JP6760559B2 - 波長可変光源による光干渉断層画像診断における信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長可変光源（swept source：波長掃引光源）による光干渉断層画像診断における信号処理方法から始め、当該方法は：
−前記光源を波長調整し、前記波長可変光源のそれぞれの波数（k）に一次従属した前記光源の信号強度を検知し、および、kに依存した信号強度分布を生成するステップと；
−前記検知された信号強度分布に窓関数を適用し、重み付けされた信号強度分布を生成するステップと；
−前記重み付けされた信号強度分布に高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）を適用するステップと、を備えている。

前記窓関数は、前記信号の一部が“ウィンドウアウトされる”、すなわち除去されるために、当該信号の一部が使用されていないことの原因になる。使用可能なスペクトル範囲を広げ、前記信号強度を増幅するために、前記窓関数を適用することによる損失の割合を最小にすることが望ましい。

このことを達成するために、前記波長調整された周波数のスペクトルを、前記光源の波長調整における窓関数の通過帯域の範囲内に収めることが提案される。

適用される窓関数は、フォンハン窓であることができる。原理上は、スペクトルの形状が窓関数の曲線に一致している光源が最適であるだろう。それに加えて最良の可能な側壁抑制（side wall suppression）を取得するために、k空間におけるガウス分布の光を適切な妥協点として使用できる。したがって波長可変光源が、k空間におけるガウス分布の光強度を有することができる。特に、k空間における光源のスペクトルの形状が、窓関数の曲線の形状に一致することができ、または、少なくとも当該曲線に近似することができる。

同様に、k空間における光源のスペクトルの形状を決定するために、信号強度の時間に関する曲線や掃引速度の曲線を測定できる。信号強度の時間に関する曲線を、例えばフォトダイオードを用いて記録できる。

掃引速度の曲線を、例えばマッハツェンダ干渉計（Mach-Zehnder interferometer：ＭＺＩ）を用いて決定できる。理由は、既知の異なる反射波長の２つのファイバーブラッググレーティングが、干渉計と検出器の間のビーム伝搬経路に配置され、掃引速度に比例する波長可変光源の変調周波数が検知され、時間に対して示されて、特定の波長または特定の波数におけるそれぞれの場合において、変調周波数の曲線が２つのディップ（dip）を有するようにし、掃引速度の曲線を、取得されたＭＺＩの信号曲線から短時間フーリエ変換（Short Time Fourier Transform：ＳＴＦＴ）により決定できるためである。

変調周波数の曲線の包絡線を決定でき、窓関数からの基準の形状からの偏差、特にガウシアン形状からの偏差を検知できる。さらに、この変調周波数の曲線の包絡線を窓関数からの基準の形状に適合させるため、光源の半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）の電流を変調でき、または掃引速度の曲線を変化させることができる。

変調周波数の曲線の包絡線の決定のために検知されたデータが、波長掃引光源、特にＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザー）の光源の微調整用のフィードバックループによって使用できる。

本発明のさらなる詳細は、以下の図を参照して説明される。
波長可変光源の出力測定用および掃引速度の曲線の決定用の配置を図式的に示す図である。 波長可変光源のスペクトルの形状を検知するための波長のマークを生成するための第１の装置を示す図である。 波長可変光源のスペクトルの形状を決定するための波長のマークを生成するための他の装置を示す図である。

k空間における波長可変光源のスペクトルの形状は、直接測定できない。しかしながら、図１〜図３に図式的に再現された測定装置は、検知できるパラメータを評価することにより、k空間におけるスペクトルの形状を直接決定することを可能にしている。

第１のステップでは、フォトダイオード１または他の感光測定用のセルに信号を照射することにより、時間に対する波長可変光源の光強度の包絡線を検知できる。

掃引速度に比例する変調周波数が分析され、かつ、時間に対して示されるため、掃引速度の曲線の測定がマッハツェンダ干渉計（Mach-Zehnder interferometer：ＭＺＩ）３を用いて行なわれる。さらに、この掃引における２つの場所は、既知の異なる反射波長の２つのファイバーブラッググレーティング５が干渉計４と検出器３の間に配置されるため、マークを付けられる。上述のファイバーブラッググレーティング５により、一致する波長または波数に対応するＭＺＩの加工されていない信号のディップが生成される。

このＭＺＩの信号から、ＳＴＦＴを用いて速度の曲線を生成できる。上述したとおりに取得されたデータから、ｋ空間におけるスペクトルパワー分布に関して成果を得ることができる。このことにより、波長可変光源のスペクトルの形状の、最適なガウシアン形状からの偏差を決定することを可能にしている。

波長可変光源のスペクトルの形状を最適化するために、例えば次に、この光源の半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）の電流を変調でき、または掃引速度の曲線を変化させることができる。これら２つの方法は原則的に等しく適切であるものの、可能な限り一定の掃引速度が有利であると考えられ、検出器の帯域幅を節約でき、当該検出器も同様に、測定感度を向上させている。

上述した方法により取得されたデータが、ＶＣＳＥＬの光源または他の任意の適切な波長掃引光源の自動的な微調整用のフィードバックループによって使用できる。

上記の詳細な説明、図面および特許請求の範囲に開示された本発明の特徴は、本発明の実施のために、単独、および任意の組み合わせの両方で必須であり得る。

Claims (8)

1. 波長可変光源（波長掃引光源）による光干渉断層画像診断における信号処理方法であって、
   − 前記光源を波長調整し、前記波長可変光源のそれぞれの波数（k）に一次従属した前記光源の信号強度を検知し、および、kに依存した信号強度分布を生成するステップと；
   − 前記検知された信号強度分布に窓関数を適用し、重み付けされた信号強度分布を生成するステップと；
   − 前記重み付けされた信号強度分布に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用するステップと、を備えた方法において、
   前記光源を波長調整する前記ステップにおいて、前記波長調整された周波数のスペクトルを、前記光源の波長調整における前記窓関数の通過帯域の範囲内に収め、
   k空間における前記光源の前記スペクトルの形状を決定するために、前記信号強度の時間に関する曲線および掃引速度の曲線が測定され、
   既知の反射波長の２つのファイバーブラッググレーティングが、干渉計と検出器の間のビーム伝搬経路に配置され、前記掃引速度に比例する前記波長可変光源の変調周波数が検知され、時間に対して示されて、特定の波長または特定の波数において、前記変調周波数の曲線が２つのディップを備えるようにし、前記掃引速度の曲線を、取得されたマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）の信号曲線から短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）により決定されるため、前記掃引速度の曲線が前記ＭＺＩを用いて決定されることを特徴とする方法。
2. 前記窓関数の適用は、フォンハン窓が適用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記波長可変光源が、前記k空間におけるガウス分布の光強度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記k空間における前記光源の前記スペクトルの形状が、前記窓関数の曲線の形状に一致する、または、少なくとも当該曲線に近似することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記信号強度の時間に関する曲線が、フォトダイオードを用いて記録されることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記変調周波数の曲線の包絡線が決定され、前記窓関数からの基準の形状からの、特にガウシアン形状からの前記包絡線の偏差が検知されることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記変調周波数の曲線の包絡線を前記窓関数からの前記基準の形状に適合させるため、前記光源の半導体光増幅器（ＳＯＡ）の電流が変調され、または前記掃引速度の曲線が変化することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記変調周波数の曲線の包絡線の決定のために検知されたデータが、ＶＣＳＥＬの光源の微調整用のフィードバックループによって使用されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。

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