(57)【要約】      二次元及び三次元光コヒーレンストモグラフィーは白色光源を使用してフルフレーム干渉画像を差動的にイメージングすることにより得られる。さらにフルカラー断層Ｘ線写真イメージングは干渉画像の三つのカラーチャンネルを処理することのより可能である。技術は天然フルカラー表示を備えた二次元ＯＣＴ画像を得るために説明されている。特別な実施例において、干渉画像はカラーカメラを使用して得られ、三つのカラーチャンネルは別々に処理されて最終画像を再構成する。別の実施例において、干渉画像は独立した赤色、青色及び緑色の光源を使用して得られ、三つのカラーチャンネルは組み合わされて最終画像を再構成する。
2007523386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然カラー表示を備えた光コヒーレンストモグラフィーにより物体の画像を作る方法において、
この方法が
赤色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行い、第一画像となる工程と、
青色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行い、第二画像となる工程と、
緑色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行い、第三画像となる工程と、
第一、第二及び第三画像を組み合わせて、天然フルカラー表示を備えた第四画像を作る工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
赤色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行う工程が、さらに
参照波により物体を照光する工程と、
位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の１／４波長間隔で得られた四つの画像フレームとなる工程と、
結果として生じた四つの画像フレームから第一画像を抽出する工程とを備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
赤色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行う工程が、さらに
参照波により物体を照光する工程と、
第一ｚ位置で物体を位置決めする工程と、
位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の１／４波長間隔で得られた四つの第一ｚ位置画像フレームとなる工程と、
結果として生じた四つの第一ｚ位置画像フレームから第一ｚ位置画像を抽出する工程と、
前もって決めた範囲にわたり多数のｚ位置に物体を位置決めして、参照波の１／４波長間隔で得られた多数の四つのｚ位置画像フレームとなる工程と、
結果として生じた多数の四つのｚ位置画像フレームから第一画像を抽出して、物体の三次元画像となる工程とを備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
青色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行う工程が、さらに
参照波により物体を照光する工程と、
位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の１／４波長間隔で得られた四つの画像フレームとなる工程と、
結果として生じた四つの画像フレームから第一画像を抽出する工程とを備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
青色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行う工程が、さらに
参照波により物体を照光する工程と、
第一ｚ位置で物体を位置決めする工程と、
位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の１／４波長間隔で得られた四つの第一ｚ位置画像フレームとなる工程と、
結果として生じた四つの第一ｚ位置画像フレームから第一ｚ位置画像を抽出する工程と、
前もって決めた範囲にわたり多数のｚ位置に物体を位置決めして、参照波の１／４波長間隔で得られた多数の四つのｚ位置画像フレームとなる工程と、
結果として生じた多数の四つのｚ位置画像フレームから第一画像を抽出して、物体の三次元画像となる工程とを備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
緑色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行う工程が、さらに
参照波により物体を照光する工程と、
位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の１／４波長間隔で得られた四つの画像フレームとなる工程と、
結果として生じた四つの画像フレームから第一画像を抽出する工程とを備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
緑色ＬＥＤにより照光された物体上に光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行う工程が、さらに
参照波により物体を照光する工程と、
第一ｚ位置で物体を位置決めする工程と、
位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の１／４波長間隔で得られた四つの第一ｚ位置画像フレームとなる工程と、
結果として生じた四つの第一ｚ位置画像フレームから第一ｚ位置画像を抽出する工程と、
前もって決めた範囲にわたり多数のｚ位置に物体を位置決めして、参照波の１／４波長間隔で得られた多数の四つのｚ位置画像フレームとなる工程と、
結果として生じた多数の四つのｚ位置画像フレームから第一画像を抽出して、物体の三次元画像となる工程とを備えていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
第一画像が二次元輪郭画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
第二画像が二次元輪郭画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
第三画像が二次元輪郭画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第四画像が二次元輪郭画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
第一画像が三次元画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
第二画像が三次元画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
第三画像が三次元画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
第四画像が三次元画像であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
対象となっている物体が生物組織であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１７】
天然カラー表示を備えた光コヒーレンストモグラフィーにより物体の画像を作る方法において、
この方法が
白色光源により対象となっている物体を照光する工程と、
参照波により対象となっている物体を照光する工程と、
対象となっている物体上で位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の前もって決めた波長間隔で得られた少なくとも二つのカラー画像フレームとなる工程と、
カラー画像フレームを分離し、少なくとも二つの赤色画像フレームと、少なくとも二つの緑色画像フレームと、少なくとも二つの青色画像フレームとになる工程と、
少なくとも二つの赤色画像フレームから赤色画像を抽出する工程と、
少なくとも二つの青色画像フレームから青色画像を抽出する工程と、
少なくとも二つの緑色画像フレームから緑色画像を抽出する工程と、
赤色画像と、青色画像と、緑色画像とを組み合わせて、天然フルカラー表示を備えた画像を作る工程とを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
対象となっている物体上で位相シフト干渉イメージングを行う工程により、参照波の１／４波長間隔で得られる四つのカラー画像フレームが得られることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
対象となっている物体上で光コヒーレンストモグラフィーイメージングを行う工程が、さらに
第一ｚ位置で物体を位置決めする工程と、
位相シフト干渉イメージングを行い、参照波の１／４波長間隔で得られた四つの第一ｚ位置カラー画像フレームとなる工程と、
結果として生じた四つの第一ｚ位置カラー画像フレームから第一ｚ位置赤色画像を抽出する工程と、
結果として生じた四つの第一ｚ位置カラー画像フレームから第一ｚ位置青色画像を抽出する工程と、
結果として生じた四つの第一ｚ位置カラー画像フレームから第一ｚ位置緑色画像を抽出する工程と、
前もって決めた範囲にわたり多数のｚ位置に物体を位置決めして、参照波の１／４波長間隔で得られた多数の四つのｚ位置カラー画像フレームとなる工程と、
結果として生じた多数の四つの第一ｚ位置画像フレームから第一赤色画像を抽出し、物体の赤色三次元画像となる工程と、
結果として生じた多数の四つの第一ｚ位置画像フレームから第一青色画像を抽出し、物体の青色三次元画像となる工程と、
結果として生じた多数の四つの第一ｚ位置画像フレームから第一緑色画像を抽出し、物体の緑色三次元画像となる工程と、
赤色三次元画像と、青色三次元画像と、緑色三次元画像とを組み合わせて、天然フルカラー表示を備えた三次元画像を作ることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
対象となっている物体が生物組織であることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示内容は出願番号が６０／５４６，６４８である、“フルカラー二次元光コヒーレンストモグラフィーのための方法及び装置”という題名の２００４年２月２０日にファイルされた仮出願からの優先権を主張する。さらに優先権は出願番号が６０／６３５，１６２である、“広視野二次元光コヒーレンストモグラフィーによるフルカラー三次元顕微鏡”という題名の２００４年１２月１０日にファイルされた第二の仮出願に対しても主張されている。
【背景技術】
【０００２】
生物医学上のイメージングの分野において、技術面で知られた 生物医学上の組織の光学イメージングの様々な方法により、他の生物医学上のイメージングのアプローチに関して重要な長所が提供される。これらの長所とは非電離放射線、広範囲の解像度、多数でかつ効果的なコントラストメカニズムおよび相対的にコンパクトでかつ高価でない計測設備を含んでいる。光学イメージングは生体内組織と生体外組織における、細胞および細胞内小器官から、物体の臓器および全身までの広範囲の生体システムに適用することができ、ナノメートル及びマイクロメートルからミリメートル及びセンチメートルの長さのスケールをカバーしている。コントラストの仕組みは吸収、伝達、偏光、蛍光性、位相干渉、非線形及びマルチフォトンのプロセス、並びにこれらのプロセスの時間挙動を含む。光学イメージングにおけるもう一つの大変重要な要素は、光の波長の機能としてのこれらのプロセスの効果、すなわち画像の分光である。スペクトルイメージングにより、標本の生物化学的パラメータと生物医学的パラメータを詳しく監視することができる。
【０００３】
光学顕微鏡と生物医学的イメージングにおけるその応用分野は、レーザーと、画像のデジタルアクイジション及びプロセスのような技術的発展のおかげで、過去数十年にわたり目覚しく成長している。現代の顕微鏡の発展の主たる推進領域の一つは、三次元顕微鏡であり、どのイメージ平面に関してもフォーカスの点でくっきりと三次元画像を得ることができる。このことは、フォーカス面の画像がデフォーカス面のピンぼけした画像と重畳された従来の顕微鏡とは対照的である。
【０００４】
共焦点走査顕微鏡ＣＳＭにおいて、デフォーカス信号は物体照度と検出点の共焦点絞りにより空間的にカットされる。三次元画像は全物体体積を画素毎に機械的に走査することにより構成され、この機械的走査は画像取得速度に関して基本的制限を置く。
【０００５】
３Ｄ顕微鏡の別のさらに最近の発展は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）であり、数μｍの軸方向解像度が短コヒーレンス光の光子飛行時間を干渉計で測定することにより得られる。一般的な配設において、マイケルソン型の干渉計はフェムト秒レーザーあるいは高輝度ＬＥＤにより照光されており、参照アームはディザリングされて、サンプル点からの後方散乱光と干渉したヘテロダイン信号を作る。二次元あるいは三次元画像は共焦点走査顕微鏡内のように、標本の領域あるいは体積にわたる機械的走査から構成されている。高速度のｚ方向走査を続けるために、かなり大きな被写体深度、すなわち約１ｍｍが必要とされ、この被写体深度は数μｍの横方向解像度を備えている。共焦点の調節を行なうための技法において解像度を改善することが知られている。ヘテロダイン検出は、血流のドップラー速度検出のようなきわめて高い感度と独自の性能を考慮している。ＯＣＴベースのイメージングシステムは網膜構造、消化器官の内視鏡及びカテーテルベースの血管内のイメージングを含んだ医学的イメージングの多様性に富む領域のために開発されている。コヒーレントイメージング技術として、ＯＣＴは生物組織及びセラミックのような高度に分散した媒質内に長い距離を浸透させることができる。
【０００６】
顕微鏡走査は、共焦点顕微鏡と光コヒーレンストモグラフィーを含んで、イメージング光学と、高感度と高解像度に関する緩和された要求のような多数の異なる長所を有するが、一方において、機械的走査は画像取得速度の面で大きな制限要因である。ＣＳＭあるいはＯＣＴの光学切断特性を維持する間の二次元画像を平行して得られると明らかに有利である。ＣＳＭにおいて、このような二次元イメージングは回転するニポウディスクあるいは電子光学的空間光変調器を使用した多孔走査のような、多数の上手に間隔をおいて配置された孔により近似化されているが、光効率あるいは画像コントラストは低くなりがちである。さらに広視野光学切断は組立てられた光学顕微鏡により達せられ、可動な回析光子パターンは物体を照光し、画像のプロセスはフォーカス断面画像を取り出す。
【０００７】
ＯＣＴにより、全視野干渉像は広域光源を使用することにより得られ、干渉情報を含む像領域はＣＣＤ画像をデジタル処理することにより抽出することができ、従って広視野としていろいろ知られた光学断面像、全視野あるいは二次元ＯＣＴが作り出される。３Ｄ画像は軸方向だけの機械的走査により構成されている。２ＤＯＣＴシステムにおいて、光源は画像表示されるべき物体の全領域を照光し、その参照ビームとの干渉はＣＣＤアレーを使用して画像表示される。例えば参照光路長は半波長により変調され、像ペアはその間の位相偏移により獲得される。この際異なる画像はコヒーレンス長と等しい軸方向深さ内における干渉領域を強調するが、その他の画像領域は著しく弱められる。擬似的ロックイン画像収集は３０Ｈｚという、ＣＣＤカメラの限定されたフレームレートのために、同期検波に代わる同期照光を実証する技術として知られている。さらに高周波（５０ｋＨｚ）の真ロックイン画像収集は、限定された数の画素（５８×５８）にもかかわらず、特注のスマートアレー検出器を使用した技術で実証された。
【０００８】
そのようなものとして、従来技術はかなりの感度と少なくとも８０ｄｂまでのダイナミックレンジを備えた高速高解像度の３Ｄ顕微鏡のための可能性を実証し、かつＯＣＴの応用分野に関して大きなインパクトを有することを期待させ、このＯＣＴの応用分野において獲得速度はリアルタイムで生体内の網膜及び内視鏡のイメージングのように重要である。
【０００９】
従来の顕微鏡と異なり、３Ｄ顕微鏡の現行の開発のほとんどは物体の自然色情報を処分するのが普通であり、網膜及び皮膚のイメージングのようなＯＣＴの重要な応用分野の一部において、組織の比較的薄い表面層の色と構造はこれらの分野の医学専門家にはなじみのフォーマットでの重要な情報を提供することができる。
【００１０】
従って技術面で必要なものは、フルカラー３Ｄ顕微鏡イメージングシステムと、広視野光コヒーレンストモグラフィーを利用する方法であり、それにより天然フルカラー表示の３Ｄ画像が得られる。
【００１１】
しかしながら、本発明が作られたその時に全体として考慮された従来技術を考えた場合、明確にされた要望がどれほど満たすことができたかは、関連技術における当業者にとって明らかではない。
【発明の開示】
【００１２】
本発明によれば、生物医学組織の表面及び表面化のイメージングのための光トモグラフィーの斬新な方法が提供される。この方法は広視野光コヒーレンストモグラフィーの原理を基本としており、かつ高解像度でかつ高フレームレートを備えた組織構造のフルカラー三次元画像を提供する。
【００１３】
特別な実施例において、顕微鏡による物体の三次元形状と構造が干渉装置内の物体のＣＣＤ画像を処理することにより得られる。
【００１４】
別の実施例において、フルカラー二次元コヒーレンストモグラフィーの斬新な方法が生物医学的組織の表面および表面下をイメージングするために提供される。記載されたこの方法は、広視野光コヒーレンストモグラフィーの原理を基本としており、かつ高解像度でかつ高フレームレートを備えた組織構造のフルカラーの二次元及び三次元画像を提供する
。
【００１５】
典型的な実施例において、輪郭あるいは断層Ｘ線写真画像は広域光源と三色カメラを使用した位相ロックされた干渉計によるイメージングシステムを用いることにより得られる。干渉計画像は三色チャンネルで分析され、かつ再結合されて天然フルカラー表示の組織構造の３Ｄ顕微鏡画像が作り上げられる。現存する最も生物医学的光トモグラフィー法とは対照的に、提案された技術により天然色に近い組織構造を監視することが可能になり、かつ緑内障に冒された網膜組織内のような、組織の生理学的状態及び病的状態に関する重要な情報を提供される。
【００１６】
本発明による別の実施例において、ＷＦＯＣＴ（広視野光コヒーレンストモグラフィー）によるフルカラー３Ｄ顕微鏡イメージングは、三つのカラーＬＥＤを使用することにより得られる。ＷＦＯＣＴイメージングは赤、緑、青のＬＥＤを３回使用して行なわれ、それにより３Ｄ画像の三つのＲＧＢチャンネルが組合わされてフルカラー表示の最終的３Ｄ画像が作り上げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を十分に理解するために、添付した図面に関連した以下の詳細な説明を参照下さい。
【実施例】
【００１８】
好ましい実施例の以下の詳細な説明において、これに関して一部を形成する添付した図を参照するものとする。図を用いて本発明が実践される特定の実施例を示してある。他の実施例が利用され、構造的変更が本発明の範囲から逸脱することなく行われることは了解されている。
【００１９】
広視野光コヒーレンストモグラフィー（ＷＦＯＣＴ）によるカラー三次元顕微鏡検査の原理を、図１に示した装置の図表を参照しながら説明する。高輝度ＬＥＤ（〜３０ルーメンス）は、コリメータレンズＬ１、偏光板Ｐ及び広域偏光ビームスプリッタＢＳを介してマイケルソン干渉計を照光する。物体あるいは参照アーム内の１／４波長板Ｑ１とＱ２は、直交偏波状態を変化させ、従って物体あるいは参照ミラーからの反射光は全て、結像レンズＬ２を介してモノクロＣＣＤカメラに向けられている。検光子Ａは二つの光線を共通の偏光に合成して、光線間の干渉を起こさせる。偏光子と検光子を組合わせることにより、物体光線と参照光線との間の相対強度と干渉コントラストの連続的な調節が可能になる。コンピュータは画像集録ボードを使用してＣＣＤ画像を獲得し、信号発生器はＬＥＤから閃光を発生させ、ピエゾトランスデューサに取付けられた参照ミラーをディザリングするために使用される。物体は適当な物平面に焦点を合わせるために、三軸のマイクロメータ並進運動ステージに載置される。
【００２０】
参照ミラーはＬＥＤのコヒーレンス長内で物体の焦点面に対して等しい間隔で配置されており、物体の輪郭は位相シフト干渉法により映像化される。ＣＣＤアレー上の光強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）は、以下のように記載される。
【数１】
2007523386.tif 000003
【００２１】
Ｉ０（ｘ，ｙ）は、ＩＲ（ｘ，ｙ）に対してコヒーレントな物体反射の部分であり、ＩＢ（ｘ，ｙ）はインコヒーレントなバックグラウンドである。φ（ｘ，ｙ）は物体と参照光線の間の相対的位相輪郭であり、従ってφ１はピエゾ駆動の基準により導入された位相シフトである。参照ミラーは数ミクロンの振幅を超えて参照ピエゾ架台に加えられた鋸歯状波によりディザリングされている。四つの画像フレームはφ＝０，λ／２，λ，３λ／２の参照位相に相応する１／４波長間隔で得られる。これらの干渉画像は次のように表わされる。
【数２】
2007523386.tif 000004
【００２２】
次いでコヒーレントな物体画像の振幅は以下の式で与えられる。
【数３】
2007523386.tif 000005
位相マップは以下のようになる。
【数４】
2007523386.tif 000006
【００２３】
図２において、平面鏡は光軸に対して小さい角度だけ傾斜した物体として使用されている。四つの干渉画像から、縞は１／４周期だけシフトしていることがわかる。さらに干渉特性を図２にプロットしてある。最下部の画像と曲線は式（３）により得られた干渉グラフの包絡線を示す。光源のコヒーレンス長は干渉グラフの幅を干渉縞周期と比較することにより求めることができる。光源のコヒーレンス長は、三つの赤色、緑色及び青色ＬＥＤの場合に、各々δＲ＝５．８μｍ，δＧ＝４．８μｍそしてδＢ＝４．０μｍであることがわかった。ＬＥＤの正規化されたスペクトルと干渉グラフを図３に示してある。ＬＥＤの中心波長はλＲ＝６３８．４ｎｍ，λＧ＝５２８．５ｎｍそしてλＢ＝４５７．４ｎｍであるが、スペクトル幅はΔＲ＝２２．９ｎｍ，ΔＧ＝３３．２ｎｍそしてΔＢ＝２８．６ｎｍである。測定されたコヒーレンス長は、１．３のファクター内で（２ｌｎ２／π）λ２／Δの期待値に一致している。
【００２４】
図４は試験物体として硬貨の表面を使用した位相シフト干渉法によるＷＦＯＣＴを示す。図４ａは参照波が無い状態の物体の直接画像であるが図４ｂは参照波がある場合である。二つの画像はほとんど区別ができないにもかかわらず、参照ミラーがディザリングされている間、カメラ画像がリアルタイムで表示される際に物体の部分において変動するスペックルを見ることができる。図４ｃで示したように、参照ミラー位置に対応する高さで物体の輪郭を得るために、先に記載したように、画像のコヒーレントな部分が抽出されている。輪郭画像は何度も（〜４０）繰り返され、かつＳＮ比を改善するために平均化される。三次元イメージングは所望の範囲にわたり物体のｚ方向位置をステップすることにより実行され、多数の輪郭画像を得ることができる。三次元画像は数多くの様々な方法で提示されている。図４ｄでは、輪郭画像が全て一緒に上乗せされて、“フラットビュー”が得られ、画像平面は全てピントが合った状態にあり、さらに様々な光面からの迷反射による図４ａあるいは４ｂのヘイズは全て除去された。
【００２５】
代表的な実施例において、本発明によりカラー画像を作るために、ＷＦＯＣＴの手順は赤色、緑色そして青色のＬＥＤにより３回繰り返される。３回の内の各回において、各色の照光により物体の三次元画像が作られる。その際三次元画像はＲＧＢチャンネルとして組合わされ、天然フルカラー表示のボリュームを備えた最終的３Ｄ画像を作る。
【００２６】
図５及び図６は本発明の実施例による実験結果を示しており、彩色された硬貨が試験物体として使用されている。１０セント硬貨の裏側は赤、緑及び青で塗られており、背景は白で塗られている。図５最初の三つの縦列は三色の異なるＬＥＤを使用して得られた個別の結果を示す。各縦列において、最上位のマスは３Ｄ画像の７．２ｍｍ×３３５μｍのｘｚ断面図であり、中央のマスは７．２ｍｍ×７．２ｍｍのｘｙ断面図あるいは輪郭画像であるが、最下位のマスはカラーチャンネル用のフラットビューである。最後の縦列はＲＧＢ合成画像である。図６において、３Ｄ画像は幾つかの異なるモードで示してある。図６ａは一連のｘｙ断面であり、図６ｂは一連のｘｚ断面である。図６ｃにおいて、再構成された３Ｄ画像は変化する斜角から見ている。エアペイント干渉部での強い色依存していない（白）反射と下面からの強い色反射には注意すべきである。ある領域での透過深度は少なくとも約１００μｍである。ｘｚＲＧＢ画像において、図５の右上角部、すなわち赤の薄くて急峻な層はおそらく金属面の塗料の薄い層であり、この層の隣の谷間には白い塗料の溜まりがある。さらに図５の右下角部の直接のグラフィック画像と比較して、ＲＧＢフラットビューがまずまずの色と画質を有していることに注目すべきである。
【００２７】
図７及び図８に関しては、モノクロＷＦＯＣＴによる生物学的イメージングの二つの例を示してある。図７は蜂の体の画像であり、図８は未確認昆虫の羽の画像である。ＸＹ断面及びＸＺ断面ムービーはフラットビューで始まり、その後各方向で一連の横断面断層撮影図が続く。画像ボリュームは横方向で数ミリメーターであり、かつ縦方向では１ミリメートル未満である。比較的不透明な蜂の体は、約１００μｍかその位の透過深度を有していることがわかるのに対して、透明な羽に関しては数百ミクロンである。これらの画像の一般的なＳＮ比は、約５０ｄｂから６０ｄｂの間で測定された。
【００２８】
図９に関しては、本発明による３チャンネルのＷＦＯＣＴを使用したカラー３Ｄ顕微鏡検査の例を示してある。図９に示した画像は、４．７ｍｍ×１．４ｍｍ×１７０μｍのボリュームの林檎の皮一片に関する、ＸＺ及びＸＹ横断面図と、三つのカラーチャンネルの各々のフラットビューと、ＲＧＢカラー合成画像を備え、図５で特定された画像と同じ様式で配置されている。ここで透過深度は少なくとも１５０μｍであり、画像は最上面と皮組織の詳細を表示している。縦方向及び横方向のスケールが著しく異なっているので、微小な表面組織はフラットビューではかなり誇張されて見える。横断面図から外側皮膚層と内部組織層の部分がはっきりとわかる。さらにｘｚ断面画像とフラットビュー画像におけるキズ領域内部構造が一致していることに注意すべきである。下側右角部の特別な写真は、イメージング実験のおおまかな領域の直接の写真である。林檎の皮の色彩の変化は彩色された硬貨の実験と比べてかなり多彩でありかつ連続的であるにもかかわらず、ＲＧＢフラットビューは少なくともほぼ色彩の変化を再生している。このデータセットにおいて、カラー画像は林檎の皮の共通した顕微鏡写真から予想されるようなものではない。しかしながら顕微鏡により、林檎の皮の色は赤い表面の固体層の通りには表示されず、赤い色素はそうではなく無色の基質内に多数の微粒子として入り込んでいる。さらに実際の表面の色彩の変化に起因することがある、色彩のばらつきが若干確認される。図１０はデータセッとのＸＹ及びＸＺ断面用ムービーと３Ｄ画像を示す。
【００２９】
図１１と１２において、本発明によるカラーＷＦＯＣＴは、植物の葉のカラー３Ｄ画像を作るために使用されている。図１１では表面の気孔の模様ならびに小茎がはっきり見える。さらに葉の内部を注意深く調べることにより、葉の長さを伸ばす繊維質構造もはっきりとわかる。図１２では、スコッチテープ片が画像化領域内の葉の一部を覆っている。３Ｄイメージングシステムはわずかに拡散する層を鮮明にイメージングした。これらの代表的な実施例と実験結果により示した通り、本発明による方法と装置を使用して得られた画像の質全体は、解像度、信号レベル、そして天然色情報に近い３Ｄ画像を作るための全般的能力の面でかなり説得力がある。
【００３０】
本発明は天然カラー表示の三次元顕微鏡画像を作るためのシステム及び方法を提供する。
本発明は軸方向解像度が約１０μｍ、透過深度が約１００〜２００μｍ、そしてダイナミックレンジが５０〜６０ｄｂである生物学的標本の画像を作るための機能を提供する。これらの画像は天然カラー表示で作られている。
【００３１】
光学的断面の（あるいは断層Ｘ線撮影の）イメージングと光散乱媒質を介してのイメージングは、きわめて活気のある目下の研究領域である。本発明によるフルカラーＷＦＯＣＴは生物学、医学、地質学、材料科学そして超小型電子技術の研究分野の広範囲において光学的断面画像を作るために使用することができる。光学的切断能力あるいは断層Ｘ線撮影能力により、焦点がくっきりした完全な３Ｄボリュームの画像を作ることができる。本発明の方法により提供されたカラーイメージング技術は、これらの応用領域の多くにおいて別の重要情報を提供する。生物医学における予測可能ないくつかの応用分野は、眼、外組織の光学組織診断、および胃腸組織と肺組織の上皮層のイメージングにある。
【００３２】
先に説明した長所及び先の説明から明らかとなる長所が効率よく達成されることと、特定の偏光が本発明の範囲から逸脱することなく上記の構造においてなされるので、先の説明の中に含まれているかあるいは添付図面に示してある事柄が、図の通りに解釈されかつ限定する意味では解釈されないことがわかる。
【００３３】
さらに従属請求項がここに記載された本発明の一般的でありかつ特定の特徴の全て、及び言葉の問題として、その間に属していると言えるかもしれない本発明の範囲で述べたことを全てカバーするようになっていることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による広視野光コヒーレンストモグラフィーのための代表的構成図である。
【図２】四位相干渉図形と抽出された干渉画像、ならびに干渉図形の横断面形状が示してある位相シフト干渉を示す図である。
【図３ａ】赤色、緑色及び青色のＬＥＤのスペクトルを示す図である。
【図３ｂ】ＬＥＤの干渉分布−軸方向距離ｚを示す図である。
【図４ａ】本発明による硬貨表面の位相シフト干渉イメージングを示す図であり、ここでは物体の直接画像を示す。
【図４ｂ】本発明による硬貨表面の位相シフト干渉イメージングを示す図であり、ここでは参照波を備えた物体の画像を示す。
【図４ｃ】本発明による硬貨表面の位相シフト干渉イメージングを示す図であり、ここでは位相シフト干渉により抽出された輪郭画像を示す図である。
【図４ｄ】本発明による硬貨表面の位相シフト干渉イメージングを示す図であり、ここでは蓄積された輪郭画像のフラット表示である。画像ボリューム＝１２ｍｍ×９ｍｍ×４０５μｍ；ボクセル＝６４０×４８０×８２；ボクセルボリューム＝１９μｍ×１９μｍ×５μｍである。
【図５】本発明による塗装された硬貨表面のカラーＷＦＯＣＴを示す図である。
【図６ａ】塗装された硬貨表面のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｙ断面画像は１．１７ＭＢである。
【図６ｂ】塗装された硬貨表面のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｚ断面画像は０．２６ＭＢである。
【図６ｃ】塗装された硬貨表面のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここで３Ｄ透視図は０．９０ＭＢであり、画像ボリューム＝７．２ｍｍ×７．２ｍｍ×３３５μｍ；ボクセル＝４８０×４８０×６７；ボクセルボリューム＝１５μｍ×１５μｍ×５μｍである。
【図７ａ】蜂のモノクロＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｙ断面画像は０．７３ＭＢである。
【図７ｂ】蜂のモノクロＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｚ断面画像は０．２６ＭＢである。
【図７ｃ】蜂のモノクロＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここで３Ｄ透視図は０．６４ＭＢである。
【図７ｄ】蜂のモノクロＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでこれは標本の直接画像であり、画像ボリューム＝６．０ｍｍ×７．８ｍｍ×９８０μｍ；ボクセル＝４００×５２０×９９；ボクセルボリューム＝１５μｍ×１５μｍ×１０μｍである。
【図８ａ】昆虫の羽のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｙ断面画像は０．８１ＭＢである。
【図８ｂ】昆虫の羽のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｚ断面画像は０．３８ＭＢである。
【図８ｃ】昆虫の羽のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここで３Ｄ透視図は０．７８ＭＢである。
【図８ｄ】昆虫の羽のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでこれは標本の直接画像であり、画像ボリューム＝７．２ｍｍ×９．７ｍｍ×８１０μｍ；ボクセル＝４８０×６４０×８２；ボクセルボリューム＝１５μｍ×１５μｍ×１０μｍである。
【図９】本発明による林檎の皮のカラーＷＦＯＣＴを示す図である。
【図１０ａ】林檎の皮のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｙ断面画像は０．２７ＭＢである。
【図１０ｂ】林檎の皮のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｚ断面画像は０．１０ＭＢである。
【図１０ｃ】林檎の皮のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここで３Ｄ透視図は０．９０ＭＢ、画像ボリューム＝４．７ｍｍ×４．７ｍｍ×１７０μｍ；ボクセル＝３１３×３１３×３４；ボクセルボリューム＝１５μｍ×１５μｍ×５μｍである。
【図１１ａ】葉のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｙ断面画像は０．４８ＭＢである。
【図１１ｂ】葉のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここでｘｚ断面画像は０．１５ＭＢである。
【図１１ｃ】葉のカラーＷＦＯＣＴムービーを示す図であり、ここで３Ｄ透視図は０．９２ＭＢであり、画像ボリューム＝６．３ｍｍ×６．３ｍｍ×１４５μｍ；ボクセル＝４２０×４２０×３０；ボクセルボリューム＝１５μｍ×１５μｍ×５μｍである。
【図１２ａ】本発明のシステム及び方法による得られた画像の図解例であり、画像は葉のカラーＷＦＯＣＴムービーを含んでおり、ここでｘｙ断面画像は０．０６５ＭＢである。
【図１２ｂ】本発明のシステム及び方法による得られた画像の図解例であり、画像は葉のカラーＷＦＯＣＴムービーを含んでおり、ここでｘｚ断面画像は０．２２ＭＢである。
【図１２ｃ】本発明のシステム及び方法による得られた画像の図解例であり、画像は葉のカラーＷＦＯＣＴムービーを含んでおり、ここで３Ｄ透視図は０．９３ＭＢ、画像ボリューム＝７．２ｍｍ×７．２ｍｍ×１９０μｍ；ボクセル＝４８０×６４０×３９；ボクセルボリューム＝１５μｍ×１５μｍ×５μｍである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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