特許 5987186 波長走査型光干渉断層撮影装置及び断層撮影方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5987186

(24)【登録日】2016年8月19日

(45)【発行日】2016年9月7日

(54)【発明の名称】波長走査型光干渉断層撮影装置及び断層撮影方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20160825BHJP

   A61B 3/10 20060101ALI20160825BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/17 625

   A61B3/10 R

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-122155(P2015-122155)

(22)【出願日】2015年6月17日

【審査請求日】2016年3月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】598041566

【氏名又は名称】学校法人北里研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(72)【発明者】

【氏名】古川 裕之

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１１２２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１２５９８６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００ − Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７ − Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ａ６１Ｂ １／００ − Ａ６１Ｂ １／３２

Ａ６１Ｂ ３／００ − Ａ６１Ｂ ３／１６

Ａ６１Ｂ ９／００ − Ａ６１Ｂ １０／０６

Ｇ０１Ｂ ９／００ − Ｇ０１Ｂ ９／１０

Ｇ０１Ｂ １１／００ − Ｇ０１Ｂ １１／３０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長が走査されてなる波長走査光を出力する波長走査光源と、
前記波長の走査の過程において、前記波長走査光の波数が所定の変化量だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すクロック信号を出力する波数等間隔クロック出力部と、
前記波長走査光と、当該波長走査光が撮影対象物にて反射してなる対象物反射光と、の干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち上りのタイミングでサンプリングする第１サンプリング部と、
前記干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち下りのタイミングでサンプリングする第２サンプリング部と、
前記第１サンプリング部で取得された第１サンプリングデータ列と、前記第２サンプリング部で取得された第２サンプリングデータ列と、の両方に基づいて断層画像データを生成する断層画像生成部と、
を備える波長走査型光干渉断層撮影装置。

【請求項2】

前記断層画像生成部は、
前記第１サンプリング部で取得された第１サンプリングデータ列と、前記第２サンプリング部で取得された第２サンプリングデータ列と、を入れ子に並べてなる統合サンプリングデータ列を作成するとともに、当該統合サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て前記断層画像データを生成する
請求項１に記載の波長走査型光干渉断層撮影装置。

【請求項3】

前記断層画像生成部は、
少なくとも、前記第１サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第１中間データと、前記第２サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第２中間データと、の両方に対して加算平均処理を行い、前記断層画像データを生成する
請求項１又は請求項２に記載の波長走査型光干渉断層撮影装置。

【請求項4】

波長が走査されてなる波長走査光を出力するステップと、
前記波長の走査の過程において、前記波長走査光の波数が所定の変化量だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すクロック信号を出力するステップと、
第１サンプリング部が、前記波長走査光と、当該波長走査光が撮影対象物にて反射してなる対象物反射光と、の干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち上りのタイミングでサンプリングするステップと、
第２サンプリング部が、前記干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち下りのタイミングでサンプリングするステップと、
前記第１サンプリング部で取得された第１サンプリングデータ列と、前記第２サンプリング部で取得された第２サンプリングデータ列と、の両方に基づいて断層画像データを生成するステップと、
を有する断層撮影方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長走査型（あるいは周波数掃引型）光干渉断層撮影装置及び断層撮影方法に関する。

【背景技術】

【0002】

眼球の奥行きを測定する装置として、奥行き情報から眼球の断層画像を生成する光干渉断層撮影装置（Optical Coherence Tomography；ＯＣＴ）がある。特に、最近では、断層画像を高速・高感度に取得できる波長走査レーザを用いたＯＣＴの実用化が盛んになってきている。

【0003】

しかし、波長走査レーザから出力される光の波数は、一般的には時間に対して非線形に変化するため、ＯＣＴの干渉信号をｋ−ｃｌｏｃｋと呼ばれている波数等間隔のクロックでサンプリングしなければ、感度の低下や分解能の劣化が生じてしまうだけでなく（非特許文献１、非特許文献２）、断層画像をリアルタイムで表示することも困難となる（非特許文献３）。このため、最近の波長走査レーザでは、４〜６ｍｍ程度の計測可能距離に対応するｋ−ｃｌｏｃｋを内蔵するレーザ装置が販売されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５２６９８０９号公報

【特許文献2】特開２０１３−１８１７９０号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】S. H. Yun, G. J. Tearney, B. E. Bouma, B. H. Park, and J. F. de Boer, 「High-speed spectral-domain optical coherence tomography at 1.3 um wavelength」, Opt. Express, Vol.11, p.3598-3604, 2003.

【非特許文献2】R. Huber, M. Wojtkowski, K. Taira, and J. G. Fujimoto , 「Amplified, frequency swept lasers for frequency domain reflectometry and OCT imaging: design and scaling principles」, Opt. Express Vol.13, p.3513-3528, 2005.

【非特許文献3】Jiefeng Xi, Li Huo, Jiasong Li and Xingde Li, 「Generic real-time uniform K-space sampling method for high-speed swept-Source optical coherence tomography 」, Opt. Express Vol.18, p.9511-9517, 2010.

【非特許文献4】Ireneusz Grulkowski, Jonathan J. Liu, Benjamin Potsaid, Vijaysekhar Jayaraman, Chen D. Lu,1 James Jiang, Alex E. Cable, Jay S. Duker, and James G. Fujimoto, 「Retinal, anterior segment and full eye imaging using ultrahigh speed swept source OCT with vertical-cavity surface emitting lasers 」, Opt. Express Vol.3, p.2733-2751, 2012.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、人眼の角膜から水晶体後面までの前眼部分全体を撮影するには１２ｍｍ程度の計測可能距離が必要であるため、上述のレーザ装置に搭載されているｋ−ｃｌｏｃｋでは不十分である。また、単純に長い計測可能距離に対応するｋ−ｃｌｏｃｋを生成するにしても、クロックのジッタによりゴースト像がＯＣＴ画像内に出現してしまうため、複雑なデバイスをレーザ外部に付加する必要があった（特許文献１、特許文献２）。

【0007】

しかし、これらのデバイスで生成された長距離計測用のｋ−ｃｌｏｃｋの周波数は非常に高くなってしまう。このため、“Ａ−ｓｃａｎ ｒａｔｅ”と呼ばれている波長走査の繰り返しレートが５００ｋＨｚを超える波長走査型ＯＣＴ（swept source - OCT；ＳＳ−ＯＣＴ）では、ｋ−ｃｌｏｃｋによるサンプリングは不可能となっている（非特許文献４）。

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、装置の高性能化や複雑なデバイスの付加を要することなく、利用者（装置のオペレータ）がより所望する態様で断層画像を取得することが可能な波長走査型光干渉断層撮影装置及び断層撮影方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様は、波長が走査されてなる波長走査光を出力する波長走査光源と、前記波長の走査の過程において、前記波長走査光の波数が所定の変化量だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すクロック信号を出力する波数等間隔クロック出力部と、前記波長走査光と、当該波長走査光が撮影対象物にて反射してなる対象物反射光と、の干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち上りのタイミングでサンプリングする第１サンプリング部と、前記干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち下りのタイミングでサンプリングする第２サンプリング部と、前記第１サンプリング部で取得された第１サンプリングデータ列と、前記第２サンプリング部で取得された第２サンプリングデータ列と、の両方に基づいて断層画像データを生成する断層画像生成部と、を備える波長走査型光干渉断層撮影装置である。

【0010】

また、本発明の一態様によれば、前記断層画像生成部は、前記第１サンプリング部で取得された第１サンプリングデータ列と、前記第２サンプリング部で取得された第２サンプリングデータ列と、を入れ子に並べてなる統合サンプリングデータ列を作成するとともに、当該統合サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て前記断層画像データを生成する。

【0011】

また、本発明の一態様によれば、前記断層画像生成部は、少なくとも、前記第１サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第１中間データと、前記第２サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第２中間データと、の両方に対して加算平均処理を行い、前記断層画像データを生成する。

【0012】

また、本発明の一態様は、波長が走査されてなる波長走査光を出力するステップと、前記波長の走査の過程において、前記波長走査光の波数が所定の変化量だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すクロック信号を出力するステップと、第１サンプリング部が、前記波長走査光と、当該波長走査光が撮影対象物にて反射してなる対象物反射光と、の干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち上りのタイミングでサンプリングするステップと、第２サンプリング部が、前記干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち下りのタイミングでサンプリングするステップと、前記第１サンプリング部で取得された第１サンプリングデータ列と、前記第２サンプリング部で取得された第２サンプリングデータ列と、の両方に基づいて断層画像データを生成するステップと、を有する断層撮影方法である。

【発明の効果】

【0013】

上述の波長走査型光干渉断層撮影装置、断層撮影方法によれば、装置の高性能化や複雑なデバイスの付加を要することなく、利用者がより所望する態様で断層画像を取得することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置の全体構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の構成を説明する図である。

【図3】第１の実施形態に係るＣＰＵの処理フローを示す図である。

【図4】第１の実施形態に係るＣＰＵの各処理の具体的な処理を説明する図である。

【図5】第２の実施形態に係るＣＰＵの処理フローを示す図である。

【図6】第２の実施形態に係るＣＰＵの各処理の具体的な処理を説明する図である。

【図7】第１、第２の実施形態の変形例に係るＡ／Ｄ変換器の構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置を、図１〜図４を参照しながら説明する。

【0016】

（全体構成）
図１は、第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置の全体構成を示す図である。
図１に示すように、光干渉断層撮影装置１（波長走査型光干渉断層撮影装置）は、波長走査光源ユニット１０と、光カプラ１１０〜１１１と、光サーキュレータ１２０〜１２１と、レンズ１３０〜１３３と、可動ミラー１４と、基準ミラー１５と、差動光検出器１６と、コンピュータ２０と、を備えている。

【0017】

波長走査光源ユニット１０は、波長走査光源１００と、波数等間隔クロック出力部１０１と、を有してなる。
波長走査光源１００は、波長が時間変化に応じて連続的に変化する（波長が走査されてなる）波長走査光Ｐを出力する。出力された波長走査光Ｐは、光ファイバを通じて光カプラ１１０に伝送される。波長走査光源１００は、波長走査光Ｐを、“Ａ−ｓｃａｎ ｒａｔｅ”と呼ばれる所定の繰り返しレート（例えば５００ｋＨｚ程度）で、繰り返し出力する。
波数等間隔クロック出力部１０１は、波長走査光Ｐの出力に応じたクロック信号であるｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを出力する。ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋは、具体的には、波長の走査の過程において、波長走査光Ｐの波数ｋが所定の等しい変化量（波数変化量Δｋ）だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返してなるクロック信号である。
なお、波数等間隔クロック出力部１０１は、例えば、波長走査光源１００から出力された波長走査光Ｐの一部を取り込んで、マッハツェンダー干渉計、光検出器等に入力することでｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを生成する（例えば、特許文献１等を参照）。
また、波長走査光源ユニット１０は、波長走査光Ｐの波長走査が開始されるタイミングを示す開始信号Ｔ（トリガ信号）を出力する。

【0018】

光カプラ１１０及び光カプラ１１１は、入力された光を規定された比率で分配する素子である。波長走査光源ユニット１０から光カプラ１１０に入力された波長走査光Ｐは、所定の比率で分配され、それぞれ、光サーキュレータ１２０、光サーキュレータ１２１に伝送される。

【0019】

光サーキュレータ１２０、１２１は、光の進路を一方向に規制して出力する素子である。光カプラ１１０から光サーキュレータ１２０に入力された波長走査光Ｐは、レンズ１３０、可動ミラー１４及びレンズ１３１を介して撮影対象物Ｘ（例えば、人眼の角膜から水晶体後面付近）に照射される。可動ミラー１４の角度が変化することで、撮影対象物Ｘのうち所望する位置に波長走査光Ｐが照射される。波長走査光Ｐが対象物Ｘで反射してなる対象物反射光Ｐ’は、光サーキュレータ１２０を介して、光カプラ１１１に伝送される。
一方、光カプラ１１０から光サーキュレータ１２１に入力された波長走査光Ｐは、レンズ１３２、１３３を介して基準ミラー１５に照射されるとともに、当該基準ミラー１５で反射して戻ってきた波長走査光Ｐが光サーキュレータ１２１を介して光カプラ１１１に伝送される。
基準ミラー１５で反射して戻ってきた波長走査光Ｐと、対象物反射光Ｐ’と、が光カプラ１１１で合波されることで、当該波長走査光Ｐと対象物反射光Ｐ’との干渉光が生成される。

【0020】

差動光検出器１６は、波長走査光Ｐと対象物反射光Ｐ’との干渉光を差動入力するとともに、同相ノイズが除去された干渉光の強度（振幅）を示す電気信号である干渉信号Ｃを出力する。干渉信号Ｃは、コンピュータ２０に搭載されているＡ／Ｄ変換器２１に入力される。

【0021】

コンピュータ２０は、Ａ／Ｄ変換器２１と、ＣＰＵ２２と、操作部２３と、を有してなる。
Ａ／Ｄ変換器２１は、干渉信号Ｃ（干渉光の強度）をサンプリングしてサンプリングデータ（デジタルデータ）に変換する。本実施形態に係るＡ／Ｄ変換器２１の具体的態様については後述する。

【0022】

ＣＰＵ２２は、予め用意された専用のプログラムが読み込まれて動作することで、光干渉断層撮影装置１の動作全体を司る。特に、本実施形態に係るＣＰＵ２２は、Ａ／Ｄ変換器２１を通じて取得されたサンプリングデータに基づいて、撮影対象物Ｘの断層状態を示す断層画像データを生成する断層画像生成部として機能する。

【0023】

操作部２３は、例えば、キーボード、マウス、タッチセンサ等であって、光干渉断層撮影装置１のオペレータによる操作を受け付けるユーザーインターフェイスである。

【0024】

（Ａ／Ｄ変換器の構成）
図２は、第１の実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の構成を説明する図である。
図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器２１は、第１サンプリング部２１０と、第２サンプリング部２１１と、を備えている。
第１サンプリング部２１１は、干渉信号Ｃ（干渉光の強度）を、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち上りのタイミングでサンプリングするとともに、得られたサンプリングデータをＣＰＵ２２に出力する。
第２サンプリング部２１１は、干渉信号Ｃを、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち下りのタイミングでサンプリングするとともに、得られたサンプリングデータをＣＰＵ２２に出力する。

【0025】

より具体的に説明すると、第１サンプリング部２１０は、クロック入力ポートＣＬＫを通じて入力されたｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち上がりのタイミングごとに、第１入力ポートＣＨ１を通じて入力された干渉信号Ｃをサンプリングする。
また、第２サンプリング部２１１は、クロック入力ポートＣＬＫ及びインバータＩを通じて入力されたｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの反転信号の立ち上がりのタイミングごとに、第２入力ポートＣＨ２を通じて入力された干渉信号Ｃをサンプリングする。ここで、インバータＩは、入力されたｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを反転させる回路素子である。

【0026】

また、抵抗素子Ｒは、差動光検出器１６（図１）から見たＡ／Ｄ変換器２１の入力インピーダンスを調整するために設けられている。この場合、第１入力ポートＣＨ１とグラウンドとの間、及び、第２入力ポートＣＨ２とグラウンドとの間に１００Ωの抵抗素子Ｒが接続される。これにより、第１入力ポートＣＨ１及び第２入力ポートＣＨ２全体としての入力インピーダンスが５０Ωとなる。

【0027】

（ＣＰＵの処理フロー）
図３は、第１の実施形態に係るＣＰＵの処理フローを示す図である。
図３に示す処理フローは、光干渉断層撮影装置１が撮影動作を開始してから、撮影対象物Ｘの断層画像データが取得されるまでの処理フローを示している。

【0028】

オペレータによる操作により波長走査光源ユニット１０に電源が投入されると、当該波長走査光源ユニット１０から波長走査の開始信号Ｔ（図１）と、波長走査光Ｐ及びｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋと、が自動で出力される。Ａ／Ｄ変換器２１は、開始信号Ｔを受け付けた段階から、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋに応じたタイミングで干渉信号Ｃのサンプリングを開始する（ステップＳ０１）。

【0029】

次に、ＣＰＵ２２は、第１サンプリング部２１０から第１サンプリングデータ列Ｄ１の入力を受け付ける（ステップＳ０２ａ）。また、ＣＰＵ２２は、ステップＳ０２ａの処理と並列して、第２サンプリング部２１１から第２サンプリングデータ列Ｄ２の入力を受け付ける（ステップＳ０２ｂ）。第１サンプリングデータ列Ｄ１及び第２サンプリングデータ列Ｄ２の具体的な内容については、図４を用いて後に説明する。

【0030】

次に、ＣＰＵ２２は、一連の第１サンプリングデータ列Ｄ１と第２サンプリングデータ列Ｄ２とを取得すると、これらを統合して統合サンプリングデータＤＴを作成する（ステップＳ０３）。ここで、ＣＰＵ２２は、第１サンプリング部２１０で取得された第１サンプリングデータ列Ｄ１（ステップＳ０２ａ）と、第２サンプリング部２１１で取得された第２サンプリングデータ列Ｄ２（ステップＳ０２ｂ）と、を入れ子に並び替えることで統合サンプリングデータ列ＤＴを作成する。統合サンプリングデータ列ＤＴの具体的な内容についても、図４を用いて後に説明する。

【0031】

次に、ＣＰＵ２２は、ステップＳ０３で得られた統合サンプリングデータ列ＤＴに対し、離散フーリエ変換処理を施して、断層画像データＤＧを生成する（ステップＳ０４）。
なお、ステップＳ０１〜Ｓ０４までの１回の処理フローによって生成された断層画像データＤＧは、撮影対象物Ｘのうち波長走査光Ｐが照射された一つの位置における深さ方向の状態を示すものである。そこで、ＣＰＵ２２は、可動ミラー１４（図１）を動かして撮影対象物Ｘにおける波長走査光Ｐの照射位置を変えながら、上述のステップＳ０１〜ステップＳ０４の処理を複数回繰り返す。
このようにすることで、ＣＰＵ２２は、撮影対象物Ｘの複数箇所に渡る断層画像データＤＧを蓄積するとともに、これらを組み合わせて、撮影対象物Ｘのうち所望する範囲の断層状態が示された断層画像を生成する。

【0032】

（ＣＰＵの各処理の具体的な処理）
図４は、第１の実施形態に係るＣＰＵの各処理の具体的な処理を説明する図である。
ステップＳ０１（図３）で波長走査光Ｐが出力されると、波数等間隔クロック出力部１０１は、図４に示すように、当該波長走査光Ｐの波数が波数変化量Δｋだけ増加するごとに立ち上がり及び立ち下りを交互に繰り返すｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを出力する。
ここで、波長走査光源１００（図１）から出力される波長走査光Ｐの波数ｋ_０、ｋ_１、ｋ_２・・・の各々の間隔は、いずれも等しい波数変化量Δｋとされている。ここで、波長走査光Ｐの波数の経時的変化は、通常、時間軸に対して一定とはならない。したがって、図４に示すように、時間軸を横軸に取った場合におけるｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋは、周期やＤｕｔｙ比等が不均一となっている。

【0033】

第１サンプリング部２１０は、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち上がりのタイミング、即ち、波長走査光源１００から出力される波長走査光Ｐの波数が、ｋ_０、ｋ_２、ｋ_４・・・に達したタイミングで干渉信号Ｃのサンプリングを行う。これにより、第１サンプリング部２１０は、波長走査光Ｐの波長の走査の過程において、上述の各タイミングで干渉信号Ｃを逐次サンプリングして取得したサンプリングデータａ_１、ａ_２、ａ_３・・・からなる第１サンプリングデータ列Ｄ１を取得する。ここで、第１サンプリングデータ列Ｄ１は、サンプリングデータａ_１、ａ_２、ａ_３、・・・の各々が取得された順番に並べられたデータ列である。

【0034】

同様に、第２サンプリング部２１１は、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち下がりのタイミング、即ち、波長走査光源１００から出力される波長走査光Ｐの波数が、ｋ_１、ｋ_３、ｋ_５・・・に達したタイミングで干渉信号Ｃのサンプリングを行う。これにより、第２サンプリング部２１１は、波長走査光Ｐの波長の走査の過程において、上述の各タイミングで干渉信号Ｃを逐次サンプリングして取得したサンプリングデータｂ_１、ｂ_２、ｂ_３・・・からなる第２サンプリングデータ列Ｄ２を取得する。ここで、第２サンプリングデータ列Ｄ２は、サンプリングデータｂ_１、ｂ_２、ｂ_３・・・が取得された順番に並べられたデータ列である。

【0035】

なお、第１サンプリング部２１０及び第２サンプリング部２１１は、それぞれ独立して干渉信号Ｃをサンプリングする。ＣＰＵ２２は、第１サンプリング部２１０、第２サンプリング部２１１の各々から送信される第１サンプリングデータ列Ｄ１、第２サンプリングデータ列Ｄ２をそれぞれ取得する（ステップＳ０２ａ、Ｓ０２ｂ（図３））。

【0036】

ＣＰＵ２２は、第１サンプリングデータ列Ｄ１、第２サンプリングデータ列Ｄ２の各々の取得を完了した後、ステップＳ０３（図３）において、第１サンプリングデータ列Ｄ１及び第２サンプリングデータ列Ｄ２を入れ子に並び替え、統合サンプリングデータ列ＤＴを作成する。これにより、統合サンプリングデータＤＴは、図４に示すように、各サンプリングデータａ_１、ｂ_１、ａ_２、ｂ_２、ａ_３、ｂ_３・・・が、取得順に並べられたデータ列となる。

【0037】

ＣＰＵ２２は、ステップＳ０４（図３）において、上述のようにして得られた統合サンプリングデータＤＴに対して、高速フーリエ変換（離散フーリエ変換）を実施して断層画像データＤＧを生成する。

【0038】

（作用効果）
以上の通り、第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１は、波長が走査されてなる波長走査光Ｐを出力する波長走査光源１００と、波長の走査の過程において、波長走査光Ｐの波数が波数変化量Δｋだけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを出力する波数等間隔クロック出力部１０１と、を備えている。
また、光干渉断層撮影装置１は、波長走査光Ｐと、当該波長走査光Ｐが撮影対象物Ｘにて反射してなる対象物反射光Ｐ’と、の干渉光の強度（干渉信号Ｃ）を、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号の立ち上りのタイミングでサンプリングする第１サンプリング部２１０と、干渉信号Ｃを、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号の立ち下がりのタイミングでサンプリングする第２サンプリング部２１１と、を備えている。
更に、光干渉断層撮影装置１は、第１サンプリング部２１０で取得された第１サンプリングデータ列Ｄ１と、第２サンプリング部２１１で取得された第２サンプリングデータ列Ｄ２と、の両方に基づいて一の断層画像データＤＴを生成する断層画像生成部（ＣＰＵ２２）を備えている。

【0039】

このような構成とすることで、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号のクロック周波数を上昇させることなく２倍のサンプリングデータを取得することができる。したがって、装置（波長走査光源ユニット１０）の高性能化、又は、複雑なデバイスの付加を要することなく、オペレータがより所望する態様で断層画像を取得ことができる。

【0040】

例えば、第１の実施形態において、ＣＰＵ２２は、第１サンプリング部２１０で取得された第１サンプリングデータ列Ｄ１と、第２サンプリング部２１１で取得された第２サンプリングデータ列Ｄ２と、を入れ子に並べてなる統合サンプリングデータ列ＤＴを作成する。そして、ＣＰＵ２２は、当該統合サンプリングデータ列ＤＴに対する離散フーリエ変換処理を経て一の断層画像データＤＧを生成する。

【0041】

このようにすることで、従来（ｋ−ｃｌｏｃｋ信号の立ち上がりのみでサンプリングする場合）に比べて、干渉光の強度（干渉信号Ｃ）を２倍の周波数でサンプリングすることができる。そうすると、ＣＰＵ２２は、ナイキストの定理に基づき、干渉信号Ｃの中に含まれるより高周波成分の信号を検出することができる。したがって、撮影対象物Ｘのうち撮影可能な深さ方向の幅を従来の２倍とすることができる。
即ち、第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１によれば、サンプリング周波数の上昇や撮影時間の増加、複雑なデバイスの付加などを伴わずに、ｋ−ｃｌｏｃｋが内蔵された波長走査光源にて定められた計測可能距離を長くすることができる。

【0042】

また、オペレータが、撮影対象物Ｘの撮影可能な深さ方向の幅を従来のままとしても良いと判断した場合は、波長走査光源１００の走査の繰り返しレート（Ａ−ｓｃａｎ ｒａｔｅ）を２倍（例えば１ＭＨｚ）とすることができる。これにより、断層画像撮影の高速化を図ることができる。

【0043】

例えば、従来販売されている、中心波長１０６０ｎｍで計測可能距離６ｍｍ用のｋ−ｃｌｏｃｋ出力部（波数等間隔クロック出力部）が内蔵されている波長走査レーザを、第１の実施形態に係る波長走査光源ユニット１０として適用した場合を実施例として説明する。
計測可能距離６ｍｍ用のｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの周波数は８８ＭＨｚ〜１９５ＭＨｚと幅を持っており、このｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを、例えば、特許文献２で示されている周波数逓倍器を用いて計測可能距離が２倍（１２ｍｍ）のｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを生成したとする。このときのクロックの最大周波数は３８０ＭＨｚ程度となり、分解能が１４ｂｉｔでサンプリングレートが４００ＭＳ／ｓのＡ／Ｄ変換器でサンプリングすることは可能である。ただし、通常のＡ／Ｄ変換器ではサンプリング周波数が一定であるため、周波数可変クロックを許容するフラッシュＡＤＣやパイプラインＡＤＣを用いる必要がある。
しかし、第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１を用いれば、Ａ−ｓｃａｎ ｒａｔｅを倍にすることができるため、複雑なデバイス（例えば、特許文献２で示されている周波数逓倍器等）を付加することなくより高速に断層画像を得ることができる。

【0044】

また、眼底ＯＣＴ用として、Ａ−ｓｃａｎ ｒａｔｅが１００ｋＨｚで計測可能距離が３．７ｍｍのｋ−ｃｌｏｃｋ信号を出力する波長走査レーザも既に販売されている。このｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの最大周波数は３４０ＭＨｚであるため、Ａ−ｓｃａｎ ｒａｔｅを５００ｋＨｚに上げた場合に必要なｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの最大周波数は１．７ＧＨｚ（３４０ＭＨｚ×５）となる。したがって、分解能が１２ｂｉｔでサンプリングレートが１ＧＳ／ｓのＡ／Ｄ変換器ではサンプリングすることはできない。
しかし、計測可能距離を１．８５ｍｍにしたｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋに変更すれば、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋに必要な最大周波数は０．８５ＧＨｚとなる。したがって、第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１において、１ＧＳ／ｓでサンプリング可能な２チャンネルのＡ／Ｄ変換器（第１サンプリング部２１０、第２サンプリング部２１１、ただし、上述と同様、周波数可変クロックを許容する特定のＡ／Ｄ変換器）を用いることにより、例えば、１２８×１２８×５１２の大きさの３次元立体画像を毎秒３０ボリュームのビデオレートで高感度に取得することが可能となる。

【0045】

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係る光干渉断層撮影装置を、図５及び図６を参照しながら説明する。第２の実施形態に係る光干渉断層撮影装置は、第１の実施形態に係る光干渉断層撮影装置に加え、更に、以下に説明する機能を備えていることを特徴とする。
なお、第２の実施形態に係る光感想断層撮影装置の全体構成、及び、Ａ／Ｄ変換器の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0046】

（ＣＰＵの処理フロー）
図５は、第２の実施形態に係るＣＰＵの処理フローを示す図である。
第２の実施形態に係るＣＰＵ２２は、オペレータによって選択された撮影モードによっては、図３に示した処理フローに替えて、図５に示す処理フローを実行する。

【0047】

図５に示す処理フローは、光干渉断層撮影装置１が撮影動作を開始してから、撮影対象物Ｘの断層画像データが取得されるまでの処理フローを示している。

【0048】

オペレータによる操作により波長走査光源ユニット１０に電源が投入されると、当該波長走査光源ユニット１０から波長走査の開始信号Ｔ（図１）と、波長走査光Ｐ及びｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋと、が自動で出力される。Ａ／Ｄ変換器２１は、開始信号Ｔを受け付けた段階から、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋに応じたタイミングで干渉信号Ｃのサンプリングを開始する（ステップＳ１１）。

【0049】

次に、ＣＰＵ２２は、第１サンプリング部２１０から第１サンプリングデータ列Ｄ１の入力を受け付ける（ステップＳ１２ａ）。また、ＣＰＵ２２は、ステップＳ０２ａの処理と並列して、第２サンプリング部２１１から第２サンプリングデータ列Ｄ２の入力を受け付ける（ステップＳ１２ｂ）。第１サンプリングデータ列Ｄ１及び第２サンプリングデータ列Ｄ２の具体的態様は、第１の実施形態と同様である。

【0050】

次に、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１２ａで得られた第１サンプリングデータ列Ｄ１に対し、離散フーリエ変換処理を施して、第１中間データＤＭ１を生成する（ステップＳ１３ａ）。ここで、第１中間データＤＭ１は、第１サンプリングデータ列Ｄ１のみを基に生成された断層画像データに相当する。
また、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１２ｂで得られた第２サンプリングデータ列Ｄ２に対し、離散フーリエ変換処理を施して、第２中間データＤＭ２を生成する（ステップＳ１３ｂ）。ここで、第２中間データＤＭ２は、第２サンプリングデータ列Ｄ２のみを基に生成された断層画像データに相当する。

【0051】

そして、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１３ａ及びステップＳ１３ｂで生成した第１中間データＤＭ１と第２中間データ列ＤＭ２とを取得すると、これらを加算平均して一つの断層画像データＤＧ’を作成する（ステップＳ１４）。
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１４までの１回の処理フローによって生成された断層画像データＤＧ’は、撮影対象物Ｘのうち波長走査光Ｐが照射された一つの位置における深さ方向の状態を示すものである。そこで、ＣＰＵ２２は、第１の実施形態と同様に、可動ミラー１４（図１）を動かして撮影対象物Ｘにおける波長走査光Ｐの照射位置を変えながら、上述のステップＳ１１〜ステップＳ１４の処理を複数回繰り返す。

【0052】

（ＣＰＵの各処理の具体的な処理）
図６は、第２の実施形態に係るＣＰＵの各処理の具体的な処理を説明する図である。
第１の実施形態と同様に、ステップＳ１１（図５）で波長走査光Ｐが出力されると、波数等間隔クロック出力部１０１は、図６に示すように、当該波長走査光Ｐの波数が波数変化量Δｋだけ増加するごとに立ち上がり及び立ち下りを交互に繰り返すｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを出力する。

【0053】

第１サンプリング部２１０は、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち上がりのタイミングで干渉信号Ｃのサンプリングを行う。これにより、第１サンプリング部２１０は、波長走査光Ｐの波長の走査の過程において、干渉信号Ｃを逐次サンプリングして取得したサンプリングデータａ_１、ａ_２、ａ_３・・・からなる第１サンプリングデータ列Ｄ１を取得する。
同様に、第２サンプリング部２１１は、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち下がりのタイミングで干渉信号Ｃのサンプリングを行う。これにより、第２サンプリング部２１１は、波長走査光Ｐの波長の走査の過程において、干渉信号Ｃを逐次サンプリングして取得したサンプリングデータｂ_１、ｂ_２、ｂ_３・・・からなる第２サンプリングデータ列Ｄ２を取得する。

【0054】

ＣＰＵ２２は、ステップＳ１３ａ（図５）において、上述のようにして得られた第１サンプリングデータ列Ｄ１に対して、高速フーリエ変換（離散フーリエ変換）を実施して第１中間データＤＭ１を生成する。
更に、ＣＰＵ２２は、ステップＳ１３ｂ（図５）において、上述のようにして得られた第２サンプリングデータ列Ｄ２に対して、高速フーリエ変換（離散フーリエ変換）を実施して第２中間データＤＭ２を生成する。

【0055】

ＣＰＵ２２は、ステップＳ１４（図５）において、上述のようにして得られた第１中間データＤＭ１及び第２中間データＤＭ２を加算平均して断層画像データＤＧ’を生成する。

【0056】

（作用効果）
以上の通り、第２の実施形態に係るＣＰＵ２２は、少なくとも、第１サンプリングデータ列Ｄ１に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第１中間データＤＭ１と、第２サンプリングデータ列Ｄ２に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第２中間データＤＭ２と、の両方に対して加算平均処理を行い、断層画像データＤＧ’を生成する。

【0057】

ここで、従来技術では、同じ位置で撮影した複数枚の断層画像データを加算平均することでスペックルノイズと呼ばれている干渉ノイズを低減させてシステム感度を向上させる方法が一般に用いられている。このようなノイズ低減手法は、研究レベルだけでなく商用的にも広く使われているが、撮影に要する時間が大幅に増えるという問題があった。
しかし、第２の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１によれば、２チャンネルのＡ／Ｄ変換器（第１サンプリング部２１０、第２サンプリング部２１１）を用いて同時に２つの断層画像データ（第１中間データＤＭ１、第２中間データＤＭ２）を生成するので、加算平均による高画質の断層画像を、従来の半分の撮影時間で得ることができる。

【0058】

また、スペックルノイズを効果的に低減するためには、撮影対象物Ｘの同一位置を異なる時刻（タイミング）で複数回撮影する必要があるところ、従来技術においては、当該同一位置に波長走査光Ｐを繰り返し照射して、当該照射の度に生成される断層画像データを逐次加算平均していく手法が一般的である。しかし、そうすると、例えば１回目の照射のタイミングと２回目の照射との時間間隔が開いてしまうため、その間に生じた撮影対象物Ｘの状態変化（撮影対象物Ｘの微小な位置ずれ等）により、加算平均の対象とする各断層画像データの整合性が低下し、かえって画質の低下を招くことも懸念される。
一方、第２の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１によれば、第１中間データＤＭ１の基礎となる第１サンプリングデータ列Ｄ１と、第２中間データＤＭ２の基礎となる第２サンプリングデータ列Ｄ２とは、波長走査光Ｐの１回の照射中（１回の波長走査の過程中）において、異なるタイミングで（交互に）サンプリングされた２つのサンプリングデータ列である。そうすると、加算平均処理を伴う断層画像の撮影中に撮影対象物Ｘの状態変化が生じた場合であっても、第１中間データＤＭ１と第２中間データＤＭ２との整合性が維持される。したがって、断層画像の画質を一層向上させることができる。

【0059】

なお、第２の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１は、図５に示す処理フローを実行する場合は、図３に示す処理フロー（第１の実施形態で説明した処理フロー）を実行する場合に比べ、撮影可能な深さ方向の幅が１／２となる。そこで、第２の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１は、オペレータの選択に応じて、深さ方向の幅を重視して図３に示す処理フローを実行するか、スペックルノイズ低減を重視して図５に示す処理フローを実行するか、を選択することができる態様として説明した。
しかし、他の実施形態に係る光干渉断層撮影装置１は、上述の態様に限定されることはなく、単に、図５に示す処理フローのみを実行する態様であってもよい。
また、第２の実施形態に係るＣＰＵ２２は、波長走査光Ｐの１回の照射によって取得された第１中間データＤＭ１及び第２サンプリングデータ列ＤＭ２に加え、更に、波長走査光Ｐの２回目以降の照射によって取得された第１中間データＤＭ１、第２サンプリングデータ列ＤＭ２を逐次加算平均して、断層画像データＤＧ’を生成してもよい。このようにすることで、より多くの断層画像データが加算平均されるため、スペックルノイズを一層低減させることができる。

【0060】

図７は、第１、第２の実施形態の変形例に係るＡ／Ｄ変換器の構成を説明する図である。
第１、第２の実施形態では、Ａ／Ｄ変換器２１の外部で分岐された２つの干渉信号Ｃが、Ａ／Ｄ変換器２１が有する２つの入力ポート（第１入力ポートＣＨ１、第２入力ポートＣＨ２（図２））にそれぞれ入力されるものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、図７に示すように、Ａ／Ｄ変換器２１は、何れか一方の入力ポート（例えば、第１入力ポートＣＨ１）のみから干渉信号Ｃを入力し、Ａ／Ｄ変換器２１の内部で分岐される態様であってもよい。なお、図７に示すＡ／Ｄ変換器２１は、例えば、スイッチＳの接続状態に応じて、単一の入力ポートから入力される信号を内部で分岐して２つのサンプリングでサンプリングする場合と、２つの入力ポートのそれぞれから別個の信号を入力してそれぞれをサンプリングする場合とを、使い分けることができる。
なお、この場合においては、抵抗素子Ｒ（図２）の図示を省略しているが、分岐させたときにも入力インピーダンスが５０Ωとなるように調整されるものとする。

【0061】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0062】

１ 光干渉断層撮影装置
１０ 波長走査光源ユニット
１００ 波長走査光源
１０１ 波数等間隔クロック出力部
１１０、１１１ 光カプラ
１２０、１２１ 光サーキュレータ
１３０、１３１、１３２、１３３ レンズ
１４ 可動ミラー
１５ 基準ミラー
１６ 差動光検出器
２０ コンピュータ
２１ Ａ／Ｄ変換器
２１０ 第１サンプリング部
２１１ 第２サンプリング部
２２ ＣＰＵ（断層画像生成部）
２３ 操作部
Ｘ 撮影対象物
Ｒ 抵抗素子
Ｉ インバータ
ＣＨ１ 第１入力ポート
ＣＨ２ 第２入力ポート
ＣＬＫ クロック入力ポート

【要約】

【課題】装置の高性能化や複雑なデバイスの付加を要することなく、利用者がより所望する態様で断層画像を取得することができる波長走査型光干渉断層撮影装置を提供する。
【解決手段】波長走査型光干渉断層撮影装置は、波長が走査されてなる波長走査光を出力する波長走査光源と、波長の走査の過程において、波長走査光の波数が所定の変化量だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋを出力する波数等間隔クロック出力部と、波長走査光と、当該波長走査光が撮影対象物にて反射してなる対象物反射光と、の干渉光の強度を示す干渉信号Ｃを、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち上りのタイミングでサンプリングする第１サンプリング部２１０と、干渉信号Ｃを、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号Ｋの立ち下りのタイミングでサンプリングする第２サンプリング部２１１と、を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】