KR20140130635A - 편광 감응식 광 간섭 단층 촬영의 편광 데이터를 처리하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
편광 데이터 처리 방법은 복수의 편광 데이터 항목 세트를 수집하는 수집 단계, 편광 데이터 항목 세트를 진폭 및 위상 파라미터를 포함하는 표시로 변환하는 변환 단계 및 변환된 편광 데이터 항목 세트를 평균화하는 평균화 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 편광 감응식 광 간섭 단층 촬영의 편광 데이터를 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
다파장 광 간섭을 이용한 광 간섭 단층 촬영(이하, "OCT"라 함)은 샘플(특히, 안저)의 고해상도 단층 촬영 화상을 제공할 수 있다. 최근에, 안저 조직의 형상을 촬상하기 위한 통상의 OCT 화상에 부가하여, 안저 조직의 고유한 광학 특성 중 하나를 나타내는 편광 파라미터를 촬상하기 위한 편광 감응식 OCT 화상을 취득하기 위한 안과용 OCT 장치가 연구되어 왔다.
편광 파라미터를 이용함으로써, 편광 감응식 OCT 장치는 편광 감응식 OCT 화상을 얻을 수 있고, 안저 조직의 특성 측정 또는 구분화(segmentation)를 수행할 수 있다. 편광 감응식 OCT 장치는 샘플을 관찰하기 위한 측정 빔으로서 원형 편광 빔으로 변조되는 빔을 사용하고, 간섭 빔을 직교 편광 상태의 2개의 선형 편광 빔으로 분할하고, 생성된 2개의 빔을 검출하여 편광 감응식 OCT 화상을 생성한다(E. Goetzinger 등의 "Speckle noise reduction in high speed polarization sensitive spectral domain optical coherence tomography", Optics Express. 19(15), 14568-14584" (비특허문헌 1) 참조). 또한, 편광 감응식 OCT는 2개의 편광 빔 성분들 간의 위상차로 정의되는 위상 지연(retardation)을 편광 파라미터 중 하나로서 촬상할 수 있다. 위상 지연은 녹내장을 진단하기 위해 망막 신경 섬유층의 변화를 검출하는 데 유용하다.
상기 문헌은 복수의 편광 감응식 OCT 화상을 이용하여 OCT에 사용되는 간섭광 특유의 스펙클 노이즈를 저감하는 방법을 더 개시하고 있다. 그 방법에 따르면, 스펙클 노이즈는 편광 감응식 OCT를 통해 얻은 위상 지연을 평균화함으로써 저감된다. 그 결과, 입상성이 크게 향상된 위상 지연 화상이 생성된다.
위상 지연은 광이 매질을 통과할 때 관찰되는, 진상축(fast axis)과 지상축(slow axis) 간의 위상차로서 정의된다. 따라서, OCT 장치에 사용되는 광의 축과 진상축 및 지상축이 형성하는 각도를 고려하여 평균화를 실시하는 것이 유용하다(이하, "축 배향"이라 함). 그러나, 비특허문헌 1에 개시된 방법에 따르면, 위상 지연이 2개의 편광 성분들 간의 비율의 아크탄젠트 계산에 기초하여 얻어지고(위상 지연 = arctan(I1/I2)), 위상 지연은 축 배향을 참조하지 않고 얻어진다. 따라서, 위상 지연 값이 반드시 0 내지 90°의 범위 내에 있게 된다. 이 방법은 2개의 편광 성분의 강도만을 사용하며, 노이즈는 제로 또는 양의 값을 취하는 소정의 강도 레벨을 갖는다. 이러한 이유로, 노이즈의 평균화는 제로로 수렴하지 않고 잔류값 또는 오프셋을 도입한다. 낮은 위상 지연값의 경우에서의 이러한 오프셋은 화상 상의 바람직하지 않은 아티팩트(artifact)를 초래한다. 따라서, 작은 신호가 관찰되는 경우에도, 위상 지연이 0에 근접하여야 할 때, 노이즈는, 위상 지연이 때로 위상 지연 오프셋이라 칭해지는 비(非)제로 값을 갖게 한다. 즉, (통상의 방법에서와 같이) 편광 성분의 강도를 사용하여 위상 지연을 측정함으로써, 이러한 강도에서의 노이즈가 위상 지연값의 아티팩트를 초래한다.
본 발명의 일 실시예는 데이터 처리 방법 및 장치를 제공하도록 구현되었으며, 상기 방법 및 장치는 복수의 편광 감응식 OCT 화상을 사용하여 위상 지연값에서의 아티팩트의 발생을 저감한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 편광 감응식 광 간섭 단층 촬영의 편광 데이터를 처리하기 위한 편광 데이터 처리 방법이 제공되며, 상기 방법은 피측정 샘플로부터 반사된 광으로부터 얻어지는 편광 데이터 항목들의 복수의 세트를 수집하는 수집 단계; 편광 데이터 항목들을 진폭과 위상의 파라미터를 포함하는 표시로 변환하는 변환 단계; 및 표시에 표현된 편광 데이터 항목들을 평균화하여 평균화된 데이터 항목들의 세트를 생성하는 평균화 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 편광 감응식 광 간섭 단층 촬영의 편광 데이터를 처리하기 위한 편광 데이터 처리 장치가 제공되며, 상기 장치는 피측정 샘플로부터 얻어지는 편광 데이터 항목들의 복수의 세트를 수집하도록 구성된 수집 유닛; 편광 데이터 항목들을 진폭과 위상의 파라미터를 포함하는 표시로 변환하도록 구성된 변환 유닛; 및 표시에 표현된 편광 데이터 항목들을 평균화하여 평균화된 데이터 항목들의 세트를 생성하도록 구성된 평균화 유닛을 포함한다.
첨부 도면과 관련한 이하의 예시적인 실시예에 대한 설명으로부터, 본 발명의 다른 특징이 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 수행되는 데이터 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광 감응식 OCT 촬상 장치의 구성을 도시하고 있다.
도 3은 단층 촬영 화상을 도시하고 있다.
도 4a 및 도 4b는 단층 촬영 화상 및 데이터 수집 위치를 도시하고 있다.
도 5는 SLO 화상을 도시하고 있다.
도 6은 데이터 처리를 나타내는 흐름도의 일부이다.
도 7은 데이터를 사용하여 처리된 예시적인 화상을 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 처리를 도시하고 있다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 따라 복소 평면에 표현된 처리를 도시하고 있는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 제 1 실시예에 따른 평균화 처리의 예시적인 결과를 도시하고 있다.
도 11a 내지 도 11c는 데이터 수집의 다른 예를 도시하고 있다.
도 12는 정렬을 포함한, 제 4 실시예에서의 데이터 처리의 흐름도를 도시하고 있다.
도 13a 및 도 13b는 B-스캔을 위한 정렬을 도시하고 있다.
도 14는 본 실시예에 따른 데이터 변환 단계의 흐름도를 도시하고 있다.
도 15는 평균화된 스토크스 벡터(Stokes vector)를 계산하기 위한 프로세스의 흐름도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광 감응식 OCT 촬상 장치의 구성을 도시하고 있다.
도 3은 단층 촬영 화상을 도시하고 있다.
도 4a 및 도 4b는 단층 촬영 화상 및 데이터 수집 위치를 도시하고 있다.
도 5는 SLO 화상을 도시하고 있다.
도 6은 데이터 처리를 나타내는 흐름도의 일부이다.
도 7은 데이터를 사용하여 처리된 예시적인 화상을 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 처리를 도시하고 있다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예에 따라 복소 평면에 표현된 처리를 도시하고 있는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 제 1 실시예에 따른 평균화 처리의 예시적인 결과를 도시하고 있다.
도 11a 내지 도 11c는 데이터 수집의 다른 예를 도시하고 있다.
도 12는 정렬을 포함한, 제 4 실시예에서의 데이터 처리의 흐름도를 도시하고 있다.
도 13a 및 도 13b는 B-스캔을 위한 정렬을 도시하고 있다.
도 14는 본 실시예에 따른 데이터 변환 단계의 흐름도를 도시하고 있다.
도 15는 평균화된 스토크스 벡터(Stokes vector)를 계산하기 위한 프로세스의 흐름도를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 데이터 처리 방법은 인간의 눈을 포함한 장기나 조직으로 그 대상을 제한하지 않고 다른 샘플에 적용될 수 있으며, 이와 관련된 촬상 장치는 안과 장치 및 내시경을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 적용하는 예시적인 장치로서, 안과 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 실시예에 따른 편광 데이터 처리 방법의 흐름도이며, 도 2는 본 실시예에 따른 데이터 처리 장치(213)를 포함한 편광 감응식 OCT 촬상 장치(200)의 개략도이다. 먼저, 도 2를 참조하여 편광 감응식 OCT 장치(200)의 구성을 설명한 다음, 도 1의 흐름도를 참조하여 본 실시예에 따른 데이터 처리 장치(213)의 작동을 설명한다.
본 실시예에 따른 편광 감응식 OCT 장치(200)는 편광 감응식 OCT(광 간섭 단층 촬영) 시스템과 데이터 처리 장치를 포함하며, 편광 감응식 OCT 시스템으로부터 얻은 편광 데이터를 처리하여 편광 감응식 단층 촬영 화상을 구성한다. 도 2에서, 광원(201)으로부터 방출된 측정광은 편광자(202)에 의해 선형 편광광으로 변환되며, 섬유 커플러(203)에 입력된다. 광원(201)은 저간섭성 광원인 슈퍼 발광 다이오드(SLD) 광원이며, 예컨대, 850㎚의 중심 파장과 50㎚의 대역폭을 가진 광을 방출한다. 광원(201)으로서 SLD를 사용하지만, 증폭 자연 방출(ASE) 광원과 같이 저간섭성 광을 방출할 수 있는 임의의 광원이 사용될 수도 있다.
섬유 커플러(203)는 90:10의 커플링비(coupling ratio)를 제공하며, 예컨대, 그 비율로 측정광이 분할되도록 하고, 분할된 측정광을 시준기(204), 1/4 파장판(205) 및 기준 미러(206)를 포함한 (분할비가 90인) 기준 아암과, 시준기(207), 1/4 파장판(208) 및 스캐닝 미러(209)를 포함한 (분할비가 10인) 샘플 아암으로 안내한다.
기준 아암으로 안내된 측정광은 22.5°회전된 상태로 설치된 1/4 파장판(205)을 통과한다. 기준 미러(206)에 의해 반사된 후, 광은 1/4 파장판(205)을 통해 선형 편광광이 되며, 섬유 커플러(203)로 다시 안내된다. 한편, 샘플 아암으로 안내된 측정광은 45°회전된 상태로 설치된 1/4 파장판(208)을 통해 원형 편광광이 된다. 원형 편광광은 스캐닝 미러(209)에 의해 반사되어, 피측정 테스트 샘플인 피검자의 눈(Eb)으로 입사된다.
또한, 측정광은 망막(Er)에 의해 반사되며, 스캐닝 미러(209)와 1/4 파장판(208)을 통해 섬유 커플러(203)로 다시 안내되고, 기준 아암을 통과한 측정광과 간섭하게 된다. 스캐닝 미러(209)는 X 및 Y 방향으로 측정광을 편향시키도록 도시되지 않은 제어 장치에 의해 제어되며, 망막의 스캐닝된 2차원 화상으로서 측정 결과를 얻을 수 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 빔 방향으로 하나의 라인을 따라 수집된 데이터를 "A-스캔"이라 하고, X-축 방향 또는 Y-축 방향으로 배열된 A-스캔의 적어도 2개의 길이를 포함하는 데이터를 "B-스캔"이라 한다.
섬유 커플러(203)에서 생성된 간섭광은 편광 빔 분할기를 포함한 섬유 커플러(210)에서 수평 편광 성분 광과 수직 편광 성분 광으로 분할되며, 이 성분들은 회절 격자, 라인 카메라 등을 포함한 분광기(211, 212)로 각각 안내된다. 안내된 간섭광 빔들은 각각 자신의 스펙트럼 성분들로 분리되며, 이 성분들은 라인 카메라에 의해 전기 신호로 변환되어, 수평 편광 및 수직 편광의 스펙트럼 데이터로서 데이터 처리 장치(213)로 출력된다.
데이터 처리 장치(213)는 본 실시예에 따른 편광 데이터 처리 장치로서 기능하며, 퍼스널 컴퓨터(PC) 또는 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함한 디지털 회로 등을 이용하여 실현될 수 있다. 또한, 참조 번호 "214" 및 "215"는, 예컨대, 데이터 처리 결과를 표시하기 위해 제공된 액정 모니터를 포함하는 디스플레이 장치와, 사용자로부터의 명령을 입력하기 위해 제공된 키보드, 마우스 등을 포함하는 입력 장치를 나타낸다.
이상으로부터, 본 실시예에서 설명하는 편광 감응식 OCT 촬상 장치(200)는 스펙트럼 도메인(SD) 방법에 따라 OCT를 형성한다. 그러나, 본 발명은 SD 방법에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 사상은 적어도 스위핑 광원(SS) 방법 또는 타임 도메인(TD) 방법에 따라 구현되는 촬상 장치에 그대로 적용될 수도 있다.
본 실시예에서, 데이터 처리 장치(213)는, 도시되지 않은 PC에 접속된 메모리에 저장되어 있는 데이터 처리 프로그램을 PC에 설치된 중앙 처리 유닛(CPU)으로 실행시킴으로써, 실현된다. 또한, 전체 편광 감응식 OCT 촬상 장치(200)의 작동의 제어도 장치 제어 프로그램을 실행시키는 CPU에 의해 수행되며, 다음의 설명에서는 "촬상 제어 장치"라 할 것이다.
한편, 광원(201)의 중심 파장과는 다른 중심 파장을 가진 제 2 측정광이 반도체 레이저(216)로부터 방출되어, 천공 미러(217), X-방향 및 Y-방향을 포함한 2개의 축으로 안저에 제 2 측정광을 편향시킬 수 있는 스캐너 미러(218), 및 다이크로익 미러(219)를 통해 피검자의 눈(Eb)으로 입사된다.
제 2 측정광은 망막(Er)에 의해 반사되고, 다이크로익 미러(219)와 스캐너 미러(218)에 의해 다시 반사되며, 천공 미러(217)에 의해 반사되어 검출기(220)에 입사된다. 측정광의 2차원 스캐닝을 통해 안저의 평면 화상을 얻기 위해 제공된 제 2 측정광이 촬상 제어 장치에 입력되며, 이에 따라, 평면 화상이 생성된다. 도 5는 다음의 설명에서 "SLO(스캐닝 레이저 검안) 화상"이라 하는 평면 화상을 예시적으로 도시하고 있다.
편광 감응식 OCT 데이터를 수집할 때, 촬상 제어 장치는 그와 병렬로 SLO 화상을 수집한다. 또한, 촬상 제어 장치는 SLO 화상으로부터 혈관 등을 포함한 구조물의 데이터를 추출하고, 안저의 움직임을 검출하며, 편광 감응식 OCT의 측정광이 일반적으로 망막 상의 동일한 위치를 스캐닝할 수 있도록 스캐너 미러(209)를 제어한다.
다음으로, 도 1 및 도 4를 참조하여, 데이터 처리 장치(213)의 작동에 대해 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 본 실시예에 따른 촬상 제어 장치의 제어 하에서 수집된 데이터를 이용하여 후술하는 프로세스에 의해 생성된 샘플 구조를 나타내는 데이터를 개략적으로 도시하고 있다. 본 실시예에서는, 도 4a에 도시된 바와 같이 (깊이가 H인) A-스캔의 W 라인들을 포함한 B-스캔이 반복적으로 N회 수집된다. 그러나, Y-방향으로는 스캐닝이 실시되지 않기 때문에, 도 4b에 도시된 바와 같이 Y-축 상에 형성된 동일한 위치에서 서로 다른 시간에 N개의 B-스캔 시트들이 수집된다. 그러나, 도 4a 및 도 4b에서, 단일의 B-스캔 시트는 수평 편광 데이터와 수직 편광 데이터를 포함한다.
먼저, 단계(S101)에서, 데이터 처리 장치(213)가 내부 카운터(n)를 "1"로 초기화한다. 후술하는 바와 같이, 카운터가 "N"을 표시할 때까지 반복적으로 처리가 실시되도록, B-스캔 처리가 실시될 때마다 카운트가 1씩 증가하는 내부 카운터(n)가 제공된다.
그 다음, 단계(S102)에서, n번째 B-스캔의 화상 데이터를 입력한다. 그 때의 B-스캔에 대해 말하자면, 촬상 제어 장치는 N개의 B-스캔 시트의 화상 데이터를 수집하여 메모리에 미리 저장하거나, 각각의 B-스캔에 대한 데이터를 반복적으로 수집할 수 있다. 여기서, N번째 B-스캔 시트는 수평 편광의 스펙트럼 데이터()와 수직 편광의 스펙트럼 데이터()를 포함한다.
그 다음, 단계(S103)에서, 평균화를 달성하기 위해 입력된 스펙트럼 데이터 항목에 대한 변환 작업을 실시한다. 이하, 도 6을 참조하여, 단계(S103)에서 실시하는 처리를 설명한다.
단계(S601)에서, 데이터 처리 장치(213)는 전술한 각각의 스펙트럼 데이터 항목을 진폭과 위상의 파라미터를 포함한 단층 촬영 신호로 변환하며, 이들은 다음과 같이 표현된다.
여기서, W, H 및 N은, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, B-스캔 당 A-스캔의 개수, A-스캔의 길이 및 B-스캔의 개수를 각각 나타낸다. 전술한 변환은, SD 방법에 따라 OCT를 실시할 때 스펙트럼 데이터를 단층 촬영 신호로 변환하기 위해 실시한 처리를 수평 편광의 스펙트럼 데이터()와 수직 편광의 스펙트럼 데이터()에 적용함으로써 달성된다. 이 변환은, 예컨대, "E. Goetzinger 등의 "Polarization maintaining fiber based ultra-high resolution spectral domain polarization sensitive optical coherence tomography", Optics Express. 17(25), 22704-22717 (2009)"(비특허문헌 2)에 개시된 방법에 따라 달성될 수 있기 때문에, 보다 상세한 설명은 생략한다.
그 다음에, 단계(S602)에서, 데이터 처리 장치(213)는 다음의 방정식에 따라 n번째 B-스캔에 대해 얻어지는 위상 지연과 축 배향을 포함한 복소수 데이터()를 계산하기 위해 (식 1)에 나타낸 두 종류의 편광과 관련된 단층 촬영 신호들을 서로 나눈다.
전술한 바와 같이, 은 (식 3)에 나타낸 바와 같이 적어도 2개의 다른 방향들과 관련된 편광 데이터 항목을 서로 나눔으로써 얻어진다. 으로부터, (식 4)와 (식 5)에 나타낸 바와 같이 2개의 파라미터가 추출될 수 있다. 이러한 파라미터는 아래와 같다:
1. "위상 지연"은 그 전계 벡터가 지상축 및 진상축을 따라 배향되는 빔들 사이의 위상차이다. 이러한 파라미터는 arctan 함수의 형태로 (식 3)의 값에 포함되며, (식 6)에서 로 칭해진다.
2. 직접 측정된 2개의 복소 신호는 위상값 Φ0 및 Φ1을 포함하며, 그 위상차 △Φ=Φ1-Φ0은 광축 배향 θ를 인코딩한다. 따라서, 분할의 결과에 포함된 2개의 파라미터가 실제로 존재한다: 위상 지연() 및 축 배향().
그 다음, 은 샘플의 위상 지연과 축 배향을 실질적으로 포함하는 복소수 데이터가 된다. 즉, 복소수 데이터는 위상 지연과 축 배향에 관한 정보를 포함한다. 이에 따라서 계산된 이 데이터 처리 장치(213)에 제공된 도시되지 않은 메모리에 일시적으로 저장된다.
그 다음, 처리가 도 1의 흐름도로 다시 복귀하며, 이에 따라, 단계(S104)에서 B-스캔의 현재 횟수가 1만큼 증가하고, 단계(S105)에서 갱신된 n이 전체 B-스캔 횟수(N)보다 큰지의 여부를 판단한다.
n이 전체 B-스캔 횟수(N)를 초과하지 않으면, 처리는 단계(S102)로 다시 복귀하며, 이에 따라, 전술한 처리가 실시된다. n이 전체 B-스캔 횟수를 초과하면, 처리는 단계(S106)로 진행한다.
일반 단층 촬영 화상의 경우와 같이 X축과 Z축으로 구성된 평면상에 위상 지연 화상과 축 배향 화상으로 표시될 수 있다. 즉, 위치(x, z)에 제공되는 화소의 값은 위상 지연 화상의 경우 일 수 있으며, 축 배향 화상의 경우 일 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(214)에 의해 사용되는 표시 모드를 예시적으로 도시하고 있다. 디스플레이 장치(214)는 표시 영역(701) 내에 서브 영역(702 내지 705)을 제공한다. 서브 영역(702)에서, 커서(706)는 SLO 화상 위에중첩되어 표시된다. 커서(706)는 B-스캔의 N 유닛이 수집되는 위치를 나타내며, 평균화된 축 배향()과 위상 지연()이 서브 영역(705, 704) 내에 표시된다.
또한, 그 위치에서의 강도 단층 촬영 화상이 서브 영역(703)에 표시된다. 이 강도 단층 촬영 화상은, 예컨대, (식 2)에 나타낸 바와 같은 단층 촬영 신호의 진폭(, )으로부터 을 사용하여 각 화소의 값을 계산함으로써 얻을 수 있다.
도 8은 전술한 데이터 처리 장치(213)의 구성과 데이터 흐름을 나타내고 있다. 도 8에서, 단층 촬영 신호 생성 장치(801)는 수평 편광의 스펙트럼 데이터()와 수직 편광의 스펙트럼 데이터()를 각각 단층 촬영 신호(, )로 각각 변환하고, 그 단층 촬영 신호들을 출력한다(단계(S601)). 그 단층 촬영 신호들은 분할기(802)에 의해 분할되며, (식 3)에 나타낸 복소수 데이터()가 평균 계산기(803)로 출력된다(단계(S602)). 평균 계산기(803)는 (식 7)과 (식 8)에 기초하여 평균화되는 위상 지연()과 축 배향()을 계산하여 출력한다(단계(S106)).
전술한 실시예에 따르면, 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다.
(식 1)에 나타낸 2개의 단층 촬영 신호는 다음과 같이 표현된다:
여기서, 은 대상의 반사율을 나타내며, 은 기준광과의 간섭을 통해 얻어지는 두 편광 성분들 간에 공유되는 위상 항을 나타낸다. 여기서, 2개의 단층 촬영 신호들이 (식 3)으로 나타낸 바와 같이 서로에 의해 나누어짐으로써, 공통 항인 대상의 반사율과 위상이 소거되며, 이에 따라, 위상 지연과 축 배향만을 포함한 신호가 (식 6)으로 나타낸 바와 같이 구해진다.
도 9a는 복소 평면 상에 (식 6)으로 표현된 을 나타내며, 본 실시예에서 계산된 평균값()이 도 9b 내지 도 9d에 나타낸 흑점으로 표현되어 있다. 도 9b는 노이즈 레벨이 낮은 상태를 표현하고 있다. 한편, 도 9c는 노이즈 레벨이 도 9b에서보다 높은 상태를 표현하고 있으며, 도 9d는 노이즈 이외에는 거의 아무것도 없는 상태를 표현하고 있다. 그 상태에서, 위상 지연의 값은 평균화로 인하여 거의 제로가 된다.
그러나, 비특허문헌 1에 개시된 공지의 기술에 따르면, 위상 지연의 값이 다음의 식으로 나타낸 바와 같이 2개의 편광 성분들의 진폭에 기초하여 계산되며, 이에 따라, 위상 지연이 도 9d에 표현된 조건 하에서 일정한 비(非)제로 값을 갖고, 이러한 비제로 값은 아티팩트가 되며, 극미한 위상 지연을 제공하는 헨레 섬유층과 같은 구조를 표시하는 것을 어렵게 만든다:
한편, 본 실시예에 따르면, 2개의 편광 성분들의 진폭과 위상을 포함한 복소수의 표시로 달성되는 처리를 통해 평균화가 실시된다. 따라서, 극미한 위상 지연의 값을 정확하게 계산할 수 있다.
또한, 도 10a 및 도 10b는 N으로 표현되는 평균화된 프레임의 개수와 위상 지연의 평균값(δ) 간의 관계를 표현하는 예를 나타내고 있다. 이 도면에 의하면, 공지의 기술에 따르면 평균화된 프레임의 개수가 증가할수록 위상 지연의 평균값이 점진적으로 감소하는 반면, 본 실시예의 방법에 따르면 10보다 큰 개수(N)에 대해 평균값이 거의 일정하게 되는 데, 이는 평균화가 적절하게 실시된다는 것을 나타낸다.
(제 2 실시예)
상술한 제 1 실시예에서는 2개의 단층 촬영 신호들을 나누어 평균값을 계산하지만, 각 신호의 평균화도 가능하다.
즉, 위상 지연과 축 방향을 계산하기 위해 (식 1)로 표현된 단층 촬영 신호들 각각에 대해 평균화를 실시한다. 그러한 경우, 데이터 처리 장치(213)는 다음의 방정식에 따라 평균화된 단층 촬영 신호를 계산한다:
또한, 평균이 (식 14)에 따라 계산되고 개수(N)가 높으면, 각각의 측정에 대한 위상 지터에 의해 위상(, )들이 독립적으로 변동될 수 있기 때문에, 신호 성분이 소거되고 SNR이 감소할 가능성이 있다. 따라서, 데이터 수집을 위한 경과 시간이 소정량을 초과하는 경우, 제 1 실시예에 기술된 방법에 따라 평균화를 실시하는 것이 바람직하다.
한편, 제 1 실시예에 따르면 모든 데이터들에 대해 나눗셈이 실시되어야 한다. 그러나, 본 실시예에서는 평균을 계산하기 전에 나눗셈을 실시하지 않기 때문에, 계산 부하가 상대적으로 낮아지므로 유리하다. 따라서, N의 값에 따라, 본 실시예의 방법을 선택함으로써 더 고속으로 평균 계산을 실시할 수 있다.
대안적으로, 평균화된 단층 촬영 신호를 계산하기 위해 변형된 (식 14)를 사용할 수 있다. 이 경우에서, 다른 위상은 유지되는 상태에서, 하나의 단층 촬영 신호의 위상은 무시된다. 예컨대, (식 14)에서 위상 항()은 1로 설정되며, 은 로 변경된다. 이러한 변형예에 의하면, 신호 성분의 소거와 SNR(신호대 잡음비) 감소가 방지된다. 이러한 변형예는 측정 중에 대상이나 무시할 수 없을 정도로 큰 노이즈를 이동시키는 경우에 효과적이다.
(제 3 실시예)
전술한 제 1 실시예에 따르면, 도 4b에 나타낸 바와 같이 망막 상에 정의된 동일한 위치를 스캐닝함으로써 데이터를 N회 이상 수집하며, 공간면에서 동일한 위치에 존재하는 N개의 데이터에 대해 평균화를 실시한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 달성될 수 있다. 설명하는 방식으로, 편광 데이터 항목 세트는 서로 다른 공간적 위치들에서 수집된 편광 데이터 항목을 포함한다.
도 11a는 일례를 도시하고 있다. 도 11a에서, 시신경 유두(112)를 중심으로 사용하여 참조번호 "111"로 나타낸 바와 같이 방사형으로 B-스캔 조각들이 배열되며, N개의 B-스캔 시트들이 모두 4개의 방향에서 수집된다. 이 예에서, 각각의 방향에서 제 1 실시예에 기술된 방법에 따라 평균화가 실시된다.
또한, 공간 영역에 대해 평균화가 실시되는 일례가 도 11b 및 도 11c에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 편광 감응식 OCT 촬상 장치(200)는 도 11b에 나타낸 바와 같이 Y 방향으로 이동하면서 B-스캔 조각들을 수집하며, 데이터 처리 장치(213)는 후술하는 방법에 따라 시신경 유두를 포함한 측정 영역(113)에 대해 데이터 처리를 실시한다.
도 11c는 측정 영역(113)의 상세를 도시하고 있다. 이 도면에서, 시신경 유두(112)를 그들의 중심으로 하며 직경(D1, D2)을 가진 2개의 동심원(114, 115)들로부터 소정 각도(A)로 분할된 영역(R)이 평균화용 목표 영역으로 결정된다. 본 실시예에서는, 예컨대, D1과 D2가 2㎜ 및 3㎜이며 A는 1°이지만, 그 값들은 망막 신경 섬유층을 측정하기 위해 필요한 정밀도에 따라 결정될 수 있다.
그러한 경우, 영역(R)에 속하는 A-스캔을 위해 평균화가 실시되며, 목표 단층 촬영 신호는 다음과 같이 표현된다:
그리고, 데이터 처리 장치(213)는 다음의 방정식에 따라 영역(R)에 포함되는 A-스캔 조각의 개수를 M으로 결정하면서, 영역(R)을 위해 평균화된 위상 지연()과 축 배향()을 계산한다.
상술한 처리는 동심원(114, 115)으로 둘러싸인 영역을 따라 R의 위치를 이동시킴으로써 연속적으로 실시되며, 각각의 위치에서 평균값이 계산됨으로써, 시신경 유두 주위에서 발생하는 위상 지연과 축 배향의 분포를 측정할 수 있다.
(제 4 실시예)
본 발명은 편광 감응식 OCT의 데이터 보간에 적용될 수 있다. 이 실시예에서는, 제 1 실시예에서 상술한 복수의 B-스캔의 평균화를 위해 사용되는 데이터 정렬에 대한 본 발명의 적용에 대해 설명한다.
도 12는 본 실시예에 따른 데이터 처리 방법의 흐름도이다. 이는 단계(S121, S122, S123)를 추가하여 도 1에 도시된 흐름도를 변형한 변형예이기 때문에, 중복된 설명은 생략한다. 또한, 도 13a 및 도 13b는 첫번째 B-스캔과 n번째 B-스캔에서 템플릿 매칭을 위한 템플릿 영역(T)을 도시하고 있다.
단계(S121)에서, 데이터 처리 장치(213)는 직전의 B-스캔(n번째 B-스캔)이 첫번째 스캔인지의 여부를 확인한다. 첫번째 B-스캔인 경우, 처리는 단계(S103)로 진행하며, 그렇지 않으면, 단계(S122)로 진행한다.
단계(S122)에서, 이전의 B-스캔(n번째 B-스캔)과 첫번째 B-스캔 간의 상대 편차 측정이 데이터 처리 장치(213)에 의해 실시된다. 먼저, 도 13a 및 도 13b에 나타낸 바와 같이 첫번째 B-스캔 사용하여 템플릿 영역(T)을 결정한다. 도 13a 및 도 13b에 나타낸 바와 같이 중심와(M)와 같은 기하학적 특징부를 B-스캔에 포함하도록, 템플릿 매칭을 위한 템플릿 영역(T)을 규정하는 것이 바람직하다.
그 다음, 데이터 처리 장치(213)에 의해 템플릿 매칭이 적용되며, n번째 B-스캔()에서 템플릿 영역(T)과 가장 상관 관계가 깊은 영역(R)과 T와 R 간의 상대 편차가 와 로서 검출된다.
단계(S123)에서, 데이터 처리 장치(213)에 의해 와 를 이용한 n번째 B-스캔()의 정렬이 이루어지며, 이에 따라, 2개의 B-스캔들에서 동일한 위치에 동일한 대상이 정렬된다. 일반적으로, 와 가 정수가 아니기 때문에, n번째 B-스캔의 데이터를 위해 보간이 필요하다.
이하의 설명에서는, 이중 선형 보간법이 보간법으로서 사용되지만, 데이터 범위와 가중 계수를 변경하여 바이-큐빅 보간법과 같은 다른 방법을 적용할 수도 있다.
데이터 처리 장치(213)는 와 를 이용하여 정렬된 이후의 B-스캔 데이터의 각각의 좌표 값(x, z)을 계산한 다음, 다음의 방정식으로 나타낸 바와 같이 좌표 변환 후 의 변형된 복소수 데이터가 되는 복소수 데이터()가 계산된다.
여기서, w1 내지 w4는 다음과 같이 계산된 이중 선형 보간법의 가중 계수이다.
은 위치 보정(정렬) 후 n번째 B-스캔의 위치(x2, z2)에 있는 복소수 데이터에 해당한다. 그 다음, 계산된 복소수 데이터는 (식 23)에 의해 평균화되며, 평균화된 위상 지연()과 축 배향()이 제 1 실시예에 기술된 바와 같이 (식 8)에 따라 계산된다.
이 실시예에서, (식 21)의 복소수 데이터는 제 1 실시예에 따라 계산된다. 그러나, 제 2 실시예에서의 계산과 같은, 복소수 데이터를 생성하기 위한 임의의 계산이 적용될 수도 있다.
(제 5 실시예)
전술한 실시예들은 편광 데이터 항목을 나타내기 위해 존스 벡터를 이용한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 스토크스 벡터 표시를 적용할 수 있다.
기본적인 처리 흐름은 다른 실시예에 적용된 도 1과 동일하므로, 이하의 설명에서는 다른 단계들에 대해서만 기술한다.
도 14는 본 실시예에 따른 데이터 변환 단계(S103)의 흐름도이다.
단계(S106)에서, 데이터 처리 장치(213)는 도 15의 흐름도에 따라 평균화된 스토크스 벡터를 계산한다. 단계(S1501)에서, 데이터 처리 장치(213)는 (식 26)에 따라 중간 평균화된 스토크스 벡터()를 계산한다.
평균화된 위상 지연()은 (식 14)에 따라 2개의 평균화된 진폭(, )에 의해 계산된다. 또한, 그 진폭들은 (식 24)에 따라 스토크스 파라미터로부터 계산될 수 있다. (식 25)와 (식 27)에 따른 2개의 정규화 처리 때문에, 평균화된 스토크스 벡터()는 1과 같은 편광 데이터의 강도와 관련하여 정규화된다.
본 실시예에서는, 샘플에 의해 후방 산란되는 광의 편광 상태를 나타내는 스토크스 벡터에 대해 평균화를 실시한다. (식 26)에 따라 평균화가 실시된 직후, 생성된 벡터는 각 파라미터 간의 관계를 (식 24)에 의해 주어진 바와 같이 반드시 유지하는 것은 아니며, 이는 (식 28)에 따른 위상 지연을 계산할 때 원하지 않는 오프셋을 유발한다. 그러나, (식 27)에 의한 정규화 때문에, 관계가 회복됨으로써, 그러한 오프셋 유발을 피할 수 있다.
(제 6 실시예)
평균화 처리 전의 정규화가 바람직하지만, 본 발명에서는 다른 구현예도 가능하다. 이 실시예에서는, 편광 데이터의 강도에 의한 가중 평균을 적용한다.
이 실시예에서, 데이터 처리 장치(213)는 단계(1402)를 생략한다. 따라서, (식 30)에 따라 중간 평균화된 스토크스 벡터()가 계산되며, 제 5 실시예에 개시된 바와 같은 단계들이 후속하게 된다.
제 5 실시예와는 다르게, 각각의 스토크스 파라미터는 편광 데이터의 강도와 관련하여 정규화되지 않는다. 즉, (식 30)의 스토크스 파라미터는 편광 데이터의 강도에 따라 좌우되므로, 개념적으로 가중된다.
그러나, 두번째 정규화 처리인 단계(S1502)에서는, 전술한 바와 같이 스토크스 파라미터들 간의 관계를 회복한다. 이에 따라, 평균화된 위상 지연과 축 배향을 정확하게 계산할 수 있다.
(식 24)에서 스토크스 벡터의 제 1 요소를 계산할 필요가 없고, 평균화 전에 정규화를 수행하지 않기 때문에, 이 실시예에서는 계산 효율이 향상된다.
(제 7 실시예)
비특허문헌 1에 개시된 방법과 조합됨으로써, 본 발명이 효율적으로 실시될 수도 있다. 즉, 노이즈가 적게 발생하고 도 9에 도시된 바와 같이 복소수 데이터()의 변산도가 미미할 때, 공지의 방법에 따라 계산하면, 위상 지연과 축 배향의 오차가 작다. 따라서, (식 1)에 나타낸 단층 촬영 화상 신호에 기초하여 제 1 위치에서 신호의 강도가 계산된다. 신호 강도가 임계치를 초과하는 경우, 비특허문헌 1에 개시된 방법에 따라 평균값이 계산될 수 있으며, 그 평균값은 다음의 방정식으로 표현된다. 그렇지 않으면, 상기 방법은 본 발명에 의해 달성된 방법으로 변경될 수 있다.
그러나, MODE(X)는 X의 주상 도표의 모드 값이며, 단층 촬영 신호의 강도는 그 진폭 값의 평균평방근에 기초하여 계산될 수 있다. 또한, 임계치는 건강한 대상의 망막 신경 섬유층의 강도 분포의 평균에 기초하여 설정될 수 있으며, 상기 강도 분포는 미리 분석된다.
다른 실시예
본 발명의 실시예들은 본 발명의 전술한 실시예(들) 중 하나 이상의 실시예의 기능을 수행하기 위해 저장 매체(예컨대, 비일시적 컴퓨터 판독가능한 저장 매체)에 기록된 컴퓨터 실행가능한 명령을 판독하여 실행시키는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 실현될 수도 있으며, 예컨대, 전술한 실시예(들) 중 하나 이상의 실시예의 기능을 수행하기 위해 저장 매체로부터 컴퓨터 실행가능한 명령을 판독하여 실행시킴으로써, 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 실시되는 방법에 의해 실현될 수도 있다. 컴퓨터는 중앙 처리 유닛(CPU), 마이크로 처리 유닛(MPU) 또는 다른 회로 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 분리된 컴퓨터들 또는 분리된 컴퓨터 프로세서들의 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행가능한 명령은, 예컨대, 네트워크나 저장 매체로부터, 컴퓨터에 제공될 수 있다. 저장 매체는, 예컨대, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 분산된 컴퓨팅 시스템들의 스토리지, (콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 블루레이 디스크(BD)™와 같은) 광 디스크, 플래시 메모리 장치, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 다음의 특허청구범위는 그러한 변형들과 등가의 구조들 및 기능들을 모두 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.
Claims (13)
- 편광 감응식 광 간섭 단층 촬영의 편광 데이터를 처리하기 위한 편광 데이터 처리 방법이며,
피측정 샘플로부터 반사된 광으로부터 얻어지는 편광 데이터 항목들의 복수의 세트를 수집하는 수집 단계;
편광 데이터 항목들을 진폭 및 위상 파라미터를 포함하는 표시(representation)로 변환하는 변환 단계; 및
표시에 표현된 편광 데이터 항목들을 평균화하여 평균화된 데이터 항목들의 세트를 생성하는 평균화 단계를 포함하는,
편광 데이터 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 변환 단계는 2개 이상의 다른 방향과 관련된 편광 데이터 항목들을 서로 나누는 계산을 포함하며, 상기 계산은 2개의 편광 데이터 항목들 간의 위상차를 상기 표시에 포함된 위상 파라미터로 변환하는,
편광 데이터 처리 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 변환 단계는 2개 이상의 다른 방향과 관련된 편광 데이터 항목들을 서로 나누는 계산을 포함하며, 상기 계산은 상기 샘플의 위상 지연과 축 배향을 포함한 복소수 데이터를 생성하는,
편광 데이터 처리 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 편광 데이터 항목들의 세트는 서로 다른 시간에 수집된 편광 데이터 항목들을 포함하는,
편광 데이터 처리 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 편광 데이터 항목들의 세트는 서로 다른 공간적 위치에서 수집된 편광 데이터 항목들을 포함하는,
편광 데이터 처리 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 변환 단계는 상기 편광 데이터 항목들의 세트로서 스토크스 벡터(Stokes vector) 세트들의 계산을 포함하는,
편광 데이터 처리 방법. - 제 1 항, 제 2 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평균화 단계는 평균화된 스토크스 벡터를 평균화된 편광 데이터 항목으로서 생성하는 단계를 포함하며, 편광 데이터 항목의 강도와 관련하여 1놈(norm)을 상기 평균화된 스토크스 벡터에 부여하는 정규화 단계를 더 포함하는,
편광 데이터 처리 방법. - 편광 감응식 광 간섭 단층 촬영의 편광 데이터를 처리하기 위한 편광 데이터 처리 장치이며,
피측정 샘플로부터 얻어지는 편광 데이터 항목들의 복수의 세트를 수집하도록 구성된 수집 유닛;
편광 데이터 항목들을 진폭 및 위상 파라미터를 포함하는 표시로 변환하도록 구성된 변환 유닛; 및
표시에 표현된 편광 데이터 항목들을 평균화하여 평균화된 데이터 항목들의 세트를 생성하도록 구성된 평균화 유닛을 포함하는,
편광 데이터 처리 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 변환 유닛은 2개 이상의 다른 방향과 관련된 편광 데이터 항목들을 서로 나누는 계산을 실행하도록 작동가능하며, 상기 계산은 2개의 편광 데이터 항목들 간의 위상차를 상기 표시에 포함된 위상 파라미터로 변환하기 위한 계산인,
편광 데이터 처리 장치. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 변환 유닛은 2개 이상의 다른 방향과 관련된 편광 데이터 항목들을 서로 나누는 계산을 실행하도록 작동가능하며, 상기 계산은 상기 샘플의 위상 지연과 축 배향을 포함한 복소수 데이터를 생성하기 위한 계산인,
편광 데이터 처리 장치. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 수집 유닛은 서로 다른 시간에 편광 데이터 항목들을 수집하도록 작동가능한,
편광 데이터 처리 장치. - 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 수집 유닛은 서로 다른 공간적 위치에서 편광 데이터 항목들을 수집하도록 작동가능한,
편광 데이터 처리 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 편광 데이터 처리 방법의 각 단계를 컴퓨터가 실행하도록 하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능한 저장 매체.
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