(57)【要約】      （修正有）【課題】光干渉法において、振幅および位相情報を使用した多次元速度測定方法を提供する。【解決手段】放射源とスプリッタ構造を備える少なくとも１つの第１のアレンジメントであって、前記スプリッタ構造は、放射線を、サンプルおよび参照に方向付けられる第１,第２の放射線に分離する、第１のアレンジメントを備える。第１のアレンジメントによって提供される放射線の周波数は第１のアレンジメントによって経時的に変化できる。装置はまた、第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を検出するように構成される少なくとも１つの検出器の第２のアレンジメントを備える。第２のアレンジメントは、第１、第２の干渉との間の少なくとも１つの相対位相に関連する情報を得、第１の干渉および／または第２の干渉の絶対位相を決定するようにに構成される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を提供し、スプリッタを備える少なくとも１つの第１のアレンジメントであって、前記スプリッタは、前記放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも１つの第１の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも１つの第２の電磁放射線に分離し、前記少なくとも１つの第１のアレンジメントによって提供される前記放射線の周波数は制御され、それにより経時的に変化する、第１のアレンジメントと、
少なくとも１つの第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、少なくとも１つの第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を検出するように構成される少なくとも１つの検出器の第２のアレンジメントであって、前記第１の干渉および第２の干渉は互いに異なる、第２のアレンジメントと、
を備える装置であって、
前記少なくとも１つの第２のアレンジメントが、
ｉ．前記第１の干渉と第２の干渉との間の少なくとも１つの相対位相に関連する情報を得、
ｉｉ．前記情報に基づいて前記第１の干渉または前記第２の干渉のうちの少なくとも１つの絶対位相を決定する、
ように構成されるコンピュータを備える、装置。
【請求項２】
前記コンピュータは、前記絶対位相に基づいて前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも１つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記構造は身体を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記コンピュータは、前記少なくとも１つの第２のアレンジメントが位置するイメージングプローブと、身体との間の動きまたは方向の少なくとも１つを補正するための少なくとも１つのパラメータを決定または補正するようにさらに構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２のアレンジメントは、少なくとも１つの第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、少なくとも１つの第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を検出するようにさらに構成され、前記第１の干渉および第２の干渉は互いに異なり、前記コンピュータは、前記第１の干渉の振幅と前記第２の干渉の振幅との相違に基づいてさらなる情報を決定するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記コンピュータは、前記絶対位相およびさらなる情報に基づいて前記サンプルに関連する構造または液体の速度分布を決定するようにさらに構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記コンピュータは、フィルタを使用して前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも１つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記コンピュータは、フィルタした動きに基づいて前記サンプルに関するさらなる測定を行う、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
放射線を提供し、スプリッタ構造を備える少なくとも１つの第１のアレンジメントであって、前記スプリッタ構造は、前記放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも１つの第１の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも１つの第２の電磁放射線に分離し、前記少なくとも１つの第１のアレンジメントによって提供される前記放射線の周波数は制御され、それにより経時的に変化する、第１のアレンジメントと、
少なくとも１つの第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、少なくとも１つの第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を検出するように構成される少なくとも１つの検出器の第２のアレンジメントであって、前記第１の干渉および第２の干渉は互いに異なる、第２のアレンジメントと、
を備える装置であって、
前記少なくとも１つの第２のアレンジメントが、前記第１の干渉の振幅と前記第２の干渉の振幅との相違に基づいて情報を決定するように構成されるコンピュータを備える、装置。
【請求項１０】
前記コンピュータは、絶対位相に基づいて、またはフィルタを使用して前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも１つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記構造は身体を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記コンピュータは、前記少なくとも１つの第２のアレンジメントが位置するイメージングプローブと、身体との間の動きまたは方向の少なくとも１つを補正するための少なくとも１つのパラメータを決定または補正するようにさらに構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
決定された情報は、前記サンプルに関連する構造または液体の速度プロファイルの複数の成分に対応する、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記コンピュータは、フィルタした動きに基づいて前記サンプルに関するさらなる測定を行う、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
放射線を提供し、スプリッタ構造を備える少なくとも１つの第１のアレンジメントであって、前記スプリッタ構造は、前記放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも１つの第１の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも１つの第２の電磁放射線に分離する、第１のアレンジメントと、
（ａ）少なくとも１つの第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、少なくとも１つの第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を受容し、（ｂ）前記第１の干渉を第１の分離した干渉にスペクトル的に分離し、前記第２の干渉を第２の分離した干渉にスペクトル的に分離するように構成される、少なくとも１つのスペクトルを分離する第２のアレンジメントと、
前記第１の分離した干渉および第２の分離した干渉を検出するように構成される複数の検出器を備える少なくとも１つの第３のアレンジメントであって、前記第１の分離した干渉および第２の分離した干渉が互いに異なる、第３のアレンジメントと、
を備える装置であって、
前記少なくとも１つの第３のアレンジメントが、
ｉ．前記第１の分離した干渉と前記第２の分離した干渉との間の少なくとも１つの相対位相に関連する情報を得、
ｉｉ．前記情報に基づいて前記第１の干渉または前記第２の干渉のうちの少なくとも１つの絶対位相を決定する
ように構成されるコンピュータを備える、装置。
【請求項１６】
前記コンピュータは、前記絶対位相に基づいて前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも１つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記構造は身体を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記コンピュータは、前記少なくとも１つの第２のアレンジメントが位置するイメージングプローブと、身体との間の動きを補正するための少なくとも１つのパラメータを決定または補正するようにさらに構成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記コンピュータは、前記第１の干渉の振幅と前記第２の干渉の振幅との相違に基づいてさらなる情報を決定するようにさらに構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記コンピュータは、前記絶対位相およびさらなる情報に基づいて前記サンプルに関連する構造または液体の速度分布を決定するようにさらに構成される、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記コンピュータは、フィルタを使用して前記サンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも１つのパラメータを決定するようにさらに構成される、請求項１５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／９３３，９６５号に関連し、それから優先権を主張し、その開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示の例示的な実施形態は、概して、速度の光学的測定、より特には、光干渉法において振幅および位相情報を使用した多次元速度測定（ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を提供するための方法、システムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
速度を測定するための光干渉技術はドップラー効果に依存し得る。ドップラー効果は、光が移動する物体から反射される場合、光の周波数の変化を表すことができる。これにより、反射後、周波数領域において分析される放射線を照射される場合、発光プローブに対する１つのサンプル、複数のサンプルまたはサンプルの異なる部分の相対速度の決定が可能となる。
【０００４】
いくつかの分野において、例えば、粘弾性の物体が時間と共に移動する場合、サンプルの速度マップを知ることが重要であり得る。これらの場合、物体は、独立して動く異なる部分から構成されているとみなされ得るので、目的の物体の速度分布の完全なプロファイルを得るように、深さを識別する２Ｄおよび／または３Ｄイメージングなどのより高いイメージング次元を有する光学技術においてドップラー効果を使用することが有益であり得る。特に、ドップラー光学コヒーレンストモグラフィー（Ｄ−ＯＣＴ）は、多次元イメージングまたは走査システムと組み合わされる場合、２Ｄおよび３Ｄ速度プロファイルを提供する可能性がある、生物学的または他の種類のサンプルの深さの関数として速度分布を求めるための当該分野において公知の技術である。Ｄ−ＯＣＴ測定を実施できる光学システムは、干渉計自体の変動によって、または獲得プロセスによって誘導される位相誤差を生じずに、サンプルから排他的に入ってくる経時的な位相の変化を検出できる位相安定干渉計およびデータ獲得システムからなる。Ｄ−ＯＣＴは非常に感度が高いが、制限された範囲を有し、数十マイクロメートル／秒〜ミリメートル／秒までの低さで速度を検出できる。目的のサンプルが、滑らかな速度パターンを有し、ドップラー位相マップの空間分解能が十分に高い、制限された場合、速度範囲の制限を延ばすために位相接続アルゴリズムが使用され得る。
【０００５】
現在、最速のＯＣＴイメージングシステムは、光周波数領域イメージング（Ｏｐｔｉｃａｌ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ（ＯＦＤＩ））システムとして知られている、光学フーリエ領域を掃引する光源を備え得る。ＯＦＤＩで使用されるソースは、ＯＦＤＩに使用される高周波数データ獲得システムのタイミングクロックのドリフトに起因して、位相安定測定値を有するように、容易に満たすことはできない、データ獲得のタイミングに厳しい要件を課されている。この問題についてのいくつかの解決策が提案されているが、それらは通常、その独自のデータ獲得システムを有する追加の干渉計などの光源に重要な複雑性を付加する。これは、掃引ソースシステムにおけるＤ−ＯＣＴのメインストリーム実装を制限し、多くの分野において多次元速度プロファイルの高速測定についてのＯＦＤＩの使用を妨げる。
【０００６】
Ｄ−ＯＣＴ手段および／または構成は移動方向のサインを確立できるが、視線（ＬＯＳ）の移動のみに対して直接感知できるだけである。これはＤ−ＯＣＴシステムを使用するための別の制限である。なぜなら、Ｄ−ＯＣＴ光ビームが移動物体に対してなす角度が、速度を正確に求めるために知られなければならないからである。目的のサンプルが、液体の最も一般的な流れに見られるものなどの様々な方向で速度マップを有する場合、測定を求めることを意図する速度の完全なベクトル分布の演繹的知識を有さずに光ビームに対する速度の角度を知ることは不可能である。この角度の認識の誤差は測定した速度の誤差に変わる。これは、速度プロファイルの正確な記述を必要する用途に使用することを困難にするＤ−ＯＣＴ法の非常に重要な欠点である。
【０００７】
例えば、これらの用途の１つは、血管内の血流の速度プロファイルを求めること、および全体の流速を求めることからなる。流れが正常に作用する一方向の層流のみである場合、Ｄ−ＯＣＴは流速を定量できる。不幸にも、これらの状態は生体組織においてほとんど見られない。これは、原則として、分岐および枝部を有する血管内の血流を特徴付けるためのＤ−ＯＣＴの使用を妨げ、同様に、これらの状態において全流量を定量化するためのその使用を妨げる。上記の理由のために、速度方向分布の予備知識なしで速度分布を決定できる方法を有することが非常に望まれる。
【０００８】
ＬＯＳ方向からの動きを判定するためのドップラー解析の使用、特にドップラー分散の使用が提案されている。しかしながら、ドップラー分散は、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）および焦点光学と強く関連しており、ＬＯＳ方向におけるゼロまたは較正された定数分散に依存し、このことは、現実世界の状況において使用するのを望ましくないようにしている。
【０００９】
別のセットの技術は、コヒーレントイメージングシステムにおいて放射線がサンプルから散乱する場合に形成するスペックルに基づいて異なる量を使用する。コヒーレント光学または音響システムにおいて、スペックルは、分解体積内の研究下の物体の異なる部分から散乱する複数の信号間の干渉に起因して形成し、スペックルは、統計が散乱の動きに関連する確率過程として発展する。スペックルベースの技術は、信号の位相情報に依存せず、スペックル強度の統計変動のみに依存する。例えば、所与の閾値以上のスペックルの分散を、流動液体中に存在しているものなどのサンプルにおける可動散乱の存在に関連付けることができる。しかしながら、この技術は、可動および静的領域を識別できるだけであるので完全に定性的である。他のスペックル技術は、異なる時間に得られるスペックル間の相互相関、またはスペックルの時間自己相関に基づく。この場合、速度を定量することは理論的に可能であるが、今まで、スペックル統計に基づいた速度分布の測定のための信頼できるシステムは知られていない。
【００１０】
動的光散乱（ＤＬＳ）は複雑なＯＣＴスペックルの統計を解析する技術である。ＤＬＳは、複雑なスペックル信号を解析することによって、ＬＯＳおよび散乱の横方向の動きに関する定量的情報を得ることができるが、それはＯＣＴ信号の位相に依存する。したがって、ＤＬＳはベクトル速度プロファイルを決定するために位相安定ＯＣＴシステムを必要とする。複雑な信号の使用は、異なる振幅および位相解析に分けることができない、技術の主要部である。ＯＣＴ信号の振幅のみに応じてＤＬＳの同じ測定を実施できる技術、システム、方法、装置および／またはコンピュータアクセス可能な媒体を提供することは非常に有益であり得る。
【００１１】
ＬＯＳ速度における勾配はスペックル統計に影響を与える可能性があり、速度が主にアラインされる場合、重大な影響を与え得る。この問題に対処するための公知の技術は、信号の位相情報を使用した軸速度の測定に依存する。しかしながら、これは、信号の振幅のみが利用可能である場合、定量的測定を行うことを困難にする。振幅信号のみに対してアクセスを有し、軸勾配分布を決定でき、信号の非相関に対するその効果を補償するための技術、システム、方法、装置および／またはコンピュータアクセス可能な媒体を提供することは有益であり得る。定量的測定を得るためのスペックル相関技術をもたらすことは、速度分布を決定するためのコヒーレントシステムの広範な使用に有用であり、多次元速度測定のためのＯＦＤＩシステムの使用を可能にする。
【００１２】
スペックル技術は任意の方向における速度に敏感であり得るが、振幅スペックル統計に基づいた技術、システム、方法、装置および／またはコンピュータアクセス可能な媒体は、動きが起こる軸を決定できない。任意の方向における速度に敏感であるが、同時に、ＬＯＳ内およびＬＯＳ外への流れを識別できるスペックル技術を開発することは有益である。例えば、液体の粘性流において、乱流がいくつかのレジームにおいて現れ得、乱流のレベルの決定は研究のいくつかの分野において非常に有益である。ドップラーは、視線における流れを識別するだけであるので、乱流を有する領域を識別できない。現在のスペックル技術は、潜在的に、乱流に対して敏感であり得るが、全流速を評価するのに必要である方向性情報を提供できず、全流速の過大評価を生じる。
【００１３】
いくつかの領域において、サンプルの動きを追跡すること以外に、サンプルを干渉的に測定するために使用されるプローブの動きを追跡することに興味が持たれ得る。いくつかの分野において、プローブの動きは、完全に制御できず、走査プロセスの間、予想外の中断がある。これらの中断は、並進移動および回転の自由度において現れ得、補正せず、獲得された画像を激しく歪め得る。画像の湾曲を補償するようにプローブの動きを追跡するためにスペックル振幅統計および／または位相を使用できる技術、システム、方法、装置および／またはコンピュータアクセス可能な媒体を提供することは有益である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本明細書上記の欠点の問題の少なくとも一部に対処および／または克服する必要性が存在し得る。
【００１５】
実際に、上記に基づいて、高速干渉システムにおいて位相に基づいた速度測定の制限を克服し、ドップラー技術の視線の問題に対処し、強度に基づいたスペックル速度測定における信頼できる定量的および方向性情報の欠如を克服するシステム、装置、方法および技術を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本開示の例示的な実施形態に係る例示的な実施形態が、測定物体の一部と対象サンプル物体との間の相対的多次元速度プロファイルを測定するために提供され得、これにより、上記の当該分野において公知の技術の制限を克服する。
【００１７】
１つの例示的な実施形態において、第１の測定物体は、目的のサンプルによって散乱され得る、コヒーレント音響または電磁放射線を放出する干渉イメージングシステムとして構成される。さらに、測定物体は、第２の物体によって反射される放射線の振幅および位相に敏感であるように構成され得る。第２の物体はベクトル速度の多次元分布を有し得るサンプルであってもよい。複数の物体は、第１の物体によって放出される放射線も散乱する、既知または制御された速度プロファイルを有するサンプルであってもよい。この例示的な実施形態において、第１の物体は、例えば、振幅、位相、またはその両方に含まれる情報を使用して、収集された散乱放射線から第２のベクトル速度の多次元分布、物体の数を決定するようにさらに構成されてもよい。本開示の例示的な実施形態において、第１の物体は、第２の物体からの散乱放射線の元の位相を、第３またはそれ以上の物体に対する相対速度のプロファイルに変換するために既知または制御された速度プロファイルを用いて第３またはそれ以上の物体から位相情報を利用でき、位相安定検出の必要を克服する。
【００１８】
本開示の第２の例示的な実施形態において、第１の測定物体は、第２の物体によって反射される放射線の振幅のみに敏感であるコヒーレントイメージングシステムとして構成されてもよい。この例示的な実施形態において、測定物体は、収集された散乱放射線から第２、第３またはそれ以上の物体のベクトル速度の多次元分布を決定するようにさらに構成されてもよい。
【００１９】
本開示のさらに別の例示的な実施形態によれば、干渉イメージングシステムが、第２の物体の多次元干渉コヒーレントイメージングを実施する、光コヒーレンストモグラフィーシステム（「ＯＣＴ」）および／または光周波数領域イメージング（「ＯＦＤＩ」）システムとして構成されてもよく、および／または利用されてもよい。さらに、例示的な干渉イメージングシステムが、分光分析器または波長掃引ソースによって時間領域および／または周波数領域において実装されてもよい。この例示的なシステムは、時間の関数としてサンプルの一、二または三次元イメージングを獲得するために光学的または機械的構成により多次元イメージングを実施できる。この例示的なシステムはまた、時間および空間情報が所与の次元セットにおいて一緒にコードされる、可変速度走査を実装できる。
【００２０】
本開示のさらなる例示的な実施形態によれば、第１の物体を表す例示的なシステムは、時間内に位相安定データ獲得を保証するために任意の構成を含むことを必要としない。この例示的な実施形態において、第２の物体は、第２の物体から反射される光または他の電磁放射線を収集するため、および反射光と参照光との間の干渉を生成するために例示的なシステムに光学的に結合されてもよく、それにより、検出器によって収集され得る干渉信号を生成する。第１の例示的なシステムはまた、第２の物体から同じまたは異なる光路であってもよい、既知または制御された速度プロファイルを有する第３またはそれ以上の物体の散乱放射線を検出するように構成されてもよい。
【００２１】
この例示的な実施形態において、第１の例示的なシステムは、第２、第３またはそれ以上の物体から散乱放射線についてのドップラー分析を実施するように構成されてもよく、第１、第３またはそれ以上の物体に対して第２の物体の補正された速度プロファイルを決定するために第３またはそれ以上の物体からドップラー情報を使用してもよい。このような例示的な実施形態において、第１の例示的なシステムは、位相を廃棄し、第２の物体から散乱放射線のコヒーレント多次元表現を作成するようにさらに構成されてもよく、この放射線の振幅の統計的分析によって、第２、第３またはそれ以上の物体の速度プロファイルを決定できる。本開示のさらに別の例示的な実施形態によれば、システムは、位相情報を廃棄せずに、第２の物体のベクトル速度プロファイルを決定するために、位相および振幅の両方に基づいた技術から測定データを使用するように構成されてもよい。第２の物体が流動物体から構成される場合、システムは、乱流の領域を検出するためにベクトル速度プロファイルの情報を使用するようにさらに構成されてもよい。
【００２２】
本開示の別の例示的な実施形態において、第１の物体は、第２、第３またはそれ以上の物体によって散乱され得る放射線を送達するように構成される医療カテーテルに適合されてもよい。この例示的な実施形態において、例示的なシステムは、走査を散乱放射線の位相分析および／または振幅統計分析に適応するように第２またはそれ以上の物体の可変速度走査を実施する装置にさらに適合されてもよい。この例示的な実施形態において、例示的なイメージングシステムは、１つまたは複数の次元において走査プローブを実装する一次元ＯＣＴまたはＯＦＤＩシステムであってもよい。時間および空間が走査次元の１つまたは複数においてコードされる場合、振幅統計分析は、１つまたは複数の寸法における第２の物体速度をプローブの走査速度に関連付ける。例示的なシステムは、サンプル速度に対するその寄与の平衡をとるために走査速度に適合するようにさらに構成されてもよい。このような例示的なシステムは、前記走査速度が変化し、次いで第２の物体速度からプローブ走査速度を分離するため、およびベクトル速度プロファイルを決定するために使用される、測定のセットを実施するようにさらに構成されてもよい。
【００２３】
本開示の特定の例示的な実施形態において、軸方向において速度分布を容易にできる検出された放射線の位相についての測定データ分析のための例示的な方法が提供され得、一方、検出された放射線の振幅についてのデータ分析はスカラー速度情報を提供する。本開示の特定のさらなる例示的な実施形態によれば、軸および横方向における速度に関する識別を容易にできる検出された放射線の振幅についての測定データ分析のためのさらに別の例示的な方法が提供されてもよい。本開示のなおさらなる例示的な実施形態において、第２の物体のベクトル多次元速度プロファイルを再構成するために組み合わされ得る同じまたは異なる生データから得られる異なる種類の速度プロファイルを分析するためにさらに別の例示的な方法が提供されてもよい。
【００２４】
本開示の別の例示的な実施形態において、干渉信号の振幅の統計についての干渉システムにおいて物理的分散ミスマッチの影響を決定および／または補正するための例示的なシステム、方法およびコンピュータアクセス可能な媒体が提供されてもよい。本開示のなおさらなる例示的な実施形態において、振幅信号からＬＯＳ−速度勾配のみを決定するため、例えば、このような勾配によって生じる誤差を補正し、第２の物体のより正確な多次元速度プロファイルを提供するためのさらに別の例示的なシステム、方法およびコンピュータアクセス可能な媒体が提供されてもよい。
【００２５】
さらに、本開示の別の例示的な実施形態（全ての他の例示的な実施形態と共に操作できる）によれば、放射線を提供し、スプリッタ構造を備える少なくとも１つの第１のアレンジメントであって、スプリッタ構造は、放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも１つの第１の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも１つの第２の電磁放射線に分離する、少なくとも１つの第１のアレンジメントを備えることができる装置が提供され得る。第１のアレンジメントによって提供される放射線の周波数は第１のアレンジメントによって経時的に変化できる。装置はまた、第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を検出するように構成される少なくとも１つの検出器の第２のアレンジメントを備えてもよく、第１の干渉および第２の干渉は互いに異なっていてもよい。第２のアレンジメントは、（ｉ）第１の干渉と第２の干渉との間の少なくとも１つの相対位相に関連する情報を得、（ｉｉ）情報に基づいて第１の干渉および／または第２の干渉の絶対位相を決定するようにさらに構成され得るコンピュータを備えてもよい。
【００２６】
例えば、コンピュータは、絶対位相に基づいてサンプルに関連する構造内の動きを決定または補正するための少なくとも１つのパラメータを決定するようにさらに構成されてもよい。構造は身体または身体の一部であってもよい。コンピュータは、第２のアレンジメントが位置し得るイメージングプローブと、身体との間の動きを補正するための少なくとも１つのパラメータを決定または補正するようにさらに構成されてもよい。第２のアレンジメントは、第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を検出するようにさらに構成されてもよく、第１の干渉および第２の干渉は互いに異なってもよい。コンピュータは、第１の干渉の振幅と第２の干渉の振幅との相違に基づいてさらなる情報を決定するようにさらに構成されてもよい。コンピュータはまた、絶対位相およびさらなる情報に基づいてサンプルに関連する構造または液体の速度分布を決定するようにさらに構成されてもよい。
【００２７】
本開示のさらに別の例示的な実施形態（本明細書に記載される全ての他の例示的な実施形態と共に使用され得る）によれば、放射線を提供し、スプリッタ構造を備える少なくとも１つの第１のアレンジメントであって、スプリッタ構造は、放射線を、サンプルに方向付けられる少なくとも１つの第１の電磁放射線および参照に方向付けられる少なくとも１つの第２の電磁放射線に分離する、第１のアレンジメントを備えることができる装置が提供され得る。第１のアレンジメントによって提供される放射線の周波数は第１のアレンジメントによって経時的に変化できる。装置はまた、第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間で第１の干渉および第２の干渉を検出するように構成され、第１の干渉および第２の干渉は互いに異なってもよい、少なくとも１つの検出器の第２のアレンジメントを備えることができる。第２のアレンジメントは、第１の干渉の振幅と第２の干渉の振幅との相違に基づいて情報を決定するように構成されるコンピュータを備えてもよい。
【００２８】
本開示のなおさらなる例示的な実施形態（本明細書に記載される全ての他の例示的な実施形態と共に使用され得る）において、放射線を提供し、スプリッタ構造を備える少なくとも１つの第１のアレンジメントであって、スプリッタ構造は、放射線を、サンプルに向けられる少なくとも１つの第１の電磁放射線および参照に向けられる少なくとも１つの第２の電磁放射線に分離する、第１のアレンジメントを備えることができる装置が提供され得る。装置はまた、（ａ）第１の放射線に関連する少なくとも１つの第３の放射線と、第２の放射線に関連する少なくとも１つの第４の放射線との間の第１の干渉および第２の干渉を検出し、（ｂ）第１の干渉を第１の分離された干渉にスペクトル的に分離し、第２の干渉を第２の分離された干渉にスペクトル的に分離するように構成される少なくとも１つのスペクトルを分離する第２のアレンジメントを備えることができる。第１の分離された干渉および第２の分離された干渉を検出するように構成される複数の検出器を備えることができる少なくとも１つの第３のアレンジメントが提供されてもよく、第１の分離された干渉および第２の分離された干渉は互いに異なる。第３のアレンジメントは、（ｉ）第１の分離された干渉と第２の分離された干渉との間の少なくとも１つの相対位相に関連する情報を得、（ｉｉ）情報に基づいて第１の干渉および／または第２の干渉の絶対位相を決定するように構成されるコンピュータを備えてもよい。
【００２９】
本開示のこれらおよび他の目的、特徴および利点は、本開示の実施形態の以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲を読んで明らかになるであろう。
【００３０】
本開示のさらなる目的、特徴および利点は、本開示の例示的な実施形態を示す添付の図面と併せて以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、従来のコヒーレントイメージングシステムのブロック図である。
【図２】図２は、従来の干渉イメージングシステムのブロック図である。
【図３】図３は、コヒーレント単一周波数チューニングソースを使用する従来の光周波数ドメインイメージングシステムのブロック図である。
【図４】図４は、本開示の例示的な実施形態に係るコヒーレント単一周波数チューニングソースを使用する従来の光周波数ドメインイメージングシステムのブロック図である。
【図５】図５は、血管内の流速などの、円筒サンプルの流れプロファイルを測定するための医療カテーテルの形態の従来の光結合および走査機構である。
【図６】図６は、本開示の例示的な実施形態に係る参照サンプル位相信号を使用して位相を補正するための方法のフロー図である。
【図７】図７は、本開示の例示的な実施形態に係る振幅スペックル統計を使用したサンプルの速度プロファイルを決定するための方法のフロー図である。
【図８】図８は、流動液体の従来のＯＦＤＩ強度測定の例示のセットである。
【図９】図９Ａ〜９Ｃは、従来の自己相関法を使用して測定した移動固体についての逆相関時間プロファイルの例示的な図である。図９Ｄ〜９Ｆは、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定した移動固体についての例示的な逆相関時間プロファイルの例示的な図である。
【図１０】図１０は、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定した本発明の例示的な物質に基づいたτ−１およびＳＮＲの関数としての速度の例示的なパラメータ化の図である。
【図１１】図１１は、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定した本発明の例示的な物質に基づいたτ−１およびＳＮＲの関数としての速度の例示的なパラメータ化を使用して測定した移動固体ファントムについての速度プロファイルの例示的な図のセットである。
【図１２】図１２Ａ〜１２Ｃは、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定した流動液体についての速度プロファイルの例示的な図である。図１２Ｄ〜１２Ｆは、本開示の例示的な実施形態に係る位相補正ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態を使用したドップラー分析によって測定した流速の例示的な図である。
【図１３】図１３Ａ〜１３Ｃは、管および液体のＯＦＤＩからの従来の構造イメージの例示的な図である。図１３Ｄ〜１３Ｆは、スペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法によって測定した流動液体についての二次元速度プロファイルの例示的な実施形態である。図１３Ｇ〜１３Ｉは、位相補正ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法を使用してドップラー分析によって測定した二次元流速の例示的な図である。
【図１４】図１４Ａ〜１４Ｃは、スペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法によって測定した管の長手方向の異なる平面における流動液体についての三次元速度プロファイルの例示的な図である。図１４Ｄ〜１４Ｆは、位相補正ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法を使用してドップラー分析によって測定した流速についての三次元速度プロファイルの例示的な図である。図１４Ｇ〜１４Ｉは、管および液体のＯＦＤＩからの従来の構造イメージの例示的な図である。
【図１５】図１５は、本開示の例示的な実施形態に係る異なる走査速度で少なくとも２つの振幅スペックル統計分析を使用したサンプルのベクトル速度および乱流プロファイルを決定するための方法のフロー図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本開示の例示的な実施形態に係る、例えば、異なるｋ−空間信号ダイバーシティによる多重振幅スペックル統計分析を使用して、サンプルの軸および／もしくは横方向速度プロファイル、ならびに／または軸速度勾配などの目的の値または領域を決定するための方法のフロー図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明に係る、ｋ−空間信号ダイバーシティシステムおよび方法を使用した振幅スペックル統計分析の例示的な実施形態を使用した軸速度勾配決定の例示的な図のセットである。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、本発明に係る、ｋ−空間信号ダイバーシティシステムおよび方法を使用した振幅スペックル統計分析の例示的な実施形態を使用した軸および横方向速度決定の例示的な図のセットである。
【図１７】図１７は、本開示の例示的な実施形態に係る、ドップラーおよび振幅スペックル統計分析の組み合わせを使用してサンプルのベクトル速度プロファイルを決定するための方法のフロー図である。
【図１８】図１８は、本開示の例示的な実施形態に係る、ドップラーおよび振幅スペックル統計分析の組み合わせを使用してサンプルの乱流プロファイルを決定するための方法のフロー図である。
【図１９】図１９は、本開示の例示的な実施形態に係る、ドップラー分析を使用してプローブ並進運動を追跡するための方法のフロー図である。
【図２０】図２０は、本開示の例示的な実施形態に係る振幅スペックル統計分析を使用してプローブ回転運動を追跡するための方法のフロー図である。
【図２１】図２１は、ドップラープローブ追跡システムの例示的な実施形態および本開示に係る方法を使用して追跡する並進プローブ運動の例示的な図のセットである。
【図２２】図２２は、振幅スペックル統計分析回転プローブ追跡システムおよび本開示に係る方法の例示的な実施形態を使用した回転プローブ運動追跡およびイメージ補正の例示的な図のセットである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図面全体を通して、同じ参照番号および文字は、他に述べられない限り、例示した実施形態の同様の特徴、要素、コンポーネントまたは部分を示すために使用される。さらに、主題の開示はここで図面を参照して詳細に記載されているが、これは例示した実施形態と併せて記載している。変更および修飾が、添付の特許請求の範囲によって規定される主題の開示の範囲および精神から逸脱せずに記載した例示的な実施形態に対してなされてもよいことを意図する。
【００３３】
図１を参照すると、従来のコヒーレンスイメージングシステムは、時間的にコヒーレント電磁または音響信号をサンプル１２０および参照サンプル１３０に提供するコヒーレントソース１１０を備えることができる。放射線は、放射線結合器１００ａを通して伝搬し、その放射線結合器１００ａは、自由空間コンポーネントまたは導波コンポーネントから構成され得る。１００ａは、レンズまたは走査システムなどの、多次元イメージングを実施するための手段と適合され得る。放射線が１２０によって散乱した後、１つ以上の放射線結合コンポーネント１００ｃが、放射線をコヒーレント検出器１４０に伝送する。ソースおよび検出のコヒーレントの性質に起因して、サンプル１２０が多くのサブレゾルーション散乱を含む場合、サンプル１２０の画像はスペックルから構成される可能性があり得る。
【００３４】
サンプルの運動についての情報を得るためにスペックル振幅の統計的変動を分析することができる。このような技術は、通常、二次元検出器として１００ａを実装することに依存し、時間の関数としてスペックルの獲得された振幅で実施される分析はレーザスペックルコントラストイメージングとして知られている。これらの技術は、通常、物体の一部が運動しているかまたはしていないかについての定量的情報を提供するが、実際の速度を求めることは不可能である。
【００３５】
ここで図２を参照すると、例示的な干渉イメージングシステムは、コヒーレントソース２１０を含むことができ、そのコヒーレントソース２１０は、電磁放射および／または音響信号をマルチポートカプラ２６０ａに提供できる。このカプラ２６０ａは、電磁放射線の場合、当該分野において一般に知られているビームスプリッタであってもよい。放射線は、放射線結合器２００ａを通して伝搬でき、その放射線結合器２００ａは、自由空間コンポーネントまたは導波コンポーネントを備えることができる。放射線結合器２６０ａの後、放射線は２つの結合器２００ｂおよび２００ｃに分離され得る。結合器２００ｂに入る放射線はサンプル２２０に送達される。結合器２００ｄは、レンズまたは走査システムなどの、多次元イメージングを実施するように適合され得る。放射線が２２０によって散乱した後、放射線は、結合器２００ｂに戻って結合され、マルチポートカプラ２６０ａを通して伝送される。放射線はまた、２００ｃを通して参照反射２４０に送達され、その参照反射２４０は、当該分野において知られているように効果的な光路長を変化させる手段を有することができる。サンプル２２０および参照２４０によって反射されるコヒーレント放射線は、マルチポートカプラ２６０ａによって混合され得、カプラ２００ｆによってコヒーレント検出器２５０に送達され得る。信号のコヒーレント混合に起因して、当該分野において知られている適切な測定スキームによって、サンプル２２０から反射される放射線の振幅および位相の両方を決定することができる。サンプル２２０が多くのサブレゾルーション散乱を含むことができる場合、検出される振幅および位相はスペックルを提示し得る。
【００３６】
サンプルの運動の情報を得るために、反射された放射線の位相変化に対してドップラー分析を実施することができる。このような技術は、一般に、サンプルのＬＯＳ運動に対してのみ感度があり、完全な速度プロファイルの再構成を抑制する。ドップラーが運動のサインに感度があり得る場合、サンプルの所定領域の多くの方向において生じる運動（例えば、液体の乱流のような運動）は、正確に測定できず、急速な速度方向変化によりこのような領域は識別できない。さらに、ドップラー技術は、位相ラッピング効果によって与えられる規定された制限を有する。
【００３７】
ここで図３を参照すると、例示的なＯＦＤＩイメージングシステムが、電磁信号をマルチポートカプラ３６０ａに提供できる波長掃引コヒーレントソース３１０を含み得るブロック図として示される。このカプラ３６０ａは、当該分野において一般に知られているビームスプリッタであってもよいか、またはビームスプリッタを備えてもよい。放射線は放射線結合器３００ａを通して伝搬し、その放射線結合器３００ａは、自由空間コンポーネントまたは導波コンポーネントから構成され得る。マルチポートカプラ３６０ａの後、放射線は２つの結合器３００ｂおよび３００ｃに分離され得、その結合器３００ｂおよび３００ｃはサンプルおよび参照アームのそれぞれを備えることができる。結合器３００ｂ内に提供される放射線はカプラ３００ｄおよび３００ｅにさらに分割され得る。カプラ３００ｄは放射線をファイバブラッグ格子に提供でき、そのファイバブラッグ格子は、光サーキュレータ３７０に進むと、データ収集（ＤＡＱ）システム３８０においてさらにデジタル化され得る検出器３５０ｂにクロック信号を提供する。経路３００ｅを通して継続する光／放射線の部分は、当該分野において周知のように、多様な偏光を感知するため、および／または深さ縮退を除去するための偏光および／または周波数シフタ３９０ａに供給する。結合器３００ｆは、放射線をカプラ３００ｇを介して参照反射３４０に提供するためにサーキュレータ３７０に供給することができ、カプラ／経路３００ｈは反射した光／放射線をマルチポートカプラ３６０ｂに送達する。
【００３８】
同様に、サンプルアームは、３００ｋを介して送達される、サンプル３２０から反射された光を集めるサーキュレータ３７０から構成される。結合器３００ｊは、放射線を、当該分野において周知のように使用される偏光および／または周波数シフタ３９０ｂに誘導できる。結合器３００ｉは、サンプル光／放射線をマルチポートカプラ３６０ｂに送達でき、そのマルチポートカプラ３６０ｂは、参照反射、参照サンプルおよびサンプルからの光／放射線を混合でき、平衡検出器アセンブリ３５０は、偏光の高感度な検出を有するように検出器および任意にマルチポートカプラから構成される。３００ｋは、レンズまたは走査システムなどの、多次元イメージングを実施するための手段と適合され得る。参照反射３４０は、当該分野において知られているように効果的な光路長を変化させる手段を有してもよい。３５０からの信号はデータ収集ボード（ＤＡＱ）３８０によってデジタル化されてもよい。信号のコヒーレント混合に起因して、適切な測定スキームによって、深さの関数としてサンプル３２０から反射された放射線の振幅および位相の両方を決定することができる。サンプル３２０が多くのサブレゾルーション散乱から構成される場合、検出される振幅および位相はスペックルを提示する。
【００３９】
図２に示される例示的な実施形態と同様の方法でサンプルの動きについての情報を得るために、反射した放射線の位相変化についてドップラー分析を実施できる。同じまたは同様の制限が、例えば、サンプルのＬＯＳ運動のみに対する感度、多くの方向に動いている（例えば、液体の乱流のような動き）領域を正確に決定できない能力および位相ラッピング効果によって与えられる十分に定義された制限に当てはまり得る。
【００４０】
図４は、図３に示される従来のシステムと同様の構造を有する本開示の例示的な実施形態に係る例示的なＯＦＤＩイメージングシステムを示し、マルチポートカプラ３６０ａに起因して光結合器３００ｋにおける放射線を結合器／経路３００ｌおよび３００ｍにさらに細分するように構成される。
【００４１】
例えば、図４に示されるように、光結合器および走査システム３００ｍは多くの実装を有することができる。例えば、心臓血管用途に使用されるＯＦＤＩシステムの場合、例示的なシステム３００ｍは、図５に示されるように、当該分野において周知であるカテーテルの形態で構成され、および／または提供され得る。例えば、心臓血管用途において、サンプル３２０は、血管内部の血液であってもよいか、または血液を含んでもよく、血管壁自体であってもよいか、またはこれらの組み合わせであってもよい。カテーテルに基づいた例示的な走査システムは、深さ（Ａラインとして知られている）を有するサンプルの反射率の一次元測定を実施でき、機械的回転により、水平面の走査が可能となる。同時に、カテーテルは、サンプルから三次元データを集めるために長手方向に沿って分割を提供するように「後退」できる。
【００４２】
干渉計またはデータ獲得システムの位相不安定性に起因する絶対位相の例示的な補正
図６は、図４の例示的な実施形態を使用してサンプルから獲得された絶対位相を補正するための方法の例示的な実施形態のフロー図を示す。この補正についての例示的な実施形態は以下の通りである：
１）各々の測定されたＡラインａｋｍ＝ＤＦＴ（Ｓｋｍ）（式中、ｋは深さインデックスを示し、ｍは時間インデックスを示し、ＤＦＴは離散フーリエ関数を示す）の軸複素数値プロファイルを決定／計算する。時間インデックスは任意に空間走査と合わせられてもよい（ステップ５００）。
２）絶対位相ψｋｍ＝ａｒｇ（ａｋｍ）（式中、ａｒｇは複素数の偏角ａｋｍを示す）を決定／計算する（ステップ５１０）。
３）参照サンプル位相に基づいて位相差Δｋｍ＝φｋ，ｍ＋１−φｋｍについての補正を決定／計算する（図４における３３０）。位相補正δｋｍを定義して、補正した位相差は
【数１】
2015180863.tif 000003
である。異なる種類の位相補正が存在する。オフセット補正が必要である場合もある。例えば、要素３９０ａおよび／または３９０ｂが周波数シフタを有する場合、または走査プローブ３００ｋが望ましくない振動に供される場合である。オフセットを補正するために、深さｋ’における参照サンプル位相変化Δｋ’，ｍは知られており、補正した位相差は
【数２】
2015180863.tif 000004
である。タイミングにより誘導される位相ジッタが存在する場合、補正は当該分野において周知である：例えば、深さｋ’における参照反射が使用される場合、補正はδｋｍ＝−ｋ／ｋ’Δｋ’ｍの形式を有する。いくつかの位相アーチファクトが存在する場合、それらは累積的に補正でき、１つより多い参照反射を必要とし得る。例えば、周波数シフタに起因するオフセット補正を第１に補正し、タイミングにより誘導されるジッタ勾配を第２に補正し、走査プローブ３００ｍの振動に起因するオフセットを第３に補正する（ステップ５２０）。
４）
【数３】
2015180863.tif 000005
により、位相差についての補正に基づいて、補正した絶対位相を決定／計算する。第１のＡラインｍ＝１についての深さの関数として、位相オフセットは、補償できないことを示し、次のステップ（ステップ５３０）の結果を変化させない。
５）補正した絶対位相を使用してドップラー周波数分析を実施する。当該分野において周知のように、この分析は、フーリエ分析またはＫａｓａｉ自己相関などの自己相関を使用できる。これらの方法は、絶対位相にのみ作用し、位相差には作用しない。これらの方法は、ドップラー中心周波数およびドップラー周波数変動などの目的の他の値を計算するための強固な手段を提供する（ステップ５４０）。
６）ドップラー周波数分析から速度プロファイルを決定／計算し、フーリエ分析が、多次元速度プロファイルを抽出するためにサンプル画像の異なる領域で実施される（ステップ５５０）。
【００４３】
図４および図５に示される例示的なシステムの例示的な実施形態において、速度プロファイルが参照され得る２つの座標系を定義することができる。他の例示的な実施形態が、本開示の例示的な実施形態に従って多次元速度プロファイルを決定するために使用され得ることは理解されるべきである。例えば、第１の座標系は、光伝搬方向としてｚを定義でき、それはｘｙ平面に垂直に関連している。第２の系はサンプル３２０に対して定義され得、例示的な実施形態で示した場合の図５は円筒形を有するが、この形状に決して限定されない。この例示的な座標系において、
【数４】
2015180863.tif 000006
は、カテーテルの長手方向前方に見え、
【数５】
2015180863.tif 000007
は、ビームの回転の平面を定義する。ｘおよび
【数６】
2015180863.tif 000008
は平行と定義してもよく、それにより管内の理想的な層流が、ビームの回転角θと独立してｘ方向に沿って流れ、一方、ｙ方向はθに依存する。
【００４４】
ノイズ耐性スペックル−振幅自己相関技術
図７は、サンプルから獲得されたスペックル振幅の自己相関の分析に基づいて速度プロファイルを計算および／または別様で決定するための本開示に係る方法の例示的な実施形態のフロー図を示す。ステップ／手順を本明細書以下に詳細に説明する。
【００４５】
完全に発生したスペックルが、動いている粒子による光の反射後に生じるコヒーレント光学系において、スペックル−非相関時間は粒子の速度に反比例する。ＯＦＤＩの場合、（光源の帯域幅によって与えられる）システムの軸分解能に関連し得る軸方向においてスペックルサイズが存在する。各々の深さにおいて、スペックルは、その非相関時間がその深さにおいて光を反射する粒子に反比例するように時間の関数として発展し得る。図８はこの関連の例を与える図のセットを示し、管の断層写真は、２つの異なる流速で流れている散乱液体（例えば、イントラリピド）で満たされて示されている。図８における参照８００は、遅い流速および大きなスペックルサイズでの２．５ｍＬ／分におけるファントム流体のＭモード断層写真を示し、一方、図８における参照８１０は、速い流速および小さなスペックルサイズを生じる、８０ｍＬ／分における同じサンプルを示す。これらの断層写真は、Ｍモード測定と呼ばれ、サンプルにおける同じ位置の時間の関数としてＡラインの測定からなる。
【００４６】
したがって、図８に示される横軸は時間に対応し、一方、縦軸は深さに対応する。カテーテルは上部に提供され、平行ボールレンズおよび保護シースの強い反射によって明確に識別される。例示的なカテーテルは管（例えば、３．２ｍｍ直径）の中心付近に配置され得、液体−管接触面は断層写真の底部における弱い反射に対応し得る。スペックル−非相関時間（水平方向におけるスペックルサイズ）は、粒子速度との予想される関係に一致することが容易に見られる。特に、水平スペックルサイズは、流れのスリップのない条件に起因して接触面付近で大きくなる。
【００４７】
例えば、スペックル相関時間は粒子の速度（速さ）係数に反比例し得る。
【数７】
2015180863.tif 000009
【００４８】
スペックル統計の自己相関を計算する方法は、例えば、２つの連続した時間における、または時間の関数として単一もしくはグループの深さにおけるＡライン間のピアソン相関関数の使用を含んでもよい。この決定は、特に、相互相関係数を使用する場合、ノイズに非常に影響される非相関時間の概算を得ることができる。実際に、本開示の例示的な実施形態によれば、スペックルサイズの決定のために合わせられた変形相関関数を利用でき、時間の関数として各々の深さにおいてスペックルサイズを分析できる。例示的な正規化相関関数は
【数８】
2015180863.tif 000010
（式中、＜＞は、アンサンブル平均を示し、Ｉは強度であり、総和は離散時間次元に沿う）として定義され得る。単一スペックルコントラストを有し、ノイズがないシステムにおいて、自己相関関数のこの定義は、２の最大値を有し、全体に非相関信号は１の値を有し、反相関信号は１未満の値を有する。アンサンブル平均により、計算における多重相関ウインドウを考慮に入れることができ、スペックルサイズおよびノイズ効果に対して統計変動を減少させる。
【００４９】
特定の検査後、散乱した放射線強度についての従来のアプローチと対照的に、散乱した放射線振幅についての上記に定義した自己相関関数を使用して、有意に、より均一であり得る非相関プロファイルを生成できる。これは、二乗がスペックル強度の統計変動において異常値を有するという効果に関連し得る。この二乗が回避される場合、異常値は、自己相関関数について、より軽い重みを有するようであり、より均一な結果が得られる。この副作用は、自己相関が、完全なコントラストを有するスペックルについて２の値にもはや到達できないということである。
【００５０】
ノイズは、スペックル非相関時間の正確さにおいて最も重要な要因であるので、以下の例示的な変換を実施することによって別の例示的な自己相関を定義することができる：例えば、Δｔ＝０において値を除去し、必要に応じて、小さなガウス平滑化フィルタ（ＦＷＨＭ＝３ｐｘ）を適用し、Δｔ＝１ｐｘにおける値を１と定義することによって自己相関を１と再正規化し、自己相関の特定の範囲における値の中央値を０と定義できる。
【数９】
2015180863.tif 000011
式中、
【数１０】
2015180863.tif 000012
はガウスフィルタ処理バージョンであり、ｗは自己相関特性に基づいて定義される。これは図７に示される例示的な方法においてステップ６００に対応する。例えば、このような例示的な自己相関を定義することによって、全てではないが、ほとんどの関数は、同様のコントランストを有し、１〜約０の範囲を含み得る。コントラストＣは、
【数１１】
2015180863.tif 000013
として最終正規化の前に定義される。ｃは、スペックル分散技術と同様に、流れの存在の良好な指標であり得る。これは図７の例示的な方法においてステップ６１０に対応する。
【００５１】
例示的なシステムのノイズフロアを推定することは好適であり得る。これは、例えば、システムが、散乱した放射線の測定をしている間、干渉計のサンプルアームをブロックする機構を備えている場合、可能となる。次いで、このデータについての断層写真再構成が実施され得、全ての深さにわたる平均はノイズフロアについての推定を提供できる。さらに、全てではないが、ほとんどの散乱した放射線測定は、図７に示される例示的な方法においてステップ６２０に対応する、推定ノイズフロア値を減算することによって強度からＳＮＲに変換され得る。
【００５２】
この例示的な実施形態において、サンプルの各領域についての非相関時間は、ステップ６００において計算された自己相関関数が０．５の値に到達するのにかかる時間を算出することによって決定され得る。これは、図７に示される例示的な方法におけるステップ６３０に対応する。
【００５３】
図９Ａ〜９Ｃは、既知および安定な速度で動く固形物についての完全な逆自己相関プロファイルの例示的な図を示す。このプロファイルは従来の自己相関法を使用して測定した。図９Ｄ〜９Ｆに示される完全な逆自己相関プロファイルは、速度の同じセットに対応し、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定される。図９Ａ〜９Ｆは本開示の例示的な実施形態を使用したプロファイルの均一性の有意な改善を示す。
【００５４】
スペックル非相関時間からスペックル速度を決定すること（例えば、図７に示される例示的な方法におけるステップ６４０）に関して、ｘ方向の動きを考慮することができる。この例示的な場合、全ての見かけの平均速度は、例えば、
【数１２】
2015180863.tif 000014
であり得る。式中、ＫＢＭは、散乱のブラウン運動によって生じるような確率運動によって与えられるオフセットを示す。スペックル−非相関時間τはこの速度に反比例する。例えば、ゼロ速度は無限非相関時間を提供できる。しかしながら、自己相関はゼロ速度でも有限幅のウインドウを使用して算出され得、それらは有限非相関時間（ウインドウサイズに等しい）であってもよい。必要な場合、新たなオフセットｋｃを定義するために根号以外のＫＢＭ定数に対するこの効果を考慮するためにオフセットが付加されてもよい。最後に、
【数１３】
2015180863.tif 000015
式中、ｋの比例定数は新たなブラウン運動寄与定数に吸収される。
【００５５】
走査機構が回転カテーテルである図５に示される例示的な実施形態を考慮して、角速度ωＲによるカテーテルの回転はｙ方向の動きに関連する非相関を生じ得る。しかしながら、それらは、接線速度
【数１４】
2015180863.tif 000016
に純粋に依存していない。なぜなら、カテーテルが回転すると、光線は量
【数１５】
2015180863.tif 000017
に置換されるだけでなく、光は異なる角度
【数１６】
2015180863.tif 000018
で物質に進入するからである。スペックルパターンはまた、入射角に依存するので、これらの例示的な動きの組み合わせは、サイズがｚと大部分は独立しているスペックルパターンを生成できる。いくらかのｚ依存を有し得る、別の比例定数ｋＲを用いて角速度ωＲから直接生じるようにこの例示的な非相関を考慮することができる。依存がカテーテルの角速度による理由を調べることができる：サンプル全体が正確に同じ速度で回転する場合、カテーテルの回転に起因する非相関は正確に取り消される。したがって、ｘにおいてのみサンプルの動きを有する回転カテーテルシステムにおいて、スペックル−非相関時間は、例えば、
【数１７】
2015180863.tif 000019
により示され得、サンプル速度
【数１８】
2015180863.tif 000020
は、例えば、
【数１９】
2015180863.tif 000021
を使用して見出され得る。ここで、流速のサインを決定できないことは明確である。これは、サンプルの動きがｘ方向においてのみ生じる場合、図７の例示的な方法におけるステップ６４０に対応する。
【００５６】
例えば、補正した非相関時間
【数２０】
2015180863.tif 000022
を考慮して、上記の式は速い流速で示し、
【数２１】
2015180863.tif 000023
と速度との関連は、線形
【数２２】
2015180863.tif 000024
である。一方、ブラウン運動およびカテーテルの回転によって与えられるゼロの流速でオフセットを有する遅い速度では非線形であり得る。
【数２３】
2015180863.tif 000025
【００５７】
これは、スペックル−非相関流量測定が、ドップラーより速い流速を定量するのに、十分に適合され得ることを示すが、反対の場合、カテーテルの回転速度は重要であり得る。
【００５８】
サンプルの動きが任意の方向である一般的な場合、点広がり関数（ＰＳＦ）に対応するボクセルが非対称ならば、比例定数は異なり得る。これは、ＯＦＤＩデータについていくつかの後処理が実施されない限り、通常の場合であり得る。この例示的な場合は、例えば、
【数２４】
2015180863.tif 000026
に示され、式中、ｋｐｐは、ビームに対して垂直な流れについての比例定数であり、ｋｐｌは、ビームに対して平行な流れについての定数であり、ｖｙは、ｙ方向における流れの接線速度であり、
【数２５】
2015180863.tif 000027
は、角度走査に起因して非相関を表す時間であり、深さおよび接線速度に依存し得る。サンプル速度に依存する２つの定数の効果を理解するために、簡潔さのためにｙ方向における動きがないと仮定することができる。したがって、
【数２６】
2015180863.tif 000028
式中、異なる定数に起因して
【数２７】
2015180863.tif 000029
であることは明確である。これを回避するために、等しいシステムの軸および横方向ＰＳＦを作成するために軸方向において断層写真の大きさを変更する必要がある。断層写真を対称ＰＳＦを有するように大きさを変更する場合、ここで、ｙ方向の流れがない場合、
【数２８】
2015180863.tif 000030
を定義し、例えば、
【数２９】
2015180863.tif 000031
である。
【００５９】
ｙ方向における流れの場合は、回転に寄与する結合のために、より複雑であり得る。しかしながら、全ての速度を決定するための多くの例示的な方法、例えば、ｖ２についての式を解く異なる回転速度での測定が利用されてもよい。
【００６０】
さらなる例示的な実施形態は、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の較正法の使用を提供できる。パラメータ化についての原理は以下の通りであり得る：静的カテーテルを用いて固体サンプルを測定する場合、ｋＢＭ＝ωＲ＝０であるので、速度の関数として
【数３０】
2015180863.tif 000032
は線形関数であるべきであるが、
【数３１】
2015180863.tif 000033
に到達する場合、傾きは、より速い速度が、システムの時間分解能によって与えられる最大逆相関時間に近い値を全て生じることを示すように増加するはずである。図９における例示的な図は、逆相関時間およびＳＮＲの関数としてサンプル速度をパラメータ化するために較正データとして使用した。この挙動についての最適なパラメータ化は四次多項式であり、システムの限界に近い相関時間を除いて、線形項が優位を占める。ＳＮＲの例示的な挙動は、＞２５ｄＢ  ＳＮＲについて大部分は線形であり、低いＳＮＲについて、より高次であり得る。
【００６１】
したがって、速度は、２つの変数
【数３２】
2015180863.tif 000034
およびＳＮＲの四次多項式としてパラメータ化され、この例示的なモデルのデータへの適合は、異常値の影響を最小化するために、平均二次誤差の代わりに、平均絶対値誤差を最小化することによって実施できる。本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定される本発明の例示的な物質に基づいた例示的なパラメータ化は図１０の例示的な図に示される。図１１は、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定した本発明の例示的な物質に基づいて、
【数３３】
2015180863.tif 000035
およびＳＮＲの関数としての速度の例示的なパラメータ化を使用して測定した移動固体ファントムについての速度プロファイルの例示的な図のセットを示す。固体ファントムは、８０ｍｍ／ｓ（図の１１００）、１００ｍｍ／ｓ（図の１１１０）、２００ｍｍ／ｓ（図の１１２０）および３００ｍｍ／ｓ（図の１１３０）に対応する、一定速度にて自動化線形段階を使用することによって変換した。本発明者らの技術によって測定された速度は、予想された値にかなり十分に一致する。
【００６２】
別の例示的な較正は、所与の物質の速度について新たに定義された逆相関時間に関する。例示したように、例示的な構造に使用される散乱液体はイントラリピドであってもよく、この適合手順からの結果は以下の通りである：
【数３４】
2015180863.tif 000036
【００６３】
多次元速度プロファイルの例
上記のシステムおよび方法により、本開示に記載されるスペックル−振幅統計から速度の正確な測定が可能となる。図１２Ａ〜１２Ｆは、カテーテルが回転していない場合、異なる流速で管を通るイントラリピドの流れから得た測定の図を示す。特に、図１２Ａ〜１２Ｃは、本開示の例示的な実施形態に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態によって測定した流動液体についての速度プロファイルの例示的な図を提供する。さらに、図１２Ｄ〜１２Ｆは、本開示の例示的な実施形態に係る位相補正ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態を使用してドップラー分析によって測定した流速の例示的な図を示す。
【００６４】
図１３は、カテーテルを回転させた場合の例示的な二次元速度プロファイル測定の図のセットを示し、回転からの寄与は以下のように較正される：
【数３５】
2015180863.tif 000037
【００６５】
特に、図１３Ａ〜１３Ｃは、管および液体のＯＦＤＩからの従来の構造画像の例示的な図を示す。図１３Ｄ〜１３Ｆは、スペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法によって測定した流動液体についての２次元速度プロファイルの例示的な図を示す。さらに、図１３Ｇ〜１３Ｉは、位相補正ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法を使用してドップラー分析によって測定した二次元流速の例示的な図を示す。
【００６６】
本開示の例示的な実施形態に係るシステムは、図５において３００ｍのさらなる走査機構を提供するようにさらに構成され得る。例えば、プルバック機構はサンプル３２０の長手方向走査を提供できる。プルバックシステムが作動中の間、上記の測定が実施され得る場合、サンプルの三次元速度プロファイルを得ることができる。図１４Ａ〜１４Ｉは、上記のシステムの例示的な実施形態および本開示に係る方法を使用してカテーテルを回転させた場合の三次元速度プロファイル測定の図のセットを提供する。特に、図１４Ａ〜１４Ｃは、スペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法によって測定した管の長手方向の異なる平面における流動液体についての三次元速度プロファイルの例示的な図を示す。さらに、図１４Ｄ〜１４Ｆは、位相補正ＯＦＤＩシステムの例示的な実施形態および本開示の例示的な実施形態に係る方法を使用してドップラー分析によって測定した流速についての三次元速度プロファイルの例示的な図を示す。さらに、図１４Ｇ〜１４Ｉは、管および液体のＯＦＤＩからの従来の構造画像の例示的な図を示す。
【００６７】
多次元速度ベクトル速度および速度プロファイル
例えば、走査速度は非相関時間に寄与し得る。卓上走査システムにおける等価物は、非相関と、より簡単な関係を有し得る、並進運動速度に対応し得る。例示的な場合、入射角は変化しないが、ｘｙ平面において走査並進運動速度が存在し得る。走査速度がサンプル速度より非常に遅い場合、この補正は小さくてもよく、無視できる。それらが同等であるか、または同等になる場合、水平面において速度ベクトルの個々の成分を決定するために異なる走査速度を使用することができる。例えば、速度ｖｓでｙ方向において走査することによって、
【数３６】
2015180863.tif 000038
を有する。
【００６８】
ｘおよびｙにおいて異なる走査速度で測定することによって、これらの式のいくつかは得られ、ｖ２、ｖｘ、ｖｙおよびｖｚについて解かれ得る。
【００６９】
式（１６）の推論後、図１５に示される本開示に係る方法の例示的な実施形態は以下のように提供され得る：
１．速度成分ｖａが決定される方向において異なる走査速度で最低でも２回の測定を実施する。並進運動走査システムの場合、これは少なくとも２つの走査速度ｖｓに対応する（ステップ１５００）。
２．図７の例示的な実施形態に係るスペックル非相関を分析する。得られた非相関時間は
【数３７】
2015180863.tif 000039
に示される（ステップ１５１０）。
３．全ての定数およびｖｓは既知であるので、これらの２つ以上の式からｖａを決定する（ステップ１５２０）。
４．目的の全ての方向についてステップ１、２および３を繰り返す（ステップ１５３０）。
５．目的の少なくとも２つの方向が測定される場合、式は、ｖ２、ｖｘおよびｖｙにいて解くことができ、
【数３８】
2015180863.tif 000040
は、
【数３９】
2015180863.tif 000041
から抽出され得る（ステップ１５４０）。
【００７０】
さらなる例示的な実施形態において、走査／イメージング実装に応じて、サンプルの２および３成分のベクトル速度プロファイルを抽出することができる。２成分ベクトルプロファイルに関連する時間および横軸が決定される機械的走査システムの場合、２成分は縦方向速度および横方向速度に対応した。式（１１）は、
【数４０】
2015180863.tif 000042
と記載され得る。式中、横方向速度は
【数４１】
2015180863.tif 000043
であり、長手方向速度は
【数４２】
2015180863.tif 000044
である。ｋｐｌは、測定後、異なる方法によって合成的に修正されてもよい。なぜなら、その値は断層写真の軸分解能に依存するからである。異なる軸分解能について、その値は較正され得る。１つの可能性は、原スペクトルを分割すること、および低い帯域幅により断層写真の異なる実現を再構成することを含み、その結果、低い縦方向分解能で断層写真が得られる。一般に、ｋ空間における信号フィルタリングとしてこのような例示的なプロセスを考慮することが可能であり、ｋ空間におけるいくつかのフィルタの使用は、ｋ空間フィルタリングダイバーシティと考慮され得る。ｋ空間フィルタリングの複数の可能性が起こり得、例えば、軸分解能ダイバーシティ、群速度分散ダイバーシティ、四次分散ダイバーシティなどの多くのダイバーシティを提供できる。軸および側方の流れの識別について、本発明者らは、軸分解能ダイバーシティに焦点を当てる。この例示的なステップ／手順は、全てのＡラインが同じＡラインの内側の点に対して本質的に位相安定であり得るので、位相安定性を必要としない。例示的な異なる実現は、ＳＮＲを改良するために自己相関関数の計算に使用され得る（図７におけるステップ６００）。各々の実現は異なるｋｐｌで式（１７）によって示されるので、式のシステムは、
【数４３】
2015180863.tif 000045
について作成され、解かれ得る。一般に、ｋ空間信号に対する修正は異なるｋｐｌを生成でき、次いでこれは、式を利用し、軸および側方速度を解くように構成および／またはプログラムされ得る例示的なシステム、方法および／またはコンピュータアクセス可能な媒体を提供するために使用され得る。
【００７１】
式（１７）の推論後、図１６Ａに示される本開示に係る方法の例示的な実施形態は以下のように与えられ得る：
６．スペックル−振幅非相関時間を分析するために少なくとも１つの測定を実施する（ステップ１６００’）。
７．図７の例示的な実施形態に従ってスペックル非相関を分析する。得られた非相関時間は、
【数４４】
2015180863.tif 000046
により示される（ステップ１６１０’）。
８．例えば、ｋ空間における信号を修正することによって断層写真の異なる実現を行うまたは提供する。例えば、この実現のためにより小さいｋｐｌ定数を有するように帯域幅を減少させる。この実現のスペックル非相関は分析できる（ステップ１６１０’の続き）。
９．各分析の実施についての結果から式を利用するように構成および／またはプログラムされ得る例示的なシステム、方法および／またはコンピュータアクセス可能な媒体を提供し、異なるｋｐｌ定数が較正により知られていることを考慮し、
【数４５】
2015180863.tif 000047
について解く（ステップ１６２０’）。
【００７２】
同様の方法、例えば、ｋ空間フィルタリングにより決定され得る目的の他の値が存在し得る。一般に、干渉システムは、参照およびサンプルアームの間で様々な程度の分散ミスマッチを有し得る。さらに、分散ミスマッチを、測定後、合成的に加算または減算することができる。特定の例示的な実施形態として、いわゆる群速度分散（ＧＶＤ）のケースを考慮する。ＧＶＤのバリエーションは、それらを後で決定するために使用され得る、軸速度勾配によって生成される非相関に影響を与える。システムは振幅の二次分散２πγにより与えられるＧＶＤを有することを考慮する。これは、例えば、干渉計の２つのアーム間の物理的ＧＶＤによって、および／または後工程（例えば、ＧＶＤダイバーシティを生成するｋ空間フィルタリング）において合成的に生成され得る。ＧＶＤの存在下で、システムの複素振幅広がり関数（ＡＳＦ）は
【数４６】
2015180863.tif 000048
である。式中、ｚは軸方向であり、ｋ０はスペクトルの中心波数であり、ｗｚは点広がり関数（ＰＳＦ）の回折限界軸１／ｅサイズであり、
【数４７】
2015180863.tif 000049
は二次分散に起因するＰＳＦの実際の１／ｅサイズである。
【００７３】
式
【数４８】
2015180863.tif 000050
の線形勾配によりＡＳＦ内部の軸速度プロファイルを仮定する。いくらかの近似の後、自己相関関数は
【数４９】
2015180863.tif 000051
になる。式中、ｘｙは横方向であり、ｎは屈折率であり、Ｄは散乱の拡散定数であり、ｗｘｙはＰＳＦの側方１／ｅサイズである。二次自己相関関数が閾値１＋ｇｃに到達する時間としてスペックル非相関時間τｃを定義することによって、以下が提供される：
【数５０】
2015180863.tif 000052
式中、拡散定数は
【数５１】
2015180863.tif 000053
であり、群速度分散寄与は
【数５２】
2015180863.tif 000054
である。本発明者らは、式（２０）の末項として非相関に対する軸速度勾配寄与を識別する。それはγを合成的に変化させることに容易に見ることができ、本発明者らは、ＧＶＤ１（γ）およびＧＶＤ２（γ）に起因する非相関時間の異なる値を生じることによってｖｚ１から非相関寄与を見出し得る。データは、非相関に対する軸速度勾配寄与を見出すために式を利用するように構成および／またはプログラムされ得る、例示的なシステム、方法および／またはコンピュータアクセス可能な媒体において構築され得る。さらに、例えば、物理的分散ミスマッチが存在する場合、その効果は、合成的に補償される場合でさえ持続する。これは、軸速度勾配が知られている場合、例示的な較正を実施することによって見出され得、物理的分散ミスマッチからＧＶＤ１（γ）およびＧＶＤ２（γ）ベースライン寄与を生じる。
【００７４】
式（２０）の推論後、図１６Ａに示される本開示に係る方法の例示的な実施形態は以下のように提供され得る：
１０．スペックル−振幅非相関時間を分析するために少なくとも１つの測定を実施する（ステップ１６００）。
１１．図７の例示的な実施形態に係るスペックル非相関を分析する。得られる非相関時間は
【数５３】
2015180863.tif 000055
であり、ここで、
【数５４】
2015180863.tif 000056
であり、
【数５５】
2015180863.tif 000057
である（ステップ１６１０）。
１２．ｋ空間における信号をフィルタすることによって断層写真の異なる実現を行う。例えば、新たなγの値について二次位相を信号に加算することによってＧＶＤを加算する。この実現のスペックル非相関を分析する（ステップ１６１０）。
１３．各分析についての結果から式を利用するように構成および／またはプログラムされ得る例示的なシステム、方法および／またはコンピュータアクセス可能な媒体が提供され、ＧＶＤ１およびＧＶＤ２寄与が各γについて異なり、
【数５６】
2015180863.tif 000058
を解くことを考慮する。物理的分散ベースライン寄与が存在する場合、これは較正において見出され得るＧＶＤ１およびＧＶＤ２寄与を加算する（ステップ１６２０）。
【００７５】
イメージングシステムの場合（横方向の一次または二次元領域の断層写真が、例えば、各ピクセルがサンプルの異なる横方向位置に対応するカメラを使用して同時に得られる）、同時に得られるＡラインは位相コヒーレントであり得る。この理由のために、（例えば、横方向の１つにおいてカーネルを用いて二次元または三次元複素数値断層写真のコンボリューションを計算することによって）横方向の分解能を２つの横方向の寸法のうちの１つに合成的に変化させることができ、式（１７）と同様の式により示され得る断層写真の複数の実現を行うことができ、変化する比例定数は、フィルタが適用される横方向においてｋｐｐである。上記の説明の技術が最初に実施される場合、
【数５７】
2015180863.tif 000059
および
【数５８】
2015180863.tif 000060
についての値は既に知られているので三次元プロファイルを決定することができる。次いで、分解能の横方向操作についての例示的な技術を使用して、式のシステムの例示的な実施形態が、提供され得、
【数５９】
2015180863.tif 000061
（これに依存して１つは適用されるフィルタを有する）を解くために使用され得、
【数６０】
2015180863.tif 000062
が知られていることを考慮して、残りの横方向成分を解く。
【００７６】
上記の推論後、図１６Ａに示される本開示の別の例示的な実施形態に係る方法は以下のように提供され得る：
１．スペックル−振幅非相関時間を分析するための少なくとも１つの測定を実施する（ステップ１６００’）。
２．目的の方向（例えば軸）の分解能を減少させるために帯域幅を減少させるなどで、ｋ空間において信号を合成的に修正し、非相関時間分析を実施する。非相関時間分析前に、任意に、上記で説明したＧＶＤを使用して軸速度勾配効果の補正を実施する。軸方向分解能が変化する回転走査システムの場合、各々の再構成は、
【数６１】
2015180863.tif 000063
により示され、式中、ｋｐｌのみは軸方向分解能に依存する（ステップ１６１０’）。
３．目的の速度成分（例えば、軸方向分解能が変化する場合
【数６２】
2015180863.tif 000064
）の二乗を解く（ステップ１６２０）ように構成および／またはプログラムされ得る例示的なシステム、方法および／またはコンピュータアクセス可能な媒体を用いて以前のステップ（ステップ１６１０）において生成される式のシステムを使用する。
【００７７】
別の例示的な実施形態において、サンプルの２成分ベクトル速度プロファイルを抽出することができ、その２成分は、振幅ベースおよび位相ベースの速度測定を使用して長手方向速度および横方向速度に対応する。スペックル振幅ベースの分析はサンプルの全速度ｖについての情報を提供し、一方、位相ベースのドップラー分析は、ｖｚ＝ｖｐｌを提供し、次いでこれは、横方向速度プロファイル
【数６３】
2015180863.tif 000065
を決定するために使用され得る。
【００７８】
上記の推論後、図１７に示される本開示の例示的な実施形態に係る方法は以下のように提供され得る：
１．スペックル−振幅非相関時間および位相ベースのドップラーを分析するために少なくとも１つの測定を実施する（ステップ１７００）。
２．両方の技術からの結果を使用して式を利用し、
【数６４】
2015180863.tif 000066
を解くように構成および／またはプログラムされ得る例示的なシステム、方法および／またはコンピュータアクセス可能な媒体を提供する（ステップ１７１０）。
【００７９】
軸速度勾配補正ならびに軸および側方速度プロファイルの例
本明細書上記に記載される例示的なシステム、方法、技術およびコンピュータアクセス可能な媒体は、軸速度勾配の存在下でスペックル−振幅統計から速度の正確な測定、ならびに本開示に記載される軸および側方成分の決定を容易にする。図１６Ｃは、本開示に係るスペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムおよび方法の例示的な実施形態によって測定されるスペックル非相関速度測定における軸速度勾配誤差を補正するために異なる流速で管を通るイントラリピドの流れから得た測定の図のセットを示す。
【００８０】
例えば、図１６Ｂの画像１６３１は、スペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムおよび本開示に係る方法の例示的な実施形態によって測定した流動液体についてのｋ空間ＧＶＤダイバーシティ分析の例示的な実施形態を使用した軸速度勾配決定の例示的な図である。実際に、例示的な画像１６３０は予想される放物線速度プロファイルであり、例示的な画像１６３１は補正されていないスペックル流速プロファイルであり、例示的な画像１６３２は画像１６３０と１６３１におけるデータ間の関係であり、例示的な画像１６３３は軸速度勾配に起因する予想されるＧＶＤ＿１であり、１６３４は、図１６Ａに示される例示的な実施形態に係る方法によって決定されるＧＶＤ＿１であり（１６００、１６１０、１６２０）、例示的な画像１６３６は軸速度勾配に起因する予想されるＧＶＤ＿２であり、例示的な画像１６３７は図１６Ａの例示的な実施形態に係る方法によって決定されるＧＶＤ＿２であり（１６００、１６１０、１６２０）、例示的な画像１６３８は補正されたスペックル流速プロファイルであり、例示的な画像１６３５は画像１６３０と１６３８におけるデータ間の関係である。
【００８１】
図１６Ｃは、軸、側方および全流速の例示的な速度プロファイル測定の図のセットを示し、軸勾配速度補正は、例えば、スペックル−振幅統計ＯＦＤＩシステムおよび本開示に係る方法の例示的な実施形態によって測定される流動液体についてのｋ空間帯域幅ダイバーシティ分析のより正確な結果のために使用した。特に、画像１６５０の例示的なセットは、図の例示的な実施形態に係る方法によって決定される、左側カラムにスペックルにより決定した流量、右側カラムに放物線により予測される流量、上側列に、軸流、中心列に、側方流、および下側列に、全流速を示す（例示的な手順／ステップ１６００、１６１０、１６２０を参照のこと）。画像１６５５の例示的なセットは１６５０の例示的な画像に示される平均プロファイルおよび予測されるプロファイルを示す。例示的な画像１６６０は、本開示の例示的な実施形態に係る側方および軸方向の流れの決定の例示的な実施形態を使用して目的の領域における３つの異なる角度について決定される深さの関数として対応する流れ角を示す。
【００８２】
流速プロファイルにおける例示的な乱流決定
速度プロファイルが流動している物質に対応する場合、乱流を決定するための異なるアプローチが存在し得る。例えば、図１８のフロー図に示される例示的な方法がこの例示的な目的のために使用され得る。図１８に示される例示的なステップ／手順は以下の通りである：
１．ＬＯＳにおいてドップラー速度プロファイルを決定する、ステップ１８００。
２．スペックル非相関を使用して全速度プロファイルを決定する、ステップ１８１０。
３．キャビティ内部の層流は、通常、流れの方向が均一である場合のみ存在するので、ドップラー速度プロファイルの絶対値は実際の速度プロファイルに比例する。ドップラープロファイルをスペックルプロファイルから減算することは、２つのプロファイルが一致しない領域を浮き彫りにし、異なる方向で流れる領域を直接示す、ステップ１８２０。
４．大きな不一致を有する領域は、スペックル速度プロファイルの統計変動に起因する誤った判定を回避するために乱流を有する領域として示される、ステップ１８３０。
【００８３】
例えば、スペックル非相関に基づいたベクトル速度プロファイルを決定するための方法（図１６に示される例示的な方法など）を実装することによって、乱流を検出するために、キャビティ内部の流れの方向についての仮定は必要とされない。速度プロファイルは方向情報を提供でき、この情報（速度方向分散プロファイルなど）の分析は乱流についての方向情報を提供できる。
【００８４】
プローブの動きの例示的な追跡
例えば、プローブおよびサンプルの相対運動を測定することによって、サンプルの速度プロファイルを決定する代わりに、サンプルが一体構造に対応する場合、この情報は、測定の間、プローブの動きを追跡するために使用され得る。図５に示されるシステムの例示的な実施形態において、血管内部の血流は目的の情報を有するが、血管壁は、測定を実施している間、カテーテルの動きを追跡するために使用され得る一体的な目印である。これは、組織の望ましくない動きが、構造イメージングおよび流動イメージングの乱れを導き得るので、プルバック走査（血管の長手方向における走査）を実施する間、重要であり得る。本開示に係る方法の例示的な実施形態は、イメージングのために使用される構造および／または技術以外に追加の放射線を必要とせずに、プローブの動きを追跡するために使用され得る。組織を走査するときのカテーテルの変位だけでなく、回転速度も追跡することも可能である。不均一な回転歪み（ＮＵＲＤ）として文献に知られている、不規則な回転走査はカテーテルに基づいたイメージングにおける一般的な問題である。本開示に係る方法の例示的な実施形態はこのような歪みを補償するためにカテーテルの回転速度を追跡できる。
【００８５】
本開示に係る方法の別の例示的な実施形態は図１９に示され、以下のように提供される：
１．参照表面のドップラー速度プロファイルを決定／計算する。表面は、理想的には、全てまたは大部分の方位角、例えば図５における血管を含むべきである。多くの参照表面は、肺における気道の壁の適用、または胃腸の食道の壁の適用などの適用に応じて、可能であることは容易に認識され得る（ステップ１９００）。
２．参照表面の重心の動きを分析することによってプローブの横方向速度を決定／計算する。これは、参照表面の適切なモデル（例えば、血管の場合の楕円形）、および壁を追跡するためにコンピュータ視覚アルゴリズムの実装によって達成される（ステップ１９１０）。
３．残りのドップラー信号が純粋な長手方向の動きに対応するように以前のステップからドップラー信号に対する横方向寄与を減算する。ドップラー信号は、長手方向および横方向の動きの両方からの寄与を有する（図５の角度θに起因する）ので、横方向寄与はステップ１９１０からデータから決定／計算され、次いで実験ドップラーデータから減算されなければならない。これはカテーテルの長手方向の動きからのみ生じるドップラー信号を提供する（ステップ１９２０）。
【００８６】
画像分析から導かれるカテーテルの長手方向の動きおよび横方向の動きからの情報を使用して、例えば、三次元空間におけるカテーテルの動きが得られ得る。これは、例えば、他の適用の中でも、不均一のプルバック速度、望ましくない血管の動き、患者の動きから画像アーチファクトを補正するために使用され得る。
【００８７】
本開示の別の例示的な実施形態に係る方法の別の例示的な実施形態は図２０に示され、以下のように提供される：
１．参照表面のスペックル非相関を分析することによってプローブの横方向速度を決定／計算する。この表面は、理想的には、全てまたは大部分の方位角、例えば図５の血管を含むべきである。多くの参照表面が、肺の気道の壁の適用、または胃腸の食道の壁の適用などの適用に応じて可能であることは容易に認識され得る（ステップ２０００）。
２．回転の中心までの表面の距離を考慮することによって横方向の速度を回転速度に変換する。時間の関数として角度位置を計算するために横方向の速度を使用する（ステップ２０１０）。
３．任意に、速度推定の誤りに起因して失ったまたは過剰な速度を補正する（ステップ２０２０）。
４．任意に、時間の関数としてプローブの決定した角度位置を考慮して画像データを補正する（ステップ２０３０）。
【００８８】
長手方向および回転プローブの動きの追跡の例
本明細書に記載される例示的なシステム、方法およびコンピュータアクセス可能な媒体は、測定プローブの正確な追跡の実施を容易にできる。図２１は、走査の間の単一の撹乱を除いて、安定な動きを受けているプローブを考慮した測定の画像およびグラフの図のセットを示す。例えば、例示的な画像２１００は参照表面（壁）の追跡の例示的なフレームであり；例示的なグラフ２１１０は、参照追跡表面追跡からの時間内のプローブの横方向の位置を示し；例示的なグラフ２１２０はグラフ２１１０の結果からプローブの横方向の速度を推定し；例示的な画像２１３０はグラフ２１２０の横方向の速度からドップラーシフトを推定し；例示的な画像２１４０はフレームの関数として参照表面における実験ドップラーシフトを示し；例示的なグラフ２１５０は画像２１３０の推定されたドップラーシフトのグラフ２１４０から減算後のプローブの残りの長手方向速度である。例示的な実施形態によって決定されるプローブの長手方向速度は予想される挙動を示す。
【００８９】
図２２は、本開示に係る、例示的な回転プローブ速度追跡および画像変形の補償の図のセットを示す。例えば、画像／グラフ２２００のセットは、スペックル非相関からプローブの横方向速度、回転速度への変換およびＮＵＲＤに起因する変形画像の補正の例示的な分析を提供する。例示的な画像２２１０は、本開示に係る方法の種々の例示的な実施形態に説明されている、ＮＵＲＤ検出および補正前後の４００画像のグループの画像を示す。本開示のいくらかの例示的な実施形態のみを上記に詳細に記載しているが、当業者は、多くの修飾が、実質的に本開示の新規および非自明の教示および利点から逸脱せずに例示的な実施形態において可能であることを容易に理解するであろう。したがって、全てのこのような修飾は、以下の請求項に定義される本開示の範囲内に含まれることを意図する。
【００９０】
実際に、本開示の例示的実施形態に従うアレンジメント、システムおよび方法は、任意のＯＣＴシステム、ＯＦＤＩシステム、ＳＤ−ＯＣＴシステムもしくはその他のイメージングシステムとともに使用されるか、および／またはそれを実現してもよく、さらにたとえば本明細書においてその開示全体が引用により援用される、２００４年９月８日に提出された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２９１４８号（２００５年５月２６日に国際特許公開ＷＯ２００５／０４７８１３号として公開）、２００５年１１月２日に提出された米国特許出願第１１／２６６，７７９号（２００６年５月４日に米国特許公開第２００６／００９３２７６号として公開）、および２００４年７月９日に提出された米国特許出願第１０／５０１，２７６号（２００５年１月２７日に米国特許公開第２００５／００１８２０１号として公開）、および２００２年５月９日に公開された米国特許公開第２００２／０１２２２４６号に記載されるものとともに使用されてもよい。当然のことながら、当業者は、本明細書において明示的に図示または記載されていなくても、本開示の原理を具現化する、よって本開示の趣旨および範囲内にある多数のシステム、アレンジメントおよび方法を考案できるだろう。さらに、上記に参照されている全ての公報および参考文献は本明細書においてその開示全体が引用により援用される。本明細書に記載される例示的手順は、ハードドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリスティックなどを含む任意のコンピュータアクセス可能媒体に保存されてもよく、かつ、ハードウェアプロセッサ、マイクロプロセッサ、ミニ、マクロ、メインフレームなど、ならびにその複数個および／または組み合わせであるか、ならびに／またはそれを含んでもよい処理アレンジメントおよび／もしくは計算アレンジメントによって実行されてもよいことが理解されるべきである。加えて、本開示の明細書、図面および請求項を含む本開示において用いられる特定の用語は、特定の場合に同義的に用いられてもよく、それはたとえばデータおよび情報などを含むがそれに限定されない。これらの言葉、および／または互いに同義であり得るその他の言葉は、本明細書において同義的に用いられてもよいが、こうした言葉が同義的に用いられないことが意図され得る場合もあり得ることが理解されるべきである。さらに、先行技術の知識が本明細書の上記において明示的に引用により援用されていない範囲において、それが全体として本明細書に明示的に援用されてもよい。本明細書において参照されるすべての公報は、本明細書においてその全体が引用により援用されてもよい。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【外国語明細書】
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