(57)【要約】  光学コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）システムによって獲得される画像データの組は、サンプルの動きによる効果に関して補正される。第１のＡ走査の組は、サンプルの任意の有意な動きを避けるのに十分に短い時間内で獲得される。第２のより拡張されたＡ走査の組が、サンプル上の重なる部分にわたって獲得される。有意なサンプル動きは、第２の組の獲得間に生じることがある。第１の組からのＡ走査は、それを含む長手方向の光学散乱プロファイル間の単純性に基づき、第２の組からのＡ走査と一致される。Ａ走査のそのように一致した対は、サンプル内の同一領域に対応する可能性がある。Ａ走査対間の長手方向の光学散乱プロファイルにおける任意のシフトとともに、一致する対において各Ａ走査を生成したＯＣＴスキャナ座標の比較によって、対における第１および第２のＡ走査の獲得の間のサンプルの変位が明らかとなる。サンプル変位の推定を使用して、第２の組におけるＡ走査の横断方向のおよび長手方向座標を補正して、動き補正されたＯＣＴデータの組が形成される。
2008528954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルを横切る放射のビームを走査することによって、複数の横断方向の場所でサンプル内の長手方向光学散乱プロファイルを得るための光学コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）システムであって、サンプルがＯＣＴシステムに対して移動するＯＣＴシステムにおいて、該ＯＣＴシステムとサンプルとの間の相対移動によって生じる、収集されるデータに関連する座標における不正確性を補正するための方法であって、
サンプルを横切る第１の複数の横断方向の場所で、第１の時間期間の間に第１の組の長手方向走査を全て獲得する工程と、
サンプルを横切る第２の複数の横断方向の場所で、全て第１の時間期間より長い第２の時間期間の間に、該第１の組の長手方向走査より大きい第２の組の長手方向走査を獲得する工程であって、サンプル上の該第２の複数の横断方向の場所の少なくともいくつかは、サンプル上の該第１の複数の横断方向の場所の少なくともいくつかに実質的に対応する、前記獲得する工程と、
該走査の関連する光学散乱プロファイルが実質的に類似するかどうかの評価に基づき、前記第１の複数の走査の所定の走査に前記第２の複数の走査の所定の走査を一致させて、走査の対を規定する工程と、
該ＯＣＴシステムと、各一致する対に関連するサンプルとの間の変位を決定し、該変位を使用して該第２の組の走査の少なくともいくつかに関連する座標を調整して、該第２の組の走査を獲得する間に前記相対移動によって生じる不正確性を補正する工程と、を備える方法。
【請求項２】
前記変位は前記走査の長手方向に沿って決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
横断方向の変位が決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記長手方向および横断方向の変位の両方が決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変位を決定する工程は、相互相関技術を使用して前記走査を比較することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記一致する工程は、前記第１および第２の組の走査の相互相関解析の積分された平方強度を比較することによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各前記第２の組の走査の座標は、前記一致した走査の対から決定される変位を通して平滑曲線適合に基づき調整される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の組の走査の前記光学散乱プロファイルおよび前記修正された座標を使用して画像を生成する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の組の走査は、前記相対移動が好ましくない画像歪を引き起こす量未満であるように十分に短い期間の間に獲得される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の組の走査は、前記サンプルを対角に横切る前記ビームを走査することによって獲得される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の組の走査はグリッド・パターンで獲得される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の組の走査の横断方向の場所は２次元パターンである、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の組の走査はラスタ走査である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の組の走査は、前記第２の組の走査の前に一時的に獲得され、前記一致する工程および前記変位を決定する工程は、前記第２の組の全て走査が獲得される前に前記第２の組におけるいくつかの走査に関して実行され、
決定された変位のいくつかを使用して、該第２の組における前記長手方向走査のいくつかが獲得される前記横断方向の場所を調整する工程を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の組の走査は前記第１の組の走査の前に一時的に獲得される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の時間期間は２００ミリ秒未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の時間期間は１００ミリ秒未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の時間期間は２０ミリ秒未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の組の走査の横断方向の場所は、前記ＯＣＴシステムの横断方向の光学解像度の少なくとも１０倍である２次元範囲を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
患者の目を横切る放射のビームを走査することによって、複数の横断方向の場所で該患者の目内の長手方向光学散乱プロファイルを得るための光学コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）システムであって、患者の目がＯＣＴシステムに対して移動するＯＣＴシステムにおいて、目の移動によって生じる収集されるデータに関連する座標における不正確性を補正するための方法であって、
目の一部を横切る第１の複数の横断方向の場所で、２００ミリ秒より短い第１の時間期間の間に第１の組の長手方向走査を全て獲得する工程と、
目を横切る２次元パターンで第２の複数の横断方向の場所で、第２の組の長手方向走査を獲得する工程であって、目上の該第２の複数の横断方向の場所の少なくともいくつかは、目上の該第１の複数の横断方向の場所の少なくともいくつかに実質的に対応する、前記獲得する工程と、
前記第２の複数の走査の所定の走査を識別する工程であって、関連する光学散乱プロファイルが、該第１の複数の走査の少なくともいくつかの該光学散乱プロファイルに実質的に対応することで一連の実質的に一致する走査の対を規定する、前記識別する工程と、
各一致する対に関連する目の変位を決定し、該変位を使用して該第２の組の走査の少なくともいくつかに関連する座標を調整して、該第２の組の走査を獲得する間に目の移動によって生じる不正確性を補正する工程と、を備える方法。
【請求項２１】
前記変位は前記走査の長手方向に沿って決定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
横断方向の変位が決定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記長手方向および横断方向の変位の両方が決定される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の時間期間は１００ミリ秒未満である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の時間期間は２０ミリ秒未満である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の組の走査の横断方向の場所は、前記ＯＣＴシステムの横断方向の光学解像度の少なくとも１０倍である２次元範囲を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記変位を決定する工程は、相互相関技術を使用して前記走査を比較することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記一致する工程は、前記第１および第２の組の走査の相互相関解析の積分された平方強度を比較することによって実行される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
各前記第２の組の走査の座標は、前記一致した走査の対から決定される変位を通して平滑曲線適合に基づき調整される、請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２の組の走査の前記光学散乱プロファイルおよび前記修正された座標を使用して画像を生成する工程を備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の組の走査はグリッド・パターンで獲得される、請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の組の走査は、前記第２の組の走査の前に一時的に獲得され、前記一致する工程および前記変位を決定する工程は、前記第２の組の全て走査が獲得される前に前記第２の組におけるいくつかの走査に関して実行され、
決定された変位のいくつかを使用して、該第２の組における前記長手方向走査のいくつかが獲得される前記横断方向の場所を調整する工程を備える、請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の組の走査は、前記第１の組の走査の前に一時的に獲得される、請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
サンプルを横切る放射のビームを走査することによって、複数の横断方向の場所でサンプル内の長手方向光学散乱プロファイルを決定するための光学コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）システムであって、サンプルがＯＣＴシステムに対して移動するＯＣＴシステムにおいて、該ＯＣＴシステムとサンプルとの間の相対移動によって生じる、収集されるデータに関連する座標における不正確性を補正するための方法であって、
サンプルを横切る第１の複数の横断方向の場所で、前記相対移動が好ましくない画像歪みを生じる量未満であるように十分に短い期間の間に第１の組の長手方向走査を全て獲得する工程と、
サンプルを横切る２次パターンで第２の複数の横断方向の場所で、該第１の組の長手方向走査より大きい第２の組の長手方向走査を獲得する工程であって、サンプル上の該第２の複数の横断方向の場所の少なくともいくつかは、サンプル上の該第１の複数の横断方向の場所の少なくともいくつかに実質的に対応する、前記獲得する工程と、
前記第２の複数の走査の所定の走査を識別する工程であって、関連する光学散乱プロファイルが、該第１の複数の走査の少なくともいくつかの該光学散乱プロファイルに実質的に対応することで一連の実質的に一致する走査の対を規定する、前記識別する工程と、
該ＯＣＴシステムと各一致する対に関連するサンプルとの間の変位を決定し、該変位を使用して該第２の組の走査の少なくともいくつかに関連する座標を調整して、該第２の組の走査を獲得する間に前記相対移動によって生じる不正確性を補正する工程と、
該第２の組の走査の該光学散乱プロファイルおよび該補正された座標を使用して画像を生成する工程と、を備える方法。
【請求項３５】
前記変位は前記走査の長手方向に沿って決定される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
横断方向の変位が決定される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
前記長手方向および横断方向の変位の両方が決定される、請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
前記変位を決定する工程は、相互相関技術を使用して前記走査を比較することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
前記第２の組の走査は、前記第１の組の走査の前に一時的に獲得される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１の組の長手方向走査は、２００ミリ秒未満の時間期間内で獲得される、請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の組の長手方向走査は、１００ミリ秒未満の時間期間内で獲得される、請求項３４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）によって撮像するためのデータ獲得方法に関する。特に、本発明は、ＯＣＴによって大量のデータを獲得する間に生じる患者の動きを決定するための方法である。本明細書に記載される方法は、獲得の間の患者の動きが拒絶されるべきでない十分に短い時間内に少量のＯＣＴデータを獲得する。少量のＯＣＴデータは、完全なデータの組を含む測定値のサンプル上の位置を決定するための一連の指標として作用する。
【背景技術】
【０００２】
光学コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）は、元位置および実時間でミクロン規模の組織構造の画像を提供することができる、高解像度の断面撮像を行う技術である（ハングら（Ｈｕａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．）（１９９１年））。ＯＣＴは、ＯＣＴビームに沿ったサンプルの散乱プロファイルを決定する干渉測定方法である。各散乱プロファイルは、軸方向走査すなわちＡ走査と呼ばれる。サンプル上の一連の横断方向の場所に対してＯＣＴビームを移動して、断面画像、および拡張によって３次元ボリュームが、多数のＡ走査から構築される。動きが検出され、かつＯＣＴビーム配置が動きを追跡するために補正されなければ、ＯＣＴスキャナに対するサンプルの動きによって、サンプル上で測定される実際の場所がスキャナ座標における走査パターンとは異なって配置されることとなる。
【０００３】
近年、周波数領域ＯＣＴ技術は、生体サンプルに適用された（ナシフら（Ｎａｓｓｉｆ  ｅｔ  ａｌ．）（２００４年））。周波数領域技術は、時間領域ＯＣＴと比べて速度および信号雑音比において有意な利点を有する（ライトゲブ、アール、エーら（Ｌｅｉｔｇｅｂ，Ｒ．Ａ．，ｅｔ  ａｌ．）（２００３年）、ドゥブール、ジェイ、エフら（ｄｅ  Ｂｏｅｒ，Ｊ．Ｆ．ｅｔ  ａｌ．）（２００３年）、チョマ、エム、エーら（Ｃｈｏｍａ，Ｍ．Ａ．，ｅｔ  ａｌ．）（２００３年））。現在のＯＣＴシステムのより速い速度は、人間組織の３次元ボリューム画像を含むより大量のデータの獲得を可能にする。
【０００４】
眼科学の場合に、一般的な患者は、数秒の間、患者自身の目を快適に開いて保持することができる。ＯＣＴシステムは、広範な画像を収集するためにこれら数秒を有利に使用することができる。そのような獲得の間、患者の頭部の動きおよび患者の固定における自然なシフトが、画像を歪ませる。ＯＣＴビームの配置を補正するために目の動きを追跡することは、有用であることが判明した（米国特許第６７３６５０８号明細書、ハマー、ディー、エックスら（Ｈａｍｍｅｒ，Ｄ．Ｘ．，ｅｔ  ａｌ．）（２００５年））。目の追跡器の一般的な設計によって検出可能ではないＯＣＴビームに沿った動きもあるが、これは、ＯＣＴ画像を歪ませる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、移動するサンプルで獲得されるＯＣＴ画像データの配置を補正する方法の必要性が存在する。補正は、サンプルの動きにほぼ従うために、ＯＣＴビームを走査する機構に加えられることができる。代わりに補正は、画像が、サンプル動きの存在において獲得されるＡ走査から構築されるときに加えられることができる。Ａ走査の獲得の間に、サンプルの３次元における動きを決定する方法が必要である。目を追跡するための追加の光学システムを必要としない方法が、簡易性および低価格の利点を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、所望の画像を含むＡ走査の組に加えて、サンプルの拒絶されるべき動きを避けるのに十分に迅速に記録されることができる広い間隔の指標Ａ走査の組を獲得する。本方法は、画像を含むいくつかのＡ走査を、いくつかの指標Ａ走査と比較する。比較が、画像Ａ走査の光学散乱プロファイルと指標Ａ走査とが非常に一致することを示すとき、移動するサンプル上での画像Ａ走査の場所は、一致する指標Ａ走査の場所と同一であると仮定される。
【０００７】
サンプルの動きが無いと仮定されるなら、ＯＣＴビームがスキャナに対して同一の場所にあることが判明するときはいつでも、指標の１つを収集するときにそうであるように（すなわち、ＯＣＴシステムのスキャナ座標が同一である）、走査パターンを撮像する間に一致が見出されることが期待される。サンプルの動きは、一致を、Ａ走査をサンプルの動きが無いとの仮定の下で予測されるスキャナ座標とは幾分異なって記録させる。毎回、一致が見出され、実際のスキャナ座標と予想されるスキャナ座標（サンプルの動きが無いとの仮定の下）との比較によって、指標走査の獲得と画像の組における一致するＡ走査の獲得との間のサンプルの横断方向の変位が明らかとなる。一致する対のＡ走査の内容の比較によって、Ａ走査の一致する対間の画像データにおける長手方向シフトが明かとなり、これは、サンプルの任意の長手方向変位として表れる。
【０００８】
Ａ走査間の比較は、サンプル動きが不在の状態でのサンプル上の同一場所近くで測定されたそれら対など、一致する可能性があるＡ走査間で行われることのみを必要とする。比較方法に応じて、多くの対が、ある程度まで一致することができ、方法は、最も良く一致する対を選択する。
【０００９】
走査パターンを撮像する間に、見出される各一致は、サンプルの変位に関する更新情報を提供する。一致によって決定されるポイントを通る滑らかな曲線を適合することによって、そのような一致間のサンプルの位置を推定することができる。時間に対するサンプル位置の結果として生じた曲線を考慮すれば、画像データはその補正場所にシフトされ、動きアーチファクトの無い３次元画像が形成される。
【００１０】
目の動きを決定する他の方法は、光学ディスクなどの指標を使用する。指標が第１に識別され、その場所が、詳細なＯＣＴ走査が進行するときに監視される。指標は、別個の撮像システムで追跡されることができ、またはＯＣＴビームは、より大きなデータ獲得を時折短く中断して指標を走査することができる。しかしながら、良好な指標は、病気になった組織で常に見出されるとは限らない。本明細書で説明される方法は、任意の組織の構造における詳細が、指標と同じ必要性を満たすことができるという事実があることで利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、ＯＣＴシステムの１つの設計を概略的に示す。光源１０１は、ファイバ・ベースの干渉計に短コヒーレンス長を有する光を提供する。方向性カプラ１０２が、基準アーム１０３とサンプル・アーム１０４との間に光源１０１からの光を分割するように作用する。レンズ１１１およびミラー１１２は、カプラ１０２へ基準光を戻すように作用する。レンズ１２１ａ、１２１ｂ、および１２１ｃと、走査ミラー１２２とを含む走査システムは、光を、連続的に１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃなどの経路に沿ってサンプル１２５上の連続する場所に向ける。サンプル１２５から散乱された光の一部は、ファイバ干渉計に再び入るように照明経路に十分に近くに沿って戻り、カプラ１０２内で基準光と結合される。干渉されたサンプルおよび基準光は、検出器１３０で検出される。
【００１２】
走査ミラー１２２は、システム・プロセッサによって制御され、サンプル上の所定の横断方向の位置に対応する走査座標を生成する。人間の目などのサンプルは、ＯＣＴシステムに対して移動する。サンプルが移動すると、サンプル上の特定の横断方向の位置に関連するスキャナ座標は、非公知の方法で変化する。本出願は、この変位の範囲を決定し、かつその変位を補正する方法を記載する。
【００１３】
上記のように、サンプル１２５は、測定システムに対して移動することがあり、スキャナ座標とサンプル座標との間に時間に応じた差異を生じさせる。手持ちスキャナなどのいくつかのＯＣＴシステムにおいて、走査光学装置の動きは、スキャナ座標とサンプル座標との間の相対動きに影響する。
【００１４】
図２は、人間組織からの例示的ＯＣＴトモグラムを示す。この画像における各列は、１つのＡ走査であり、組織内の隣接場所での連続するＡ走査は、画像を形成するために並んで配置される。グレー・スケールは、この方法が組織の領域を認識するために使用される画像内の構造をより良好に再生するように、大きく散乱する領域が暗く示されて反転される。
【００１５】
図３を参照すると、人間の目から獲得された３次元データの組が、三面図で示される。正面投影３００は、検眼器で確認される外観に類似する外観を生成するために深さｚに沿って積分された、積分光学散乱である。断面３０１および３０２は、１つの軸ｚが、ＯＣＴビームの伝播の方向であるボリュームの断面を示す。断面インジケータ３０１ａおよび３０２ａは、それぞれ投影３００内の断面３０１および３０２の場所を示す。３０１および３０２などの断面は、トモグラムと呼ばれる。トモグラム３０１を含む列およびトモグラム３０２を含む行は、個々のＡ走査である。投影３００における各画素は、１つのＡ走査から積分された強度である。画像内の組織の寸法は、それぞれｘおよびｙに沿ってほぼ３ｍｍ、ｚに沿ってほぼ１．５ｍｍである。
【００１６】
この実施例に関するＡ走査の獲得は、投影３００の水平方向の行に沿って進行される。トモグラム３０１は、これらの行の１つであり、この断面を含むＡ走査は、順次獲得される。トモグラム３０２は、連続する行から選択されるＡ走査からなり、完全な３次元ボリュームの獲得の持続期間の間にサンプルの動きを断面３０２内に見る。
【００１７】
Ａ走査のラスタに加えて、一連の指標Ａ走査を獲得し、一連の指標Ａ走査は、指標Ａ走査の正面画像における積分された光学散乱からなる、より低い解像度の正面画像３５０で図３内に示される。好ましい実施形態は、現在のＯＣＴ技術によって１００ミリ秒内に獲得されることができる指標Ａ走査のほぼ３２×３２のグリッドを使用する。例示の目的のために、図３の実施例は、１２８個のＡ走査の３０行からなる指標の組を使用し、このより大きな組は、より認識可能な正面画像３５０を生成し、一方、現在のＯＣＴ技術では獲得のために２００ミリ秒未満を必要とする。
【００１８】
指標Ａ走査の組は、好ましくは、サンプルの拒絶されるべき動きが無いことを意味している、サンプルが実質的に静止しているのに十分な速さで獲得される。例えば、人間の目の網膜を撮像するとき、横断方向の光学解像度は、一般に５ミクロンより良くはない。「ふるえ」と呼ばれる目の高速の動きは、網膜の数ミクロンの明らかな動きだけを生じさせ、明らかな動きは、人間の目を、光学装置を介して確認されるような動きである。ふるえによる動きは、一般に分解可能ではなく、それらは拒絶されるべきとは考えられない。断続運動と呼ばれる痙攣状の目の回転は、１００ミクロンの明らかな動きを引き起こすことがあり、それらは拒絶されるべきである。断続運動は、１秒当たりほぼ１回不規則に生じる。したがって、人間の目にＯＣＴが適用されるとき、指標Ａ走査の組は、拒絶されるべき動きを避けるために、１秒より有意に短い間に獲得されなければならない。２００ミリ秒内の指標Ａ走査の獲得は、本出願で好ましい。
【００１９】
比較の目的のために、図３に示される画像情報の完全なラスタ走査は、２５６個のＡ走査の２５６個の行に対応する。現在の技術を使用して、このラスタ走査は、目が動く時間の間に実行するために、１秒から２秒のオーダで行われることができる。
【００２０】
ＯＣＴ撮像情報を収集するために、ラスタ走査に対する代替例が存在する。中央点から外側に延びる一連のラインを横断方向に横切って走査する、一連の径方向走査を使用することができ、このパターンにおける径方向走査は、交差点近くでより高い密度のサンプリングの特徴を有する。他の代替パターンは、一連の同心円である。本明細書に記載される方法は、一連の指標を収集する間に確認されるサンプルの一部を補正するという利点があるので、方法は、完全なデータの組のための走査パターンが２次元面積を包含するとき、最大の利点を提供する。２次元の横断方向の範囲を有する走査パターンは、一連の指標を高頻度で交差するように設計された走査パターンを使用して収集され、指標は１つまたはわずかな数の横断方向の走査ラインを使用して好都合に収集される。この明細書における２次元範囲は、横断方向の光学解像度の１０倍より大きな横断方向の寸法を有する面積であり、意義のあるトモグラム画像は、図３におけるトモグラム３０１および３０２などの各横断方向の寸法において抽出することができる。
【００２１】
指標Ａ走査は、散乱プロファイルの一致を見出す目的のためにラスタ内のＡ走査と比較される。１つ有効な比較方法は、以下によって規定される、正規化された相互相関である。
【００２２】
【数１】
2008528954.tif 000003
ここで、ａ（ｚ）は、ＯＣＴビームに沿った散乱強度の尺度であり、ｔは、２つのＡ走査のビーム方向に沿った相対シフトを示す変数であり、＊は、複素共役である。Ａ走査ａ１およびａ２は、それぞれ指標の組およびラスタから選択される。
【００２３】
Ａ走査が、ＯＣＴビームの幅のより近くで離間した場所で測定されるなら、１つの指標Ａ走査と良好に相関する完全なデータの組の各行において１つのＡ走査が存在する可能性がある。指標の獲得とラスタ走査の獲得との間にｘおよびｙにおける目の動きがあるなら、最も高い相互相関を有するＡ走査の対は、ＯＣＴシステムの異なる組のスキャナ座標で獲得される２つのＡ走査からなる。走査座標における差異によって、指標の獲得とラスタにおける一致するＡ走査の獲得との間のサンプルの横断方向の変位が明らとなる。
【００２４】
相互相関は、シフトｔの関数である。Ｘ１２（ｔ）が最大化されるｔの値によって、指標の獲得とラスタにおける一致するＡ走査の獲得との間のｚに沿ったサンプルの長手方向変位が明らかとなる。このように、サンプルのｘ、ｙ、およびｚにおける変位は、ラスタ走査に沿ったいくつかの点で決定され、毎回、良好な一致は、ラスタにおけるＡ走査と指標の組におけるＡ走査との間で見出される。そのような一致間のサンプルの場所は、一致によって決定される点を介する、ラスタ走査の進行時間の関数として滑らかな曲線に適合することによって推定される。時間に対するサンプル変位の結果として生じる曲線を考慮すれば、Ａ走査のラスタにおけるデータは、動きアーチファクトの無い３次元データを形成するためにシフトされかつ補間される。
【００２５】
本明細書で説明される方法は、画像Ａ走査の獲得の間のわずかな移動を正確に補正するために使用されるときに最も有効である。これは、目の断続運動などの突然な動きを補正するのにより良好に適する従来技術の方法と有利に組み合わされることができる。断続運動の補正により良好に適する１つの従来技術の方法は、その直接隣接するトモグラムと、Ａ走査の画像の組における各トモグラムとの相互相関であり、この従来技術の方法は、トモグラム間の解剖学的特徴の連続性による。本明細書で説明される方法は、サンプル動きの粗い追跡と有利に組み合わされることもでき、粗い追跡は、所望の場所と実際の測定場所との間の全ての好ましくない変位を排除するのに十分に正確な追跡と比較して、具体化するのにより実際的であり得る。
【００２６】
図４は、本明細書で記載される方法を使用する補正後の図３のデータを示す。画像Ａ走査に含まれるデータは、必要に応じてシフトされかつ補間され、指標Ａ走査に一致する各画像のＡ走査は、指標Ａ走査が獲得される場所に対応する位置に直ちに出現する。正面投影４００は、深さｚに沿って積分されたこの補正されたデータの組における光学散乱から構築される。トモグラム４０１および４０２は、それぞれ断面インジケータ４０１ａおよび４０２ａによって示されるように投影４００に関連して、この補正されたデータの組を介した断面である。指示４５０は、画像Ａ走査の完全な組に対する指標の組３５０の場所範囲を示す。
【００２７】
トモグラム３０２で確認される動きアーチファクトは、トモグラム４０２で補正される。トモグラム４０２は、撮像された組織断面の真の形状を表す。正面投影４００の補正は、より微妙であるが、正面投影３００および３５０とそれとの比較によって注目される。
【００２８】
指標の組のための代替パターンは、完全なデータの組によって包含されるボリュームを横切る１つ以上のほぼ対角の断面を形成することである。動きの無い状態でのラスタにおけるＡ走査の各行は、各対角断面内のＡ走査の１つと一致する可能性がある。しかしながら、組織がこれら２つの位置で偶然に類似する光学散乱プロファイルを有するとき、組織内の２つの異なる場所で獲得されたＡ走査間の偶然の誤りの一致が存在する可能性がある。そのような誤りの一致は、出力に歪みを生じさせる。図３および図４の実施例で使用される指標Ａ走査のグリッド・パターンは、画像Ａ走査に一致するクラスタを提供する傾向があり、すなわち、ラスタ内のいくつかの行が、一致する指標Ａ走査を有するいくつかの隣接するＡ走査を含む。クラスタ内で一致を有することが生じると、クラスタ内の一致は、時間におけるそれらの近接性のためにほぼ同一のサンプル変位を示すべきであるとの理解に基づき、時間において滑らかな曲線に、一致によって決定された変位を適合するステップを加え、誤りの一致に対する保護を与える。したがって、クラスタ内で一致を生じさせる指標のパターンは好ましい。
【００２９】
実際の多数の複雑性は、この方法で対応することができる。各Ａ走査を示すために使用される関数ａ（ｚ）に関するいくつかの選択がある。現在のフーリエ領域方法を含むＯＣＴの多くの方法において、散乱された光の強度および位相の情報が記録される。ａ（ｚ）は、この複素値関数であるように選択することができる。しかしながら、指標走査の獲得とラスタにおける対応するＡ走査の獲得との間で、異なる深さから散乱された光の相対位相が変更されることがある。これは、散乱中心が、プローブ光の波長の一部によっても互いに移動する場合に起きる。そのような動きは、生体組織で可能性があり、ａ（ｚ）におけるそのような変化は、良好な一致を見出すことを妨げる。このため、ａ（ｚ）は、深さｚから散乱される光の実数強度であるように最良に取られ、この結果、比較の際に位相情報が無視される。
【００３０】
ＯＣＴは、一般に数ミクロンの軸方向解像度を有する散乱を測定する。血管などのいくつかの組織の動きは、この長さスケールを超えて散乱プロファイルを変更することがある。また、ラスタにおけるＡ走査の間隔が、ＯＣＴビーム径より非常に小さくないなら、ラスタにおけるＡ走査はいずれも、任意の指標Ａ走査に正確には一致しない。ＯＣＴによって測定されるように散乱される強度の平滑化を適用でき、関数ａ（ｚ）を形成するために、平滑化されたデータの組における値を使用することができる。平滑化する好ましい量は、組織内の移動とラスタ走査の粗さとを考慮すれば、同一の組織を再測定するときに見出されるものと予測することができるＡ走査における詳細と同程度に保持される。
【００３１】
良好に相関されたＡ走査を見出すことによる不具合が生じる。目の動きが、指標の組における対角の追跡の１つで包含される領域を超えてラスタをスキップした場合、ラスタにおける行の獲得の間の目の動きによって不具合が生じることがある。目における光学装置またはフロータ上の塵による走査内の断続的な失敗によって、わずかな数のＡ走査を使用できなくなることがある。走査される領域の範囲より大きい目の動きによって、また登録の失敗が生じる。比較方法が相互相関であるなら、失敗した一致は、不動の類似する組織で見出される係数に対するそれらの低い相互相関係数によって認識される。失敗した一致の影響は、成功する一致によって決定された変位を通る滑らかな曲線の適合ステップによって軽減される。失敗した一致は、適合から省略することができ、または相互相関係数は、重み付けられた適合における信頼値として使用することができる。
【００３２】
サンプル上の各横断方向の場所での干渉スペクトルを記録するＯＣＴのフーリエ領域方法への好ましい実施形態の有効な適用を以下に説明する。Ａ走査を再構成するために必要なフーリエ変換を行うことなく、スペクトルから迅速に直接Ａ走査の適切な位置を見出す方法を有することが望ましい。迅速にサンプルの変位を計算することは、ラスタ走査の間にラスタ走査位置の補正を可能にし、その結果、走査の方向に対する患者の動きによって領域がスキップされないという点で望ましい。
【００３３】
相互相関Ｘ１２は、ＯＣＴのフーリエ領域方法で直接提供されるスペクトルから効果的に計算することができる。２つのＡ走査の間の相互相関は、２つの対応するフリンジ・スペクトルの積のフーリエ変換である（基準ビームの強度を減算した後の、干渉によるスペクトル部分）。各Ａ走査は、以下によるフリンジ・スペクトルに関連し、
【００３４】
【数２】
2008528954.tif 000004
ここで、Ｓ（ｑ）は、光学周波数ｑの関数としてのフリンジ・スペクトルであり、ｑは、単位長さ当たりの光学位相のラジアン単位である。相互相関は、以下によるフリンジ・スペクトルに関連する。
【００３５】
【数３】
2008528954.tif 000005
Ａ走査が、患者に関してビーム径内で同一の横断方向の位置で記録されるなら、Ａ走査対間の相互相関は、２つのＡ走査の獲得の間でｚ軸に沿った動きに対応する位置でピークを有する。これらのピークのサイズは、横断方向に最も良く重なるＡ走査の対に関して最大である。したがって、相互相関の積分された平方強度は、一対のＡ走査間の一致の良好性を量的に示し、この積分された強度は、パーセバル（Ｐａｒｓｅｖａｌ）の法則によって対応するスペクトルの１点ずつの積の積分された平方強度と同じである。相互相関の積分された平方強度は、以下から効果的に計算される。
【００３６】
【数４】
2008528954.tif 000006
一致の候補である各Ａ走査対に関して計算された量Ｃ１２は、一致する対、したがってｘおよびｙにおけるサンプル変位を識別するために使用される。次に、Ｘ１２がそのピーク値を有するシフトｔの値が、ｚにおけるサンプル変位を決定するために使用される。
【００３７】
さらなる１つの複雑性は、基準ビームの単一位相を有する各Ａ走査のための単一干渉スペクトルを記録するフーリエ領域ＯＣＴ技術が二重の画像を生成することである。各Ａ走査ａ（ｚ）は、そのプロファイルのミラー画像に加えて、ｚに沿った反射率プロファイルからなる。相互相関は、１つのピークの代わりに２つのピークを有するこのミラー画像によって複雑となり、一方のピークは、獲得間の患者のｚ動きに対応する位置であり、他方のピークは、患者のｚ動きの負に対応する位置である。
【００３８】
位置ｚ＜０に対応するＡ走査の部分を排除することによってこの問題を回避することができる。ほとんどのｚ＞０軸に関して１であり、かつほとんどのｚ＜０軸に関して０であるフーリエ変換を有するカーネル（ｋｅｒｎｅｌ）で畳み込みすることによって、対応するＡ走査のこの部分を排除することができる。そのようなカーネルの実施例は、（−ｉ／４、１／２、＋ｉ／４）である。このような短いカーネルでの畳み込みは、フーリエ変換を計算するより有効であり、畳み込み演算は、ヒルベルト変換への有効な近似と考えられる。結果として生じるフランジ・スペクトルは、複素値であり、範囲ｚ＜０に沿って大きく減衰されたフーリエ変換を有する。この畳み込みを実行した後、相互相関は、上述のように計算することができる。
【００３９】
したがって、２つのＡ走査間の相互相関の積分された平方強度を得るための有効な方法は、以下のように２つのＡ走査ＳＤ−ＯＣＴ測定値を含む２つのスペクトルだけを使用し、１）基準ビームを減算することによってスペクトルのフリンジ部分を分離し、２）例えば、上述の段落で記載された切り捨て型カーネルでの畳み込みによって、各スペクトルに適切なヒルベルト変換を実行し、３）相互相関Ｃ１２を得るために変換されたスペクトルの対の点状の積の合計を形成する。
【００４０】
この高速相互相関技術の拡張は、ｚに沿ったサンプル変位を推定する代替方法を提供する。相互相関は、ｚに沿った動きに対応する位置でピークを有し、相互相関の強度は、そのピークの周りで対称である。したがって、動きの推定は、相互相関の平方強度によって重み付けられたｚの平均値を計算することによって抽出することができる。
【００４１】
【数５】
2008528954.tif 000007
長手方向変位は、そのピーク値に関する関数Ｘ１２（ｔ）を探索することの代わりに、上記式によって計算されるΔｚによって与えられる。
【００４２】
この方法は、いくつかの変形および拡張を許容する。主ＯＣＴ画像を収集する走査パターンは、ラスタ走査である必要はないが、有用なＯＣＴデータの組を構築する任意のＡ走査の組であり得る。サンプルの予想される動きを考慮すれば、一連の指標Ａ走査が、完全なＯＣＴデータの組に含まれる可能性がある場所で獲得することができる限り、この方法は有用である。指標として作用する一連のＡ走査は、主ＯＣＴ画像の前後に獲得することができる。比較関数は、相互相関である必要性はないが、２つのＡ走査がサンプルの同一場所で測定される可能性の任意の測定値によることができる。候補のＡ走査対を比較するためのいくつかの代替方法は、それらの平均平方差、それらのカルバック・リーブラ（Ｋｕｌｌｂａｃｋ  Ｌｅｉｂｌｅｒ）距離、または候補対間の相互情報距離である。比較方法は、散乱の位相が保存されるＯＣＴ光学散乱データ、ある強度に減衰されたＯＣＴ光学散乱データ、または対数的に縮小された強度に適用することができる。閾値処理および中間値フィルタリングなどのＯＣＴデータにおけるランダム雑音を低減するための方法は、従来技術に記載され、比較前にＯＣＴデータに適用することができる。
【００４３】
本発明の教示を組み込む様々な実施形態が、本明細書に詳細に示されかつ記載されたが、当業者は、これらの教示をまだ組み込む多くの他の異なる実施形態を容易に考えることができる。
【００４４】
以下の参照文献は、本願明細書に援用する。
米国特許文献
米国特許出願公開第２００５０１４０９８４号明細書、ヒツェンベルガ（Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ）、“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＯＣＴ）ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒａｐｉｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ”
米国特許第６７３６５０８号明細書、ツィー（Ｘｉｅ）、コーネル（Ｋｏｈｎｌｅ）、およびウィー（Ｗｅｉ）、“Ｔｒａｃｋｉｎｇ  ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ”
米国特許第４９３７５２６号明細書、エーマン（Ｅｈｍａｎ）、およびフェルミー（Ｆｅｌｍｌｅｅ）、“Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  Ｍｏｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｆｌｏｗ  Ａｒｔｉｆａｃｔｓ  ｉｎ  ＮＭＲ  Ｉｍａｇｅｓ”
同時継続の米国特許出願公開第１０／７５０３４１号明細書、ヒツェンベルガ、ペー（Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ｐ．）、“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＯＣＴ）ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒａｐｉｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｉｎ  ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ”
米国特許出願公開第２００３０１９９７６９号明細書、ポドリーニュ、エーら（Ｐｏｄｏｌｅａｎｕ，Ａ．ｅｔ  ａｌ．）（２００２年）、“Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｍｏｖｉｎｇ  ｏｒｇａｎｓ”（国際公開第０３０８６１８１号パンフレット）
他の文献
エーマン、アール、エル（Ｅｈｍａｎ，Ｒ．Ｌ．）およびフェルミー、ジェイ、ピー（Ｆｅｌｍｌｅｅ，Ｊ．Ｐ．）（１９８９年）、“Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  ＭＲ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｏｖｉｎｇ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ”、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、１７３（１）、２５５−２６３ページ
ハマー、ディー、エックスら（Ｈａｍｍｅｒ，Ｄ．Ｘ．，ｅｔ  ａｌ．）（２００５年）、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ、１０（２）、０２４０３８０−１ページ
ジョージェンセン、ティー、エムら（Ｊｏｅｒｇｅｎｓｅｎ，Ｔ．Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．）（２００４年）、“Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｉｎ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ  ＶＩＩＩ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ、５３１６、２０４ページ
ヒツェンベルガ、ツェー、ケーら（Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ｃ．Ｋ．，ｅｔ  ａｌ．）（２００３年）、“Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｈｕｍａｎ  ｒｅｔｉｎａ  ｂｙ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ”、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１１（２１）、２７５３−２７６１ページ
ハング、ディー、イー、アー、スワンソンら（Ｈｕａｎｇ，Ｄ．，Ｅ．Ａ．Ｓｗａｎｓｏｎ，ｅｔ  ａｌ．）（１９９１年）、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２５４（５０３５）、１１７８−８１ページ
ドゥブール、ジェイ、エフら（ｄｅ  Ｂｏｅｒ，Ｊ．Ｆ．ｅｔ  ａｌ．）（２００３年）、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｅｒｓ、２８、２０６７−２０６９ページ
チョマ、エム、エー（Ｃｈｏｍａ，Ｍ．Ａ．）およびエム、ブイ、サルニック（Ｍ．Ｖ．Ｓａｒｕｎｉｃ）（２００３年）、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１１、２１８３−２１８９ページ
ライトゲブ、アール、エーら（Ｌｅｉｔｇｅｂ，Ｒ．Ａ．，ｅｔ  ａｌ．）（２００３年）、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１１（８）、８８９−８９４ページ
ナシフ、エヌ、エー、ビー、センスら（Ｎａｓｓｉｆ，Ｎ．Ａ．，Ｂ．Ｃｅｎｓｅ，ｅｔ  ａｌ．）（２００４年）、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１２（３）、３６７−３７６ページ
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】１つのタイプのＯＣＴシステムの概略図。
【図２】画像内に存在する詳細を示す人間の目の組織のＯＣＴ画像の１実施例の図。
【図３】動きアーチファクトが視認できる人間の目から収集される３次元ＯＣＴデータの組の三面図。
【図４】動きアーチファクトが本明細書で説明される方法によって大部分補正された、人間の目から収集される３次元ＯＣＴデータの組の三面図。
【図１】
2008528954.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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