波長掃描型光學相干斷層儀及其相位穩(wěn)定化方法
【專利摘要】不追加使用昂貴且復雜的硬件地修正SS-OCT的光源的波長掃描和由光檢測器收集數(shù)據作為光譜干涉信號的時間點之間的顫動而使相位穩(wěn)定化。其具有基于通過使從SS-OCT的波長掃描型光源(2)出射并被分割的、在固定參照鏡(8)反射的參照光和在被測量物體(6)反射的樣本光重合并由光檢測器(15)檢測而得的光譜干涉信號由生成斷層圖像的計算機(16)并由第一修正單元進行粗略修正、由第二修正單元進行更詳細修正的功能，從而使SS-OCT的相位穩(wěn)定化。
【專利說明】波長掃描型光學相干斷層儀及其相位穩(wěn)定化方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及掃描光源的波長而得到光譜干涉信號的波長掃描型光學相干斷層儀 (Swept Source Optical Coherence Tomography，簡稱為"SS-0CT"。）及其相位穩(wěn)定化方法， 特別涉及不使用追加的硬件而僅通過與一般所使用的SS-0CT相同的構成來使相位穩(wěn)定化 的技術。

【背景技術】
[0002] 以往，作為用于醫(yī)療領域等的非破壞斷層測量技術的一種，存在隨時間地使用低 相干光作為探頭（探針）的光斷層圖像化法"光學相干X射線斷層照相術"（0CT)(參照專 利文獻1)。0CT由于將光用作測量探頭，因此具有能夠測量被測量物體的折射率分布、分光 信息、偏光信息（多折射率分布）等的優(yōu)點。
[0003] 基本的0CT43以邁克爾遜干涉儀為基本，用圖3說明其原理。從光源44射出的光 由校準透鏡45平行化后，通過射線分裂器46分割為參照光和樣本光。樣本光通過樣本臂 內的物鏡47聚光于被測量物體48,并在此處散射、反射后再次返回物鏡47、射線分裂器46。
[0004] 另一方面，參照光經過參照臂內的物鏡49后通過參照鏡50反射，再次經過物鏡49 并返回射線分裂器46。這樣，返回的射線分裂器46的樣本光和參照光和樣本光一同入射至 聚光透鏡51并聚光于光檢測器52 (光電二極管等）。
[0005] 0CT的光源44隨時間地利用低相干的光（不同時刻從光源射出的光彼此極難干 涉的光）的光源。在隨時間地以低相干光作為光源的邁克爾遜型干涉儀中，僅當參照臂和 樣本臂的距離大致相等時出現(xiàn)干涉信號。該結果，一邊使參照臂和樣本臂的光程差（τ) 變化，一邊由光檢測器52測量干涉信號的強度，從而得到相對于光程差的干涉信號（干涉 圖）。
[0006] 該干涉圖的形狀表示被測量物體48的深度方向的反射率分布，通過一維的軸方 向掃描能夠得到被測量物體48深度方向的構造。這樣，在0CT43中，通過光程掃描能夠測 量被測量物體48深度方向的構造。
[0007] 通過在這種軸方向掃描之外，再加上橫方向的機械掃描，進行二維掃描來得到被 測量物體的二維截面圖像。作為進行該橫方向掃描的掃描裝置，使用以下等構成，使被測量 物體直接移動的構成、以物體固定的狀態(tài)變換物鏡的構成、以及以被測量物體和物鏡均固 定的狀態(tài)旋轉物鏡的瞳面附近的檢流計反射鏡的角度的構成。
[0008] 從以上的基本的0CT發(fā)展出的0CT有使用分光器得到光譜信號的光譜領域 OCT (SD-0CT)和掃描光源的波長而得到光譜干涉信號的波長掃描型OCT (Sw印t Source 0CT，簡稱為"SS-0CT"。）。對于SD-0CT存在傅里葉領域OCT (Fourier Domain 0CT，簡稱為 "FD-0CT"。參照專利文獻2)以及偏光感受型OCT(Polarization-Sensitive 0CT，簡稱為 "PS-0CT"。參照專利文獻3)。
[0009] FD-0CT的特征在于，由分光儀（光譜分光器）取得來自被測量物體的反射光的波 長光譜，并通過對該光譜強度分布進行傅里葉變換，取出在實空間（0CT信號空間）上的信 號，該FD-OCT無需進行深度方向的掃描，能夠通過進行x軸方向的掃描來測量被測量物體 的截面構造。
[0010] SS-0CT通過高速波長掃描激光來改變光源的波長，使用與光譜信號同步取得的光 源掃描信號并重排列干涉信號，通過加上信號處理來得到3維光學斷層圖像。此外，作為改 變光源波長的單元，即使是利用單色儀的設備，也能夠用作SS-0CT。
[0011] 已知通過多普勒光學相干X射線斷層照相術（多普勒0CT)進行的視網膜血流分 布的測量。這是使用上述FD-0CT等能夠進行視網膜血流分布測量的單元，同樣地，通過使 用光譜領域0CT，能夠得以形成橫截面視網膜血流圖像，另外也能夠觀察維的視網膜的脈管 構造。
[0012] 本發(fā)明的發(fā)明人員長久地著眼于多普勒0CT，一直在進行非侵襲地測量生物體內， 特別是眼底的血流的方法的研究、開發(fā)。以往發(fā)明人員以SD-0CT為技術平臺在其上安裝 多普勒0CT并成功進行眼底血流檢查，但近年0CT的技術平臺從SD-0CT逐漸向新一代的 SS-0CT 轉變。
[0013] 現(xiàn)有技術文獻
[0014] 專利文獻
[0015] 專利文獻1:日本特開2002-310897號公報
[0016] 專利文獻2:日本特開平11-325849號公報
[0017] 專利文獻3:日本特開2004-028970號公報
[0018] 非專利文獻
[0019] 非專利文獻 1 :B. Vokoc et. al.，"Phase-resolved optical frequency domain im aging,，'0pticsExpressl3, 5483-(2005).


【發(fā)明內容】

[0020] 發(fā)明所要解決的課題
[0021] 雖然本發(fā)明的發(fā)明人員通過SS-0CT也能進行多普勒測量的研究開發(fā)，但在多普 勒測量中，存在困難的問題。這是由SS-0CT特有的相位不穩(wěn)定性引起的。
[0022] 修正SS-0CT的相位不穩(wěn)定性的方法雖然有Harvard Medical School提出的方案 (參照非專利文獻1)，但是該技術需要復雜的硬件因而不能避免制品成本的增大。
[0023] 本發(fā)明的目的在于解決上述SS-0CT的相位不穩(wěn)定性的問題，僅以與以往同樣的 標準的SS-0CT的構成為前提，并以通過對從其得到的信號進行適當處理來得到較高的相 位穩(wěn)定性為課題，據此，利用以往的SS-0CT，來實現(xiàn)通過SS-0CT進行的測量以及多普勒測 量。
[0024] 用于解決課題的方法
[0025] 本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種使SS-0CT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的 方法，其在SS-0CT中，基于光譜干涉信號并通過由生成斷層圖像的計算機，來修正光譜干 涉信號的相位數(shù)據，所述光譜干涉信號通過使從波長掃描型光源出射并被分割的、在固定 參照鏡反射的參照光和在被測量物體反射的樣本光重合并被光檢測器檢測而得，上述使 SS-0CT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的方法的特征在于，
[0026] 上述光譜干涉信號的相位數(shù)據的修正以如下方式進行，在鄰接的兩個A-掃描中， 根據成為基準的第一 A-掃描的光譜干涉信號Si (j)和第二A-掃描的光譜干涉信號、即受 到因顫動而產生的光譜位移β的光譜干涉信號S' 2(j)，根據下式（2'），且作為成為基準 的光譜干涉信號Si (j)使用第一 A-掃描的參照光光譜，求得光譜位移β，并通過消去該光 譜位移β，來進行光譜干涉信號的相位數(shù)據的修正。
[0027] Angle[F[S'=-i2Ji ζ β/Ν · · · (2,）
[0028] 其中，Ν為采樣點數(shù)，ζ是表示被測量物體深度的變量，ζ = 0、1、……、N_1，F(xiàn)[] 是對□內進行傅里葉變換的式子，Angle □是表示□內的相位的式子/表示復數(shù)共軛。
[0029] 本發(fā)明為了解決上述課題，提供一種使SS-0CT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的 方法，其在SS-0CT中，基于光譜干涉信號并通過由生成斷層圖像的計算機，依次進行第一 修正處理和第二修正處理來修正光譜干涉信號的相位數(shù)據，所述光譜干涉信號通過使從波 長掃描型光源出射并被分割的、在固定參照鏡反射的參照光和在被測量物體反射的樣本光 重合并被光檢測器檢測而得，上述使SS-0CT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的方法的特征 在于，上述第一修正處理以如下方式進行，在鄰接的兩個A-掃描中，根據成為基準的第一 A-掃描的光譜干涉信號Si (j)和第二A-掃描的光譜干涉信號、即受到因顫動而產生的光 譜位移β的光譜干涉信號S' 2(j)，按照下式（2'），且作為成為基準的光譜干涉信號Si (j) 使用第一 A-掃描的參照光光譜，求得光譜位移β，并通過消去該光譜位移β，來進行光譜 干涉信號的相位數(shù)據的修正，上述第二修正處理以如下方式進行，在表示由上述兩個Α-掃 描而得到的光譜干涉信號的多普勒相位變換的下式（9)中，關于沒有多普勒信號\(()的 區(qū)域的、ζ的截距bm = 4 π τ vb/ λ斜率am = -2 π β ' /Ν的1次函數(shù)，通過求得使下式 (10)所表示的誤差能量為最小的斜率am和截距bm，來求得因體運動以及顫動而產生的光 譜位移β的殘差β '，從而進行光譜干涉信號的相位數(shù)據的修正。
[0030] Angle[F[S'=-i2Ji ζ β/Ν · · · (2,）
[0031] 其中，Ν為采樣點數(shù)，ζ為表示被測量物體深度的變量，ζ = 0、1、……、N_1，F(xiàn)[] 是對□內進行傅里葉變換的式子，Angle □是表示□內的相位的式子/表示復數(shù)共軛。
[0032]

【權利要求】
1. 一種使SS-OCT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的方法，其在SS-OCT中，基于光譜干涉 信號并通過生成斷層圖像的計算機，來修正光譜干涉信號的相位數(shù)據，所述光譜干涉信號 通過使從波長掃描型光源出射并被分割的、在固定參照鏡反射的參照光和在被測量物體反 射的樣本光重合并被光檢測器檢測而得，上述使SS-OCT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的 方法的特征在于， 上述光譜干涉信號的相位數(shù)據的修正以如下方式進行：在鄰接的兩個A-掃描中，根據 成為基準的第一 A-掃描的光譜干涉信號Si (j)和第二A-掃描的光譜干涉信號、即受到因 顫動而產生的光譜位移β的光譜干涉信號S'2(j)，根據下式，且作為成為基準的光譜干涉 信號Si (j)使用第一 A-掃描的參照光光譜，求得光譜位移β，并通過消去該光譜位移β， 來進行光譜干涉信號的相位數(shù)據的修正， Angle[F[S,2( ζ ) jFtS；( ζ ) ]] = -?2 π ζ β/Ν 其中，Ν為采樣點數(shù)，ζ是表示被測量物體深度的變量，ζ = 0、1、……、N-1，F(xiàn)□是 對□內進行傅里葉變換的式子，Angle □是表示□內的相位的式子/表示復數(shù)共軛。
2. -種使SS-OCT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的方法，其在SS-OCT中，基于光譜干 涉信號并通過生成斷層圖像的計算機，依次進行第一修正處理和第二修正處理來修正光譜 干涉信號的相位數(shù)據，所述光譜干涉信號通過使從波長掃描型光源出射并被分割的、在固 定參照鏡反射的參照光和在被測量物體反射的樣本光重合并被光檢測器檢測而得，上述使 SS-OCT的光譜干涉信號的相位穩(wěn)定化的方法的特征在于， 上述第一修正處理以如下方式進行：在鄰接的兩個A-掃描中，根據成為基準的第一 A-掃描的光譜干涉信號Si (j)和第二A-掃描的光譜干涉信號、即受到因顫動而產生的光譜 位移β的光譜干涉信號S' 2 (j)，根據下式（1)，且作為成為基準的光譜干涉信號Si (j)使 用第一 A-掃描的參照光光譜，求得光譜位移β，并通過消去該光譜位移β，來進行光譜干 涉信號的相位數(shù)據的修正， 上述第二修正處理以如下方式進行：在表示由上述兩個Α-掃描得到的光譜干涉信號 的多普勒相位變換的下式（2)中，關于沒有多普勒信號\(()的區(qū)域的、ζ的截距bm = 4 π τ vb/ λ。、斜率am = -2 π β ' /N的1次函數(shù)，通過求得使下式（3)所表示的誤差能量為 最小的斜率am和截距bm，來求得因體運動以及顫動而產生的光譜位移β的殘差β '，從而 進行光譜干涉信號的相位數(shù)據的修正， Angle[F[S,2( ζ ) jFtS；( ζ ) ]] = -?2 π ζ β/Ν · · · (1) 其中，Ν為采樣點數(shù)，ζ為表示被測量物體深度的變量，ζ = 0、1、……、N-1，F(xiàn)□是 對□內進行傅里葉變換的式子，Angle □是表示□內的相位的式子/表示復數(shù)共軛。
其中，以下符號分別表示，τ為兩個A-掃描間的時間，λ。為光源的中心波長，n為折 射率，變量ξ的函數(shù)vzU)為光軸方向的速度，vb為體運動的速度，β'為因顫動而引起 的光譜位移的殘差，Ν為采樣點數(shù)，ζ的函數(shù)ν Ζ(ζ)為光軸方向的速度，ζ為表示被測量 物體的深度的變量，ξ = 〇、1、……、Ν_1，
其中，m = 0、l、2……，ζ是表示被測量物體深度的變量，Wm( ζ )是加權。
3. -種SS-OCT，其具備：波長掃描型光源；光檢測器，其檢測通過使從波長掃描型光源 出射并被分割的、在固定參照鏡反射的參照光和在被測量物體反射的樣本光重合而成的光 譜干涉信號；以及基于光檢測器檢測的光譜干涉信號生成斷層圖像的計算機，上述SS-OCT 的特征在于， 上述計算機具備修正單元，其修正光譜干涉信號的相位數(shù)據而使SS-OCT的相位穩(wěn)定 化， 就上述修正單元而言，在鄰接的兩個A-掃描中，根據成為基準的第一 A-掃描的光譜干 涉信號Si (j)和第二A-掃描的光譜干涉信號、即受到因顫動而產生的光譜位移β的光譜 干涉信號S' 2 (j)，根據下式，且作為成為基準的光譜干涉信號& (j)使用第一 Α-掃描的參 照光光譜，求得光譜位移β，并通過消去該光譜位移β，來進行光譜干涉信號的相位數(shù)據 的修正， Angle[F[S,2( ζ ) jFtS；( ζ ) ]] = -?2 π ζ β/Ν 其中，Ν為采樣點數(shù)，ζ是表示被測量物體深度的變量，ζ = 0、1、……、N-1，F(xiàn)□是 對□內進行傅里葉變換的式子，Angle □是表示□內的相位的式子/表示復數(shù)共軛。
4. 一種SS-OCT，其具備：波長掃描型光源；光檢測器，其檢測通過使從波長掃描型光源 出射并被分割的、在固定參照鏡反射的參照光和在被測量物體反射的樣本光重合而成的光 譜干涉信號；以及基于光檢測器檢測的光譜干涉信號生成斷層圖像的計算機，上述SS-OCT 的特征在于， 上述計算機具備依次修正光譜干涉信號的相位數(shù)據從而使SS-OCT的相位穩(wěn)定化的第 一修正單元和第二修正單元， 就上述第一修正單元而言，在鄰接的兩個A-掃描中，根據成為基準的第一 A-掃描的光 譜干涉信號Si (j)和第二A-掃描的光譜干涉信號、即受到因顫動而產生的光譜位移β的光 譜干涉信號S' 2(j)，根據下式（1)，且作為成為基準的光譜干涉信號Si (j)使用第一 Α-掃 描的參照光光譜，求得光譜位移β，并通過消去該光譜位移β，來進行光譜干涉信號的相 位數(shù)據的修正， 就上述第二修正單元而言，在表示由上述兩個Α-掃描得到的光譜干涉信號的多普勒 相位變換的下式（2)中，關于沒有多普勒信號'(()的區(qū)域的、ζ的截距= TVb/ λ。、斜率am = -2 π β '/Ν的1次函數(shù)，通過求得使下式（3)所表示的誤差能量為最小的斜 率am和截距bm，來求得因體運動以及顫動而產生的光譜位移β的殘差β '，從而進行光譜 干涉信號的相位數(shù)據的修正， Angle[F[S,2( ζ ) jFtS；( ζ ) ]] = -?2 π ζ β/Ν · · · (1) 其中，Ν為采樣點數(shù)，ζ是表示被測量物體深度的變量，ζ = 0、1、……、N-1，F(xiàn)□是 對□內進行傅里葉變換的式子，Angle □是表示□內的相位的式子/表示復數(shù)共軛。
其中，以下符號分別表示，τ為兩個A-掃描間的時間，λ。為光源的中心波長，n為折 射率，變量ξ的函數(shù)VZU)為光軸方向的速度，Vb為體運動的速度，β'為因顫動而引起 的光譜位移的殘差，Ν為采樣點數(shù)，ζ的函數(shù)νζ(ζ)為光軸方向的速度，ζ為表示被測量 物體的深度的變量，ξ = 〇、1、……、Ν-1，
其中，m = 0、1、2……，ζ是表示被測量物體深度的變量，Wm( ζ )為加權。
【文檔編號】A61B3/12GK104053980SQ201280062822
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2012年12月14日 優(yōu)先權日:2012年1月5日
【發(fā)明者】安野嘉晃, 伊藤雅英, 洪暎周 申請人:國立大學法人筑波大學