JP5869616B2 - Ｋ−クロックを用いた周波数ドメインｏｃｔのインターフェログラムの誤サンプリングの検出 - Google Patents

Description

本出願は、一般に、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）画像化方法および装置に関し、より具体的には、スウェプトソースＯＣＴ画像化システムにおける誤サンプリングを検出可能な方法に関する。

ＯＣＴは、マイクロメータレベルの分解能で対象の表面下画像を非侵襲的に取得可能な画像化技術である。そのような高分解能が得られるので、ＯＣＴは、医療分野において好適な画像化技術である。ＯＣＴは、物体を通過し参照光信号と比較された光信号の干渉光を検出することにより作用する。ＯＣＴ技術の主要な進展は、旧来のタイムドメインＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ）よりも数百倍の速さを有する周波数ドメインＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ）である。ＦＤ−ＯＣＴは、スペクトル分解を用いて干渉光を検出するスペクトラルドメインＯＣＴ（ＳＤ-ＯＣＴ）と、波長掃引光源を用いて様々な波長、インターフェログラム、の干渉光を取得するスウェプトソースＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）の双方を含む。

しかしながら、スペクトルインターフェログラムは実数値において検出されるので、画像の再構成は、実像と、この実像の鏡映像として表示される複素共役アーティファクトとからなる。その結果、物体の測定深度は変位されなければならず、さらに、ＦＤ−ＯＣＴの可能な画像化深度は半分に縮小される。現在、この複素共役アーティファクトの問題を除去または抑制するために、様々な位相のシフト、モジュレーションおよび交替技術が存在する。これら技術は、たとえば米国特許第８５６４７８８号（本明細書において参照により援用される）に記載されている。

そのような技術の１つの弱点は、検出されたインターフェログラムにおける位相安定性が要求されることである。ＳＳ−ＯＣＴにおいては、２Ｄ ＯＣＴ画像（Ｂスキャン）を形成する複数の軸線（複数のＡライン）を構成するための横方向に沿って一連のスペクトルインターフェログラムが収集される。これらインターフェログラムは、ｋ−空間における干渉信号の強度をプロットすることによりグラフィック表現される。ここで、ｋは、スウェプトソースのバンド幅における周波数の波数（波長の逆数）である。ＳＳ−ＯＣＴの光源による波数の非線形掃引のため、この光源に同期された外部の線形ｋ−クロックが、ｋ−空間におけるインターフェログラムのサンプリングポイントの線形性を確保するために一般に用いられる。このようにして、一定のサンプリング間隔の波数点の集合におけるインターフェログラムのデータポイントが収集される。実用上は、２Ｄ ＯＣＴ画像を形成するときに、インターフェログラムのフーリエ変換を実行することにより各Ａラインがまず構築される。サンプリングがｋ−空間において線形であることを要請するのはフーリエ変換であるので、ｋ−空間内のインターフェログラムは、ｋ−空間非線形性に起因する誤差を伴うことなく深さのＡラインに変換される。

ｋ−クロックの加算にもかかわらず、ｋ−クロックと各Ａラインスキャンの周波数掃引を開始するための光源のトリガーに用いられる掃引トリガーとの間に非同期性が存在するという問題がなお存在する。この非同期性は、インターフェログラムの開始波数の不定性を来たし、複数のＡラインの間の深さ依存の位相ジッターをもたらすことにより位相感度測定に影響を及ぼす。

非同期性の問題の処理するために、たとえば、Hendargoらによる“Doppler velocity detection limitations in spectrometer-based versus swept-source optical coherence tomography”（２０１１年８月１日）においては、安定した開始波数を確保するためにファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）光ノッチフィルタをＯＣＴシステムに導入し；Choiらによる”Phase-sensitive swept-source optical coherence tomography imaging of the human retina with a vertical cavity surface-emitting laser light source“（２０１３年２月１日）においては、波数参照信号として用いるために同様にＦＢＧを導入することにより、参照信号に基づいてインターフェログラムをシフトして後処理の間に変動を数値的に補償し；および、Poddarらによる”Three-dimensional anterior segment imaging in patients with type 1 Boston Keratoprothesis with switchable full depth range swept source optical coherence tomography“（２０１３年８月）においては、参照信号を生成するためにＯＣＴシステムにＦＢＧを配置するための異なる位置を説明している。

より詳細な記述および付随的な図面を以下に伴う典型的、非限定的な実施形態の様々な態様に関する基本的または一般的な理解を可能とする補助のために、簡単な概要がここに提供される。しかしながら、この概要は、広範なまたは網羅的な要旨として意図されたものではない。その代わりに、この概要の唯一の目的は、いくつかの典型的、非限定的な実施形態に関するいくつかの概念を、簡略化したかたちで、以下に続く様々な実施形態のより詳細な記述の導入として提示するものである。

１つの態様において、ＳＳ−ＯＣＴ画像化システムは、開始波数の不定性の補正と、位相感度応用の間に生じる誤サンプリングの検出とを行うために、インターフェログラムの異なる２つの波数において波数参照信号を提供する。これら波数参照信号は、たとえば、光ノッチフィルタによって生成することができる。誤サンプリングが発生したかを決定するために、検出されたインターフェログラムが、一方の波数参照信号にしたがって整列される。他方の波数参照信号に関してインターフェログラムの位置ずれが生じているならば、２つの波数参照信号の間のある波数において誤サンプリングが生じたことになる。この誤サンプリングされたインターフェログラムは、補正され、または応じる２Ｄ画像から除去される。

他の態様において、光ノッチフィルタのバンド幅は、フィルタによる影響を受けるインターフェログラムのサンプル数を減少するために最適化される。光ノッチフィルタの最適なバンド幅は、光ノッチフィルタが用いられるＳＳ−ＯＣＴシステムの波数分解能の１倍と２倍との間である。

さらなる態様において、光ノッチフィルタによる影響を受けるインターフェログラムのサンプルが、補間処理などの様々な技術を用いて修復される。

一例によれば、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）画像化の方法は次のステップを含む：減衰または強調されたインターフェログラム信号を含む少なくとも２つの波数参照信号を生成するための構成を有するＯＣＴ画像化システムに対して少なくとも１つの光学要素を提供するステップ；光源からの光を生成するステップ；光検出器を用いて複数のインターフェログラムを取得するステップ；複数のインターフェログラムのそれぞれを少なくとも２つの波数参照信号の１つに応じて整列させるステップ；複数のインターフェログラムのそれぞれについて、少なくとも２つの波数参照信号のうち他の１つに対応するサンプル番号を決定するステップ；複数のインターフェログラムのそれぞれについて、他の波数参照信号に対応する決定されたサンプル番号が、統計的に多数のインターフェログラムに関し、他の波数参照信号について決定されたサンプル番号と一致しないときに、そのインターフェログラムは誤サンプリングされたと特定するステップ；特定されたインターフェログラムを補正、置換または破棄するステップ。

上記方法の他の例によれば、少なくとも１つの光学要素は少なくとも１つの光ノッチフィルタを含み；上記の統計的に多数のインターフェログラムは、インターフェログラムの大部分であり；少なくとも１つの光ノッチフィルタは、少なくとも１つのファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）を含み；少なくとも１つの光学要素は、ＯＣＴ画像化システムの波数分解能の１倍と２倍との間のバンド幅を有し；少なくとも１つの光学要素は、ＯＣＴ画像化システムの平衡検波器（ｂａｌａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）の前に配置され；この方法は、さらに、インターフェログラムの絶対値を合計することによりスペクトルプロファイルを取得するステップと、少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数における透過比（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ）を算出するステップと、複数のインターフェログラムのそれぞれについて、当該波数におけるインターフェログラムを透過比で除算することにより、少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数におけるインターフェログラムを再計算するステップとを含み；および／または、少なくとも１つの光ノッチフィルタは、ＯＣＴ画像化システムの光源に伴う複数の波数の一方の半分に中心波数を有し、少なくとも１つの光ノッチフィルタの他の１つは、ＯＣＴ画像化システムの光源に伴う複数の波数の他方の半分に中心波数を有する。

他の例によれば、ＯＣＴ画像化システムは以下を有する：光源；参照アーム；サンプルアーム；検出アーム；減衰または強調されたインターフェログラム信号を含む少なくとも２つの波数参照信号を生成するために構成された少なくとも１つの光学要素。
を含む。

上記ＯＣＴ画像化システムの他の例によれば、少なくとも１つの光学要素は、少なくとも１つの光ノッチフィルタを含み；少なくとも１つの光ノッチフィルタは、少なくとも１つのファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）を含み；少なくとも１つの光ノッチフィルタは、検出アームに配置され；少なくとも１つの光ノッチフィルタは、ＯＣＴ画像化システムの波数分解能の１倍と２倍との間のバンド幅を有し；少なくとも１つの光ノッチフィルタの１つは、ＯＣＴ画像化システムの光源に伴う複数の波数の一方の半分に中心波数を有し、かつ、少なくとも１つの光ノッチフィルタの他の１つは、ＯＣＴ画像化システムの光源に伴う複数の波数の他方の半分に中心波数を有し；このシステムは、さらに、複数のインターフェログラムを取得し、複数のインターフェログラムのそれぞれを少なくとも２つの波数参照信号の１つに応じて整列させ、複数のインターフェログラムのそれぞれについて、少なくとも２つの波数参照信号の他の１つが統計的に多数のインターフェログラムにおける対応する参照信号と整列されないときに、インターフェログラムを誤サンプリングされたものとして特定するプロセッサをさらに含み；上記の統計的に多数のインターフェログラムは、複数のインターフェログラムの大部分であり；プロセッサは、さらに、特定されたインターフェログラムを補正、置換または破棄し；および／または、プロセッサは、さらに、インターフェログラムの絶対値を合計することによりスペクトルプロファイルを取得し、少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数における透過比を算出し、複数のインターフェログラムのそれぞれについて、当該波数におけるインターフェログラムを透過比で除算することにより、少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数におけるインターフェログラムを再計算する。

さらに他の例によれば、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）画像化の方法は、以下のステップを含む：複数のインターフェログラムを取得するステップ；複数のインターフェログラムのそれぞれの減衰部分または強調部分を含む、異なる波数における少なくとも２つの波数参照信号を提供するステップ；複数のインターフェログラムのそれぞれを少なくとも２つの波数参照信号の１つに応じて整列させるステップ；および、複数のインターフェログラムのそれぞれについて、少なくとも２つの波数参照信号の他の１つが統計的に多数のインターフェログラムにおける対応する参照信号と整列されない場合に、インターフェログラムを誤サンプリングされたものとして特定するステップ。

上記方法の他の例によれば、この方法は、さらに、特定されたインターフェログラムを補正、置換または破棄するステップを含み；上記の統計的に多数のインターフェログラムは、インターフェログラムの大部分であり；少なくとも２つの波数参照信号は、少なくとも１つの光ノッチフィルタにより生成され；少なくとも１つの光ノッチフィルタは、少なくとも１つのファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）を含み；少なくとも１つの光ノッチフィルタは、ＯＣＴ画像化システムの波数分解能の１倍と２倍との間のバンド幅を有し；少なくとも１つの光ノッチフィルタは、ＯＣＴ画像化システムの平衡検波器（ｂａｌａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）の前に配置され；この方法は、さらに、インターフェログラムの絶対値を合計することによりスペクトルプロファイルを取得するステップと、少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数における透過比を算出するステップと、複数のインターフェログラムのそれぞれについて、当該波数におけるインターフェログラムを透過比で除算することにより、少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数におけるインターフェログラムを再計算するステップとを含み；および／または、少なくとも１つの光ノッチフィルタは、ＯＣＴ画像化システムの光源に伴う複数の波数の一方の半分に中心波数を有し、かつ、少なくとも１つの光ノッチフィルタの他の１つは、ＯＣＴ画像化システムの光源に伴う複数の波数の他方の半分に中心波数を有する。

これらおよび他の実施形態は、以下においてより詳しく説明される。

ｋ−空間におけるインターフェログラムのサンプリングポイントの線形性を確保するためにｋ−クロックを利用するスウェプトソースＯＣＴ画像化システムの概略図を示す。 スウェプトソースＯＣＴ画像化システムの波長可変光源における波数の非線形掃引を示す。 波数の不定性に起因するインターフェログラムに伴う誤サンプリングを示す。 誤サンプリングに伴ってインターフェログラムに結果として生じるノイズを示す。 波数参照信号を生成するためにフィルタを利用するスウェプトソースＯＣＴ画像化システムの概略図を示す。 インターフェログラムの誤サンプリングを検出するための方法を示すフローチャートである。 ２つの波数参照信号に応じたインターフェログラムのアライメントの図示である。 光ノッチフィルタにより影響されるデータポイントを補償するための１つの方法を示すフローチャートである。 図７に示すデータポイントを補償するための方法において使用される変数の視覚的意味を示す。

いくつかの用語が単なる利便性のためにここで用いられ、これら用語は本発明の限定のためではない。ここで使用される相対的用語は、図面を参照することにより最適に理解され、同様の数字は同様のまたは類似の事項を特定するために使用される。さらに、図面には、いくつかの特徴がいくらか概略的な形態で示されているであろう。

上記のようにＳＳ−ＯＣＴにおけるｋ−クロックおよびＦＢＧの使用にかかわらず、誤サンプリングは依然として一般に発生し、データポイントの欠損を引き起こす。ここで、単一のデータポイントの欠損は、著しく高いノイズレベルを生じる可能性がある。

図に着目すると、図１は、ここに説明される１以上の態様において実施可能なＯＣＴ画像化システムの非限定的な例を示す。図１は、一般的な構造の概要を提供することを意図したＯＣＴ画像化システムの概略的な描写であり、画像化システムの完全な実施を必ずしも表すものではない。たとえば、偏光コントローラ、付加的なビームスプリッター、他の光路などが、明りょうさのために省略されている。

一般に、ＯＣＴは、超音波診断法と同様の基本原理にしたがって動作するが、超音波診断法が媒体として音を利用するのに対し、ＯＣＴは光を利用する。すなわち、ＯＣＴでは、被検体または物体１００に光を照射し、反射光の時間遅延と強度とを測定することにより、被検体または物体１００を画像化する。しかし、光は音よりもはるかに速い。そのため、超音波エコーにおける時間遅延とは異なり、反射光の時間遅延は直接には測定されない。その代わりに、ＯＣＴでは、被検体の構造間の距離に対応する時間差を検出するために、低コヒーレンス干渉法を利用する。特に、低コヒーレンス広帯域光源がサンプル部分と参照部分とに分割される。参照部分は、ＯＣＴシステムの参照アーム１０６を通じて光源１０２から既知の距離に配置された参照（つまり、参照ミラー１０８）に向かう経路を進行し、参照アーム１０６を通じて反射され戻ってくる。同時に、サンプル部分は、ＯＣＴシステムのサンプルアーム１０４を通じて被検体または物体１００（つまり、眼、および、特に網膜）に向かい、サンプルアーム１０４を通じて反射され戻ってくる。反射された参照部分およびサンプル部分は再合成され、光検出器１１０に向かう。サンプル部分および対応する被検体または物体１００からの反射光の進行距離が、参照部分および対応する被検体または物体１００からの反射光の進行距離のコヒーレンス長の範囲に含まれるとき、干渉パターンが生成される。この干渉パターンは、被検体の或る深さにおける光の強度を示し、被検体に係る画像データの生成に用いられる。

１つの態様において、図１に示すＯＣＴ画像化システムは、断面像を生成するよう構成されている。そのような画像は、一般に、光源１０２からの光を被検体または物体１００に照射し、その反射光を観測することによって生成される。光源は、スペクトラルドメインＯＣＴの場合には低コヒーレンス広帯域光源であってよく、スウェプトソースＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）の場合には波長可変レーザであってよい。光源１０２から発せられた光は、光アダプター１１２により２つの部分に分割される：サンプルアーム１０４の被検体または物体１００に向かって進行するサンプル部分、および、参照アーム１０６の参照反射ミラー１０８に向かう経路に沿って進行する参照部分。いくつかの実施形態においては、参照部分は、コリメータ（図示せず）に導かれた光ファイバーケーブルを含んでよい。コリメータは、光源１０２から、参照ミラー１０８に合焦するためのレンズなどの光学要素（図示せず）に、光を送る。同様に、サンプル部分は、スキャナー１１８に光を送るコリメータ（図示せず）まで続く光ファイバーケーブルの後に設けられていてよい。スキャナーは、サンプル被検体または物体１００の表面の多数の点上に光を導くまたはスキャンするよう構成されている。特に、スキャナーは、サンプル１００の２Ｄ Ｂスキャンを可能にする。

ＯＣＴの原理によれば、サンプル部分および対応する被検体または物体１００からの反射の進行距離が、参照部分および対応する反射の進行距離のコヒーレンス長の範囲に含まれるとき、干渉パターンが生成される。干渉パターンは検出器１１０により検出され、データ収集装置（ＤＡＱ）１２２によりサンプリングおよびデジタル化され、画像データとして出力される。この画像データはインターフェログラムであってよい。干渉パターンは、スキャンされる被検体または物体１００の部分についての強度情報をエンコードし、被検体または物体１００の表示可能な画像の生成に用いられる。処理のために画像データを画像プロセッサ１２０に供給することができる。

ここで用いられるプロセッサは、任意の電気回路（またはその部分）を参照してよく、電気回路は、たとえば、抵抗器、トランジスタ、キャパシタ、インダクタなどを含む電気部品を任意の個数含んでいる。この回路は、たとえば、集積回路、集積回路の集合、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、プリント基板（ＰＣＢ）上の個々の電気部品の集合などを含む、任意の形態であってよい。プロセッサについても、スタンドアロンでもよいし、画像データの処理以外の動作のために用いられるコンピュータの一部であってもよい。なお、上記の説明は非限定的であり、上記の例は想起される多数の可能なプロセッサのうちのほんの少数に過ぎない。

被検体の変化する深さにおける強度情報を求めるために、いくつかの異なる技術を利用することができる。ＦＤ−ＯＣＴ技術において、たとえば空間的または時間的に、様々な波長をエンコードすることができ、干渉信号の異なる検出周波数は、被検体内の異なる深さに対応する。異なる周波数における反射強度を表す受信信号に対するフーリエ解析は、被検体の点における異なる深さで反射された強度を生成する。

ＦＤ−ＯＣＴの一例、ＳＳ−ＯＣＴ、によれば、異なる波長にわたる走査を行うために波長可変光源１０２が利用される。各スキャン波長での強度が収集され、フーリエ解析により変換されて、様々な深さにおける強度を列挙した強度プロファイルが生成される。ＳＳ−ＯＣＴにおいては、掃引トリガー１１４が、所望のスキャン方向にスキャナー１１８の動作をトリガーし、光源１０２の各チューニング周期の新たなＡラインを検出する。すなわち、各Ａラインについて、可変レーザ１０２のバンド幅全体が送信され検出される。所望のスキャンのために各Ａラインが検出された後、それらＡラインからＢスキャン画像を形成することができる。

図２に示すように、ｋ−空間（ｋ＝波数＝１／波長）における波長可変光源１０２のチューニング周期２００は、多くの場合、時間に関して非線形である。同じく図２に示すように、チューニング周期２００とチューニング周期２００との間には、多くの場合、不動作時間（デッドタイム）が存在する。したがって、外部のｋ−クロック１１６は、一般に、各チューニング周期についてｋ−空間におけるサンプリングポイントの線形性を確保するために用いられる。各Ａラインが光源１０２のチューニング周期２００全体を含むように、各チューニング周期２００の開始時にスキャナー１１８を動作するための掃引トリガー１１４を光源１０２によって提供することができる。しかし、ｋ−クロック１１６と掃引トリガー１１４は非同期であり、特定のＡラインについてのチューニング周期の開始波長に関する不定性を引き起こす。そのような不定性は、複数のＡラインの間の深さ依存の位相ジッターまたは偏差を導入することにより位相感度測定に影響を及ぼす。このことが、データポイントの欠損を引き起こす誤サンプリングを生じる可能性もある。そのような誤サンプリングは、図３に示すように、レーザ掃引中に機械的または光学的なジッターの結果であることがあり、または、波長チューニング周期の非線形性を適合させるために外部のｋ−クロックがその周波数を高速で変化させるからである。高速のＳＳ−ＯＣＴでは、サンプリングクロックはかなり高い周波数（たとえば、１００ＭＨｚを超える）に達し、より重要なこととして、その周波数は極めて高速に変化する（約４×１０^１３Ｈｚ／ｓ）。

図３ａを参照すると、検出された２つのインターフェログラム３０４、３０６は、互い３００に重なって表される。重なったインターフェログラム３００の展開された表示３０２が、誤サンプリングが生じた場所に示される。展開表示３０２から分かるように、誤サンプリングされたインターフェログラム３０４においては、正しくサンプリングされたインターフェログラム３０６には存在するデータポイント３０８が失われている。換言すると、誤サンプリングされたインターフェログラム３０４は、正しくサンプリングされたインターフェログラム３０６よりもデータポイントが少なくとも１つ少ない。その結果、誤サンプリングされたインターフェログラムと正しくサンプリングされたインターフェログラムとの間に、１つのデータポイントの位相シフトが存在する。図３ｂは、誤サンプリングされたインターフェログラムおよび正しくサンプリングされたインターフェログラムについての点拡がり関数３１４および３１６を示す。見て取れるように、誤サンプリングされたインターフェログラム３０４についてのベースラインノイズは、正しくサンプリングされたインターフェログラム３０６のそれよりもおおよそ１０ｄＢ高い。

１つの態様において、前述した開始波数の不定性を補正するために様々な技術を用いることができる。そのような技術の１つは、検出される複数のインターフェログラムが既知の波数または波長にしたがって整列されるように、波数参照信号を生成することを必要とする。つまり、インターフェログラムの整列をそれらが検出されたサンプル番号に応じて行うことによりＢスキャンを生成することよりむしろ、波数参照信号の既知の波長または波数にいかなるサンプル番号が対応するとしても、インターフェログラムをシフトさせ整列させることができる。

他の態様において、後述する方法によって誤サンプリングを検出するために、第２の波数参照信号を用いることができる。簡単に言えば、これら方法は、１つの波数参照信号によりインターフェログラムを整列させ、他の波数参照信号により誤アライメントを探索する。ここで、誤アライメントは、誤サンプリングされたインターフェログラムを示す。

ここで用いられる「参照信号」は、インターフェログラムの正常に検出された信号レベルを超えて減衰または強調された、検出された干渉信号を意味する。波数参照信号を生成する１つの方法は、光ノッチフィルタなどの光学要素を使用することによる。そのようなフィルタの１つはファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）であり、これは、光の特定波長を反射し、他の全てを透過する光ファイバの短いセグメントに構成された分布ブラッグ反射器の一形態である。この効果は、ファイバコアの屈折率の周期的変化を作成することにより達成され、波長特異的誘電体ミラーを生成する。したがって、或る波長を遮断するためのインライン光学フィルタとしてＦＢＧを用いることができ、換言すると、ＦＢＧは、波数参照信号を生成するための波数特異的反射器として作用する。なお、光ノッチフィルタおよびＦＢＧは、波数参照信号を生成することの実例の説明の全体にわたって用いられる。しかし、ＦＢＧおよび光ノッチフィルタは単なる１つの技術に過ぎず、限定的な実施形態として認識されるべきではない。他の実施形態においては、バンドパスフィルタを用いることができ、このバンドパスフィルタの上限または下限の周波数はそれぞれ、対応する波数における波数参照信号を表す。

本発明に使用するための典型的なフィルタを選択するにあたり、安定的で高分解能の参照信号を生成可能なフィルタを探索することが重要である。具体的には、ＯＣＴの眼科応用において、スペクトル分解能は、多くの場合、十分なイメージング範囲を提供するために０．１ｍｍ以下とされる。したがって、参照信号を生成するために用いられるフィルタは、実質的な透過比の変化が０．１ｍｍ以内であることが望ましい。ＯＣＴの他の応用では、より低いまたはより高い分解能を適用することが可能である。

図４は、波数参照信号を生成するために２つのフィルタを利用する本発明のＳＳ−ＯＣＴ画像化システムの１つの実施形態を示す。図４のＯＣＴシステムは、光源１０２、参照ミラー１０８、被検体または物体１００、光アダプターまたはビームスプリッター１１２、ｋ−クロック１１６、データ収集装置（ＤＡＱ）１２２、掃引トリガー１１４、およびスキャナー１１８など、図１に関して説明された多くの同様の要素を含む。しかし、図４においては、２つの波数に対応する２つの光ノッチフィルタ４００，４０２がＯＣＴシステムの検出アーム４０４に付加されている。そのような実施形態において、検出アームにおいて再合成された光は、それぞれのフィルタを順番に通過する。光ノッチフィルタ４００、４０２は異なる要素として示されているが、ダブルノッチフィルタとして単一のフィルタデバイスであってよい。他の実施形態においては、既知の波長で検出される信号を減衰または強調することにより波数参照信号を生成するために当業者に知られている他のデバイスやフィルタと同様に、シングルバンドパスフィルタを用いることができる。

さらに、図４の実施形態の例は、検出アーム４０４に配置された双方の光ノッチフィルタ４００、４０２を示しているが、ＯＣＴシステムの光路の任意の位置に光ノッチフィルタ４００、４０２を配置してもよい。たとえば、他の例において、検出アーム４０４は２つの平行光路に分割されていてよい。そのような実施形態において、光ノッチフィルタ４００、４０２は、直列ではなく並列に配置されてもよい。さらに他の実施形態においては、検出アーム４０４について説明した上記実施形態と同様に、サンプルアーム１０４、参照アーム１０６、または光源１０２と光アダプター１１２との間に、光ノッチフィルタ４００、４０２を配置してもよい。光ノッチフィルタ４００、４０２は、ＯＣＴシステムにおける同一のアームまたは異なるアームに配置されてよい。ＯＣＴシステムに平衡検波器が用いられる場合、平衡検波器の前に光ノッチフィルタを挿入することで最も効果的に波数参照信号を生成することができるが、これは、他の位置に光ノッチフィルタを挿入すると、コモンモードノイズとして平衡検波器による波数参照信号の抑制が生じることによる。しかしながら、平衡検波器の前のカプラの分割比は通常、参照される波数において完全に５０／５０ではないから、光ノッチフィルタを他の位置に挿入することによって波数参照信号を生成することも可能である。ＯＣＴシステムの発展に必要であろう様々な設計上の制限を仮定すると、平衡検波器の前以外の位置がおそらく最も望ましい。さらなる実施形態においては、２以上の波数参照信号を生成するために２以上の光ノッチフィルタを用いることができる。

図５は、参照信号を用いて誤サンプリングされたインターフェログラムを検出するために適用可能な方法の１つを示す。図５のステップのいくつかのグラフィカルな描写を図６に示す。第１のステップ５００において、展開表示６０２に示すように、開始波数の不定性を除去するために、スキャンの各Ａラインを表すインターフェログラム６００が波数参照信号６０４の１つに応じて整列される。第２のステップ５０２において、展開表示６０６に示すように、少なくとも１つの他の波数参照信号に関してインターフェログラム６００が解析される。図６は、最も左の波数参照信号の整列、さらに最も右の波数参照信号の整列を示すが、不定性を除去するために任意の波数参照信号を用いることができ、かつ、誤サンプリングを検出するために他の任意の波数参照信号を用いることができる。誤サンプリングの場合、誤サンプリングされたインターフェログラム６０８のための他の波数参照信号は、正しくサンプリングされたインターフェログラム６１０の波数参照信号と整列しないであろう。ゆえに、２つの波数参照信号６０４と６０８・６１０との間の波数に関して発生した誤サンプリングを決定することができる。第３のステップ５０４において、誤アライメントされたインターフェログラムが、誤サンプリングとして特定される。したがって、可能な限り多くの誤サンプリングされたポイントを特定するには、チューニングスペクトルの正に最初および最後の波数参照信号を生成することが利用である。しかし、各波数参照信号がチューニング周期において離れれば離れるほど、誤サンプリングが光源スペクトルにおいて発生する位置を決定することがより困難になる。もちろん、２つ以上の波数参照信号を用いることもできるが、波数参照信号の個数が増加するにつれて、影響を受けるチューニングスペクトルにおける波長の個数も増加する。より多くの波長が影響を受けるにつれて、スキャンの質が低下する。したがって、後述の他の態様では、最適化されたバンド幅を有するフィルタを使用し、参照信号の生成において影響を受けるデータポイントを補償する。

誤サンプリングされるインターフェログラムを特定するための他の方法も想起される。たとえば、既知のサンプリングレートおよび波長チューニング周期について、任意の２つの波数参照信号の間にて収集されるべきデータポイントの個数を決定することができる。波長チューニング周期の参照信号として使用される２つの波数の間の周期をサンプリングレートで乗算することにより、これが達成される。さらに、インターフェログラムが収集された後に、各波長参照番号に対応するサンプル番号が決定される。各波数参照信号のサンプル番号の間の差の絶対値が、収集されるべきデータポイントについて決定された個数と一致しない場合、２つの波数参照信号の間の或るポイントにおいてインターフェログラムが誤サンプリングされる。

第３のステップ５０４において誤サンプリングされたインターフェログラムが特定されたら、そのインターフェログラムを破棄するか、或いはそのインターフェログラムを補正することが望ましい。インターフェログラムが破棄されても、Ｂスキャンを生成することは依然として可能である。１つの実施形態において、誤サンプリングされたインターフェログラムを用いることなくＢスキャンを単純に作成することが可能である。他の実施形態において、誤サンプリングされたインターフェログラムを、その直前または直後のインターフェログラムの同一のコピーで置換したり、その直前または直後の複数のインターフェログラムの補間技術または平均化によって置換したりすることができる。インターフェログラム全体を置換する代わりに、誤サンプリングされたインターフェログラムにおいて誤サンプリングされた部分のみを実際に補正することも可能である。さらに、補間または補間に類似の技術の個数を想起することができる。これらの場合において、誤サンプリングが生じた位置を決定することがまず必要であろう。当業者に既知の複雑な数値解析法によって誤サンプリングされたポイントを求めることができる。たとえば、近傍の好適なデータとともに区分的相関を実行することにより誤サンプリングを位置付けることができる。インターフェログラムがオーバーサンプリングされた場合、余分なデータポイントを単純に除去することができる。しかし、インターフェログラムがアンダーサンプリングされた場合、失われたデータポイントを再作成するために補間技術を用いることができる。補間技術の１つの例では、失われたデータポイントが属する位置の直前および直後のデータポイントを平均化し、さらに、誤サンプリングされた位置に平均化された値を伴うデータポイントを挿入することができる。他の技術は、誤サンプリングされたデータポイントに対応するデータポイントにて誤サンプリングされたインターフェログラムの直前および直後のインターフェログラムの平均化に依存する。他の技術は、近傍のインターフェログラムからのデータポイントの単なる複製を含んでよい。なお、任意の補間技術または当業者にとって既知の失われたデータポイントを置換するための任意の技術を使用することが可能である。

他の態様においては、各光ノッチフィルタの影響を受けるデータポイントの個数を最小化するために、光ノッチフィルタが最適化される。波数参照信号は、光ノッチフィルタによる光の遮断に起因する影響を受けるデータポイントの集合を含む。影響を受けるデータポイントのいくつかを単純に変形しつつ、他のデータポイントを飽和させることができる。影響を受けるこれらのデータポイント（特に飽和されたデータポイント）は信号の完全性を必然的に妥協し、よって、ＯＣＴ画像に望ましくないアーティファクトを生じる。光ノッチフィルタのバンド幅を最適化するにあたり、少なくとも２つのファクターを考慮すべきである。第１に、波数参照信号のバンド幅がＯＣＴシステムの分解能よりずっと小さい場合、ＯＣＴシステムに「可視的」ではないことがあり、波数参照信号は無用である。したがって、ＯＣＴシステムの分解能は、波数参照信号のバンド幅の下限を確立する。第２に、前述したように、波数参照信号のバンド幅の拡大は、影響を受けるデータポイントを増加させるであろう。したがって、影響を受けるデータポイントの個数を最小化するためには、波数参照信号のバンド幅の上限を可能な限り小さくすべきである。１つの実施形態において、光ノッチフィルタの最適なバンド幅はδｋと２δｋとの間である。ここで、δｋは、ＳＳ−ＯＣＴシステムの波数分解能である。そのような最適なバンド幅は、少なくとも１つのデータポイントを伴う波数参照信号を提供する。

他の態様において、図７および８に示すように、各光ノッチフィルタの画像の質への影響を減少させるために、光ノッチフィルタの影響を受けるデータポイントを補償し、修復する。飽和したデータポイントは干渉信号を運ぶことはないが、非飽和のデータポイントは、修復可能な干渉信号を含む。これら非飽和データポイントを修復するための方法の１つは、ここに説明される。前述したように、この補償方法は、近似がより正確であるよう影響をうけるデータポイントの個数を最小化するために、光ノッチフィルタのバンド幅の最適化による利益を受ける。

図７のフローチャートに示す方法によれば、まず、Ｉ（ｋ、ｎ）の和がスペクトルプロファイルを近似するように、たとえば生体組織などの高度に不均質なサンプルを横方向にスキャンすることによりインターフェログラムが取得される（７００）。第２のステップ７０２において、各インターフェログラムが整列され、誤サンプリングされたものが除去または補正される。この方法は、図５および６に関して上述された方法または当業者によって既知の同様の技術によって実行される。必要ではないが、１つの実施形態によれば、横スキャンに沿う全てのインターフェログラムの平均値または中央値を各インターフェログラムから減算することにより、残りのインターフェログラムからコモンモードノイズが除去される（７０４）。

次のステップ７０６および７０８は、波数ｋ＝｛ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３、・・・、ｋ_ｎ｝における波数参照信号を含むＯＣＴシステムの一回のキャリブレーションを表す。この方法で用いられるように、各サンプリングポイントの値、つまり、収集されたインターフェログラムデータにおけるデータポイント値が次のように定義される。

ここで、Ａ（ｋ）は光のスペクトルプロファイルである。ステップ７０６によれば、横スキャンに沿うインターフェログラムの絶対値を合計することにより、スペクトルプロファイルが決定される。ここで、Ａ（ｋ）∝Σ_ｎ｜Ｉ（ｋ、ｎ）｜であり、ｎは横スキャンに沿うインターフェログラムのインデックスである。

波数参照信号の範囲内のバンド幅の光ノッチフィルタの挿入により、光は部分的に遮断され、データポイントは次のようになる。

ここで、τ（ｋ）は、波数ｋにおける透過比である。したがって、ステップ７０８は、ＯＣＴシステムについてのτ（ｋ）の算出である。横スキャンに沿う多数のインターフェログラムとともにＯＣＴデータが収集されると、τ（ｋ）は次のように近似される。

横スキャンに沿う全てのインターフェログラムの絶対値の和を求めることにより近似されたスペクトルプロファイルを生成することができる。そのバンド幅の狭さにより、波数参照信号の周りのスペクトルプロファイルは、平坦なラインと考えることができる。したがって、隣接する無影響のデータポイントΣ_ｎ｜Ｉ（ｋ’、ｎ）｜によってΣ_ｎ｜Ｉ（ｋ、ｎ）｜を近似することができる。ここで、ｋ’は、ｋに隣接する無影響の波数を表す。

上述したように、横スキャンに沿う各インターフェログラムの絶対値の和を求めることによりスペクトルプロファイルＡ（ｋ）が生成される。そして、τ（ｋ）は、次式によって求められる。

ここで、Ａ（ｋ’）８０２は、ｋ近傍の隣接無影響データポイントの平均値であり、Ａ’（ｋ）８０４は、ｋにおける影響を受けたデータポイントの値である。Ａ（ｋ’）８０２およびＡ’（ｋ）８０４のグラフィカルな意味を図８に示す。図８は、展開表示８０２に示された波数参照信号を含むＡ（ｋ）のグラフ８００を示す。

ＯＣＴシステムのキャリブレーションが一度なされると、影響を受けたデータポイントがステップ７１０にしたがい次のように修復される。

なお、上記の方法における複数のステップの順序を実施形態に応じて変化させることができる。たとえば、キャリブレーションにおいて使用されたインターフェログラムの集合を事前に生成するシステムを仮定することで、システムは、現在のスキャンのインターフェログラムを取得する前に、まずステップ７０６および７０８によるキャリブレーションを行うことができる。さらに、誤サンプリングされたインターフェログラムを特定する前に、影響を受けたデータポイントを修復することができる。さらに他の実施形態においては、ステップ７０４によるコモンモードノイズの除去およびステップ７１０による影響を受けたデータポイントの修復について、スキャンにおける次のインターフェログラムに移行する前に単一のインターフェログラムに対してこれら双方を実行することができ、或いは、次のステップに移行する前に各インターフェログラムに対してこれらを個々に実行することができる。同様に、当業者にとって既知の方法における複数のステップの他の変形や、複数のステップの順序の変形は、本方法の要旨の範囲内にある。

この開示が例示を目的とすることや、この開示に含まれる教示の適当な要旨から逸脱しない内容の付加、変形または削除により様々な変更が可能であることは、明らかである。したがって、請求項の記載が必然的にそのように限定されている程度を除き、本発明は、この開示の特定の内容に限定されるものではない。

１００ 被検体または物体
１０２ 光源（波長可変レーザ）
１０８ 参照ミラー
１１０ 検出器
１１４ トリガー
１１６ ｋ−クロック
１１８ スキャナー
１２０ プロセッサ
１２２ データ収集装置（ＤＡＱ）

Claims (11)

1. 光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）画像化の方法であって、
   複数のインターフェログラムを取得し、
   前記複数のインターフェログラムのそれぞれの減衰部分または強調部分を含む、異なる波数における少なくとも２つの波数参照信号を提供し、
   前記複数のインターフェログラムのそれぞれを前記少なくとも２つの波数参照信号の１つに応じて整列させ、
   前記複数のインターフェログラムのそれぞれについて、前記少なくとも２つの波数参照信号のうち前記整列に用いられた波数参照信号を含む少なくとも２つに基づいて、誤サンプリングされたインターフェログラムを特定する
   方法。
2. さらに、
   前記少なくとも２つの波数参照信号を生成するための構成を有するＯＣＴ画像化システムに対して少なくとも１つの光学要素を提供し、
   光源からの光を生成し、
   前記光により生成された前記複数のインターフェログラムを取得するために光検出器を使用し、
   前記複数のインターフェログラムのそれぞれについて前記少なくとも２つの波数参照信号の他の１つに対応するサンプル番号を決定する
   請求項１の方法。
3. さらに、
   前記インターフェログラムの絶対値を合計することによりスペクトルプロファイルを取得し、
   前記少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数における透過比を算出し、
   前記複数のインターフェログラムのそれぞれについて、インターフェログラムを前記透過比で除算することにより、前記少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数におけるインターフェログラムを再計算する
   請求項１または２の方法。
4. さらに、前記特定されたインターフェログラムを補正、置換または破棄する
   請求項１〜３のいずれかの方法。
5. 前記少なくとも２つの波数参照信号は、少なくとも１つの光ノッチフィルタにより生成される
   請求項１〜４のいずれかの方法。
6. 前記少なくとも１つの光ノッチフィルタは、少なくとも１つのファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）を含む
   請求項５の方法。
7. 前記少なくとも１つの光ノッチフィルタは、前記ＯＣＴ画像化システムの波数分解能の１倍と２倍との間のバンド幅を有する
   請求項５または６の方法。
8. 前記少なくとも１つの光ノッチフィルタは、前記ＯＣＴ画像化システム内の平衡検波器の前に配置される
   請求項５〜７のいずれかの方法。
9. 前記少なくとも１つの光ノッチフィルタの１つは、前記ＯＣＴ画像化システムの光源に伴う複数の波数の一方の半分に中心波数を有し、前記少なくとも１つの光ノッチフィルタの他の１つは、前記ＯＣＴ画像化システムの前記光源に伴う複数の波数の他方の半分に中心波数を有する
   請求項５〜８のいずれかの方法。
10. さらに、
    前記インターフェログラムの絶対値を合計することによりスペクトルプロファイルを取得し、
    前記少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数における透過比を算出し、
    前記複数のインターフェログラムのそれぞれについて、前記波数におけるインターフェログラムを前記透過比で除算することにより、前記少なくとも２つの波数参照信号のそれぞれに対応する波数におけるインターフェログラムを再計算する
    請求項１〜９のいずれかの方法。
11. 光源と、
    参照アームと、
    サンプルアームと、
    検出アームと、
    減衰または強調されたインターフェログラム信号を含む少なくとも２つの波数参照信号を生成するために構成された少なくとも１つの光学要素と、
    プロセッサと
    を含み、
    前記プロセッサは、
    複数のインターフェログラムを取得し、
    前記複数のインターフェログラムのそれぞれを前記少なくとも２つの波数参照信号の１つに応じて整列させ、
    前記複数のインターフェログラムのそれぞれについて、前記少なくとも２つの波数参照信号のうち前記整列に用いられた波数参照信号を含む少なくとも２つに基づいて、誤サンプリングされたインターフェログラムを特定する
    ＯＣＴ画像化システム。

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