JP6009053B2 - 光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化システム及び方法に関し、特に、皮膚治療のモニタリングができるように、肉眼で確認し難い色素性病変が分解される程度を定量化することが可能なシステム及び方法に関する。

皮膚に現れる色素性病変としては、痣、そばかす、くすみ、黒子、シミ、太田母斑、入れ墨などの様々なものがある。一般に、このような色素性病変は、紫外線に長時間晒されてメラニン色素が過剰に生成されるか、或いはメラニン色素を作る母斑細胞が一塊になって発生する。入れ墨は、絵や文字を永久的に示すために、皮膚に傷を作って色素などをわざと入れたものをいう。

医学的に、入れ墨は、外部から皮膚の内側の丈夫な膜である真皮内に色素が流入した状態と定義できる。光レーザーは、色素性病変が存在する特定の色素に選択的に吸収できる。このような光レーザーの特性は、高エネルギー放射線の精密な光線が、局所化された加熱及び所望しない組織の破壊を誘導する手術及び美容手順に有用であると立証されている。この場合、光パルスの持続時間及び強度は、レーザーエネルギーがパルスの間に周辺組織へ拡散する程度、及び所望しない局所化された蒸気化を引き起こす程度に影響を与えるおそれがある。

従来の色素性病変の治療過程で、ナノ秒パルスのレーザーは、深い熱浸透によって皮膚に深刻な熱損傷を引き起こすおそれがある。より詳しくは、レーザーの治療技法は、色素組織の大きさ及び位置を考慮してパルス長を調整し、選択的光熱分解原理（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍｏｌｙｓｉｓ）に基づいて色素性病変にのみ光エネルギーを照射する。これにより発生する光熱作用は、ターゲットにされた母斑細胞がレーザーエネルギーを吸収して熱を発生させ、周辺組織への熱伝達が起こりながら色素性病変の熱分解を誘発する。

しかし、一般に、色素性病変の熱緩和時間は、キュースイッチングレーザー（Ｑ−ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｌａｓｅｒ）のパルス長より短い３０ｎｓであるため、周辺組織に熱が浸透するおそれがある。これは、皮膚の熱損傷及び合併症を引き起こすおそれがあり、色素性病変の完全な除去を難しくする。このような点を克服するためには、色素性病変の熱緩和時間よりも短いパルスを用いて、光機械及び光熱作用を同時に誘発することができなければならない。色素性病変の理論的な応力緩和時間は、３０〜２００ｐｓであって、ナノ秒レーザーに比べて非常に短い時間を要求する。色素性病変の応力緩和時間に対応する光機械及び光熱の同時作用は周辺組織の損傷を最小化しながら機械的な力によって色素をさらに小さく分解させることができる。色素性病変は、小さく分解されるほど、体内のマクロファージが除去されるか或いはリンパ管を介して容易に排出されるので、その除去率が優れる。最近では、光レーザー治療技術の進歩によって１兆分の１秒に達する速度でレーザーエネルギーを伝達するピコ秒技術を利用した光レーザーが開発されている。これに関連した従来の特許文献としては特許文献１及び特許文献２がある。

ところが、従来は、このようなレーザー治療技術との融合が可能な診断システムが用意されていないため、治療中の病変組織の変化をリアルタイムでモニタリングすることができないという問題点がある。一般に、治療中の色素性病変は、皮膚の表皮変化を肉眼で確認することにより治療の経過を判断することができる。色素性病変除去の効率性及び安定性を検証するためには、除去中の色素性病変が定量的に評価できなければならない。皮膚治療のモニタリング及び治療過程を最適化するために、レーザー治療後の残留色素の分解量を測定して色素性病変を定量化することが可能な技術が求められる。

一方、光干渉断層撮影（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術は、生体組織の画像を実現するために波動の干渉原理を利用する。具体的には、ＯＣＴは、組織へ光を照射する光源と、組織から反射された光を検出する受光素子とを備える。照射された光は、組織内部のすべての深い層で反射され、反射された光の経路差に応じて受光素子で干渉された光の強度が決定される。ＯＣＴは、このような光の強度を測定することにより被写体に対する情報を得る。一般にＯＣＴが使用する光は、皮膚を深く透過することができないため（約２ｍｍ）、主に細胞膜や網膜などの研究に利用された。皮膚の中の色素性病変の情報を得るためには、光が照射される軸方向の測定範囲を向上させることが有利であり、数〜数十ｎｍサイズの組織から反射されて干渉された信号を解析することができなければならない。

米国登録特許第７，５８６，９５７号公報 米国登録特許第７，９２９，５７９号公報

本発明は、治療用光が照射された色素性病変の分解程度を把握することができるように、光断層干渉技法を用いて色素性病変を定量化することが可能なシステム及び方法を提供することを目的とする。特に、本発明は、ピコ秒レーザーのようにレーザー治療技術の向上に伴い、肉眼で確認し難い皮膚治療の性能を評価することが可能なシステム及び方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、光が照射される軸方向の測定範囲を向上させることにより、色素性病変の大きさ情報を光干渉断層撮影原理を利用して算出することが可能なシステム及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法において、光を照射し、色素性病変の第１境界面と第２境界面から反射されて生成された干渉信号を受信する（ａ）段階と、干渉信号の位相情報を用いて前記色素性病変の大きさ情報を算出する（ｂ）段階とを含むことを特徴とする、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法を提供する。

好ましくは、（ａ）段階は、光を光カプラーを介して第１分解光と第２分解光とに分離する段階と、第１分解光を経路の調節が可能な基準段に照射し、第２分解光を色素性病変のある被写体が配置されたサンプル段に照射する段階と、基準段から反射された第１分解光と色素性病変の第１、第２境界面から反射された第２分解光とが重畳されて生成された第１干渉信号を受信する段階とを含むことができる。

好ましくは、（ａ）段階は、第１分解光と第２分解光との光経路差がシステムの測定範囲に該当するように基準段を調節する段階をさらに含むことができる。

好ましくは、（ｂ）段階は、干渉信号の位相をマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）し、マッピングされた画像から位相変化量を算出し、位相変化量から色素性病変の大きさ情報を算出することができる。この場合、（ｂ）段階は、干渉信号をフーリエ変換し、変換された位相データを３次元画像にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）することができる。

また、本発明の他の観点によれば、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法において、第１光を照射し、色素性病変の第１境界面と第２境界面から反射されて生成された第１干渉信号を受信する（１）段階と、第１光とは異なる波長を有する第２光を照射し、第１境界面と第２境界面から反射されて生成された第２干渉信号を受信する（２）段階と、第１干渉信号と第２干渉信号の位相情報から中心波長を算出する（３）段階と、第１干渉信号の位相情報と中心波長を用いて色素性病変の大きさ情報を算出する（４）段階とを含むことを特徴とする、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法を提供する。

好ましくは、（１）段階は、第１光を光カプラーを介して第１分解光と第２分解光とに分離する段階と、第１分解光を経路の調節が可能な基準段に照射し、第２分解光を色素性病変のある被写体が配置されたサンプル段に照射する段階と、基準段から反射された第１分解光と色素性病変の第１、第２境界面から反射された第２分解光とが重畳されて生成された第１干渉信号を受信する段階とを含むことができる。

好ましくは、（２）段階は、第２光を光カプラーを介して第３分解光と第４分解光とに分離する段階と、第３分解光を経路の調節が可能な基準段に照射し、第４分解光を色素性病変のある被写体が配置されたサンプル段に照射する段階と、基準段から反射された第３分解光と色素性病変の第１、第２境界面から反射された第４分解光とが重畳されて生成された第２干渉信号を受信する段階とを含むことができる。

好ましくは、本発明は、前記第１分解光と前記第２分解光との光経路差がシステムの測定範囲に該当するように基準段を調節する段階をさらに含むことができる。

好ましくは、（３）段階は下記式１から前記中心波長が算出できる。
式１中、Λは中心波長、λ_１は第１干渉信号の波長、λ_２は第２干渉信号の波長をそれぞれ意味する。

好ましくは、（４）段階は、第１干渉信号をフーリエ変換して位相データを算出する段階と、位相データに中心波長を２で割った値を画像にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）する段階とを含むことができる。

また、本発明の別の観点によれば、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化システムにおいて、光源から発生した光を第１分解光と第２分解光に分離する光カプラーと、第１分解光が照射され、経路の調節が可能な基準段と、第２分解光が照射され、色素性病変が配置されるサンプル段と、基準段から反射された第１分解光と色素性病変の第１、第２境界面から反射された第２分解光とが重畳されて生成された干渉信号を受信する光検出器と、干渉信号の位相情報を用いて色素性病変の大きさ情報を算出する制御部とを含むことを特徴とする、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化システムを提供する。

好ましくは、制御部は、干渉信号の位相をマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）し、マッピングされた画像から位相変化量を算出し、位相変化量から色素性病変の大きさ情報を算出することができる。

本発明によれば、光が照射される軸方向の測定範囲を向上させることにより、色素性病変の大きさ情報を光干渉断層撮影原理を利用して算出することができるという利点がある。

また、本発明によれば、色素性病変の分解程度を干渉信号の位相変化量を用いて可視化することにより、皮膚の治療程度をモニタリングすることができるという利点がある。

また、本発明は、ピコ秒レーザーのようにレーザー治療技術の向上に伴い、肉眼では確認し難いレーザー治療器の皮膚治療性能を評価することができるという利点がある。

また、本発明は、色素性病変の分解程度を定量的に把握することにより、色素性病変の除去効率性及び安定性を検証することができるという利点がある。

干渉信号の概念を説明するためのマイケルソン干渉計の構成図である。 本発明の実施形態に係る光干渉断層撮影を用いて色素性病変を定量化するシステムの構成図である。 本発明の実施形態に係る光干渉断層撮影を用いて色素性病変を定量化する方法を示すフローチャートである。 位相データがマッピングされた画像における平均自由行路（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ）の変化による位相変化量を測定したグラフを示す。

以下、添付図面に記載された内容を参照して本発明を詳細に説明する。但し、本発明は、例示的な実施形態によって制限または限定されるものではない。各図面に提示された同一の参照符号は実質的に同一の機能を行う部材を示す。

本発明の目的及び効果は、下記の説明によって自然に理解されるかより明らかにされることができ、下記の記載のみで本発明の目的及び効果が限定されるものではない。

本発明の目的、特徴及び利点は以下の詳細な説明からより明らかになるだろう。また、本発明を説明するにあたり、本発明に関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にするおそれがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

図１は干渉信号の概念を説明するためのマイケルソン干渉計の構成図である。図１を参照すると、マイケルソン干渉計は、光源１、光分離器３、可変鏡５、固定鏡７及び光検出器９から構成できる。光源１から放出された光は光分離器３によって垂直に分けられる。分けられた分解光は可変鏡５と固定鏡７にそれぞれ入射する。可変鏡５と固定鏡７から反射されたそれぞれの分解光は光分離器３で共通経路に沿って重畳されて光検出器９に入射する。本明細書では、このように互いに異なる経路に沿って進行した光が重畳された信号を干渉信号８という。

一般に、物体の大きさを測定するためには物体の大きさよりも波長の小さい光を利用しなければならない。しかし、前述した光の干渉現象による干渉信号８を利用すれば、物体よりも大きい波長の光でも物体の大きさを測定することができる。

これに関連してより詳細に説明すると、物体の大きさを測定するのは物体を構成する２つの境界面の距離差を測定することである。このような境界面では、屈折率が異なるため、一部の光は反射され且つ一部の光は透過される。２つの境界面からそれぞれ反射された光は時間差をおいて検出器に到達する。したがって、光の時間差は２つの境界面の距離情報を持っており、これは物体の大きさ情報を含んでいるものと理解できる。境界面から反射された光の時間差を利用すれば、細胞組織のように数〜数十ｎｍと小さい物体を測定するために、組織の大きさよりも小さい波長の光を利用しなくてもよいという利点がある。

但し、反射された光の時間差は一般に数〜数十ピコ秒なので、これを測定することは容易でない。干渉信号８は、光源から放出された一つの光が異なる経路に沿って進行している途中で、時間差を置いて再び合わせられた信号をいう。この光は重畳の原理によって空間上で一つの光として見られ、経路間の差に応じて、干渉された光の位相が変わる。色素性病変をなす２つの境界面の距離が光の波長よりも短い場合にも、干渉された光は位相変化を示すので、干渉された光の位相変化から距離差を測定することができる。

干渉された光の位相変化は下記式２のような関係式を有する。
式２中、Ｉは光の強度であり、λは光の波長であり、ΔＬは２つの境界面の距離差を示す。従来のＯＣＴ技術は前述した原理に基づいて検出された光の強度から色素性病変の情報を算出する。しかし、同一の距離差によって与えられる光の干渉信号の強度は、絶対的な値ではなく、境界面の反射度及び透過度と物体の吸収程度によって影響を受けるので可変するという問題点がある。よって、干渉信号の強度のみで色素性病変の大きさを測定することは不正確であってもよい。

以下、本発明に係る実施形態では干渉信号を制御し、制御された信号の位相処理を介して色素性病変の大きさを定量化することが可能なシステム及び方法について説明する。

図２は本発明の実施形態に係る光干渉断層撮影を用いて色素性病変を定量化するシステムの構成図である。図２を参照すると、色素性病変の定量化システム１０は、光源１０１、光カプラー１０３、基準段１０５、サンプル段１０７、光検出器１０８及び制御部１０９を含むことができる。本実施形態において、干渉のための干渉計としてはマッハツェンダー干渉計が使用できる。また、基準段１０５とサンプル段１０７とが一体化している共通経路干渉計が使用できる。

光源１０１は、人体の皮膚１７に対する診断用モニタリング情報を提供するために診断用光を放出することができる。本発明に係る実施形態において、光源１０１が放出する診断用光は、皮膚の色素性病変のサイズを定量化するために使用できる。診断用光の経路にはアイソレーター１０１１が設置できる。アイソレーター１０１１は、光源１０１から放出された診断用光が逆に光源１０１に入射することを遮断することができる。

光カプラー１０３には、光源１０１から放出された診断用光が入射する。光カプラー１０３は、入射した診断用光を基準段１０５とサンプル段１０７の方向に分離して出力することができる。また、光カプラー１０３は、基準段１０５とサンプル段１０７側からら反射されて生成された干渉信号１５を光検出器１０８の方向に出力することができる。

基準段１０５は、基準ミラー１０５５、集束レンズ１０５３および平行変換レンズ１０５１から構成できる。基準ミラー１０５５は、光カプラー１０３を介して、分離された第１分解光１１を反射させることにより、光カプラー１０３へ逆入射させるように配置できる。基準ミラー１０５５は、第１分解光１１の経路長を調節することができるように線形往復運動が可能である。基準ミラー１０５５は、入射する第１分解光１１の経路長を予め設定することができ、必要に応じて第１分解光１１の経路長を調節することができる。

基準ミラー１０５５と光カプラー１０３との間には、拡散する第１分解光１１を平行ビームに変換する平行変換レンズ１０５１が設けられてもよい。また、平行変換レンズ１０５１と基準ミラー１０５５との間には、第１分解光１１を基準ミラー１０５５に集束させる集束レンズ１０５３が備えられてもよい。

サンプル段１０７は平行変換レンズ１０７１及び集束レンズ１０７３からなってもよく、サンプル段１０７には色素性病変のある被写体１７が固定配置されてもよい。

診断用光は、治療用光の照射後に或いは治療用光と共に色素性病変１７に照射できる。色素性病変１７に照射された第２分解光１３は色素性病変１７の境界面で反射できる。サンプル段１０７は、干渉信号１５の３次元位相情報を得るために、反射された第２分解光１３を２次元的にスキャンすることができる。２次元スキャナとしてはＭＥＭＳミラーが使用できる。

反射された第２分解光１３は、色素性病変１７の第１境界面で反射された第１反射光と、色素性病変１７の第２境界面で反射された第２反射光とを含むことができる。

第２分解光１３のうち、第２反射光は、第１反射光と微細な時間差をおいて光カプラー１０３に逆入射する。結局、光カプラー１０３では、逆入射した第１分解光１１と第１反射光と第２反射光とが重畳されて干渉信号１５が出力される。

色素性病変１７と光カプラー１０３との間には、拡散する第２分解光１３を平行ビームに変換する平行変換レンズ１０７１が設けられてもよい。また、平行変換レンズ１０７１と色素性病変１７との間には、第２分解光１３を色素性病変１７に集束させる集束レンズ１０７３が備えられてもよい。

光検出器１０８は、反射されて光カプラー１０３に逆入射した第１分解光１１と第２分解光１３が重畳されて生成された干渉信号１５を受信することができる。光検出器１０８は、光源１０１からの光が波長可変光源である場合にはフォトダイオードからなり、広帯域光源の場合には回折格子１０８３を使用する分光器からなってもよい。

本実施形態のように基準段１０５とサンプル段１０７からなる干渉計によれば、干渉信号１５は、色素性病変１７の境界面間の距離差によってのみ光の強度が決定されるのとは異なり、基準段１０５とサンプル段１０７で反射されたそれぞれの境界面との経路差によって干渉が発生する。

色素性病変１７の２つの境界面間の距離差を「ｄ」とすれば、それに該当する第１反射光と第２反射光との干渉信号が発生し、これは反射された第２分解光１３と見なすことができる。また、基準段の光経路長がＬ_１であり、サンプル段１０７に置かれた色素性病変１７の第１境界面までの光経路長がＬ_２であれば、色素性病変１７の第２境界面までの光経路長はＬ_２＋ｄとなる。この場合、干渉信号１５には、Ｌ_１−Ｌ_２である第１経路差とＬ_１−（Ｌ_２＋ｄ）である第２経路差が存在する。より詳しくは、第１経路差は、第１分解光１１と第２分解光１３のうち、第１境界面で反射された第１反射光の経路差であり、第２経路差は、第１分解光１１と第２分解光１３のうち、第２境界面で反射された第２反射光の経路差であると理解することができる。

それぞれの経路差に該当する干渉縞は前記式１によって光の明るさが決定される。本実施形態によれば、基準ミラー１０５５の経路を可変させることにより経路差が変化し、これは第１、第２経路差のすべてを変化させる。すなわち、干渉信号１５は、基準ミラー１０５５の経路長に対する関数によって２つの経路差が決定され、経路差ΔＬの制御は、前記式２に基づいて干渉信号１５の位相である以下の式３を制御することができることを意味する。

干渉信号１５の位相値（上記の式３）を考察すると、経路差ΔＬが０である場合、コサイン関数は最大値を有し、光検出器１８では干渉信号１５が最も明るく測定される。干渉計が存在しない場合、経路差ΔＬが０である情報は大きさ情報がないのと同様なので無用であるが、本実施形態のように干渉計が存在する場合、前記経路差による干渉信号１５の位相値は意味がある。基準段１０５とサンプル段１０７の干渉計が存在する場合、基準ミラー１０５５の光経路長は、Ｌ_２になる瞬間とＬ_２＋ｄになる瞬間、干渉信号１５の位相が０になって最も明るく測定される。ところが、システムはこのような光経路差の測定範囲に限界を持つ。

ユーザーは、第１分解光１１と第２分解光１３の光経路差がシステムの測定範囲に該当するように基準ミラー１０５５を調節することができる。基準段１０５とサンプル段１０７の経路差はＬ_{ｏｆｆｓｅｔ}＝Ｌ_１−Ｌ_２で表わすことができる。通常のシステムでは、測定可能な経路差の範囲が限定される。システムのＬ_{ｏｆｆｓｅｔ}測定範囲は一般に数ｍｍの範囲内である。よって、ユーザーは、Ｌ_{ｏｆｆｓｅｔ}値が測定可能な範囲となるように基準ミラー１０５５を調節しなければならない。その後、ユーザーは基準ミラー１０５５を固定して干渉信号１５を測定することができる。

サンプル段１０７の各境界面で発生した経路差は色素性病変１７の大きさ情報を示す。このような経路差は微細であって距離変数で測定することが難しい。従来のＯＣＴは、干渉された光の強度がピークからピークへ変化する波長の長さから被写体の境界面による経路差を算出して皮膚の断層画像を取得する。但し、従来のＯＣＴのように光の強度の変化では光の波長よりも小さい色素性病変１７組織の大きさを測定することができない。これは、光源が持つ可干渉距離が物体の厚さよりも広い場合、物体の厚さを区分することができないためである。

したがって、本発明に係る実施形態では、光の明るさではなく光の位相情報を用いて被写体の境界面に沿い経路差を算出する。干渉信号１５の位相情報を利用すれば、光源の波長以下の経路差に対する情報を取得することができるという効果がある。これは図３を介して後述する。

光源１０１から発生する光が広帯域光源である場合、光検出器１０８と光カプラー１０３との間には平行変換レンズ１０８１、回折格子１０８３及び集束レンズ１０８５が備えられてもよい。平行変換レンズ１０８１は拡散する干渉信号１５を平行ビームに変換する。回折格子１０８３は干渉信号１５の光を波長ごとに分離することができる。集束レンズ１０８５は回折格子１０８３を経た干渉信号１５を光検出器１０８に集束させる。

制御部１０９は、光検出器１０８が受信した干渉信号１５の位相を分析して色素性病変の大きさ情報を算出することができる。図面には示していないが、制御部１０９には、色素性病変の大きさ情報をグラフで視覚化して表示するディスプレイが含まれてもよい。

以下、本発明の実施形態に係る色素性病変の定量化方法を説明する。一実施形態として、色素性病変の定量化方法は、光源１０１から光を照射し、色素性病変１７の第１境界面と第２境界面から反射されて生成された干渉信号１５を受信する（ａ）段階と、干渉信号の位相情報を用いて色素性病変１７の大きさ情報を算出する（ｂ）段階とを含むことができる。

（ａ）段階は、光源１０１から放出された光を光カプラー１０３を介して第１分解光１１と第２分解光１３に分離する段階と、第１分解光１１は経路の調節が可能な基準段１０５に照射し、第２分解光１３は色素性病変１７のある被写体が配置されたサンプル段１０７に照射する段階と、基準段１０５から反射された第１分解光１１と色素性病変１７の第１、第２境界面から反射された第２分解光１３とが重畳されて生成された干渉信号１５を受信する段階とを含むことができる。反射された第２分解光１３は、前述したように、色素性病変１７の第１境界面で反射された第１反射光と第２境界面で反射された第２反射光とを含む用語である。

また、（ａ）段階は、第１分解光１１と第２分解光１３の光経路差がシステムの測定範囲に該当するように基準段１０５を調節する段階をさらに含むことができる。この場合、基準段１０５の基準ミラー１０５５を調節して第１分解光１１の経路長を可変することにより、前述したＬ_{ｏｆｆｓｅｔ}値を調整する。

（ｂ）段階は制御部１０９で行われ得る。（ｂ）段階は干渉信号１５の位相データを抽出することができる。（ｂ）段階は抽出した位相データを２次元画像にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）して前記画像から位相変化量を算出し、位相変化量から色素性病変１７の大きさ情報を算出することができる。この場合、（ｂ）段階は、干渉信号１５をフーリエ変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）し、変換された位相データを２次元画像にマッピングすることができる。

光検出器１０８を介して検出した干渉信号１５は、前記式１のように光の強度及び位相情報を含む。（ｂ）段階でこれをフーリエ変換した結果は、下記式４のような関係式を持つ。
式４中、ＦＦＴ（Ｉ）はフーリエ変換された干渉信号１５を意味し、Ｅ（２ｎＬ）はシステム定数を意味し、指数（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ）項内の２ｎｋΔＬは干渉信号１５の位相情報を意味する。（ｂ）段階は、干渉信号１５の位相Φ＝２ｎｋΔＬを経時的に測定することができる。（ｂ）段階は測定された位相データから位相画像を実現することができる。２次元スキャンを介して、このような個別位相データは３次元的な位相マッピングが可能である。

（ｂ）段階は、３次元的に位相がマッピングされた画像から粒子のサイズ別の散乱特性による平均自由行路（Ｍｅａｎ Ｆｒｅｅ Ｐａｔｈ）の変化を計算して位相変化量を算出することができる。ここで、ｋ＝２π／λなので、位相値の測定をよる経路差ΔＬは以下の式５のように計算されて表示できる。

図４は位相データがマッピングされた画像から平均自由行路（Ｍｅａｎ Ｆｒｅｅ Ｐａｔｈ）の変化による位相変化量を測定したグラフを示す。

（ｂ）段階は、位相変化量を一定の単位間隔で分類してヒストグラムで測定結果を可視化することができる。このとき、測定空間における位相情報は、３Ｄ被写体における光軸方向の合算情報であって、色素性病変１７の大きさ別の情報は割合として計算できる。例えば、１ｕｍ以下は１０％、１〜１０ｕｍは５％、１０〜６０ｕｍは１０％、５０〜１００ｕｍは２０％、１００〜２００ｕｍは２０％、２００〜４００ｕｍは１０％などの割合値をグラフで表示することができる。

光が可干渉距離を考慮した経路差の最大測定範囲は、照射された光の波長距離を半分に割った値に該当する。ここで、干渉信号１５の位相Φは０〜２πラジアンの範囲内で変化するので、照射された光の光軸方向の最大測定範囲（経路差の測定範囲）はλ／２ｎとなる。

色素性病変の定量化方法の他の実施形態として、皮下層の色素性病変情報を得るためには光軸方向の測定範囲が向上することが好ましい。これは、波長が異なる２つの信号の位相を組み合わせて新しい中心波長を算出することにより、測定範囲を向上させることができる。算出された中心波長は、既存の光よりも長い波長を持つことになり、光検出器の測定範囲を長くすることができる。

図３は本発明の実施形態に係る光干渉断層撮影を用いて色素性病変を定量化する方法を示すフローチャートである。図３を参照すると、光の干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法は、第１干渉信号受信段階Ｓ１０、第２干渉信号受信段階Ｓ３０、中心波長算出段階Ｓ５０、及び色素性病変の大きさ情報算出段階Ｓ７０を含むことができる。

第１干渉信号受信段階Ｓ１０は、光源１０１から第１光を照射し、色素性病変１７の第１境界面と第２境界面から反射されて生成された第１干渉信号１５ａを受信する。

第２干渉信号受信段階Ｓ３０は、光源１０１から第１光とは異なる波長を有する第２光を照射し、前記第１境界面と前記第２境界面から反射されて生成された第２干渉信号１５ｂを受信する。

中心波長算出段階Ｓ５０は、第１干渉信号１５ａと第２干渉信号１５ｂの位相情報を用いて新しい中心波長を算出することができる。色素性病変の大きさ情報算出段階Ｓ７０は、第１干渉信号１５ａまたは第２干渉信号１５ｂの位相情報と算出された中心波長を用いて色素性病変の大きさ情報を算出することができる。

第１干渉信号受信段階Ｓ１０は、第１光を光カプラー１０３を介して第１分解光１１ａと第２分解光１３ａに分離する段階と、第１分解光１１ａは経路の調節が可能な基準段１０５に照射し、第２分解光１３ａは色素性病変１７のある被写体が配置されたサンプル段１０７に照射する段階と、基準段１０５から反射された第１分解光１１ａと色素性病変１７の第１、第２境界面から反射された第２分解光１３ａとが重畳されて生成された第１干渉信号１５ａを受信する段階とを含むことができる。この場合、ユーザーは、第１分解光１１ａと第２分解光１３ａの光経路差がシステムの測定範囲に該当するように基準ミラー１０５５を調節することができる。

第２干渉信号受信段階Ｓ３０は、第２光を光カプラー１０３を介して第３分解光１１ｂと第４分解光１３ｂに分離する段階と、第３分解光１１ｂは経路の調節が可能な基準段１０５に照射し、第４分解光１３ｂは色素性病変１７のある被写体が配置されたサンプル段１０７に照射する段階と、基準段１０５から反射された第３分解光１１ｂと色素性病変１７の第１、第２境界面から反射された第４分解光１３ｂとが重畳されて生成された第２干渉信号１５ｂを受信する段階とを含むことができる。

中心波長算出段階Ｓ５０は制御部１０９で行われ得る。中心波長算出段階Ｓ５０は下記式６による新しい中心波長を算出することができる。
式６中、Λは算出された中心波長を意味し、λ_１は第１干渉信号１５ａの波長を意味し、λ_２は第２干渉信号１５ｂの波長を意味する。このように算出された中心波長Λは、測定対象に光を照射する前に第１光、第２光を測定することにより、ユーザーが予め算出することもできる。ユーザーは、被写体に存在する色素性病変１７の深さに応じるように中心波長Λを算出して実施することができる。

大きさ情報算出段階Ｓ７０は制御部１０９で行われ得る。第１干渉信号１５ａをフーリエ変換して位相データを算出する段階と、位相データに算出された中心波長Λを２で割った値を３次元画像にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）する段階とを含むことができる。第１干渉信号１５ａをフーリエ変換して位相データを算出する段階は、前述した（ｂ）段階の遂行過程と同一である。

従来のＯＣＴ方式を含んですべての位相光測定器は、位相ラッピング（Ｐｈａｓｅ ｗｒａｐｐｉｎｇ）（２π曖昧性（２πａｍｂｉｇｕｉｔｙ））問題を持っている。これは、位相光測定器の位相が０〜２πの範囲内で測定され、サンプルの変化に該当する単位で換算されるが、サンプルにおける変化が２πを超える場合、位相ジャンプ（ｐｈａｓｅ ｊｕｍｐ）が生じ、測定結果に混乱を引き起こすことを意味する。このような点を考慮して、大きさ情報算出段階Ｓ７０は、位相の画像処理中に位相データに算出された中心波長Λを２で割った値を加えて最終的な位相画像を得ることになる。中心波長Λを２で割った値は幾回位相ジャンプが生じたのかを示す。中心波長算出段階Ｓ５０及び大きさ情報算出段階Ｓ７０による位相ラッピングおよび測定範囲の向上効果は、同出願人が既に出願して登録された韓国登録特許第１０−１３０８４３３号に公開されたところによれば確認することができるので、詳細な援用は省略する。

以上のように、本発明の実施形態によれば、干渉計を介して干渉信号の位相を制御することにより、測定精度を向上させ、光の強度ではなく位相情報を抽出することにより、照射された光の波長よりも小さい大きさの物体情報を定量化することができるという効果がある。

代表的な実施形態によって本発明を詳細に説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、上述した実施形態について本発明の範疇から外れない範疇内で様々な変形が可能であることを理解するだろう。したがって、本発明の権利範囲は、説明した実施形態に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等の概念から導き出されるすべての変更または変形形態によって定められるべきである。

１０：色素性病変の定量化システム、１１：第１分解光、１３：第２分解光、１５：干渉信号、１７：色素性病変、１０１：光源、１０１１：アイソレーター、１０３：光カプラー、１０５：基準段、１０５１：平行変換レンズ、１０５３：集束レンズ、１０５５：基準ミラー、１０７：サンプル段、１０７１：平行変換レンズ、１０７３：集束レンズ、１０８：光検出器、１０８１：平行変換レンズ、１０８３：回折格子、１０８５：集束レンズ、１０９：制御部、Ｓ１０：第１干渉信号受信段階、Ｓ３０：第２干渉信号受信段階、Ｓ５０：中心波長算出段階、Ｓ７０：色素性病変の大きさ情報算出段階

Claims (13)

1. （ａ）光を照射し、色素性病変の第１境界面と第２境界面から反射されて生成された干渉信号を受信する段階と、
   （ｂ）前記干渉信号の位相情報を用いて前記色素性病変の大きさ情報を算出する段階と、を含むことを特徴とする、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
2. 前記（ａ）段階は、
   前記光を光カプラーを介して第１分解光と第２分解光に分離する段階と、
   前記第１分解光は経路の調節が可能な基準段に照射し、前記第２分解光は色素性病変のある被写体が配置されたサンプル段に照射する段階と、
   前記基準段から反射された第１分解光と前記色素性病変の第１、第２境界面から反射された第２分解光とが重畳されて生成された前記干渉信号を受信する段階と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
3. 前記（ａ）段階は、
   前記第１分解光と前記第２分解光の光経路差がシステムの測定範囲に該当するように前記基準段を調節する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
4. 前記（ｂ）段階は、
   前記干渉信号の位相をマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）し、マッピングされた画像から位相変化量を算出し、
   前記位相変化量から前記色素性病変の大きさ情報を算出することを特徴とする、請求項１に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
5. 前記（ｂ）段階は、
   前記干渉信号をフーリエ変換し、変換された位相データを３次元画像にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）することを特徴とする、請求項４に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
6. （１）第１光を照射し、色素性病変の第１境界面と第２境界面から反射されて生成された第１干渉信号を受信する段階と、
   （２）前記第１光とは異なる波長を有する第２光を照射し、前記第１境界面と前記第２境界面から反射されて生成された第２干渉信号を受信する段階と、
   （３）前記第１干渉信号と前記第２干渉信号の位相情報から中心波長を算出する段階と、
   （４）前記第１干渉信号の位相情報と前記中心波長を用いて前記色素性病変の大きさ情報を算出する段階と、を含むことを特徴とする、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
7. 前記（１）段階は、
   前記第１光を光カプラーを介して第１分解光と第２分解光に分離する段階と、
   前記第１分解光は経路の調節が可能な基準段に照射し、前記第２分解光は前記色素性病変のある被写体が配置されたサンプル段に照射する段階と、
   前記基準段から反射された第１分解光と前記色素性病変の第１、第２境界面から反射された第２分解光とが重畳されて生成された前記第１干渉信号を受信する段階と、を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
8. 前記（２）段階は、
   前記第２光を光カプラーを介して第３分解光と第４分解光に分離する段階と、
   前記第３分解光は経路の調節が可能な基準段に照射し、前記第４分解光は前記色素性病変のある被写体が配置されたサンプル段に照射する段階と、
   前記基準段から反射された第３分解光と前記色素性病変の第１、第２境界面から反射された第４分解光とが重畳されて生成された前記第２干渉信号を受信する段階と、を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
9. 前記第１分解光と前記第２分解光の光経路差がシステムの測定範囲に該当するように前記基準段を調節する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
10. 前記（３）段階は、
    下記式から前記中心波長が算出されることを特徴とする、請求項６に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
    （式中、Λは中心波長、λ_１は第１干渉信号の波長、λ_２は第２干渉信号の波長をそれぞれ示す。）
11. 前記（４）段階は、
    前記第１干渉信号をフーリエ変換して位相データを算出する段階と、
    前記位相データに前記中心波長を２で割った値を画像にマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）する段階と、を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化方法。
12. 光源から発生した光を第１分解光と第２分解光に分離する光カプラーと、
    前記第１分解光が照射され、経路の調節が可能な基準段と、
    前記第２分解光が照射され、色素性病変のある被写体が配置されたサンプル段と、
    前記基準段から反射された第１分解光と前記色素性病変の第１、第２境界面から反射された第２分解光とが重畳されて生成された干渉信号を受信する光検出器と、
    前記干渉信号の位相情報を用いて前記色素性病変の大きさ情報を算出する制御部と、を含むことを特徴とする、光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化システム。
13. 前記制御部は、
    前記干渉信号の位相をマッピング（ｍａｐｐｉｎｇ）し、マッピングされた画像から位相変化量を算出し、
    前記位相変化量から前記色素性病変の大きさ情報を算出することを特徴とする、請求項１２に記載の光干渉断層撮影を用いた色素性病変の定量化システム。