JP6214020B2 - 光断層イメージング法、その装置およびプログラム - Google Patents
光断層イメージング法、その装置およびプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP6214020B2 JP6214020B2 JP2016554025A JP2016554025A JP6214020B2 JP 6214020 B2 JP6214020 B2 JP 6214020B2 JP 2016554025 A JP2016554025 A JP 2016554025A JP 2016554025 A JP2016554025 A JP 2016554025A JP 6214020 B2 JP6214020 B2 JP 6214020B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- spectral
- detector
- measurement
- intensity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 27
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 19
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 61
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 18
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 description 35
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 4
- 239000005308 flint glass Substances 0.000 description 4
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02075—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration of particular errors
- G01B9/02078—Caused by ambiguity
- G01B9/02079—Quadrature detection, i.e. detecting relatively phase-shifted signals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0073—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by tomography, i.e. reconstruction of 3D images from 2D projections
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02041—Interferometers characterised by particular imaging or detection techniques
- G01B9/02044—Imaging in the frequency domain, e.g. by using a spectrometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02056—Passive reduction of errors
- G01B9/02058—Passive reduction of errors by particular optical compensation or alignment elements, e.g. dispersion compensation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
- G01B9/02062—Active error reduction, i.e. varying with time
- G01B9/02063—Active error reduction, i.e. varying with time by particular alignment of focus position, e.g. dynamic focussing in optical coherence tomography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02083—Interferometers characterised by particular signal processing and presentation
- G01B9/02087—Combining two or more images of the same region
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
- G01B9/02091—Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/021—Interferometers using holographic techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N2021/178—Methods for obtaining spatial resolution of the property being measured
- G01N2021/1785—Three dimensional
- G01N2021/1787—Tomographic, i.e. computerised reconstruction from projective measurements
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10072—Tomographic images
- G06T2207/10101—Optical tomography; Optical coherence tomography [OCT]
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Immunology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、光波の干渉性を利用して生体組織などの被測定対象の断層像を取得する方法および装置に関する。
光波の干渉性を利用して断層像を取得する計測原理は、OCT(Optical Coherence Tomography)と呼ばれ、現在では網膜の断層像を取得する医療機器として実用化されている(例えば、特許文献１および非特許文献１参照)。
この装置では、干渉性の低い光を測定光と参照光に分離し、測定光側に被測定対象を、参照光側に参照ミラーを設置して、両者からの反射光を重畳して干渉信号を得ることにより断層像を取得する。そのため、干渉性が低いほど、すなわち、光源のスペクトル幅が広いほど、高い深さ分解能(以下、分解能)が得られる。
この装置では、干渉性の低い光を測定光と参照光に分離し、測定光側に被測定対象を、参照光側に参照ミラーを設置して、両者からの反射光を重畳して干渉信号を得ることにより断層像を取得する。そのため、干渉性が低いほど、すなわち、光源のスペクトル幅が広いほど、高い深さ分解能(以下、分解能)が得られる。
また、この装置は大別すると、時間領域OCT(TD-OCT：Time-domain OCT)とスペクトル領域OCT(SD-OCT：Spectral-domain OCT)に分類することができ、現在では断層像を取得する際に、干渉信号を分光分析することによって参照ミラーの機械的な走査が不要となるSD-OCTが主流となっている。
OCTは、一般に、測定光路と参照光路に存在する群速度分散(以下、分散)が異なると、分解能が低下する特徴をもっている。そのため、被測定対象やその近傍の光学系に分散があると、その影響により分解能が低下してしまう欠点があった。
OCTは、一般に、測定光路と参照光路に存在する群速度分散(以下、分散)が異なると、分解能が低下する特徴をもっている。そのため、被測定対象やその近傍の光学系に分散があると、その影響により分解能が低下してしまう欠点があった。
最近、SD-OCTを高度化し、測定光路と参照光路に存在する分散が異なる場合であっても、その影響を自動的に相殺するスペクトル強度干渉断層イメージング装置が開発された(非特許文献２参照)。
その原理は、SD-OCTに類似しているが、分光装置が２台必要になるなど，通常のSD-OCTに比べてやや複雑かつ大がかりな装置構成となっていた。
A. F. Fercher, W. Drexler, C. K. Hitzenberger, and T. Lasser,"Optical coherence tomography - principles and applications,"Reports on Progress in Physics, vol.66, pp.239-303, (2003).
T. Shirai and A. T. Friberg, "Intensity-interferometric spectral-domain optical coherence tomography with dispersion cancellation,"Journal of the Optical Society of America, Part A, vol.31, pp.258-263 (2014).
S. S. Helen, M. P. Kothiyal, and R. S. Sirohi, "Achromatic phase shifting by a rotating polarizer,"Optics Communications, vol.154, pp.249-254 (1998).
一般に、OCTによる計測では、測定光路と参照光路に存在する分散が異なると、分解能が低下する特徴があることが知られている。そのため、被測定対象やその近傍の光学系内(すなわち、測定光路内)に分散が存在すると、その分解能は低下してしまう。
この分解能の低下を防ぐために、従来は、測定光路に存在する分散と全く同じ分散を意図的に参照光路に導入し、その効果を相殺する方法がとられていた(例えば、特許文献２参照)。
この分解能の低下を防ぐために、従来は、測定光路に存在する分散と全く同じ分散を意図的に参照光路に導入し、その効果を相殺する方法がとられていた(例えば、特許文献２参照)。
しかし、この方法では、未知もしくは複雑な分散特性をもった被測定対象については、その影響を完全に相殺することは困難であるため、このような被測定対象を計測する際には分解能の低下は避けられなかった。
この問題を解決する新しい原理として、最近、未知もしくは複雑な分散が存在しても、それを自動的に相殺して分解能の低下を防ぐ、図５に示すスペクトル強度干渉断層イメージング装置が考案されたが、原理的に、２台の分光装置が必要になるなど構成が複雑であった。
この問題を解決する新しい原理として、最近、未知もしくは複雑な分散が存在しても、それを自動的に相殺して分解能の低下を防ぐ、図５に示すスペクトル強度干渉断層イメージング装置が考案されたが、原理的に、２台の分光装置が必要になるなど構成が複雑であった。
本発明では、これをSD-OCT装置と同様に、１台の分光装置で実現する方法として、測定光と参照光との間に位相差を導入しない場合と、πの位相差を導入する場合の２つのスペクトル干渉縞(広帯域光による干渉信号が分光装置によって波長分解され干渉縞となったもの)の強度を時系列に取得し、その２つの強度に基づき必要な演算を行い、断層情報を取得する方法と装置を提供する。
また、本発明は位相差を設けた２回の計測で取得した上述のスペクトル干渉縞強度データの解析手法を拡張して、より簡便な１回の計測によるスペクトル干渉縞強度データの解析により同等の分解能を有する断層情報を取得する方法と装置を提供する。
また、本発明は位相差を設けた２回の計測で取得した上述のスペクトル干渉縞強度データの解析手法を拡張して、より簡便な１回の計測によるスペクトル干渉縞強度データの解析により同等の分解能を有する断層情報を取得する方法と装置を提供する。
測定光と参照光の間にπの位相差を発生させる方法として、被測定対象もしくは参照ミラーを微動ステージに設置して、光源の中心波長の半分の距離を光の伝搬方向に沿って前方向もしくは後方向に移動させる。
この方法では、中心波長以外の波長の光に対する位相差は、厳密にはπにはならないため、光源のスペクトルが広帯域になるほど誤差が生じる。
一方、同様の位相差を発生させる方法として、測定光および参照光の偏光状態を制御することにより、それに伴う幾何学的位相の変化を利用することができる(例えば、非特許文献３参照)。
この方法は、スペクトルに依存しない位相シフトが可能であるため、光源のスペクトル幅に依存した誤差は生じない。
一方、同様の位相差を発生させる方法として、測定光および参照光の偏光状態を制御することにより、それに伴う幾何学的位相の変化を利用することができる(例えば、非特許文献３参照)。
この方法は、スペクトルに依存しない位相シフトが可能であるため、光源のスペクトル幅に依存した誤差は生じない。
当該原理に基づき、一般的な被測定対象の断層像を取得すると、実際には物体(被測定対象)が存在しない場所にも不要な像(以下、アーティファクト)が生じることが知られている。このアーティファクトを除去するには、複数のデータを取得して平均化処理を追加すればよい。
２台の分光装置を使う従来の装置構成よりも、１台の分光装置で良いため、当該装置全体を低コストで実現できる。
また、２台の分光装置を使う従来の装置構成よりも、光学調整が簡単になり、測定誤差を生み出す要因を削減できる。
また、２台の分光装置を使う従来の装置構成よりも、光学調整が簡単になり、測定誤差を生み出す要因を削減できる。
既に普及しているSD-OCT装置にわずかに改良変更を加えることで、分散の影響を受けないスペクトル強度干渉断層イメージング装置が実現される。
すなわち、製品化の際に、独立した装置としての販売ではなく、既存のOCT装置を高度化するオプションとして位置付けた販売が可能となる。
スペクトル強度干渉断層イメージング装置の基本性能として、全く同じスペクトル幅の光源を使った場合、一般的なSD-OCT装置よりも約１.４倍の分解能の向上が期待される。
既存のSD-OCT装置に、測定光と参照光の間に位相差πを発生させる機構または手段を追加し(実施例１)、もしくは、追加しないで(実施例３)、当該原理を実現する演算処理(数式(２)乃至数式(４)による)を行って被測定対象の断層画像を作成する。
図１に、本発明が提案する、スペクトル強度干渉断層イメージング装置の光学系を示した。図中、各矢印は光行路を表している。
この光学系は基本的には従来型のSD-OCT装置と同じであるが、参照ミラーをピエゾ素子で駆動する微動ステージ上に入射光が垂直に当たるように設置して、微動ステージを光の伝搬方向に沿って前後移動可能とした点が異なる。
この図では、回折格子Ｇと検出器Detectorの組み合わせによって分光装置を構成しているが、他のタイプの分光装置、一般的には分光素子と検出器の組み合わせであっても同様である。微動ステージは、ピエゾ素子による駆動に限定されない。
また、図１は光源、ビームスプリッタ、参照ミラー、被測定対象、検出器からなるマイケルソン型の干渉計を構成しているが、他のタイプの干渉計であっても同様である。さらに、ビームスプリッタは分波合波器であればよく、２×２の光ファイバカプラを使って構成することもできる。
この図では、回折格子Ｇと検出器Detectorの組み合わせによって分光装置を構成しているが、他のタイプの分光装置、一般的には分光素子と検出器の組み合わせであっても同様である。微動ステージは、ピエゾ素子による駆動に限定されない。
また、図１は光源、ビームスプリッタ、参照ミラー、被測定対象、検出器からなるマイケルソン型の干渉計を構成しているが、他のタイプの干渉計であっても同様である。さらに、ビームスプリッタは分波合波器であればよく、２×２の光ファイバカプラを使って構成することもできる。
スペクトル幅の広い広帯域光源からの光を、ビームスプリッタBS1によって参照光と測定光に分離する。光源は、例えば、スーパールミネセントダイオードやスーパーコンティニウム光源であるが、スペクトルが広帯域であれば他のタイプの光源であっても良い。
参照光は参照ミラーによって反射され、測定光は被測定対象によって反射され、それぞれの戻り光はビームスプリッタBS1によって合波され干渉する。
干渉光は回折格子によってスペクトルに分解され、検出器によってスペクトル干渉縞強度が検出される。
参照光は参照ミラーによって反射され、測定光は被測定対象によって反射され、それぞれの戻り光はビームスプリッタBS1によって合波され干渉する。
干渉光は回折格子によってスペクトルに分解され、検出器によってスペクトル干渉縞強度が検出される。
参照ミラーは微動ステージの上に設置されている。
最初に、微動ステージを移動する前のスペクトル干渉縞強度を検出してコンピュータ(表示装置付き)内に保存する。
一般に、回折格子を使って光をスペクトルに分解すると、その強度は検出器に波長λの関数として記録されるため、これを関係式、
最初に、微動ステージを移動する前のスペクトル干渉縞強度を検出してコンピュータ(表示装置付き)内に保存する。
一般に、回折格子を使って光をスペクトルに分解すると、その強度は検出器に波長λの関数として記録されるため、これを関係式、
を利用して、周波数ωの関数となるように変換する(ｃは光の速度)。
これをＩ1(ω)とする。
これをＩ1(ω)とする。
なお、スペクトル干渉縞強度を検出するとき、入射光の中心周波数ω0が検出器の中心に一致するように調整しておくものとする。
次に、上記の微動ステージを、光波の伝搬方向に沿って前方向もしくは後方向に入射光の中心波長の半分の距離だけ移動させ(つまり、参照光の位相をπシフトさせ)、上記と同様にスペクトル干渉縞強度を検出してコンピュータ(表示装置付き)内に保存し、同様の変換を行う。これをＩ2(ω)とする。
位相シフト前について、中心周波数ω0からω’だけ正の方向に移動した周波数でのスペクトル干渉縞強度はＩ1(ω0＋ω’)であり、位相シフト後について、中心周波数ω0からω’だけ負の方向に移動した周波数でのスペクトル干渉縞強度はＩ2(ω0−ω’)である。この両者の積、
をω’の関数として、コンピュータ(表示装置付き)内でω’についてのフーリエ変換を行う。
その結果、Ｃ(ω’)のフーリエ変換は一般に複素数となるが、その実部に、被測定対象の位置と反射率の情報をもった目的の信号が得られる。
一方、Ｃ(ω’)のフーリエ変換の絶対値を評価すると、上記の目的の信号に隣接した不要な信号も確認されるが、これはその虚部に現れるため、両者を容易に分離することが可能となる。
その結果、Ｃ(ω’)のフーリエ変換は一般に複素数となるが、その実部に、被測定対象の位置と反射率の情報をもった目的の信号が得られる。
一方、Ｃ(ω’)のフーリエ変換の絶対値を評価すると、上記の目的の信号に隣接した不要な信号も確認されるが、これはその虚部に現れるため、両者を容易に分離することが可能となる。
上記の演算処理によって得られたＣ(ω’)のフーリエ変換の実部と虚部の２つの信号の絶対値を図３に示した。
図３(ａ)は、被測定対象として単純な反射ミラーを設置した場合の、従来型のSD-OCT装置で取得した実験結果、図３(ｂ)が当該提案装置で取得した実験結果を表している。
図３(ａ)は、被測定対象として単純な反射ミラーを設置した場合の、従来型のSD-OCT装置で取得した実験結果、図３(ｂ)が当該提案装置で取得した実験結果を表している。
従来型SD-OCTでは、被測定対象として設置された反射ミラーの反射率および位置に依存した信号が、横軸ｘ＝６０付近に確認される。具体的には、その信号の高さは被測定対象(反射ミラー)の反射率に比例し、その信号の位置はビームスプリッタから被測定対象(反射ミラー)および参照ミラーまでの距離の差に比例する。そのため、その距離の差が大きくなれば、信号はｘ＝６０付近ではなく、より大きなｘ値付近に出現する。なお、ｘ＝０近傍は干渉信号のバイアス成分であり、被測定対象の情報は含んでいない。
一方、当該提案装置では、スペクトル強度干渉断層イメージング装置の理論どおり(非特許文献２参照)、SD-OCTの信号の位置の２倍の位置に、すなわち、横軸ｘ＝１２０付近に反射ミラーの反射率に依存した信号が確認される。なお、この場合の信号の高さは、被測定対象(反射ミラー)の反射率の２乗に比例する。
本発明においては、図３(ａ)におけるSD-OCT信号と同じ位置(つまり、横軸ｘ＝６０付近)にも不要な信号が確認されるが、これは虚数となるため、演算結果について実部のみ取ることにより、被測定対象の情報をもった目的の信号を正確に分離することができ、鮮明な断層画像を得る事ができる。
なお、位相をπ変化させるための手段として、参照ミラーをピエゾ駆動の微動ステージに設置して前後移動したが、被測定対象を微動ステージに設置しても良い。
なお、位相をπ変化させるための手段として、参照ミラーをピエゾ駆動の微動ステージに設置して前後移動したが、被測定対象を微動ステージに設置しても良い。
また、微動ステージではなく、偏光板、１／４波長板、１／２波長板などを用いて参照光と測定光の偏光状態を制御することによって発生する幾何学的位相の変化を利用して、πの位相差を導入しても良い(非特許文献３参照)。
さらに、上述の演算を行う際に、位相シフト前後のスペクトル干渉縞強度の取り方を、
さらに、上述の演算を行う際に、位相シフト前後のスペクトル干渉縞強度の取り方を、
図４に、当該提案装置の分散の影響を評価するために、被測定対象の直前の測定光路に分散媒質の一例である重フリントガラスを設置した場合の同様の実験結果を示した。
図４(ａ)は、従来型のSD-OCT装置で取得した結果、図４(ｂ)が当該提案装置で取得した結果を表している。
図４(ａ)は、従来型のSD-OCT装置で取得した結果、図４(ｂ)が当該提案装置で取得した結果を表している。
図４(ａ)では、分散の影響により従来型のSD-OCTの信号は広がり分解能の低下を引き起こすが、本発明の図４(ｂ)では、目的の信号の幅は図３(ｂ)に示す結果と変わらず、分散の影響を受けた変化が全く見られないことがわかり、よって、分解能の低下は生じない。
図１を用いて本発明を説明する。
実施例１における図１に示すスペクトル強度干渉断層イメージング装置の光学系では、参照ミラーをピエゾ素子で駆動する微動ステージ上に設置して、微動ステージを光の伝搬方向に沿って前後移動可能としている。
しかし、本実施例３では、この微動ステージは不要であり、従前のSD-OCT装置に備わっている一般的な参照ミラー距離調節機構(図示せず、例えば移動ステージ)が備わっていればよい。
図１では、便宜上、参照ミラーをこの微動ステージに固定した。
実施例１における図１に示すスペクトル強度干渉断層イメージング装置の光学系では、参照ミラーをピエゾ素子で駆動する微動ステージ上に設置して、微動ステージを光の伝搬方向に沿って前後移動可能としている。
しかし、本実施例３では、この微動ステージは不要であり、従前のSD-OCT装置に備わっている一般的な参照ミラー距離調節機構(図示せず、例えば移動ステージ)が備わっていればよい。
図１では、便宜上、参照ミラーをこの微動ステージに固定した。
実施例１と同様、入射光の中心周波数ω0が検出器の中心に一致するように調整された検出器で検出された、参照ミラーと被測定対象によるスペクトル干渉縞強度をコンピュータ(表示装置付き)内に保存する。
実施例１と同様に、このスペクトル干渉縞強度を、数式１を用いて、周波数ωの関数となるように変換されたスペクトル干渉縞強度Ｉ(ω)について、中心周波数ω0からω’だけ正の方向に移動した周波数(正の側帯波とよぶ)でのスペクトル干渉縞強度はＩ(ω0＋ω’)であり、中心周波数ω0からω’だけ負の方向に移動した周波数(負の側帯波とよぶ)でのスペクトル干渉縞強度はＩ(ω0−ω’)である。
この両者の積、
この両者の積、
をω’の関数として、コンピュータ(表示装置付き)内でω’についてのフーリエ変換を行う。
その結果、Ｃ(ω’)のフーリエ変換は常に実数となり、不要な信号も隣接して確認されるが、従来型SD-OCTと同様に移動ステージにより参照ミラーの位置を調整することで、被測定対象の位置と反射率の情報をもった目的の信号を、不要な信号から分離して得ることができる。
その結果、Ｃ(ω’)のフーリエ変換は常に実数となり、不要な信号も隣接して確認されるが、従来型SD-OCTと同様に移動ステージにより参照ミラーの位置を調整することで、被測定対象の位置と反射率の情報をもった目的の信号を、不要な信号から分離して得ることができる。
上記の演算処理によって得られたＣ(ω’)のフーリエ変換の絶対値を図６(ａ)に示した。
この図は、被測定対象として単純な反射ミラーを設置した場合に当該提案装置で取得した実験結果であり、従来型のSD-OCT装置で取得した対応する実験結果は図３(ａ)に示されている。
この図は、被測定対象として単純な反射ミラーを設置した場合に当該提案装置で取得した実験結果であり、従来型のSD-OCT装置で取得した対応する実験結果は図３(ａ)に示されている。
図３(ａ)に示された従来型のSD-OCT装置で取得した対応する実験結果と比較すると、当該提案装置ではSD-OCTの信号の位置の２倍の位置に、すなわち、横軸ｘ＝１２０付近に反射ミラーの反射率に依存した信号が確認される。
なお、この場合の信号の高さは、被測定対象(反射ミラー)の反射率の２乗に比例する。
なお、この場合の信号の高さは、被測定対象(反射ミラー)の反射率の２乗に比例する。
本発明においては、図３(ａ)におけるSD-OCT信号と同じ位置(つまり、横軸ｘ＝６０付近)にも不要な信号が確認される。
しかし、参照ミラーの位置を調整し、ビームスプリッタから被測定対象(反射ミラー)および参照ミラーまでの距離の差を大きくすることで、目的の信号と不要な信号を分離することができるため、被測定対象の情報をもった目的の信号のみを取得することが可能となる。
しかし、参照ミラーの位置を調整し、ビームスプリッタから被測定対象(反射ミラー)および参照ミラーまでの距離の差を大きくすることで、目的の信号と不要な信号を分離することができるため、被測定対象の情報をもった目的の信号のみを取得することが可能となる。
図６(ｂ)に、被測定対象の直前の測定光路に分散媒質の一例である重フリントガラスを設置した場合の同様の実験結果を示した。
従来型のSD-OCT装置で取得した対応する実験結果は図４(ａ)に示されている。
従来型のSD-OCT装置で取得した対応する実験結果は図４(ａ)に示されている。
実施例２と同様に、本発明の図６(ｂ)では、目的の信号の幅は図６(ａ)に示す結果と変わらず、分散の影響を受けた変化が全く見られないことがわかり、よって、分解能の低下は生じない。
なお、目的の信号は、前述のように参照ミラーの位置を調整することで、隣接する不要な信号から分離して取得することができる。
なお、目的の信号は、前述のように参照ミラーの位置を調整することで、隣接する不要な信号から分離して取得することができる。
当該原理に基づき、一般的な被測定対象の断層像を取得すると、実際には物体(被測定対象)が存在しない場所にも、その内部に不要な像(アーティファクト)が生じることが知られている。
アーティファクトは、被測定対象に存在する各反射面から反射した光が干渉することによって生じるため、反射面が離散的でありかつその数がＮ個の場合、アーティファクトの数は、Ｎ×(Ｎ−１)／２個となる。
アーティファクトの大きさは、スペクトル強度干渉断層イメージング装置の理論では(非特許文献２参照)、入射光の中心周波数ω0に依存して変化することが明らかとなっている。
これと等価な効果を得るために、図１に示すスペクトル強度干渉断層イメージング装置の光学系では、分光装置に組み込まれている検出器をスペクトルの分散方向に、検出器の大きさの数パーセント程度の範囲で移動させる。
こうして、被測定対象の情報をもった目的の信号を殆ど変化させることなく、アーティファクトの大きさのみを変化させることができる。
被測定対象の反射面が離散的であり、その数がＮ＝２の場合には、前述の式によりアーティファクトは１個となる。
被測定対象の反射面が離散的であり、その数がＮ＝２の場合には、前述の式によりアーティファクトは１個となる。
上述した２つの離散的な反射面が存在する被測定対象として、顕微鏡用のカバーガラスを使用した場合に、当該提案装置で取得した実験結果を図７に示した。
なお、この図７では、アーティファクトを含む被測定対象の情報をもった目的の信号のみを表示している。
なお、この図７では、アーティファクトを含む被測定対象の情報をもった目的の信号のみを表示している。
図７(ａ)は検出器を移動させる前に取得した信号であり、図７(ｂ)はスペクトルの分散方向に２０４８個のピクセル構造をもつ検出器を、その方向に沿って６ピクセル程度の距離を移動した後で取得した信号である。
図７(ａ)では、被測定対象の２つの反射面に対応する信号の他に、その中央にアーティファクトが存在することが確認される。
しかし、図７(ｂ)では、中央のアーティファクトのみが低減され、被測定対象の２つの反射面に対応する信号は殆ど変化しない様子が確認される。
しかし、図７(ｂ)では、中央のアーティファクトのみが低減され、被測定対象の２つの反射面に対応する信号は殆ど変化しない様子が確認される。
被測定対象の反射面が離散的であっても、その数がＮ＝３以上の場合や、反射面が連続的に変化する場合には、検出器の位置の調整のみで全てのアーティファクトを除去することはできない。
この場合には、検出器の移動距離を変化させて複数のデータを取得し、それらの平均処理を行うことによりアーティファクトを除去することができる。
この場合には、検出器の移動距離を変化させて複数のデータを取得し、それらの平均処理を行うことによりアーティファクトを除去することができる。
また、スペクトル強度を取得する際に検出器を物理的に移動せずに、コンピュータ内で検出器の移動のシミュレーションを行いその信号処理によって同様の結果を得ることも可能である。
以上の実施例において、コンピュータ内のデータ処理はVisual C++(登録商標)言語のプログラムを作成して実施したが、同等の結果を得られれば、情報処理装置の種類は問わず、また別のプログラム言語によりプログラムを作成して実施してもよい。
本発明の、参照光もしくは測定光にπの位相差を導入する前後の２つのスペクトル干渉縞強度を時系列に取得して利用するスペクトル強度干渉断層イメージング装置は、既存の眼底の断層診断、歯の断層診断、皮膚の断層診断等の医療機器に用いる事ができる。
被測定対象の分散の影響を受けない特長が活かされる対象として、特に歯茎に埋もれた歯根内部の診断に効果的と推測される。
また、使用する光の波長帯域を適宜選択することにより、工業材料の内部診断にも適用可能である。
１ 光源(Source)
２ ビームスプリッタ(BS1)
３ 被測定対象(Sample)
４ 参照ミラー(Reference Mirror)
５ ピエゾ素子駆動の微動ステージ(PZT)
６ 回折格子と検出器(Grating、Detector)
７ コンピュータ(表示装置付き)(Computer)
８ ビームスプリッタ(BS2)
９ 回折格子と検出器(Grating、Detector)
１０ 回折格子と検出器(Grating、Detector)
２ ビームスプリッタ(BS1)
３ 被測定対象(Sample)
４ 参照ミラー(Reference Mirror)
５ ピエゾ素子駆動の微動ステージ(PZT)
６ 回折格子と検出器(Grating、Detector)
７ コンピュータ(表示装置付き)(Computer)
８ ビームスプリッタ(BS2)
９ 回折格子と検出器(Grating、Detector)
１０ 回折格子と検出器(Grating、Detector)
Claims (14)
- 測定光と参照光との干渉光の情報により被測定対象の断層画像を生成するスペクトル強度干渉断層イメージング法であって、
光源と参照ミラーと分波合波器と分光素子と検出器とコンピュータ(表示装置付き)、および測定光と参照光の間に位相差πを発生させる手段を備え、
分光素子と検出器によって分光器が構成され、
光源から射出された光を分波合波器で分波し、
一の分波光が被測定対象に入射して反射した測定光と、他方の分波光が参照ミラーで反射した参照光とを、再び該分波合波器で合波して干渉させた干渉光のスペクトル干渉縞強度の情報を分光器によって取得し、
続いて、該測定光と、該参照光とを前記手段によりその光行路で位相差πだけずらし、再び該分波合波器で合波して干渉させた光のスペクトル干渉縞強度の情報を分光器によって取得し、
当該時系列に取得した２のスペクトル干渉縞強度の情報に基づいてフーリエ変換演算処理を行い、その結果得た複素数の虚部の信号位置の２倍の距離に現れた実部の信号位置から、被測定対象の断層画像を生成することを特徴とするスペクトル強度干渉断層イメージング法。 - 前記分波合波器は、ビームスプリッタまたは光ファイバカプラのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記手段は、前記参照ミラーを保持するピエゾ駆動ステージからなり、ピエゾ駆動ステージをずらすことにより、その光行路で前記測定光との位相差πを発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記手段は、前記被測定対象を保持するピエゾ駆動ステージからなり、ピエゾ駆動ステージをずらすことにより、その光行路で前記参照光と位相差πを発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記手段は、前記参照光と測定光の偏光状態を制御することによって発生する幾何学的位相の変化を利用して、前記測定光と前記参照光の間に位相差πを発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記生成した被測定対象の断層画像に現れるアーティファクトを、前記時系列に取得した２のスペクトル干渉縞強度を複数組取得して、平均化することで除去することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 測定光と参照光との干渉光の情報により被測定対象の断層画像を生成するスペクトル強度干渉断層イメージング法であって、
光源と参照ミラーと分波合波器と分光素子と検出器とコンピュータ(表示装置付き)を備え、
分光素子と検出器によって分光器が構成され、
光源から射出された光を分波合波器で分波し、
一の分波光が被測定対象に入射して反射した測定光と、他方の分波光が参照ミラーで反射した参照光とを、再び該分波合波器で合波して干渉させた干渉光のスペクトル干渉縞強度の情報を分光器によって取得し、
そのスペクトル干渉縞強度から生成した、前記光源から射出された光の中心周波数からω’だけずれた２の側帯波のスペクトル干渉縞強度の積に基づいてフーリエ変換演算処理を行い、その結果得た実数の信号から、被測定対象の位置と反射率の情報を有する部分を抽出し、被測定対象の断層画像を生成することを特徴とするスペクトル強度干渉断層イメージング法。 - 前記分波合波器は、ビームスプリッタまたは光ファイバカプラのいずれかであることを特徴とする請求項７に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記被測定対象の断層画像に現れるアーティファクトを、前記検出器をスペクトルの分散方向に若干移動させることで低減・除去することを特徴とする請求項１または請求項７のいずれか１項に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記被測定対象の断層画像に現れるアーティファクトを、前記検出器をスペクトルの分散方向に若干移動させ取得した２のスペクトル干渉縞強度を複数組取得して平均化処理することで低減・除去することを特徴とする請求項１に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記被測定対象の断層画像に現れるアーティファクトを、前記検出器をスペクトルの分散方向に若干移動させ取得した１のスペクトル干渉縞強度を複数取得して、平均化処理することで低減・除去することを特徴とする請求項７に記載のスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 前記被測定対象の断層画像に現れるアーティファクトを、前記検出器を物理的に移動せずに、前記コンピュータ内で前記検出器移動のシミュレーションを行い取得した情報で、低減・除去することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載のスペクトル強度干渉断層イメージング法。
- 光源と参照ミラーと分波合波器と分光素子と検出器とコンピュータ(表示装置付き)を備え、
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載するスペクトル強度干渉断層イメージング法を実行する事を特徴とする光断層イメージング装置。 - 請求項１３に記載する光断層イメージング装置において、前記分光器によって取得した前記干渉光のスペクトル干渉縞強度の情報を前記コンピュータに読み込み、所定の前記フーリエ変換演算処理を行いその結果得られた複素数の信号の実部、または実数の信号から、被測定対象の断層画像を生成して当該表示装置に表示することを特徴とするスペクトル強度干渉断層イメージング・プログラムおよび該プログラムを記録したメディア媒体。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014211547 | 2014-10-16 | ||
| JP2014211547 | 2014-10-16 | ||
| PCT/JP2015/076475 WO2016059939A1 (ja) | 2014-10-16 | 2015-09-17 | 光断層イメージング法、その装置およびプログラム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2016059939A1 JPWO2016059939A1 (ja) | 2017-06-22 |
| JP6214020B2 true JP6214020B2 (ja) | 2017-10-18 |
Family
ID=55746487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016554025A Expired - Fee Related JP6214020B2 (ja) | 2014-10-16 | 2015-09-17 | 光断層イメージング法、その装置およびプログラム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10161855B2 (ja) |
| EP (1) | EP3208600A4 (ja) |
| JP (1) | JP6214020B2 (ja) |
| WO (1) | WO2016059939A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7217446B2 (ja) * | 2017-08-31 | 2023-02-03 | 学校法人総持学園 | 光干渉断層画像撮像装置 |
| FR3089286B1 (fr) * | 2018-11-30 | 2022-04-01 | Unity Semiconductor | Procédé et système pour mesurer une surface d’un objet comprenant des structures différentes par interférométrie à faible cohérence |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2002230842A1 (en) | 2000-10-30 | 2002-05-15 | The General Hospital Corporation | Optical methods and systems for tissue analysis |
| US7079254B2 (en) * | 2003-03-26 | 2006-07-18 | Southwest Sciences Incorporated | Method and apparatus for imaging internal structures of transparent and translucent materials |
| GB2407155A (en) | 2003-10-14 | 2005-04-20 | Univ Kent Canterbury | Spectral interferometry method and apparatus |
| JP2006122649A (ja) | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Nidek Co Ltd | 被検物体の測定方法、及び該方法を用いた眼科装置 |
| JP2007101250A (ja) | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Fujifilm Corp | 光断層画像化方法 |
| JP2007267927A (ja) | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fujifilm Corp | 光断層画像化方法および装置 |
| WO2008010996A2 (en) | 2006-07-17 | 2008-01-24 | Bioptigen, Inc. | Methods, systems and computer program products for removing undesired artifacts in fourier domain optical coherence tomography (fdoct) systems using continuous phase modulation and related phase modulators |
| WO2010006785A1 (en) | 2008-07-16 | 2010-01-21 | Carl Zeiss Surgical Gmbh | Optical coherence tomography methods and systems |
| JP5558735B2 (ja) | 2009-04-13 | 2014-07-23 | キヤノン株式会社 | 光断層撮像装置及びその制御方法 |
| JP5486215B2 (ja) * | 2009-05-20 | 2014-05-07 | 株式会社トプコン | 前眼部観察装置 |
| JP5400481B2 (ja) * | 2009-06-03 | 2014-01-29 | 株式会社トプコン | 光画像計測装置 |
| JP5653087B2 (ja) * | 2010-06-29 | 2015-01-14 | テルモ株式会社 | 光断層画像化装置及びその作動方法 |
| US9279659B2 (en) | 2011-01-21 | 2016-03-08 | Duke University | Systems and methods for complex conjugate artifact resolved optical coherence tomography |
| JP2012210358A (ja) * | 2011-03-31 | 2012-11-01 | Terumo Corp | 光干渉断層像形成装置 |
| US8896841B2 (en) * | 2012-03-13 | 2014-11-25 | Kabushiki Kaisha Topcon | Optical imaging method and optical imaging apparatus using optical coherence tomography |
| JP2014092425A (ja) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Canon Inc | 光干渉断層撮像装置及び光干渉断層撮像方法 |
-
2015
- 2015-09-17 JP JP2016554025A patent/JP6214020B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2015-09-17 US US15/518,606 patent/US10161855B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2015-09-17 EP EP15850458.9A patent/EP3208600A4/en not_active Withdrawn
- 2015-09-17 WO PCT/JP2015/076475 patent/WO2016059939A1/ja active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016059939A1 (ja) | 2016-04-21 |
| JPWO2016059939A1 (ja) | 2017-06-22 |
| EP3208600A1 (en) | 2017-08-23 |
| US20170219482A1 (en) | 2017-08-03 |
| US10161855B2 (en) | 2018-12-25 |
| EP3208600A4 (en) | 2018-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4461259B2 (ja) | 光断層画像の処理方法 | |
| JP5626687B2 (ja) | ２ビーム型光コヒーレンストモグラフィー装置 | |
| JP5306075B2 (ja) | 光干渉断層法を用いる撮像装置及び撮像方法 | |
| JP3976618B2 (ja) | Ｐｃｉ測定信号およびｏｃｔ・ａ走査信号における分散の立体的可変相関核による後からの数値補償 | |
| JP4461258B2 (ja) | 光断層画像化法における補正方法 | |
| Ali et al. | Signal processing overview of optical coherence tomography systems for medical imaging | |
| US8675205B2 (en) | Optical coherence tomography using spectrally controlled interferometry | |
| US20130301033A1 (en) | Submicron Resolution Spectral-Domain Optical Coherence Tomography | |
| US9347880B2 (en) | Method and apparatus for imaging of semi-transparent matter | |
| JP6405037B2 (ja) | 瞬時時間領域光コヒーレンストモグラフィ | |
| JP2005283155A (ja) | 光干渉断層像撮像法における分散補正装置 | |
| JP2016086867A (ja) | 光断層画像撮影装置 | |
| Meleppat et al. | Optical frequency domain imaging with a rapidly swept laser in the 1300nm bio-imaging window | |
| JP5869616B2 (ja) | Ｋ−クロックを用いた周波数ドメインｏｃｔのインターフェログラムの誤サンプリングの検出 | |
| JP2010151684A (ja) | 局所的な複屈折情報を抽出可能な偏光感受光画像計測装置 | |
| JP6214020B2 (ja) | 光断層イメージング法、その装置およびプログラム | |
| US10760893B2 (en) | Apparatus and method for processing the signal in master slave interferometry and apparatus and method for master slave optical coherence tomography with any number of sampled depths | |
| JP2008151734A (ja) | 光断層画像化方法、装置およびプログラムならびに光断層画像化システム | |
| JP5784100B2 (ja) | 画像形成装置及び画像形成方法 | |
| JP2014092425A (ja) | 光干渉断層撮像装置及び光干渉断層撮像方法 | |
| Mendoza-Santoyo et al. | Optical coherence tomography | |
| Kolenderska et al. | Quantum Optical Coherence Tomography using two photon joint spectrum detection (JS-Q-OCT) | |
| Amjadi et al. | Developing a New Dimension for Fourier Domain Optical Coherence Tomography images by simultaneous measurement of the refractive index and thickness | |
| Froehly et al. | Spectroscopic OCT by grating-based temporal correlation coupled to optical spectral analysis | |
| Rao et al. | Signal processing of spectral domain optical coherence tomography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170201 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170905 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170913 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6214020 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |