照明光のスペクトル特性を制御するように構成された調整可能なスペクトルフィルターを含む。このスペクトルフィルターは、波長の関数として透過率を調整でき、平均パワー、中心光周波数、および光帯域幅の制御に使用できる。コンピュータ装置は、このスペクトルフィルターを構成するための制御信号を提供することも、手動で構成することもできる。スペクトルフィルターは、例えば、微小電気機械（ＭＥＭｓ）、音響光学フィルター、調整可能なファイバブラッググレーティング、調整可能な長周期グレーティング、または当技術分野で知られている他の光フィルター技術に基づくことができる。スペクトルフィルターを使用すると、フィルター処理が少ない状態と比較して光帯域幅を減らすことができる。このようなフィルター処理を行う際、スペクトルフィルターは光源の中心光周波数をシフトさせる可能性もある。例えば、第１照明状態は、７０ｎｍの光学帯域幅（ＦＷＨＭ）を有する８５０ｎｍを中心とする光を提供することができ、一方、第２照明状態は、１０ｎｍの光学帯域幅（ＦＷＨＭ）を有する９００ｎｍを中心とする光を提供することができる。

別の好ましい実施形態では、ＯＣＴシステムは、デバイスに供給される電流によって部分的に制御される光帯域幅を提供するＳＬＤまたは半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの半導体ベースの光源を利用することができる。一実施形態では、ＳＯＡデバイスは、量子ドット光源および増幅器を含むことができる。

ＳＯＡまたは可変光減衰器などの外部利得源を使用して、サンプルに向けられる照明光のパワーを制御して、光帯域幅構成を照明パワーから分離し、例えば、フィルター処理によって引き起こされる光パワーの変化をオフセットする。外部利得源を利得変調して、照明状態ごとに特定の出力パワーのセットを生成できる。

（波長掃引光源を有する実施形態）
多状態照明のさらなる実施形態では、ＯＣＴシステムは、時間とともに変化する光周波数を有する光をサンプルに提供する波長掃引光源を使用して構築される。各照明状態は対応する帯域幅を有し、ここでは例として上述したエッジ間光学帯域幅が定義される。光帯域幅の追加の測定を適用することもできる。光源は、第１帯域幅Δν_１にわたって時間の関数としての周波数調整（図７、７０１Ａ）を特徴とする第１状態の光を提供し、第２帯域幅Δν_２にわたって時間の関数としての周波数調整７０１Ｂを特徴とする少なくとも第２状態の光を提供するように構成することができる。サンプルに送られる光の平均パワーは、各状態でほぼ同じになるように構成できる。光源の波長掃引速度は、２つの状態間でほぼ同じにすることも、２つの状態間で変更することもできる。

一実施形態では、波長掃引光は、異なる光帯域幅の光を提供するように構成できる単一のレーザー源によって生成することができる。これは、機械的に駆動される光フィルターを含むレーザー設計に基づいて、そのフィルターに提供される信号を制御することで実現できる。これは、例えば、レーザーキャビティ内に配置されたファブリペローフィルターに提供されるピーク間の振幅を制御することによって行い、または、例えば、ＭＥＭｓ、共鳴スキャナ、またはガルバノミラーに基づいて、可動ミラーに提供されるピーク間の振幅を制御することによって行うことができる。

さらなる実施形態では、波長掃引光は、機械的光フィルターを含まず、バーニア同調分布帰還源（Vernier-tuned distributed feedback sources）によって提供される電圧信号または電流信号によって構成されるレーザー源によって生成することができる。

さらなる実施形態では、波長掃引光は、それぞれがほぼ固定された光帯域幅を提供するが、サンプルに提供される光帯域幅を制御するためにオンまたはオフになるように構成できる、一組のレーザー源によって生成することができる。あるいは、各レーザー光源を制御して特定の範囲にわたる帯域幅を提供することもでき、これらの光源を単独でまたは組み合わせて使用して、より広い光帯域幅またはより狭い光帯域幅を実現することもできる。

さらなる実施形態では、波長掃引光源の掃引プロフィールを制御することによって、少なくとも２つの照明状態を提供するように波長掃引光源を構成することができる。この構成では、波長掃引レーザーは、光周波数対時間曲線および光パワー対時間曲線に従い動作する。サンプルに提供される平均パワーおよび光帯域幅は、両方とも光源の掃引にわたって平均して測定され、これらの両方の曲線の関数である。例えば、光源は、両方とも同じ光周波数対時間曲線に従うが、２つの異なる光パワー対時間曲線を持つ２つの照明状態を提供するように構成できる。第１状態では、瞬間光パワーは一定であり、例えば２ｍＷに等しい。第２状態では、瞬間光パワーは、平均値から遠い光周波数では２ｍＷ未満になるように減少し、平均値に近い光周波数では２ｍＷを超えるように増加する。この実施形態は、第２状態で第１状態と同じ平均光パワー（２ｍＷ）を提供するが、式（数１）によって計算されるＲＭＳ光帯域幅を用いて測定される光帯域幅よりも小さい光帯域幅を提供する。

あるいは、光パワー対時間曲線は固定したままにすることができるが、光周波数対時間曲線は変更することができる。例えば、第１状態では、光周波数対時間は線形傾向に従うことができる。第２状態では、光周波数は、中心光周波数またはその近くの光周波数を掃引すると比較して、中心光周波数からさらに離れた光周波数を通してより迅速に掃引することができる。この構成では、２つの状態によって提供される平均光パワーは同じであるが、掃引全体で平均されたＲＭＳ光帯域幅については、第２状態の方が小さくなる（エッジの位置におけるレーザー掃引速度が速いため、エッジで供給されるエネルギーが少なくなる）。

上述したこれらの実施形態は、異なる光帯域幅を有する２つの照明状態が提供されるように、光パワー対時間および／または光周波数対時間の曲線を修正するために、より広範な一連の構成の例であることが分かる。

光周波数対時間曲線が非線形である実施形態では、ＯＣＴシステムは、例えば、レーザーが最も速く掃引しているときに必要なサンプリングレートによって決定される固定クロックレートでこれらの信号をデジタル化するように構成することができる。デジタルフィルタリングや移動平均などの信号処理を使用してデジタル化された信号を処理し、よりゆっくりと掃引する部分のより高いＳＮＲを抽出できる。提供されるフィルタリングは時間の経過とともに変化する可能性があり、レーザーの光周波数掃引速度に応答することが可能である。例えば、レーザー周波数が最も速い部分の速度の１／１０で掃引している部分のデジタル化信号は、１０個の隣接するデジタル化サンプルにわたる移動平均で処理できる。これにより、同じスペクトル間隔で測定データが得られるが、より遅い掃引速度によって提供されるオーバーサンプリングを利用するという利点がある。移動平均フィルターは、同様の利点が得られるデジタル信号処理（ＤＳＰ）フィルターで置き換えることができる。

（離散構造広帯域照明を有する実施形態）
多状態照明のさらなる実施形態では、「広帯域光源を有する実施形態」の項目で説明されたアプローチに従った周波数コム光源を含むがこれに限定されない一組の離散線を備える広帯域光源を使用することができる。このような構成では、光帯域幅は、例えば、とりわけエッジ間帯域幅またはＲＭＳ帯域幅を使用して定義できる。ＦＷＨＭの定義は、単一の光の離散線の尺度としてではなく、当技術分野で一般的であるように、スペクトルの包絡線にわたって計算されるように使用および規定することができる。

（ステップ型光周波数照明を有する実施形態）
多状態照明のさらなる実施形態では、等間隔の光周波数コムの光周波数を含むがこれに限定されない離散的な光周波数の間で時間域にステップが形成される光源は、「波長掃引光源を有する実施形態」の項目で説明されたアプローチに従って使用することができる。各照明状態は対応する帯域幅を有し、一例としてエッジ間光帯域幅として定義される。このような測定は、深度解析データを生成するためにフーリエ変換が適用されるすべての光周波数成分を捕捉するのに十分な時間窓にわたって実行することができる。時間域ステップ型光周波数源は、例えば、位相コードモードロック、ストレッチパルスモードロック、または当業者に知られている別のアプローチに基づくことができる。時間域ステップ型光周波数コム光源は、光周波数のシーケンスを変更することでサンプルに異なる照明光を提供するようにプログラムできる。一実施形態では、該当光源は、異なるエッジ間光帯域幅を有するシーケンスを提供する。別の実施形態では、光源は、所定の光周波数が繰り返される回数を変化させるシーケンスを提供し、それにより、これらの繰り返される光周波数により多くのパワーを与えることによってＲＭＳ光帯域幅を変化させる。繰り返しの光周波数サンプリングによる測定値を組み合わせて、より低いノイズを提供するように処理を構成できる。これら２つの構成を組み合わせて使用すると、サンプルに提供される光帯域幅に加える変調を影響することができる。

（付加の実施形態）
図８は、本開示の一実施形態による、１つの波長掃引レーザーの複数の構成の波長およびパワー出力を示す。この実施形態では、単一の波長掃引レーザーが、２つ以上の光帯域幅構成にわたって掃引することができる。波長掃引とは、時間の関数としての波長の変化を指し、連続する波長が連続して現れる場合もあれば、連続しない場合もある。より短い光帯域幅の構成は、より長い光帯域幅の構成と比較すると、単位波長あたりより高い平均パワーを出力する。この実施形態では、複数の構成は同時に動作しなくてもよい。２つ以上の構成間の切り替えは、ハードウェアを介して手動で、ソフトウェアを介して計算されるように、または自動化された事前にプログラムされた方法で行うことができる。これは、この分野では「掃引光源」の実装と呼ばれる場合がある。

図９は、本開示の一実施形態による、１つの広帯域レーザーの複数の構成の波長およびパワー出力を示す。この実施形態では、単一の広帯域レーザー（スーパールミネセントダイオードまたはスーパーコンティニュームレーザを含むが、これらに限定されない）は、２つ以上の光帯域幅構成を有する。この実施形態では、各構成のすべての波長が同時に放射される。より短い光帯域幅の構成は、より長い光帯域幅の構成と比較すると、単位波長あたりより高い平均パワーを出力する。複数の構成は同時に動作しなくてもよい。２つ以上の構成間の切り替えは、ハードウェアを介して手動で、ソフトウェアを介して計算されるように、または自動化された事前にプログラムされた方法で行うことができる。この切り替えは、レーザー内または光干渉断層撮影システム内で実行できる。これは、この分野では「スペクトルドメイン」の実装と呼ばれる場合がある。

図１０は、本開示の一実施形態による、１つのステップ型波長レーザーの複数の構成の波長およびパワー出力を示す。この実施形態では、単一のステップ型波長レーザーが、２つ以上の光帯域幅構成にまたがることができる。波長ステッピングとは、時間の関数としての波長の離散的な変化を指し、連続する波長が連続して現れる場合もあれば、連続しない場合もある。より短い光帯域幅の構成は、より長い光帯域幅の構成と比較すると、単位波長あたりより高い平均パワーを出力する。２つ以上の構成間の切り替えは、ハードウェアを介して手動で、ソフトウェアを介して計算されるように、または自動化された事前にプログラムされた方法で行うことができる。これは、この分野では「円形範囲」の実装と呼ばれる場合がある。

図１１は、本開示の様々な実施形態による、２つの独立した光源の使用の一例を示す。他の実施形態に記載されているような２つ以上の独立した光源の任意の組み合わせは、軸方向分解能と信号対雑音比との間のトレードオフを目的として使用することができる。図１１は、光源が交互にオンとオフになる例を示している。オンとオフの期間は任意のパターンに従うことができるが、２つの光源は同時に動作しない可能性がある。

いずれの実施形態でも、未処理データを画像に変換する処理を必要とするデータが生成される可能性がある。このような処理は、当業者に知られている任意の典型的なＯＣＴ後処理手順が含まれ得る。これらのステップの一部には、線形波数間隔へのリサンプリング、分散補償、チャープ補償、スペクトル整形、およびフーリエ変換が含まれる場合がある。

上述の実施形態のそれぞれにおいて、撮像システムによって提供される横方向分解能が第１および第２の照明状態で実質的に同じであるようにシステムを構成することが有利であり得る。これは、軸方向の分解能、したがって撮像の信号対雑音比が、横方向の分解能に大きな変化を与えることなく、照明状態間で変調されることを意味する可能性がある。例えば、これらの実施形態では、サンプル上に照明光の焦点を合わせ、反射光を収集するために使用される同じ光学装置を、光学要素を変更することなく、例えば対物レンズまたは他のレンズを変更することなく、両方の照明状態中に使用することができる。

（実施例）
以下に、本開示の実施形態による非限定的な例を提供する。

光干渉断層撮影（ＯＣＴ）では、軸方向分解能および信号対雑音比（ＳＮＲ）は、典型的には独立したパラメータとしてみなされる。この例では、これが鏡のような表面にのみ当てはまり、生体組織などの散漫散乱サンプルでは軸方向分解能と測定ＳＮＲの間に固有の関係があることを示する。我々は、この結合の起源を説明し、そして、この結合を使用して、分解能を犠牲にして撮像侵入深度の増加を達成できることを実証する。最後に、この結合は、分解能、感度、システム／光源の複雑度の競合するニーズのバランスを図るＯＣＴシステム設計プロセス中に考慮されるべきであることを主張する。

光帯域幅と画像軸方向分解能との間の反比例の関係は、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）の特徴的な特性である。この例では、光帯域幅が撮像信号対雑音比（ＳＮＲ）にも影響を与えるかどうかを問う。このような質問をするとき、光源の設計や干渉計の偏波モード分散に関連するものなど、光源の帯域幅に比例する実験の複雑さを脇に置き、光帯域幅およびＳＮＲの間の基本的な関係に焦点を当てる。より実践的な言葉で言えば、この例は、撮像ＳＮＲを向上させるために軸方向の分解能性能を意図的に制限する必要があるシナリオがあるかどうかを問うものである。

我々は、光帯域幅／軸方向分解能はＳＮＲに確実に影響を与えるが、これはサンプルの性質に依存すると結論付ける。鏡からの反射などの鏡面反射の場合、ＳＮＲは光帯域幅に依存しないが、生物組織などの散漫散乱サンプルの場合、光帯域幅と測定ＳＮＲの間に基本的な逆関係がある。ＯＣＴが主に散漫散乱サンプルの撮像に使用されていることを考慮すると、我々は、この関係は少なくとも認識されるべきであり、一部のアプリケーションではＯＣＴシステムの設計中に考慮されるべきであると主張する。また、我々は、ＯＣＴにおけるスペクトル分割法（例えば、スペクトルビニング偏光感受性ＯＣＴなど）が効果的であるのは、この関係のためであることも示す。

まず、我々は、散漫散乱サンプルについて、測定ＳＮＲは、測定を行うために使用される光帯域幅に反比例するという主張を裏付ける物理的議論を提示する。同等の光パワー、Ａ－ライン持続時間、および相対強度ノイズを持つ２つの掃引光源ＯＣＴシステム（この議論はショットノイズが制限されたスペクトル領域アーキテクチャにも当てはまる）を考える。ただし、一方のシステムは１００ｎｍの光帯域幅を掃引し、他方のシステムはわずか１０ｎｍの光帯域幅を掃引する。簡潔にするために、各システムはデジタイザーを使用して、Ａ－ライン中に固定数のサンプリングで縞を捕捉すると仮定する。検出器および検出器の帯域幅は同一である。それぞれのノイズ性能は、参照アームの光学ノイズによって決定され、したがって同等になる。つまり、レーザーがトレースする光学帯域幅は、測定されたノイズに影響を与えない。各測定ボクセル内の信号パワー、またはデジタル化された縞の最終的な離散フーリエ変換の各ビンは、光帯域幅に反比例してスケールされる。これは、光学帯域幅が低いほど、散漫散乱サンプルからより多くの散乱光子が捕捉されるためである。例えば、１００ｎｍシステムは約７μｍの深度範囲内の後方散乱光を捕捉する一方、１０ｎｍシステムは７０μｍの深度範囲内の後方散乱光を捕捉する。７０μｍ範囲内には７μｍボクセルよりも１０倍多くの散乱体が存在し（反射率が一定であると仮定）、各ボクセルの参照アームのパワーが１０倍高く、ＳＮＲ（１０ｄＢ）が１０倍高くなる結果をもたらす。簡潔に述べると、この議論は、散漫散乱サンプルの場合、ボクセルの測定ＳＮＲと測定光学帯域幅（Δν）の関係がＳＮＲ_{ｄｉｆｆｕｓｅ}∝（Δν）^－１として与えられることを予測できる。

同じ推論をミラー、鏡面反射、または他の軸下分解能境界に適用すると、ＳＮＲが光帯域幅に依存しないこと、すなわち、ＳＮＲ_{ｓｐｅｃｕｌａｒ}∝（Δν）^０を予測することができる。これらのサンプルでは、すべての散乱体が単一の深度位置に共存するため、測定ボクセル深度範囲を拡張してもボクセル内に散乱体が追加されることはなく、したがって信号パワーは増加しない。

この関係は、我々が鏡面反射サンプルと散漫散乱サンプルを正確に記述することに注意すれば、ＯＣＴの従来の数学的記述で見られる。ＯＣＴのＡ－ラインの相互相関項を開始点として採用する。鏡面サンプルの場合、ＯＣＴ信号は軸方向位置ｚ_ｓに位置するフィールド反射率ｒ_ｓの単一の反射体から放射され、相互相関項ｉ_Ｄ★は式（数３）のように、デルタ関数δによって制限される。

ここで、ρは検出器の応答性、ｒ_ｒは基準アームのフィールド反射率であり、基準アームがｚ＝０に位置すると仮定している。パラメータγ（ｚ）は光源のコヒーレンス関数であり、光源パワーが一定に保たれるという仮定により、γ（０）＝１と正規化される。軸方向の分解能を表すγ（ｚ）の幅は変化する可能性がある。予想どおり、ミラー位置での測定信号ｉ_Ｄ★（２ｚ_ｚ）はγ（ｚ）の幅に依存せず、したがって光源の光帯域幅にも依存しない。

散漫散乱サンプルの場合、上述した信号は、深度にわたるすべての散乱体からの寄与であり、それぞれがコヒーレンス関数で畳み込まれている。コヒーレンス関数の幅よりも大きい深度範囲にわたって位置するＮ個の散乱体を考慮すると、相互相関項は次の式（数４）のようになる。

簡潔にするために、散乱体の反射率ｒ_ｓｎを正と負の両方の実数値として考える。散漫散乱領域に一致して、コヒーレンス関数の幅内に多数の散乱体が存在すると仮定する。考慮すべき表面効果がないほどサンプル内に十分深くあると仮定すると、信号ｉ_Ｄ★（ｚ）には多くの単一散乱イベントの合計が含まれる。この合計に寄与する散乱体の数は、コヒーレンス関数の幅に応じて変化する。コヒーレンス関数が広くなると、より多くの散乱体が許容される。この信号のアンサンブル平均〈ｉ_Ｄ★（ｚ）〉は、散乱体（ランダムウォーク）の数の平方根としてスケールされ、すなわち、γ（ｚ）の幅の平方根でスケールされることを意味する。対応する測定強度〈｜ｉ_Ｄ★（ｚ）｜^２〉は、γ（ｚ）の幅に正比例するため、（Δν）に反比例する。この関係は、光源のスペクトル形状（例えば、ガウス形状など）が変化しない場合にのみ正確であることに注意してください。

同様の数学的推論を自己相関項（式（数３）および式（数４）に含まれていない）に適用すると、自己相関信号強度のＳＮＲは（Δν）^２に反比例するという興味深いことが予測されることに注目する。

ＳＮＲ_{ｄｉｆｆｕｓｅ}∝（Δν）^－１の関係は、図３に対数スケールで示されている。さらに、Ａ－ライン持続期間τをこれらのＳＮＲ関係に明示的に含めることは有益である。サンプルの種類に関係なく、測定ＳＮＲはτに線形に比例し、ＳＮＲ_{ｄｉｆｆｕｓｅ}∝（τ）（Δν）^－１およびＳＮＲ_{ｓｐｅｃｕｌａｒ}∝（τ）（Δν）^０が得られることはよく知られている。

これらの関係を検証するために、我々は、Ａ－ライン継続時間を一定に保ち、平均パワーをほぼ一定に保ちながら光帯域幅の調整を可能にする掃引光源ＯＣＴシステムを使用して一連の撮像実験を行った。このシステムはポリゴン走査ミラーに基づいており、中心は１．３μｍであった。図１２に示すように、ポリゴン走査ミラーの角速度は広い範囲にわたって調整することができ、これに応じて光源のＡ－ラインレートが変調される。ポリゴンミラーの回転周波数を１（フル分解能、５０ｋＨｚの掃引レート）、３（１７ｋＨｚの掃引レート）、５（１０ｋＨｚの掃引レート）、７（７．１ｋＨｚの掃引レート）、および９（５．６ｋＨｚの掃引レート）の係数で減少させた。各取得過程について、我々は、同じデジタイザサンプリングレートとＡ－ラインサンプル数（Ａ－ラインあたりτ＝２０μｓにわたる２０４８個の固有のサンプリングポイント）を維持した。光パワーの小さな変動は、主に全帯域幅設定とすべての帯域幅低減設定との間における、光源のスペクトル包絡線によって引き起こされる。オシロスコープからのスペクトル形状の測定により、この変動を補正することができた。レーザーチャープとシステム分散補正曲線は、各帯域幅構成に対して計算された。フーリエ変換の前にハンウィンドウ（Hann window）を適用してサイドローブを除去した。有効焦点距離５４ｍｍの長作動距離スキャンレンズ（ＬＳＭ５４－１３１０、Ｔｈｏｒｌａｂｓ社製品）をシステムの顕微鏡対物レンズとして使用した。これにより、ビームの集束による測定ＳＮＲの変動が最小限に抑えられた。

鶏の胸肉の画像が取得され、散漫散乱の代表として表面下領域でのＳＮＲ性能が分析された。比較のために、鏡面の画像（鏡面反射の代表として）も取得して分析した。ＳＮＲは、一定のＡ－ライン持続時間および上述したように、ポリゴン速度を物理的に変化させることによって光帯域幅を変化させて評価した（図１３（ａ）参照）。また、固定ポリゴン回転周波数（５０ｋＨｚのＡ－ラインレート）の場合について、同じ光学帯域幅を達成するために、後処理でフリンジ持続時間（τ）が低減される［例えば、スペクトル窓処理、図１３（ｂ）参照］。

この実験の結果は、上述のスケーリング関係を裏付けるものである。図１３（ｃ）は、散漫散乱領域において光帯域幅の逆数に比例してＳＮＲが増加することを示している。図１３（ｄ）は、図１３（ｃ）に見られるＳＮＲ利得は、サンプルの散漫散乱の特性より得られることを示している。重要なことは、ＯＣＴシステムの分解能および感度を特徴付けるために一般に使用されるミラー信号は、図１３（ｄ）のスケーリングに従い、かつ、光帯域幅への依存性を示していないことである。ＯＣＴシステムの軸方向の分解能と生成される画像のＳＮＲは相互に切り離すことができず、測定された感度は撮像ＳＮＲの予測値として慎重に使用する必要がある。図１３（ｅ）は、光帯域幅が計算的に減少しても、拡散領域のＳＮＲがほとんど変化しないことを示している。これは、取得された縞の狭い部分が処理されることで、光学帯域幅と有効Ａ－ライン持続時間が減少することを引き起こすスペクトル窓処理のアプローチを代表するものである点において、興味深いものである。これら２つの効果（分解能の低下によるコヒーレンスゲート内のフォトンの増加、および測定期間の短縮による検出されるフォトンの減少）は、ＳＮＲに相反する影響を及ぼす。スペクトルエンベロープが一定の場合、これらの効果は確実に相殺され、ＳＮＲは影響を受けない。明確に述べられたことはないが、実際、この点がこれらのアプローチがスプリットスペクトル血管造影、スペクトルビニング偏光感受性ＯＣＴ、スペックル低減のための周波数合成、およびＳＮＲペナルティなしで（拡散反射レイジーム内で）分光学的またはハイパースペクトルＯＣＴで使用できる理由である。図１３（ｆ）は、鏡面反射体の場合、これらの窓処理方法が適用されると、ＳＮＲペナルティが観察されることを示している。ここに、ＳＮＲ／軸方向分解能のトレードオフがあり、次に、我々は、軸方向分解能を犠牲にしてより深い撮像深度を達成するために光帯域幅の減少をどのように使用できるかを実証する（図１４参照）。

ブタ膝軟骨は、比較的厚く（～２ｍｍ）、軟骨－骨界面を有するかなり均質な組織であり、多くの場合、ＯＣＴによる検出可能限界にある（図１４（ａ）参照）。関節軟骨の厚さが重要なパラメータであるシナリオでは、我々の上記の結果は、ＳＮＲパフォーマンスを優先するために大幅に低減された光帯域幅で撮像することが有利である可能性があることを示唆している。我々は、上記同様のプロトコルを使用して膝サンプルを撮像した（図１４（ｂ）のカラー写真参照）。図１４（ｃ）は、フル分解能で取得した断面画像を示す一方、図１４（ｄ）および図１４（ｅ）は、それぞれ、計算および実験的に窓処理されたデータからの１／９の光帯域幅を示している。１／９帯域幅で実験的に取得される場合、タイドマークの境界が最もよく見えることがわかる。これが役立つ可能性のあるその他の用途には、腫瘍境界画定や工業用錠剤のコーティング厚さの測定などがある。

ＳＮＲ分解能最適化の一連の事象のもう一方では、研究の目標が多くの境界状特徴を含む材料の微細構造を調査することである場合、軸方向分解能が最も重要である。その場合、それらの境界特徴が鏡面反射していると仮定すると、それらの境界特徴のＳＮＲは損なわれないが、より均一な散乱の領域ではＳＮＲが損なわれることになる。この現象は、高分解能ＯＣＴで測定した場合、これらの境界型信号および分散散乱体信号の間のコントラストの向上にも役割を果たす可能性がある。最近の論文では、高分解能（１．２μｍ）の可視光ＯＣＴシステムが、伝統的に散乱が少ない網膜の核層内に位置する高度に散乱する細胞体を視覚化した。我々の結果は、これらの細胞体はシステムの軸方向分解能のスケールで現れるため、それらのＳＮＲはより高い分解能によって影響を受けないことを示唆している。対照的に、核層の背景ではＳＮＲの低下が見られるため、高分解能システムで撮像すると「細胞体対核層」の強度比が増加する。この効果がコントラストを高める原因であることを検証するには、さらなる研究が必要となる。

広いスペクトル帯域幅にわたって部分コヒーレント光を可能にする最近のレーザー技術の進歩に伴い、ＯＣＴコミュニティ内ではますます高い軸方向分解能を目指す動きが見られる。これまで、高分解能システムで実行された感度測定は、同等の基準で低分解能システムでの感度測定と比較されてきた。１μｍオーダーの軸方向分解能を報告する多くのシステムは、ノイズが多いことが広く受け入れられているスーパーコンティニューム光源に基づいている。このようなシステムはショットノイズ制限の感度に近づいているにもかかわらず、この研究では、それらのシステムが、光帯域幅がより制限されている同等の製品よりも低い画像ＳＮＲで画像を生成し続けることを概説している。

達成可能なＳＮＲ向上にはいくつかの物理的制限もある。軸方向分解能が調査対象のサンプル構造のサイズに近づくと、分散散乱体近似が成り立たなくなり、構造全体が表面境界領域に陥り、ＳＮＲは光学帯域幅／軸方向分解能から独立する。帯域幅の削減によって軸方向分解能を低下させることによって達成できるＳＮＲ向上にも限界がある。この制限は、ボクセルの上部に比べて下部からの信号、または共焦点ゲートからの信号を減少させる、深度に依存する信号の減衰に起因する可能性がある。もちろん、後者は光コヒーレンス顕微鏡システムに最も関連している。最後に、この研究から、干渉計の未補正の分散不均衡またはチャープ縞は、どちらも軸方向分解能を低下させるため、ＳＮＲを向上させる可能性がある。ただし、これは、分散／チャープによるＰＳＦの広がりに伴う点像分布関数の減衰を無視している。この減衰のため、分散／チャープによって単一のコヒーレンスゲート内の光子の数が増加することはなく、したがってＳＮＲは改善されない。

伝統的に、ＯＣＴシステム設計は、極広帯域光源を使用することによる実用的および工学的課題に対して、高い軸方向分解能の利点のバランスを取ってきた。この研究では、我々は、軸方向分解能が高いとＳＮＲが低下する可能性があることを示した。したがって、用途によっては、軸方向の分解能を意図的に下げて撮像することが有利な場合がある。

本発明は、その好ましい実施形態および特定の実施例を参照して図示および説明されてきたが、当業者にとって、他の実施形態および実施例が同様の機能を実行し、および／または同様の成果を達成できることは明らかである。その結果。このような同等な実施形態および実施例はすべて本発明のスピリットおよび範囲内にあり、以下の特許請求の範囲によってカバーされることが意図されている。

Claims (40)

1. 散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するように構成される光源であって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供する光源と、
   前記サンプルからの干渉データを生成するために、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置と、
   前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合し、前記サンプルからの前記干渉データを収集するように構成される検出器と、
   前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるように構成されるコントローラと、
   を備え、
   前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含む、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システム。
2. 前記コントローラは、前記第１干渉データの第１信号対雑音比（ＳＮＲ）と前記第２干渉データの第２信号対雑音比（ＳＮＲ）とを決定するように構成され、
   前記第２信号対雑音比は、前記第１信号対雑音比よりも大きい、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
3. 前記コントローラは、前記第１干渉データの第１軸方向分解能と前記第２干渉データの第２軸方向分解能とを決定するように構成され、
   前記第１軸方向分解能は、前記第２軸方向分解能よりも小さい、請求項１に記載のＯＣＴシステム。
4. 前記第１照明の第１パワーレベルは、前記第２照明の第２パワーレベルと実質的に等しい、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
5. 前記第２帯域幅と前記第１帯域幅との比が０．５以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
6. 前記第２帯域幅と前記第１帯域幅との比が０．２５以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
7. 前記第２帯域幅と前記第１帯域幅との比が０．１以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
8. 前記第１帯域幅または前記第２帯域幅の少なくとも一方は、パワースペクトル密度の半値全幅値（ＦＷＨＭ）と、二乗平均平方根（ＲＭＳ）帯域幅と、前記光源の使用可能な撮像光のトータルエッジ間光学帯域幅との少なくとも１つを決定することに基づいて決定する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
9. 前記光源は、第１期間に前記第１照明を照射し、前記第１期間と異なる第２期間に前記第２照明を照射する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
10. 前記光源は、掃引光源と、コム光源と、ステップ式光源との少なくとも１つを備え、
    前記第１帯域幅または前記第２帯域幅は、前記光源の使用可能な撮像光のトータルエッジ間光学帯域幅を決定することに基づいて決定する、請求項９に記載のＯＣＴシステム。
11. 前記検出器は、時間の関数として、前記サンプルからの前記干渉データを収集するように構成される、請求項９に記載のＯＣＴシステム。
12. 前記検出器は、シングルエンド検出器またはバランス検出器の少なくとも１つを備える、請求項１１に記載のＯＣＴシステム。
13. 前記光源は、前記第１照明を提供する第１光源と、前記第２照明を提供する第２光源とを備え、
    前記コントローラは、前記第１光源から前記サンプルへ前記第１照明を伝導することと、前記第２光源から前記サンプルへ前記第２照明を伝導することとを切り替えるように構成される、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
14. 前記第１光源および前記第２光源の少なくとも一方は、広帯域光源を備える、請求項１３に記載のＯＣＴシステム。
15. 前記検出器は、波長の関数として、前記サンプルから前記干渉データを収集するように構成される、請求項１４に記載のＯＣＴシステム。
16. 前記検出器は分光計を備える、請求項１５に記載のＯＣＴシステム。
17. 前記第１干渉データの横方向分解能は、前記第２干渉データの横方向分解能に等しい、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のＯＣＴシステム。
18. 散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するように構成される光源であって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供する光源と、
    前記サンプルからの干渉データを生成するために、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置と、
    前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合し、波長の関数として前記サンプルからの前記干渉データを収集するように構成される検出器と、
    前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるように構成されるコントローラと、
    を備え、
    前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含み、
    前記第１帯域幅と前記第２帯域幅との比は、少なくとも２である、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システム。
19. 散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するように構成される光源であって、前記第１照明は、第１帯域幅の光を提供し、かつ、第１波長対時間プロフィールおよび第１パワー対時間プロフィールを有し、前記第２照明は、前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供し、かつ、第２波長対時間プロフィールおよび第２パワー対時間プロフィールを有する光源と、
    前記サンプルからの干渉データを生成するために、それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置と、
    前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合し、前記サンプルからの前記干渉データを収集するように構成される検出器と、
    前記第１照明の前記第１波長対時間プロフィールまたは前記第１パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御し、前記第２照明の前記第２波長対時間プロフィールまたは前記第２パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御することにより、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるように構成されるコントローラと、
    を備え、
    前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含む、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システム。
20. 前記コントローラは、前記第１照明の前記第１波長対時間プロフィールまたは前記第１パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御し、前記第２照明の前記第２波長対時間プロフィールまたは前記第２パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御することに基づいて、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を切り替えてより高い信号対雑音比（ＳＮＲ）またはより小さい軸方向分解能を提供するために前記光源を制御するように構成される、請求項１９に記載の光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システム。
21. 光源を使用し、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するステップであって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供するステップと、
    それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備えるＯＣＴ光学装置を用いて、前記サンプルからの干渉データを生成するステップと、
    コントローラを用いて、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるステップと、を備え、
    前記干渉データは、前記第１照明を用いて取得した第１干渉データと、前記第２照明を用いて取得した第２干渉データとを含む、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法。
22. 前記コントローラを用いて、前記第１干渉データの第１信号対雑音比（ＳＮＲ）と前記第２干渉データの第２信号対雑音比（ＳＮＲ）とを決定するステップをさらに含み、
    前記第２信号対雑音比は、前記第１信号対雑音比よりも大きい、請求項２１に記載の方法。
23. 前記コントローラを用いて、前記第１干渉データの第１軸方向分解能と前記第２干渉データの第２軸方向分解能とを決定するステップをさらに含み、
    前記第１軸方向分解能は、前記第２軸方向分解能よりも小さい、請求項２１に記載の方法。
24. 前記第１照明の第１パワーレベルは、前記第２照明の第２パワーレベルと実質的に等しい、請求項２１から請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
25. 前記第２帯域幅と前記第１帯域幅との比が０．５以下である、請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 前記第２帯域幅と前記第１帯域幅との比が０．２５以下である、請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記第２帯域幅と前記第１帯域幅との比が０．１以下である、請求項２１から請求項２４のいずれか一項に記載の方法。
28. 前記第１帯域幅または前記第２帯域幅の少なくとも一方を、パワースペクトル密度の半値全幅値（ＦＷＨＭ）と、二乗平均平方根（ＲＭＳ）帯域幅と、前記光源の使用可能な撮像光のトータルエッジ間光学帯域幅との少なくとも１つを決定することに基づいて決定するステップをさらに含む、請求項２１から請求項２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記第１照明および第２照明を提供するステップは、第１期間に前記第１照明を照射し、前記第１期間と異なる第２期間に前記第２照明を照射するステップをさらに含む、請求項２１から請求項２７のいずれか一項に記載の方法。
30. 前記光源は、掃引光源と、コム光源と、ステップ式光源との少なくとも１つを備え、
    前記方法は、前記光源の使用可能な撮像光のトータルエッジ間光学帯域幅を決定することに基づいて、前記第１帯域幅または前記第２帯域幅を決定するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記サンプルからの前記干渉データを収集するステップは、時間の関数として、前記サンプルからの前記干渉データを収集するステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
32. 前記検出器は、シングルエンド検出器またはバランス検出器の少なくとも１つを備える、請求項３１に記載の方法。
33. 前記光源は、前記第１照明を提供する第１光源と、前記第２照明を提供する第２光源とを備え、
    第１照明および第２照明を提供するステップは、前記第１光源から前記サンプルへ前記第１照明を伝導することと、前記第２光源から前記サンプルへ前記第２照明を伝導することとを切り替えるステップをさらに含む、請求項２１から請求項２７のいずれか一項に記載の方法。
34. 前記第１光源および前記第２光源の少なくとも一方は、広帯域光源を備える、請求項３３に記載の方法。
35. 前記サンプルからの前記干渉データを収集するステップは、波長の関数として、前記サンプルから前記干渉データを収集するステップをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
36. 前記検出器は分光計を備える、請求項３５に記載の方法。
37. 前記第１干渉データの横方向分解能は、前記第２干渉データの横方向分解能に等しい、請求項２１から請求項３６のいずれか一項に記載の方法。
38. 光源を用いて、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するステップであって、前記第１照明は第１帯域幅の光を提供し、前記第２照明は前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供するステップと、
    それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置を用いて、前記サンプルからの干渉データを生成するステップと、
    分光計を備え、かつ、前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合する検出器を用いて、波長の関数として前記サンプルからの前記干渉データを収集するステップと、
    コントローラを用いて、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるステップと、
    を備え、
    前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含み、
    前記第１帯域幅と前記第２帯域幅との比は、少なくとも２である、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法。
39. 光源を用いて、散漫散乱サンプルに対して第１照明および第２照明を提供するステップであって、前記第１照明は、第１帯域幅の光を提供し、かつ、第１波長対時間プロフィールおよび第１パワー対時間プロフィールを有し、前記第２照明は、前記光源を用いて前記第１帯域幅よりも狭い第２帯域幅の光を提供し、かつ、第２波長対時間プロフィールおよび第２パワー対時間プロフィールを有するステップと、
    それぞれが前記光源と光学的に結合するサンプル光路および参照光路を備える光干渉断層撮影（ＯＣＴ）光学装置を用いて、前記サンプルからの干渉データを生成するステップと、
    前記ＯＣＴ光学装置と光学的に結合する検出器を用いて、前記サンプルからの前記干渉データを収集するステップと、
    コントローラを用いて、前記第１照明の前記第１波長対時間プロフィールまたは前記第１パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御し、前記第２照明の前記第２波長対時間プロフィールまたは前記第２パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御することにより、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を前記第１照明および前記第２照明の間で切り替えるために前記光源を制御するステップと、
    を備え、
    前記干渉データは、前記第１照明を用いて得られる第１干渉データ、および前記第２照明を用いて得られる第２干渉データを含む、光干渉断層撮影（ＯＣＴ）を行う方法。
40. 前記光源を制御するステップは、前記第１照明の前記第１波長対時間プロフィールまたは前記第１パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御し、前記第２照明の前記第２波長対時間プロフィールまたは前記第２パワー対時間プロフィールの少なくとも一方を制御することに基づいて、前記ＯＣＴ光学装置に提供された照明を切り替えてより高い信号対雑音比（ＳＮＲ）またはより小さい軸方向分解能を提供するために前記光源を制御するステップをさらに含む、請求項３９に記載の方法。