JP2019200195A - 空間的にオフセットした光コヒーレンス断層撮影法 - Google Patents
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Abstract
Description
光源からの入射光でサンプルの関心対象領域を照射する、及び
光検出器において、光源からの基準光が、前記サンプルの関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより光検出器で干渉を生起する
よう構成されている。
サンプルは、混濁しているものとすることができる。
サンプルは、混濁媒質を含むものとすることができる。
サンプルは、組織のような生物サンプル又は標本からなるものとすることができる。
関心対象領域は、サンプル内及び/又はサンプルの表面上に少なくとも部分的に位置するものとすることができる。
対象物は、サンプル内に埋設されているものとすることができる。
対象物は、混濁しているものとすることができる。
対象物は、構体を含むものとすることができる。
前記照射光路及び前記オフセット集光路は、直線経路であり得る。
該拡散素子は回折格子を有することができる。
前記光検出器は、画像センサを有することができる。
本発明システムは、コントローラを備えることができる。
前記コントローラは、逆フーリエ変換を用いて、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を、サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するよう構成され得る。
前記光源は、調整可能とすることができる。
前記コントローラは、前記光源と通信するよう構成され得る。
前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
前記光源の波長を変化させる、
前記光源の波長の関数として前記干渉を検出する光検出器を用いて、前記干渉の光学的スペクトルを生ずる、及び
逆フーリエ変換を用いて、干渉の光学的スペクトルをサンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換する
よう構成され得る。
前記コントローラは、前記可変光学素子と通信するよう構成され得る。
前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
前記サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、前記基準光路の光学的長さを変化させるよう前記可変光学素子を制御する、及び
前記基準光路の光学的長さの関数として前記干渉を検出するのに前記光検出器を用い、前記サンプルにおける深さの関数として、前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像を生ずる
よう構成され得る。
オフセットレンズは、電動並進ステージに備え付けることができる。
前記コントローラは、前記電動並進ステージと通信するよう構成され得る。
前記サンプルの関心対象領域を光源からの入射光によって照射するステップと、及び
光検出器において、光源からの基準光が、前記サンプルの前記関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより前記光検出器で干渉を生起するステップと、
を備える。
前記オフセット帰還光がオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するとき、前記オフセット帰還光は、関心対象領域から空間的にオフセットしているサンプルの仮想像点を前記オフセット集光路上に画定して拡散し得る。
前記オフセット集光路は前記照射光路に対して平行であるが、空間的にオフセットされ得る。
光検出器は画像センサを有することができる。
前記干渉の波長に従って画像センサにわたり干渉を空間的に拡散するステップと、
画像センサを用いて、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を検出するステップと、及び
逆フーリエ変換を用いて、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を、前記サンプルにおける深さの関数として該サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するステップと、
を備えることができる。
前記光源は、レーザー又は光学パラメータ式発振器(OPO)からなるものとすることができる。
前記光源は、調整可能とすることができる。
前記光源の波長を変化させるステップと、
前記干渉を前記光源の波長の関数として検出し、前記干渉の光学的スペクトルを生ずるステップと、
逆フーリエ変換を用いて、前記干渉の光学的スペクトルを、前記サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するステップと、
を備えることができる。
本発明方法は、
前記サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、前記基準光路の光学的長さを変化させるステップと、及び
前記基準光路の光学的長さの関数として前記干渉を検出して、前記サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像を生ずるステップと、
を備えることができる。
かつ照射光路30に平行な方向にコリメートする。
図3A〜3Dは、OCTシステム2を用いて得られた7層ネスコフィルム模型(1つの単一層に対しては120μm)で形成した散乱模型の異なる空間的オフセット量sについて観測されるスペックル変化を表す実験結果を示す。その強い散乱特性に起因して、層状ネスコフィルムは混濁した媒質をモデル化するのに優れた模型である。サンプル並進ステージS1を用いて対物レンズO1に対して一方向にサンプル4を並進移動させることによって1mmの深さ範囲にわたりBスキャンを取得した。可動結合レンズL2を調整することによって、照射光路30とオフセット集光路32との間における異なるオフセット量:s=0;100;150;200μmに関して1mmの深さ範囲にわたりBスキャンを取得した。層は、図3Aに示すように平均Aスキャンを取得するため、合目的的に入射光12に直交する方向に整列させた。これらAスキャンから、層-層界面に対して位置及びピーク強度を明確に識別することができる。ピーク強度は、層-層界面からの散乱光子に起因して減衰し、また層が深くなるにつれて小さくなる。層の背景強度、主に多重散乱光子によって生ずるスペックルも層が深くなるにつれて減衰する。しかし、オフセット量sが増加するとき、背景強度も減少する。図3B〜3Dは、異なるオフセット量sに対するBスキャンを示す。図3Dに示す尺度バーは100μmを示す。図3B〜3DのBスキャンにおいて、オフセット量sが増加するとき、背景強度は減少することを明確に分かることができる。しかし、このような小オフセット量では層-層界面からの信号を大幅には減少しない。
OCTは生物サンプルからの形態学的情報を取得するのに大きな利点を有する。しかし、多くの生物サンプルにおける強い散乱に起因して、スペックルでぼやける構体を解明するのは困難である。しかし、照射光路30とオフセット集光路32との間に空間的オフセット量sを適用してスペックルからの関与を効率的に減少することによって、OCTシステム2はそれらの見えない構体を露呈させることができる。
当業者であれば、特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく、図1AのOCTシステム2に対する様々な変更が可能であることを理解するであろう。例えば、可動結合レンズL2は、電動並進ステージ(図示せず)に取り付けたレンズマウントに備え付けることができる。コントローラは、電動並進ステージを制御して照射光路とオフセット集光路との間の空間的オフセット量を変化させ、サンプル透過深さの関数としてサンプルのOCT画像に関連するSNRを最適化するよう構成することができる。
図8Aにつき説明すると、これは、全体的に参照符号104を付したサンプルを画像化する、全体的に参照符号102を付した代案的OCTのシステムを示す。この代案的OCTシステム102は、図1AのOCTシステム2に類似の特徴を共有し、またこのように、図8Aの代案的なOCTシステム102における特徴は、図1AのOCTシステム2における対応する特徴の参照符号と同一のものに「100」を増分した参照符号を用いて示す。システム102は、高輝度ダイオードレーザーSLD(S850、Superlum、帯域幅14nmで中心波長800の高輝度スペクトル)の形式とした光源から集光した光をサンプル104に結合し、またサンプル104からの光を第1画像センサCCD1(CCDカメラ、FL3-U3-32S2M-CS、Point Grey)及びCCD2(GigE Visionラインスキャンカメラ、Aviiva EM1、Teledyne)の形式とした、第1及び第2の検出器に結合するよう構成する。
光源の波長を変化させる、
第1及び第2の検出器のうち一方を用い、干渉の光学的スペクトルを生ずる光源の波長の関数として干渉を検出する、及び
逆フーリエ変換を用いて、干渉の光学的スペクトルをサンプルにおける深さの関数としてサンプルのOCT画像に変換する
よう構成することができる。
サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、基準光路の光学的長さを変化させるよう可変光学素子を制御する、及び
第1及び第2の検出器のうち一方を用い、基準光路の光学的長さの関数として干渉を検出し、サンプルにおける深さの関数としてサンプルのOCT画像を生ずる
よう構成することができる。
4 サンプル
6 測定アーム
8 基準アーム
12 入射光
12a 入射光線
14 基準光
16 帰還光
16a 帰還光線
16b 帰還光線
16c 帰還光線
16d 帰還光線
20 複合光
22 0次回折光
24 1次回折光
26 コントローラ
30 照射光路
32 オフセット集光路
33 オフセット帰還光(帰還光16の一部分)
34 (可動結合レンズL2の)光軸
36 (複合光20の)光軸
38 帰還光16の一部
40 関心対象領域
42 混濁物質
43 散乱体
44 サンプル表面
45 仮想像点
102 OCTシステム
104 サンプル
106 測定アーム
108 基準アーム
112 入射光
114 基準光
116 帰還光
126 コントローラ
130 照射光路
132 オフセット集光路
144 サンプル104の表面
152 入力光ファイバ
152a マイクロレンズ
154 出力光ファイバ
154a マイクロレンズ
156 光ファイバ
158 光ファイバ
240 サンプルの中央領域
250 光学的結合構成
252 中心光ファイバ
252a GRINレンズ
254a GRINレンズ
254 包囲光ファイバ
340 サンプルの関心対象領域
350 光学的結合構成
352 多重モード光ファイバ
SLD 光源(高輝度ダイオードレーザー)
CCD1 (第1)画像センサ
CCD2 (第2)画像センサ
B1 ビームスプリッタ(図1A)/光ファイバスプリッタ(図8A)
B2 ビームスプリッタ(図1A)
B3 ビームスプリッタ(図1A)/光ファイバスプリッタ(図8A)
B4 ビームコンバイナ(図1A)/光ファイバコンバイナ(図8A)
SMF1 単一モードファイバ
L1 結合レンズ
L2 可動結合レンズ
L3 結合レンズ
L4 結合レンズ
L5 結合レンズ
L6 結合レンズ
L7 結合レンズ
G1 2Dガルバノミラー
O1 光学的結合構成(顕微鏡対物レンズ)
S1 3Dサンプル並進ステージ
ND1 減光フィルタ
DC1 拡散補償器
M1 固定基準ミラー
GR1 透過性回折格子
Claims (26)
- サンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法のシステムであって、以下のことをする、すなわち、
光源からの入射光でサンプルの関心対象領域を照射する、及び
光検出器において、光源からの基準光が、を前記サンプルの関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより光検出器で干渉を生起する
よう構成されている、システム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、前記入射光がサンプルに入射するとき、該入射光は集束するよう構成されている、システム。
- 請求項1又は2記載のシステムにおいて、前記オフセット帰還光がオフセット集光路に沿ってサンプルから出現するとき、前記オフセット帰還光は、関心対象領域から空間的にオフセットしているサンプルの仮想像点を前記オフセット集光路上に画定して拡散するよう構成されている、システム。
- 請求項1〜3のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記入射光は照射光路に沿って伝播し、また前記オフセット集光路は前記照射光路に対して平行であるが、空間的にオフセットしているよう構成されている、システム。
- 請求項1〜4のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源及び/又は前記光検出器を備える、システム。
- 請求項1〜5のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源に光学的に結合された入力部を有する光スプリッタと、前記光検出器に光学的に結合された出力部を有する光コンバイナとを備え、前記光スプリッタ及び前記光コンバイナはその両者間に測定アーム及び別個基準アームを画定し、前記サンプルは前記測定アームに配置され、前記基準アームは前記基準光の基準光路を画定し、また前記光コンバイナは、前記オフセット帰還光を前記基準光と複合させて、前記光コンバイナの出力部に複合光を形成するよう構成されている、システム。
- 請求項6記載のシステムにおいて、前記光スプリッタ及び前記光コンバイナはマッハ-ツェンダー干渉計を画定する、システム。
- 請求項6又は7記載のシステムにおいて、前記測定アームに光学的結合構成を備え、該光学的結合構成は、前記サンプルの関心対象領域を前記光源からの前記入射光により照射し、また前記サンプルから出現するオフセット帰還光を集光するよう構成されている、システム。
- 請求項8記載のシステムにおいて、前記光学的結合構成は、対物レンズのようなレンズを有する、システム。
- 請求項8又は9記載のシステムにおいて、前記測定アームで前記光学的結合構成と前記光コンバイナとの間にオフセットレンズを備え、該オフセットレンズは、前記オフセット帰還光を前記光コンバイナに光学的に結合し、前記オフセット帰還光を前記基準光と複合させて複合光を形成するよう構成されている、システム。
- 請求項10記載のシステムにおいて、前記オフセットレンズはオフセットレンズ光軸を画定し、前記複合光は複合光光軸に沿って伝播し、また、前記オフセットレンズ光軸は、前記複合光光軸に対して平行であるが、空間的にオフセットしている、システム。
- 請求項11記載のシステムにおいて、前記オフセットレンズは、前記オフセットレンズ光軸と前記複合光光軸との間の空間的オフセット量を変化するよう可動であり、またこれによって、前記オフセット集光路と関心対象領域との間の空間的オフセット量を変化させることができる、システム。
- 請求項11又は12記載のシステムにおいて、前記オフセットレンズは、前記オフセットレンズ光軸と前記複合光光軸との間の空間的オフセット量をゼロにまで減少するよう可動であり、またこれによって、前記オフセット集光路と関心対象領域との間の空間的オフセット量をゼロにまで減少させることができる、システム。
- 請求項8記載のシステムにおいて、前記光学的結合構成は、多重モード光ファイバのような多重モード光導波路を有する、システム。
- 請求項6又は7記載のシステムにおいて、前記測定アームに入力光学的結合構成を備え、また前記測定アームに出力光学的結合構成を備え、前記入力光学的結合構成は、前記サンプルの関心対象領域を前記光源からの前記入射光により照射するよう構成されており、また前記出力光学的結合構成は、前記オフセット帰還光を集光するよう前記入力光学的結合構成から空間的のオフセットされている、システム。
- 請求項15記載のシステムにおいて、前記入力光学的結合構成は、入力光ファイバのような入力光導波路を有する、システム。
- 請求項15又は16記載のシステムにおいて、前記入力光学的結合構成は、入力レンズを有する、システム。
- 請求項15〜17のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記出力光学的結合構成は、出力光ファイバのような出力光導波路を有する、システム。
- 請求項15〜18のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記出力光学的結合構成は、出力レンズを有する、システム。
- 請求項1〜19のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源は、多重モードレーザーダイオード又は発光ダイオードのような広帯域光源を有し、また光検出器は画像センサを有する、システム。
- 請求項20記載のシステムは、
拡散素子と、及び
前記画像センサと通信するよう構成されたコントローラと
を備え、
前記拡散素子は、前記干渉の波長に従って画像センサにわたる前記干渉を空間的に拡散させるよう構成されており、前記画像センサは、前記空間的に拡散した干渉の空間的分布を検出するよう構成されており、また前記コントローラは、逆フーリエ変換を用いて、前記検出された空間的に拡散した干渉の空間的分布を、サンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換するよう構成されている、システム。 - 請求項21記載のシステムにおいて、前記システムは第1画像センサ及び第2画像センサを備え、前記拡散素子は回折格子を有し、またシステムは、ゼロ次回折光を前記第1画像センサに結合し、また高次の回折光、例えば一次回折光を前記第2画像センサに結合するよう構成されている、システム。
- 請求項1〜19のうちいずれか一項記載のシステムにおいて、前記光源は、狭帯域光源、又はレーザー又は光学パラメータ式発振器のようなコヒーレント光源からなるものとする、システム。
- 請求項23記載のシステムにおいて、前記光源は調整可能とすることができ、また前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
前記光源の波長を変化させる、
前記光源の波長の関数として前記干渉を検出する光検出器を用いて、前記干渉の光学的スペクトルを生ずる、及び
逆フーリエ変換を用いて、干渉の光学的スペクトルをサンプルにおける深さの関数として前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像に変換する
よう構成されている、システム。 - 請求項23記載のシステムにおいて、
前記基準光の基準光路の光学的長さを変化するよう構成されている可変光学素子と、
前記光検出器及び前記可変光学素子と通信するよう構成されているコントローラと、
を備え、前記コントローラは、以下のことをする、すなわち、
前記サンプルの深さの範囲に合致するよう選択した光学的長さの範囲にわたり、前記基準光路の光学的長さを変化させるよう前記可変光学素子を制御する、及び
前記基準光路の光学的長さの関数として前記干渉を検出するのに前記光検出器を用い、前記サンプルにおける深さの関数として、前記サンプルの光コヒーレンス断層撮影法による画像を生ずる
よう構成されている、システム。 - サンプルを画像化する光コヒーレンス断層撮影法の方法であって、
前記サンプルの関心対象領域を光源からの入射光で照射するステップと、及び
光検出器において、光源からの基準光が、前記サンプルの前記関心対象領域から空間的にオフセットしたオフセット集光路に沿って前記サンプルから出現するオフセット帰還光と干渉し、これにより前記光検出器で干渉を生起するステップと、
を備える、光コヒーレンス断層撮影法。
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