光断層画像化法における補正方法
【課題】補償光学やモーショントラックなどの複雑な追加システムを用いず、３次元計測データのみを用いて被計測物体の動きによるを３次元画像の歪みを補正する方法を実現する。
【解決手段】光コヒーレンストモグラフィー１を用いて、被計測物体８の奥行き方向の軸に平行な２次元断層画像を、該２次元断層画像に垂直方向に位置をずらしながら複数取得し３次元画像を構成する光コヒーレンストモグラフィー１による光断層画像化法において、被計測物体８の移動ぶれに起因する複数取得したそれぞれの２次元断層画像の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、この検出結果に基づいて２次元断層画像の位置ずれの補正を行い、３次元画像を再構成することで、被計測物体８の移動による光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像の３次元画像の歪みを補正する。
【解決手段】光コヒーレンストモグラフィー１を用いて、被計測物体８の奥行き方向の軸に平行な２次元断層画像を、該２次元断層画像に垂直方向に位置をずらしながら複数取得し３次元画像を構成する光コヒーレンストモグラフィー１による光断層画像化法において、被計測物体８の移動ぶれに起因する複数取得したそれぞれの２次元断層画像の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、この検出結果に基づいて２次元断層画像の位置ずれの補正を行い、３次元画像を再構成することで、被計測物体８の移動による光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像の３次元画像の歪みを補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法におけるモーションアーチファクト補正法に関する。ここで、「モーションアーチファクト」とは、「被計測物体の動きによる画像歪み」を意味する用語として光コヒーレンストモグラフィーの技術分野では通常使用されている。
【背景技術】
【０００２】
医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の１つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ（探針）として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィー」（ＯＣＴ）がある（特許文献１参照）。ＯＣＴは、光を計測プローブとして用いるため、被計測物体の屈折率分布、分光情報、偏光情報（複屈折率分布）等が計測できるという利点がある。
【０００３】
基本的なＯＣＴ４３は、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図６で説明する。光源４４から射出された光は、コリメートレンズ４５で平行化された後に、ビームスプリッター４６により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ４７によって被計測物体４８に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ４７、ビームスプリッター４６に戻る。
【０００４】
一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ４９を通過した後に参照鏡５０によって反射され、再び対物レンズ４９を通してビームスプリッター４６に戻る。このようにビームスプリッター４６に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ５１に入射し光検出器５２（フォトダイオード等）に集光される。
【０００５】
ＯＣＴの光源４４は、時間的に低コヒーレンスな光（異なった時刻に光源から出た光同士は極めて干渉しにくい光）の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差（τ）を変化させながら、光検出器５２で干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号（インターフェログラム）が得られる。
【０００６】
そのインターフェログラムの形状が、被計測物体４８の奥行き方向の反射率分布を示しており、１次元の軸方向走査により被計測物体４８の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、ＯＣＴ４３では、光路長走査により、被計測物体４８の奥行き方向の構造を計測できる。
【０００７】
このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、２次元の走査を行うことで被計測物体の２次元断面画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測物体を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、被計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノミラーの角度を回転させる構成等が用いられている。
【０００８】
以上の基本的なＯＣＴが発展したものとして、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型ＯＣＴ（Swept Source OCT、略して「ＳＳ−ＯＣＴ」という。）と、分光器を用いてスペクトル信号を得るスペクトルドメインＯＣＴがあり、後者としてフーリエドメインＯＣＴ（Fourier Domain OCT、略して「ＦＤ−ＯＣＴ」という。特許文献２参照）、及び偏光感受型ＯＣＴ（Polarization-Sensitive OCT、略して「ＰＳ−ＯＣＴ」という。特許文献３参照）がある。
【０００９】
波長走査型ＯＣＴは、高速波長スキャニングレーザーにより光源の波長を変え、スペクトル信号と同期取得された光源走査信号を用いて干渉信号を最配列し、信号処理を加えることで３次元光断層画像を得るものである。なお、光源の波長を変える手段として、モノクロメーターを利用したものでも、波長走査型ＯＣＴとして利用可能である。
【００１０】
フーリエドメインＯＣＴは、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター（スペクトル分光器）で取得し、このスペクトル強度分布に対してフーリエ変換することで、実空間（ＯＣＴ信号空間）上での信号を取り出すことを特徴とするものであり、このフーリエドメインＯＣＴは、奥行き方向の走査を行う必要がなく、ｘ軸方向の走査を行うことで被計測物体の断面構造を計測可能である。
【００１１】
偏光感受型ＯＣＴは、フーリエドメインＯＣＴと同様に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルをスペクトル分光器で取得するものであるが、入射光及び参照光をそれぞれ１／２波長板、１／４波長板等を通して水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光、円偏光として、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて１／２波長板、１／４波長板等を通して、例えば水平偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換するものである。この偏光感受型ＯＣＴも、奥行き方向の走査を行う必要がない。
【特許文献１】特開２００２−３１０８９７号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５８４９号公報
【特許文献３】特開２００４−０２８９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、生体の形状を３次元計測においては、被計測物体が動き、測定時間内に被計測物体と測定器の相対的な位置関係が移動すると、被計測物体そのものの動きに由来する画像のゆがみが生じていた。
【００１３】
従来、その解決手段として、補償光学系やモーショントラック（移動を逐次測定する手段）等を用いて実時間的に計測位置の補正を行うことが主に行われている。しかしながら、補償光学系やモーショントラックは、きわめて複雑な手段であり、これらの手段を付設することは、高価であり、その取扱も面倒である。
【００１４】
即ち、従来用いられていた補償光学系は、反射像などをモニターし、その形状や位置などが測定中変化しないように形状可変鏡（鏡の表面形状をコンピュータ制御などで変形させる）等を用いて被測定物の動きを補償するように光学系を変化させるものであり、形状可変鏡、液晶光学素子、プリズムなどが用いられる。
【００１５】
被測定物のモニター計測システム、光学系の補償量の計算、光学系変形、変形後の被測定物のモニター、光学系の補償量の計算、光学系変形というフィードバックループで安定化する事が多く、システムも複雑で光学系も高価である。また、安定する保証がない。
【００１６】
モーショントラックは、上記補償光学系の簡易版であり、被測定物の特定の点をモニターし、その動きから被測定物の移動をモニターするものであり、やはり別の光学系と処理システムが必要である。
【００１７】
本発明は上記従来の問題を解決することを目的とするものであり、この解決手段として補償光学やモーショントラックなどの複雑な追加システムを用いず、３次元計測データのみを用いて、被計測物体の動きを補正する手段を実現することを課題とするものであり、具体的には、同時計測した複数の１次元画像によって構成される２次元断層画像間の初期相対的位置や歪みを画像間の相関のピーク位置の移動によって補正する手段を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は上記課題を解決するために、コヒーレンストモグラフィーを用いて、被計測物体の奥行き方向の軸に平行な２次元断層画像を、該２次元断層画像に垂直方向に位置をずらしながら複数取得し３次元画像を構成する光コヒーレンストモグラフィーによる光断層画像化法において、前記計測物体の移動ぶれに起因する前記複数取得したそれぞれの２次元断層画像の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、該検出結果に基づいて２次元断層画像の位置ずれの補正を行い、前記３次元画像を再構成することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法を提供する。
【００１９】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記デジタル相関のピークのヒストグラムをとり、平均値より大きく、また、比較的小さな偏差をもったピークを有効な相関のピークとして抽出するようにしてもよい。
【００２０】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記有効な相関のピーク位置を多項式で補完し、その０次又は１次関数による写像により被測定物体の移動による像の歪みを補正するようにしてもよい。
【００２１】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記２次元断層画像の全部、ノイズの少ない部分又は注目している部分のデータを用いて前記２次元断層画像の歪みを補正し、該補正データを前記３次元画像の画像の全体または一部に適用し前記３次元画像を再構成するようにしてもよい。
【００２２】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記２次元断層画像の画像全体の相関ではなく、被測定物体と同じ動きをする基準となる面をモニターし、その位置を基準に被測定物体の動きを補償保線するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の方法は、以上のとおりであるから、補償光学やモーショントラックなどの複雑、高価、且つ取扱が面倒な追加システムを用いず、３次元計測データのみを用いて、被計測物体の動きに由来する画像の歪みを補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法におけるモーションアーチファクト補正法の最良の形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、ＦＤ−ＯＣＴ１の全体構成を示す図である。広帯域光源２、低コヒーレンス干渉計３、及び分光器４（スペクトロメーター）とを備えている。このＦＤ−ＯＣＴ１は、低コヒーレンス干渉の原理を用いて奥行き方向の分解能を得ているため、光源として、ＳＬＤ（ スーパールミネツセントダイオード）や超短パルスレーザー等の広帯域光源２が用いられる。
【００２６】
広帯域光源２から出た光は、まずビームスプリッター５で物体光と参照光に分割される。このうち物体光は、レンズ６を通してガルバノミラー７で反射され被計測物体８（眼底などの生体試料）を照射し、そこで反射、散乱された後に分光器４に導かれる。一方、参照光はレンズ９を通して参照鏡１０（平面鏡）で反射された後に物体光と並行に分光器４に導かれる。これらの二つの光は分光器４の回折格子１１によって同時に分光され、スペクトル領域で干渉し、結果、スペクトル干渉縞がＣＣＤ１２によって計測される。
【００２７】
このスペクトル干渉縞に対して適当な信号処理を行うことで、被計測物体８のある点における深さ方向１次元の屈折率分布の微分、つまり、反射率分布を得ることが可能となる。さらに、被計測物体８上の計測点をガルバノミラー７を駆動し１次元走査することにより２次元断層画像（ＦＤ−ＯＣＴ画像）を得ることができる。
【００２８】
通常のＯＣＴでは、２次元断層画像を得るために、深さ（光軸）方向の走査（この走査を「Ａ−スキャン」と言い、この方向を「Ａ−方向」とも言う。）と、縦方向の操作（この走査を「Ｂ−スキャン」と言い、この方向を「Ｂ−方向」とも言う。）の２次元の機械的走査が必要なのに対して、ＦＤ−ＯＣＴ１では、Ａ−スキャンは不要で一回の測定で深さ方向の後方散乱データを取得することができるから、Ｂ−スキャンの１次元の機械的走査しか必要とされない。要するに、ＦＤ−ＯＣＴ１では、面内に２次元走査（Ｂ−スキャンおよびＣ−スキャン）をすることにより高速な断層計測が可能で、被計測物体８内部の３次元情報を得ることができる。
【００２９】
本発明は、以上のようなＦＤ−ＯＣＴ１において、被計測物体８の３次元データを取得し、計算機中で３次元立体画像を再構成する際、被計測物体８そのものの動きに由来する画像のゆがみを補正するために、被計測物体８の２次元断層画像を、その横方向の位置をずらしながら複数取得し（この走査を「Ｃ−スキャン」と言い、この方向を「Ｃ−方向」とも言う。）、それぞれの２次元断層の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、補正を行う方法で、計測データそのものの情報を用いて位置関係を補正することを特徴とする方法である。以下、さらに詳細に説明する。
【００３０】
ＦＤ−ＯＣＴ１において、図２（ａ）に示すように、横方向の第１の位置でのＢ−スキャンで得られる２次元断面画像Ｃ１（ｅｎ−ｆａｃｅ像）とし、第１の位置から微小距離ｓだけ横方向に移動した第２の位置でのＢ−スキャンで得られる２次元断面画像Ｃ２とする。これら２枚の画像Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ別の時間に計測されたため被計測物体８（生体）のＡ方向への運動により相対的な位置がずれている可能性がある。また、Ｂ方向にスキャンしていく時に、被計測物体８がＡ方向に運動する場合もある。
【００３１】
この２枚の画像Ｃ１、Ｃ２は被計測物体８（生体）内の別の位置情報ではあるから完全に一致することはないが、きわめて近傍（微小距離ｓ）であるので、２枚の画像Ｃ１、Ｃ２どうしには強い相関が期待される。この相関を利用して被計測物体８の運動による位置情報のずれを画像Ｃ２の変形によって補正し、画像Ｃ１に接続することにより３次元的な情報の接続を行うことができる。
【００３２】
画像Ｃ１、Ｃ２どうしの相関をとるには、図２（ｂ）に示すように、画像Ｃ１の１番目のＢ１におけるＢ−スキャンデータをＢ１１とする。図２（ｃ）に示すように、画像Ｃ２の対応するＢ２におけるＢ−スキャンデータをＢ２１とする。これらは、それぞれＢ１、Ｂ２におけるＡ方向（被計測物体８の奥行き方向）のラインデータである。
【００３３】
これら２つのラインデータの位置関係を得るため、これらの相互相関をとる。具体的にはＢ１１のフーリエ変換と、Ｂ２１のフーリエ転換の複素共役データの積をとり、その結果を逆フーリエ変換することで相関データを得ることができる。この相関のピークがデータ間の横ずれ量を表す。この手順を、画像Ｃ１、Ｃ２の全てのＢ−スキャンデータについて行いピーク位置を求める。
【００３４】
（有効な相関を取る趣旨）
被計測物体８である場合の生体データはノイズを多量に含んでいるため相関ピークのゴーストが多数現れる可能性がある。生体計測ではノイズも多く、また、構造が急速に変化する部分もあると思われるので、検出されたピークが必ずしも生体の移動に対応しているとは限らない。また、何も写っていない場所でこの補正をしても意味が無い。
【００３５】
即ち、上記Ｃ−スキャン画像（Ｃ１やＣ２）には被測定物の断層像が写っているが、何も写っていない部分やノイズの多い部分も存在する。そうした部分に適用しても相関のピークが得にくくエラーが起こってしまう。
【００３６】
（有効な相関をとる手段）
このため、有効な相関のピークを抽出する方法として、相関ピークの値のヒストグラムをとり閾値（平均値）より大きいピークを有効とする方法をとる。有効な相関ピークの抽出する方法として、相関ピークのヒストグラムをとり平均値より大きいピークを有効とする方法をとる。
【００３７】
具体的には、Ｂ１１とＢ２１の相関をとるとき、一方のデータを横ずらしして積分を求める。下記の数式１で、ＮはＢ１１およびＢ２１などのデータ数、ｘはＢ１１データの値（画像の濃度）、ｙはＢ２１のデータの値とした場合、Ｒ（ｋ）が相関の値（大きさ）になる。
【００３８】
【数１】
【００３９】
ここで、ｋは、ずらし量であり「相関距離」である。上記数式１でＲが最大になるｋの値が「相関のピーク位置」であり、Ｂ１１とＢ２１の相関が最大となるずらし量である。相関の値をｋの関数として模式的に表すと、図３（ａ）に示すギザギザの波線となる。このｋの値のうち、閾値より大きく、相関のピークの位置（ｋの値）がかけ離れていないものを選択する。
【００４０】
ここで「閾値」は、数式１のＲが相関のピークの値がＲ全体の、例えば平均値である。それより小さい相関のピークはノイズとみなす。要するに、Ｂ１１とＢ２１の相関を計算し相関のピークを検出したとき、「相関のピークの値が小さい」（図３（ｂ）参照）、即ち特定の値（通常平均値を使うことが多い）より小さいものは、ノイズとしてデータから除く。
【００４１】
そして、相関のピークの位置は被測定物の移動を表しているため、その移動量は経験的にわかっている（１ｍｍ／秒以内など）。そこで、「相関ピークの位置」について、下記の数式２で示す平均と、下記数式３で示す分散を計算する。ここで、ｋｉは「相関のピークの位置」、ｉはＢ−スキャンの位置であり、図３（ｂ）は、このＢ−スキャンの位置を横軸とし、これに対する相関のピークの位置を縦軸として模式的に示した図である。
【００４２】
【数２】
【００４３】
【数３】
【００４４】
上記「相関のピークの位置（ｋの値）がかけ離れていないものを選択する」とは、図３（ｂ）に示すように、「ピーク位置が大きくずれている」データも除外する意味である。ここで、「ピーク位置が大きくずれている」とは下記数式４を満たしているｋｉ（係数の３は一つの例であり、場合によって異なる。）ということであり、ｉはＢスキャン方向のパラメータなので、ｉを変えながらｋｉを求め、数式４を満たすかどうか確かめ、満たしていれば、「ピーク位置が大きくずれている」として除外する。換言すると、「下記数式４に示すようなｋｉをピーク位置が大きくずれているとして除外する」ということである。
【００４５】
【数４】
【００４６】
なお、図３（ｂ）に示す「シフト量」とは、Ｃ１画像を０（基準）としてＣ２画像の移動量のことである。図３（ｂ）中の点線は１つ前の画像（Ｃ１画像）の位置である。Ｃ２画像を横ずらし、あるいは、平行四辺形に変形して接続するので、そのずらし量（相関のピークの位置）をシフト量とよんでいる。実線は、有効なｋｉについて直線でフィッティングした結果得られるものである。
【００４７】
（相関のピークから補正する手段）
こうして有効なピークが抽出されるが、有効な相関のピークの位置について、多項式でフィッティングを行う。計測中の生体の動きはそれほど大きくないので、メジアンシフト、あるいは１次関数が有効である。従って、Ｃ２画像はＣ１画像に対して、Ａ−方向に横ずれ、あるいは平行四辺形に変形すれば相対的な位置関係を保つことができる。
【００４８】
これをさらに詳しく説明する。生体の運動はなめらかであるとして相関のピークの位置を低次多項式（０次または１次関数）で近似し、すべてのＡ−スキャン画像を１つの関数で移動（写像）する。ここで、「１つの関数」とは、ＢＸ１像すべてについて、位置によらず、同じ関数で移動、変形（写像）するということである。これは、計測時間内で被測定物の動きは滑らかであるという前提があるからである。
【００４９】
即ち、Ｃ１画像とＣ２画像を接続するために、Ｂ１１像とＢ２１の関係を決めるのに、ＢＸ１について全部同じシフト量を与えるとＣ２画像をそのシフト量分だけずらしてＣ１画像に接続する。この場合０次関数で近似（フィッティング）したことになり、この０次関数（横ずれ）でフィッティングした、Ｃ１画像とＣ２画像のずれ量を、前述のとおり、「シフト量」と言うが、この「シフト量」の分だけ横ずらしして重ねると３次元像のモーションアーチファクトが補正される。
【００５０】
このようにしてＣ１画像を基準としてＣ２画像を接続して３次元画像を作る場合、Ｂ−スキャン及びＣ−スキャン中に運動があるため、Ｃ１に対してＣ２をＡ−スキャン方向に移動して接続する必要がある。Ｂ−スキャン中に被計測物体８の動きがなければ、Ｃ１画像とＣ２画像の接続は、単なる横ずらし（横移動）で良いが、Ｃ２画像取得中、つまり、Ｂ−スキャン中に被計測物体８に動きがある場合、Ｃ２画像を平行四辺形に変形してＣ１画像と接続する。１次関数でフィッティングすれば、右上がりまたは右下がりの直線になる。
【００５１】
以上のとおり補正されたＣ−スキャン画像を積み重ねていくことにより３次元像を構築することができる。このような補正を行わないと、Ｃ−スキャン方向に波打った画像となってしまう。
【００５２】
（別の補正手段）
上記とは異なる方法での補正方法を以下に説明する。この方法では、ＯＣＴにおいて参照鏡１０を複数おくことで、複数の参照面を設定することができる。例えば、眼球の場合、１つの参照面で前眼部（角膜など）を計測し、第２の参照面で網膜などを測定する事が可能となる。
【００５３】
これら２つの計測を同時に１枚のＡ−Ｂ−スキャン画像（特定のＣ−スキャン画像）に記録することができまる。角膜の形状が既知であれば、それを基準に複数のＣ−スキャン画像を接続し３次元画像を構築することができる。この場合、網膜のモーションアーチファクトを補正できる。
【００５４】
この補正方法では、２次元断層画像全体の相関（画像として記録されている物の相関）ではなく、被測定物体と同じ動きをする基準となる面をモニターし、その位置を基準に被測定物体の動きを補正するのであり、上記の例では角膜と網膜は眼球で一体なので同じ動きをすると期待され、角膜の形状はあらかじめわかっているので、その面をモニターし、複数の画像に含まれる像がなめらかにつながるように相関のピークをとって、角膜の位置（というか形状）その位置だけずらして接続する方法である。
【実施例２】
【００５５】
図４は、実施例２のＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴ１３（偏光感受型スペクトル干渉トモグラフィー装置）の全体構成を示す図である。実施例１と同様に、広帯域光源２、低コヒーレンス干渉計３（マイケルソン干渉計）、及び分光器４（スペクトロメーター）とを備えている。具体的な構成について、以下、作用とともに説明する。
【００５６】
広帯域光源２から出た光は、光ウェッジ１４によりパワーを減少された後、偏光子１５により水平直線偏光（以下「Ｈ」という）となる。そして、入射光の偏光状態を、１／２波長板１６と１／４波長板１７により、水平直線偏光（Ｈ）、垂直直線偏光（以下「Ｖ」という）、４５°直線偏光（以下「Ｐ」という）及び右周り円偏光（以下「Ｒ」という）の４通りのいずれかに選択的に調整し、ビームスプリッター５で参照光と被計測物体８に入射する光とに分ける。
【００５７】
ビームスプリッター５で分けられた参照光は、参照光光学系の参照鏡１０、２枚の１／４波長板１８、１９により、偏光状態がＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒとなるように調整されビームスプリッター５に再び入射される。一方、被計測物体８に入射する光はレンズ６により被計測物体８上の１点に集光され、反射され物体光としてビームスプリッター５に向かう。ビームスプリッター５は、上記入射してくる参照光を透過させ物体光を４５°反射させて、両者を重ね合わせる。
【００５８】
このようにして重ね合わせられてビームスプリッター５から出てくる偏光状態がＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒとなるように調整された参照光と、被計測物体８から反射してきた物体光は、ミラー２０で反射されてから１／４波長板２１及び１／２波長板２２を通して偏光状態をＨにされ、回折格子１１、レンズ２３及びＣＣＤ１２からなる分光器４に入射する。
【００５９】
このように特定偏光の参照光（Ｈ、Ｖ、Ｐ、Ｒのいずれかの偏光状態の参照光）と物体光を干渉させることにより、物体光の特定偏光成分だけがＣＣＤ１２上にスペクトル干渉縞を作り、その結果、物体光のうち参照光と同じ偏光状態をもつ成分だけを信号として取り出すことができる。そして、このスペクトル干渉縞をコンピュータ（図示せず。）に取り込み、画像のｙ軸のある１点から横１行を抜き取って離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier transform、ＦＦＴ：Fast Fourier transform）により空間的なフーリエ変換を計算する。
【００６０】
これにより、参照光と物体光との一次元相関信号が得られる。さらにこれらの信号強度を組み合わせてミュラー行列（Mueller matrix）を求めることにより、被計測物体８の内部の偏光情報を捉えることができる。
【００６１】
この実施例２は、実施例１と同様に、被計測物体８そのものの動きに由来する画像のゆがみを補正するために、被計測物体８の２次元断層画像を、その横方向の位置をずらしながら複数取得し（この走査を「Ｃ−スキャン」と言い、この方向を「Ｃ−方向」とも言う。）、それぞれの２次元断層の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、補正を行う方法であり、計測データそのものの情報を用いて位置関係を補正することを特徴とする方法であり、その詳細は、実施例１と全く同じであるから、その説明は省略する。
【実施例３】
【００６２】
図５は、本発明の実施例３の補正方法を適用する波長走査型ＯＣＴ２４の全体構成を示す図である。波長走査型光源２５から出射された出力光を、ファイバ２６を通してファイバカップラー２７に送る。この出力光を、ファイバカップラー２７において、ファイバ２８を通して被計測物体２９への照射する物体光と、ファイバ３０を通して固定参照鏡３１に照射する参照光に分割する。
【００６３】
物体光は、ファイバ２８、レンズ３２、角度が可変な走査鏡３３及びレンズ３４を介して、被計測物体２９に照射、反射され、同じルートでファイバカップラー２７に戻る。参照光は、ファイバ３０、レンズ３５及びレンズ３６を介して固定参照鏡３１に照射、反射されて同じルートでファイバカップラー２７に戻る。
【００６４】
そして、これらの物体光と参照光はファイバカップラー２７で重ねられ、ファイバ３７を通して光検知器３８（ＰＤ（フォトダイオード）等のポイントセンサが使用される。）に送られ、スペクトル干渉信号として検出され、コンピュータ３９に取り込まれる。光検知器３８における検知出力に基づいて、被計測物体２９の奥行き方向（Ａ方向）と走査鏡の走査方向（Ｂ方向）の断面画像が形成される。コンピュータ３９にはディスプレー４０が接続されている。
【００６５】
ここで、波長走査型光源２５は、時間的に波長を変化させて走査する光源であり、即ち波長が時間依存性を有する光源である。これにより、固定参照鏡３１を走査（移動。Ａ−スキャン）することなく、 被計測物体２９の奥行き方向の反射率分布を得て奥行き方向の構造を取得することができ、１次方向の走査（Ｂ−スキャン）をするだけで、二次元の断層画像を形成することができる。
【００６６】
この実施例３は、実施例１と同様に、被計測物体２９そのものの動きに由来する画像のゆがみを補正するために、被計測物体２９の２次元断層画像を、その横方向の位置をずらしながら複数取得し、それぞれの２次元断層の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、補正を行う方法であり、計測データそのものの情報を用いて位置関係を補正することを特徴とする方法であり、その詳細は、実施例１と全く同じであるから、その説明は省略する。
【００６７】
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の補正方法は、補償光学やモーショントラックなどの複雑な追加システムを用いず構成が簡単となり、３次元計測データのみを用いて被計測物体の動きを補正して画像の歪みを少なくすることができるから、特に、眼底検査等、生体試料の動きやぶれで画像が歪むと正確な検査のできないような眼科等の医療分野における光断層画像化装置の補正方法として適用すると有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例１を適用するＦＤ−ＯＣＴの全体構成を示す図である。
【図２】実施例１の原理、作用を説明するための模式的な説明図である。
【図３】（ａ）は相関の値（大きさ）を相関距離ｋの関数として模式的に表した図であり、（ｂ）はＢ−スキャンに対する相関ピーク位置を示す図である。
【図４】本発明の実施例２を適用するＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴの全体構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例３を適用するＳＳ−ＯＣＴの全体構成を示す図である。
【図６】従来のＯＣＴを説明する図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ ＦＤ−ＯＣＴ
２ 広帯域光源
３ 低コヒーレンス干渉計
４ 分光器
５ ビームスプリッター
６、９、２３、３２、３４、３５、３６ レンズ
７ ガルバノミラー
８ 被計測物体
１０ 参照鏡
１１ 回折格子
１２ ＣＣＤ
１３ ＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴ
１４ 光ウェッジ
１５ 偏光子
１６、２２ １／２波長板
１７、１８、１９、２１ １／４波長板
２０ ミラー
２４ 波長走査型ＯＣＴ
２５ 波長走査型光源
２６、２８、３７ ファイバ
２７ ファイバカップラー
２９、４８ 被計測物体
３０ ファイバ
３１ 固定参照鏡
３３ 走査鏡
３８ 光検知器
３９ コンピュータ
４０ ディスプレー
４３ ＯＣＴ
４４ 光源
４５ コリメートレンズ
４６ ビームスプリッター
４７ 物体アーム内の対物レンズ
４９ 参照アーム内の対物レンズ
５０ 参照鏡
５１ 集光レンズ
５２ （フォトダイオード等）光検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法におけるモーションアーチファクト補正法に関する。ここで、「モーションアーチファクト」とは、「被計測物体の動きによる画像歪み」を意味する用語として光コヒーレンストモグラフィーの技術分野では通常使用されている。
【背景技術】
【０００２】
医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の１つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ（探針）として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィー」（ＯＣＴ）がある（特許文献１参照）。ＯＣＴは、光を計測プローブとして用いるため、被計測物体の屈折率分布、分光情報、偏光情報（複屈折率分布）等が計測できるという利点がある。
【０００３】
基本的なＯＣＴ４３は、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図６で説明する。光源４４から射出された光は、コリメートレンズ４５で平行化された後に、ビームスプリッター４６により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ４７によって被計測物体４８に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ４７、ビームスプリッター４６に戻る。
【０００４】
一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ４９を通過した後に参照鏡５０によって反射され、再び対物レンズ４９を通してビームスプリッター４６に戻る。このようにビームスプリッター４６に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ５１に入射し光検出器５２（フォトダイオード等）に集光される。
【０００５】
ＯＣＴの光源４４は、時間的に低コヒーレンスな光（異なった時刻に光源から出た光同士は極めて干渉しにくい光）の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差（τ）を変化させながら、光検出器５２で干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号（インターフェログラム）が得られる。
【０００６】
そのインターフェログラムの形状が、被計測物体４８の奥行き方向の反射率分布を示しており、１次元の軸方向走査により被計測物体４８の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、ＯＣＴ４３では、光路長走査により、被計測物体４８の奥行き方向の構造を計測できる。
【０００７】
このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、２次元の走査を行うことで被計測物体の２次元断面画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測物体を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、被計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノミラーの角度を回転させる構成等が用いられている。
【０００８】
以上の基本的なＯＣＴが発展したものとして、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型ＯＣＴ（Swept Source OCT、略して「ＳＳ−ＯＣＴ」という。）と、分光器を用いてスペクトル信号を得るスペクトルドメインＯＣＴがあり、後者としてフーリエドメインＯＣＴ（Fourier Domain OCT、略して「ＦＤ−ＯＣＴ」という。特許文献２参照）、及び偏光感受型ＯＣＴ（Polarization-Sensitive OCT、略して「ＰＳ−ＯＣＴ」という。特許文献３参照）がある。
【０００９】
波長走査型ＯＣＴは、高速波長スキャニングレーザーにより光源の波長を変え、スペクトル信号と同期取得された光源走査信号を用いて干渉信号を最配列し、信号処理を加えることで３次元光断層画像を得るものである。なお、光源の波長を変える手段として、モノクロメーターを利用したものでも、波長走査型ＯＣＴとして利用可能である。
【００１０】
フーリエドメインＯＣＴは、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター（スペクトル分光器）で取得し、このスペクトル強度分布に対してフーリエ変換することで、実空間（ＯＣＴ信号空間）上での信号を取り出すことを特徴とするものであり、このフーリエドメインＯＣＴは、奥行き方向の走査を行う必要がなく、ｘ軸方向の走査を行うことで被計測物体の断面構造を計測可能である。
【００１１】
偏光感受型ＯＣＴは、フーリエドメインＯＣＴと同様に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルをスペクトル分光器で取得するものであるが、入射光及び参照光をそれぞれ１／２波長板、１／４波長板等を通して水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光、円偏光として、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて１／２波長板、１／４波長板等を通して、例えば水平偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換するものである。この偏光感受型ＯＣＴも、奥行き方向の走査を行う必要がない。
【特許文献１】特開２００２−３１０８９７号公報
【特許文献２】特開平１１−３２５８４９号公報
【特許文献３】特開２００４−０２８９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、生体の形状を３次元計測においては、被計測物体が動き、測定時間内に被計測物体と測定器の相対的な位置関係が移動すると、被計測物体そのものの動きに由来する画像のゆがみが生じていた。
【００１３】
従来、その解決手段として、補償光学系やモーショントラック（移動を逐次測定する手段）等を用いて実時間的に計測位置の補正を行うことが主に行われている。しかしながら、補償光学系やモーショントラックは、きわめて複雑な手段であり、これらの手段を付設することは、高価であり、その取扱も面倒である。
【００１４】
即ち、従来用いられていた補償光学系は、反射像などをモニターし、その形状や位置などが測定中変化しないように形状可変鏡（鏡の表面形状をコンピュータ制御などで変形させる）等を用いて被測定物の動きを補償するように光学系を変化させるものであり、形状可変鏡、液晶光学素子、プリズムなどが用いられる。
【００１５】
被測定物のモニター計測システム、光学系の補償量の計算、光学系変形、変形後の被測定物のモニター、光学系の補償量の計算、光学系変形というフィードバックループで安定化する事が多く、システムも複雑で光学系も高価である。また、安定する保証がない。
【００１６】
モーショントラックは、上記補償光学系の簡易版であり、被測定物の特定の点をモニターし、その動きから被測定物の移動をモニターするものであり、やはり別の光学系と処理システムが必要である。
【００１７】
本発明は上記従来の問題を解決することを目的とするものであり、この解決手段として補償光学やモーショントラックなどの複雑な追加システムを用いず、３次元計測データのみを用いて、被計測物体の動きを補正する手段を実現することを課題とするものであり、具体的には、同時計測した複数の１次元画像によって構成される２次元断層画像間の初期相対的位置や歪みを画像間の相関のピーク位置の移動によって補正する手段を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は上記課題を解決するために、コヒーレンストモグラフィーを用いて、被計測物体の奥行き方向の軸に平行な２次元断層画像を、該２次元断層画像に垂直方向に位置をずらしながら複数取得し３次元画像を構成する光コヒーレンストモグラフィーによる光断層画像化法において、前記計測物体の移動ぶれに起因する前記複数取得したそれぞれの２次元断層画像の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、該検出結果に基づいて２次元断層画像の位置ずれの補正を行い、前記３次元画像を再構成することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法を提供する。
【００１９】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記デジタル相関のピークのヒストグラムをとり、平均値より大きく、また、比較的小さな偏差をもったピークを有効な相関のピークとして抽出するようにしてもよい。
【００２０】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記有効な相関のピーク位置を多項式で補完し、その０次又は１次関数による写像により被測定物体の移動による像の歪みを補正するようにしてもよい。
【００２１】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記２次元断層画像の全部、ノイズの少ない部分又は注目している部分のデータを用いて前記２次元断層画像の歪みを補正し、該補正データを前記３次元画像の画像の全体または一部に適用し前記３次元画像を再構成するようにしてもよい。
【００２２】
前記光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による前記３次元画像の歪みを補正する方法では、前記２次元断層画像の画像全体の相関ではなく、被測定物体と同じ動きをする基準となる面をモニターし、その位置を基準に被測定物体の動きを補償保線するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の方法は、以上のとおりであるから、補償光学やモーショントラックなどの複雑、高価、且つ取扱が面倒な追加システムを用いず、３次元計測データのみを用いて、被計測物体の動きに由来する画像の歪みを補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法におけるモーションアーチファクト補正法の最良の形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、ＦＤ−ＯＣＴ１の全体構成を示す図である。広帯域光源２、低コヒーレンス干渉計３、及び分光器４（スペクトロメーター）とを備えている。このＦＤ−ＯＣＴ１は、低コヒーレンス干渉の原理を用いて奥行き方向の分解能を得ているため、光源として、ＳＬＤ（ スーパールミネツセントダイオード）や超短パルスレーザー等の広帯域光源２が用いられる。
【００２６】
広帯域光源２から出た光は、まずビームスプリッター５で物体光と参照光に分割される。このうち物体光は、レンズ６を通してガルバノミラー７で反射され被計測物体８（眼底などの生体試料）を照射し、そこで反射、散乱された後に分光器４に導かれる。一方、参照光はレンズ９を通して参照鏡１０（平面鏡）で反射された後に物体光と並行に分光器４に導かれる。これらの二つの光は分光器４の回折格子１１によって同時に分光され、スペクトル領域で干渉し、結果、スペクトル干渉縞がＣＣＤ１２によって計測される。
【００２７】
このスペクトル干渉縞に対して適当な信号処理を行うことで、被計測物体８のある点における深さ方向１次元の屈折率分布の微分、つまり、反射率分布を得ることが可能となる。さらに、被計測物体８上の計測点をガルバノミラー７を駆動し１次元走査することにより２次元断層画像（ＦＤ−ＯＣＴ画像）を得ることができる。
【００２８】
通常のＯＣＴでは、２次元断層画像を得るために、深さ（光軸）方向の走査（この走査を「Ａ−スキャン」と言い、この方向を「Ａ−方向」とも言う。）と、縦方向の操作（この走査を「Ｂ−スキャン」と言い、この方向を「Ｂ−方向」とも言う。）の２次元の機械的走査が必要なのに対して、ＦＤ−ＯＣＴ１では、Ａ−スキャンは不要で一回の測定で深さ方向の後方散乱データを取得することができるから、Ｂ−スキャンの１次元の機械的走査しか必要とされない。要するに、ＦＤ−ＯＣＴ１では、面内に２次元走査（Ｂ−スキャンおよびＣ−スキャン）をすることにより高速な断層計測が可能で、被計測物体８内部の３次元情報を得ることができる。
【００２９】
本発明は、以上のようなＦＤ−ＯＣＴ１において、被計測物体８の３次元データを取得し、計算機中で３次元立体画像を再構成する際、被計測物体８そのものの動きに由来する画像のゆがみを補正するために、被計測物体８の２次元断層画像を、その横方向の位置をずらしながら複数取得し（この走査を「Ｃ−スキャン」と言い、この方向を「Ｃ−方向」とも言う。）、それぞれの２次元断層の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、補正を行う方法で、計測データそのものの情報を用いて位置関係を補正することを特徴とする方法である。以下、さらに詳細に説明する。
【００３０】
ＦＤ−ＯＣＴ１において、図２（ａ）に示すように、横方向の第１の位置でのＢ−スキャンで得られる２次元断面画像Ｃ１（ｅｎ−ｆａｃｅ像）とし、第１の位置から微小距離ｓだけ横方向に移動した第２の位置でのＢ−スキャンで得られる２次元断面画像Ｃ２とする。これら２枚の画像Ｃ１、Ｃ２は、それぞれ別の時間に計測されたため被計測物体８（生体）のＡ方向への運動により相対的な位置がずれている可能性がある。また、Ｂ方向にスキャンしていく時に、被計測物体８がＡ方向に運動する場合もある。
【００３１】
この２枚の画像Ｃ１、Ｃ２は被計測物体８（生体）内の別の位置情報ではあるから完全に一致することはないが、きわめて近傍（微小距離ｓ）であるので、２枚の画像Ｃ１、Ｃ２どうしには強い相関が期待される。この相関を利用して被計測物体８の運動による位置情報のずれを画像Ｃ２の変形によって補正し、画像Ｃ１に接続することにより３次元的な情報の接続を行うことができる。
【００３２】
画像Ｃ１、Ｃ２どうしの相関をとるには、図２（ｂ）に示すように、画像Ｃ１の１番目のＢ１におけるＢ−スキャンデータをＢ１１とする。図２（ｃ）に示すように、画像Ｃ２の対応するＢ２におけるＢ−スキャンデータをＢ２１とする。これらは、それぞれＢ１、Ｂ２におけるＡ方向（被計測物体８の奥行き方向）のラインデータである。
【００３３】
これら２つのラインデータの位置関係を得るため、これらの相互相関をとる。具体的にはＢ１１のフーリエ変換と、Ｂ２１のフーリエ転換の複素共役データの積をとり、その結果を逆フーリエ変換することで相関データを得ることができる。この相関のピークがデータ間の横ずれ量を表す。この手順を、画像Ｃ１、Ｃ２の全てのＢ−スキャンデータについて行いピーク位置を求める。
【００３４】
（有効な相関を取る趣旨）
被計測物体８である場合の生体データはノイズを多量に含んでいるため相関ピークのゴーストが多数現れる可能性がある。生体計測ではノイズも多く、また、構造が急速に変化する部分もあると思われるので、検出されたピークが必ずしも生体の移動に対応しているとは限らない。また、何も写っていない場所でこの補正をしても意味が無い。
【００３５】
即ち、上記Ｃ−スキャン画像（Ｃ１やＣ２）には被測定物の断層像が写っているが、何も写っていない部分やノイズの多い部分も存在する。そうした部分に適用しても相関のピークが得にくくエラーが起こってしまう。
【００３６】
（有効な相関をとる手段）
このため、有効な相関のピークを抽出する方法として、相関ピークの値のヒストグラムをとり閾値（平均値）より大きいピークを有効とする方法をとる。有効な相関ピークの抽出する方法として、相関ピークのヒストグラムをとり平均値より大きいピークを有効とする方法をとる。
【００３７】
具体的には、Ｂ１１とＢ２１の相関をとるとき、一方のデータを横ずらしして積分を求める。下記の数式１で、ＮはＢ１１およびＢ２１などのデータ数、ｘはＢ１１データの値（画像の濃度）、ｙはＢ２１のデータの値とした場合、Ｒ（ｋ）が相関の値（大きさ）になる。
【００３８】
【数１】
【００３９】
ここで、ｋは、ずらし量であり「相関距離」である。上記数式１でＲが最大になるｋの値が「相関のピーク位置」であり、Ｂ１１とＢ２１の相関が最大となるずらし量である。相関の値をｋの関数として模式的に表すと、図３（ａ）に示すギザギザの波線となる。このｋの値のうち、閾値より大きく、相関のピークの位置（ｋの値）がかけ離れていないものを選択する。
【００４０】
ここで「閾値」は、数式１のＲが相関のピークの値がＲ全体の、例えば平均値である。それより小さい相関のピークはノイズとみなす。要するに、Ｂ１１とＢ２１の相関を計算し相関のピークを検出したとき、「相関のピークの値が小さい」（図３（ｂ）参照）、即ち特定の値（通常平均値を使うことが多い）より小さいものは、ノイズとしてデータから除く。
【００４１】
そして、相関のピークの位置は被測定物の移動を表しているため、その移動量は経験的にわかっている（１ｍｍ／秒以内など）。そこで、「相関ピークの位置」について、下記の数式２で示す平均と、下記数式３で示す分散を計算する。ここで、ｋｉは「相関のピークの位置」、ｉはＢ−スキャンの位置であり、図３（ｂ）は、このＢ−スキャンの位置を横軸とし、これに対する相関のピークの位置を縦軸として模式的に示した図である。
【００４２】
【数２】
【００４３】
【数３】
【００４４】
上記「相関のピークの位置（ｋの値）がかけ離れていないものを選択する」とは、図３（ｂ）に示すように、「ピーク位置が大きくずれている」データも除外する意味である。ここで、「ピーク位置が大きくずれている」とは下記数式４を満たしているｋｉ（係数の３は一つの例であり、場合によって異なる。）ということであり、ｉはＢスキャン方向のパラメータなので、ｉを変えながらｋｉを求め、数式４を満たすかどうか確かめ、満たしていれば、「ピーク位置が大きくずれている」として除外する。換言すると、「下記数式４に示すようなｋｉをピーク位置が大きくずれているとして除外する」ということである。
【００４５】
【数４】
【００４６】
なお、図３（ｂ）に示す「シフト量」とは、Ｃ１画像を０（基準）としてＣ２画像の移動量のことである。図３（ｂ）中の点線は１つ前の画像（Ｃ１画像）の位置である。Ｃ２画像を横ずらし、あるいは、平行四辺形に変形して接続するので、そのずらし量（相関のピークの位置）をシフト量とよんでいる。実線は、有効なｋｉについて直線でフィッティングした結果得られるものである。
【００４７】
（相関のピークから補正する手段）
こうして有効なピークが抽出されるが、有効な相関のピークの位置について、多項式でフィッティングを行う。計測中の生体の動きはそれほど大きくないので、メジアンシフト、あるいは１次関数が有効である。従って、Ｃ２画像はＣ１画像に対して、Ａ−方向に横ずれ、あるいは平行四辺形に変形すれば相対的な位置関係を保つことができる。
【００４８】
これをさらに詳しく説明する。生体の運動はなめらかであるとして相関のピークの位置を低次多項式（０次または１次関数）で近似し、すべてのＡ−スキャン画像を１つの関数で移動（写像）する。ここで、「１つの関数」とは、ＢＸ１像すべてについて、位置によらず、同じ関数で移動、変形（写像）するということである。これは、計測時間内で被測定物の動きは滑らかであるという前提があるからである。
【００４９】
即ち、Ｃ１画像とＣ２画像を接続するために、Ｂ１１像とＢ２１の関係を決めるのに、ＢＸ１について全部同じシフト量を与えるとＣ２画像をそのシフト量分だけずらしてＣ１画像に接続する。この場合０次関数で近似（フィッティング）したことになり、この０次関数（横ずれ）でフィッティングした、Ｃ１画像とＣ２画像のずれ量を、前述のとおり、「シフト量」と言うが、この「シフト量」の分だけ横ずらしして重ねると３次元像のモーションアーチファクトが補正される。
【００５０】
このようにしてＣ１画像を基準としてＣ２画像を接続して３次元画像を作る場合、Ｂ−スキャン及びＣ−スキャン中に運動があるため、Ｃ１に対してＣ２をＡ−スキャン方向に移動して接続する必要がある。Ｂ−スキャン中に被計測物体８の動きがなければ、Ｃ１画像とＣ２画像の接続は、単なる横ずらし（横移動）で良いが、Ｃ２画像取得中、つまり、Ｂ−スキャン中に被計測物体８に動きがある場合、Ｃ２画像を平行四辺形に変形してＣ１画像と接続する。１次関数でフィッティングすれば、右上がりまたは右下がりの直線になる。
【００５１】
以上のとおり補正されたＣ−スキャン画像を積み重ねていくことにより３次元像を構築することができる。このような補正を行わないと、Ｃ−スキャン方向に波打った画像となってしまう。
【００５２】
（別の補正手段）
上記とは異なる方法での補正方法を以下に説明する。この方法では、ＯＣＴにおいて参照鏡１０を複数おくことで、複数の参照面を設定することができる。例えば、眼球の場合、１つの参照面で前眼部（角膜など）を計測し、第２の参照面で網膜などを測定する事が可能となる。
【００５３】
これら２つの計測を同時に１枚のＡ−Ｂ−スキャン画像（特定のＣ−スキャン画像）に記録することができまる。角膜の形状が既知であれば、それを基準に複数のＣ−スキャン画像を接続し３次元画像を構築することができる。この場合、網膜のモーションアーチファクトを補正できる。
【００５４】
この補正方法では、２次元断層画像全体の相関（画像として記録されている物の相関）ではなく、被測定物体と同じ動きをする基準となる面をモニターし、その位置を基準に被測定物体の動きを補正するのであり、上記の例では角膜と網膜は眼球で一体なので同じ動きをすると期待され、角膜の形状はあらかじめわかっているので、その面をモニターし、複数の画像に含まれる像がなめらかにつながるように相関のピークをとって、角膜の位置（というか形状）その位置だけずらして接続する方法である。
【実施例２】
【００５５】
図４は、実施例２のＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴ１３（偏光感受型スペクトル干渉トモグラフィー装置）の全体構成を示す図である。実施例１と同様に、広帯域光源２、低コヒーレンス干渉計３（マイケルソン干渉計）、及び分光器４（スペクトロメーター）とを備えている。具体的な構成について、以下、作用とともに説明する。
【００５６】
広帯域光源２から出た光は、光ウェッジ１４によりパワーを減少された後、偏光子１５により水平直線偏光（以下「Ｈ」という）となる。そして、入射光の偏光状態を、１／２波長板１６と１／４波長板１７により、水平直線偏光（Ｈ）、垂直直線偏光（以下「Ｖ」という）、４５°直線偏光（以下「Ｐ」という）及び右周り円偏光（以下「Ｒ」という）の４通りのいずれかに選択的に調整し、ビームスプリッター５で参照光と被計測物体８に入射する光とに分ける。
【００５７】
ビームスプリッター５で分けられた参照光は、参照光光学系の参照鏡１０、２枚の１／４波長板１８、１９により、偏光状態がＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒとなるように調整されビームスプリッター５に再び入射される。一方、被計測物体８に入射する光はレンズ６により被計測物体８上の１点に集光され、反射され物体光としてビームスプリッター５に向かう。ビームスプリッター５は、上記入射してくる参照光を透過させ物体光を４５°反射させて、両者を重ね合わせる。
【００５８】
このようにして重ね合わせられてビームスプリッター５から出てくる偏光状態がＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒとなるように調整された参照光と、被計測物体８から反射してきた物体光は、ミラー２０で反射されてから１／４波長板２１及び１／２波長板２２を通して偏光状態をＨにされ、回折格子１１、レンズ２３及びＣＣＤ１２からなる分光器４に入射する。
【００５９】
このように特定偏光の参照光（Ｈ、Ｖ、Ｐ、Ｒのいずれかの偏光状態の参照光）と物体光を干渉させることにより、物体光の特定偏光成分だけがＣＣＤ１２上にスペクトル干渉縞を作り、その結果、物体光のうち参照光と同じ偏光状態をもつ成分だけを信号として取り出すことができる。そして、このスペクトル干渉縞をコンピュータ（図示せず。）に取り込み、画像のｙ軸のある１点から横１行を抜き取って離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier transform、ＦＦＴ：Fast Fourier transform）により空間的なフーリエ変換を計算する。
【００６０】
これにより、参照光と物体光との一次元相関信号が得られる。さらにこれらの信号強度を組み合わせてミュラー行列（Mueller matrix）を求めることにより、被計測物体８の内部の偏光情報を捉えることができる。
【００６１】
この実施例２は、実施例１と同様に、被計測物体８そのものの動きに由来する画像のゆがみを補正するために、被計測物体８の２次元断層画像を、その横方向の位置をずらしながら複数取得し（この走査を「Ｃ−スキャン」と言い、この方向を「Ｃ−方向」とも言う。）、それぞれの２次元断層の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、補正を行う方法であり、計測データそのものの情報を用いて位置関係を補正することを特徴とする方法であり、その詳細は、実施例１と全く同じであるから、その説明は省略する。
【実施例３】
【００６２】
図５は、本発明の実施例３の補正方法を適用する波長走査型ＯＣＴ２４の全体構成を示す図である。波長走査型光源２５から出射された出力光を、ファイバ２６を通してファイバカップラー２７に送る。この出力光を、ファイバカップラー２７において、ファイバ２８を通して被計測物体２９への照射する物体光と、ファイバ３０を通して固定参照鏡３１に照射する参照光に分割する。
【００６３】
物体光は、ファイバ２８、レンズ３２、角度が可変な走査鏡３３及びレンズ３４を介して、被計測物体２９に照射、反射され、同じルートでファイバカップラー２７に戻る。参照光は、ファイバ３０、レンズ３５及びレンズ３６を介して固定参照鏡３１に照射、反射されて同じルートでファイバカップラー２７に戻る。
【００６４】
そして、これらの物体光と参照光はファイバカップラー２７で重ねられ、ファイバ３７を通して光検知器３８（ＰＤ（フォトダイオード）等のポイントセンサが使用される。）に送られ、スペクトル干渉信号として検出され、コンピュータ３９に取り込まれる。光検知器３８における検知出力に基づいて、被計測物体２９の奥行き方向（Ａ方向）と走査鏡の走査方向（Ｂ方向）の断面画像が形成される。コンピュータ３９にはディスプレー４０が接続されている。
【００６５】
ここで、波長走査型光源２５は、時間的に波長を変化させて走査する光源であり、即ち波長が時間依存性を有する光源である。これにより、固定参照鏡３１を走査（移動。Ａ−スキャン）することなく、 被計測物体２９の奥行き方向の反射率分布を得て奥行き方向の構造を取得することができ、１次方向の走査（Ｂ−スキャン）をするだけで、二次元の断層画像を形成することができる。
【００６６】
この実施例３は、実施例１と同様に、被計測物体２９そのものの動きに由来する画像のゆがみを補正するために、被計測物体２９の２次元断層画像を、その横方向の位置をずらしながら複数取得し、それぞれの２次元断層の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、補正を行う方法であり、計測データそのものの情報を用いて位置関係を補正することを特徴とする方法であり、その詳細は、実施例１と全く同じであるから、その説明は省略する。
【００６７】
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の補正方法は、補償光学やモーショントラックなどの複雑な追加システムを用いず構成が簡単となり、３次元計測データのみを用いて被計測物体の動きを補正して画像の歪みを少なくすることができるから、特に、眼底検査等、生体試料の動きやぶれで画像が歪むと正確な検査のできないような眼科等の医療分野における光断層画像化装置の補正方法として適用すると有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例１を適用するＦＤ−ＯＣＴの全体構成を示す図である。
【図２】実施例１の原理、作用を説明するための模式的な説明図である。
【図３】（ａ）は相関の値（大きさ）を相関距離ｋの関数として模式的に表した図であり、（ｂ）はＢ−スキャンに対する相関ピーク位置を示す図である。
【図４】本発明の実施例２を適用するＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴの全体構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例３を適用するＳＳ−ＯＣＴの全体構成を示す図である。
【図６】従来のＯＣＴを説明する図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ ＦＤ−ＯＣＴ
２ 広帯域光源
３ 低コヒーレンス干渉計
４ 分光器
５ ビームスプリッター
６、９、２３、３２、３４、３５、３６ レンズ
７ ガルバノミラー
８ 被計測物体
１０ 参照鏡
１１ 回折格子
１２ ＣＣＤ
１３ ＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴ
１４ 光ウェッジ
１５ 偏光子
１６、２２ １／２波長板
１７、１８、１９、２１ １／４波長板
２０ ミラー
２４ 波長走査型ＯＣＴ
２５ 波長走査型光源
２６、２８、３７ ファイバ
２７ ファイバカップラー
２９、４８ 被計測物体
３０ ファイバ
３１ 固定参照鏡
３３ 走査鏡
３８ 光検知器
３９ コンピュータ
４０ ディスプレー
４３ ＯＣＴ
４４ 光源
４５ コリメートレンズ
４６ ビームスプリッター
４７ 物体アーム内の対物レンズ
４９ 参照アーム内の対物レンズ
５０ 参照鏡
５１ 集光レンズ
５２ （フォトダイオード等）光検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光コヒーレンストモグラフィーを用いて、被計測物体の奥行き方向の軸に平行な２次元断層画像を、該２次元断層画像に垂直方向に位置をずらしながら複数取得し３次元画像を構成する光コヒーレンストモグラフィーによる光断層画像化法において、
前記計測物体の移動ぶれに起因する前記複数取得したそれぞれの２次元断層画像の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、
該検出結果に基づいて２次元断層画像の位置ずれの補正を行い、前記３次元画像を再構成することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項２】
前記デジタル相関のピークのヒストグラムをとり、平均値より大きく、また、比較的小さな偏差をもったピークを有効な相関のピークとして抽出することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項３】
前記有効な相関のピーク位置を多項式で補完し、その０次又は１次関数による写像により被測定物体の移動による像の歪みを補正することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項４】
前記２次元断層画像の全部、ノイズの少ない部分又は注目している部分のデータを用いて前記２次元断層画像の歪みを補正し、該補正データを前記３次元画像の画像の全体または一部に適用し前記３次元画像を再構成することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項５】
前記２次元断層画像の画像全体の相関ではなく、被測定物体と同じ動きをする基準となる面をモニターし、その位置を基準に被測定物体の動きを補償保線することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項１】
光コヒーレンストモグラフィーを用いて、被計測物体の奥行き方向の軸に平行な２次元断層画像を、該２次元断層画像に垂直方向に位置をずらしながら複数取得し３次元画像を構成する光コヒーレンストモグラフィーによる光断層画像化法において、
前記計測物体の移動ぶれに起因する前記複数取得したそれぞれの２次元断層画像の位置ずれをデジタル相関を用いて検出し、
該検出結果に基づいて２次元断層画像の位置ずれの補正を行い、前記３次元画像を再構成することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項２】
前記デジタル相関のピークのヒストグラムをとり、平均値より大きく、また、比較的小さな偏差をもったピークを有効な相関のピークとして抽出することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項３】
前記有効な相関のピーク位置を多項式で補完し、その０次又は１次関数による写像により被測定物体の移動による像の歪みを補正することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項４】
前記２次元断層画像の全部、ノイズの少ない部分又は注目している部分のデータを用いて前記２次元断層画像の歪みを補正し、該補正データを前記３次元画像の画像の全体または一部に適用し前記３次元画像を再構成することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【請求項５】
前記２次元断層画像の画像全体の相関ではなく、被測定物体と同じ動きをする基準となる面をモニターし、その位置を基準に被測定物体の動きを補償保線することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーの光断層画像化法における被計測物体の移動による３次元画像の歪みを補正する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１２７４２５（Ｐ２００７−１２７４２５Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１７８２２（Ｐ２００５−３１７８２２）
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
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