JP6256879B2 - 偏光感受型光画像計測システム及び該システムに搭載されたプログラム - Google Patents
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Description
偏光感受型光画像計測装置としてPS−OCTを念頭において説明するが、PS−OCT自体は、すでに特許第4344829号公報等で知られているが、本発明の前提となる技術であるから、その概要を説明する。
本発明に係る偏光感受型光画像計測システム及び該システムに搭載されたプログラム(画像データの処理を行うためのプログラム)について、その特徴的な構成である該プログラムでコンピュータが機能する手段、動作等について、以下説明する。
まずその概要は、次のとおりである。偏光感受型光画像計測装置(偏光OCTという)は、複屈折の計測を行い、その複屈折をコントラスト源とした観察技術であるが、複屈折の計測は、特にSN比(signal-to- noise ratio)が低く信号強度の低い周辺の領域では、無視できないバイアスを含み複屈折がずれ、高精度の定量計測を可能とすることはできない。
本発明に係る偏光感受型光画像計測システムのコンピュータが、搭載された本発明に係るプログラムによって機能する手段について、まず、その骨子となる手段について、その動作の全体的な流れ(フロー)に沿って説明する。
具体的な手段は、偏光感受型光画像計測システムのコンピュータに搭載されたプログラムによって、次の順で機能(動作)する各手段である。
まず、本発明における偏光感受型光画像計測システムのコンピュータに搭載されたプログラムによって、コンピュータは、ノイズを、複素OCT信号(複屈折を計算するために計測される生信号である)に対する加算的な複素ガウスノイズとしてモデル化し、そのノイズを任意に設定されたノイズを含まない複素OCT信号に加算することでノイズを含んだOCT信号をモデル化し、そのノイズを含んだOCT信号を、偏光OCTで用いられるOCT信号から複屈折を求めるアルゴリズム(非線形なアルゴリズム)で処理することで、ノイズの存在下で計測される複屈折値(計測複屈折値)を得る手段として機能する。
次に、コンピュータは、モンテカルロ法の計算によって、ノイズを統計的に(ノイズがガウスノイズになるようにランダムに)変化させて、(1)−1のプロセスを繰り返すことで計測される複屈折の分布をシミュレートし、これによって、計測複屈折値の(非線形な)ノイズ特性を決定する手段として機能する。
次に、コンピュータは、このモンテカルロ法の計算を、様々なノイズ量(=SN比)、様々な真の複屈折値を仮定して繰り返し、これによって、真の複屈折値、SN比、計測される複屈折の値の組み合わせがどのような頻度で出現するかを表す三次元のヒストグラム情報を得る手段として機能する。この三次元のヒストグラムは、後記する三次元の関数f(b,β,γ)で表現される。
(2)−1
真の複屈折値は、前記得られた真の複屈折の確率密度分布から、真の複屈折値の期待値を求めることで推定する。(期待値の場合)
(2)−2
真の複屈折値は、真の複屈折の確率密度分布の最尤値(つまり、真の複屈折の確率密度分布が最大になる真の複屈折の値)を選択することで、真の複屈折の最尤推定が可能になる。
上記結合された真の複屈折の確率密度分布から、真の複屈折値の期待値を求めることで推定する。(期待値の場合)
結合された真の複屈折の確率密度分布の最尤値(つまり、結合された真の複屈折の確率密度分布が最大になる真の複屈折の値)を選択することで、真の複屈折の最尤推定が可能になる。
以下、さらに本発明に係る偏光感受型光画像計測システムのコンピュータが、搭載された本発明に係るプログラムによって機能する各手段について、上記全体の動作フローに沿って、それぞれ詳細に説明する。
本発明者等は、モンテカルロ法に基づいた数値シミュレーションによって、本発明における最尤推定手段(器)の性能検証を行った。以下、この性能検証についての試験例について説明する。この検証は以下のように二種類を行った。
(2)緑内障手術(トラベクレクトミ一)後の術後経過観察と治療効果の維持。
(3)冠動脈内の動脈硬化物質のリスク判定。
2 光源
3、12 偏光子
4 EO変調器(偏光変調器、電気光学変調器)
5 ファイバーカプラー(光カプラー)
6 参照アーム
7 試料アーム
8 分光器
9 ファイバー
10、15、18 偏波コントローラ(polarization controller)
11 コリメートレンズ
13 集光レンズ
14 参照鏡(固定鏡)
16 ガルバノ鏡
17 試料
19 回折格子
20 フーリエ変換レンズ
21 偏光ビームスプリッター
22、23 光検出器(ラインCCDカメラ)
24 固定鏡
30 コンピュータ(画像処理装置)
31 入力部
32 出力部
33 CPU
34 記憶装置
35 データバス
43 OCT
44 光源
45 コリメートレンズ
46 ビームスプリッター
47 物体アーム(試料アーム)内の対物レンズ
48 被計測物体(試料)
49 参照アーム内の対物レンズ
50 参照鏡
51 集光レンズ
52 光検出器
Claims (18)
- 偏光感受型光画像計測装置と、偏光感受型光画像計測装置で得られた画像データの処理を行うためのプログラムを搭載したコンピュータと、を備えた偏光感受型光画像計測システムであって、
前記コンピュータは、入力装置、出力装置、CPU及び記憶装置を備えており、前記プログラムに従って、
試料の計測で得られたノイズを含んだOCT信号を、複屈折を求めるアルゴリズムで処理することで、ノイズの存在下で計測される複屈折値である計測複屈折値を得る手段と、
モンテカルロ法の計算によって、ノイズを統計的に変化させて、前記アルゴリズムで処理するプロセスを繰り返すことで計測複屈折の分布をシミュレートし、計測複屈折値のノイズ特性を決定する手段と、
前記モンテカルロ法の計算を、ノイズ量及び真の複屈折値をそれぞれ異なる値に仮定して繰り返すことによって、真の複屈折値、SN比及び計測複屈折値の組み合わせがどのような頻度で出現するかを表す三次元のヒストグラム情報を形成する手段と、
三次元のヒストグラム情報から、所定の計測複屈折値とSN比を仮定することで、真の複屈折の確率密度分布を取り出す手段と、
真の複屈折の確率密度分布から、真の複屈折値を推定する手段と、
して機能することを特徴とする偏光感受型光画像計測システム。 - コンピュータは、前記計測を複数回行い、それぞれの計測値に対して前記真の複屈折の確率密度分布を得て、全ての複屈折の確率密度分布をすべて掛け合わせることで、最終的な真の複屈折の確率密度分布を得る手段として機能することを特徴とする請求項1に記載の偏光感受型光画像計測システム。
- 真の複屈折値は、真の確率密度分布から得られる真の複屈折値の期待値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏光感受型光画像計測システム。
- 真の複屈折値は、真の複屈折の確率密度分布が最大になる真の複屈折の値である最尤値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏光感受型光画像計測システム。
- コンピュータは、真の複屈折の確率密度分布に基づき、最尤値の信頼度を求める手段として機能することを特徴とする請求項4に記載の偏光感受型光画像計測システム。
- 試料を複数回計測するに際して、試料の所定の箇所のうち、1つのピクセルの点のみを複数回スキャンすることで、試料の1つのピクセルの点について多数の複屈折値を計測することを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の偏光感受型光画像計測システム。
- 試料を複数回計測するに際して、試料の所定の箇所のうち、1つのピクセルの点を含め複数のピクセルの点をスキャンすることで、試料の所定の箇所のうちの複数のピクセルの点についてそれぞれの複屈折値を計測することを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の偏光感受型光画像計測システム。
- 試料を計測するに際して、試料の所定の箇所のうち、1つのピクセルの点を含め複数のピクセルの点を1回スキャンすることで、所定の箇所における複数のピクセルの点に対する複数の複屈折値を計測することを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の偏光感受型光画像計測システム。
- コンピュータは、真の複屈折値に基づく画像を、擬似カラー表示し、この擬似カラー表示において、輝度はOCT信号の強度によって決定し、色は複屈折の最尤値によって決定し、濃度は最尤値の信頼度によって決定する手段として機能することを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の偏光感受型光画像計測システム。
- 偏光感受型光画像計測装置と、入力装置、出力装置、CPU及び記憶装置を備え光感受光画像計測装置で得られた画像データを処理するコンピュータと、を備えた偏光感受型光画像計測システムのコンピュータに搭載されるプログラムであって、
前記コンピュータを、
試料の計測で得られたノイズを含んだOCT信号を、複屈折を求めるアルゴリズムで処理することで、ノイズの存在下で計測される複屈折値である計測複屈折値を得る手段と、
モンテカルロ法の計算によって、ノイズを統計的に変化させて、前記アルゴリズムで処理するプロセスを繰り返すことで計測複屈折の分布をシミュレートし、計測複屈折値のノイズ特性を決定する手段と、
前記モンテカルロ法の計算を、ノイズ量及び真の複屈折値をそれぞれ異なる値に仮定して繰り返すことによって、真の複屈折値、SN比及び計測複屈折値の組み合わせがどのような頻度で出現するかを表す三次元のヒストグラム情報を形成する手段と、
三次元のヒストグラム情報から、所定の計測複屈折値とSN比を仮定することで、真の複屈折の確率密度分布を取り出す手段と、
真の複屈折の確率密度分布から、真の複屈折値を推定する手段と、
して機能させることを特徴とするプログラム。 - コンピュータを、前記計測を複数回行い、それぞれの計測値に対して前記真の複屈折の確率密度分布を得て、全ての複屈折の確率密度分布をすべて掛け合わせることで、最終的な真の複屈折の確率密度分布を得る手段として機能させることを特徴とする請求項10に記載のプログラム。
- 真の複屈折値は、真の確率密度分布から得られる真の複屈折値の期待値であることを特徴とする請求項10又は11に記載のプログラム。
- 真の複屈折値は、真の複屈折の確率密度分布が最大になる真の複屈折の値である最尤値であることを特徴とする請求項10又は11に記載のプログラム。
- コンピュータを、真の複屈折の確率密度分布に基づき、最尤値の信頼度を求める手段として機能させることを特徴とする請求項13に記載のプログラム。
- 試料を複数回計測するに際して、試料の所定の箇所のうち、1つのピクセルの点のみを複数回スキャンすることで、試料の1つのピクセルの点について多数の複屈折値を計測することを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載のプログラム。
- 試料を複数回計測するに際して、試料の所定の箇所のうち、1つのピクセルの点を含め複数のピクセルの点をスキャンすることで、試料の所定の箇所のうちの複数のピクセルの点についてそれぞれの複屈折値を計測することを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載のプログラム。
- 試料を計測するに際して、試料の所定の箇所のうち、1つのピクセルの点を含め複数のピクセルの点を1回スキャンすることで、所定の箇所における複数のピクセルの点に対する複数の複屈折値を計測することを特徴とする請求項11〜14のいずれかに記載のプログラム。
- コンピュータを、真の複屈折値に基づく画像を、擬似カラー表示し、この擬似カラー表示において、輝度はOCT信号の強度によって決定し、色は複屈折の最尤値によって決定し、濃度は最尤値の信頼度によって決定する手段として機能させることを特徴とする請求項14〜17のいずれかに記載のプログラム。
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