JP5406427B2 - 断層画像処理方法、装置およびプログラムならびにこれを用いた光断層画像化システム - Google Patents

Description

本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を生成する断層画像処理方法、装置およびプログラムならびにこれを用いた断層画像化システムに関するものである。

従来、生体組織の光断層画像を生成する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を生成する。上記のような光断層画像取得装置では、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する深さ方向の位置（以下、深さ位置という）を変更し光断層画像を生成するＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用した装置がある。

また、近年では、上述した参照光の光路長を変更することなく高速に光断層画像を生成するＦＤ−ＯＣＴ（フーリエドメイン−ＯＣＴ）計測を利用したＯＣＴ装置が提案されている。このＦＤ−ＯＣＴ（フーリエドメイン−ＯＣＴ）計測として、所定の波長帯域を有する低コヒーレント光をマイケルソン型干渉計等を用いて断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測と、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測とがある（特許文献１〜３、非特許文献１参照）。このうち、ＳＳ−ＯＣＴ計測においては、光源から射出されるレーザ光の周波数を掃引させて反射光と参照光とを各波長において干渉させ、一連の波長に対する干渉スペクトルをフーリエ変換することにより測定対象の深さ位置における反射光強度を検出し、これを用いて光断層画像を構成するようになっている。

ここで、上述したＳＳ−ＯＣＴ計測において、掃引する波長は揺らぐため１周期の掃引波長のタイミングが常に一定とは限らない。そこで、特許文献３のように観測された干渉信号が波数ｋについて等間隔になるように干渉信号を信号変換することが提案されている。
特開２００６−１３２９９６号公報 特開２００５−２８３１５５号公報 米国第５９５６３５５号明細書 Yoshiaki Yasuno, Violeta Dimitrova Madjarova and Shuichi Makita, "Three-dimensional and high-speed swept-source optical coherence tomography for in vivo investigation of human anterior eye segments," OPTICS EXPRESS 2005 Vol. 13, No. 26.

上述した干渉信号をスペクトル解析により所定の深さ位置における反射情報を得るためには干渉信号が波数ｋについて等間隔に配列されている必要がある。しかし、干渉信号ＩＳが波数ｋにおいて等間隔に配列されていない場合、断層画像の分解能の低下が生じてしまう。この分解能の低下を抑えるために、特許文献３において、予め光源ユニットの波長掃引特性を記憶しておき、この波長掃引特性に基づいて波数ｋについて等間隔になるように干渉信号のデータ列を再配列している。

この特許文献３においては、掃引される周波数が時間に対して線形に変化しない場合で、かつ、変化の仕方に再現性がある場合を前提として、波数ｋについて等間隔になるように干渉信号のデータ列を再配列するものである。しかし、実際には上記前提のように光源ユニットがどの周期においても同じ波長掃引特性をもって波長を掃引することは困難であり、動作環境等により各周期毎に波長が揺らぐ場合がある。このような波長の揺らぎがある場合、上述のような信号変換を行ったとしても、波数ｋにおいて等間隔に再配列することはできず、分解能が低下してしまう場合がある。

そこで、本発明は、断層画像の分解能を向上させることができる断層画像処理方法、装置プログラムならびに光断層画像化システムを提供することを目的とするものである。

本発明の光断層画像処理方法は、所定の波長帯域の光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理方法であって、光が射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成し、生成した複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得し、取得した複数の中間断層情報を用いて測定対象の断層情報を取得し、取得した断層情報を用いて測定対象の断層画像を生成することを特徴とするものである。

本発明の光断層画像処理装置は、所定の波長帯域の光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理装置であって、光が射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成する干渉信号分割手段と、干渉信号分割手段により生成された複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得する干渉信号解析手段と、干渉信号解析手段において取得された複数の中間断層情報を用いて測定対象の断層情報を取得する断層情報取得手段と、断層情報取得手段により取得された断層情報を用いて測定対象の断層画像を生成する断層画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の光断層画像処理プログラムは、所定の波長帯域の光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、コンピュータに、光が射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成し、生成した複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得し、取得した複数の中間断層情報を用いて測定対象の断層情報を取得し、取得した断層情報を用いて測定対象の断層画像を生成することを実行させることを特徴とするものである。

本発明の光断層画像化システムは、所定の波長帯域の光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号から測定対象の断層情報を取得し測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段とを備え、断層情報処理手段が、干渉光検出手段により検出された干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成する干渉信号分割手段と、干渉信号分割手段により分割された複数の前記分割干渉信号をそれぞれ解析することにより測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得する干渉信号解析手段と、干渉信号解析手段において取得された複数の中間断層情報を用いて測定対象の断層情報を取得する断層情報取得手段と、断層情報取得手段により取得された断層情報を用いて測定対象の断層画像を生成する断層画像生成手段とを備えたものであることを特徴とするものである。

ここで、反射光とは、測定対象からの反射光および後方散乱光を意味する。

また、干渉信号解析手段は、干渉信号から各深さ位置における断層情報を取得するものであればその方法は問わず、たとえばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等のスペクトル解析により断層情報を取得するようにしてもよい。

干渉信号分割手段は、分割干渉信号の波長帯域幅が略同一になるように分割するものであってもよいし、それぞれ異なる波長帯域幅になるように干渉信号を分割するようにしてもよい。

さらに、干渉信号分割手段は、分割干渉信号の波長帯域がそれぞれ重複するように分割するものであってもよいし、分割したときの干渉信号が重複しないものであっても良い。

また、断層情報取得手段は、複数の中間断層情報を用いて断層情報を取得するものであればその手法は問わず、たとえば複数の中間断層情報の平均値を算出することにより断層情報を取得するようにしても良いし、複数の中間断層情報を重み付け加算することにより断層情報を取得するようにしても良い。あるいは、断層情報取得手段が、複数の中間断層情報の平均値を算出し、平均値から最も離れた値を有する中間断層情報を除く複数の中間断層情報の平均値を算出することにより断層情報を取得するものであってもよい。さらには、断層情報取得手段が、複数の中間断層情報の平均値を算出し、平均値に近いほど重み付けが大きくなるように、各中間断層情報に重み付け加算を行うことにより断層情報を取得するものであってもよい。もしくは、断層情報取得手段は、複数の中間断層情報の平均値および分散値を算出し、複数の中間断層情報のうち、中間断層情報と平均値との差が分散値よりも小さい中間断層情報を抽出し、抽出した中間断層情報を用いて断層情報を取得するものであってもよい。

さらに、光が掃引されたときに得られる時間変化に対する干渉信号もしくは分割干渉信号を、光の波長が掃引されたときの波数変化に対する干渉信号に変換する干渉信号変換手段をさらに備えたものであってもよい。このとき、干渉信号解析手段が、干渉信号変換手段により変換された干渉信号を解析することにより測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得することになる。なお、干渉信号分割手段は干渉信号変換手段により変換された干渉信号を分割して分割干渉信号を生成するようにしてもよいし、干渉信号分割手段が複数の分割干渉信号を生成した後、各分割干渉信号についてそれぞれ干渉信号変換手段による変換が行われるようにしても良い。

なお、光源ユニットは波長帯域内において波長を掃引しながら周期的に光を射出するものであって、いわゆるＳＳ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するものであってもよい。このとき、干渉信号分割手段は光が１周期分射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成する。あるいは、光源ユニットが、所定の波長帯域からなる低コヒーレンス光を周期的に射出するものであって、いわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するものであっても良い。このときも、干渉信号分割手段は、光が１周期分射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成する。

本発明の光断層画像化装置によれば、所定の波長帯域の光を射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と参照光とを合波し、合波した反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理方法であって、光が射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成し、生成した複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得し、取得した複数の中間断層情報を用いて測定対象の断層情報を取得し、取得した断層情報を用いて測定対象の断層画像を生成することにより、射出される光の波長に揺らぎが生じて、断層画像処理手段において想定されている干渉信号の波長帯域と実際に射出された光の波長帯域との間にずれが生じた場合であっても、複数の中間断層情報を用いて揺らぎの影響を最小限にした断層情報を取得し断層画像を生成することができるため、分解能を向上させることができる。

なお、干渉信号分割手段が分割干渉信号の波長帯域幅が略同一になるように干渉信号を分割したとき、各分割干渉信号を解析するときに同一のアルゴリズムを用いることができるため、効率よく各分割干渉信号の解析を行うことができる。

また、干渉信号分割手段が分割干渉信号の波長帯域がそれぞれ重複するように分割するものであるとき、解析しない波長帯域が発生するのを防止して分解能を向上させることができる。

さらに、断層情報取得手段が、複数の中間断層情報の平均値を算出することにより断層情報を取得するとき、各干渉信号に含まれるノイズ成分等を相殺して分解能を向上させることができる。

また、断層情報取得手段が、複数の中間断層情報の平均値を算出し、平均値から最も離れた値を有する中間断層情報を除く複数の中間断層情報の平均値を算出することにより断層情報を取得する場合、あるいは、複数の中間断層情報の平均値を算出し、平均値に近いほど重み付けが大きくなるように、各中間断層情報に重み付け加算を行うことにより断層情報を取得する各干渉信号に含まれるノイズ成分等を相殺して分解能を向上させることができる。特に、ある波長帯域の干渉信号が大きなノイズ成分を有しているときに、ノイズ成分の大きい中間断層情報を除外して断層情報を取得することができるため、より分解能を向上させることができる。

干渉信号もしくは分割干渉信号を、光の波長が掃引されたときの波数変化に対する干渉信号もしくは分割干渉信号に変換する干渉信号変換手段をさらに備えているとき、スペクトル解析するときの前提となる波数変化に対する干渉信号へ変換するときに、光源ユニットの波長掃引特性に基づいて変換することができるため、分解能の向上を図ることができる。

なお、光が、波長帯域内において波長を掃引しながら周期的に射出されるものであり、干渉信号分割手段が、光が１周期分射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成するものであるときのような、いわゆるＳＳ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するときであっても、上述のような分解能の向上を図ることができる。

光が、所定の波長帯域からなる低コヒーレンス光を周期的に射出されるものであり、干渉信号分割手段が、光が１周期分射出されたときに検出される干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成するものであるときのような、いわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するときであっても、上述のような分解能の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の光断層画像化システムの実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略図である。光断層画像化システム１は、体腔内に光プローブ１０を挿入することにより、体腔内の生体組織や細胞等の測定対象Ｓの断層画像をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測により取得するものである。この光断層画像化システム１は、光プローブ１０、干渉計２０、光源ユニット３０、周期クロック生成手段８０、Ａ／Ｄ変換ユニット９０、断層画像処理手段１００、表示装置１１０等を有している。

図２は図１の光プローブ１０の先端部分の一例を示す模式図である。図２の光プローブ１０は、たとえば鉗子口を介して体腔内に挿入されるものであって、プローブ外筒（シース）１１、光ファイバ１２、光学レンズ１５等を有している。プローブ外筒１１は、可撓性を有する筒状の部材からなっており、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３が透過する材料からなっている。なお、プローブ外筒１１は先端がキャップ１１ａにより閉塞された構造を有している。

光ファイバ１２は、干渉計２０から射出された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するとともに、測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光（後方散乱光）Ｌ３を干渉計２０まで導波するものであって、プローブ外筒１１内に収容されている。また光ファイバ１２の外周側にはバネ１３が固定されており、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａに機械的に接続されている。そして、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａによりプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転するようになっている。なお、回転駆動ユニット１０Ａは回転エンコーダを具備しており（図示せず）、回転制御手段１０Ｂは回転エンコーダからの信号に基づいて測定光Ｌ１の照射位置を認識するようになっている。

光学レンズ１５は、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状を有しており、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を集光し光ファイバ１２に入射する。ここで、光学レンズ１５の焦点距離は、たとえば光ファイバ１２の光軸ＬＰからプローブ外筒の径方向に向かって距離Ｄ＝３ｍｍの位置に形成されている。光学レンズ１５は光ファイバ１２の光出射端部に固定部材１４を用いて固定されており、光ファイバ１２が矢印Ｒ１方向に回転したとき、光学レンズ１５も一体的に矢印Ｒ１方向に回転する。よって、光プローブ１０は、測定対象Ｓに対し光学レンズ１５から射出される測定光Ｌ１を矢印Ｒ１方向（プローブ外筒１１の円周方向）に対し走査しながら照射することになる。

図１の光ファイバ１２および光学レンズ１５を回転させる回転駆動ユニット１０Ａの動作は回転制御手段１０Ｂにより制御されており、回転制御手段１０Ｂはたとえば約２０Ｈｚでプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転するように制御する。そして、回転制御手段１０Ｂは回転駆動ユニット１０Ａの回転エンコーダからの信号に基づき光ファイバ１２が１回転したと判断したとき、回転クロック信号Ｒ_CLKを断層画像処理手段１００に出力するようになっている。

図３は光源ユニット３０の一例を示す模式図である。光源ユニット３０は、波長を周期Ｔ_０で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的には、光源ユニット３０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）３１１と光ファイバＦＢ３０とを有しており、光ファイバＦＢ３０が半導体光増幅器３１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器３１１は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ３０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ３０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器３１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器３１１および光ファイバＦＢ３０により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ３０へ射出されるようになっている。

さらに、光ファイバＦＢ３０には光分岐器３１２が結合されており、光ファイバＦＢ３０内を導波する光の一部が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３１側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ３１から射出した光はコリメータレンズ３１３、回折格子素子３１４、光学系３１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）３１６において反射される。そして反射された光は光学系３１５、回折格子素子３１４、コリメータレンズ３１３を介して再び光ファイバＦＢ３１に入射される。

ここで、この回転多面鏡３１６は矢印Ｒ３０方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系３１５の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子３１４において分光された光のうち、特定の波長帯域の光だけが再び光ファイバＦＢ３１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ３１に戻る光の波長は光学系３１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ３１に入射した特定の波長の光が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３０に入射され、特定の波長のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１ａ側に射出されるようになっている。

したがって、回転多面鏡３１６が矢印Ｒ３０方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１ａに入射される光の波長λは、時間の経過に伴って周期的で変化することになる。具体的には、図４に示すように、光源ユニット３０は最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで波長を一定の周期Ｔ_０（たとえば約５０μｓｅｃ）で掃引した光Ｌを射出する。そして、光源ユニット３０から射出された光Ｌは、光ファイバカプラ等からなる光分岐手段２により、光ファイバＦＢ１ｂ、ＦＢ１ｃにそれぞれ分岐され、干渉計２０および周期クロック生成手段８０にそれぞれ入射される。

なお、光源ユニット３０としてポリゴンミラーを回転させることにより波長を掃引させる場合について例示しているが、たとえばＡＳＥ光源ユニット等のような公知の技術により周期的に波長を掃引させながら射出するようにしても良い。

図５は図１の光断層画像化システム１における干渉計２０の一例を示す模式図である。干渉計２０はマッハツェンダー型の干渉計であって、筐体２０Ａに各種光学部品を収容することにより構成されている。干渉計２０は、光源ユニット３０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段７０とを備えている。なお、干渉計２０と光源ユニット３０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されている。ＡＰＣコネクタを用いることにより光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止することができる。

光分割手段３は、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光源ユニット３０から光ファイバＦＢ１ｃを導波した光Ｌをそれぞれ測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。このとき、光分割手段３は、たとえば測定光Ｌ１：参照光Ｌ２＝９９：１の割合で分割する。光分割手段３は、２つの光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、分割された測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に入射され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に入射されるようになっている。

光ファイバＦＢ２には光サーキュレータ２１が接続されており、光サーキュレータ２１には光ファイバＦＢ４、ＦＢ５がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ４には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波する光プローブ１０が接続されており、光プローブ１０から射出した測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ１０へ導波され、測定対象Ｓに照射される。また、測定対象Ｓを反射した反射光Ｌ３は光ファイバＦＢ４を介して光サーキュレータ２１に入射され、光サーキュレータ２１から光ファイバＦＢ５側に射出されるようになっている。なお、光ファイバＦＢ４と光プローブ１０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止するようになっている。

一方、光ファイバＦＢ３には光サーキュレータ２２が接続されており、光サーキュレータ２２には光ファイバＦＢ６、ＦＢ７がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ６には、断層画像の取得領域を調整するために参照光Ｌ２の光路長を変更する光路長調整手段４０が接続されている。光路長調整手段４０は、光路長を粗調整する光路長粗調整用光ファイバ４０Ａと、光路長を微調整する光路長微調整手段４０Ｂとを有している。

光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、一端側が光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に接続されており、他端側が光路長微調整手段４０Ｂに着脱可能に接続されている。光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは予め異なる長さのものが複数用意されており、必要に応じて適切な長さの光路長粗調整用光ファイバ４０Ａが適宜取り付けられる。なお、この光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、光ファイバＦＢ６および光路長微調整手段４０ＢとＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止するようになっている。

光路長微調整手段４０Ｂは、反射ミラー４３、光ターミネータ４４等を有している。反射ミラー４３は、光路長粗調整用光ファイバ４０Ａから射出された参照光Ｌ２を光ターミネータ４４側に反射するとともに、光ターミネータ４４から反射した参照光Ｌ２を再び光路長粗調整用光ファイバ４０Ａ側に反射するものである。反射ミラー４３はこの反射ミラー４３は可動ステージ（図示せず）上に固定されており、ミラー移動手段により参照光Ｌ２の光軸方向（矢印Ａ方向）に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更する。この可動ステージは医師等により、光路長調整操作部４６が操作されることにより反射ミラー４３を矢印Ａ方向に移動させるようになっている。

さらに、光ファイバＦＢ７には偏波コントローラ５０が光学的に接続されている。この偏波コントローラ５０は参照光Ｌ２の偏波方向を回転させる機能を有している。なお偏波コントローラ５０としてたとえば特開２００１−２６４２４６号公報等の公知の技術を用いることができる。偏波コントローラ５０は、医師等により偏波調整操作部５１が操作されることにより偏波方向を調整するようになっており、たとえば反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波手段４において合波されるときにそれぞれの偏波方向が一致するように偏波調整操作部５１を操作することにより、断層画像が鮮明になるように調整することができる。

合波手段４は、２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３と光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２とを合波するものである。具体的には合波手段４は、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐するとともに、光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐する。したがって、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９においてそれぞれ反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波され、光ファイバＦＢ８内を第１干渉光Ｌ４ａが導波し、光ファイバＦＢ９内を第２干渉光Ｌ４ｂが導波することになる。つまり、合波手段４は、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を２つに干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂに分岐する光分岐手段５としても機能している。

干渉光検出手段７０は、第１干渉光Ｌ４ａを検出する第１光検出部７１と、第２干渉光Ｌ４ｂを検出する第２光検出部７２と、第１光検出部７１により検出された第１干渉光Ｌ４ａと第２光検出部７２により検出された第２干渉光Ｌ４ｂとの差分を干渉信号ＩＳとして出力する差分アンプ７３とを有している。各光検出部７１、７２は、たとえばフォトダイオード等からなっており、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを介して入射される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを光電変換し差分アンプ７３に入力するものである。差分アンプ７３は各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの差分を増幅し干渉信号ＩＳとして出力するものである。このように、各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを差分アンプ７３によりバランス検波することにより、干渉信号ＩＳを増幅して出力しながら干渉信号ＩＳ以外の同相光雑音が除去することができ、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

光分岐手段５（合波手段４）と干渉光検出手段７０との間には可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂが設けられている。この可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂのそれぞれの光量を各波長帯域毎に異なる減衰率で減衰し、干渉光検出手段７０側に射出するものである。なお、第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂ毎にそれぞれ可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂが設けられている。

図６は可変光アッテネータ６０Ａの一例を示す模式図である。可変光アッテネータ６０Ａは、円盤状の減光フィルタ（ＮＤフィルタ）６２と、減光フィルタ６２を回転させる駆動手段６４とを有している。減光フィルタ６２は、図７に示すように、たとえば円周方向（矢印Ｒ１０方向）に沿って黒色の濃さの度合いが異なるように形成されており、光の減衰率（透過率）が異なっている。この減光フィルタ６２のスポット位置６２ａに第１干渉光Ｌ４ａが入射され、第１干渉光Ｌ４ａはスポット位置６２ａの減衰率（透過率）に従い減衰し、光ファイバＦＢ１２に入射される。よって減光フィルタ６２が駆動手段６４により矢印Ｒ１０方向に回転したとき、干渉光Ｌ４ａが透過する位置の減衰率が時間変化することになる。なお、可変光アッテネータ６０Ｂも図６と同一の構成を有している。そして、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂによる減衰率は、各波長帯域において各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光の強度レベルが略均等になるように設定されている。

よって、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂに時間変化とともに異なる波長の干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが入射されたとき、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを、波長変化に合わせて減衰率を変えて干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ減衰する。そして、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは各波長帯域において各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光量が略均等にした状態で干渉光検出手段７０側に射出する。これにより、各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度レベルが全波長帯域において略均等になり、干渉光検出手段７０においてバランス検波するときのＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。

なお、図５において各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けている場合について例示しているが、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けなくても各光検出部７１、７２における光強度バランスが全波長帯域において略均等である場合には、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは不要である。

また、図６および図７において各波長帯域毎にそれぞれ光分岐手段５による分岐比が異なるものであって、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは各波長帯域毎に減衰率を可変とする場合について例示しているが、各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度レベルの特性が全波長帯域において一定である場合、減衰率を可変にする必要はなく、その特性に合わせた一定の減衰率のアッテネータを用いればよい。

また、干渉光検出手段７０から出力された干渉信号ＩＳは、増幅器７４により増幅された後、信号帯域フィルタ７５を介してＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。この信号帯域フィルタ７５を設けることにより、干渉信号ＩＳからノイズを除去し、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。

図８は図１に示すＡ／Ｄ変換ユニット９０の一例を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換ユニット９０は、干渉光検出手段７０により検出された干渉信号ＩＳをデジタル信号に変換し出力するものであって、Ａ／Ｄ変換器９１、サンプリングクロック発生回路９２、制御コントローラ９３、干渉信号記憶手段９４を有している。Ａ／Ｄ変換器９１は、干渉計２０からアナログ信号として出力される干渉信号ＩＳをデジタル信号にするものである。Ａ／Ｄ変換器９１は、サンプリングクロック発生回路９２から出力されるサンプリングクロックに基づいて干渉信号ＩＳのＡ／Ｄ変換を行うものである。干渉信号記憶手段９４はたとえばＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなり、デジタル信号化された干渉信号ＩＳを一時的に記憶するものである。このＡ／Ｄ変換器９１、サンプリングクロック発生回路９２、干渉信号記憶手段９４の動作は制御コントローラ９３により制御されている。

ここで、干渉信号記憶手段９４により記憶された干渉信号ＩＳは、周期クロック信号Ｔ_CLKが干渉信号変換手段１０１（図１１参照）に対し出力されたときに、干渉信号変換手段１０１により周期クロック信号Ｔ_CLKが出力されたタイミングを基準として１周期分だけ取得されるようになっている。

図９は上述した周期クロック信号Ｔ_CLKを生成する周期クロック生成手段８０の一例を示す模式図である。周期クロック生成手段８０は、光源ユニット３０から射出される光Ｌが波長が１周期掃引される毎に１つの周期クロック信号Ｔ_CLKを出力するものであって、光学レンズ８１、８３、光学フィルタ８２、光検出部８４を備えている。そして、光ファイバＦＢ１ｃから射出された光Ｌが光学レンズ８１を介して光学フィルタ８２に入射される。光学フィルタ８２を透過した光Ｌが光学レンズ８３を介して光検出部８４により検出され、周期クロック信号Ｔ_CLKをＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力するようになっている。

光学フィルタ８２はたとえばエタロン等からなり、光源ユニット３０から射出される光の波長が掃引される波長帯域λmin〜λmax内において設定された設定波長λｒｅｆの光のみを透過し、それ以外の波長帯域の光を遮光する機能を有している。したがって、図１０に示すように、光源ユニット３０から周期的に波長が掃引された光Ｌが射出され、光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆになったとき、周期クロック信号Ｔ_CLKが出力されることになる。

このように、実際に光源ユニット３０から射出される光Ｌを用いて周期クロック信号Ｔ_CLKを生成し出力することにより、光源ユニット３０から射出される光Ｌが波長の掃引開始から所定の光強度になるまでの時間が各周期毎に変わってしまう場合であっても、設定波長λｒｅｆから所定の期間Ｔ（図４参照）の波長帯域の干渉信号ＩＳを取得することができる。よって、断層画像処理手段１００において想定されている波長帯域の干渉信号ＩＳを取得するタイミングで周期クロック信号Ｔ_CLKを出力することができ、分解能の劣化を抑えることができる。

特に、設定波長λｒｅｆが、波長の掃引を開始してから所定の時間Ｔｒｅｆ経過後に射出される波長λｒｅｆに設定されているとき、射出される光Ｌの特性にぶれが生じやすい掃引開始直後の光を用いて断層画像の取得が行われるのを防止し、断層画像の分解能の劣化を抑えることができる。

図１１は本発明の断層画像処理装置（断層画像処理手段）の好ましい実施の形態を示すブロック図であり、図１１を参照して断層画像処理装置（断層画像処理手段）１００について説明する。なお、図１１のような断層画像処理装置１００の構成は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像処理プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。このとき、この断層画像処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされることになる。

断層画像処理手段１００は、干渉信号変換手段１０１、干渉信号分割手段１０２、干渉信号解析手段１０３、断層情報取得手段１０４、断層画像生成手段１０５等を有している。干渉信号変換手段１０１は、周期クロック信号Ｔ_CLKを基準に１周期分の干渉信号ＩＳを干渉信号記憶手段９４から取得し、この１周期分の干渉信号ＩＳを波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように変換するものである。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。

具体的には、干渉信号変換手段１０１には、図１２（Ａ）に示すように、光源ユニット３０における期間Ｔ（図４参照）における時間と波長との関係を示す掃引特性データが記憶されている。そして、干渉信号変換手段１０１は、図１２（Ｂ）のような時間変化に対する光強度として干渉信号ＩＳを取得したとき、各時刻における波長を図１２（Ａ）の掃引特性データに基づいて割り出す。そして、干渉信号変換手段１０１は、図１２（Ｃ）に示すように、波数ｋ（＝２π／λ）変化に対する光強度を示す干渉信号ＩＳになるようにデータ列を再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間において等間隔であることを前提とするスペクトル解析により分解能の高い断層画像Ｐを取得することができる。

なお、図１２においては、説明の便宜上、干渉信号ＩＳのある深さ位置に対応する成分の波形を示し説明しているものであって、実際の干渉信号ＩＳは各深さ位置に対応する成分の波形が重畳した波形となる。

図１１の干渉信号分割手段１０２は、光Ｌが射出されたときに検出される干渉信号ＩＳを異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を生成するものである。具体的には、干渉信号分割手段１０２は、図１２（Ｃ）のような測定対象Ｓのある部位に波長を１周期分掃引しながら測定光Ｌ１が照射されたときの干渉信号ＩＳを、図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示すようにたとえば４つの波長帯域の分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４に分割する。このとき、干渉信号分割手段１０２は、分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４の波長帯域が略同一であって、それぞれ波長帯域が重複するように各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を分割する。

干渉信号解析手段１０３は、干渉信号分割手段１０２により分割された複数の分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４をそれぞれ解析し、各深さ位置における断層情報を中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）として取得するものである。たとえば干渉信号解析手段１０３は、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４をそれぞれスペクトル解析する第１干渉信号解析手段１０３ａ〜第４干渉信号解析手段１０３ｄを備えている。

各干渉信号解析手段１０３ａ〜１０３ｄは、たとえばフーリエ変換処理、最大エントロピー法（ＭＥＭ）、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術を用いて、図１４に示すように深さ位置それぞれについて断層情報（反射率）を逐次取得していく。そして、各干渉信号解析手段１０３ａ〜１０３ｄは、図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示すような深さ方向について所定の範囲について、各深さ位置における中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を算出する。

ここで、上述のように、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４が同一の波長帯域幅になるように生成されたものであるため、第１干渉信号解析手段１０３ａ〜第４干渉信号解析手段１０３ｄの解析アルゴリズムをほぼ同一のものにすることができるため、効率よくスペクトル解析を行うことができる。

また、図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４がそれぞれ重複した波長帯域を有しているため、干渉信号ＩＳにおいて干渉しない波長帯域が生じるのを防止し、精度良く各深さ位置における中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を算出することができる。

図１１の断層情報取得手段１０４は、干渉信号解析手段１０３により取得された複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を用いて断層画像の生成に用いる断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。具体的には、断層情報取得手段１０４は、図１５（Ａ）〜（Ｄ）のように取得された複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）について、各深さ位置毎にそれぞれ複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）の平均値を算出することにより、断層画像の生成に用いる断層情報ｒ（ｚ）を取得する。つまり、深さ位置ｚ１の断層情報ｒ（ｚ１）を取得する場合、各中間断層情報ｒ１（ｚ１）〜ｒ４（ｚ１）の平均値＝（ｒ１（ｚ１）＋ｒ２（ｚ１）＋ｒ３（ｚ１）＋ｒ４（ｚ１））／４を断層情報ｒ（ｚ１）として算出し取得する。そして、各深さ位置について上述のような計算が行われることにより各深さ位置における断層情報ｒ（ｚ）が取得される。

断層画像生成手段１０５は、断層情報取得手段１０４により取得された１周期分の干渉信号ＩＳから得られた断層情報ｒ（ｚ）を１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）として断層情報蓄積手段１０５ａに記憶する。また、断層画像生成手段１０５は、図１の光プローブ１０により測定光Ｌ１が測定対象Ｓに対し走査されながら照射されたときに、順次取得される複数の断層情報ｒ（ｚ）を記憶していく。そして、回転制御手段３２から回転クロック信号Ｒ_CLKが出力されたとき、記憶していたｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて図１６に示すような断層画像Ｐを生成する。たとえば、光源ユニット３０から周期クロックＴ_CLKが２０ｋＨｚで出力され、光プローブ１０が２０Ｈｚで測定光Ｌ１を矢印Ｒ１方向に走査され回転クロック信号Ｒ_CLKが２０Ｈｚで出力されるとき、断層画像生成手段１０５は、ｎ＝１０２４ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐを生成する。

このように、複数の分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４から複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を取得し、断層情報ｒ（ｚ）を取得し断層画像Ｐを生成することにより、ノイズを低減するとともに、サイドローブ等アーティファクトの増加を防ぎ、分解能を向上させることができる。

すなわち、ＯＣＴ計測においては反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との光路長差が干渉信号の波長（周波数）に１対１でエンコードされている。したがって、図１７に示すように、波数ｋの空間における干渉信号ＩＳをフーリエ変換等のスペクトル解析することにより、測定対象Ｓの深さ位置における断層情報を得ることができる。よって、上述した図１２に示すように、干渉信号変換手段１０１において干渉信号ＩＳの変換を行うようにしている。

しかし、実際には、掃引波長の揺らぎや光断層画像化システム１に用いる各種光学部品の波長依存特性等により、干渉信号ＩＳを波数ｋに対し等間隔に再配列されない場合がある。たとえば図１８（Ａ）に示すように、動作環境等の影響により想定している波長掃引特性（図１８（Ａ）中の波線）からずれた波長の掃引が行われ、ある深さ位置から図１８（Ｂ）のような干渉信号ＩＳが得られたとする。このとき、干渉信号変換手段１０１において干渉信号ＩＳの変換が行われたとしても、図１８（Ｃ）に示すように、干渉信号ＩＳを波数ｋに対し等間隔に再配列することができない。したがって、干渉信号解析手段１０３において変換された干渉信号ＩＳを解析したとき、図１８（Ｄ）に示すように、ある深さ位置のみにピークを有するような断層情報を得ることができず、分解能の低下を招くことになる。

特に、ＳＳ−ＯＣＴ計測に代表されるＦＤ−ＯＣＴ計測においては、干渉信号ＩＳのどの波長帯域の信号成分からでも、各深さ位置における断層情報の情報が含まれているという性質を有している。この性質を利用し、１周期分の干渉信号ＩＳから複数の分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を生成し、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４から複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を取得し、各中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）にそれぞれ含まれている波長掃引の揺らぎに起因するノイズ成分等を相殺することにより、分解能を向上させることができる。また、複数の干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を取得するために、測定対象Ｓの同一の部位に複数周期分の光を照射する必要がなく、分解能を向上させながら高速に断層画像Ｐの取得を行うことができ、特に断層画像Ｐを動画表示するときに有効である。

さらに、上述した掃引される波長の揺らぎに限らず、干渉計２０に用いられる光ファイバ等の光学部品の波長依存特性や測定対象Ｓの波長分散特性等に起因するノイズ成分等を除去し分解能を向上させることができる。たとえば光ファイバは波長帯域毎に光路長が異なる特性を有する場合があり、この光路長のずれは、光源ユニット３０から射出される光Ｌの時間経過に対する波長と、干渉光検出手段７０において検出される干渉光Ｌ４の時間経過に対する波長との間のずれとなって表れる。さらに、生体組織等の測定対象Ｓに波長分散特性を有する場合があり、この波長分散特性によっても上述したずれが生じる。したがって、干渉信号変換手段１０１による光源ユニット３０波長掃引特性に基づく再配列を行っただけでは波数ｋに対し等間隔に再配列できない場合がある。また、上述した光断層画像化システム１や測定対象Ｓに内在する不確定要素のすべてを予め把握することは困難である。

一方、図１１の断層情報取得手段１０４において、測定対象Ｓの同一の部位から取得された複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得することにより、各中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）に含まれている光学部品の波長依存特性や測定対象Ｓの波長分散特性等に起因するノイズ成分等を相殺することにより、分解能を向上させることができる。

なお、上記実施の形態において、断層情報取得手段１０４は複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｒ）の平均値から断層情報ｒ（ｚ）を取得するようにしているが、他の方法により取得するようにしてもよい。

たとえば、中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）のうち、複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）の平均値ｒ_ａｖｅを算出し、この平均値ｒ_ａｖｅから最も離れた中間断層情報（たとえばｒ４（ｚ）とする）を除外した中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ３（ｚ）の平均値を断層情報ｒ（ｚ）とするものであってもよい。これにより、ある波長帯域（たとえば分割干渉信号ＩＳ４にのみ含まれる波長帯域）について波長掃引の揺らぎが大きい場合や光学部品の波長依存特性や測定対象Ｓの波長分散特性等が特に大きい場合、この波長帯域から取得した分割干渉信号ＩＳ４を除外した複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ３（ｚ）から断層情報ｒ（ｚ）を取得することができるため、より分解能を向上させることができる。

あるいは、平均値ｒ_ａｖｅに近い値であればあるほど重み付けを大きくするような関数を用いて断層情報を取得するようにしてもよい。具体的には、断層情報取得手段１０４において、複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）の平均値ｒ_ａｖｅが算出され、重み付け関数ｇ（ｘ）を用いて、ｉ＝１〜４：分割干渉信号の数として

が算出される。

ここで、重み付け関数ｇ（ｘ）はたとえばｇ（ｘ）＝( | x |^p + ε)^-1（εは係数）で定義されている。したがって、上記式（１）は平均値ｒ_ａｖｅからの距離（ｒ_ｉ−ｒ_ａｖｅ）が大きい中間断層情報ｒ_ｉほど、値の小さい重み付け関数ｇ（ｘ）が乗算され、重み付け加算がなされることになる。

あるいは、断層情報取得手段１０４が、複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）の平均値ｒ_ａｖｅおよび分散値σを算出し、複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）のうち、中間断層情報ｒ_ｉと平均値ｒ_ａｖｅとの差が分散値σよりも小さい中間断層情報ｒ_ｉを抽出し、抽出した中間断層情報ｒ_ｉを用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得するようにしてもよい。具体的には、上記式（１）の重み付け関数ｇ（ｘ）として

を用いるようにしてもよい。なお、式（２）のσは分散（σ^２＝Σ（ｒ_ｉ−ｒ_ａｖｅ）^２）であり、ｃは調整用の係数である。この場合、式（１）は平均値に近い中間断層情報ｒ_iのみを用いて重み付け加算がなされることになる。

この場合であっても、ある波長帯域について波長掃引の揺らぎが大きい場合や光学部品の波長依存特性や測定対象Ｓの波長分散特性等が特に大きい場合、この波長帯域から取得した分割干渉信号ＩＳ４を除外した複数の中間断層情報ｒ_ｉから断層情報ｒ（ｚ）を取得することができるため、より分解能を向上させることができる。

図１９は本発明の断層画像処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図１９を参照して光断層画像化システムの動作例について説明する。まず、光源ユニット３０から所定の波長帯域内において一定の周期で掃引された光Ｌが射出される（ステップＳＴ１）。光Ｌは光分岐手段２において２分され、干渉計２０と周期クロック生成手段８０とにそれぞれ入射される。干渉計２０の光分割手段３において光Ｌは測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに光分割され、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に射出され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に射出される（ステップＳＴ２）。

測定光Ｌ１は光サーキュレータ２１、光ファイバＦＢ４および光プローブ１０を導波し測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓの各深さ位置ｚにおいて反射した反射光Ｌ３および後方散乱した光が再び光プローブ１０に入射される。この反射光Ｌ３は光プローブ１０、光サーキュレータ２１および光ファイバＦＢ５を介して合波手段４に入射される。

一方、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３、光サーキュレータ２２、光ファイバＦＢ６を介して光路長調整手段４０に入射される。そして、光路長調整手段４０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ６、光サーキュレータ２２、偏波コントローラ５０、光ファイバＦＢ７を導波し合波手段４に入射される。

合波手段４において、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波されるとともに（ステップＳｔ３）、合波されたときの干渉光Ｌ４が合波手段４（光分岐手段５）において分岐され、２つの干渉光Ｌ４ａ、４ｂが光ファイバＦＢ８、ＦＢ９にそれぞれ射出される。そして、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９を導波した各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂにより減衰され、干渉光検出手段７０においてバランス検波される（ステップＳＴ４）。

ここで、干渉光検出手段７０におけるバランス検波の前に、分岐された第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂを各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの全波長帯域において略均等になるように、波長帯域毎に異なる減衰率で減衰する可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けることにより、干渉光検出手段７０でのバランス検波により非干渉成分を確実に除去してＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。

干渉光検出手段７０によりバランス検波により検出された干渉光Ｌ４は干渉信号ＩＳとして出力され、増幅器７４および信号帯域フィルタ７５を経てＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。その後、干渉信号ＩＳは、Ａ／Ｄ変換ユニット９０においてＡ／Ｄ変換され、干渉信号記憶手段９４に格納される。

光源ユニット３０から光分岐手段２を介して周期クロック生成手段８０に入射された光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆであるとき、光学フィルタ８２を通過した光Ｌが光学レンズ８３を介して光検出部８４に検出される。すると、周期クロック生成手段８０から信号変換手段１０１に周期クロック信号Ｔ_CLKが出力され、信号変換手段１０１において、干渉信号記憶手段９４に記憶された干渉信号ＩＳのうち１周期分の干渉信号が取得される。

断層画像処理手段１００において、干渉信号変換手段１０１により１ライン分の干渉信号ＩＳに波数ｋについて等間隔になるように信号変換処理が施される（ステップＳＴ５、図１２参照）。信号変換された干渉信号ＩＳは、干渉信号分割手段１０２により複数の分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４に分割される（ステップＳＴ６、図１３参照）。その後、干渉信号解析手段１０３により、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４がスペクトル解析されることにより、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４からそれぞれ各深さ位置における断層情報（反射率）が中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）として取得される（ステップＳＴ７、図１４参照）。

断層情報取得手段１０４において、各中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を用いて断層画像として用いる断層情報ｒ（ｚ）が取得される。具体的には、たとえば各中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）の平均値を算出することにより、断層情報ｒ（ｚ）が取得される（ステップＳＴ８）。断層画像生成手段１０５において、取得した断層情報ｒ（ｚ）が測定光Ｌ１の走査方向（矢印Ｒ１方向）についてｎライン分だけ蓄積される。そして、回転クロック信号Ｒ_CLKが検出したとき、蓄積した複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐが生成される（ステップＳＴ９）。その後、画質補正手段１０６において、生成した断層画像Ｐについて画質補正が行われ、画質補正された断層画像Ｐが図１の表示装置１１０に表示される（ステップＳＴ１０、図１６参照）。

上記実施の形態によれば、複数の分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を取得し、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４をそれぞれ解析することにより測定対象Ｓの各深さ位置の断層情報を中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）として複数取得し、取得した複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を用いて測定対象Ｓの断層情報ｒ（ｚ）を取得し、取得した断層情報ｒ（ｚ）を用いて測定対象Ｓの断層画像Ｐを生成することにより、射出される光の波長に揺らぎが生じて、断層画像処理手段において想定されている干渉信号の波長帯域と実際に射出された光の波長帯域との間にずれが生じた場合であっても、複数の中間断層情報を用いて揺らぎの影響を最小限にした断層情報を取得し断層画像を生成することができるため、分解能を向上させることができる。

なお、図１３に示すように、波長を１周期分掃引したときに取得した干渉信号ＩＳを異なる波長帯域毎に複数分割することにより、複数の干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を取得するようにしたとき、ＦＤ−ＯＣＴ計測においては、干渉信号ＩＳのどの波長帯域の信号成分からでも、各深さ位置における断層情報の情報が含まれているという性質を利用し、複数の干渉信号を取得するために、測定対象Ｓの同一の部位に複数周期分の光を照射する必要がなく、分解能を向上させながら高速に断層画像Ｐの取得を行うことができ、特に断層画像Ｐを動画表示するときに有効である。

さらに、干渉信号分割手段１０２が干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４の波長帯域幅が略同一になるように分割したとき、各干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を解析するときに同一のアルゴリズムを用いることができるため、効率よく各干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４の解析を行うことができる。

また、干渉信号分割手段１０２が分割したときの干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４の波長帯域がそれぞれ重複するように分割するものであるとき、解析しない波長帯域が発生するのを防止して分解能を向上させることができる。

さらに、断層情報取得手段１０４が、複数の中間断層情報の平均値を算出することにより断層情報を取得するとき、各干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４に含まれるノイズ成分等を相殺して分解能を向上させることができる。

また、断層情報取得手段１０４が、複数の中間断層情報の平均値を算出し、平均値から最も離れた値を有する中間断層情報を除く複数の中間断層情報の平均値を算出することにより断層情報を取得する場合、あるいは、複数の中間断層情報の平均値を算出し、平均値に近いほど重み付けが大きくなるように、各中間断層情報に重み付け加算を行うことにより断層情報を取得する各干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４に含まれるノイズ成分等を相殺して分解能を向上させることができる。特に、１周期分の干渉信号を分割して得られた複数の干渉信号から複数の中間断層情報を取得したとき、ある波長帯域の干渉信号が大きなノイズ成分を有しているときに、ノイズ成分の大きい中間断層情報を除外して断層情報ｒ（ｚ）を取得することができるため、より分解能を向上させることができる。

光Ｌが周期的に掃引されたときに時間変化とともに得られる干渉信号ＩＳを、光Ｌの波長が掃引されたときの波数変化に対する干渉信号ＩＳに変換する干渉信号変換手段１０１をさらに備えているとき、スペクトル解析するときの前提となる波数変化に対する干渉信号ＩＳへ変換するときに、光源ユニット３０の波長掃引特性に基づいて変換することができるため、分解能の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、図１１の干渉信号分割手段１０２において、図１３のような４つの分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を取得する場合について例示しているが、４つに限られるものではなく複数であればいくつでもよい。

さらに、図１１の断層情報取得手段１０４において、平均値や重み付け加算により断層情報ｒ（ｚ）を取得する場合について例示しているが、最頻法（Ｍｏｄｅ）や中央値（メディアン）等を利用した公知の手法により、断層情報ｒ（ｚ）を取得するようにしてもよい。

さらに、図１３において、干渉信号変換手段１０１により信号変換された後、干渉信号分割手段１０２が複数の干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を取得するようにしているが、干渉信号分割手段１０２が複数の干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４を取得した後、干渉信号変換手段１０１により干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４の信号変換を行うようにしても良い。その後、断層情報取得手段１０４が、中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）から上述した各種方法により断層情報ｒ（ｚ）を取得してもよい。

さらに、図２の光プローブ１０は、円周方向（矢印Ｒ１方向）に測定光Ｌ１を走査しながら照射する場合について例示しているが、光プローブ１０の長手方向に測定光Ｌ１を走査しながら照射するものであっても良い。このとき、光ファイバ１２および光学レンズ１５はプローブ外筒１１に対し、光プローブ１０の長手方向に移動可能な構造を有している。

また、上記実施の形態において図１１の断層画像処理装置１００をいわゆるＳＳ−ＯＣＴ計測に適用した場合について例示しているが、図２０に示すようなＳＤ−ＯＣＴ計測を用いた光断層画像化システムについても同様に適用することができる。なお、図２１においては、光学ユニット１３０は、広帯域な低コヒーレンス光を射出するものであり、干渉光検出手段１７０において、干渉光Ｌ４がレンズ１７１介して回折格子素子１７２に入射され、回折格子素子１７２において各波長帯域毎に分光された後、レンズ１７３を介して複数の光検出素子（フォトダイオード等）が配列された光検出部１７４によって干渉信号ＩＳとして検出されることになる。

図２０のようなＳＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化システムであっても、上記ＳＳ−ＯＣＴ計測の場合と同様、干渉計２０に用いられる光ファイバ等の光学部品の波長依存特性や測定対象Ｓの波長分散特性等に起因するノイズ成分等が含まれている場合がある。さらに、ＳＤ−ＯＣＴ計測特有の問題として、ディテクタアレイ等に構成された光検出部１７４によって干渉信号ＩＳを観測する場合、各ディテクタの波長検出特性により光検出部１７４が観測する干渉光Ｌ４の所定の波長帯域が波長（周波数）について線形になっていない場合があり、この場合にも分解能の劣化が生じる。

そこで、干渉信号ＩＳのどの波長帯域の信号成分からでも、各深さ位置における断層情報の情報が含まれているという性質を利用し、各分割干渉信号ＩＳ１〜ＩＳ４から取得した複数の中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得することにより、各中間断層情報ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ）に含まれているノイズ成分等を除去し分解能の向上を図ることができる。

本発明の光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略構成図 図１の光断層画像化システムに使用される光プローブの一例を示す模式図 図１の光断層画像化システムにおける光源ユニットの一例を示す模式図 図３の光源ユニットから射出される光の波長が掃引される様子を示すグラフ 図１の光断層画像化システムにおける干渉計の一例を示す模式図 図５の干渉計における可変光アッテネータの一例を示す模式図 図６の可変光アッテネータにおける減光フィルタの一例を示す模式図 図１の光断層画像化システムにおけるＡ／Ｄ変換ユニットの一例を示すブロック図 図１の光断層画像化システムにおける周期クロック生成手段の一例を示す模式図 図１０の周期クロック生成手段により生成される周期クロック信号の一例を示すグラフ 図１の断層画像処理手段の一例を示すブロック図 図１１の信号変換手段において干渉信号が変換される様子を示す模式図 図１１の干渉信号分割手段において複数の干渉信号が複数取得される様子を示すグラフ 図１１の干渉信号解析手段においてある深さ位置から得られる中間断層情報の一例を示すグラフ 図１１の干渉信号解析手段において取得された複数の中間断層情報の一例を示すグラフ 図１１の断層画像生成手段により生成される断層画像の一例を示す模式図 干渉信号から断層情報が取得される様子を示すグラフ 干渉信号変換手段により干渉信号を変換した場合にも分解能の低下を引き起こす場合の一例を示すグラフ 本発明の断層画像処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャート 本発明の光断層画像化システムの別の実施形態を示す模式図

符号の説明

１ 光断層画像化システム
３ 光分割手段
４ 合波手段
１０ 光プローブ
２０ 干渉計
３０、１３０ 光源ユニット
７０、１７０ 干渉光検出手段
１００ 断層画像処理手段(断層画像処理装置)
１０１ 干渉信号変換手段
１０２ 干渉信号分割手段
１０３ 干渉信号解析手段
１０４ 断層情報取得手段
１０５ 断層画像生成手段
１０６ 画質補正手段
１１０ 表示装置
ＩＳ 干渉信号
ＩＳ１〜ＩＳ４ 分割干渉信号
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
ｒ 断層情報
ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ） 中間断層情報
Ｓ 測定対象

Claims (13)

1. 所定の波長帯域の光を波長掃引しつつ射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、該測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と前記参照光とを合波し、合波した前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、該干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理方法であって、
   前記光が測定対象の同じ箇所に射出されたときに検出される、前記波長掃引の波長範囲に対応した干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成し、
   生成した前記複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより前記測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得し、
   取得した複数の前記中間断層情報を用いて前記測定対象の断層情報を取得し、
   取得した前記断層情報を用いて前記測定対象の断層画像を生成する
   ことを特徴とする断層画像処理方法。
2. 所定の波長帯域の光を波長掃引しつつ射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、該測定光が測定対象の各深さ位置において反射したときの反射光と前記参照光とを合波し、合波した前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、該干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理装置であって、
   前記光が測定対象の同じ箇所に射出されたときに検出される、前記波長掃引の波長範囲に対応した干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成する干渉信号分割手段と、
   該分割干渉信号生成手段により生成された前記複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより前記測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得する干渉信号解析手段と、
   該干渉信号解析手段において取得された前記複数の中間断層情報を用いて前記測定対象の断層情報を取得する断層情報取得手段と、
   該断層情報取得手段により取得された前記断層情報を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像生成手段と
   を備えたことを特徴とする断層画像処理装置。
3. 前記干渉信号分割手段が、前記各分割干渉信号の波長帯域幅が略同一になるように前記干渉信号を分割するものであることを特徴とする請求項２記載の断層画像処理装置。
4. 前記干渉信号分割手段が、前記各分割干渉信号の波長帯域がそれぞれ重複するように前記干渉信号を分割するものであることを特徴とする請求項２または３記載の断層画像処理装置。
5. 前記断層情報取得手段が、前記複数の中間断層情報の平均値を算出することにより前記断層情報を取得するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
6. 前記断層情報取得手段が、前記複数の中間断層情報の平均値を算出し、該平均値から最も離れた値を有する前記中間断層情報を除く前記複数の中間断層情報の平均値を算出することにより前記断層情報を取得するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
7. 前記断層情報取得手段が、前記複数の中間断層情報の平均値を算出し、該平均値に近いほど重み付けが大きくなるように、前記各中間断層情報に重み付け加算を行うことにより前記断層情報を取得するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
8. 前記断層情報取得手段が、前記複数の中間断層情報の平均値および分散値を算出し、前記複数の中間断層情報のうち、前記中間断層情報と前記平均値との差が前記分散値よりも小さい前記中間断層情報を抽出し、抽出した前記中間断層情報を用いて前記断層情報を取得するものであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
9. 前記干渉信号もしくは前記分割干渉信号を、前記光の波長が掃引されたときの波数変化に対する前記干渉信号もしくは前記分割干渉信号に変換する干渉信号変換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２から８のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
10. 前記光が、前記波長帯域内において波長を掃引しながら周期的に射出されるものであり、前記干渉信号分割手段が、前記光が１周期分射出されたときに検出される前記干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成するものであることを特徴とする請求項２から９のいずれか１項記載の断層画像処理装置。
11. 所定の波長帯域の光を波長掃引しつつ射出し、射出した光を測定光と参照光とに分割し、該測定光が測定対象の同じ箇所の各深さ位置において反射したときの反射光と前記参照光とを合波し、合波した前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出したときに、
    コンピュータに、
    前記光が射出されたときに検出される、前記波長掃引の波長範囲に対応した干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成し、生成した前記複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより前記測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得し、
    取得した複数の前記中間断層情報を用いて前記測定対象の断層情報を取得し、
    取得した前記断層情報を用いて前記測定対象の断層画像を生成する
    ことを実行させるための断層画像処理プログラム。
12. 所定の波長帯域の光を波長掃引しつつ射出する光源ユニットと、
    該光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
    該光分割手段により分割された前記測定光が測定対象の同じ箇所の各深さ位置において反射したときの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
    該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、
    該干渉光検出手段により検出された前記干渉信号から前記測定対象の断層情報を取得し該測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段と
    を備え、
    該断層情報処理手段が、
    前記干渉光検出手段により検出された、前記波長掃引の波長範囲に対応した干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成する干渉信号分割手段と、
    該干渉信号分割手段により生成された前記複数の分割干渉信号をそれぞれ解析することにより前記測定対象の各深さ位置の断層情報を中間断層情報として複数取得する干渉信号解析手段と、
    該干渉信号解析手段において取得された前記複数の中間断層情報を用いて前記測定対象の断層情報を取得する断層情報取得手段と、
    該断層情報取得手段により取得された前記断層情報を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像生成手段と
    を備えたものであることを特徴とする光断層画像化システム。
13. 前記光源ユニットが、前記波長帯域内において波長を掃引しながら周期的に前記光を射出するものであり、前記干渉信号分割手段が、前記光が１周期分射出されたときに検出される前記干渉信号を異なる波長帯域毎に分割して複数の分割干渉信号を生成するものであることを特徴とする請求項１２記載の光断層画像化システム。