JP2010169660A - 光干渉断層法を用いた撮像装置および撮像方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光干渉断層法を用いた撮像装置は、以下を備える。
まず、前記被検査物に入射する信号光を被検査物に導く光路中に設けられ、該信号光を主走査方向に走査するための走査手段を備える。
次に、複数の主走査線として走査される画像取得領域における前記主走査方向の両端部以外の少なくとも1つの所定領域において、1画素あたりの光干渉信号の積分時間を前記所定領域以外の領域よりも増大させるように前記走査手段を制御するための制御手段を備える。
【選択図】 図1
Description
光源からの光を信号光と参照光とに分割し、前記信号光を被検査物に導くと共に前記参照光を参照ミラーに導き、
被検査物によって反射あるいは散乱された前記信号光による戻り光と、前記参照ミラーによって反射された前記参照光とを用い、前記被検査物の断層画像を撮像するための光干渉断層法を用いた撮像装置であって、
前記信号光を被検査物に導く光路中に設けられ、主走査方向の光走査を制御する光走査制御手段と、
複数の主走査線として走査される所定の画像取得領域の主走査方向の両端部以外の少なくとも1つの所定位置において、単位走査線長あたりの光干渉信号を積分する時間を増大させて、前記光走査制御手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
前記被検査物に入射する信号光を被検査物に導く光路中に設けられ、該信号光を主走査方向に走査するための走査手段と、
複数の主走査線として走査される画像取得領域における前記主走査方向の両端部以外の少なくとも1つの所定領域において、1画素あたりの光干渉信号の積分時間を前記所定領域以外の領域よりも増大させるように前記走査手段を制御するための制御手段と、を有することを特徴とする。
光源からの光を信号光と参照光とに分割し、前記信号光を被検査物に導くと共に前記参照光を参照ミラーに導き、
前記被検査物によって反射あるいは散乱された前記信号光による戻り光と、前記参照ミラーによって反射された前記参照光とを用い、前記被検査物の断層画像を撮像するための光干渉断層法を用いた撮像方法であって、
複数の主走査線で構成される所定の画像取得領域の主走査方向の両端部以外の少なくとも1つの所定位置において、単位走査線長あたりの光干渉信号を積分する時間を増大させて、前記主走査方向の光走査を制御する工程を有することを特徴とする。
第一の実施形態に係る光干渉断層法を用いて被検査物の断層画像を撮像するための撮像装置は、以下の通りである。
ここで、101は重み付け個別情報指定部、102は重み付け情報統合処理部、103は重み付け制御パラメータ最適化計算部、104は横方向重み付け制御部、105は縦方向重み付け制御部である。また、106は光干渉断層計測部、107は重み付け画像補正部、108は画像表示部、109は画像情報記憶部である。
重み付け個別情報指定部101により、OCTの3次元画像取得において、3次元的な取得範囲の中で診断対象の疾病に応じて重要部位とその種類を指定する。
指定される重み付け個別情報としては、3次元的な位置、範囲(重み付け箇所)と、当該位置、範囲のそれぞれ対応した横分解能、感度の重み付け量が含まれる。
重み付け制御パラメータとは、本発明のOCT装置に組み込まれた複数の制御部に関する制御パラメータを指し、これを統合された重み付け情報を元に最適化する。
最適化された制御パラメータは横方向と縦方向にそれぞれ分けられ、横方向重み付け制御部104と、縦方向重み付け制御部105に送られる。
重み付け制御部を含むOCTを構成する光干渉断層計測部106は制御を行った上で画像取得をし、重み付けの施された計測画像を出力する。
当該重み付け画像情報は重み付け画像補正部107に送られ、当該部により、重み付けにより生じた画像の変質を必要に応じて補正する。
画像の変質には、例えば輝度や画像の縦方向位置ずれである。補正された画像は画像表示部108および画像情報記憶部109に送られ、それぞれ、画像表示、データの記憶が行われる。
図1(b)、(c)、(d)、(e)に、本実施形態の光干渉断層撮像装置における重要領域指定の様態を説明する模式図を示す。
本発明の目指すところの集団検診におけるスクリーニングでは、失明に至る三大疾病である緑内障、加齢黄班変性、糖尿病網膜症が最も重要な対象であり、これらを本実施形態の対象とする。
それぞれの疾病について重要な診断部位を、図1(b)に示された緑内障重要部位指定205、加齢黄班変性重要部位指定206、糖尿病網膜症指定207のように指定する。この指定は本実施形態ではユーザによりGUIを用いて作図され、指定される。
逆向きに進行した参照光は再びコリメートレンズ404を介してファイバ光結合器403に戻る。
大域的な光路長制御は、参照光路のトータルの光路長が信号光路に基準として所定の長さとなるよう、特に個人差のある眼軸長の補正を含めて、調整・制御される。
光ディレイ位置高速精細駆動装置413による精細かつ高速な制御は上述した図2(b)のゼロディレイ位置の制御に対応し、感度を増大させる重要部位を通過するように制御される。
ここで、ゼロディレイ位置とは、参照光路長と信号光路長が一致する際の被検査物上の対応する縦位置である。
SD−OCTの感度はゼロディレイ位置で最も高く、ディレイ位置から離れるに従って、低下する。
なお、ゼロディレイ位置を被検物内部の深さに設定すると、逆フーリエ変換処理により鏡像が発生する。
干渉光受光系は、本実施形態においては分光器であり、従って本実施形態のOCTはSD−OCTを構成する。
干渉光はコリメートレンズ404により平行光となり、反射ミラー415により回折格子416に導かれ、回折格子の作用により、その1次回折光が含まれる光の波長成分に応じて異なる角度へ進行する。
異なる角度で結像レンズ417へ入射した干渉光の各波長成分はそれぞれの角度に応じてラインセンサ418上の異なる位置に結像される。
そして、ラインセンサのそれぞれの画素に応じた光強度として読み出され、制御・信号処理部501へ信号が伝送される。
制御・信号処理部501は、Xスキャナ405、Yスキャナ406、光ディレイ大域低速駆動装置414、光ディレイ高速精細駆動装置413、フォーカス駆動装置411、ラインセンサ418の各々を制御する。
一方で角度、位置、光信号を検出した信号を受け取るドライバおよび取込部がそれぞれ具備されている。
このうち、ライン画像取込部507でラインセンサ418から伝送された光強度信号列をFFT処理部508によって高速で逆フーリエ変換処理し、その結果が中央処理部509に送られる。
中央処理部509では、時系列で送られてくる逆フーリエ変換後のデジタル光干渉信号をXスキャナドライバ502、Yスキャナドライバ503からのスキャナ位置信号・同期信号、高速精細ディレイ駆動ドライバ504、低速大域ディレイ駆動ドライバ505からのディレイ位置信号・同期信号、および、フォーカスドライバ506からのフォーカス位置信号と比較し、これによって、光干渉信号と眼底観察対象部位上の位置とを対応付ける。
その後、所定の画素毎に光干渉信号が割り振られ、画像化が行われ、画像表示部510に表示される。
走査線の粗密配置については、副走査を担う図3(a)に示されるYスキャナ406の制御で、従前の技術と同様に行われる。
すなわち、重要領域に対して走査線密度を増やし、それ以外で疎にするよう、副走査が行われる。副走査は主走査に比べて低速であり、従来の制御を少し工夫する程度で実現できる。
これは、すなわち主走査線内で重要領域である中央部での走査速度を周辺部での走査速度に比べて遅くする構成である。
従って、本発明自身は、必ずしも副走査方向制御による走査線の粗密構成(図2(a))を行わず、走査間隔を等しくしても、その機能を果たすことができる。
図7(a)には走査時間tおよび走査位置xについて、1画素あたり積分時間Tp、走査速度V、走査位置xをグラフとして示したものである。
一方、対応する走査の様子をその往路、復路と走査位置xを含めて図7(b)に示した。なお、図7(b)は、基本的に図2(a)と同一であるが、その方向は90度回転して表示されている。
図7(a)中、Tとは往路復路走査の合計時間であり、即ち、主走査の周期を表す。
往路はt=0からT/2まで、復路はT/2からTまでに対応し、xの位置は往路がx=0からXまで、復路がx=Xから逆進し0までとなる。
本実施形態では走査線上で速度Vを走査位置xの関数V(x)として重み付け情報を反映したものとする。
その結果として、1画素あたり積分時間Tpは走査位置xの関数Tp(x)として重要領域である走査線中央部において増大するよう、構成されている。
すなわち、走査位置として往路のx=X/2および復路のx=X/2位置近傍において共にTpは3倍以上となっている。
1画素あたり積分時間Tpが増した領域では、光干渉信号が増えSN比が向上する。
なぜならば、通常のOCTの稼動領域では、ショット雑音や熱雑音に制限された領域であるため、SN比は積分時間に略比例するからである。
結果として、このような重み付けを行うために、走査位置xを時間tの関数としてx(t)は図7(a)最下図のような駆動を必要とする。
図7(a)で示されるXスキャナの駆動制御について、本実施形態では、図5(a)と(b)で示される光学系を用いて、合成の主走査により所望の走査(図7(a))を得るように構成される。
すなわち、2つの異なる共振周波数を持つ第一共振スキャナ802と第二共振スキャナ804による共振型Xスキャナを光学的に共役な関係に配置し、合成の主走査により所望の走査(図7(a))を得るように構成される。
図5(a)と(b)は、それぞれ光学系の概要として、上面図、側面図を示すものである。
図5(b)において、信号光801が第一共振スキャナ802に入射する。第一共振スキャナ802と共に、第二共振スキャナ804の光走査回転中心は第一リレー光学系803により互いに光学的共役関係に配置される。
第一及び第二共振スキャナ802、804は図5(c)に示すような概観を持ち、回転ミラー901は駆動系903、駆動軸902により角度走査が所定の単一周波数を持つ三角関数的に行われる。
第二共振スキャナ804により反射された光は、次に第二リレー光学系805により、副走査を担うYガルバノスキャナ806に導光される。
そして、さらにYガルバノスキャナ806で反射された信号光は接眼光学系807により人眼409に入射し、人眼の光学作用も含めて、主走査2つ、副走査1つのスキャナにより与えられる2次元的な走査角度に応じて眼底内の対応する横位置に結像され、走査される。
第一共振スキャナ802、第二共振スキャナ804の共振周波数はそれぞれ2kHz、6kHzであり、第二共振スキャナ804が第一共振スキャナ802に対して3倍の共振周波数を持つように構成されている。
図6(a)は合成走査振動を示す図であり、図6(b)は合成前のそれぞれの走査振動を示す図である。合成走査角度θは時間tの関数θ(t)として、
合成走査角度θ(t)=a sin(ωt)+ 0.3a sin(3ωt)
で表される。
但し、ω=2πf,f=2kHzである。
すなわち、図6(b)に示すようにスキャナの走査振動の位相については位相差0で、振幅については1:0.3の比で構成されている。図6(a)に表されるように、所望の走査である図7(a)の制御が可能となることがわかる。
第二の実施形態における2周期共振型スキャナを構成した例について、図5(c)、(d)、(e)、(f)を用いて説明する。
図5(g)に、本発明の第二の実施形態の光干渉計測装置の走査光学系構成を説明する模式図を示す。
次に、第三実施形態について説明する。
それぞれの光はさらにファイバ光結合器403により、信号光路と参照光路に分けられる。
信号光路においては、コリメートレンズ404を並置させ、2本の平行ビームとして信号光が射出され、両ビームは結像光学系1402によりXスキャナ405の反射走査の略回転中心で交わるように構成される。
2本の信号光は、眼の光学作用も含めて、それぞれ眼底の異なる位置に同時に集光され、さらに、Xスキャナ、Yスキャナの回転走査により眼底上を所定の間隔を隔てて、それぞれの走査範囲1405、1406を、同期して2次元的に走査する。
この2つの走査が上述した図2(c)と(d)の第一、第二の走査線群を構成する。
一方、参照光は並置されたコリメータ404により2本の平行ビームとして射出し、光ディレイ位置高速精細駆動装置413および光ディレイ位置大域低速駆動装置414上に設置された参照光ミラー412にてその光路を逆向きに進行するように反射される。
参照光ミラー412の位置は光ディレイ位置大域低速駆動装置414および光ディレイ位置高速精細駆動装置413の制御を行うことによってそれぞれ大域的に、調整・制御される。
また、精細に参照光路のトータルの光路長が信号光路の長さに対して所定の長さとなるよう、調整・制御される。
信号光と参照光はそれぞれ2本ずつ、ファイバ光結合器403に戻り、光源側に戻る光と受光光学系側に進む光に分けられるが、各光路においては信号光と参照光が同一基本モードで伝搬しているため、即ち重ね合わさり、干渉光を構成する。
並置されたコリメートレンズ404により2つの平行ビームとして出射した干渉光は結像レンズ1407により回折格子416上で交わるように構成される。
回折格子416は図3(b)では、紙面垂直方向に格子が配列されている。回折格子416により2つの干渉光の1次回折光は紙面垂直方向に波長分解され、それぞれラインセンサ1408、1409上に分光光強度に応じた光強度パターンを生じさせる。
ラインセンサ1408、1409は図3(b)では紙面垂直方向に画素が1次元的に配列されて成るものである。
ラインセンサ1408、1409で検知された分光光干渉信号は、制御・信号処理部501によってそれぞれ逆フーリエ変換処理等を施した後に画像化され、走査位置に応じてつなぎ合わされて画像取得領域201の全体を構成する。
1画素あたり積分時間Tpが増した領域では、光干渉信号が増えSN比が向上する。
なぜならば、通常のOCTの稼動領域は、ショット雑音や熱雑音に制限された領域であるため、SN比は積分時間に略比例するからである。
本発明においては、以上に述べた実施形態1から3に記載した具体的構成の詳細に限定されるものではない。
それら以外の構成においても、それぞれ構成要件の一部を本発明を逸脱しない範囲で変形して用いることができるのは言うまでもない。
例えば、実施形態3の並列走査系においては、図2(e)と(f)に示すように、y方向を主走査として、3つの走査群1701、1702、1703によりy方向に対して重要な2箇所に重み付けを行い、その領域の感度を向上させることが可能である。その場合における走査線の様子を図2(e)に示す。
なお、図2(e)については、その2次元走査を高速に行う場合、それぞれの副走査をステップ上でなく連続的に行い、実際には図6(c)と(d)に模式的に示したような走査形態としてもよい。1301、1302、1701、1702、1703は、それぞれ走査線を示している。
すなわち、光ディレイ位置高速精細駆動装置413と光ディレイ位置大域低速駆動装置414を異なる参照光ミラーとして別配置し、光サーキュレータ2001等の光結合器を用いて参照光路中にシリアル配置してもよい。
モータ2203の回転速度は主走査の繰り返しレートに同期するよう調整制御されており、従って、ゼロディレイ位置は主走査位置に合わせて周期的に変調される。
この場合、補正なしで断層画像を構成すると、ディレイ位置を画面内で直線となるように構成されるため、図6(h)のように、重み付け断層画像自体に不連続的な変位2302が加わる。
従って、好ましい重み付け画像補正としては、回転円盤体2201により加えられる光路長差情報を画像構成時に加えて処理し、図6(i)のような連続的な断層画像として再構成するものである。
このような重み付け画像補正については、自動で行っても良いし、ユーザ指定により半自動や手動で行うことも可能である。
例えば、ゼロディレイ位置を信号レベルの低く鏡像が実効的に無視できる網膜表面より浅部の硝子体に設定し、かつ、感度をできるだけ高めるために、上記実施形態で述べたようなゼロディレイ調整部により、網膜表面に沿って曲線的、あるいは近似的な直線の組合せに従って調整してもよい。
さらに、プレスキャンを行う場合には、OCT装置と複合化された眼底カメラ、眼軸長測定器やその他、本光断層干渉撮像装置とは別の眼科計測機器を用いることができる。
そして、別の眼科測定器2404の測定後、他の検診測定器2405による検査中に、その情報を通信により本装置2406に伝送して、被験者が本検査を行う前に重要箇所の指定が終わるようにし、トータルの検査時間を短縮する構成としても良い。
次に、一般的なFD−OCTについて説明する。
ファイバ光結合器2503に戻った信号光および参照光は、それぞれ分岐されて光源2501へ戻る成分と干渉光受光系へ向かう成分に分かれるが、信号光と参照光は同一の単一モードファイバを伝播し、即ち、重ね合わさり、光干渉を生じる。
干渉光受光系は、この例においては分光器であり、この例におけるOCTはスペクトル干渉を計測する手法によるSD−OCT(Spectral Domain OCT)を構成する。コリメートレンズ2504により平行光となり、反射ミラーによって回折格子2514に導かれた干渉光は回折格子の作用により、その1次回折光が、含まれる波長成分に応じて異なる角度へ進行する。異なる角度で結像レンズ2515へ入射した干渉光の各波長成分はそれぞれの角度に応じてラインセンサ2516上の異なる位置に結像され、ラインセンサのそれぞれの画素に応じた光強度として読み出され、制御・信号処理部2601へ信号が伝送される。
102 重み付け情報統合処理部
103 重み付け制御パラメータ最適化計算部
104 横方向重み付け制御部
105 縦方向重み付け制御部
106 光干渉断層計測部
107 重み付け画像補正部
108 画像表示部
109 画像情報記憶部
Claims (10)
- 光干渉断層法を用いた撮像装置であって、
被検査物に入射する信号光を被検査物に導く光路中に設けられ、該信号光を主走査方向に走査するための走査手段と、
複数の主走査線として走査される画像取得領域における前記主走査方向の両端部以外の少なくとも1つの所定領域において、1画素あたりの光干渉信号の積分時間を前記所定領域以外の領域よりも増大させるように前記走査手段を制御するための制御手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記制御手段は、前記少なくとも1つの所定領域と該所定領域以外の領域とに付加された重み付け情報に基づいて前記走査手段を制御するように構成されることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記重み付け情報に応じて、該重み付け情報を付加した領域における前記走査を相対的に変化させるための光学的位置調整手段を備えることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記制御手段は、
2つの異なる共振周波数を持つ共振型スキャナを光学的に共役な関係に配置して構成される、あるいは、
外枠振動子と該外枠振動子内に一体的に設けられた反射部振動子とによる2周期共振型スキャナによって構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記制御手段は、
前記被検査物に対する深さ方向のフォーカス位置を制御することが可能に構成される、あるいは、
前記信号光の光路長に対する前記参照光の光路長を所定の長さに制御することが可能に構成されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の主走査線が、第一の走査線群と第二の走査線群によって構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 光源からの光を信号光と参照光とに分割し、前記信号光を被検査物に導くと共に前記参照光を参照ミラーに導き、
前記被検査物によって反射あるいは散乱された前記信号光による戻り光と、前記参照ミラーによって反射された前記参照光とを用い、前記被検査物の断層画像を撮像するための光干渉断層法を用いた撮像方法であって、
複数の主走査線として走査される所定の画像取得領域の主走査方向の両端部以外の少なくとも1つの所定位置において、単位走査線長あたりの光干渉信号を積分する時間を増大させて、前記主走査方向の光走査を制御する工程を有することを特徴とする撮像方法。 - 前記主走査方向の光走査を制御する工程は、
重み付け情報を個別に指定する工程と、
前記個別に指定された重み付け情報を統合する工程と、
前記統合された重み付け情報を、重み付け制御パラメータとして最適化する工程と、
前記最適化された重み付け制御パラメータを、重み付け制御手段に出力する工程と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の撮像方法。 - 請求項7あるいは8に記載の撮像方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
- 請求項7あるいは8に記載の撮像方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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