特許 5731394 光サブサンプリングを通じて、光コヒーレンストモグラヒィーのイメージング深度範囲を伸ばすためのシステム、装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5731394

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】光サブサンプリングを通じて、光コヒーレンストモグラヒィーのイメージング深度範囲を伸ばすためのシステム、装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20150521BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/17 620

【請求項の数】18

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-540893(P2011-540893)

(86)(22)【出願日】2009年12月10日

(65)【公表番号】特表2012-511729(P2012-511729A)

(43)【公表日】2012年5月24日

(86)【国際出願番号】US2009067512

(87)【国際公開番号】WO2010068764

(87)【国際公開日】20100617

【審査請求日】2012年12月4日

(31)【優先権主張番号】61/121,312

(32)【優先日】2008年12月10日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592017633

【氏名又は名称】ザ ジェネラル ホスピタル コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(72)【発明者】

【氏名】ヴァコック ベンジャミン ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】オウ ワン ワイ

(72)【発明者】

【氏名】ティアニー ギレルモ ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】バウマ ブレット イー

【審査官】 比嘉 翔一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１５３４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５６５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０８９４０６（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 国際公開第２００８／０９０５９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１４５１８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７−２１／６１

Ａ６１Ｂ ５／０５５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一つのサンプルに関するデータを有する、少なくとも一つのイメージを作成するためのシステムであって、
前記少なくとも一つのサンプルからの、少なくとも一つの第一の放射の散乱又は反射によって提供される少なくとも一つの第二の放射を生じるために、前記少なくとも一つの第一の放射を前記少なくとも一つのサンプルに転送するように構成された少なくとも一つの光源である第一の構成、及び
ａ．前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第二の放射を受光するように、及び
ｂ．前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分の少なくとも一つの特性の、サブサンプリングされた特定の数（Ｎ）の測定を作成するように構成された、
少なくとも一つの検出器である第二の構成を含み、
ここで、前記Ｎの測定の各々は座標の関数として得られ、
ここで、前記Ｎの測定の各々の深度距離間隔は少なくとも特定の値（ｄ）であり、及び
ここで、前記データは、前記少なくとも一つのサンプルの前記少なくとも一つの部分のＮとｄの積より大きい物理的な全深度範囲（Ｒ）にわたる前記少なくとも一つのサンプルに関連している、システム。

【請求項2】

前記少なくとも一つの第二の構成が、前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第二の放射及び参照構成からの少なくとも一つの第三の放射を受光し、少なくとも一つの干渉シグナルを作成するために、前記第二及び第三の放射を干渉させる少なくとも一つの干渉法構成を含み、そして、
前記少なくとも一つの第二の構成が、前記少なくとも一つの干渉シグナルに基づいて前記Ｎの測定を作成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記システムが、
ａ．前記Ｎの測定に基づいて前記少なくとも一つのサンプルの前記少なくとも一つのイメージを作成するように、ここで、前記少なくとも一つのイメージは、前記少なくとも一つのサンプルのそれぞれの複数の連続するセグメントと関連した複数の部位からなる、及び
ｂ．少なくとも二つのそれぞれのセグメントに関連した前記少なくとも一つのイメージの少なくとも一つの連続しかつ途切れのない部分を形成するために、前記少なくとも一つのイメージの少なくとも二つの隣接する部位を互いに連結するように構成されている、
少なくとも一つの第三の構成を更に含む請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記Ｎの測定における波長が、ｋ空間にて等間隔である、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

前記少なくとも一つの第一の構成が、時間とともに、前記少なくとも一つの第一の放射の波長を変化させるように構成されている請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

少なくとも一つのサンプルと関連するデータを含む、少なくとも一つのイメージを作成する方法であって、
前記少なくとも一つのサンプルからの、少なくとも一つのさらなる放射の散乱または反射によって提供され、前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分から受光した少なくとも一つの放射に基づいて、前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分の少なくとも一つの特性の、サブサンプリングされた特定の数（Ｎ）の測定を作成する工程を含み、
ここで、各々のＮの測定は座標の関数として得られ、
ここで、Ｎの測定の各々の深度距離間隔は少なくとも特定の値（ｄ）であり、
ここで、前記データは、前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分の、Ｎとｄの積より大きい物理的な全深度範囲（Ｒ）にわたる少なくとも一つのサンプルに関連している、方法。

【請求項7】

少なくとも一つのサンプルに関連したデータを含む、少なくとも一つのイメージを作成するためのシステムであって、
前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第一の放射の散乱または反射によって提供される少なくとも一つの第二の放射を生じるために、前記少なくとも一つの第一の放射を前記少なくとも一つのサンプルに転送するように構成された少なくとも一つの光源である第一の構成、及び
ａ．前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第二の放射を受光するように、及び
ｂ．前記少なくとも一つの第一の放射の波長の関数として、前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分の少なくとも一つの特性の、サブサンプリングされた特定の数（Ｎ）の測定を作成する、ように構成された少なくとも一つの検出器である第二の構成を含み、
ここで、前記Ｎの測定の各々は座標の関数として得られ、
ここで、前記Ｎの測定の各々の深度距離間隔は少なくとも特定の値（ｄ）であり、及び
ここで、前記データは、前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分の、Ｎとｄの積より大きい物理的な全深度範囲（Ｒ）にわたる少なくとも一つのサンプルに関連している、システム。

【請求項8】

前記少なくとも一つの第二の構成が、前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第二の放射及び参照構成からの少なくとも一つの第三の放射を受光し、少なくとも一つの干渉シグナルを作成するために、前記第二及び第三の放射を干渉させる少なくとも一つの干渉法構成を含み、そして、
前記少なくとも一つの第二の構成は、前記少なくとも一つの干渉シグナルに基づいて前記Ｎの測定を作成するように構成されている、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記システムが、
ａ．前記Ｎの測定に基づいて前記少なくとも一つのサンプルの前記少なくとも一つのイメージを作成するように、ここで、前記少なくとも一つのイメージは、前記少なくとも一つのサンプルのそれぞれの複数の連続したセグメントに関連した複数の部位からなる、及び
ｂ．少なくとも二つのそれぞれのセグメントに関連した前記少なくとも一つのイメージの少なくとも一つの連続しかつ途切れのない部分を形成するために、前記少なくとも一つのイメージの少なくとも二つの隣接する部位を互いに連結するように構成されている、
少なくとも一つの第三の構成を更に含む請求項７に記載のシステム。

【請求項10】

前記Ｎの測定における波長が、ｋ空間において等しく間隔を空けている、請求項７に記載のシステム。

【請求項11】

前記少なくとも一つの第一の構成が、時間とともに前記少なくとも一つの第一の放射の波長を変化させるように構成されている請求項７に記載のシステム。

【請求項12】

少なくとも一つのサンプルに関連するデータを含む、少なくとも一つのイメージを作成するためのシステムであって、
前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第一の放射の散乱又は反射によって提供される少なくとも一つの第二の放射を生じるために、前記少なくとも一つの第一の放射を前記少なくとも一つのサンプルに転送するように構成された少なくとも一つの光源である第一の構成、及び
ａ．前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第二の放射を受光するように、及び
ｂ．前記少なくとも一つの第一の放射の波長の関数としての前記少なくとも一つの第二の放射に基づいて、前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分に関する、別個のサブサンプリングされた複数の測定を作成する、ように構成された、
少なくとも一つの検出器である第二の構成を含み、
ここで、前記Ｎの測定の各々は座標の関数として得られ、
ここで、前記Ｎの測定の各々の深度距離間隔は少なくとも特定の値（ｄ）であり、及び
ここで、前記データは、前記少なくとも一つのサンプルの少なくとも一つの部分の、Ｎとｄの積より大きい物理的な全深度範囲（Ｒ）にわたる少なくとも一つのサンプルに関連している、システム。

【請求項13】

前記少なくとも一つの第二の構成が、前記少なくとも一つのサンプルからの前記少なくとも一つの第二の放射及び参照構成からの少なくとも一つの第三の放射を受光し、少なくとも一つの干渉シグナルを作成するために、前記第二及び第三の放射を干渉させる少なくとも一つの干渉法構成を含み、そして、
前記少なくとも一つの第二の構成は、前記少なくとも一つの干渉シグナルに基づいて前記Ｎの測定を作成するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記システムが、
ａ．前記Ｎの測定に基づいて前記少なくとも一つのサンプルの前記少なくとも一つのイメージを作成するように、ここで、前記少なくとも一つのイメージは、前記少なくとも一つのサンプルの複数の連続するセグメントのそれぞれに関連した複数の部位からなる、及び
ｂ．少なくとも二つのそれぞれのセグメントに関連した前記少なくとも一つのイメージの少なくとも一つの連続しかつ途切れのない部分を形成するために、前記少なくとも一つのイメージの少なくとも二つの隣接する部位を互いに連結するように構成されている、
少なくとも一つの第三の構成を更に含む請求項１２に記載のシステム。

【請求項15】

前記Ｎの測定における波長が、ｋ空間にて等しく間隔を空けている、請求項１２に記載のシステム。

【請求項16】

前記少なくとも一つのイメージが、タイリングにより作成される、請求項１２に記載のシステム。

【請求項17】

前記少なくとも一つのイメージが、タイリングにより作成される、請求項１に記載のシステム。

【請求項18】

前記少なくとも一つのイメージが、タイリングにより作成される、請求項７に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の開示は、光イメージングシステム、装置及び方法の例示的な実施態様、より具体的には、例えば、光サブサンプリングの使用を通じて、少量の取得データを用いて大きな深度範囲に渡ってサンプルの散乱プロファイルを測定することに関連する方法、システム及び装置に関する。

【0002】

本出願は、2008年12月10日出願の米国特許出願第61/121,312号に基づきその優先権を主張するものであり、その出願の全ての開示はここで引用することにより本明細書の一部である。

【背景技術】

【0003】

光コヒーレンストモグラヒィー（OCT）は、数ミクロンから数十ミクロンのスケールの解像度にて生物サンプルの断面イメージを提供する。慣用のOCTは、タイムドメインOTC（"TD-OTC"）を呼ばれるが、深度範囲を達成するために、低コヒーレンス干渉法技術を用いることができる。一方、フーリエドメインOTC（"FD-OTC"）技術は、深度範囲を達成するために、スペクトルレーダー技術を用いることができる。FD-OCT技術は、改善されたシグナル対ノイズ性能及び機械走査型干渉計参照アームの排除を通じて、より高いイメージング速度を容易にすることを証明してきた。

【0004】

FD-OCTシステムは一般に、光源をサンプルビーム及び参照ビームへと分割することによって動作する。サンプルビームは、イメージ化されるサンプルに向けられ、そしてサンプルからの反射光が参照ビームからの（即ち、参照アームから戻る）光と再結合されて参照シグナルを生じ、それは、例えば、サンプルの構造、組成及び状態についての情報を提供できる。サンプルパス中の光及び／又は参照パス中の光は、例えば、位相変調器又は周波数シフターによって変更されることができ、干渉特性を変更し、そしてシグナルの情報量を増加又はシグナルを検出し易くできる。FD-OCTシステムは、波長の関数としての干渉シグナルを抽出できる。

【0005】

FD-OCTシステムの一つの例示的な実施態様では、波長の関数としての干渉シグナルが、時間の関数として掃引又は段階化する出力波長を持つ光源を用いて取得できる。その結果、時間の関数としての干渉シグナルの検出は、波長の関数としての干渉シグナルを生じる。この例示的な実施態様は、光周波数ドメインイメージング（"OFDI"）技術とも言われる。

【0006】

FD-OCTシステムの他の例示的な実施態様では、波長の関数としての干渉シグナルは、広帯域光源、及び結合したサンプル及び参照光を波長に従って空間的に分離するスペクトル分散ユニット又はスペクトロメータを用いて得ることができ、それによって、１次元又は２次元カメラが、波長の関数としてシグナルを抽出できる。この例示的な実施態様は、スペクトルドメインOCT技術と言われる。これらの両方の例示的な実施態様において、波数k（k=1／波長）の関数として検出された干渉シグナルは、混濁又は半混濁サンプル、或いは透明サンプル中の散乱の深度プロファイルに関連する情報を提供するために用いることができる。このような情報は、例えば、サンプルの構造、組成、状態、流量及び複屈折に関する情報を含むことができる。

【0007】

所与の深度における散乱体は、干渉したシグナルの振幅又は偏光中の変調を誘導することができる。波数−空間中のこのような変調の周波数は、散乱体の位置又は参照アーム中の光の遅延に対する散乱体からの反射光の遅延に関係しうる。参照アーム光に対して正味時間の遅延がない反射シグナルを生じる深度に配置された散乱体は、波数を変調しないしもしれない干渉シグナルを誘導し得る。散乱体の位置が、このゼロ遅延ポイントから動くのに伴い、周波数の大きさは増加しうる。例えば、大きな遅延ウィンドウ内で反射を検出及び位置決定するために、大きな遅延ウィンドウにわたってイメージ化するために、干渉シグナルはしばしば、波数−空間において十分な高分解能でもって抽出され、大きな遅延ウィンドウと関連した変調周波数範囲の明白な検出を容易にできる。

【0008】

波数における高分解能でのサンプリングを提供するために、次第に高速のアナログ対デジタルコンバーター（"ADC"）がOFDIシステムで用いられ、そして次第に高画素数カメラがSD-OCTシステムで用いられている。OFDI及びSD-OCTシステムの両者において、広範囲にわたるイメージングから得られた増加したデータ量は、しばしば、次第に、高帯域幅のデータ転送バス及びデータストレージユニットの使用をもたらしうる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開第WO 2005/047813号公報

【特許文献2】米国特許出願公開第2006/0093276号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第2005/0018201号明細書

【特許文献4】米国特許出願公開第2005/0035295号明細書

【特許文献5】米国特許出願公開第2006/0279742号明細書

【特許文献6】国際公開第WO 2007/118129号公報

【特許文献7】米国特許出願公開第2007/0035743号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

従って、上記の慣用の構成及び方法に関連する欠点の少なくともいくつかを克服することが必要であろう。

【0011】

このような欠点に注目及び／又は欠点を解決するために、取得したデータの減少した量での大きな深度範囲にわたるシグナルを取得するために、例えばフーリエドメインＯＣＴの光サブサンプリングを用いた、本発明の開示に従ったシステム及び方法の例示的な実施態様が提供されうる。

【0012】

例えば、本発明の開示の例示的な実施態様は、ＦＤ−ＯＣＴシステムの大きな遅延ウィンドウにわたる干渉シグナルを記録するが、ＯＦＤＩのための減少したＡＤＣ比、ＳＤ−ＯＣＴ技術のための低画素数カメラ、及びＯＦＤＩ及びＳＤ−ＯＣＴ技術のための低帯域幅データバス及びデータストレージユニットを要求する、システム及び方法を提供できる。本発明のこのような例示的な実施態様は、干渉シグナルの光サブサンプリングの使用に基づきうる。サブサンプリングは、高周波数、帯域幅制限シグナルを、直接デジタルダウンコンバートを通じてベースバンドへと変換させるために、電気通信及び無線送信において用いられてきた。本発明のある例示的な実施態様に従って、光サブサンプリングを用いて、大きな遅延ウィンドウ内であるが、全体の遅延ウィンドウの限定サブレンジに主に位置決定されうる遅延分布をもって、散乱の位置を特徴づける減少したデータ量を得ることが可能である。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の開示に従った一つの例示的な実施態様では、少なくとも一つのサンプルと関連したデータを作成することができるシステム及び方法の例示的な実施態様が提供できる。例えば、少なくとも一つの第一の構成を用いて、少なくとも一つの第一の放射をサンプルに転送し、第一の放射に基づきうるサンプルから提供される少なくとも一つの第二の放射を生じることが可能である。加えて、少なくとも一つの第二の構成を用いて、サンプルからの第二の放射を受け取り、第二の放射に基づいたサンプルの少なくとも一つの部分に関する複数の別個の測定を作成し、かつ、その部分の別個の測定と関連した複数の連続した分解可能な深度ポイントを特徴づけることが可能である。更に、少なくとも一つの部分の特徴付けは、別個の測定の数より大きい数の深度ポイントにて、分解されかつ明白に特徴づけられうる。

【0014】

本発明の開示の他の例示的な実施態様に従って、別個の深度ポイントの数は、別個の測定の数の少なくとも２倍である。更に、第二の構成は、サンプルからの第二の放射及び参照構成からの少なくとも一つの第三の放射を受けることができ、そして、第二及び第三の放射を干渉して少なくとも一つの干渉シグナルを作成することができる、少なくとも一つの干渉構成を含み得る。このような例示的な第二の構成は、干渉シグナルに基づいて別個の測定を作成するように構成できる。

【0015】

更に他の例示的な実施態様に従って、少なくとも一つの第三の構成が提供され、それは、（ａ）別個の測定に基づいて少なくとも一つのサンプルイメージを作成できる一方、イメージは、サンプルのそれぞれの複数の連続するセグメントに関連した複数の部位を含むことができ、及び（ｂ）少なくとも二つの隣接するイメージ部位をお互い連結して、セグメントの少なくとも二つのそれぞれの部分と関連した、少なくとも一つの連続した中断なしのイメージ部分を形成するように構成されている。

【0016】

本発明の開示の更なる例示的な実施態様では、第二の構成は、少なくとも一つの第一の放射の波長の関数としての別個の測定を作成するように構成されうる。例えば、別個の測定がなされる波長は、Ｋ空間において同じ間隔でありうる。本発明の開示の更に他の例示的な実施態様に従って、第一の構成は、少なくとも一つの第一の放射の波長を時間とともに変更するように構成されうる。

【0017】

本発明の開示の例示的な実施態様のこれらの及び他の目的、特徴及び利点は、添付の特許請求の範囲との関連で、本発明の開示の例示的な実施態様の以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

【0018】

本発明の更なる目的、特徴及び利点は、本発明の開示の実例となる実施態様を示している添付の図面との関連において、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、波長ステップ光源の例示的な実行及びそれに関連したブロック図である。

【図2】図２は、従来の波長ステップ光源の図である。

【図3】図３は、本発明の開示の一つの例示的な実施態様に従った、例示的な光サブサンプリングされたOFDIシステム構成のブロック図である。

【図4】図４は、本発明の開示の一つの例示的な実施態様に従って、大きな周波数範囲に渡ってシグナルを、より小さい取得データ量によって記載されうる、より限定したベースバンド周波数範囲へとダウンコンバートするためのサブサンプリングの例示的な使用を示した図である。

【図5】図５は、本発明の開示の例示的な実施態様に従った、例示的な光サブサンプリングによって作成された例示的なイメージのセットであり、サブサンプリングされたイメージを測定し、次いで、得られたサンプルをアンラップ（unwrap）するために表面検出経路選択にそってサブサンプリングされたイメージのラッピング特性を用いることにより、大きな深度程度に渡ってサンプルをイメージできる。

【図6】図６は、例示的な実施態様に従って、（それと関連したブロック図とともに）SD-OCTにおいて光サブサンプリングを実行するために用いる光コム光源の例示的な特性を説明している図である。

【図7】図７は、カメラ上の特異的な画素に対して光コム光源の離散波数チャンネルの各々のマッピングを容易にすることができる、本発明の開示に従ったスペクトロメータの構成の例示的な実施態様のブロック図であり、それはSD-OCTでの光サブサンプリングを可能とする。

【図8】図８は、例示的な実施態様、及びデータ効率様式で内視鏡用途において取得深度範囲を増加させる、例示的なサブサンプリングされたOFDI技術及び／又は例示的なサブサンプリングされたSD-OCT技術の本発明の開示に従った使用のブロック図、並びにそれと関連したイメージを含む図のセットである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図面において、同じ参照番号及び符号は、特に断りのない限り、図解された実施態様の、同様の特徴、要素、構成要素又は部分を示すために用いられる。更に、本発明の対象の開示は、ここで、図面を参照して詳細に記載されるが、それは図解された実施態様との関連でなされる。添付の特許請求の範囲に規定される本発明の対象の開示の本来の範囲から外れることなしに、記載された例示的な実施態様に対して、置換又は変更がなされるということが意図されている。

【0021】

本発明の開示の一つの例示的な実施態様では、光周波数ドメインイメージング（OFDI）技術に基づいたイメージングシステムが提供でき、それは、例えば、波長ステップ光源を用いることができる。例えば、一般的に、その光源波長が時間と共に連続して実質的に変化する波長掃引光源を用いる慣用のOCTシステムとは異なり、本発明の開示に従ったイメージングシステムの例示的な実施態様は、波長が段階的様式、例えば、波長が実質的に一定である波長分離期間を不連続にジャンプする様式、で変化する波長を有する波長ステップ光源を用いることができる。

【0022】

図１は、本発明の開示の例示的な実施態様に従った、例示的な波長ステップ光源１００の、時間の関数としての、例示的な出力波数の例示的なグラフを示している。この例示的な光源１００は、波数が時間変化しうる、光出力１１０（例えば、レーザー光）を提供できる。波数１３２対時間１３１のトレースの例示的なグラフを、図１のグラフ１３０中に示す。例えば、トレースは、光源波数が素早く切り替わる間の期間１３５ａ〜１３５ｆによって分離される、レーザーのｋ中の安定な期間（即ち、１３３ａ〜１３３ｆの期間）によって特徴づけられることができる。波数空間中のステップの大きさは、Δｋ１３４として提供されうる。各々の安定な期間１１３ａ〜１３３ｆは、光源の特定のチャンネルに対して、波数値k_a〜k_f（１３７ａ〜１３７ｆ）を定めることができる。

【0023】

グラフ１３０は、例えば６つの例示的なチャンネルを示しており、それらは、光源１００の全チャンネ総数のサブセットでありうる。他のチャンネル数も提供されることができると理解されるべきである。光源１００の出力は、チャンネルの各々に相当量の出力を提供するように構成されうる。例えば、出力トレースは、波長の関数として平坦でありえ、例えば、光源１０中で用いられる増幅媒体のスペクトル感度に従って変化し、及び／又は特定の（例えば、所定の）プロフェイルに従うように作られうる。

【0024】

図２は、慣用の波長ステップ光源の図を示している。この慣用の光源は、直線配列のファイバーブラグ（Bragg）回折格子（ＦＢＧｓ）２３０、ブースター光増幅器（ＢＯＡ）２１０及び出力カップラー２４０を含むファイバーレーザー空洞２２０を含みうる。ＢＯＡ２１０は、任意波形発生器（ＡＷＧ）２００によって生じる特定の波形に調節されうる。各ＦＧＢ２３０は、システムの波長チャンネルを定めることができる。複数チャンネルパルスは、一つの方向でＢＯＡ２１０を通して伝搬され、そしてＦＢＧｓ２３０からの反射によって、ＦＢＧｓ２３０によって規定される特定の波長をもつ各パルスのパルストレインへと変換されうる。このようなパルストレインは、ＢＯＡ２１０を通じて反対方向に伝わる際に増幅されることができ、そして反対方向からのＦＧＢ２３０アレイからの反射によって単一のパルスへと再構成されうる。出力カップラー２５０は、パルストレインの一部分を選択でき、波長ステップ光源を提供できる。

【0025】

図３のブロック図として示される本発明の開示の一つの例示的な実施態様では、例示的な波長ステップ光源３００は、少なくとも一つの電磁放射（例えば、光）を提供でき、それは、光スプリッター３０５によって、参照アーム３１０及びサンプルアーム３２０へと分割されうる。参照アーム中の電磁放射（例えば、光）は、複素復調器の第一のポート３４０ａへと向けられることができる。サンプルアーム３２０中の電磁放射（例えば、光）は、サンプル３５０に向けられそしてサンプルから回収されることができる。この例示的な手順は、例えば、サンプルアーム３２０電磁放射を光サーキュレータの第一のポート３３０ａに向けることによって達成でき、光サーキュレータは、このような電磁放射（例えば、光）を優先的に第二のポート３３０ｂに向けることができる。第二のポート３３０ｂからの電磁放射は、サンプル３５０に向かう光ファイバー３３５によって方向付けられる。光ファイバー３３５は、様々なプローブ、カテーテル、内視鏡及び顕微鏡を含むことができ、それらは、サンプル上のサンプルアーム光の位置及び他の特性を制御するために本技術分野で公知である。サンプル３５０からの後方散乱電磁放射（例えば、光）は、フェイバー３３５によって回収され、そしてサーキュレータ３３０の第二のポート３３０ｂに戻ることができ、そして第三のポート３３０ｃに優先的に向けられ得る。この電磁放射（例えば、光）は、次いで、複素復調器３４０の第二のポート３４０ｂへと向けられることができる。

【0026】

例示的な複素復調器３４０は、例えば、光学要素、デジタイザー、及びデジタルプロセッシング要素及び構成を含むことができる。複素復調器３４０は、参照アーム３１０及びサンプルアーム３２０間の干渉と関連しうる各波数チャンネルシグナルを測定するために構成されうる。例えば、複素復調器３４０は、各波数チャンネルに対応して、複素信号Ｓ３７０を提供するように構成することができ、そのシグナルは、複素反射サンプルフィールドに対して比例する。

【0027】

【数1】

ここで、Ｐ（ｋ_ｉ）は、波数ｋ_ｉに対応する反射シグナル出力であり、そしてθ（ｋ_ｉ）は、波数ｋ_ｉに対応する反射サンプル光及び参照アーム光間の位相差でありうる。複素信号Ｓ３７０は、データプロセッシング及びレコーディング装置３６０に送られることができる。このようなデータプロセッシング及びレコーディング装置は、一つ又はそれ以上のプロセッサー（例えば、マイクロプロセッサー）及びコンピューターがアクセス可能な媒体（例えば、ハードデバイス、メモリースティック、フレキシブルディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ等）を含むことができ、それらは、データ及びソフトウェアを保存でき、このようなソフトウェアが、コンピューターがアクセス可能な媒体から取得されたときに、このような１又はそれ以上のプロセッサーを用いてある種の手順がソフトウェア上で実行される。

【0028】

本発明の開示の一つの例示的な実施態様では、Ｖａｋｏｃ、ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ３１（３） ｐｐ．３６２−３６４（２００６）及び米国特許出願公開第２００７／００３５７４３号明細書に記載のように、複素復調器３４０は、偏光ベース（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ）復調器でありうる。本発明の開示の他の例示的な実施態様では、位相変調器は、参照アーム３１０又はサンプルアーム３２０のいずれかに配置されうる。例示的な位相変調器は、π／２ラジアン又は０ラジアンの位相シフトを誘導するように構成されることができ、それによって、２つの測定が、各々の波数チャンネルに対して、これらの位相シフトの各々においてなされうる。このことは、例えば、複素信号Ｓ３７０を構築するのに好ましい、時間分割の同相及び直角位相シグナルを提供できる。本発明の開示の更に他の例示的な実施態様では、複素復調器３４０は、例えば、Ｃｈｏｍａ、ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ２８（２２），ｐｐ．２１６２−２１６４に記載のように、３ｘ３カプラーの使用に基づくことができる。

【0029】

図４は、本発明の開示の例示的な実施態様に従って、離散波数ｋ_ｉにて干渉をサブサンプリングすることによって起こりうる周波数変換に関連したグラフを示している。図３に示される複素信号Ｓ３７０の例示的な周波数は、サンプルアーム３２０と参照アーム３１０間の遅延の関数としてプロットされうる。例えば、図４に示される実線４００は、連続掃引波長光源のための例示的な周波数を示しており、一方、破線４１０は、波数ｋ_ｉにおける光サブサンプリングを用いた測定周波数を示している。ゼロ遅延４４０に中心がある例示的な波数範囲では、変換が誘導されない。

【0030】

より大規模な遅延に対応する例示的な周波数範囲において、周波数は、ベースバンドシグナルにダウンコンバートされうる。例えば、波長掃引光源を用いたときに＋Ｆ／５及び＋３＊Ｆ／５間に現れる遅延範囲４２０の周波数は、光サブサンプリングを用いて、範囲−Ｆ／５からＦ／５へと（例えば、遅延範囲４１０へと）ダウンサンプリングされうる。更に、遅延範囲４５０の周波数は、−Ｆ／５からＦ／５の範囲へと（例えば、遅延４６０中に）再びアップサンプリングされることができる。例えば、−Ｆ／５からＦ／５の制限周波数範囲のみを検出することにより、−２．５ΔＴから２．５ΔＴによって特徴づけられる全深度にわたるシグナルが、減少したデータ量で取得されうる。

【0031】

本明細書に記載の例示的な実施態様では、図４に示されるデータプロセッシング及びデータストレージ装置３６０（例えば、それは、上記したコンピューターがアクセス可能な媒体、プロセッサー、それらの集合体等を含むことができる）は、離散フーリエ変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いた例示的なアプローチ（これは、本技術分野において公知である）に従って、得られた複素信号配列Ｓｉの各々から深度の散乱プロファイルを作成することができる。これらの例示的なプロファイルは連結されて、例示的なイメージを作成することができる。図５は、サブサンプリングされたイメージの深度範囲より大きな範囲にわたるサンプル３５０に起因する例示的なサブサンプリングされたイメージの作成のための例示的な手順及びサブイメージを示している。

【0032】

イメージ６００に描かれたように、ある角度にて配置されているサンプルをみると、例えば、このサンプルの例示的なイメージは、複素復調技術を用いて、及びサブサンプリング技術を用いないで、ＯＦＤＩシステムで取得できる。例えば、各Ａライン内の少なくともいくつかのサンプリングされたデータ点を捨てることにより、サブサンプリングされたイメージは、図５の例示的なイメージ６１０に示されるようにして作成することができる。イメージ深度範囲は著しく減少させることができ、そしてベースバンドの外側に発生するシグナルは、この減少した深度範囲内に表すためにダウンコンバートすることができる。この例示的なイメージ６１０をタイリングすることにより、例えば、タイリングされたサブサンプリングされたイメージ６２０を提供するために、該イメージのコピーを垂直方向に連結することにより、元の構造を認識することが可能である。表面位置検出手順を用いることにより、目的物の単一の画像は、複製画像６３０から離隔でき、サンプルの実際のイメージを再生できる。例示的なイメージングの結果は、例えば、例示的なサブサンプリングイメージ６１０で描かれた深度範囲に対応する減少したデータ量にて、傾いたサンプルを包含するのに十分な範囲にわたり効果的に達成できる。

【0033】

本発明の開示の他の例示的な実施態様では、光サブサンプリングが、図６に示される光コム光源７００を利用した例示的なSD-OCTシステム及び方法を用いて達成でき、それは、離散波数７２０にて配置された一連の細線を含む出力７１０を有することができる。図７は、本発明の開示に従った構成／システムの例示的な実施態様の図を示しており、それはスペクトロメータを含むことができ、それによって、SD-OCT技術を用いて取得された干渉法のシグナル出力８００の各波数チャンネル８２０ａ〜８２０ｅが、回折格子８１０から回折されることができ、そしてチャンネル８２０ａから８２０ｅの各々は、（１又はそれ以上のプロセッサー及び／又は（本明細書の記載の如く、前記示された技術を実行するために、プロセッサーを構成できるソフトウェアを保存できる）コンピューターがアクセス可能な媒体を含むことができる又はそれらに連結されうる、ＬＣＤカメラを含むことができる）１次元又は２次元カメラ８２５の特異な画素８３０ａ〜８３０ｅに対してマップされうる。従って、各画素に関する情報が、波数チャンネル８２０ａ〜８２０ｅからのシグナルを測定するためにいられるように、このようなプロセッサーを用いることが可能である。或いは、又は追加的に、広帯域光源が、周期フィルター、例えば、ファブリ・ペロー（Fabry-Perot）透過フィルターとともに用いられることができ、それは、光源と回折格子８１０の間におかれてチャンネル化された電磁放射（例えば、光）を生じることができる。

【0034】

有効な深度範囲を増加させるためのサブサンプリングされた光イメージの例示的な使用が図８に示されている。例えば、図８に示される例示的なイメージング構成９００は、イメージングシステム９０２からサンプル９１０へとイメージング電磁放射（例えば、光）を伝達する内視鏡９０１を含むことができ、そして後方散乱光がこのようなイメージングシステム９０２へと戻ることができる。内視鏡９０１は、単一の双方性導波路、例えば光ファイバーを含むように又は使用するようにでき、或いは択一的に、一対の導波路、例えば、一つは、電磁放射（例えば、光）をイメージングシステム９０２からサンプル９１０へと伝搬し、そして他の一つは、散乱した又は反射した電磁放射（例えば、光）をサンプル９１０からイメージングシステム９０２へと戻す、を含むように又は使用するようにできる。内視鏡９０１は、例えば、その遠位端の近くに、ビームスキャナー９４０を含むことができ、それは、内視鏡９０１から出る電磁放射（例えば、光）の例示的な角度９３０をスキャンするように構成できる。ビームスキャナー９４０は、微小電気機械スキャナー、例えば、Kimら、Opt. Express 15, pp. 18130-18140 (2007) に記載のスキャナーに基づくことができる。

【0035】

内視鏡９０１に対して角度をもって方向付けられたサンプル９１０に対しては、一つの角度に対するビームスキャナー９４０からサンプル表面９１０への距離は、比較的短く、例えば、d₁ ９２０ａであり、一方、他の角度は比較的長く、例えば、d₂ ９２０ｂでありえる。慣用のOCT又はOFDI技術を用いて、イメージングシステム９０２は、全深度範囲（d2 - d1+δ）に渡ってデータを得るように構成でき、そこでは、パラメーターδ９２２は、サンプル９１０中のイメージング深度を記載している。

【0036】

OFDI技術により作成されたイメージ９５０の慣用のOCT行列は、深度９２１及び角度９２３の関数として確立できる。例示的なイメージは、d2 - d1+δによって提供される深度範囲を占有することができる。短い時間にこのような大きな領域に渡ってデータを得ることは、高速デジタル化及びデータ伝送能力を利用できる。例えば、取得イメージの大きな領域が、組織表面９３３ａ又は組織表面下のδより大きい深度９３３ｂ上のいずれかで情報量を持たないという取得は非効率的でありうる。サブサンプリングされた光周波数ドメインイメージング又はサブサンプリングされたSD-OCT手順の使用は、同じ又は同様の情報量の取得を、より効率的な状態で、容易にする。

【0037】

例示的な解説図９６０では、サブサンプリングされたOFDIイメージは、図８中に、深度９６１及び角度９６４の関数として示されている。例示的なイメージングシステムは、δ９６２のイメージングレンジを提供できる。このような例示的なイメージング範囲は、サンプル中へのイメージング貫通侵入深度より大きくなければならないということはなく、もし情報がより浅い領域に渡って望まれる場合は、代わりにより小さくできる。サブサンプリングイメージングのラッピング特性は、全ての角度においてのサンプルの表面深度δからの情報の捕捉を容易にする。更に、イメージング取得バンド幅は、組織表面上の又は組織中のイメージング侵入の下の空きスペースへと向けられなければならないことはない。

【0038】

例えば、スネーク手順（snake procedure）（例えば、Yezziら、IEEE Tran Med Imag 16,2; pp. 199-209 (1997)参照）を含む表面検出手順を用いて、例示的なイメージの表面部分９７０中に提供される組織表面を定めること、及びイメージをアンラップ（unwrap）して、ぼ一定の深度の表面で組織が示されているイメージ９９０を作り出すことが可能である。

【0039】

上記は本発明の開示の原理を単に説明するものである。記載された実施態様に対しての、種々の変更及び置換は、本明細書に記載された教示より当業者にとって明らかである。例えば、二以上の記載された例示的な構成、放射及び／又はシステムが、本発明の開示の例示的な実施態様を実行するために実施することができる。確かに、本発明の例示的な実施態様に従った構成、システム及び方法は、任意のOCTシステム、OFDIシステム、SD-OCTシステム又は他のイメージングシステムとともに用いることができ、及び／又はそれらを実行することができ、そして、例えば、2004年9月8日出願の国際特許出願PCT/US2004/029148号（これは、国際公開第WO 2005/047813号として2005年5月26日に公開されている）、2005年11月2日出願の米国特許出願第11/266,779号明細書（これは、米国特許出願公開第2006/0093276号として、2006年5月4日に公開されている）、2004年6月4日出願の米国特許出願第10/861,179号明細書、2004年7月9日出願の米国特許出願第10/501,276号明細書（これは、米国特許出願公開第2005/0018201号として、2005年1月27日に公開されている）、2006年6月1日出願の米国特許出願第11/445,990号明細書、2007年4月5日出願の国際特許出願PCT/US2007/066017号、及び2006年8月9日出願の米国特許出願第No 11/502,330号明細書に記載のシステムとともに用いることができる。これらの公報の記載は、引用することにより本明細書の一部である。従って、本技術分野の当業者には、本明細書中に明白に示され又は記載されてはいないが、本発明の原理を具現化する多数のシステム、構成及び方法を考えることができ、それらは本発明の開示の範囲に含まれるということが理解される。加えて、本明細書において明示的に引用はされていない従来技術の知識も、ここにおいて、それらの全ての開示は本明細書の明示的に引用される。本明細書で参照された上記の全ての公報及び文献の開示の全ては、ここで引用されることにより本明細書の一部である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】