断層画像処理方法および装置ならびにプログラム
【課題】光トモグラフィー計測により得られる断層画像の画質劣化を防止する。
【解決手段】干渉信号取得手段５１において干渉信号ＩＳが取得され、干渉信号ＩＳが各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域毎の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに分割される。その後、各光束Ｌａ、Ｌｂの間の離散波長帯域ＧＲにおける離散領域信号ＧＳが取得され、この離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとが合成される。そして、合成された合成干渉信号ＩＳ１０が周波数解析されて、断層情報ｒ（ｚ）が取得される。その後、複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐが生成され、表示装置６０に断層画像Ｐが出力される。
【解決手段】干渉信号取得手段５１において干渉信号ＩＳが取得され、干渉信号ＩＳが各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域毎の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに分割される。その後、各光束Ｌａ、Ｌｂの間の離散波長帯域ＧＲにおける離散領域信号ＧＳが取得され、この離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとが合成される。そして、合成された合成干渉信号ＩＳ１０が周波数解析されて、断層情報ｒ（ｚ）が取得される。その後、複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐが生成され、表示装置６０に断層画像Ｐが出力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置を用いることが提案されている。たとえば眼底や前眼部、皮膚の断層画像を取得する場合の他に、光プローブを用いる動脈血管壁の観察、内視鏡の鉗子チャンネルから光プローブを挿入する消化器管の観察など、様々な部位に応用されている。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、もしくは後方散乱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取得する。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測の２種類がある。ＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００４】
一方、ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ―ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的なものとしては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。
【０００５】
上述したＴＤ−ＯＣＴ計測、ＳＳ−ＯＣＴ計測、ＳＤ−ＯＣＴ計測において空間分解能の向上を図るためには、より広帯域なスペクトル幅を有する測定光を用いることが望ましい。光のスペクトル幅を広帯域化させる方法として、特許文献１にはそれぞれ異なるスペクトル帯域の光を射出する複数の光源と、各光源から射出された光を光結合器により合成し、単一光波の光を射出するものが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２１４１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のように複数の光源を用いたとしても連続したスペクトルを有する光を射出することは困難であり、複数の光源から射出された光を合成したときに光が射出されない波長域（離散波長帯域）が生じてしまう場合がある。
【０００７】
ところで、干渉信号から測定対象の各深さ位置における断層情報（反射率）を取得するときに、たとえばフーリエ解析等のような周波数解析方法が用いられる。上記周波数解析は干渉信号の全波長帯域において信号が存在していることを前提とするものである。よって、上述のように、光が射出されない波長域が存在したときには周波数解析することができない、もしくは断層情報のＳ／Ｎ比が悪化し画質の劣化を招いてしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、ＯＣＴ計測に用いる光に離散波長帯域が存在するときであっても、断層画像の画質の劣化を防止することができる断層画像処理方法および装置ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光断層画像処理方法は、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出し、検出した複数の干渉信号を用いて測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理方法であって、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、生成した離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、生成した合成干渉信号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断層画像を生成することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の光断層画像処理装置は、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出し、検出した複数の干渉信号を用いて測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理装置であって、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成する離散領域信号生成手段と、離散領域信号生成手段により生成された離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成する信号合成手段と、信号合成手段において生成された合成干渉信号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おいて取得された断層情報を用いて断層画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光断層画像処理プログラムは、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出したとき、コンピュータに、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を示す離散領域信号を生成し、生成した離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、生成した合成干渉信号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。
【００１２】
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。
【００１３】
また、「互いに離散した波長帯域を有する」とは、これら各光束のピーク波長の間に、たとえば光束のピーク強度に対して概ね−１０ｄＢ以下の光強度となる波長帯域が存在するというように、ＯＣＴ計測に寄与しない低強度の波長帯域が存在することを意味する。２つの光束のピーク強度が異なるときは、よりピーク強度が小さな方のピーク強度を用いて考えるものとする。
【００１４】
また、断層情報取得手段は、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。
【００１５】
さらに、離散領域信号算出手段は、複数の光束間の離散波長帯域の干渉信号を示す離散領域信号として生成するものであればその手法は問わない。たとえば、離散領域信号算出手段は、各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数を生成する線形関数生成手段と、線形関数生成手段により生成された複数の線形関数毎に、それぞれ離散波長帯域における干渉強度を予測して中間離散領域信号を算出する中間信号算出手段と、中間信号算出手段において算出された複数の中間離散領域信号から離散領域信号を算出する離散領域信号算出手段とを備えたものであってもよい。
【００１６】
このとき、中間信号算出手段は、離散波長帯域に隣接する２つの干渉信号から生成された線形関数を用いて２つの中間離散領域信号を算出するものであってもよい。このとき、離散領域信号算出手段は、２つの中間離散領域信号から離散領域信号を算出するようにしてもよい。あるいは、中間信号算出手段は２つ以上の複数の干渉信号から生成された線形関数を用いて中間離散領域信号を算出し、離散領域信号算出手段は複数の中間離散領域信号から離散領域信号を算出するようにしてもよい。
【００１７】
なお、線形関数生成手段は、各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形関数として生成するものであればその手法は問わず、たとえば線形モデル関数を用意しておき、この線形モデル関数に干渉信号を代入したときのモデル係数を最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等を用いて求めることにより線形関数を生成するようにしてもよい。
【００１８】
また、離散領域信号算出手段は、複数の中間離散領域信号を波長に応じた重み付け平均を行うことにより離散領域信号を算出するようにしてもよいし、複数の中間断層情報の平均値を算出することにより離散領域信号を算出するようにしてもよい。
【００１９】
なお、光は所定の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たものであって、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し、所定の波長帯域からなる低コヒーレンス光を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よい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の断層画像処理方法および装置ならびにプログラムによれば、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出したとき、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、生成した離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、生成した合成干渉信号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断層画像を生成することにより、互いに波長帯域が離散する光束を用いてＯＣＴ計測した場合であっても、離散波長帯域の干渉信号を補間することにより、離散波長帯域に干渉信号が存在しないことによって周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【００２１】
なお、離散領域信号算出手段が、各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数を生成する線形関数生成手段と、線形関数生成手段により生成された複数の線形関数毎に、それぞれ離散波長帯域における干渉強度を予測して中間離散領域信号を算出する中間信号算出手段と、中間信号算出手段において算出された複数の中間離散領域信号を用いて離散領域信号を算出する離散領域信号算出手段とを備えたものであるとき、干渉信号が出力されていない離散波長帯域の離散領域信号を、線形関数として表現された実際に取得された干渉信号から取得することができるため、信頼度の高い離散領域信号を生成することができる。
【００２２】
さらに、中間信号算出手段が、離散波長帯域に隣接する２つの干渉信号から生成された線形関数を用いて２つの中間離散領域信号を算出するものであり、離散領域信号算出手段が、２つの中間離散領域信号から離散領域信号を算出するものであるとき、効率的に信頼度の高い離散領域信号を生成することができる。
【００２３】
また、離散領域信号算出手段が、複数の中間離散領域信号を波長に応じた重み付け平均して離散領域信号を算出するものであるとき、中間離散領域信号の各波長における信号値は、中間離散領域信号の生成の基になった干渉信号の波長帯域に近ければ近いほど信頼度が高いことを利用し、複数の中間離散領域信号のうち、信頼度の高い中間離散領域信号の重み付けを重くした平均値の算出することにより離散領域信号を算出することができ、信頼度の高い離散領域信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の断層画像処理装置を用いて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は光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す模式図である。光断層画像化システム１は、たとえば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測により取得するものであって、光源ユニット１０、光分割手段３ａ、３ｂ、合波手段４ａ、４ｂ、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、断層画像処理装置５０を有している。
【００２５】
光源ユニット１０は、互いに離散した波長帯域Δλａ、Δλｂを有する複数の光束Ｌａ、Ｌｂを射出するものである。具体的には、光源ユニット１０は波長帯域Δλａ内において波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する光源１０ａと、波長帯域Δλｂ内において波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する光源１０ｂを有している。したがって、各光源１０ａ、１０ｂは波長を１周期掃引させたときにそれぞれ波長帯域Δλａ、Δλｂからなる光束Ｌａ、Ｌｂを射出したことになる。
【００２６】
光源１０ａ、１０ｂは、それぞれ利得媒質である半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１１ａと、ＦＦＰ−ＴＦ（Ｆｉｂｅｒ Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ−Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）からなる波長選択手段１２ａと、半導体光増幅器１１ａおよび波長選択手段１２ａの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ１３ａとを備えている。
【００２７】
半導体光増幅器１１ａは、駆動電流の注入により微弱な放出光を一端側に接続された光ファイバ１３ａに射出するとともに、他端側の光ファイバ１３ａから入射された光を増幅する機能を有している。半導体光増幅器１１ａは、例えば波長１０００ｎｍ〜１１００ｎｍに発光帯域を持つＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ素子で構成されている。この半導体光増幅器１１ａにより、リング状の共振器においてレーザ光が発振し、このレーザ光が光ファイバ１３ａに接続された分岐比１０：９０の光カプラ１４ａにより分岐され、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光束Ｌａとして外部へ射出される。波長選択手段１２ａは、透過させる光の波長を変更可能なように構成されており、これにより、リング状の共振器内で発振するレーザ光の波長が選択可能となり、一定の周期で波長掃引することができる。
【００２８】
ここで、図２（Ａ）に示すように、光源１０ａは波長帯域Δλａ内において一定周期で波長掃引された光束Ｌａを射出し、光源１０ｂは波長帯域Δλｂ内において一定周期で波長掃引された光束Ｌｂを射出する。光束Ｌａ、Ｌｂは各波長帯域Δλａ、Δλｂ内においてそれぞれ連続したスペクトルを有するものであり、波長帯域Δλａと波長帯域Δλｂとは互いに離散波長帯域ＧＲだけ離散している。また、各光源１０ａ、１０ｂは、図２（Ｂ）に示すようなスペクトル形状を有する各光束Ｌａ、Ｌｂを射出するようになっている。
【００２９】
図１の光分割手段３ａ、３ｂは、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。光分割手段３ａは、光束Ｌａを測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割し、光分割手段３ｂは、光束Ｌｂを測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割する。このとき、光分割手段３ａ、３ｂは、測定光：参照光＝９０：１０の割合で分割する。
【００３０】
光プローブ３０は、光ロータリコネクタ３１を介して入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを測定対象Ｓまで導波し、測定対象Ｓの同一部位に同時に照射する。また、光プローブ３０は、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを導波する。光プローブ３０は、図示しないモータにより、光ロータリコネクタ３１から先のファイバ部が回転する構成となっており、それによりサンプル上において円周状に光束を走査する様になっており、これにより２次元断層画像が計測可能となっている。さらに、図示しないモータにより光プローブ３０の先端が光路の走査円が形成する平面に対して垂直な方向に走査することにより、３次元断層画像の計測も可能となっている。また、光プローブ３０は、図示しない光コネクタにより光ファイバＦＢ５に対して着脱可能に取り付けられている。勿論、光プローブ先端形状や走査方向はこれに限る物ではなく、例えば、ファイバ先端に高速走査ミラーを配置して２次元走査を行うような構成でもよい。
【００３１】
光分割手段３ａと光プローブ３０の間の光路、光分割手段３ｂと光プローブ３０の間の光路には合分波手段５が設けられている。合分波手段５は、設定されたカットオフ波長に応じて光を合分波する機能を有し、たとえばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）カプラにより構成される。ＷＤＭカプラは概ね−１０ｄＢ以下のアイソレーションがあれば、完全に分離していると言える。
【００３２】
合分波手段５は、光分割手段３ａ、３ｂ側からそれぞれ入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを合波して光プローブ３０側に射出し、光プローブ３０側から入射された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの光を分波してそれぞれ合波手段４ａ、４ｂ側へ射出する。
【００３３】
反射光Ｌ３ａは合波手段４ａにおいて参照光Ｌ２ａと合波され、反射光Ｌ３ｂは合波手段４ｂにおいて参照光Ｌ２ｂと合波される。なお、光分割手段３ａから合波手段４ａまでの参照光Ｌ２ａの光路には透過型の光路長調整手段２０ａが設けられ、光分割手段３ｂから合波手段４ｂまでの参照光Ｌ２ｂの光路には透過型の光路長調整手段２０ｂが設けられている。光路長調整手段２０ａ、２０ｂは、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、それぞれ参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光路長を変更するものである。
【００３４】
合波手段４ａ、４ｂは、例えば、分岐比５０：５０の２×２の光ファイバカプラから構成されている。合波手段４ａは反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ａを干渉光検出手段４０ａへ射出する。合波手段４ｂは反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ｂを干渉光検出手段４０ｂへ射出する。なお、ここでは、合波手段４ａ、４ｂはそれぞれ干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを二分して干渉光検出手段４０ａ、４０ｂへ射出し、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂでは二分された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ２つの光検出素子を用いてバランス検波するようにしている。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３５】
干渉光検出手段４０ａ、４０ｂは各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ光電変換し、各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂごとの複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとして検出する機能を有している。ここでは、光源１０ａ、１０ｂの波長掃引のトリガと同期をとることで、対応する光束を認識するようにしてもよい。このとき、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにおいて、各光束毎Ｌａ、Ｌｂの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが観測されることになる。干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂは、断層画像処理装置５０に出力される。
【００３６】
ここで、図１を参照して光断層画像化システム１の動作例について説明する。光源１０ａから波長帯域Δλａ内を一定の周期で波長掃引された光束Ｌａが射出され、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光分割手段３ａに入射する。光分割手段３ａにおいて光束Ｌａは測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａに光分割されて、測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａ側に射出され、参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ３ａ側に射出される。測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａにより導波されてサーキュレータ１５ａを経由した後、光ファイバＦＢ４ａにより導波されて合分波手段５に入射する。
【００３７】
一方、光源１０ｂからは、波長帯域Δλｂ内を一定の周期で波長掃引された光束Ｌｂが射出され、光ファイバＦＢ１ｂにより導波されて光分割手段３ｂに入射する。光分割手段３ｂにおいて光束Ｌｂは測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂに光分割されて、測定光Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ２ｂ側に射出され、参照光Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ３ｂ側に射出される。測定光Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ２ｂにより導波されてサーキュレータ１５ｂを経由した後、光ファイバＦＢ４ｂにより導波されて合分波手段５に入射する。
【００３８】
合分波手段５において、測定光Ｌ１ａと測定光Ｌ１ｂは合波されて、光ファイバＦＢ５により導波されて光ロータリコネクタ３１を介して光プローブ３０に入射し、光プローブ３０により導波されて測定対象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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ３０に入射し、測定光と逆の経路を辿って合分波手段５に入射する。さらに、合分波手段５において反射光Ｌ３ａと反射光Ｌ３ｂは分波されて、反射光Ｌ３ａは光ファイバＦＢ４ａ側に射出され、反射光Ｌ３ｂは光ファイバＦＢ４ｂ側に射出される。
【００３９】
光ファイバＦＢ４ａにより導波された反射光Ｌ３ａは、サーキュレータ１５ａを経由した後、光ファイバＦＢ６ａにより導波されて合波手段４ａに入射する。一方、光分割手段３ａにより分割された参照光Ｌ２ａは、光ファイバＦＢ３ａの途中に設けられた光路長調整手段２０ａにより光路長を変更された後、合波手段４ａに入射する。
【００４０】
合波手段４ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波され、この合波により生じた干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。干渉光検出手段４０ａでは、干渉光Ｌ４ａがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳａが生成され、断層画像処理装置５０へ出力される。
【００４１】
同様に、光ファイバＦＢ４ｂにより導波された反射光Ｌ３ｂは、サーキュレータ１５ｂを経由した後、光ファイバＦＢ６ｂにより導波されて合波手段４ｂに入射する。一方、光分割手段３ｂにより分割された参照光Ｌ２ｂは、光ファイバＦＢ３ｂの途中に設けられた光路長調整手段２０ｂにより光路長を変更された後、合波手段４ｂに入射する。
【００４２】
合波手段４ｂにおいて、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂが合波され、この合波により生じた干渉光Ｌ４ｂは二分されて干渉光検出手段４０ｂへ射出される。干渉光検出手段４０ｂでは、干渉光Ｌ４ｂがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳｂが生成され、断層画像処理装置５０へ出力される。
【００４３】
図３は本発明の断層画像処理装置の好ましい実施の形態を示すブロック図であり、図３を参照して断層画像処理装置５０について説明する。なお、図３のような断層画像処理装置５０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。
【００４４】
断層画像処理装置５０は、干渉信号取得手段５１、干渉信号分割手段５２、離散領域信号生成手段５３、信号合成手段５４、断層情報取得手段５５、断層画像生成手段５６、画像出力手段５７を有している。干渉信号取得手段５１は干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにおいて検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを１つの干渉信号ＩＳとして取得するものである。上述のように、図２に示すような離散した波長帯域Δλａ、Δλｂの光束Ｌａ、Ｌｂを用いた場合、図４に示すように離散波長帯域ＧＲにおいて干渉信号が発生せず干渉信号取得手段５１においても干渉信号が取得されない。
【００４５】
干渉信号分割手段５２は、各光束Ｌａ、Ｌｂ毎に干渉信号ＩＳを分割して干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを生成するものである。ここで、干渉信号分割手段５２は予め各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂの波長帯域情報を有しており、この波長帯域情報を用いて干渉信号ＩＳを各光束Ｌａ、Ｌｂ毎に分割する。よって、図４に示すような干渉信号ＩＳが取得されたとき、図５に示すように、干渉信号分割手段５２は干渉信号ＩＳを光束Ｌａの波長帯域Δλａである第１干渉信号ＩＳａと、光束Ｌｂの波長帯域Δλｂである第２干渉信号ＩＳｂとに分割する。
【００４６】
また、干渉信号分割手段５２は、干渉信号ＩＳを分割する際の前処理として各光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル形状の影響の除去を行う。具体的には、図６に示すように、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂは干渉強度が光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル強度に依存した状態になっている。そこで、干渉信号分割手段５２は、予め計測された光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル形状を用いて各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂからスペクトル強度を除算し、図７、図８に示すような干渉成分のみを抽出する。
【００４７】
なお、干渉信号取得手段５１が各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを１つの干渉信号ＩＳとして取得し、干渉信号分割手段５２が各光束Ｌａ、Ｌｂ毎の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに分割する場合について例示しているが、干渉信号取得手段５１が各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂをそれぞれ別々に取得した場合、干渉信号分割手段５２は不要となる。また、上述した前処理は干渉信号分割手段５２により行われる場合について例示しているが、干渉信号取得手段５１により行われてもよい。
【００４８】
図３の離散領域信号生成手段５３は、複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて複数の光束Ｌａ、Ｌｂ間の離散波長帯域ＧＲにおける干渉信号を予測して離散領域信号ＧＳを生成するものである。ここで、離散領域信号生成手段５３は、図９に示すように、線形関数生成手段５３ａ、中間信号算出手段５３ｂ、離散領域信号算出手段５３ｃを有している。
【００４９】
線形関数生成手段５３ａは、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を生成するものである。ここで、線形関数生成手段５３ａは線形予測法を用いて各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを線形モデル化する。
【００５０】
具体的には、干渉光検出手段４０ａが所定のサンプリングクロックで干渉光Ｌ４ａをサンプリングした第１干渉信号ＩＳａにおいて、所定のサンプリング点ｋの干渉強度ｙａ（ｋ）が干渉強度ｙａ（ｋ）に隣接する過去のｐ個分の干渉強度との間に線形一次結合が成り立つと仮定したとき、下記式（１）のような関係が成立する。
【数１】
【００５１】
ここでａ（ｋ）は線形予測係数、ｅａ（ｋ）は線形予測残差を示している。線形関数生成手段５３ａは、最大エントロピー法やＹｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等を用いて線形予測係数ａ（ｋ）を算出する。これにより、第１干渉信号ＩＳａから線形予測係数ａ（ｋ）とする線形関数ｙa（ｋ）が生成されたことになる。
【００５２】
同様に、干渉光検出手段４０ｂが所定のサンプリングクロックで干渉光Ｌ４ｂをサンプリングした第２干渉信号ＩＳｂにおいて、サンプリング点ｍの干渉強度ｙｂ（ｍ）が干渉強度ｙｂ（ｍ）に隣接する過去のｑ個分の干渉強度との間に線形一次結合が成り立つと仮定したとき、下記式（２）のような関係が成立する。
【数２】
【００５３】
ここで、ｂ（ｍ）は線形予測係数、ｅｂ（ｍ）は線形予測残差を示している。線形関数生成手段５３ａは、最大エントロピー法やＹｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等を用いて線形予測係数ｂ（ｍ）を算出する。これにより、第２干渉信号ＩＳｂから線形予測係数ｂ（ｍ）とする線形関数ｙｂ（ｍ）が生成されたことになる。
【００５４】
中間信号算出手段５３ｂは、上記式（１）、（２）のような線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを算出するものである。つまり、図１０に示すように、中間信号算出手段５３ｂは、上記式（１）を用いて離散波長帯域ＧＲ内において所定のピッチのサンプリング点ｎにおける干渉強度を予測し中間離散領域信号ＧＳａとして算出する。同様に、中間信号算出手段５３ｂは、上記式（２）を用いて離散波長帯域ＧＲ内において一定のサンプリング点ｎにおける干渉強度を中間離散領域信号ＧＳｂとして算出する。このように、中間信号算出手段５３ｂにおいて、実際に検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂから線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を求め、この線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳを取得することにより、離散領域信号ＧＳの信頼度を向上させることができる。
【００５５】
離散領域信号算出手段５３ｃは、中間信号算出手段５３ｂにおいて生成された複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出するものである。ここで、離散領域信号算出手段５３ｃは、下記式（３）のような重み付け平均の式によって複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出する。
【数３】
【００５６】
なお、Ｌは離散した離散波長帯域ＧＲの幅、ｎは離散波長帯域ＧＲ内におけるサンプリング点を示す。すると、図１１に示すように、離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳが算出される。ここで、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの各波長における信号値は、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの生成の基になった干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂの波長帯域に近ければ近いほど信頼度が高くなる。よって、式（３）のように、複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂのうち、信頼度の高い中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの重み付けを重くした平均値の算出することにより（式（３）参照）、信頼度の高い離散領域信号ＧＳを生成することができる。
【００５７】
図３の信号合成手段５４は、離散領域信号生成手段５３により算出された離散領域信号ＧＳと、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとを合成して合成干渉信号ＩＳ１０を生成するものである。したがって、図１１、１２に示すように、合成干渉信号ＩＳ１０は干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ間の離散波長帯域ＧＲに離散領域信号ＧＳが補間されたものとなる。
【００５８】
図３の断層情報取得手段５５は、信号合成手段５４において生成された合成干渉信号ＩＳ１０を用いて、図１３に示すような各深さ位置における断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。断層情報取得手段５５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、深さ方向ｚの断層情報（反射率）を取得していく。なお、断層情報取得手段５５は、干渉光検出手段４０において波長毎（時間経過毎）の干渉強度として取得された干渉信号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機能を有している。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。
【００５９】
図３の断層画像生成手段５６は、断層情報取得手段５５により逐次取得された複数ライン分の断層情報ｒ（ｚ）から１枚の断層画像Ｐを生成するものである。具体的には、断層画像生成手段５６は、光源ユニット１０における波長掃引１周期分の合成干渉信号ＩＳ１０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）として記憶してゆく。さらに、光プローブ３０により測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに対し走査されながら照射されたときに、断層画像生成手段５６は逐次取得される複数の断層情報ｒ（ｚ）を記憶していく。その後、断層画像生成手段５６は、記憶していた複数ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐを生成する。そして、画像出力手段５７は、断層画像生成手段５６により生成された断層画像Ｐを図１の表示装置６０に表示することになる。
【００６０】
このように、波長帯域Δλａ、Δλｂが離散する光束Ｌａ、Ｌｂを用いてＯＣＴ計測した場合であっても、離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳを予測し補間することにより、波長帯域ΔλａとΔλｂとの間に干渉信号が存在しないことによる周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【００６１】
つまり、従来のように複数の光源を用いて広帯域な分解能を実現しようとしたときに、各光源ユニット１０から射出される光束Ｌａ、Ｌｂが互いに重複し、光が射出されない波長帯域が存在しないことが理想である。しかし、このような複数の光源にするには困難であり、光が射出されない離散波長帯域ＧＲが存在してしまう場合があり（図２参照）、図１４（Ａ）のように離散波長帯域ＧＲにおいて干渉信号は発生しない領域が存在する。この状態で干渉信号が後段の断層情報取得手段５５において周波数解析されたとき、図１４（Ｂ）に示すようにノイズ成分が多く含まれたものになってしまい、結果として分解能の低下および断層画像の画質劣化の原因になってしまう。
【００６２】
一方、図３〜図１３に示すように、離散波長帯域ＧＲが存在する場合であっても、離散領域信号ＧＳを予測し補間することにより、波長帯域Δλａ〜Δλｂにわたる広帯域な波長帯域の合成干渉信号ＩＳ１０を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得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とともに、光源ユニット１０の種類選択の自由度を向上させることができる。
【００６３】
図１５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１５を参照して断層画像処理方法の一例について説明する。まず、干渉信号取得手段５１において、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにより検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが１つの干渉信号ＩＳとして取得される（ステップＳＴ１、図５参照）。次に、干渉信号分割手段５２により、干渉信号ＩＳが各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域毎の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに分割される（ステップＳＴ２、図６参照）。なお、干渉信号取得手段５１において干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが既に分割された状態で取得されたとき、干渉信号ＩＳの分割工程は不要となる。その後、離散領域信号生成手段５３により、各光束Ｌａ、Ｌｂの間の離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳが生成される（ステップＳＴ３、図６〜図９参照）。
【００６４】
具体的には、線形関数生成手段５３ａにおいて、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂがそれぞれ線形モデル化されることにより各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ毎に線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）が生成される（ステップＳＴ３−１）。次に、中間信号算出手段５３ｂにおいて上記式（１）、（２）で示される線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂが算出される（ステップＳＴ３−２）。そして、離散領域信号算出手段５３ｃにおいて、上記式（３）を用いて複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを用いて離散領域信号ＧＳが算出される（ステップＳＴ３−３）。
【００６５】
次に、信号合成手段５４において離散領域信号生成手段５３により算出された離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとが合成され合成干渉信号ＩＳ１０が生成される（ステップＳＴ４、図１０、１１参照）。その後、断層情報取得手段５５において合成干渉信号ＩＳ１０を周波数解析することにより、断層情報ｒ（ｚ）が取得される（ステップＳＴ５、図１２参照）。そして、断層画像生成手段５６により断層画像Ｐが複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて生成され（ステップＳＴ６）、画像出力手段５７から表示装置６０に断層画像Ｐが出力される（ステップＳＴ７）。
【００６６】
上記実施の形態によれば、波長帯域Δλａ、Δλｂが離散した複数の光束Ｌａ、Ｌｂを射出し、射出した各光束Ｌａ、Ｌｂを測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割し、分割した測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとを合波し、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光とが合波したときの干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを干渉信号ＩＳとして検出したとき、干渉信号ＩＳを光束Ｌａ、Ｌｂ毎に分割し複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを生成し、生成した複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて複数の光束Ｌａ、Ｌｂ間の離散波長帯域ＧＲにおける干渉信号を離散領域信号ＧＳとして算出し、算出した離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとを合成した合成干渉信号ＩＳ１０を生成し、合成干渉信号ＩＳ１０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）を用いて断層画像Ｐを生成することにより、互いに波長帯域Δλａ、Δλｂが離散する光束Ｌａ、Ｌｂを用いてＯＣＴ計測した場合であっても、離散領域信号ＧＳを干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに補間することにより、離散波長帯域ＧＲに干渉信号が存在しないことによって周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【００６７】
また、離散領域信号生成手段５３が、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ毎に干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂの波長に対する干渉強度を線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）として生成する線形関数生成手段５３ａと、線形関数生成手段５３ａにより生成された線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて予測し中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを算出する中間信号算出手段５３ｂと、中間信号算出手段５３ｂにおいて算出された複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出する離散領域信号算出手段５３ｃとを備えたものであるとき、実際に検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂから取得された線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）から離散領域信号ＧＳを算出することができるため、信頼度の高い離散領域信号ＧＳを生成することができる。
【００６８】
さらに、中間信号算出手段５３ｂが、上記式（１）、（２）に示すような離散波長帯域に隣接する２つの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂから生成された線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて２つの中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを算出するものであり、離散領域信号算出手段５３ｃが、２つの中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出するものであるとき、信頼度の高い離散領域信号ＧＳを効率的に算出することができる。
【００６９】
また、離散領域信号算出手段５３ｃが、上記式（３）に示すような複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを波長に応じた重み付け平均して離散領域信号ＧＳを算出するものであるとき、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの各波長における信号値は、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの生成の基になった干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂの波長帯域に近ければ近いほど信頼度が高いことを利用し、複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂのうち、信頼度の高い中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの重み付けを重くして離散領域信号ＧＳを取得することができ、離散領域信号ＧＳの信頼度を高めることができる。
【００７０】
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１および図２において光源ユニット１０は２つの光束Ｌａ、Ｌｂを射出する場合について例示しているが、たとえば特開２００２−２１４１２５号公報のような構成にし、３つ以上複数の光束を射出するようにしてもよい。このとき、信号合成手段５４は、上述のように離散波長帯域ＧＲに隣接する２つの波長帯域から各離散波長帯域ＧＲについて離散領域信号ＧＳを算出するようにしてもよいし、１つの離散した波長帯域ＧＲに対し３つ以上の干渉信号に基づいて離散領域信号ＧＳを算出するようにしてもよい。
【００７１】
さらに、図１１の離散領域信号算出手段５３ｃにおいて、中間離散領域信号の重み付け平均値により離散領域信号ＧＳを算出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、離散領域信号ＧＳを算出するようにしてもよい。
【００７２】
また、上記実施の形態において図１の光断層画像化システム１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１６に示すようなＳＤ−ＯＣＴ計測を用いた光断層画像化システム２００についても同様に適用することができる。なお、図１６において図１の光断層画像化システム１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７３】
図１６において光源ユニット１１０は、離散した波長帯域Δλａ、Δλｂ内において連続したスペクトルを有する光束Ｌａ、Ｌｂをそれぞれ射出する複数の光源１１０ａ、１１０ｂを備えている。光源１１０ａはたとえば第１光源１１０ａは波長領域Δλａ＝７７０〜８１０ｎｍの波長帯域の光束Ｌａを射出するAlGaAs系のＳＬＤ（スーパールミネセンスダイオード）からなっており、光源１１０ｂは波長領域Δλｂ = １３８０〜１４２０ｎｍのInGaAsP系のＳＬＤからなっている。また、測定対象Ｓの各深さ位置から同時に反射する複数の反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを各波長帯域Δλａ、Δλｂ毎に分離する反射光分離手段２０１を有し、反射光分離手段２０１により分離された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとを各光束毎に合波するために複数の合波手段４ａ、４ｂが設けられている。さらに、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとの干渉光Ｌ４ａおよび反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとのＬ４ｂをそれぞれ検出するために複数の干渉光検出手段１４０ａ、１４０ｂが設けられている。
【００７４】
ここで、第１光源１１０ａから射出した第１光束Ｌａは、光ファイバＦＢａを介して光分割手段３ａに入射し、光分割手段３ａにおいて測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割される。そして、測定光Ｌ１ａは光サーキュレータ１１ａから光ファイバＦＢ２００ａを導波し光結合器２０１に入射される。なお、この光サーキュレータ１１ａにはたとえばBIG (Bi3Fe5O12)が用いられている。
【００７５】
一方、第２光源１１０ｂから射出した第２光束Ｌｂは光ファイバＦＢｂを介して光分割手段３ｂに入射し、光分割手段３ｂにおいて測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割される。そして、測定光Ｌ１ｂは光サーキュレータ１１ｂから光ファイバＦＢ２００ａを導波し、光結合器２０１に入射される。なお、光サーキュレータ１１ｂにはYIGが用いられている。
【００７６】
光結合器（反射光分離手段）２０１はたとえばＷＤＭカプラからなっており、２つの測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを合波し光ファイバＦＢ４側へ射出するようになっている。そして、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ４および光プローブ３０を介して測定対象Ｓに照射され、その反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂが光プローブ３０および光ファイバＦＢ４を介して光結合器２０１に入射される。このとき、光結合器２０１は、第１光束Ｌａの波長帯域λａの反射光Ｌ３ａを光ファイバＦＢ２００ａ側に射出し、第２光束Ｌｂの波長帯域λｂの反射光Ｌ３ｂを光ファイバＦＢ２００ｂ側に射出するようになっている。よって、光結合器２０１は、反射光Ｌ３ａとＬ３ｂとを分離する反射光分離手段として機能することになる。
【００７７】
そして、反射光Ｌ３ａは、光ファイバＦＢ２００ａ、光サーキュレータ１１ａ、光ファイバＦＢ５ａを導波し合波手段４ａにおいて参照光Ｌ２ａと合波される。その後、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとの干渉光Ｌ４ａが光ファイバＦＢ６ａを介して干渉光検出手段１４０ａに入射される。同様に、反射光Ｌ３ｂは、光ファイバＦＢ２００ｂ、光サーキュレータ１１ｂ、光ファイバＦＢ５ｂを導波し合波手段４ｂにおいて参照光Ｌ２ｂと合波される。その後、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとの干渉光Ｌ４ｂが光ファイバＦＢ６ｂを介して干渉光検出手段１４０ｂに入射される。
【００７８】
干渉光検出手段１４０ａ、１４０ｂは、それぞれコリメータレンズ１４１ａ、１４１ｂ、分光素子（回折格子素子）１４２ａ、１４２ｂ、光学レンズ１４３ａ、１４３ｂ、光検出手段１４４ａ、１４４ｂを備えている。そして、干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは分光素子１４２ａ、１４２ｂにより分光され、光検出手段１４４ａ、１４４ｂにより各波長毎に干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが検出される。
【００７９】
この場合であっても、上述したように断層画像処理装置５０において離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとを合成することにより、離散波長帯域ＧＲに干渉信号が存在しないことによって周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の断層画像処理装置が用いられる光断層画像化システムの一例を示す概略構成図
【図２】図３の光源ユニットから射出される光束の特性を示すグラフ
【図３】本発明の断層画像処理装置の好ましい実施形態を示すブロック図
【図４】図３の干渉信号取得手段において取得される干渉信号の一例を示すグラフ
【図５】図３の干渉信号分割手段において取得された複数の干渉信号の一例を示すグラフ
【図６】図３の干渉信号分割手段において取得された複数の干渉信号の一例を示すグラフ
【図７】図３の干渉信号分割手段において各干渉信号から干渉成分のみを抽出した干渉信号の一例を示すグラフ
【図８】図７の干渉信号における離散波長帯域近傍を示すグラフ
【図９】図３の離散領域信号算出手段の一例を示すブロック図
【図１０】図９の中間信号算出手段において算出される中間離散領域信号の一例を示すグラフ
【図１１】図９の離散領域信号算出手段により算出された離散領域信号の一例を示すグラフ
【図１２】図９の離散領域信号算出手段により算出された離散領域信号の一例を示すグラフ
【図１３】図３の断層情報取得手段において取得された断層情報の一例を示すグラフ
【図１４】従来の離散波長帯域に干渉強度が存在しない干渉信号の一例およびこの干渉信号を周波数解析したときの断層情報の一例を示すグラフ
【図１５】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
【図１６】本発明の断層画像処理装置の別の実施形態を示す模式図
【図１７】図１６の光源ユニットから射出される光束の特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００８１】
１、２００ 光断層画像化システム
３ａ、３ｂ 光分割手段
４ａ、４ｂ 合波手段
１０、１１０ 光源ユニット
４０ａ、４０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ 干渉光検出手段
５０ 断層画像処理装置
５１ 干渉信号取得手段
５２ 干渉信号分割手段
５３ 離散領域信号生成手段
５３ａ 線形関数生成手段
５３ｂ 中間信号算出手段
５３ｃ 離散領域信号算出手段
５４ 信号合成手段
５５ 断層情報取得手段
５６ 断層画像生成手段
５７ 画像出力手段
６０ 表示装置
ＧＲ 離散波長帯域
ＧＳ 離散領域信号
ＧＳａ、ＧＳｂ 中間離散領域信号
ＩＳ、ＩＳａ、ＩＳｂ 干渉信号
ＩＳ１０ 合成干渉信号
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 測定光
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 参照光
Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ 反射光
Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ 干渉光
Ｌａ、Ｌｂ 光束
Ｐ 断層画像
ｒ（ｚ） 断層情報
Ｓ 測定対象
ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ） 線形関数
Δλａ、Δλｂ 波長帯域
【技術分野】
【０００１】
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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置を用いることが提案されている。たとえば眼底や前眼部、皮膚の断層画像を取得する場合の他に、光プローブを用いる動脈血管壁の観察、内視鏡の鉗子チャンネルから光プローブを挿入する消化器管の観察など、様々な部位に応用されている。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、もしくは後方散乱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取得する。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測の２種類がある。ＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００４】
一方、ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ―ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的なものとしては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。
【０００５】
上述したＴＤ−ＯＣＴ計測、ＳＳ−ＯＣＴ計測、ＳＤ−ＯＣＴ計測において空間分解能の向上を図るためには、より広帯域なスペクトル幅を有する測定光を用いることが望ましい。光のスペクトル幅を広帯域化させる方法として、特許文献１にはそれぞれ異なるスペクトル帯域の光を射出する複数の光源と、各光源から射出された光を光結合器により合成し、単一光波の光を射出するものが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２１４１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１のように複数の光源を用いたとしても連続したスペクトルを有する光を射出することは困難であり、複数の光源から射出された光を合成したときに光が射出されない波長域（離散波長帯域）が生じてしまう場合がある。
【０００７】
ところで、干渉信号から測定対象の各深さ位置における断層情報（反射率）を取得するときに、たとえばフーリエ解析等のような周波数解析方法が用いられる。上記周波数解析は干渉信号の全波長帯域において信号が存在していることを前提とするものである。よって、上述のように、光が射出されない波長域が存在したときには周波数解析することができない、もしくは断層情報のＳ／Ｎ比が悪化し画質の劣化を招いてしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、ＯＣＴ計測に用いる光に離散波長帯域が存在するときであっても、断層画像の画質の劣化を防止することができる断層画像処理方法および装置ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光断層画像処理方法は、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出し、検出した複数の干渉信号を用いて測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理方法であって、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、生成した離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、生成した合成干渉信号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断層画像を生成することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の光断層画像処理装置は、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出し、検出した複数の干渉信号を用いて測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理装置であって、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成する離散領域信号生成手段と、離散領域信号生成手段により生成された離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成する信号合成手段と、信号合成手段において生成された合成干渉信号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おいて取得された断層情報を用いて断層画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光断層画像処理プログラムは、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出したとき、コンピュータに、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を示す離散領域信号を生成し、生成した離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、生成した合成干渉信号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。
【００１２】
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。
【００１３】
また、「互いに離散した波長帯域を有する」とは、これら各光束のピーク波長の間に、たとえば光束のピーク強度に対して概ね−１０ｄＢ以下の光強度となる波長帯域が存在するというように、ＯＣＴ計測に寄与しない低強度の波長帯域が存在することを意味する。２つの光束のピーク強度が異なるときは、よりピーク強度が小さな方のピーク強度を用いて考えるものとする。
【００１４】
また、断層情報取得手段は、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。
【００１５】
さらに、離散領域信号算出手段は、複数の光束間の離散波長帯域の干渉信号を示す離散領域信号として生成するものであればその手法は問わない。たとえば、離散領域信号算出手段は、各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数を生成する線形関数生成手段と、線形関数生成手段により生成された複数の線形関数毎に、それぞれ離散波長帯域における干渉強度を予測して中間離散領域信号を算出する中間信号算出手段と、中間信号算出手段において算出された複数の中間離散領域信号から離散領域信号を算出する離散領域信号算出手段とを備えたものであってもよい。
【００１６】
このとき、中間信号算出手段は、離散波長帯域に隣接する２つの干渉信号から生成された線形関数を用いて２つの中間離散領域信号を算出するものであってもよい。このとき、離散領域信号算出手段は、２つの中間離散領域信号から離散領域信号を算出するようにしてもよい。あるいは、中間信号算出手段は２つ以上の複数の干渉信号から生成された線形関数を用いて中間離散領域信号を算出し、離散領域信号算出手段は複数の中間離散領域信号から離散領域信号を算出するようにしてもよい。
【００１７】
なお、線形関数生成手段は、各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形関数として生成するものであればその手法は問わず、たとえば線形モデル関数を用意しておき、この線形モデル関数に干渉信号を代入したときのモデル係数を最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等を用いて求めることにより線形関数を生成するようにしてもよい。
【００１８】
また、離散領域信号算出手段は、複数の中間離散領域信号を波長に応じた重み付け平均を行うことにより離散領域信号を算出するようにしてもよいし、複数の中間断層情報の平均値を算出することにより離散領域信号を算出するようにしてもよい。
【００１９】
なお、光は所定の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たものであって、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し、所定の波長帯域からなる低コヒーレンス光を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よい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の断層画像処理方法および装置ならびにプログラムによれば、離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した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各光束毎に合波し、反射光と参照光とが合波したときの各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出したとき、複数の干渉信号を用いて複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、生成した離散領域信号と複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、生成した合成干渉信号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断層画像を生成することにより、互いに波長帯域が離散する光束を用いてＯＣＴ計測した場合であっても、離散波長帯域の干渉信号を補間することにより、離散波長帯域に干渉信号が存在しないことによって周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【００２１】
なお、離散領域信号算出手段が、各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数を生成する線形関数生成手段と、線形関数生成手段により生成された複数の線形関数毎に、それぞれ離散波長帯域における干渉強度を予測して中間離散領域信号を算出する中間信号算出手段と、中間信号算出手段において算出された複数の中間離散領域信号を用いて離散領域信号を算出する離散領域信号算出手段とを備えたものであるとき、干渉信号が出力されていない離散波長帯域の離散領域信号を、線形関数として表現された実際に取得された干渉信号から取得することができるため、信頼度の高い離散領域信号を生成することができる。
【００２２】
さらに、中間信号算出手段が、離散波長帯域に隣接する２つの干渉信号から生成された線形関数を用いて２つの中間離散領域信号を算出するものであり、離散領域信号算出手段が、２つの中間離散領域信号から離散領域信号を算出するものであるとき、効率的に信頼度の高い離散領域信号を生成することができる。
【００２３】
また、離散領域信号算出手段が、複数の中間離散領域信号を波長に応じた重み付け平均して離散領域信号を算出するものであるとき、中間離散領域信号の各波長における信号値は、中間離散領域信号の生成の基になった干渉信号の波長帯域に近ければ近いほど信頼度が高いことを利用し、複数の中間離散領域信号のうち、信頼度の高い中間離散領域信号の重み付けを重くした平均値の算出することにより離散領域信号を算出することができ、信頼度の高い離散領域信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の断層画像処理装置を用いて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は光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す模式図である。光断層画像化システム１は、たとえば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測により取得するものであって、光源ユニット１０、光分割手段３ａ、３ｂ、合波手段４ａ、４ｂ、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、断層画像処理装置５０を有している。
【００２５】
光源ユニット１０は、互いに離散した波長帯域Δλａ、Δλｂを有する複数の光束Ｌａ、Ｌｂを射出するものである。具体的には、光源ユニット１０は波長帯域Δλａ内において波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する光源１０ａと、波長帯域Δλｂ内において波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する光源１０ｂを有している。したがって、各光源１０ａ、１０ｂは波長を１周期掃引させたときにそれぞれ波長帯域Δλａ、Δλｂからなる光束Ｌａ、Ｌｂを射出したことになる。
【００２６】
光源１０ａ、１０ｂは、それぞれ利得媒質である半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１１ａと、ＦＦＰ−ＴＦ（Ｆｉｂｅｒ Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ−Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）からなる波長選択手段１２ａと、半導体光増幅器１１ａおよび波長選択手段１２ａの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ１３ａとを備えている。
【００２７】
半導体光増幅器１１ａは、駆動電流の注入により微弱な放出光を一端側に接続された光ファイバ１３ａに射出するとともに、他端側の光ファイバ１３ａから入射された光を増幅する機能を有している。半導体光増幅器１１ａは、例えば波長１０００ｎｍ〜１１００ｎｍに発光帯域を持つＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ素子で構成されている。この半導体光増幅器１１ａにより、リング状の共振器においてレーザ光が発振し、このレーザ光が光ファイバ１３ａに接続された分岐比１０：９０の光カプラ１４ａにより分岐され、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光束Ｌａとして外部へ射出される。波長選択手段１２ａは、透過させる光の波長を変更可能なように構成されており、これにより、リング状の共振器内で発振するレーザ光の波長が選択可能となり、一定の周期で波長掃引することができる。
【００２８】
ここで、図２（Ａ）に示すように、光源１０ａは波長帯域Δλａ内において一定周期で波長掃引された光束Ｌａを射出し、光源１０ｂは波長帯域Δλｂ内において一定周期で波長掃引された光束Ｌｂを射出する。光束Ｌａ、Ｌｂは各波長帯域Δλａ、Δλｂ内においてそれぞれ連続したスペクトルを有するものであり、波長帯域Δλａと波長帯域Δλｂとは互いに離散波長帯域ＧＲだけ離散している。また、各光源１０ａ、１０ｂは、図２（Ｂ）に示すようなスペクトル形状を有する各光束Ｌａ、Ｌｂを射出するようになっている。
【００２９】
図１の光分割手段３ａ、３ｂは、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。光分割手段３ａは、光束Ｌａを測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割し、光分割手段３ｂは、光束Ｌｂを測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割する。このとき、光分割手段３ａ、３ｂは、測定光：参照光＝９０：１０の割合で分割する。
【００３０】
光プローブ３０は、光ロータリコネクタ３１を介して入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを測定対象Ｓまで導波し、測定対象Ｓの同一部位に同時に照射する。また、光プローブ３０は、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを導波する。光プローブ３０は、図示しないモータにより、光ロータリコネクタ３１から先のファイバ部が回転する構成となっており、それによりサンプル上において円周状に光束を走査する様になっており、これにより２次元断層画像が計測可能となっている。さらに、図示しないモータにより光プローブ３０の先端が光路の走査円が形成する平面に対して垂直な方向に走査することにより、３次元断層画像の計測も可能となっている。また、光プローブ３０は、図示しない光コネクタにより光ファイバＦＢ５に対して着脱可能に取り付けられている。勿論、光プローブ先端形状や走査方向はこれに限る物ではなく、例えば、ファイバ先端に高速走査ミラーを配置して２次元走査を行うような構成でもよい。
【００３１】
光分割手段３ａと光プローブ３０の間の光路、光分割手段３ｂと光プローブ３０の間の光路には合分波手段５が設けられている。合分波手段５は、設定されたカットオフ波長に応じて光を合分波する機能を有し、たとえばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）カプラにより構成される。ＷＤＭカプラは概ね−１０ｄＢ以下のアイソレーションがあれば、完全に分離していると言える。
【００３２】
合分波手段５は、光分割手段３ａ、３ｂ側からそれぞれ入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを合波して光プローブ３０側に射出し、光プローブ３０側から入射された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの光を分波してそれぞれ合波手段４ａ、４ｂ側へ射出する。
【００３３】
反射光Ｌ３ａは合波手段４ａにおいて参照光Ｌ２ａと合波され、反射光Ｌ３ｂは合波手段４ｂにおいて参照光Ｌ２ｂと合波される。なお、光分割手段３ａから合波手段４ａまでの参照光Ｌ２ａの光路には透過型の光路長調整手段２０ａが設けられ、光分割手段３ｂから合波手段４ｂまでの参照光Ｌ２ｂの光路には透過型の光路長調整手段２０ｂが設けられている。光路長調整手段２０ａ、２０ｂは、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、それぞれ参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光路長を変更するものである。
【００３４】
合波手段４ａ、４ｂは、例えば、分岐比５０：５０の２×２の光ファイバカプラから構成されている。合波手段４ａは反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ａを干渉光検出手段４０ａへ射出する。合波手段４ｂは反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ｂを干渉光検出手段４０ｂへ射出する。なお、ここでは、合波手段４ａ、４ｂはそれぞれ干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを二分して干渉光検出手段４０ａ、４０ｂへ射出し、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂでは二分された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ２つの光検出素子を用いてバランス検波するようにしている。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３５】
干渉光検出手段４０ａ、４０ｂは各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ光電変換し、各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂごとの複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとして検出する機能を有している。ここでは、光源１０ａ、１０ｂの波長掃引のトリガと同期をとることで、対応する光束を認識するようにしてもよい。このとき、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにおいて、各光束毎Ｌａ、Ｌｂの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが観測されることになる。干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂは、断層画像処理装置５０に出力される。
【００３６】
ここで、図１を参照して光断層画像化システム１の動作例について説明する。光源１０ａから波長帯域Δλａ内を一定の周期で波長掃引された光束Ｌａが射出され、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光分割手段３ａに入射する。光分割手段３ａにおいて光束Ｌａは測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａに光分割されて、測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａ側に射出され、参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ３ａ側に射出される。測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａにより導波されてサーキュレータ１５ａを経由した後、光ファイバＦＢ４ａにより導波されて合分波手段５に入射する。
【００３７】
一方、光源１０ｂからは、波長帯域Δλｂ内を一定の周期で波長掃引された光束Ｌｂが射出され、光ファイバＦＢ１ｂにより導波されて光分割手段３ｂに入射する。光分割手段３ｂにおいて光束Ｌｂは測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂに光分割されて、測定光Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ２ｂ側に射出され、参照光Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ３ｂ側に射出される。測定光Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ２ｂにより導波されてサーキュレータ１５ｂを経由した後、光ファイバＦＢ４ｂにより導波されて合分波手段５に入射する。
【００３８】
合分波手段５において、測定光Ｌ１ａと測定光Ｌ１ｂは合波されて、光ファイバＦＢ５により導波されて光ロータリコネクタ３１を介して光プローブ３０に入射し、光プローブ３０により導波されて測定対象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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ３０に入射し、測定光と逆の経路を辿って合分波手段５に入射する。さらに、合分波手段５において反射光Ｌ３ａと反射光Ｌ３ｂは分波されて、反射光Ｌ３ａは光ファイバＦＢ４ａ側に射出され、反射光Ｌ３ｂは光ファイバＦＢ４ｂ側に射出される。
【００３９】
光ファイバＦＢ４ａにより導波された反射光Ｌ３ａは、サーキュレータ１５ａを経由した後、光ファイバＦＢ６ａにより導波されて合波手段４ａに入射する。一方、光分割手段３ａにより分割された参照光Ｌ２ａは、光ファイバＦＢ３ａの途中に設けられた光路長調整手段２０ａにより光路長を変更された後、合波手段４ａに入射する。
【００４０】
合波手段４ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波され、この合波により生じた干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。干渉光検出手段４０ａでは、干渉光Ｌ４ａがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳａが生成され、断層画像処理装置５０へ出力される。
【００４１】
同様に、光ファイバＦＢ４ｂにより導波された反射光Ｌ３ｂは、サーキュレータ１５ｂを経由した後、光ファイバＦＢ６ｂにより導波されて合波手段４ｂに入射する。一方、光分割手段３ｂにより分割された参照光Ｌ２ｂは、光ファイバＦＢ３ｂの途中に設けられた光路長調整手段２０ｂにより光路長を変更された後、合波手段４ｂに入射する。
【００４２】
合波手段４ｂにおいて、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂが合波され、この合波により生じた干渉光Ｌ４ｂは二分されて干渉光検出手段４０ｂへ射出される。干渉光検出手段４０ｂでは、干渉光Ｌ４ｂがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳｂが生成され、断層画像処理装置５０へ出力される。
【００４３】
図３は本発明の断層画像処理装置の好ましい実施の形態を示すブロック図であり、図３を参照して断層画像処理装置５０について説明する。なお、図３のような断層画像処理装置５０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。
【００４４】
断層画像処理装置５０は、干渉信号取得手段５１、干渉信号分割手段５２、離散領域信号生成手段５３、信号合成手段５４、断層情報取得手段５５、断層画像生成手段５６、画像出力手段５７を有している。干渉信号取得手段５１は干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにおいて検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを１つの干渉信号ＩＳとして取得するものである。上述のように、図２に示すような離散した波長帯域Δλａ、Δλｂの光束Ｌａ、Ｌｂを用いた場合、図４に示すように離散波長帯域ＧＲにおいて干渉信号が発生せず干渉信号取得手段５１においても干渉信号が取得されない。
【００４５】
干渉信号分割手段５２は、各光束Ｌａ、Ｌｂ毎に干渉信号ＩＳを分割して干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを生成するものである。ここで、干渉信号分割手段５２は予め各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂの波長帯域情報を有しており、この波長帯域情報を用いて干渉信号ＩＳを各光束Ｌａ、Ｌｂ毎に分割する。よって、図４に示すような干渉信号ＩＳが取得されたとき、図５に示すように、干渉信号分割手段５２は干渉信号ＩＳを光束Ｌａの波長帯域Δλａである第１干渉信号ＩＳａと、光束Ｌｂの波長帯域Δλｂである第２干渉信号ＩＳｂとに分割する。
【００４６】
また、干渉信号分割手段５２は、干渉信号ＩＳを分割する際の前処理として各光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル形状の影響の除去を行う。具体的には、図６に示すように、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂは干渉強度が光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル強度に依存した状態になっている。そこで、干渉信号分割手段５２は、予め計測された光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル形状を用いて各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂからスペクトル強度を除算し、図７、図８に示すような干渉成分のみを抽出する。
【００４７】
なお、干渉信号取得手段５１が各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを１つの干渉信号ＩＳとして取得し、干渉信号分割手段５２が各光束Ｌａ、Ｌｂ毎の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに分割する場合について例示しているが、干渉信号取得手段５１が各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂをそれぞれ別々に取得した場合、干渉信号分割手段５２は不要となる。また、上述した前処理は干渉信号分割手段５２により行われる場合について例示しているが、干渉信号取得手段５１により行われてもよい。
【００４８】
図３の離散領域信号生成手段５３は、複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて複数の光束Ｌａ、Ｌｂ間の離散波長帯域ＧＲにおける干渉信号を予測して離散領域信号ＧＳを生成するものである。ここで、離散領域信号生成手段５３は、図９に示すように、線形関数生成手段５３ａ、中間信号算出手段５３ｂ、離散領域信号算出手段５３ｃを有している。
【００４９】
線形関数生成手段５３ａは、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を生成するものである。ここで、線形関数生成手段５３ａは線形予測法を用いて各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを線形モデル化する。
【００５０】
具体的には、干渉光検出手段４０ａが所定のサンプリングクロックで干渉光Ｌ４ａをサンプリングした第１干渉信号ＩＳａにおいて、所定のサンプリング点ｋの干渉強度ｙａ（ｋ）が干渉強度ｙａ（ｋ）に隣接する過去のｐ個分の干渉強度との間に線形一次結合が成り立つと仮定したとき、下記式（１）のような関係が成立する。
【数１】
【００５１】
ここでａ（ｋ）は線形予測係数、ｅａ（ｋ）は線形予測残差を示している。線形関数生成手段５３ａは、最大エントロピー法やＹｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等を用いて線形予測係数ａ（ｋ）を算出する。これにより、第１干渉信号ＩＳａから線形予測係数ａ（ｋ）とする線形関数ｙa（ｋ）が生成されたことになる。
【００５２】
同様に、干渉光検出手段４０ｂが所定のサンプリングクロックで干渉光Ｌ４ｂをサンプリングした第２干渉信号ＩＳｂにおいて、サンプリング点ｍの干渉強度ｙｂ（ｍ）が干渉強度ｙｂ（ｍ）に隣接する過去のｑ個分の干渉強度との間に線形一次結合が成り立つと仮定したとき、下記式（２）のような関係が成立する。
【数２】
【００５３】
ここで、ｂ（ｍ）は線形予測係数、ｅｂ（ｍ）は線形予測残差を示している。線形関数生成手段５３ａは、最大エントロピー法やＹｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等を用いて線形予測係数ｂ（ｍ）を算出する。これにより、第２干渉信号ＩＳｂから線形予測係数ｂ（ｍ）とする線形関数ｙｂ（ｍ）が生成されたことになる。
【００５４】
中間信号算出手段５３ｂは、上記式（１）、（２）のような線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを算出するものである。つまり、図１０に示すように、中間信号算出手段５３ｂは、上記式（１）を用いて離散波長帯域ＧＲ内において所定のピッチのサンプリング点ｎにおける干渉強度を予測し中間離散領域信号ＧＳａとして算出する。同様に、中間信号算出手段５３ｂは、上記式（２）を用いて離散波長帯域ＧＲ内において一定のサンプリング点ｎにおける干渉強度を中間離散領域信号ＧＳｂとして算出する。このように、中間信号算出手段５３ｂにおいて、実際に検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂから線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を求め、この線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳを取得することにより、離散領域信号ＧＳの信頼度を向上させることができる。
【００５５】
離散領域信号算出手段５３ｃは、中間信号算出手段５３ｂにおいて生成された複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出するものである。ここで、離散領域信号算出手段５３ｃは、下記式（３）のような重み付け平均の式によって複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出する。
【数３】
【００５６】
なお、Ｌは離散した離散波長帯域ＧＲの幅、ｎは離散波長帯域ＧＲ内におけるサンプリング点を示す。すると、図１１に示すように、離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳが算出される。ここで、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの各波長における信号値は、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの生成の基になった干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂの波長帯域に近ければ近いほど信頼度が高くなる。よって、式（３）のように、複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂのうち、信頼度の高い中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの重み付けを重くした平均値の算出することにより（式（３）参照）、信頼度の高い離散領域信号ＧＳを生成することができる。
【００５７】
図３の信号合成手段５４は、離散領域信号生成手段５３により算出された離散領域信号ＧＳと、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとを合成して合成干渉信号ＩＳ１０を生成するものである。したがって、図１１、１２に示すように、合成干渉信号ＩＳ１０は干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ間の離散波長帯域ＧＲに離散領域信号ＧＳが補間されたものとなる。
【００５８】
図３の断層情報取得手段５５は、信号合成手段５４において生成された合成干渉信号ＩＳ１０を用いて、図１３に示すような各深さ位置における断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。断層情報取得手段５５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、深さ方向ｚの断層情報（反射率）を取得していく。なお、断層情報取得手段５５は、干渉光検出手段４０において波長毎（時間経過毎）の干渉強度として取得された干渉信号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機能を有している。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。
【００５９】
図３の断層画像生成手段５６は、断層情報取得手段５５により逐次取得された複数ライン分の断層情報ｒ（ｚ）から１枚の断層画像Ｐを生成するものである。具体的には、断層画像生成手段５６は、光源ユニット１０における波長掃引１周期分の合成干渉信号ＩＳ１０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）として記憶してゆく。さらに、光プローブ３０により測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに対し走査されながら照射されたときに、断層画像生成手段５６は逐次取得される複数の断層情報ｒ（ｚ）を記憶していく。その後、断層画像生成手段５６は、記憶していた複数ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐを生成する。そして、画像出力手段５７は、断層画像生成手段５６により生成された断層画像Ｐを図１の表示装置６０に表示することになる。
【００６０】
このように、波長帯域Δλａ、Δλｂが離散する光束Ｌａ、Ｌｂを用いてＯＣＴ計測した場合であっても、離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳを予測し補間することにより、波長帯域ΔλａとΔλｂとの間に干渉信号が存在しないことによる周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【００６１】
つまり、従来のように複数の光源を用いて広帯域な分解能を実現しようとしたときに、各光源ユニット１０から射出される光束Ｌａ、Ｌｂが互いに重複し、光が射出されない波長帯域が存在しないことが理想である。しかし、このような複数の光源にするには困難であり、光が射出されない離散波長帯域ＧＲが存在してしまう場合があり（図２参照）、図１４（Ａ）のように離散波長帯域ＧＲにおいて干渉信号は発生しない領域が存在する。この状態で干渉信号が後段の断層情報取得手段５５において周波数解析されたとき、図１４（Ｂ）に示すようにノイズ成分が多く含まれたものになってしまい、結果として分解能の低下および断層画像の画質劣化の原因になってしまう。
【００６２】
一方、図３〜図１３に示すように、離散波長帯域ＧＲが存在する場合であっても、離散領域信号ＧＳを予測し補間することにより、波長帯域Δλａ〜Δλｂにわたる広帯域な波長帯域の合成干渉信号ＩＳ１０を用いて断層情報ｒ（ｚ）を取得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とともに、光源ユニット１０の種類選択の自由度を向上させることができる。
【００６３】
図１５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１５を参照して断層画像処理方法の一例について説明する。まず、干渉信号取得手段５１において、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにより検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが１つの干渉信号ＩＳとして取得される（ステップＳＴ１、図５参照）。次に、干渉信号分割手段５２により、干渉信号ＩＳが各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域毎の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに分割される（ステップＳＴ２、図６参照）。なお、干渉信号取得手段５１において干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが既に分割された状態で取得されたとき、干渉信号ＩＳの分割工程は不要となる。その後、離散領域信号生成手段５３により、各光束Ｌａ、Ｌｂの間の離散波長帯域ＧＲの離散領域信号ＧＳが生成される（ステップＳＴ３、図６〜図９参照）。
【００６４】
具体的には、線形関数生成手段５３ａにおいて、各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂがそれぞれ線形モデル化されることにより各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ毎に線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）が生成される（ステップＳＴ３−１）。次に、中間信号算出手段５３ｂにおいて上記式（１）、（２）で示される線形関数ｙａ（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂが算出される（ステップＳＴ３−２）。そして、離散領域信号算出手段５３ｃにおいて、上記式（３）を用いて複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを用いて離散領域信号ＧＳが算出される（ステップＳＴ３−３）。
【００６５】
次に、信号合成手段５４において離散領域信号生成手段５３により算出された離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとが合成され合成干渉信号ＩＳ１０が生成される（ステップＳＴ４、図１０、１１参照）。その後、断層情報取得手段５５において合成干渉信号ＩＳ１０を周波数解析することにより、断層情報ｒ（ｚ）が取得される（ステップＳＴ５、図１２参照）。そして、断層画像生成手段５６により断層画像Ｐが複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて生成され（ステップＳＴ６）、画像出力手段５７から表示装置６０に断層画像Ｐが出力される（ステップＳＴ７）。
【００６６】
上記実施の形態によれば、波長帯域Δλａ、Δλｂが離散した複数の光束Ｌａ、Ｌｂを射出し、射出した各光束Ｌａ、Ｌｂを測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割し、分割した測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとを合波し、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光とが合波したときの干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを干渉信号ＩＳとして検出したとき、干渉信号ＩＳを光束Ｌａ、Ｌｂ毎に分割し複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを生成し、生成した複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて複数の光束Ｌａ、Ｌｂ間の離散波長帯域ＧＲにおける干渉信号を離散領域信号ＧＳとして算出し、算出した離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとを合成した合成干渉信号ＩＳ１０を生成し、合成干渉信号ＩＳ１０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）を用いて断層画像Ｐを生成することにより、互いに波長帯域Δλａ、Δλｂが離散する光束Ｌａ、Ｌｂを用いてＯＣＴ計測した場合であっても、離散領域信号ＧＳを干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂに補間することにより、離散波長帯域ＧＲに干渉信号が存在しないことによって周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【００６７】
また、離散領域信号生成手段５３が、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ毎に干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂの波長に対する干渉強度を線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）として生成する線形関数生成手段５３ａと、線形関数生成手段５３ａにより生成された線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて予測し中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを算出する中間信号算出手段５３ｂと、中間信号算出手段５３ｂにおいて算出された複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出する離散領域信号算出手段５３ｃとを備えたものであるとき、実際に検出された各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂから取得された線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）から離散領域信号ＧＳを算出することができるため、信頼度の高い離散領域信号ＧＳを生成することができる。
【００６８】
さらに、中間信号算出手段５３ｂが、上記式（１）、（２）に示すような離散波長帯域に隣接する２つの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂから生成された線形関数ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ）を用いて２つの中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを算出するものであり、離散領域信号算出手段５３ｃが、２つの中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂから離散領域信号ＧＳを算出するものであるとき、信頼度の高い離散領域信号ＧＳを効率的に算出することができる。
【００６９】
また、離散領域信号算出手段５３ｃが、上記式（３）に示すような複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂを波長に応じた重み付け平均して離散領域信号ＧＳを算出するものであるとき、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの各波長における信号値は、中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの生成の基になった干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂの波長帯域に近ければ近いほど信頼度が高いことを利用し、複数の中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂのうち、信頼度の高い中間離散領域信号ＧＳａ、ＧＳｂの重み付けを重くして離散領域信号ＧＳを取得することができ、離散領域信号ＧＳの信頼度を高めることができる。
【００７０】
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１および図２において光源ユニット１０は２つの光束Ｌａ、Ｌｂを射出する場合について例示しているが、たとえば特開２００２−２１４１２５号公報のような構成にし、３つ以上複数の光束を射出するようにしてもよい。このとき、信号合成手段５４は、上述のように離散波長帯域ＧＲに隣接する２つの波長帯域から各離散波長帯域ＧＲについて離散領域信号ＧＳを算出するようにしてもよいし、１つの離散した波長帯域ＧＲに対し３つ以上の干渉信号に基づいて離散領域信号ＧＳを算出するようにしてもよい。
【００７１】
さらに、図１１の離散領域信号算出手段５３ｃにおいて、中間離散領域信号の重み付け平均値により離散領域信号ＧＳを算出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、離散領域信号ＧＳを算出するようにしてもよい。
【００７２】
また、上記実施の形態において図１の光断層画像化システム１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１６に示すようなＳＤ−ＯＣＴ計測を用いた光断層画像化システム２００についても同様に適用することができる。なお、図１６において図１の光断層画像化システム１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７３】
図１６において光源ユニット１１０は、離散した波長帯域Δλａ、Δλｂ内において連続したスペクトルを有する光束Ｌａ、Ｌｂをそれぞれ射出する複数の光源１１０ａ、１１０ｂを備えている。光源１１０ａはたとえば第１光源１１０ａは波長領域Δλａ＝７７０〜８１０ｎｍの波長帯域の光束Ｌａを射出するAlGaAs系のＳＬＤ（スーパールミネセンスダイオード）からなっており、光源１１０ｂは波長領域Δλｂ = １３８０〜１４２０ｎｍのInGaAsP系のＳＬＤからなっている。また、測定対象Ｓの各深さ位置から同時に反射する複数の反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを各波長帯域Δλａ、Δλｂ毎に分離する反射光分離手段２０１を有し、反射光分離手段２０１により分離された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとを各光束毎に合波するために複数の合波手段４ａ、４ｂが設けられている。さらに、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとの干渉光Ｌ４ａおよび反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとのＬ４ｂをそれぞれ検出するために複数の干渉光検出手段１４０ａ、１４０ｂが設けられている。
【００７４】
ここで、第１光源１１０ａから射出した第１光束Ｌａは、光ファイバＦＢａを介して光分割手段３ａに入射し、光分割手段３ａにおいて測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割される。そして、測定光Ｌ１ａは光サーキュレータ１１ａから光ファイバＦＢ２００ａを導波し光結合器２０１に入射される。なお、この光サーキュレータ１１ａにはたとえばBIG (Bi3Fe5O12)が用いられている。
【００７５】
一方、第２光源１１０ｂから射出した第２光束Ｌｂは光ファイバＦＢｂを介して光分割手段３ｂに入射し、光分割手段３ｂにおいて測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割される。そして、測定光Ｌ１ｂは光サーキュレータ１１ｂから光ファイバＦＢ２００ａを導波し、光結合器２０１に入射される。なお、光サーキュレータ１１ｂにはYIGが用いられている。
【００７６】
光結合器（反射光分離手段）２０１はたとえばＷＤＭカプラからなっており、２つの測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを合波し光ファイバＦＢ４側へ射出するようになっている。そして、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ４および光プローブ３０を介して測定対象Ｓに照射され、その反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂが光プローブ３０および光ファイバＦＢ４を介して光結合器２０１に入射される。このとき、光結合器２０１は、第１光束Ｌａの波長帯域λａの反射光Ｌ３ａを光ファイバＦＢ２００ａ側に射出し、第２光束Ｌｂの波長帯域λｂの反射光Ｌ３ｂを光ファイバＦＢ２００ｂ側に射出するようになっている。よって、光結合器２０１は、反射光Ｌ３ａとＬ３ｂとを分離する反射光分離手段として機能することになる。
【００７７】
そして、反射光Ｌ３ａは、光ファイバＦＢ２００ａ、光サーキュレータ１１ａ、光ファイバＦＢ５ａを導波し合波手段４ａにおいて参照光Ｌ２ａと合波される。その後、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとの干渉光Ｌ４ａが光ファイバＦＢ６ａを介して干渉光検出手段１４０ａに入射される。同様に、反射光Ｌ３ｂは、光ファイバＦＢ２００ｂ、光サーキュレータ１１ｂ、光ファイバＦＢ５ｂを導波し合波手段４ｂにおいて参照光Ｌ２ｂと合波される。その後、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとの干渉光Ｌ４ｂが光ファイバＦＢ６ｂを介して干渉光検出手段１４０ｂに入射される。
【００７８】
干渉光検出手段１４０ａ、１４０ｂは、それぞれコリメータレンズ１４１ａ、１４１ｂ、分光素子（回折格子素子）１４２ａ、１４２ｂ、光学レンズ１４３ａ、１４３ｂ、光検出手段１４４ａ、１４４ｂを備えている。そして、干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは分光素子１４２ａ、１４２ｂにより分光され、光検出手段１４４ａ、１４４ｂにより各波長毎に干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが検出される。
【００７９】
この場合であっても、上述したように断層画像処理装置５０において離散領域信号ＧＳと各干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとを合成することにより、離散波長帯域ＧＲに干渉信号が存在しないことによって周波数解析ができない、もしくは周波数解析結果の劣化を防止し画質の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の断層画像処理装置が用いられる光断層画像化システムの一例を示す概略構成図
【図２】図３の光源ユニットから射出される光束の特性を示すグラフ
【図３】本発明の断層画像処理装置の好ましい実施形態を示すブロック図
【図４】図３の干渉信号取得手段において取得される干渉信号の一例を示すグラフ
【図５】図３の干渉信号分割手段において取得された複数の干渉信号の一例を示すグラフ
【図６】図３の干渉信号分割手段において取得された複数の干渉信号の一例を示すグラフ
【図７】図３の干渉信号分割手段において各干渉信号から干渉成分のみを抽出した干渉信号の一例を示すグラフ
【図８】図７の干渉信号における離散波長帯域近傍を示すグラフ
【図９】図３の離散領域信号算出手段の一例を示すブロック図
【図１０】図９の中間信号算出手段において算出される中間離散領域信号の一例を示すグラフ
【図１１】図９の離散領域信号算出手段により算出された離散領域信号の一例を示すグラフ
【図１２】図９の離散領域信号算出手段により算出された離散領域信号の一例を示すグラフ
【図１３】図３の断層情報取得手段において取得された断層情報の一例を示すグラフ
【図１４】従来の離散波長帯域に干渉強度が存在しない干渉信号の一例およびこの干渉信号を周波数解析したときの断層情報の一例を示すグラフ
【図１５】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
【図１６】本発明の断層画像処理装置の別の実施形態を示す模式図
【図１７】図１６の光源ユニットから射出される光束の特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００８１】
１、２００ 光断層画像化システム
３ａ、３ｂ 光分割手段
４ａ、４ｂ 合波手段
１０、１１０ 光源ユニット
４０ａ、４０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ 干渉光検出手段
５０ 断層画像処理装置
５１ 干渉信号取得手段
５２ 干渉信号分割手段
５３ 離散領域信号生成手段
５３ａ 線形関数生成手段
５３ｂ 中間信号算出手段
５３ｃ 離散領域信号算出手段
５４ 信号合成手段
５５ 断層情報取得手段
５６ 断層画像生成手段
５７ 画像出力手段
６０ 表示装置
ＧＲ 離散波長帯域
ＧＳ 離散領域信号
ＧＳａ、ＧＳｂ 中間離散領域信号
ＩＳ、ＩＳａ、ＩＳｂ 干渉信号
ＩＳ１０ 合成干渉信号
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 測定光
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 参照光
Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ 反射光
Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ 干渉光
Ｌａ、Ｌｂ 光束
Ｐ 断層画像
ｒ（ｚ） 断層情報
Ｓ 測定対象
ｙa（ｋ）、ｙｂ（ｍ） 線形関数
Δλａ、Δλｂ 波長帯域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを前記各光束毎に合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの前記光束毎の干渉光を干渉信号として検出し、検出した複数の前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理方法であって、
前記複数の前記干渉信号に基づいて前記複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、
生成した前記離散領域信号と前記複数の干渉信号とを合成して合成干渉信号を生成し、
生成した前記合成干渉信号を用いて前記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。
【請求項２】
離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを前記各光束毎に合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの前記光束毎の干渉光を干渉信号として検出し、検出した複数の前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理装置であって、
前記複数の干渉信号に基づいて前記複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成する離散領域信号生成手段と、
該離散領域信号生成手段により生成された前記離散領域信号と前記複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成する信号合成手段と、
該信号合成手段において生成された前記合成干渉信号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おいて取得された断層情報を用いて断層画像を生成する画像生成手段と
を備えたことを特徴とする断層画像処理装置。
【請求項３】
前記離散領域信号生成手段が、
前記各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数を生成する線形関数生成手段と、
該線形関数生成手段により生成された複数の前記線形関数毎に、それぞれ前記離散波長帯域における干渉強度を予測して前記中間離散領域信号を算出する中間信号算出手段と、
該中間信号算出手段において算出された複数の前記中間離散領域信号を用いて前記離散領域信号を算出する離散領域信号算出手段と
を備えた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。
【請求項４】
前記中間信号算出手段が前記離散波長帯域に隣接する２つの前記干渉信号から生成された前記線形関数を用いて２つの前記中間離散領域信号を算出するものであり、
前記離散領域信号算出手段が前記２つの中間離散領域信号から前記離散領域信号を算出するものであることを特徴とする請求項３記載の断層画像処理装置。
【請求項５】
前記離散領域信号算出手段が、前記複数の中間離散領域信号を波長に応じた重み付け平均して前記離散領域信号を算出するものであることを特徴とする請求項３または４記載の断層画像処理装置。
【請求項６】
離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを前記各光束毎に合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの該各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出したとき、
コンピュータに、
複数の前記干渉信号から前記複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、
生成した前記離散領域信号と前記複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、
生成した前記合成干渉信号を用いて前記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。
【請求項１】
離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを前記各光束毎に合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの前記光束毎の干渉光を干渉信号として検出し、検出した複数の前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理方法であって、
前記複数の前記干渉信号に基づいて前記複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、
生成した前記離散領域信号と前記複数の干渉信号とを合成して合成干渉信号を生成し、
生成した前記合成干渉信号を用いて前記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。
【請求項２】
離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを前記各光束毎に合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの前記光束毎の干渉光を干渉信号として検出し、検出した複数の前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理装置であって、
前記複数の干渉信号に基づいて前記複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成する離散領域信号生成手段と、
該離散領域信号生成手段により生成された前記離散領域信号と前記複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成する信号合成手段と、
該信号合成手段において生成された前記合成干渉信号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おいて取得された断層情報を用いて断層画像を生成する画像生成手段と
を備えたことを特徴とする断層画像処理装置。
【請求項３】
前記離散領域信号生成手段が、
前記各干渉信号毎に波長に対する干渉強度を線形モデル化した線形関数を生成する線形関数生成手段と、
該線形関数生成手段により生成された複数の前記線形関数毎に、それぞれ前記離散波長帯域における干渉強度を予測して前記中間離散領域信号を算出する中間信号算出手段と、
該中間信号算出手段において算出された複数の前記中間離散領域信号を用いて前記離散領域信号を算出する離散領域信号算出手段と
を備えた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。
【請求項４】
前記中間信号算出手段が前記離散波長帯域に隣接する２つの前記干渉信号から生成された前記線形関数を用いて２つの前記中間離散領域信号を算出するものであり、
前記離散領域信号算出手段が前記２つの中間離散領域信号から前記離散領域信号を算出するものであることを特徴とする請求項３記載の断層画像処理装置。
【請求項５】
前記離散領域信号算出手段が、前記複数の中間離散領域信号を波長に応じた重み付け平均して前記離散領域信号を算出するものであることを特徴とする請求項３または４記載の断層画像処理装置。
【請求項６】
離散した波長帯域からなる複数の光束を射出し、射出した各光束を測定光と参照光とに分割し、分割した前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを前記各光束毎に合波し、前記反射光と前記参照光とが合波したときの該各光束の干渉光をそれぞれ干渉信号として検出したとき、
コンピュータに、
複数の前記干渉信号から前記複数の光束の間に存在する離散波長帯域の干渉信号を予測して離散領域信号を生成し、
生成した前記離散領域信号と前記複数の干渉信号とを合成した合成干渉信号を生成し、
生成した前記合成干渉信号を用いて前記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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−２６１７６８（Ｐ２００８−２６１７６８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０５５５５（Ｐ２００７−１０５５５５）
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１３日（２００７．４．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
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