專利名稱：光學(xué)相干層析攝影方法和光學(xué)相干層析攝影裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)相干層析攝影方法和光學(xué)相干層析攝影裝置，更特別地，涉及使用用于醫(yī)療領(lǐng)域中的相干光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)相干層析攝影方法和光學(xué)相干層析攝影裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，存在各種各樣的使用光學(xué)設(shè)備的眼科設(shè)備。這樣的眼科設(shè)備的例子包括前 眼成像裝置、視網(wǎng)膜照相機(jī)和掃描激光檢眼鏡(SLO)。在這些眼科設(shè)備當(dāng)中，光學(xué)相干層析 攝影(OCT)裝置能夠以高分辨率獲得待測對(duì)象的層析攝影圖像，并因此正在變成對(duì)于視網(wǎng) 膜?？频拈T診病人醫(yī)學(xué)治療所必不可少的設(shè)備。例如，在日本專利申請(qǐng)公開No.Hll-325849中公開了一種OCT裝置。在日本專利 申請(qǐng)公開No.Hll-325849中公開的OCT裝置中，使用低相干光。來自光源的光通過諸如分 束器之類的分割的光路被分成測量光和參考光。測量光通過測量光路被施加到諸如人眼之 類的待測對(duì)象，并且，來自待測對(duì)象的返回光通過檢測光路被引向檢測位置。這里使用的返 回光指的是包含關(guān)于待測對(duì)象相對(duì)于光的照射方向的界面的信息的反射光或散射光。參考 光通過參考光路被引向檢測位置。向檢測位置的輸入是由返回光和參考光之間的干涉得到 的相干光。然后，通過使用分光計(jì)等對(duì)相干光的波長譜進(jìn)行一并獲取，并且對(duì)波長譜進(jìn)行傅 立葉變換，由此獲得待測對(duì)象的層析攝影圖像。一般地，對(duì)波長譜進(jìn)行一并測量的OCT裝置 被稱為譜域OCT (SD-OCT)裝置。通過SD-OCT裝置，可通過選擇用于控制待測對(duì)象中的測量光的聚焦位置的透鏡 的數(shù)值孔徑(NA)，調(diào)整焦點(diǎn)深度和橫向(與測量光的照射方向垂直的方向)分辨率。例如， 數(shù)值孔徑越大，則焦點(diǎn)深度越小，但橫向分辨率越高。另一方面，如果減小數(shù)值孔徑，那么 焦點(diǎn)深度變大，但橫向分辨率變低。換句話說，焦點(diǎn)深度和橫向分辨率之間的關(guān)系是權(quán)衡關(guān) 系。作為克服這種關(guān)系的方法，在“OPTICS LETTERS Vol. 28，2003，pp. 182-184” 中公 開了動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)OCT。在這種模式中，采用在改變光路長度的同時(shí)獲取層析攝影圖像的時(shí)域 OCT(TD-OCT)。于是，在相互同步地改變光路長度和移動(dòng)透鏡的焦點(diǎn)位置的同時(shí)，獲取層析 攝影圖像。結(jié)果，在維持高的橫向分辨率的同時(shí)，可以增大待測對(duì)象的測量范圍(獲取的層 析攝影圖像中的測量光的照射方向的范圍)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在TD-OCT中，在連續(xù)改變光路長度的同時(shí)執(zhí)行測量。因此，與用SD-OCT相 比，用TD-OCT獲取(測量)層析攝影圖像花費(fèi)更多的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)待測對(duì)象的測量范圍 大并且橫向分辨率高的層析攝影圖像的高速獲取，考慮以譜域模式執(zhí)行動(dòng)態(tài)聚焦的方法。 如上所述，在譜域模式中，隨著橫向分辨率增加，焦點(diǎn)深度減小。因此，為了增大測量范圍， 需要出于測量的目的而將待測對(duì)象分成沿測量光的照射方向彼此相鄰的多個(gè)測量區(qū)域。作 為結(jié)果，出現(xiàn)需要在待測對(duì)象的內(nèi)部布置相干門(coherence gate)的情況。術(shù)語“相干門”指的是處于測量光路中并且具有與參考光路的光學(xué)距離相同的光學(xué)距離的位置。這意味著 跨過相干門在相鄰區(qū)域中形成相互反映的圖像。這兩個(gè)圖像是等同的，因此，可采用它們中 的任一個(gè)用于層析攝影圖像。以下，待獲取的圖像(即，被采用作為該區(qū)域中的層析攝影圖 像的圖像)被稱為“實(shí)像”，并且，另一圖像被稱為“鏡像”。在采用SD-OCT模式的情況下， 由相干光代表的圖像(測量圖像)包括實(shí)像和鏡像，因此，將實(shí)像與鏡像分離是必不可少 的。在日本專利申請(qǐng)公開No. H11-325849中公開的裝置中，為了獲取一個(gè)區(qū)域的實(shí)像，需要 多次改變相干門的位置，并且然后執(zhí)行對(duì)光譜的測量。因此，測量花費(fèi)許多時(shí)間。因此，本發(fā)明的目的是，提供可以通過簡單的方法從測量圖像去除鏡像并且可在 短時(shí)間內(nèi)獲取層析攝影圖像的光學(xué)相干層析攝影方法和光學(xué)相干層析攝影裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種光學(xué)相干層析攝影方法，所述光學(xué)相干層析攝影方法將來 自光源的光分成測量光和參考光，并且基于參考光和返回光的相干光的波長譜獲取待測對(duì) 象的層析攝影圖像，所述返回光是在將測量光照射到待測對(duì)象上時(shí)從待測對(duì)象返回的，所 述光學(xué)相干層析攝影方法包括以下步驟將待測對(duì)象分成在測量光的照射方向上彼此相鄰的多個(gè)測量區(qū)域，并且基于相干 光的波長譜，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取測量圖像；以及通過從測量圖像去除與測量圖像的測量區(qū)域相鄰的相鄰區(qū)域的層析攝影圖像的 鏡像，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取層析攝影圖像。根據(jù)本發(fā)明，提供一種光學(xué)相干層析攝影裝置，所述光學(xué)相干層析攝影裝置將來 自光源的光分成測量光和參考光，并且基于參考光和返回光的相干光的波長譜獲取待測對(duì) 象的層析攝影圖像，所述返回光是在將測量光照射到待測對(duì)象上時(shí)從待測對(duì)象返回的，該 光學(xué)相干層析攝影裝置包括測量圖像獲取單元，被配置為在待測對(duì)象被分成在測量光的照射方向上彼此相鄰 的多個(gè)測量區(qū)域的狀態(tài)下，基于相干光的波長譜，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取測量圖像；以及層析攝影圖像獲取單元，被配置為通過從測量圖像去除與測量圖像的測量區(qū)域相 鄰的相鄰區(qū)域的層析攝影圖像的鏡像，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取層析攝影圖像。根據(jù)本發(fā)明的一些方面，能夠提供光學(xué)相干層析攝影方法和光學(xué)相干層析攝影裝 置，所述光學(xué)相干層析攝影方法和光學(xué)相干層析攝影裝置能夠通過簡單的方法從測量圖像 去除鏡像，并且能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取層析攝影圖像。通過參照附圖閱讀示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖IA示出待測對(duì)象的理想層析攝影圖像。圖IB示出在測量區(qū)域中反映的鏡像。圖IC示出各測量區(qū)域的測量圖像。圖ID示出各測量區(qū)域的所計(jì)算的實(shí)像。圖2示出在根據(jù)例子1的OCT裝置中使用的Mach-Zehnder干涉系統(tǒng)的配置。圖3示出測量區(qū)域的寬度。圖4是示出例子1中的分析測量圖像數(shù)據(jù)的方法的流程圖。圖5示出使用反射鏡作為待測對(duì)象時(shí)的相干門和反射鏡之間的距離與測量強(qiáng)度的關(guān)系。圖6是示出例子2中的分析測量圖像數(shù)據(jù)的方法的流程圖。圖7示出實(shí)像的圖像調(diào)整的方法。
具體實(shí)施例方式以下，將描述根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)相干層析攝影裝置。根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)相干層析攝影裝置通過分割的光路將來自光源的光分成測 量光和參考光。測量光通過測量光路被照射到待測對(duì)象上。在照射測量光時(shí)從待測對(duì)象返 回的返回光通過檢測光路被引向檢測位置。可由聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制待測對(duì)象中的(照射方 向上的)測量光的焦點(diǎn)位置。參考光通過參考光路被引向檢測位置。在參考光路中，設(shè)置 反射鏡，并且，可通過反射鏡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整相干門的位置。由于可以相互同步地控制相干門 和焦點(diǎn)位置，因此能夠沿照射方向?qū)⒋郎y對(duì)象分成彼此相鄰的多個(gè)測量區(qū)域，并且對(duì)于每 個(gè)區(qū)域順序地執(zhí)行測量。被引向檢測位置的光(返回光和參考光的相干光)被分解成其波長譜，并且被分 析。由此，獲取待測對(duì)象的層析攝影圖像。在本實(shí)施例中，基于相干光的波長譜，對(duì)于每個(gè) 測量區(qū)域獲取測量圖像。通過從測量圖像去除與該測量圖像的測量區(qū)域相鄰的相鄰區(qū)域中 的層析攝影圖像的鏡像，獲取每個(gè)測量區(qū)域的層析攝影圖像(實(shí)像)。通過組合所有測量區(qū) 域的實(shí)像(將其接合在一起)，可以獲取測量范圍大并且橫向分辨率高的層析攝影圖像(所 希望的層析攝影圖像)。這里，參照?qǐng)DIA 1D，描述用根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)相干層析攝影裝置獲取實(shí)像和 希望的層析攝影圖像的方法(根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)相干層析攝影方法)的原理。在圖IA ID中，垂直軸表示反射強(qiáng)度(光的強(qiáng)度)，水平軸表示待測對(duì)象中的(在照射方向上的)位 置。圖IA示出待測對(duì)象的理想層析攝影圖像。在本實(shí)施例中，待測對(duì)象以規(guī)則的間隔被分 成測量區(qū)域Z(O) Z(5)，并且，在區(qū)域的基礎(chǔ)上執(zhí)行測量。附圖標(biāo)記R(O) R(5)分別代 表測量區(qū)域Z(O) Z(5)的實(shí)像。在本實(shí)施例中，測量區(qū)域Z(O)作為第一測量區(qū)域被設(shè)置 在待測對(duì)象的端部。多個(gè)測量區(qū)域被設(shè)定為使得在測量光的照射方向上順序地布置第一到 第χ測量區(qū)域(χ是大于1的整數(shù)；在圖IA ID的例子中為測量區(qū)域Z(0) Z(5))。注 意，通過OCT裝置，測量具有大的折射率差的部分作為大的信號(hào)。因此，待測對(duì)象的端部的 區(qū)域是與其中可忽略折射率差的范圍相鄰的區(qū)域。注意，即使在待測對(duì)象的內(nèi)部，如果可以 在大于或等于測量區(qū)域的寬度的范圍內(nèi)忽略折射率差，那么所關(guān)注的測量區(qū)域和設(shè)置在該 測量區(qū)域外部的區(qū)域也可被視為不同的對(duì)象。因此，這種測量區(qū)域可被視為待測對(duì)象的端 部的區(qū)域。圖IB示意性地示出當(dāng)相干門被設(shè)置在測量區(qū)域Z(i-l)和測量區(qū)域Z(i) (i > 1) 的邊界處時(shí)在測量區(qū)域Z(i)中反映的鏡像(要在測量區(qū)域Z(i)的實(shí)像上疊加的鏡像)。 由于在測量區(qū)域z(i)中反映的鏡像是測量區(qū)域z(i-l)的實(shí)像的鏡像，因此鏡像由附圖標(biāo) 記R' (i-1)表示。注意，i = 0的測量區(qū)域(測量區(qū)域Z(O))是待測對(duì)象的端部的區(qū)域， 因此不出現(xiàn)鏡像。圖IC示出當(dāng)相干門被設(shè)置在測量區(qū)域Z(i-l)和測量區(qū)域Z(i)之間的邊界處時(shí)的測量區(qū)域的測量圖像S(O) S (5)。測量區(qū)域Z(I) Z (5)的測量圖像各是在實(shí)像上重疊鏡像的圖像。但是，如上所述，在測量區(qū)域Z(O)中不出現(xiàn)鏡像，因此測量區(qū)域Z(O)的測 量圖像S(O)是實(shí)像。測量圖像S(i)由表達(dá)式1-1和1-2表達(dá)。S(i)=R(i)i = 0(1-1)S(i) = R(i)+R' (i-1) i = 1 5(1-2)表達(dá)式1-1表示測量區(qū)域Z(O)的測量圖像S(O)是實(shí)像R(0)。表達(dá)式1_2表示可 通過從測量區(qū)域Z(i)的測量圖像S(i)減去實(shí)像R(i-l)的鏡像R' (i-1)獲得測量區(qū)域 Z(i)的實(shí)像R(i)。在通過從測量圖像去除鏡像獲得的實(shí)像由附圖標(biāo)記C(i)表示的條件下，實(shí)像 C(i)由表達(dá)式2-1和2-2表達(dá)(附圖標(biāo)記C' (i-1)表示實(shí)像C(i-l)的鏡像)。C(i)=S(i)i = 0(2-1)C(i)=S(i)-C' (i-1) i = l 5(2-2)可從實(shí)像C(i-l)計(jì)算鏡像C' (i-Ι)。如上所述，在第一測量區(qū)域(測量區(qū)域 Z(O))中不出現(xiàn)鏡像。因此，在本實(shí)施例中，對(duì)于第一測量區(qū)域，采用測量圖像S(O)作為層 析攝影圖像(實(shí)像)C(O)。依次地對(duì)于第二到第X測量區(qū)域，通過從第Y測量區(qū)域的測量 圖像去除第(Y-I)測量區(qū)域的實(shí)像的鏡像，獲得第Y(2< YSX)實(shí)像。即，在圖ID的例子 中，對(duì)于i = 1 5，順序地計(jì)算實(shí)像C(i)。這使得能夠?qū)τ诿總€(gè)測量區(qū)域獲取實(shí)像。通過 將獲取的實(shí)像接合在一起，可以獲得所希望的層析攝影圖像(圖1D)。注意，在本實(shí)施例中，從i = 1起順序地計(jì)算實(shí)像C(i)；但是，計(jì)算方法不限于本 實(shí)施例中的方法。例如，在測量區(qū)域Z(5)被設(shè)置在待測對(duì)象的端部并且相干門被設(shè)置在測 量區(qū)域Z(I+1)和測量區(qū)域Z(I)之間的邊界處的情況下(I不小于0且不大于y，并且在圖 IA ID的例子中y = 4)，測量區(qū)域Z(5)可以是第一測量區(qū)域。更具體而言，在這種情況 下，測量圖像S(5)變?yōu)閷?shí)像C(5)，在測量區(qū)域Z(I)中反映測量區(qū)域Z(I+1)的實(shí)像C(I+1) 的鏡像。因此，可通過從測量圖像S(I)減去鏡像C' (1+1)獲得實(shí)像C(I)。可通過對(duì)于1 =4 0順序地計(jì)算實(shí)像C(I)，獲得各測量區(qū)域的實(shí)像。可以構(gòu)想，端部位于待測對(duì)象的內(nèi)部。例如，可以構(gòu)想，測量區(qū)域Z(2)和測量區(qū)域 Z(4)是待測對(duì)象的端部的區(qū)域，并且，在測量區(qū)域Z(3)中不存在結(jié)構(gòu)。在這種情況下，如果 相干門被設(shè)置在測量區(qū)域Z(i-l)和測量區(qū)域Z(i)之間的邊界處，那么測量圖像S(3)變?yōu)?實(shí)像C(2)的鏡像，并且，測量圖像S(4)變?yōu)閷?shí)像C(4)。因此，在這種情況下，能夠以與上述 方式相同的方式計(jì)算測量區(qū)域Z(O)、Z(I)和Z(5)的實(shí)像。以這種方式，通過根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)相干層析攝影裝置，對(duì)各測量區(qū)域執(zhí)行至少一次測量，并且，通過使用測量數(shù)據(jù)，計(jì)算各測量區(qū)域的實(shí)像。更具體而言，利用通過使用 另一區(qū)域的實(shí)像來去除測量圖像的鏡像的簡單方法，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得層析攝影圖像。 此外，通過將獲得的實(shí)像(層析攝影圖像)接合在一起，可以高速獲得待測對(duì)象中的測量范 圍大并且橫向分辨率高的層析攝影圖像。由此，可以實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)OCT裝置?！蠢?>下面，描述根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)相干層析攝影裝置的特定例子。具體地，以下描述 應(yīng)用本發(fā)明的眼科OCT裝置。〈光學(xué)裝置的配置〉圖2示出用于根據(jù)本例子的OCT裝置中的Mach-Zehnder干涉系統(tǒng)的配置。從光源201發(fā)射的光(發(fā)射光)穿過單模光纖202-1并被引向透鏡211-1。發(fā)射光由分束器203-1分成參考光205和測量光206。在用測量光206照射眼睛207或待測對(duì)象之后，測量光206 返回，作為由反射或散射導(dǎo)致的返回光208。參考光和返回光穿過分束器203-2、透鏡211-2 和單模光纖202-3，并入射到分光計(jì)218上。在分光計(jì)中獲取的諸如光(返回光和參考光的 相干光)的波長譜之類的數(shù)據(jù)被輸入到計(jì)算機(jī)219。注意，光源201是作為代表性的低相干 光源的超輻射發(fā)光二極管(super luminescent diode，SLD)?？紤]到待測對(duì)象是眼睛的事 實(shí)，優(yōu)選發(fā)射光是紅外光(例如，具有840nm的中心波長和50nm的帶寬的光)。對(duì)于參考光205的參考光路給出描述。由分束器203-1的分割得到的參考光205 順序地入射到反射鏡214-1 214-3上。參考光205被引向分束器203-2，并入射到分光計(jì) 上。注意，參考光205穿過反射鏡214-1和214-2之間的色散補(bǔ)償玻璃215-1的內(nèi)部。色 散補(bǔ)償玻璃215-1的長度為Li，其優(yōu)選等于典型眼睛的深度的兩倍。優(yōu)選該長度，以對(duì)于當(dāng) 測量光206在眼睛207中反射和散射時(shí)導(dǎo)致的色散，補(bǔ)償參考光205。在本例子中，長度Ll 被給出為46mm。該長度為被視為日本人的眼球的平均直徑的23mm的兩倍。此外，通過反射 鏡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)213，反射鏡214-1和214-2可在圖2中的箭頭所指示的方向上移動(dòng)。通過移動(dòng) 反射鏡214-1和214-2的位置，參考光205的光路長度可被調(diào)整和控制。參考光205穿過 反射鏡214-2和214-3之間的色散補(bǔ)償玻璃215-2的內(nèi)部。色散補(bǔ)償玻璃215-2被用于掃 描眼睛用的物鏡216和掃描透鏡217的色散補(bǔ)償。對(duì)于測量光206的測量光路給出描述。由分束器203-1的分割得到的測量光206 從分束器203-3被反射，并入射到XY掃描儀204的反射鏡上。XY掃描儀204在與光軸(照 射方向)垂直的方向上執(zhí)行對(duì)視網(wǎng)膜210的光柵掃描。測量光206的中心被調(diào)整為與XY掃 描儀204的反射鏡的旋轉(zhuǎn)中心對(duì)準(zhǔn)。物鏡216和掃描透鏡217構(gòu)成用于掃描視網(wǎng)膜210 (將 測量光引向視網(wǎng)膜的各位置)的光學(xué)系統(tǒng)，并且被用于以角膜209附近的點(diǎn)為支點(diǎn)來掃描 視網(wǎng)膜210。在本例子中，物鏡216和掃描透鏡217的焦距分別為50mm和50mm?？赏ㄟ^聚 焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)212調(diào)整物鏡216的(照射方向的)焦點(diǎn)位置。當(dāng)測量光206入射到眼睛207 上時(shí)，測量光206被視網(wǎng)膜210反射和散射，并且作為返回光208返回。返回光208直到分 束器203-3穿過與測量光206相同的光路，并且穿過分束器203-3。然后，返回光208被分 束器203-2引導(dǎo)以入射到分光計(jì)上。注意，聚焦驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、反射鏡驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、XY掃描儀和分光計(jì)被計(jì)算機(jī)219控制以執(zhí) 行希望的操作。計(jì)算機(jī)執(zhí)行分光計(jì)的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存和圖像處理。〈測量范圍〉下面，參照?qǐng)D3，描述測量區(qū)域(沿照射方向)的寬度。在圖3中，垂直軸表示反射 強(qiáng)度，水平軸表示待測對(duì)象的內(nèi)部的(在光施加方向上的)位置。圖3示意性示出相干門 301被放在測量區(qū)域Z(3)和與其相鄰的測量區(qū)域Z(2)之間、并且執(zhí)行對(duì)測量區(qū)域Z(3)的 測量的情況。附圖標(biāo)記302表示各測量區(qū)域的寬度，附圖標(biāo)記303表示測量深度，附圖標(biāo)記 304表示焦點(diǎn)深度。以下將描述測量深度和焦點(diǎn)深度。焦點(diǎn)深度(DOF)表示獲得的圖像的可見范圍。焦點(diǎn)深度通過使用用于將測量光聚 焦到待測對(duì)象中的透鏡的數(shù)值孔徑(NA)和光源的中心波長λ的表達(dá)式3 (光學(xué)距離)表 達(dá)。在圖3中，由表達(dá)式3獲得的范圍的正側(cè)由實(shí)線表示，并且，負(fù)側(cè)由虛線表示。DOF = 士 λ / (2ΝΑ2)(3)
在待測對(duì)象是眼睛并且待測對(duì)象被分成6個(gè)測量區(qū)域的情況下，如果各測量區(qū)域 的寬度為500 μ m，那么優(yōu)選焦點(diǎn)深度比1000 μ m(士500 μ m)的總長度長。注意，在典型的 SD-OCT裝置中，焦點(diǎn)深度的總長度約為3mm。當(dāng)然，如果分割數(shù)增大，那么可使得測量區(qū)域 更小，因此也可減小焦點(diǎn)深度。注意，在一定程度上超過焦點(diǎn)深度的區(qū)域不是沒有測量的可 能性。焦點(diǎn)不需要被設(shè)定于相干門的位置處。但是，為了獲得均勻的圖像，優(yōu)選焦點(diǎn)深度比 各測量區(qū)域的寬度大。在OCT裝置的情況下，可通過改變光束的直徑來改變NA。一般地，如 果入射到眼睛上的光束的直徑增大，那么NA增大。測量深度代表其中不出現(xiàn)混疊(aliasing)的范圍(混疊的出現(xiàn)使得測量困難)。 測量深度通過使用分光計(jì)的線傳感器的像素?cái)?shù)N(偶數(shù)，典型地為2的冪，諸如1024和 2048)和由分光計(jì)檢測的波數(shù)的光譜帶寬ΔK的表達(dá)式4(光學(xué)距離)表達(dá)。在圖3中，通 過表達(dá)式4獲得的范圍的正側(cè)和負(fù)側(cè)分別由實(shí)線和虛線表示。Lmax = 士 N/(4 Δ K)(4)假定測量光的中心波長為840nm、帶寬為50nm并且分光計(jì)的線傳感器的像素?cái)?shù)為 1024，那么可被測量的范圍延伸直到約士3. 4mm的光學(xué)距離。注意，由表達(dá)式4表示的測量 深度是理論值，并且，事實(shí)上，由于分光計(jì)的光學(xué)分辨率，因此實(shí)際采樣次數(shù)比N小。因此， 可精確復(fù)原(測量)的范圍比理論的測量深度小。因此，測量區(qū)域的寬度需要被設(shè)為比理 論測量深度小。一般地，滿足測量區(qū)域的寬度<理論測量深度的關(guān)系。此外，為了獲得均勻 的圖像，優(yōu)選焦點(diǎn)深度(總長度)和測量區(qū)域的寬度滿足表達(dá)式5的關(guān)系。S卩，優(yōu)選測量區(qū) 域的寬度小于獲取所關(guān)注的測量區(qū)域的測量圖像時(shí)的焦點(diǎn)深度的一半。2X測量區(qū)域的寬度<焦點(diǎn)深度(總長度) (5)在離散傅立葉變換中，構(gòu)成測量圖像的各元素具有由表達(dá)式6 (光學(xué)距離)給出的 離散值。這里，t是整數(shù)，0 ( t ( N/2。L = t/ (2 Δ K)(6)數(shù)值深度分辨率δ (L)由表達(dá)式7表達(dá)。數(shù)值深度分辨率δ (L)也是每個(gè)像素的 間隔。在本例子中，數(shù)值深度分辨率δ (L)是約6.8μπι的光學(xué)距離。Lmin= δ (L) = 1/(2 Δ K)(7)<信號(hào)處理>參照?qǐng)DIA ID和圖4，描述分析測量圖像的數(shù)據(jù)(測量圖像數(shù)據(jù))的方法。在本例子中，描述其中相干門被設(shè)置在測量區(qū)域z(i-l)和測量區(qū)域Z(i)之間的邊界處、并 且執(zhí)行對(duì)測量區(qū)域z(i)的測量的情況。以下，測量區(qū)域Z(i)的測量圖像數(shù)據(jù)由附圖標(biāo)記 S(i，k)表示。在這種表示中，i是0 M-I的區(qū)域號(hào)，k是區(qū)域中的0 η的元素號(hào)(i和 η 二者均為整數(shù))。M是區(qū)域的數(shù)量，η是滿足η < Ν/2的元素的數(shù)量。N是線傳感器的像 素的數(shù)量。如果測量區(qū)域的寬度約為500 μ m(由于在本例子中δ (L) =6.8μπι)，那么η = 500/6.8 =約74個(gè)像素。可通過增大分割數(shù)來減小測量區(qū)域的寬度，因此，η相對(duì)于線傳感 器的像素的數(shù)量減小。注意，假定測量圖像數(shù)據(jù)S(i-1，η)的位置與測量圖像數(shù)據(jù)S(i，0) 的位置相同，并且相干門位于該位置處。類似地，各測量區(qū)域的實(shí)像的數(shù)據(jù)(實(shí)像數(shù)據(jù))由 附圖標(biāo)記C(i，k)表示。在步驟Sl中，測量開始。注意，i的初始值取為0。在步驟S2中，獲取測量區(qū)域Z(i)(即，Z(O))的測量圖像數(shù)據(jù)(測量圖像獲取單元)。由于待測對(duì)象是眼睛，因此相干門位于相對(duì)于視網(wǎng)膜的角膜側(cè)的位置。在相干門被設(shè) 置在角膜側(cè)之后，隨著相干門向視網(wǎng)膜移動(dòng)，測量圖像開始改變。更具體而言，同步于相干 門的移動(dòng)，測量圖像更加接近相干門。作為移動(dòng)的結(jié)果，當(dāng)測量圖像到達(dá)希望的位置時(shí)，執(zhí) 行對(duì)測量區(qū)域Z (O)的測量。希望的位置指的是不產(chǎn)生鏡像的區(qū)域。注意，焦點(diǎn)位置與反射 鏡的位置同步地移動(dòng)。由于在測量區(qū)域Z(O)中不產(chǎn)生鏡像，因此可以如表達(dá)式8表達(dá)的那 樣直接從測量圖像S(i，k)獲取實(shí)像C(0，k)。然后，將i加1，并且過程前進(jìn)到步驟S3。<formula>formula see original document page 10</formula>
在步驟S3中，相干門被設(shè)置在測量區(qū)域Z (i-1)和測量區(qū)域Z (i)之間的邊界處， 并且執(zhí)行對(duì)測量區(qū)域Z(i)的測量。更具體而言，獲取測量區(qū)域Z(i)的測量圖像數(shù)據(jù)S(i， k)(測量圖像獲取單元)。注意，測量圖像數(shù)據(jù)S (0，0)不是層析攝影數(shù)據(jù)(在該元素的位 置處不存在待測對(duì)象的結(jié)構(gòu))，并因此可以用測量圖像數(shù)據(jù)S (0，1)替代測量圖像數(shù)據(jù)S (0， 0)。在步驟S4中，從在步驟S3中獲取的測量圖像數(shù)據(jù)S(i，k)去除鏡像數(shù)據(jù)，以獲取 實(shí)像數(shù)據(jù)c(i，k)(層析攝影圖像獲取單元)。通過相對(duì)于相干門的位置(在本例子中為測 量區(qū)域和與測量區(qū)域相鄰的相鄰區(qū)域之間的邊界)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，獲取去除的鏡像數(shù)據(jù)。更具 體而言，從測量圖像數(shù)據(jù)s(i，k)去除作為鏡像數(shù)據(jù)的實(shí)像數(shù)據(jù)c(i-l，n-k)。注意，實(shí)像數(shù) 據(jù)C(i，0)是放置相干門的位置處的數(shù)據(jù)，并因此等于實(shí)像數(shù)據(jù)C(i-l，n)(表達(dá)式9-1)。計(jì) 算的實(shí)像數(shù)據(jù)C(i，k)由表達(dá)式9-2表達(dá)。
<formula>formula see original document page 10</formula>在步驟S5中，將對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取的實(shí)像數(shù)據(jù)C(i，k)接合在一起。如果i 小于希望的值(在圖IA ID的例子中為5)(在這種情況下，測量繼續(xù)；在步驟S6中為 “是”)，那么將i加1，并且過程返回步驟S3。如果i達(dá)到希望的值(i = 5 ；在這種情況下， 測量結(jié)束；在步驟S6中為“否”)，過程前進(jìn)到步驟S7，并且然后過程結(jié)束。通過將所有區(qū)域 的實(shí)像數(shù)據(jù)接合在一起，獲得希望的層析攝影圖像。應(yīng)當(dāng)注意，在本例子中，在將相干門設(shè)置在測量區(qū)域的邊界處的情況下進(jìn)行計(jì)算； 但是，由光源的光譜導(dǎo)致的誤差有時(shí)與S(i，k)的i為低次的分量混合。在這種情況下，當(dāng) 獲取測量圖像時(shí)，相干門的位置可相對(duì)于測量區(qū)域和相鄰區(qū)域之間的邊界被設(shè)置在相鄰區(qū) 域側(cè)。例如，當(dāng)執(zhí)行對(duì)測量區(qū)域Z(i)的測量時(shí)，相干門應(yīng)從測量區(qū)域Z(i-l)和測量區(qū)域 Z(i)之間的邊界向測量區(qū)域Z(i-l)偏移幾個(gè)到幾十個(gè)元素?？筛鶕?jù)光源的相干函數(shù)等確 定偏移元素的數(shù)量。在本例子中，每當(dāng)獲取實(shí)像時(shí)，都將實(shí)像與其它的實(shí)像接合?？梢栽讷@取了所有的 實(shí)像之后將它們接合在一起?？梢栽讷@取了所有的測量圖像之后計(jì)算實(shí)像。當(dāng)然，如果待 檢查對(duì)象的結(jié)構(gòu)不清楚，那么可以插入搜索其中不產(chǎn)生鏡像的測量區(qū)域的處理。其中不產(chǎn) 生鏡像的測量區(qū)域是其中相干門移動(dòng)并且測量圖像僅在一個(gè)方向上移動(dòng)的部分。< 例子 2>在例子2中，描述解決由于SD-OCT特定的現(xiàn)象導(dǎo)致的問題的方法。參照?qǐng)D5，描述 SD-OCT特定的現(xiàn)象。圖5示出使用反射鏡作為待測對(duì)象的情況下的對(duì)于水平軸的相干門和 反射鏡之間的距離與對(duì)于垂直軸的測量強(qiáng)度(反射強(qiáng)度)的關(guān)系。特別地，示出當(dāng)反射鏡的位置到相干門的距離為 50 μ m、100 μ m、150 μ m、200 μ m、300 μ m、400 μ m、500 μ m、600 μ m、 800μπι、1000μπι、1200μπι、1600μπι和2000μπι時(shí)測量的反射強(qiáng)度(數(shù)字值)。虛線示意
性地示出稱為衰減函數(shù)的測量結(jié)果的包絡(luò)線(關(guān)于測量區(qū)域中的照射方向上的位置的強(qiáng) 度變化)。在圖5中，隨著反射鏡的位置越遠(yuǎn)離相干門，強(qiáng)度衰減就越大。這被稱為“滾降 (roll-off) ”等，并且由于分光計(jì)的分辨率等而出現(xiàn)。如上所述，在出現(xiàn)該現(xiàn)象的情況下，隨著位置更接近相干門，強(qiáng)度更強(qiáng)，而隨著位 置更遠(yuǎn)離相干門，強(qiáng)度更弱。因此，在測量區(qū)域的邊界處，強(qiáng)度在一個(gè)區(qū)域中強(qiáng)而在另一區(qū) 域中弱。這導(dǎo)致彼此相鄰的區(qū)域之間的測量強(qiáng)度的跳動(dòng)。<信號(hào)處理>參照?qǐng)D6，描述出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)的信號(hào)處理的方法(分析測量圖像數(shù)據(jù)的方法)。在步驟S2-1中，測量開始。在步驟S2-2 S2-4中，在切換測量區(qū)域的同時(shí)順序地獲取測量圖像數(shù)據(jù)。注 意，在本例子中，在比測量區(qū)域的寬度(例如500μπι(0彡k彡η))寬的范圍(例如， 0 ^ k ^ N-1)中獲取測量圖像。 在步驟S2-5和S2-6中，根據(jù)基于上述的衰減函數(shù)的校正函數(shù)。順序地校正各測量 區(qū)域的測量圖像數(shù)據(jù)。更具體而言，光學(xué)相干層析攝影裝置事先存儲(chǔ)或獲取上述的校正函 數(shù)，并且，通過使用與位置對(duì)應(yīng)的校正函數(shù)的值(通過將位置代入校正函數(shù)獲得的值；校正 數(shù)據(jù))對(duì)于每個(gè)測量位置(元素的位置)執(zhí)行校正。假定用于校正的數(shù)據(jù)是校正數(shù)據(jù)D(i， k)，那么校正后的測量圖像數(shù)據(jù)(校正圖像數(shù)據(jù))H(i，k)由表達(dá)式10表達(dá)。H (i，k) = S (i，k) /D (i，k)(10)注意，校正函數(shù)可以是從理論或?qū)嶒?yàn)獲得的衰減函數(shù)本身，也可以是衰減函數(shù)的 近似函數(shù)(直線或二次曲線)，并且，也可以是衰減函數(shù)和給定系數(shù)的和或積。如果可以消 除如上所述的現(xiàn)象，那么可以使用任何函數(shù)。隨后的處理與例子1相同。更具體而言，用校正后的測量圖像數(shù)據(jù)H(i，k)替代測 量圖像數(shù)據(jù)S(i，k)。注意，可以使用單一校正函數(shù)；但是，如果測量區(qū)域的特性(上述的特性；衰減函 數(shù))彼此不同，那么優(yōu)選準(zhǔn)備根據(jù)每個(gè)測量區(qū)域的校正函數(shù)(優(yōu)選為對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域不 同的校正函數(shù))。例如，在焦點(diǎn)深度根據(jù)焦點(diǎn)位置改變的情況下，特性對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域改 變，因此這種準(zhǔn)備是有效的。在步驟S2-7 S2-9中，從測量圖像去除鏡像，以對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取實(shí)像，并 且，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域執(zhí)行對(duì)實(shí)像的圖像調(diào)整。圖像調(diào)整是對(duì)實(shí)像的像素值和對(duì)測量區(qū)域 的位置(測量光的照射方向上的位置)的調(diào)整。例如，在例子1中，實(shí)像數(shù)據(jù)c(i，0)的位 置和實(shí)像數(shù)據(jù)c(i-l，n)的位置彼此相同。但是，它們的位置有時(shí)彼此移位。這是由于相干 門的位置誤差和光源的強(qiáng)度誤差等導(dǎo)致的。參照?qǐng)D7，描述圖像調(diào)整。在圖7中，垂直軸表示反射強(qiáng)度，水平軸表示待測對(duì)象中 的(照射方向上的)位置。在圖7中，彼此相鄰的測量區(qū)域Z(3)和Z(4)的實(shí)像分別由實(shí) 線和虛線表示。測量區(qū)域Z(i)的實(shí)像在k>n的范圍內(nèi)與測量區(qū)域Z(i+1)的實(shí)像重疊。 使用重疊部分的數(shù)據(jù)的一部分或全部，用于圖像調(diào)整。在k > η的范圍內(nèi)獲得的實(shí)像數(shù)據(jù) 之間執(zhí)行內(nèi)插，并且，可以使用通過內(nèi)插獲得的數(shù)據(jù)。在理想情況下，調(diào)整實(shí)像數(shù)據(jù)，使得重疊部分相互匹配。注意，以下描述假定測量區(qū)域Z(3)的實(shí)像已被調(diào)整，調(diào)整測量區(qū)域Z(4) 的實(shí)像以與測量區(qū)域Z(3)的實(shí)像匹配。執(zhí)行對(duì)測量區(qū)域的位置的調(diào)整(即，圖7的水平軸方向上的調(diào)整)，使得測量區(qū)域 及其相鄰區(qū)域的層析攝影圖像(實(shí)線和虛線)的重疊部分的強(qiáng)度差被固定。即，為了使實(shí) 線和虛線的重疊部分的強(qiáng)度差被固定(例如，使重疊部分的強(qiáng)度差的分散最小化)，虛線在 水平軸方向上偏移。如果在重疊部分中，在每一個(gè)實(shí)像中存在特定的峰值，那么可以執(zhí)行調(diào) 整，使得它們的峰值位置相互匹配。執(zhí)行強(qiáng)度調(diào)整(即，圖7的垂直軸方向上的調(diào)整)，使得 測量區(qū)域及其相鄰區(qū)域的層析攝影圖像(實(shí)線和虛線)的重疊部分的強(qiáng)度差最小。即，為 了使實(shí)線和虛線的重疊部分的強(qiáng)度差最小(例如，使得重疊部分的強(qiáng)度差的絕對(duì)值的總值 最小)，虛線在垂直軸方向上偏移。注意，在圖像調(diào)整中，可以只調(diào)整測量區(qū)域的位置和強(qiáng)度 中的一個(gè)。如果測量區(qū)域的位置和強(qiáng)度二者均被調(diào)整，那么優(yōu)選在調(diào)整位置之后調(diào)整強(qiáng)度。在步驟S2-10中，將對(duì)于所有的測量區(qū)域獲取的實(shí)像接合在一起。由此，在步驟S2-11中，可以獲取希望的層析攝影圖像。注意，當(dāng)將實(shí)像接合在一起時(shí)，對(duì)于重疊的部分， 可以使用它們的平均值，并且，可以忽略序號(hào)比η大的元素。作為結(jié)果，可以平滑地連接每個(gè)測量區(qū)域的數(shù)據(jù)。這使得能夠獲得更加精確的層 析攝影圖像。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的光學(xué)相干層析攝影裝置，從相鄰區(qū)域(與測量目標(biāo)區(qū) 域相鄰的區(qū)域)中的層析攝影圖像(實(shí)像)產(chǎn)生鏡像。從測量目標(biāo)區(qū)域的測量圖像去除所 獲取的鏡像。通過這種簡單的方法，可以從測量圖像去除鏡像。由此，可以在短時(shí)間內(nèi)獲取 層析攝影圖像(實(shí)像)。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性 實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以包含所有這些變更方式和等同的 結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
一種光學(xué)相干層析攝影方法，所述光學(xué)相干層析攝影方法將來自光源的光分成測量光和參考光，并且基于參考光和返回光的相干光的波長譜獲取待測對(duì)象的層析攝影圖像，所述返回光是在將測量光照射到待測對(duì)象上時(shí)從待測對(duì)象返回的，所述光學(xué)相干層析攝影方法包括以下步驟將待測對(duì)象分成在測量光的照射方向上彼此相鄰的多個(gè)測量區(qū)域，并且基于相干光的波長譜，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取測量圖像；以及通過從測量圖像去除與測量圖像的測量區(qū)域相鄰的相鄰區(qū)域的層析攝影圖像的鏡像，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取層析攝影圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)相干層析攝影方法，其中在獲取測量圖像的步驟中，將所述多個(gè)測量區(qū)域設(shè)定為使得第一測量區(qū)域被設(shè)置在待 測對(duì)象的端部，并且，在測量光的照射方向上順序地布置第一到第X測量區(qū)域，其中X是大 于1的整數(shù)，以及在對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取層析攝影圖像的步驟中，對(duì)于第一測量區(qū)域，采用測量圖像 作為層析攝影圖像，并且，對(duì)于第二到第X測量區(qū)域，依次地，通過從第Y測量區(qū)域的測量圖 像去除第(Y-I)測量區(qū)域的層析攝影圖像的鏡像，獲取第Y測量區(qū)域的層析攝影圖像，其中 2 < Y < X。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)相干層析攝影方法，其中，測量區(qū)域的在照射方向上 的寬度小于在獲取該測量區(qū)域的測量圖像時(shí)的焦點(diǎn)深度的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)相干層析攝影方法，還包括根據(jù)基于衰減函數(shù)確定 的校正函數(shù)校正測量圖像的步驟，所述衰減函數(shù)代表關(guān)于測量區(qū)域中的在照射方向上的位 置的強(qiáng)度變化，以及其中，在對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取層析攝影圖像時(shí)，通過從校正后的測量圖像去除相鄰 區(qū)域的層析攝影圖像的鏡像，獲取每個(gè)測量區(qū)域的層析攝影圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)相干層析攝影方法，其中，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域，校正函數(shù) 不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)相干層析攝影方法，進(jìn)一步包括對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域 調(diào)整層析攝影圖像的強(qiáng)度和/或測量區(qū)域的在照射方向上的位置的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)相干層析攝影方法，其中在比測量區(qū)域大的范圍中獲取測量圖像；以及當(dāng)對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域調(diào)整測量區(qū)域的在照射方向上的位置時(shí)，將所述位置調(diào)整為使得 測量區(qū)域及其相鄰區(qū)域的層析攝影圖像的重疊部分的強(qiáng)度差被固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)相干層析攝影方法，其中在比測量圖像的測量區(qū)域大的范圍中獲取測量圖像；以及當(dāng)對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域調(diào)整層析攝影圖像的強(qiáng)度時(shí)，將該強(qiáng)度調(diào)整為使得測量區(qū)域及相 鄰區(qū)域的層析攝影圖像的重疊部分的強(qiáng)度差最小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)相干層析攝影方法，其中，當(dāng)測量區(qū)域和與該測量區(qū) 域相鄰的相鄰區(qū)域之間的邊界與相干門的位置相同時(shí)，所述鏡像是通過關(guān)于邊界反轉(zhuǎn)相鄰 區(qū)域的層析攝影圖像而獲得的圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)相干層析攝影方法，其中，當(dāng)獲取測量圖像時(shí)，相對(duì)于測量區(qū)域和測量區(qū)域的相鄰區(qū)域之間的邊界，相干門的位置被設(shè)置在相鄰區(qū)域側(cè)。
11. 一種光學(xué)相干層析攝影裝置，所述光學(xué)相干層析攝影裝置將來自光源的光分成測 量光和參考光，并且基于參考光和返回光的相干光的波長譜獲取待測對(duì)象的層析攝影圖 像，所述返回光是在將測量光照射到待測對(duì)象上時(shí)從待測對(duì)象返回的，所述光學(xué)相干層析 攝影裝置包括測量圖像獲取單元，被配置為在待測對(duì)象被分成在測量光的照射方向上彼此相鄰的多 個(gè)測量區(qū)域的狀態(tài)下，基于相干光的波長譜，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取測量圖像；以及層析攝影圖像獲取單元，被配置為通過從測量圖像去除與測量圖像的測量區(qū)域相鄰的 相鄰區(qū)域的層析攝影圖像的鏡像，對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取層析攝影圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)相干層析攝影方法和光學(xué)相干層析攝影裝置。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)相干層析攝影方法包括以下步驟將待測對(duì)象分成在測量光的照射方向上彼此相鄰的多個(gè)測量區(qū)域，并且基于相干光的波長譜對(duì)于每個(gè)測量區(qū)域獲取測量圖像；以及通過從測量圖像去除與測量圖像的測量區(qū)域相鄰的相鄰區(qū)域的層析攝影圖像的鏡像，獲取每個(gè)測量區(qū)域的層析攝影圖像。
文檔編號(hào)A61B3/14GK101822527SQ20101012380
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
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