JP2010014514A - 光断層画像化装置及び光断層画像化装置における干渉信号の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＳ−ＯＣＴにおいてＯＣＴ測定によって得られた複数の干渉信号データを用いて処理する際に、位相ずれによってその効果が低下することなく効率的に断層画像の画質を改善する。
【解決手段】ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置における干渉信号の処理方法であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行うことを特徴とする。また、位相補正処理を行った後、フーリエ変換前に平均化処理を行うことを特徴とする。また、位相補正処理を行った後、ドップラー方式を適用することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光断層画像化装置及び光断層画像化装置における干渉信号の処理方法に係り、特に、波長掃引光源を用いたＳＳ−ＯＣＴにおける干渉信号の位相補正処理の応用技術に関する。

従来、生体組織等の測定対象を切断せずに断面画像を取得する方法として光干渉断層（ＯＣＴ；Optical Coherence Tomography)計測法を利用した光断層画像化装置が知られている。ＯＣＴ計測法は、光源から射出された光を測定光と参照光に分け、測定光を測定対象に照射して測定対象で反射した反射光と参照光とを合波して得られた干渉光から断層画像を生成する光干渉計測法の一種である。ＯＣＴは大きく分けてＴＤ−ＯＣＴ（Time Domain OCT)とＦＤ−ＯＣＴ(Fourier Domain OCT)に分類される。ＦＤ−ＯＣＴはさらにＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT)とＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source OCT)に分かれる。

ＴＤ−ＯＣＴは、光源から射出された光を測定光と参照光に分け、測定光を測定対象に照射して測定対象で反射した反射光と参照光とを合波して干渉光を得るものであるが、測定光と参照光との光路長が一致したときに干渉光が検出されることを利用した計測方法であり、参照光の光路長を変更することにより測定対象に対する測定位置（測定深さ）を変更可能としたものである。

ＳＤ−ＯＣＴは、広帯域の低コヒーレンス光を測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、測定対象からの反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ変換することにより、深さ方向の走査を行わずに光断層画像を構成するようにしたものである。

また、ＳＳ−ＯＣＴは、光源から射出されるレーザ光の周波数を掃引させて反射光と参照光とを各波長において干渉させ、一連の波長に対する干渉信号をフーリエ変換することにより測定対象の深さ位置における反射光強度を検出し、これを用いて光断層画像を構成するようにしたものである。

このとき、ＯＣＴ計測によって得られたＯＣＴデータから信号処理によって断層画像の画質を改善する様々な方法が考えられている。

例えば、画質を改善するため複数枚のＯＣＴ画像を平均化し、画像の特徴を強調する方式（例えば、特許文献１等参照）や、Ａ方向（深さ方向）のＯＣＴデータを離散フーリエ変換（ＤＦＴ）し、位相角度を求め、Ａ方向に隣り合う角度の差から位相差を算出して位相差を補正するようにしたもの（例えば、特許文献２等参照）が知られている。またあるいは、反射光の角度成分毎にＯＣＴ測定を行って平均化処理をすることでスペックルを除去して画像の分解能を向上させるようにしたもの（例えば、非特許文献１等参照）などが知られている。

なお、上記特許文献２ではドップラーＯＣＴについて言及されているが、これはスペクトル干渉情報をフーリエ変換することによって得られる位相の変化量がドップラー信号として測定対象の移動速度に対応することを利用して血流などの速度を求める方法である。
米国特許出願公開第２００６／０１０９４２３号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２７９７４２号明細書 A.E.Desjardins,et al.,"Angle-resolved Optical Coherence Tomography with sequential angular selectivity for speckle reduction",Vol.15,No.10,OPTICS EXPRESS 6200

しかしながら、上記従来技術においては、例えば、平均化処理やドップラーＯＣＴ処理など様々な処理を行って断層画像の画質を改善するようにしているが、複数の干渉信号データを用いて処理する際に、位相ずれによってその効果が低下するという問題がある。

例えば、上記特許文献１に記載のものは、画像上のノイズを平均化処理して信号強調することで特徴的な構造情報を強調することができ分解能は上がるが、センシティビティ自体が上がるわけではないので信号レベルでのＳ／Ｎを改善することはできない。また上記特許文献２に記載されているドップラーＯＣＴにおいては計算速度が遅く、位相補正と計算速度の両立という点で問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ＳＳ−ＯＣＴにおいてＯＣＴ測定
によって得られた複数の干渉信号データを用いて処理する際に、位相ずれによってその効果が低下することなく効率的に断層画像の画質を改善することのできる光断層画像化装置及び光断層画像化装置における干渉信号の処理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置における干渉信号の処理方法であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行うことを特徴とする光断層画像化装置における干渉信号の処理方法を提供する。

これによれば、複数の干渉信号を用いて処理する際に位相ずれによって画質改善効果が低下することなく断層画像の画質を改善することが可能となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置における干渉信号の処理方法であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行った後、フーリエ変換前に平均化処理を行うことを特徴とする光断層画像化装置における干渉信号の処理方法を提供する。

これにより、ＳＳ−ＯＣＴにおいてＯＣＴ測定データからの信号処理において平均化処理における信号レベルでのＳ／Ｎを改善することができる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置における干渉信号の処理方法であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行った後、ドップラー方式を適用することを特徴とする光断層画像化装置における干渉信号の処理方法を提供する。

これにより、位相補正と計算速度とを両立させ、ドップラーＯＣＴにおけるデータ相互の位相ずれ量のＳ／Ｎを向上させ画質を効率的に改善することができる。

また、請求項４に示すように、前記位相補正処理が、前記干渉信号の電圧信号をもとに算出された値を用いることを特徴とする。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行う位相補正手段を有することを特徴とする光断層画像化装置を提供する。

これによれば、複数の干渉信号を用いて処理する際に位相ずれによって画質改善効果が低下することなく断層画像の画質を改善することが可能となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行う位相補正手段と、前記位相補正処理後の干渉信号に対してフーリエ変換前に平均化処理を施す平均化手段と、を有すことを特徴とする光断層画像化装置を提供する。

これにより、ＳＳ−ＯＣＴにおいてＯＣＴ測定データからの信号処理において平均化処理における信号レベルでのＳ／Ｎを改善することができる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行う位相補正手段と、前記位相補正処理後の干渉信号に対してドップラー方式を適用する手段と、を有することを特徴とする光断層画像化装置を提供する。

これにより、位相補正と計算速度とを両立させ、ドップラーＯＣＴにおけるデータ相互の位相ずれ量のＳ／Ｎを向上させ画質を効率的に改善することができる。

また、請求項８に示すように、前記位相補正手段は、前記干渉信号の電圧信号をもとに算出された値を用いることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、ＳＳ−ＯＣＴにおいてＯＣＴ測定データからの信号処理において、複数の干渉信号を用いて処理する際に位相ずれによって画質改善効果が低下することなく断層画像の画質を改善することが可能となる。

また、ドップラーＯＣＴにおける位相補正と計算速度とを両立させ、ドップラーＯＣＴにおけるデータ相互の位相ずれ量のＳ／Ｎを向上させ画質を効率的に改善することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る光断層画像化装置及び光断層画像化装置における干渉信号の処理方法について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る光断層画像化装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の光断層画像化装置はＳＳ−ＯＣＴ（Swept Source OCT)計測法を用いるものであり、波長掃引される光の１掃引（１パルス）のトリガ信号であるＡトリガに対するジッタ量を読み取って干渉信号の位相ずれを補正し、その補正結果を平均化処理あるいはドップラー方式に適用しようというものである。

図１に示すように、本実施形態の光断層画像化装置１は、光源ユニット１０と、光源ユニット１０から射出された光を測定用の光と位相整合用の光の２つに分ける光分割手段３と、測定用の光から第１の干渉信号を生成する第１の干渉系Ｉ１と、第１の干渉信号を検出する第１のディテクタＤ１と、位相整合用の光から第２の干渉信号を生成する第２の干渉系Ｉ２と、第２の干渉信号を検出する第２のディテクタＤ２と、第１の干渉信号及び第２の干渉信号をデジタル信号に変換するＡＤボード４４と、ＡＤボード４４からの出力信号に対して処理を行い断層画像を形成する処理系５５とから構成される。

光源ユニット１０は周波数を一定の周期で掃引させながら光を射出するものである。第１の干渉系Ｉ１は通常のＯＣＴの計測を行う干渉信号（ここでは第１の干渉信号と言う）を得るためのものであり、第２の干渉系Ｉ２は位相整合用の干渉信号（ここでは第２の干渉信号と言う）を得るためのものである。光源ユニット１０から射出された光は光分割手段３によって第１の干渉系Ｉ１に送る測定用の光と第２の干渉系Ｉ２に送る位相整合用の光に分けられるが、このとき光のパワーとしては、測定用が９９に対して位相整合用が１ぐらいの割合で良く、位相整合用の光のパワーは非常に少なくて良い。

ＡＤボード４４は第１の干渉信号及び第２の干渉信号に対してＡＤ（Analog-digital)変換を施しデジタル信号とするものである。ＡＤボード４４には光源ユニット１０からＡトリガが入力されるようになっており、ＡＤボード４４はＡトリガに基づいて第１の干渉信号及び第２の干渉信号を取り込んでデジタル信号に変換して処理部５５に渡すようになっている。

処理部５０は、デジタル信号に変換された干渉信号に対して様々な処理を施すものであり、詳しくは後述するが、位相補正手段、平均化手段そしてドップラー方式を適用する手段などの役割を果たすものである。

図２に、本実施形態の光断層画像化装置１のさらに詳しい構成を示す。

図２に示すように、光源ユニット１０は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌａを射出するものであり、一定の波長帯域を有する光を射出する光源１１と、該光源１１から射出される波長を選択する波長選択手段１２とを備えている。光源１１は、光ファイバＦＢ１０とループ状に接続された、自然放出光を射出するとともに光ファイバＦＢ１０から導波された自然放出光を増幅する半導体光増幅器（半導体利得媒質）１３から成っている。この光源１１は、駆動電流の注入により微弱な自然放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器１３に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１３及び光ファイバＦＢ１０によって形成されるレーザ光源共振器によりパルス状のレーザ光Ｌａが光ファイバＦＢ１１へ射出されるようになっている。

波長選択手段１２は、波長掃引光源用のフィルタとして光ファイバＦＢ１０から導波される自然放出光の波長を選択するものであって、光ファイバＦＢ１０に結合された光分岐器（サーキュレータ）１４から光ファイバＦＢ１１を介して自然放出光が入射されるようになっている。波長選択手段１２は、コリメータレンズ１５、回折格子素子１６、光学系(面倒れ補正レンズ)１７及び回転多面鏡（ポリゴンミラー）１８等を有している。

光ファイバＦＢ１１から入射した光はコリメータレンズ１５、回折格子素子１６、光学系１７を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１８において反射される。反射された光は光学系１７、回折格子素子１６、コリメータレンズ１５を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。

回転多面鏡１８は、矢印Ｒ１方向に回転し、各反射面の角度が光学系１７の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子１６において分光された光のうち、特定の周波数域からなる光のみが再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになっている。

この光ファイバＦＢ１１に戻る光の周波数は光学系１７の光軸と反射面との角度によって決まる。光ファイバＦＢ１１に入射した特定の周波数域からなる光が光分岐器１４から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の周波数域からなるレーザ光Ｌａが光ファイバカプラ６から光ファイバＦＢ８側に射出されるようになっている。

従って、回転多面鏡１８が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長は一定の周期で掃引することになる。つまり、光源ユニット１０から波長が一定の周期で掃引され、例えば１回の掃引で波長が１．２５μｍから１．３５μｍまで変化するレーザ光Ｌａが光ファイバカプラ６を介して光ファイバＦＢ８側に射出されることとなる。

光ファイバＦＢ８は光分割手段３に接続されている。光分割手段３は、例えば２×２の光ファイバカプラからなっている。光ファイバＦＢ８を介して導波されたレーザ光Ｌａは、光分割手段３によって測定用の光と位相整合用の光とに分割され、測定用の光は光ファイバＦＢ３によって第１の干渉系Ｉ１に導かれ、位相整合用の光は光ファイバＦＢ９によって第２の干渉系Ｉ２に導かれる。

第１の干渉系Ｉ１は、光ファイバＦＢ３を介して導波されたレーザ光Ｌａを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する光分割手段２と、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を照射するためのプローブ３０と、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変えるための光路長調整手段２０を備えている。

光分割手段２は、前述した光分割手段３と同様に光ファイバカプラで構成され、光分割手段２には、さらに２つの光ファイバＦＢ２及びＦＢ４が接続されている。光分割手段２によって分割された測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２によってプローブ３０側に導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ４によって光路長調整手段２０側に導波されるようになっている。

光ファイバＦＢ４の一方の先端は光分岐器（サーキュレータ）３２に接続しており、光分岐器３２にはさらに光ファイバＦＢ５及び光ファイバＦＢ７が接続されている。光ファイバＦＢ４から導波された参照光Ｌ２は光分岐器３２から光ファイバＬ５に導波される。そして、光ファイバＦＢ５の先には光路長調整手段２０が配置されている。

光路長調整手段２０は、光ファイバＦＢ５から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー２２と、反射ミラー２２と光ファイバＦＢ５との間に配置された第１光学レンズ２１ａと、第１光学レンズ２１ａと反射ミラー２２との間に配置された第２光学レンズ２１ｂとを有している。

第１光学レンズ２１ａは、光ファイバＦＢ５から射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ５のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ２１ｂは、第１光学レンズ２１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー２２上に集光するとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。

これにより、光ファイバＦＢ５から射出された参照光Ｌ２は、第１光学レンズ２１ａにより平行光となり、第２光学レンズ２１ｂにより反射ミラー２２上に集光される。その後、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ２１ａにより光ファイバＦＢ５のコアに集光される。

さらに、光路長調整手段２０は、第２光学レンズ２１ｂと反射ミラー２２とを固定した可動ステージ２３と、該可動ステージ２３を第１光学レンズ２１ａの光軸方向に移動させるミラー移動機構２４とを有している。そして可動ステージ２３が矢印Ｈ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するように構成されている。

光路長調整手段２０により光路長が変更された光は、再び光ファイバＦＢ５に入射され、さらに光分岐器３２を介して光ファイバＦＢ７側に導波される。

一方、測定光Ｌ１を導波する光ファイバＦＢ２の先には光分岐器（サーキュレータ）３４が接続しており、光分岐器３４にはさらに光ファイバＦＢ１及び光ファイバＦＢ６が接続されており、測定光Ｌ１は光分岐器３４から光ファイバＦＢ１側に導波される。

光ファイバＦＢ１の一方の先端にはプローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ１からプローブ３０内の光ファイバＦＢ０に導波されるようになっている。プローブ３０は、例えば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタＯＣによって光ファイバＦＢ１に対して着脱可能に取り付けられている。

プローブ３０は、光学コネクタＯＣを介して光ファイバＦＢ１と接続されており、光ファイバＦＢ１によって導波された測定光Ｌ１がプローブ３０内の光ファイバＦＢ０に入射される。入射された測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ０によって伝送され測定対象Ｓに照射される。そして測定対象Ｓで反射した戻り光（反射光）Ｌ３は、光ファイバＦＢ０に入射し、これにより測定対象ＳのＯＣＴ撮像が行われる。

光ファイバＦＢ０に入射した反射光Ｌ３は、光ファイバＦＢ０から光学コネクタＯＣを介して光ファイバＦＢ１に射出されるようになっている。

光ファイバＦＢ１に入射した反射光Ｌ３は、光分岐器３４を介して光ファイバＦＢ６側に導波されるようになっている。一方、光路長調整手段２０により光路長が変更された参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ５及び光分岐器３２を介して光ファイバＦＢ７側に導波されている。

光ファイバＦＢ６によって導波された反射光Ｌ３及び光ファイバＦＢ７によって導波された参照光Ｌ２は、合波手段４によって合波され干渉光Ｌ４、Ｌ５として出力される。

干渉光Ｌ４、Ｌ５は、第１のディテクタＤ１によって検出される。第１のディテクタＤ１は、検出器４０ａ、４０ｂ及び干渉光検出部４０から構成される。

干渉光Ｌ４は検出器４０ａに入射され、また干渉光Ｌ５は検出器４０ｂに入射されるようになっている。

干渉光検出部４０は、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２を合成して生成された干渉光Ｌ４、Ｌ５を干渉信号として検出するものである。また、干渉光検出部４０は、検出器４０ａ及び検出器４０ｂの検出結果に基づいて、合波手段４から出力される干渉光Ｌ４及びＬ５の強度のバランスを調整する機能を有している。干渉光検出部４０で検出された干渉信号は第１の干渉信号としてＡＤボード４４に出力される。

また、光分割手段３で分割され光ファイバＦＢ９によって導波された位相整合用の光は第２の干渉系Ｉ２に導かれる。

第２の干渉系Ｉ２は、光分割手段５、合波手段７及び長さの異なる２つの光ファイバＦＢ１２、ＦＢ１３とから構成される。

光分割手段５及び合波手段７は、いずれも光分割手段３等と同様の光ファイバカプラで構成されている。また、光ファイバＦＢ１２と光ファイバＦＢ１３における光路長差をΔｌとすると、Δｌは通常２ｍｍ以下の範囲で用いられる。ここで、Δｌの長さは位相ずれのバラツキ量に応じた最適値があり、この最適化の方法については後述する。光分割手段５で２つに分割された光はそれぞれ光ファイバＦＢ１２及び光ファイバＦＢ１３を経由した後、合波手段７で合波されて干渉信号が生成される。

この干渉信号は検出器４２ａ及び４２ｂを介して干渉光検出部４２に入力され、干渉光検出部４２から第２の干渉信号としてＡＤボード４４に出力されるようになっている。

ＡＤボード４４は、第１の干渉信号及び第２の干渉信号をそれぞれＡＤ変換し、デジタル信号として処理系５５に出力する。

処理系５５は、処理部５０、表示部５２及び制御操作部５４から構成されている。

処理部５０は、測定部位におけるプローブ３０と測定対象Ｓとの接触している領域、より正確にはプローブ３０のプローブ外筒の表面と測定対象Ｓの表面とが接触しているとみなせる領域を検出し、ＡＤボード４４から入力された第１の干渉信号及び第２の干渉信号に基づいて位相補正処理、平均化処理、あるいはドップラー方式の処理などの各種処理を行い、断層画像を形成する。

表示部５２は、ＣＲＴあるいは液晶表示装置等で構成され、処理部５０で取得された断層画像を表示する。

制御操作部５４は、キーボード、マウス等の入力手段と、入力された情報に基づいて各種条件を管理する制御手段とを有し、処理部５０及び表示部５２に接続されている。制御操作部５４は、入力手段から入力されたオペレータの指示に基づいて、処理部５０における各種処理条件等の入力、設定、変更や、表示部５２の表示設定及び変更等を行う。

次に、平均化処理について説明する。

図３に、平均化処理の流れを示す。

ここでの平均化処理は、測定用の光から得られる第１の干渉信号に対して行われる。光源ユニット１０から一定の周期で波長が一定の波長帯域で変化する光Ｌａが射出され、そのとき波長の１掃引におけるある一定のタイミングを示すＡトリガが光源ユニット１０からＡＤボード４４に入力される。ＡＤボード４４はそのＡトリガに基づいて干渉光検出部４０から干渉光Ｌ４（第１の干渉光）を入力してデジタル信号に変換し処理部５０に引き渡す。

このようにして、図３のステップＳ１０１において、処理部５０は干渉信号（第１の干渉信号）を取得する。

次に、ステップＳ１０２において、処理部５０は受け取った干渉信号に対してリスケール処理を行う。これは、干渉信号を波数リニアに変換する処理である。リスケール処理の済んだデータはメモリにストアしておく。

次に、ステップＳ１１１において、処理部５０は次のＡトリガ基準での干渉信号をＡＤボード４４から取得する。そして、ステップＳ１１２において、この干渉信号に対してもリスケール処理を行い、処理後のデータをメモリにストアする。

このようにして、測定対象Ｓの同じ測定部位を複数回ＯＣＴ計測して得られた複数の干渉信号に対してリスケール処理を施した複数のデータが得られたら、次にステップＳ１０３において、これらの複数の干渉信号から得られた複数のデータに対して平均化処理を行う。この平均は単純な平均である。

次に、ステップＳ１０４において、平均化されたデータに対してフーリエ変換を行う。フーリエ変換によって、測定対象Ｓの測定部位における深さ方向の反射強度分布が得られる。

次のステップＳ１０５において、フーリエ変換されたデータに基づいて画像形成処理を行い、断層画像を形成する。

次に、干渉信号に対して位相ずれを補正してから平均化処理を行う処理について説明する。

図４に、干渉信号の位相補正を行った結果に対して平均化を行う処理の流れを示す。

まず、図４のステップＳ２０１において、処理部５０は、測定用の第１の干渉信号及び位相整合用の第２の干渉信号を取得する。

ここで第１の干渉信号は、前述した図３に示す平均化処理の場合と同様にＡトリガ基準でサンプリングされるが、第２の干渉信号は、Ａトリガよりもｔ０秒後の値を取得する。

これについて図５及び図６を用いて説明する。

図５に干渉信号の波形の例を示す。図５（ａ）は第１の干渉信号、図５（ｂ）はＡトリガ信号、図５（ｃ）は第２の干渉信号である。また図６は、図５（ｃ）の破線で囲まれた領域Ｒを拡大して示したものであり、横軸が時間ｔで縦軸が電圧Ｖである。

信号は常にメモリに読み込まれており、第１の干渉信号は、Ａトリガが検出された時点からポストトリガ分だけ前の時点のデータから所定のデータ取得範囲のデータが、メモリ中から取得される。

また、第２の干渉信号は、Ａトリガより時間ｔ０秒後のデータが取得される。この時間ｔ０は、予め測定して設定されている時間である。ｔ０は、以下述べるように、第２の干渉信号の振幅が最大となる近辺で、かつＡトリガジッタばらつきの中心で０Ｖになる値に設定すると好適である。

すなわち、図６の時間軸ｔ方向の矢印で示すようにＡトリガジッタばらつき（ジッタ量）が存在し、これに対し出力電圧Ｖの変動幅が縦軸方向に矢印で示す出力変動幅だけ存在するとするとき、出力変動幅の中心が０Ｖとなる位置をｔ＝ｔ０と設定する。

図６に示すようにＶ＝０となるところをｔ＝ｔ０とすることにより、第２の干渉信号の正弦波の直線部分を一番広く使用することができる。

以上説明したように、Ａトリガジッタ量に合わせて第２の干渉信号の取得タイミング（遅延量ｔ０）を決定する。

このようにｔ０を一度設定したらその値をずっと使用するようにする。その後、第２の干渉信号を取得する毎に出力電力Ｖは、図６の出力変動幅の中で変動する。このとき、Ｖ＝０となるようにｔ０を決めていても、例えばその後の温度の変動等によって中心がＶ＝０からずれることも起こり得る。

次に図４のステップＳ２０２において、補正処理を行う。

図７に、位相ずれの補正方法を示す。

図７に示すように、第１の干渉信号は、１からｎまで、それに対応する出力電圧値の配列がｖ_１からｖ_ｎであるとする。また、第２の干渉信号の出力電圧値はＶであるとし、これから出力変動幅の中心である基準電圧Ｖ０とのずれ量（Ｖ−Ｖ０）を、以下の式（１）で位相シフト量Δｐｘ（画素数、ピクセルのずれ）に変換する。

Δｐｘ＝α・（Ｖ−Ｖ０） ・・・（１）
ここで基準電圧Ｖ０は、メンテナンス時にｔ＝０でのＶの中心値をＶ０として測定し、設定する。また、係数αは、図６において第２の干渉信号のグラフのｔ＝ｔ０における傾きであり、予め実測により定められる。また、電圧値と画素数との関係も予め実測により求められている。実測によれば、通常このピクセルのずれ量は、４ピクセル以下である。

例えば、掃引周波数を２０ｋＨｚ、ＡＤサンプリング周波数を８０ＭＨｚとして、実際に測定した場合、４ピクセル＝５０ｎｓｅｃである。

ジッタ量が小さい場合は、ジッタと電圧との関係が略直線となる領域で最大範囲を使えるようαを大きく設定することが望ましい。ここで、αを大きくするには光路長差Δｌを短くすれば良い。また、Δｌの調整は、遅延器の挿入やファイバへの応力調整等の方法がある。

次に、画素数として表された位相シフト量Δｐｘを整数部ａと少数部ｂとに分割する。この整数部の値ａを用いて図７に示すように配列番号を、１、・・・、ｎから１＋ａ、・・・、ｎ＋ａのようにシフトする。

次に配列値ｖ_１、・・・、ｖ_ｎを、各隣り合った２つの値をｂ：１−ｂに内分するようにして補正する。すなわち、ｖ_ｉ’＝（１−ｂ）・ｖ_ｉ＋ｂ・ｖ_ｉ＋１、（ｉ＝１、・・・、ｎ−１）とする。

次に図４のステップＳ２０３において、補正処理が行われた第１の干渉信号に対してリスケール処理を行う。リスケール処理を行ったデータは、メモリに格納しておく。

次にステップＳ２１１において、次のＡトリガ基準でサンプリングされた第１の干渉信号と、そのＡトリガ信号よりもｔ０秒後における第２の干渉信号の値を取得し、ステップＳ２１２において、上と同様にしてこの第１の干渉信号に対して第２の干渉信号を用いて補正処理を行う。その後ステップＳ２１３においてリスケール処理を行い同様にメモリに格納しておく。

このようにして、測定対象Ｓの同一部位に対して複数回ＯＣＴ計測を行って得られた複数の干渉信号に対して上記補正処理を行った後、ステップＳ２０４において、これらの補正処理が施された複数の干渉信号に対して平均化処理を行う。平均化処理は、複数のデータの単純平均をとることで行う。

次に、ステップＳ２０５において、平均化処理されたデータに対してフーリエ変換を行い、ステップＳ２０６において画像形成処理を行い断層画像を取得する。

図８に、平均化処理のみを行った場合と、補正処理後に平均化処理を行った場合の結果をグラフで示す。横軸はｐｘ、縦軸はｄＢであり、データは、ガルバノミラーをスキャンせずに（０Ｈｚ）、１０ラインの平均をとったものである。

図８において、Ｓ０はシグナルの元データ、Ｓ１はシグナルの単純平均の結果、Ｓ２はシグナルの単純平均にさらに位相調整(補正)を行ったもの、Ｎ０はノイズの元データ、Ｎ１はノイズの単純平均の結果、Ｎ２はノイズの単純平均にさらに位相調整(補正)を行ったものを表す。

図８に符号Ｐで示すように、シグナルは単純平均のみだとＡトリガジッタの影響により約２ｄＢダウンしているが、位相調整を行うとほとんどＡトリガジッタの影響はない。

また、符号Ｑで示すように、ノイズは単純平均のみでも低減することができる。今１０ラインの平均であるから、１０×log√（１０）として理論的に計算して得られた値約５ｄＢと同じだけ低減していることが図８から分かる。

このように、以上説明した実施形態においては、位相補正処理を行った結果に平均化処理を行うことで、シグナルはジッタの影響を受けず、一方ノイズは低減しており、ＳＳ−ＯＣＴにおいてＯＣＴ測定データからの信号処理において平均化処理における信号レベルでのＳ／Ｎを向上させ、位相ずれにより画質改善効果を低下させることなく、断層画像の画質を改善することができる。

次に、他の実施形態として、位相補正処理を行った結果をドップラー処理（ドップラーＯＣＴ）に適用するようにしても良い。

ドップラーＯＣＴは、測定対象Ｓそのものの動きに由来する断層画像のゆがみを補正するために、干渉情報のフーリエ変換によって得られる位相の変化量としてのドップラー信号を検出し、それを用いて動きを検出するもので、計測データ情報を用いて位置関係を補正するものである。

具体的には、Ａ方向（深さ方向）の測定対象Ｓの移動ぶれに起因する複数のＡ方向の断層画像の位相ずれを、ドップラー信号情報を用いて検出し、この検出結果に基づいてＡ方向の断層画像の速度情報を異なる色の分布等で表示再構成するものである。

このように、位相補正処理を行った結果をドップラー処理（ドップラーＯＣＴ）に適用することにより、測定対象Ｓの動きによる断層画像のゆがみを補正することができ、ドップラーＯＣＴにおけるデータ相互の位相ずれ量のＳ／Ｎを向上させ、断層画像の画質を改善することができる。また、血管の中を流れる血流の速度を求めることもできる。

以上、本発明の光断層画像化装置及び光断層画像化装置における干渉信号の処理方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る光断層画像化装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 本実施形態の光断層画像化装置のより詳しい構成を示す構成図である。 平均化処理の流れを示すフローチャートである。 干渉信号に位相補正を行った結果に対して平均化を行う処理の流れを示すフローチャートである。 干渉信号の波形の例を示すグラフであり、（ａ）は第１の干渉信号、（ｂ）はＡトリガ、（ｃ）は第２の干渉信号を示す。 図５（ｃ）の破線で囲まれた領域Ｒの拡大図である。 位相ずれの補正方法を示す説明図である。 平均化処理及び補正処理による結果を示す線図である。

符号の説明

１…光断層画像化装置、１０…光源ユニット、１１…光源、１２…波長選択手段、１４…光分岐器（サーキュレータ）、１５…コリメータレンズ、１６…回折格子素子、１７…光学系、１８…回転多面鏡（ポリゴンミラー）、２０…光路長調整手段、２２…反射ミラー、２３…可動ステージ、２４…ミラー移動機構、３０…プローブ、３２、３４…光分岐器、４０、４２…干渉光検出部、４４…ＡＤボード、５０…処理部、５２…表示部、５４…制御操作部、５５…処理系、Ｉ１…第１の干渉系、Ｉ２…第２の干渉系、Ｄ１…第１のディテクタ、Ｄ２…第２のディテクタ

Claims (8)

1. ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置における干渉信号の処理方法であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行うことを特徴とする光断層画像化装置における干渉信号の処理方法。
2. ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置における干渉信号の処理方法であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行った後、フーリエ変換前に平均化処理を行うことを特徴とする光断層画像化装置における干渉信号の処理方法。
3. ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置における干渉信号の処理方法であって、測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行った後、ドップラー方式を適用することを特徴とする光断層画像化装置における干渉信号の処理方法。
4. 前記位相補正処理が、前記干渉信号の電圧信号をもとに算出された値を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光断層画像化装置における干渉信号の処理方法。
5. ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置であって、
   測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行う位相補正手段を有することを特徴とする光断層画像化装置。
6. ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置であって、
   測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行う位相補正手段と、
   前記位相補正処理後の干渉信号に対してフーリエ変換前に平均化処理を施す平均化手段と、
   を有することを特徴とする光断層画像化装置。
7. ＳＳ−ＯＣＴ計測法を用いた光断層画像化装置であって、
   測定対象の同一測定部位を複数回計測して得られた複数の干渉信号の位相ずれを補正する位相補正処理を行う位相補正手段と、
   前記位相補正処理後の干渉信号に対してドップラー方式を適用する手段と、
   を有することを特徴とする光断層画像化装置。
8. 前記位相補正手段は、前記干渉信号の電圧信号をもとに算出された値を用いることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の光断層画像化装置。

Images