(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステムであって、
最適な撮像深さ範囲を与えるために５ｍｍより大きなコヒーレンス長の光をもたらす長コヒーレンス光源と、
光を基準光とサンプリング光とに分割するように構成される第１の光学デバイスと、
前記基準光を受け、そして基準光信号を発生させる、基準アームと、
前記サンプリング光を複数のサンプリングビームに分割し、前記複数のサンプリングビームを同時に伝送するように構成される第２の光学デバイスと、
画像が形成されたときに異なる物理的位置からの信号が異なる周波数帯域で検出されるよう前記複数のサンプリングビーム間に前記光源の前記コヒーレンス長より短い光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子と、
前記複数のサンプリングビームをサンプルの複数の異なるサンプリング位置へ同時に走査するように構成されるスキャナと、を備え、
前記第２の光学デバイスは、前記複数の異なるサンプリング位置から戻される複数の反射光信号を同時に受けるよう機能し、
前記複数のサンプリングビームによりもたらされる前記サンプルの前記複数の異なるサンプリング位置から戻される前記複数の反射光信号と前記基準光との同時の受信に基づいて複数の干渉信号を発生させるように構成される第３の光学デバイスと、
を備え、
前記干渉信号は、前記サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む、
空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステム。
【請求項２】
前記第１の光学デバイスは、前記基準光を基準アームへそらすとともに前記サンプリング光をサンプルアームへそらすようになっている光カプラである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の光学デバイスを含む単一のサンプルアームを更に備え、前記サンプルアームが前記複数のサンプリングビームを前記スキャナへ伝送する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の光学デバイスが光ファイバスプリッタである、請求項１または請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第２の光学デバイスが平面光波回路スプリッタである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２の光学デバイスがマイクロレンズアレイである、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記光学遅延素子が複数のガラス部材またはプラスチック部材を備え、前記部材のそれぞれは、異なる厚さを有するとともに、前記マイクロレンズアレイから前記サンプリング光の一部を受ける、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記干渉信号を検出するように配置されて機能する平衡型検出器を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記光学遅延素子は、複数の光ファイバから構成される光ファイバ配列を備え、前記各光ファイバは、異なる長さを有するとともに、前記複数のサンプリングビームの一つを伝える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２の光学デバイスは、前記サンプルからの反射光信号を、該反射光信号を含む単一の検出信号の状態へと組み合わせるように更に構成され、前記検出信号が少なくとも１つの前記第３の光学デバイスへ伝送される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第３の光学デバイスが光カプラである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記光源が波長可変光源である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光源が垂直共振器面発光レーザダイオードである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
光の一部をマッハ・ツェンダー干渉計へそらすように構成される第４の光学デバイスを更に備え、前記マッハ・ツェンダー干渉計は、前記サンプルの表面から戻される反射光信号の取得をクロックするように構成されて機能する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記干渉信号を捕捉して処理するとともに前記サンプルの実際の画像のディスプレイデバイス上での視覚表示をもたらすように構成されるコンピュータプロセッサおよび高速データ取得カードを更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステムであって、
最適な撮像深さ範囲を与えるために５ｍｍより大きなコヒーレント長のコヒーレント光をもたらす長コヒーレンス光源と、
光を基準光とサンプリング光とに分離するように構成される第１の光学デバイスと、
第１の光学光路を規定する基準アームであって、該基準アームが、基準光を受けるとともに、前記基準光に基づいて基準光信号を発生させる、基準アームと、
第２の光学光路を規定するとともに、前記サンプリング光を受ける単一のサンプルアームと、
前記サンプルアームに配置されるとともに、前記サンプリング光を複数のサンプリングビームに分離し、前記複数のサンプリングビームを同時に伝送するように構成される光スプリッタと、
画像が形成されたときに異なる物理的位置からの信号が異なる周波数帯域で検出されるよう前記複数のサンプリングビーム間に前記光源の前記コヒーレンス長より短い光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子と、
を備え、
前記システムは、前記複数のサンプリングビームをサンプルの複数の異なるサンプリング位置上へ同時に走査するように構成され、
干渉信号をもたらすために、前記基準光信号と、前記複数のサンプリングビームのそれぞれによってもたらされて前記サンプルの前記複数の異なるサンプリング位置から同時に戻される複数の反射光信号とを受けて組み合わせるように構成される、第２の光学デバイスを備え、
前記干渉信号は、前記サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む、
空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステム。
【請求項１７】
前記サンプリング光が単一の光ファイバを介して前記光スプリッタに入り、前記サンプリングビームのそれぞれは、複数の光ファイバを備える配列を形成する光ファイバを介して前記光スプリッタから出る、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記光スプリッタが平面光波回路スプリッタである、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記干渉信号を検出するようになっている平衡型検出器を更に備える、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記光学遅延素子は、それぞれが前記サンプリングビームのうちの１つをスキャナへ伝送する複数の光ファイバから構成される光ファイバ配列を備え、前記各光ファイバは、光学遅延をもたらす異なる長さを有する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記光源が波長可変レーザである、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記光源が広帯域光源である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
空間分割多重化を伴う低挿入損失光コヒーレンストモグラフィーシステムであって、
最適な撮像深さ範囲を与えるために５ｍｍより大きなコヒーレンス長のコヒーレント光をもたらす長コヒーレンス光源と、
光を基準光とサンプリング光とに分離するように構成される光学デバイスと、
第１の光学光路を規定する基準アームであって、該基準アームが、基準光を受けるとともに、前記基準光に基づいて基準光信号を発生させる、基準アームと、
第２の光学光路を規定するとともに、前記サンプリング光を受ける単一のサンプルアームと、
前記サンプルアームに配置されるとともに、前記サンプリング光を複数のサンプリングビームに分離し、前記複数のサンプリングビームを同時に伝送するように構成される光スプリッタと、
画像が形成されたときに異なる物理的位置からの信号が異なる周波数帯域で検出されるよう前記複数のサンプリングビーム間に前記光源の前記コヒーレンス長より短い光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子と、
を備え、
前記システムは、前記複数のサンプリングビームをサンプルの複数の異なるサンプリング位置上へ同時に走査するように構成され、
複数の干渉信号をもたらすために、前記基準光信号と、前記複数のサンプリングビームのそれぞれによってもたらされて前記サンプルの前記複数の異なるサンプリング位置から同時に戻される複数の反射光信号のうちの１つとを受けて組み合わせるようにそれぞれが構成されて配置される、複数の光カプラを備え、
前記複数の干渉信号を検出するように構成されるセンサを備え、
前記干渉信号は、前記サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む、
空間分割多重化を伴う低挿入損失光コヒーレンストモグラフィーシステム。
【請求項２４】
前記センサが平衡型検出器である、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
それぞれが前記複数の光カプラのうちの１つと関連付けられる複数の光サーキュレータを更に備え、前記各光サーキュレータは、前記サンプルから前記複数の反射光信号のうちの１つを受けて同じ反射光信号を前記光カプラのうちの１つへ伝送するようになっている、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記基準光信号を複数の基準光信号へ分離するように構成される光スプリッタを更に備え、干渉信号をもたらすために前記複数の基準光信号のうちの１つがそれぞれ前記複数の光カプラのうちの１つへ伝送される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
空間分割多重光コヒーレンストモグラフィーシステムを使用してサンプルを撮像するための方法であって、
最適な撮像深さ範囲を与えるために５ｍｍより大きなコヒーレント長の光をもたらす長コヒーレンス光源と、第１の光路を規定する基準アームと、第２の光路を規定するサンプルアームとを備える光コヒーレンストモグラフィーシステムを用意するステップと、
前記光源からの光を基準光とサンプリング光とに分離するステップと、
反射光信号をもたらすために前記基準光を前記基準アームへ伝送するステップと、
前記サンプリング光を前記サンプルアームへ伝送するステップと、
前記サンプルアーム上で前記サンプリング光を複数のサンプリングビームに分割するステップと、
前記複数のサンプリングビームを同時に伝送するステップと、
画像が形成されたときに異なる物理的位置からの信号が異なる周波数帯域で検出されるよう前記複数のサンプリングビーム間に前記光源の前記コヒーレンス長より短い光学遅延をもたらすステップと、
サンプルの複数の異なるサンプリング位置上へ前記複数のサンプリングビームを同時に走査するステップと、
それぞれが前記複数のサンプリングビームのそれぞれによってもたらされて前記サンプルの前記複数の異なるサンプリング位置から戻される複数の反射光信号を同時に収集するステップと、
前記複数の反射光信号を該複数の反射光信号から構成される単一の反射光信号の状態へと同時に組み合わせるステップと、
干渉信号をもたらすために前記単一の反射光信号と前記反射光信号とを組み合わせるステップであって、前記干渉信号が前記サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む、ステップと、
を含む方法。
【請求項２８】
単一のサンプルアームが設けられる、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
分割する前記ステップが光スプリッタを使用して行なわれる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
平衡型検出器を使用して前記干渉信号を検出するステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記干渉信号の取得をクロックするために前記光源からの光の一部をマッハ・ツェンダー干渉計へ伝送するステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
光学遅延をもたらす前記ステップは、それぞれが異なる長さを有する複数の光ファイバのうちの１つで前記サンプリングビームのそれぞれを伝送することを含む、請求項２７
に記載の方法。
【請求項３３】
空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステムであって、
最適な撮像深さ範囲を与えるために５ｍｍより大きなコヒーレント長の光をもたらす長コヒーレンス光源と、
光を基準光とサンプリング光とに分割するように構成される第１の光学デバイスと、
前記基準光を受けて、基準光信号を発生させる、基準アームと、
前記サンプリング光を複数のサンプリングビームに分割し、前記複数のサンプリングビームを同時に伝送するように構成される第２の光学デバイスと、
画像が形成されたときに異なる物理的位置からの信号が異なる周波数帯域で検出されるよう前記複数のサンプリングビーム間に前記光源の前記コヒーレンス長より短い光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子と、
前記複数のサンプリングビームをサンプルの複数の異なるサンプリング位置上へ同時に走査するように構成されるスキャナと、
を備え、
前記第１の光学デバイスは、前記複数のサンプリングビームによりもたらされる前記サンプルの複数の異なるサンプリング位置から戻される複数の反射光信号と前記基準光との同時の受信に基づいて干渉信号を発生させるように更に構成され、
前記干渉信号は、前記サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む、
空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステム。
【請求項３４】
前記第１の光学デバイスは、前記基準光を基準アームへそらすとともに前記サンプリング光をサンプルアームへそらすようになっている光カプラである、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記第１の光学デバイスは、前記基準光を基準アームへそらすとともに前記サンプリング光をサンプルアームへそらすようになっているビームスプリッタである、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３６】
前記第２の光学デバイスを含む単一のサンプルアームを更に備え、前記サンプルアームが前記複数のサンプリングビームを前記スキャナへ伝送する、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３７】
前記第２の光学デバイスがマイクロレンズアレイである、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３８】
前記光学遅延素子が複数のガラス部材またはプラスチック部材を備え、前記部材のそれぞれは、異なる厚さを有するとともに、前記マイクロレンズアレイから前記サンプリング光の一部を受ける、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記干渉信号を検出するように配置されて機能するコリメータレンズ、格子、合焦レンズ、およびデジタルカメラを含むスペクトロメータを更に備える、請求項３３に記載のシステム。
【請求項４０】
前記光源が広帯域光源である、請求項３３に記載のシステム。
【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、２０１２年１２月６日に出願された米国特許仮出願第６１／７３４，１６８号および２０１３年５月３日に出願された米国特許仮出願第６１／８１９，２５１号の優先権の利益を主張し、これらの米国特許仮出願の内容はいずれも、参照によりそれらの全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
政府所有権の陳述
本発明は、国立衛生研究所（ＮＩＨ）−国立生物医学画像・生物工学研究所（ＮＩＢＩＢ）により与えられたＲ００−ＥＢ０１００７１に基づく政府支援によってなされた。政府は、本発明において特定の権利を有する。
【０００３】
本開示は、トモグラフィーに関し、特に光コヒーレンストモグラフィーに関する。
【背景技術】
【０００４】
光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）は、その場でリアルタイムに生体組織のミクロンスケールの断面の三次元（３Ｄ）撮像を可能にする新しい光学的撮像技術である。ＯＣＴは、標準的な組織病理学の分解能に近づく分解能をもって組織微細構造を撮像するが、組織試料を取り出して処理する必要性を伴わないある種の「光学的生検」として機能する。したがって、ＯＣＴは、生体組織などの有形物体の視覚画像を捕捉してデジタル化する。ＯＣＴの侵入深さは、通常、生体組織中で１−２ｍｍである。ＯＣＴは、眼科、心臓血管撮像、内視鏡検査撮像、癌撮像、歯科用途、および、研究撮像用途を含めて、特に人および動物における幅広い範囲の臨床用途および生物医学用途のために使用されてきた。
【０００５】
現在の市販の眼科ＯＣＴシステムは２０−７０ｋＨｚで動作する。５１２×５１２Ａ−ラインをカバーするそれぞれの３Ｄスキャンは３−１０秒を要する。市販の心臓血管ＯＣＴ撮像システムおよび内視鏡検査ＯＣＴ撮像システムは、大きな撮像領域をカバーするために１００ｋＨｚ−２００ｋＨｚＡ−ライン速度で動作する。撮像をより速くして、動きアーチファクトを少なくするためには、目標として１ＭＨｚＡ−ライン速度を超える高い撮像速度が最終的に望ましい。しかしながら、現在は、その速度で動作する市販の波長可変レーザまたは高速ライン−スキャンカメラが存在しない。１秒当たりのＡ−スキャンの数として特徴付けられるＯＣＴにおける撮像速度は、スペクトル領域ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）におけるラインスキャンカメラのライン速度によってあるいは掃引源ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）におけるレーザ掃引速度によって制限される。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書中では、前述のシステムよりも撮像速度を向上させる光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）システムが提供される。１つの典型的な実施形態において、システムは、空間分割多重（ＳＤＭ）光コヒーレンストモグラフィー（ＳＤＭ−ＯＣＴ）システムであってもよい。様々な実施形態において、ＳＤＭ−ＯＣＴシステムは、掃引源レーザまたは広帯域光源などの波長可変光源を利用してもよい。本明細書中に開示されるＳＤＭ−ＯＣＴシステムは、光学的な時間遅延を使用して、空間的に分布されるサンプルリングビームからの信号を異なる周波数帯域へマッピングしてもよい。
【０００７】
本開示に係るＯＣＴシステムは、撮像深さ範囲を増大させるために、制限なく波長可変レーザ（例えば、垂直共振器面発光レーザ、ＶＣＳＥＬ）などの新たに利用できる光源の長いコヒーレンス長特性をうまく利用するように構成されてもよい。また、ＯＣＴシステムは、有効Ａ−ライン速度のある程度の大きさの向上を達成するために、空間的に分布される光ビームの並行検出を更に利用してもよい。好適には、これは、分解能および感度を維持しつつ、ＯＣＴの撮像速度の数倍の向上を与える。１つの実施形態において、これは、サンプル画像を得るために単一の検出チャネルを利用して達成されてもよく、それにより、複数の光サンプルリングビームを使用して有効撮像速度を拡大収縮できる、簡単で、あまり複雑でない、安価なＯＣＴシステムを提供できる。劇的に向上される撮像速度に加えて、ＯＣＴシステムは、画像分解能を維持するとともに、複数のビームを使用して複数の異なるサンプル位置で同期した同時撮像も可能にし、これにより、多くの生物医学的な適用の機会を広げる。
【０００８】
１つの実施形態では、空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステムが提供される。システムは、光をもたらす光源と、光を基準光とサンプルリング光とに分割するように構成される第１の光学デバイスと、サンプルリング光を複数のサンプルリングビームに分割するように構成される第２の光学デバイスと、複数のサンプルリングビーム間に光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子と、複数のサンプルリングビームをサンプルの表面上へ同時に走査するように構成されるスキャナと、複数のサンプルリングビームによりもたらされるサンプルの表面から戻される反射光信号と基準光との受信に基づいて干渉信号を発生させるように構成される第３の光学デバイスとを含む。干渉信号は、サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む。
【０００９】
他の実施形態において、空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステムは、コヒーレント光をもたらす光源と、光を基準光とサンプルリング光とに分離するように構成される第１の光学デバイスと、第１の光学光路を規定する基準アームであって、該基準アームが、基準光を受けるとともに、基準光に基づいて基準光信号を発生させる、基準アームと、第２の光学光路を規定するとともに、サンプルリング光を受ける単一のサンプルアームと、サンプルアームに配置されるとともに、サンプルリング光を複数のサンプルリング光ビームに分離するように構成される光スプリッタと、複数のサンプルリングビーム間に光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子とを含む。システムは、複数のサンプルリングビームをサンプルの表面上へ同時に走査するように構成される。１つの実施形態において、システムは、サンプルリングビームを走査するためにガルバノメータスキャナを含む。他のタイプのスキャナが使用されてもよい。また、干渉信号をもたらすために、基準光信号と、それぞれが複数のサンプルリングビームのそれぞれによってもたらされてサンプルの表面から戻される複数の反射光信号とを受けて組み合わせるように構成される、第２の光学デバイスも設けられる。干渉信号は、サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む。
【００１０】
他の実施形態において、空間分割多重化を伴う低挿入損失光コヒーレンストモグラフィーシステムは、コヒーレント光をもたらす光源と、光を基準光とサンプルリング光とに分離するように構成される光学デバイスと、第１の光学光路を規定する基準アームであって、該基準アームが、基準光を受けるとともに、基準光に基づいて基準光信号を発生させる、基準アームと、第２の光学光路を規定するとともに、サンプルリング光を受ける単一のサンプルアームと、サンプルアームに配置されるとともに、サンプルリング光を複数のサンプルリング光ビームに分離するように構成される光スプリッタと、複数のサンプルリングビーム間に光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子とを含む。システムは、複数のサンプルリングビームをサンプルの表面上へ同時に走査するように構成される。また、複数の干渉信号をもたらすために、基準光信号と、複数のサンプルリングビームのそれぞれによってもたらされてサンプルの表面から戻される複数の反射光信号のうちの１つとを受けて組み合わせるようにそれぞれが構成されて配置される、複数の光カプラ、および、複数の干渉信号を検出するように構成されるセンサも設けられる。干渉信号は、サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む。
【００１１】
他の実施形態において、空間分割多重化を伴う光コヒーレンストモグラフィーシステムは、光をもたらす光源と、光を基準光とサンプルリング光とに分割するように構成される第１の光学デバイスと、サンプルリング光を複数のサンプルリングビームに分割するように構成される第２の光学デバイスと、複数のサンプルリングビーム間に光学遅延をもたらすように構成される光学遅延素子と、複数のサンプルリングビームをサンプルの表面上へ同時に走査するように構成されるスキャナとを含む。第１の光学デバイスは、複数のサンプルリングビームによりもたらされるサンプルの表面から戻される反射光信号と基準光との受信に基づいて干渉信号を発生させるように更に構成される。干渉信号は、サンプルのデジタル画像を表わすデータを含む。
【００１２】
空間分割多重光コヒーレンストモグラフィーシステムを使用してサンプルを撮像するための方法が提供される。方法は、光をもたらす光源と、第１の光路を規定する基準アームと、第２の光路を規定するサンプルアームとを備える光コヒーレンストモグラフィーシステムを用意するステップと、光源からの光を基準光とサンプルリング光とに分離するステップと、反射光信号をもたらすために基準光を基準アームへ伝送するステップと、サンプルリング光をサンプルアームへ伝送するステップと、サンプルアームでサンプルリング光を複数のサンプルリングビームに分割するステップと、複数のサンプルリングビーム間に光学遅延をもたらすステップと、サンプルの表面上へ複数のビームを走査するステップと、それぞれが複数のサンプルリングビームのそれぞれによってもたらされてサンプルの表面から戻される複数の反射光信号を収集するステップと、複数の反射光信号を該複数の反射光信号から構成される単一の反射光信号の状態へと組み合わせるステップと、干渉信号をもたらすために単一の反射光信号と反射光信号とを組み合わせるステップであって、干渉信号がサンプルのデジタル画像を表わすデータを備える、ステップとを含む。
【００１３】
同様の要素には同様に標示が付される以下の図面を参照して、好ましい実施形態の特徴について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の１つの実施形態に係る空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー（ＳＤＭ−ＯＣＴ）システムの概略図である。
【図２】光ファイバ配列の１つの実施形態の横断面図である。
【図３】本開示にしたがって複数の光サンプルリングビームにもたらされる光学遅延を示すグラフである。
【図４】空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー（ＳＤＭ−ＯＣＴ）システムの第２の低挿入損失実施形態の概略図である。
【図５】ドップラー撮像に適した光ファイバ配列の第２の実施形態の横断面図である。
【図６】図１のＳＤＭ−ＯＣＴシステムを用いて得られるサンプルの実際のデジタル画像を示す。
【図７】サンプルの異なる走査深さから測定されたサンプルリング点広がり関数を示すグラフである。
【図８】図１のＳＤＭ−ＯＣＴシステムを使用する生体内撮像中に捕捉されたショウジョウバエ幼虫の三次元デジタル画像である。
【図９】生体内撮像中に捕捉されたショウジョウバエ幼虫のセグメントの二次元デジタル画像を示す。
【図１０】昆虫の鼓動する心管を明らかにする生体内撮像中に捕捉されたショウジョウバエ幼虫のセグメントの同時二次元デジタル画像を示す。
【図１１】Ｍモード撮像により捕捉された昆虫の鼓動する心管を明らかにする生体撮像中に捕捉されたショウジョウバエ幼虫のセグメントのデジタル画像を示す。
【図１２】光学遅延素子の概略図である。
【図１３】空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー（ＳＤＭ−ＯＣＴ）システムの第３の実施形態の概略図である。
【図１４】ＯＣＴプローブの典型的な実施形態の図である。
【図１５】広帯域光源を使用するスペクトル領域空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー（ＳＤＭ−ＯＣＴ）システムの概略図である。
【図１６】広帯域光源を使用するスペクトル領域空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー（ＳＤＭ−ＯＣＴ）システムの別の実施形態の概略図である。
【図１７】ドップラー撮像に適した光ファイバ配列の第３の実施形態の横断面図である。
【図１８】自由空間光伝送空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー（ＳＤＭ−ＯＣＴ）システムの別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
全ての図面は、概略的であり、原寸に比例していない。
【００１６】
ここで、好ましい実施形態を参照して、本発明の特徴および利点について例示して説明する。したがって、本発明は、言うまでもなく、単独で存在するかまたは特徴の他の組み合わせで存在してもよい特徴の幾つかの想定し得る非限定的な組み合わせを示すそのような好ましい実施形態に限定されるべきでなく、本発明の範囲は、本明細書に添付される特許請求の範囲によって規定される。好ましい実施形態の説明は、書かれた説明全体の一部と見なされるべきである添付図面に関連して読み取られるように意図される。描く図は、必ずしも原寸に比例しているとは限らず、また、特定の特徴は、明確にかつ簡単にするために、スケールが誇張されるかまたは幾分概略的な形態で示される場合がある。したがって、添付図面に示される材料または構造の様々な層のサイズ、厚さ、および間隔は、添付図面に示される相対的なサイズ、厚さ、または間隔に限定されない。
【００１７】
本明細書中に開示される実施形態の説明において、方向または方位への任意の言及は、単に説明の便宜のためにすぎず、決して本発明の範囲を限定しようとするものではない。「下側」、「上側」、「水平」、「垂直」、「上方」、「下方」、「上へ」、「下へ」、「上端」、および、「下端」、ならびに、その派生語などの相対語（例えば、「水平に」、「下方に」、「上方に」など）は、論議中のそのときに説明されるかまたは図面に示される向きを示すように解釈されるべきである。これらの相対語は、単なる説明の便宜のためにすぎず、装置が特定の向きで構成または動作されることを要さない。様々な要素、特徴、または層の間の物理的関係を説明するために本明細書中で使用される用語、例えば、「取り付けられ」、「付設され」、「接続され」、「結合され」、「相互接続され」、または同様のものなどは、別段明確に記載されなければ、そのような要素、特徴、または層が互いに直接的にあるいは介在する要素、特徴、または層を介して間接的に固定されあるいは取り付けられてもよい関係を示すように、ならびに、いずれも移動できるかもしくは強固な取り付けまたは関係を示すように広く解釈されるべきである。同様に、様々な要素、特徴、または、層の間の物理的関係を説明するために本明細書中で使用されるときの用語「上に」は、別段明確に記載されなければ、直接的なあるいは介在する要素、特徴、または層を介した間接的な互い同士の間の接触を含むように広く解釈されるべきである。
【００１８】
１つの実施形態において、本開示に係るＯＣＴシステムは、光源および検出方法論のための基準としての掃引源レーザＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）形態などの波長可変光を利用してもよい。ＳＳ−ＯＣＴにおいて、光源からの光は、サンプルアーム（第１の光路）および干渉計構成の基準アーム（第２の光路）へと分離される。光源は、一般に、対象の物体上またはサンプル上に照射されあるいは走査されるコヒーレントな広い波長可変範囲光である。サンプル内の屈折率の変化によって物体またはサンプルから反射されて戻る散乱光は、サンプルアームで再結合された後、基準アームに沿って所定の光路長にわたって進んだ光と組み合わされ、それにより、インターフェログラムを備える干渉信号を発生する。結果として得られるインターフェログラムは、干渉計の検出アームを通じてセンサデバイスにより捕捉されて測定される。サンプルから戻されるサンプルリング光反射の撮像深さに関連するインターフェログラムの光周波数を解析するために、コンピュータプロセッサを使用してフーリエ変換が行なわれる。異なるサンプルリング深さからの反射は、異なる周波数を伴う干渉パターンをもたらす。フーリエ変換処理による反射の解明は、サンプルの深さ反射率プロファイル（Ａ−スキャン）をもたらす。サンプルを横切る第１の方向でのサンプルリング光ビームの走査は、二次元（２Ｄ）画像（Ｂ−スキャン）を更にもたらす。第２の方向でのサンプルリングビームの走査は、サンプルの三次元（３Ｄ）画像の形成を可能にする。
【００１９】
本発明者は、撮像分解能および感度を維持しつつ空間分割多重化によってＯＣＴ撮像速度を大きく向上させることができることを見出した。本開示に係る光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）システムの１つの固有の特徴は、サンプル上の複数の物理的な位置を同時に照らすためにサンプルアームで撮像ビームを分割することである。幾つかの実施形態では、単一のサンプルアームが使用されてもよい。各ビームがシステムによって光学的に遅延され、それにより、画像が形成されると、異なる物理的位置からの信号が異なる周波数帯域（すなわち、撮像深さ）で検出される。好適には、これは、複数の撮像ポイントからの信号の並行検出を可能にし、そのため、ＯＣＴ撮像速度を劇的に向上させるとともに、システム分解能および感度を維持する。したがって、本発明の実施形態は空間分割多重ＯＣＴ（ＳＤＭ−ＯＣＴ）を含む。本開示に係るＳＤＭ−ＯＣＴシステムの更なる利点は、該システムが、システム性能のかなりの向上を達成しつつ、現在のＯＣＴシステム構造に対する最小の変更だけで済むという点である。ＳＤＭ−ＯＣＴシステムの更なる利点は、該システムが市販の光源を利用できるという点である。
【００２０】
図１は、波長可変光源（例えば、掃引源またはＳＳ）を利用するＳＤＭ−ＯＣＴシステム１００の非限定的な典型的実施形態を示す図である。ＯＣＴシステム１００は、一般に、光源１１０と、光カプラ１２０などの第１の光学デバイスと、光カプラ１３０などの第２の光学デバイスと、第１の光学光路を規定する基準アームＲ（すなわち、基準チャネル）と、第２の光学光路を規定するサンプルアームＳ（すなわち、サンプルリングチャネル）と、本明細書中で更に説明されるような他の構成要素とを含んでもよい。基準アームＲは、本明細書中で更に説明されるように、サンプルアームＳを介して被検査物体または被検査サンプルから戻される反射光信号との比較のための基準信号を発生させるための所定の固定長の光路を与える。
【００２１】
１つの実施形態において、光源１１０は、最適な撮像深さ範囲を与えるために波長可変の長コヒーレンス光源であってもよい。１つの実施形態では、制限なく、コヒーレンス長は、ＳＤＭ−ＯＣＴシステムに適した撮像範囲を得るために５ｍｍより大きくてもよい。例えば制限なく約１３１０ｎｍの中心波長を伴うＴｈｏｒｌａｂｓ，Ｉｎｃ．のＳＬ１３１０Ｖ１などの市販の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）ダイオードがＳＤＭ−ＯＣＴシステム１００のための光源として使用されてもよい。他の適した中心波長が使用されてもよい。１つの実施形態において、ＶＣＳＥＬレーザは、約１００ｋＨｚの掃引速度、約１００ｎｍの同調範囲、および、５０ｍｍを超えるコヒーレンス長を有してもよい。光源１１０からのレーザの出力は約３７ｍＷであってもよい。ＶＣＳＥＬダイオードは、本質的に、チップ表面に対して垂直な光を発する半導体ベースのデバイスである。ＶＣＳＥＬダイオードおよび／または他のタイプの光源に関して他の適した光源仕様が使用されてもよいことが分かる。例えば、フーリエドメインモードロック（ＦＤＭＬ）レーザまたはＭＥＭＳ可変レーザ、例えばＡｘｓｕｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．、Ｓａｎｔｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｅｘａｌｏｓ  Ｉｎｃ．またはＩｎｓｉｇｈｔ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｉｎｃ．等が提供するレーザが使用されてもよい。
【００２２】
光源１１０から出力される光ビームは、単一の入力を２つの出力光ビームへ分離させるかまたは分割するための第１の光カプラ１２０に光学的に結合される。光カプラ（別名スプリッタ）は、一般に、光を１つ以上の入力ファイバから１つ以上の出力ファイバへ結合して分配するようになっている受動光ファイバデバイスである。したがって、光エネルギー入力は、入力光とほぼ同じ特性を保持する複数の出力信号へ分割される。適した光カプラとしては、ＡＣ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．、Ｔｈｏｒｌａｂｓ，Ｉｎｃ．または他の供給元から入手できる光ファイバカプラが挙げられる。
【００２３】
１つの実施形態では、制限なく、カプラ１２０が９５／５光分割をもたらすように構成され、この場合、光の５％がマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）に回され、一方、光の残りの９５％がＯＣＴ撮像セットアップのために使用される。ＭＺＩは、更に詳しく説明するまでもなく当業者に良く知られている。１つの実施形態では、取得されたＭＺＩ信号がＯＣＴ信号の位相較正のために使用される。他の想定し得る実施形態では、ＯＣＴ信号の取得をクロックするために光クロック信号が代わりに使用されれば、ＭＺＩ信号が省かれてもよい（例えば、ＭＺＩを伴わない図４参照）。本発明はいずれの構成にも限定されない。光クロックが使用される場合には、第１の光カプラ１２０が省かれてもよいことを理解できる。
【００２４】
本明細書中に記載される光カプラまたはスプリッタ（例えば、１２０、１３０など）に関しては、意図される用途およびシステムパラメータに応じて、入射ビームのパーセンテージ（例えば、５／９５、１０／９０など）として特定される入力光ビームの任意の適した光分離または光分割が使用されてもよいことが分かる。したがって、本発明は、言うまでもなく、カプラのために使用されてもよい多くの想定し得る形態の一部のみを表わす本明細書中に開示されるこれらの光分離または光分割パーセンテージに限定されない。当業者であれば分かるように、光分割比の決定は、どのくらいの量の光がサンプルおよび基準アームのそれぞれへと方向付けられるようになっているのかに依存する。サンプル上でパワーを安全限界内となるように維持しつつ、サンプル上で可能な限り多くのパワーを有することが望ましい。その一方で、ショットノイズ制限感度を得るため、十分なパワーが基準アームで必要とされる。
【００２５】
引き続いて図１を参照すると、ＯＣＴ撮像セットアップのためのサンプルリングビームは、その後、第２の光カプラ１３０へ伝送される。１つの実施形態では、９０／１０光スプリッタが使用されてもよく、この場合、入力光の１０％が基準アームＲ（基準チャネル）へ方向付けられ、光の９０％がサンプルアームＳ（検出チャネル）へ方向付けられる。サンプルアームＳでは、入力光ビームが光サーキュレータ１４０を通過する。１つの実施形態において、光サーキュレータ１４０は、光ファイバ中を反対方向に進む光信号を分離するために使用される３ポート光ファイバデバイスである。ポートのうちの１つに入る光（入射光とは反対の方向に進む反射光を含む）は、隣のポートから出る。この典型的な形態において、カプラ１３０からのサンプルアームＳのための光は、光サーキュレータ１４０のポート１に入って、ポート２から出る。
【００２６】
光サーキュレータ１４０のポート２から出るサンプルアームＳのための光サンプルリングビームは、その後、光スプリッタ２３０によって受けられて分割される。１つの実施形態では光ファイバ分割デバイスであってもよいスプリッタ２３０は、デバイスからの出力で、サンプルリングビームを少なくとも２つ以上のサンプルリングビームに分離してもよい。１つの典型的な実施形態では、制限なく、サンプルアーム光ビームは、１×８光スプリッタによって分割されて、サンプルリングのための光ファイバ配列１７０（例えば、図２参照）を形成する８本の異なる光ファイバ１７５へ伝送されてもよい。サンプルリングファイバ配列１７０中の各光ファイバ１７５は、サンプル上または試料上のサンプル位置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、．．．Ｓｎを表わす。ここで、ｎ＝サンプル位置番号である。図１では、簡単かつ明確にするために、８本の光ファイバ１７５のうちの４本だけが示されていることに留意すべきである。
【００２７】
幾つかの実施形態では、例えばＰＬＣ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．または他から入手できるような平面光波回路（ＰＬＣ）スプリッタが使用されてもよい。光スプリッタ２３０は、本明細書中で更に説明されるように、光信号を、ファイバ配列１７０を介してサンプルへ伝送するとともに、複数の異なるサンプル位置からの個々の反射サンプル戻り信号を収集して組み合わせるように機能する。好適には、本開示に係るこの形態は、ＯＣＴシステム機器パッケージに関して費用、複雑さ、および物理的な体積がより大きい複数の検出チャネルの代わりに単一の検出チャネル（サンプルアームＳ）を使用できるようにする。
【００２８】
前述の例は、光分割および遅延機能を実現するために、光スプリッタ、ファイバ光学遅延、および、ファイバ配列を使用する。１つの実施形態では、同じ機能を図１２に示されるカスタム平面光波回路（ＰＬＣ）スプリッタ構造を用いて実現することができる。ここで、スプリッタ２３０は、同量の光パワーが各チャネルに分割されるとともに異なる光学遅延が光波回路に組み込まれて製造されてもよい。このデバイスは、空間的に分離されるビームでサンプルを同時に照らすためにサンプルアームＳ上に直接に置かれ得る。
【００２９】
意図されるサンプルリング用途、望まれるサンプル位置の数、および他の因子に応じて、入射サンプルリング光を、８個を上回るかまたは８個を下回る出力光ファイバ１７５に分離するかあるいは分割する光スプリッタ２３０が使用されてもよいことに留意すべきである。したがって、本発明は、サンプルリングファイバ配列１７０におけるサンプルリング光ファイバ１７５の任意の特定の数に限定されず、あるいは、サンプルリング位置（Ｓ１．．．Ｓｎ）の数に限定されない。多くの変形および形態を想定し得る。
【００３０】
なお、本明細書中で説明される図示の構成要素間の光学光路および光学的結合は、例えば、制限なく、光ケーブルまたは光ファイバ、リレー、開放空間伝送（例えば、構成要素間の物理的接触を伴わない空気または他の媒体）、現在利用できるかまたは開発されるべき他の光伝送技術、およびこれらの任意の組み合わせを含む任意の適した手段によって行なわれてもよい。したがって、本発明は、任意の特定の光結合手段に限定されず、多くの変形が可能である。１つの実施形態において、光ファイバは、レンズ間、ミラー間、および／もしくは対象の物体またはサンプルの間の光伝送以外で構成要素を互いに光学的に結合するために使用されてもよい。
【００３１】
引き続いて図１を参照すると、ＯＣＴシステム１００は、サンプルリング光ファイバ１７５において時間遅延をもたらすための光学遅延素子２８０を更に含む。光スプリッタ２３０と光学遅延素子２８０との組み合わせは、本発明のこの実施形態の空間分割多重化態様を与える。１つの実施形態では、制限なく、光学遅延をもたらすための光学遅延素子は、それぞれが異なる長さを有する複数の光ファイバ１７５を使用することを含んでもよい（図１では、各ファイバの１つ以上のコイルまたはループによって図式的に示される）。短い光ファイバ１７５は、長いファイバよりも少ない時間で、サンプルからの反射光信号を光スプリッタ２３０へ戻し、それにより、光学的な時間遅延がもたらされる。したがって、１つの実施形態では、光学遅延をもたらすために、各ファイバ１７５が異なる長さを有してもよい。
【００３２】
１つの例示的な例では、制限なく、各光ファイバ１７５間の長さの差が約２．５ｍｍであってもよい。１つの非限定的な例では、例示のため、典型的なファイバ配列における最短ファイバおよび最長ファイバの長さがそれぞれ約５０ｍｍおよび約６７ｍｍであってもよい。単一モードファイバがＯＣＴ用途のために使用されてもよい。光ファイバのコアが単一モード光伝送をサポートできる必要がないことに留意されたい。例えば、１３１０ｎｍに関しては、ファイバコア直径が約９μｍであり、約８００ｎｍに関しては、ファイバコア直径が約６μｍである。また、ファイバの直径は、ファイバの屈折率差によっても決まる。ファイバのクラッドおよび外径も変わり得る。
【００３３】
なお、他の適したファイバ長およびファイバ直径が使用されてもよい。したがって、多数の変形および形態が想定し得る。
【００３４】
１つの実施形態では、ガラス（すなわち、シリカ）またはプラスチックから成る可撓性の透明なファイバから形成されるとともにファイバの各端部間で光を伝送する光ファイバ１７５が使用されてもよい。１つの例では、ファイバ１７５がＣｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃ．、ＳＭＦ２８ファイバであってもよい。
【００３５】
ファイバ配列１７０内の光ファイバ１７５は、任意の適したパターンで配置されてもよい。図２に示される１つの例では、制限なく、光ファイバ１７５は、ファイバ間に適した垂直間隔Ｙを伴って一次元直線配列を成して配置されてもよい。１つの非限定的な実施形態では、ファイバ間の約０．３ｍｍの代表的な間隔Ｙが使用されてもよいが、様々な実施形態では、それよりも小さいかまたは大きい間隔が代わりに使用されてもよい。ファイバ間の垂直間隔Ｙは、配列内で一様であってもよく、または異なってもよい。また、直線以外の光ファイバ１７５のパターンおよび配置が使用されてもよいことに留意すべきである（例えば、本明細書中で更に説明される図５参照）。
【００３６】
１つの非限定的な典型的実施形態を表わすにすぎない、異なる長さの光ファイバ１７５を有する光学遅延素子２８０以外に、光学遅延をもたらすべく他の方法およびデバイスが使用されてもよいことが分かる。例えば、別の光学遅延素子２８５が図１３に示されており、これについては本明細書中で更に説明する。光学遅延素子の多くの他の変形およびタイプを想定することができ、これは本発明を限定しない。
【００３７】
引き続いて図１を参照すると、異なる光ファイバ１７５のそれぞれからのサンプルリング光は、サンプル上の複数の異なるスポットまたはサンプルリング位置Ｓ１．．．Ｓｎに合焦するようにコリメータ１８０を介して伝送される。サンプルは、制限なくガルバノメータスキャナ２００などの走査デバイスを使用して全ての光ファイバ１７５からの光によって同時に走査され得る。ガルバノメータスキャナ２００は、モータシャフトにより駆動される傾斜した（例えば上下に）振動する／揺動するミラーを有するガルボモータを含むミラー型デバイスであってもよい。各光ファイバ１７５からのサンプルリング光ビームは、ガルバノメータスキャナ２００によって独立に伝送されてサンプルの表面を横切って走査され、それにより、それぞれが光ファイバのうちの１つに対応する別個の独立した照明サンプルリングスポットまたは位置Ｓ１．．．Ｓｎがもたらされる。１つの代表的な例では、制限なく、各スポットがサンプル上で約３ｍＷのパワーを有してもよく、また、全てのスポット間の光強度変動が１ｄＢ未満であってもよい。ガルバノメータスキャナ２００は、所望の画像情報を捕捉するために、サンプルリングビームを任意の適したパターンでサンプル上へ投影してもよい。走査デバイスの他の変形およびタイプが使用されてもよい。幾つかの非限定的な例では、ガルバノメータスキャナ２００がＣａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｍｏｄｅｌ  ６２１５Ｈまたは Ｔｈｏｒｌａｂｓ、ＧＶＳ１０２であってもよい。
【００３８】
１つの実施形態において、ガルバノメータスキャナ２００によって伝送されるサンプルリングビームは、走査対物レンズ１９０を介してサンプルに合焦されてもよい。特定の実施形態では５×対物レンズ（例えば、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ、５Ｘ  ＮＩＲまたは他のもの）が使用されてもよいが、所定のＯＣＴ走査用途に応じて、他の適したレンズおよびパワーが使用されてもよい。なお、対物レンズ１９０は、ガルバノメータスキャナ２００の直後に位置される必要はない。幾つかの実施形態では、ビームを合焦させるために、リレー光学素子がサンプルアーム内に挿入されてもよい。
【００３９】
ファイバ配列１７０から伝送される各入射光サンプルリングビームによってサンプルリング位置Ｓ１．．．Ｓｎでサンプルから発せられる複数の後方反射光信号は、第１の光学光路に沿って逆方向に進み、対物レンズ１９０を介してガルバノメータスキャナ２００によって反射される。サンプルからの画像情報を含む反射光信号は、ファイバ配列１７０の各光ファイバ１７５によって収集されて、元の光スプリッタ２３０へ中継される（図１参照）。したがって、各光ファイバ１７５は、個々のサンプルリングビームを伝送するとともに、サンプルから戻る個々のそれぞれの反射光または反射信号を受けるようになっている。
【００４０】
１つの実施形態において、サンプルアームＳ内の第１の光学光路に沿って後進するサンプルからの反射光信号は、その後、光スプリッタ２３０を介して、単一の反射光信号（検出信号）の状態へと組み合わされてもよい。サンプルアームＳからのこの単一の反射光／検出信号は、その後、光カプラ２４０により、基準ミラー１６０から光サーキュレータ１５０を介して戻される第２の光学光路（基準アームＲ）からの反射光基準信号と組み合わされ、それにより、１つの非限定的な例では広帯域平衡型検出器（光検出器）２２０（例えば、Ｔｈｏｒｌａｂｓ  Ｉｎｃ．、ＰＤＢ４８０ＣＡＣ、１．６ＧＨｚ帯域幅）などのセンサを用いて検出される干渉信号が形成される。１つの実施形態では、制限なく、反射検出信号と基準信号とを等しい割合またはパーセンテージで組み合わせる５０／５０カプラ２４０が使用されてもよい。他の適したパーセンテージが使用されてもよい。平衡型検出器２２０は、干渉信号からインターフェログラムを発生させるようになっている。幾つかの非限定的な実施形態では、ＭＺＩ２５０光路が平衡型検出器２１０を含んでもよく、この場合、ＭＺＩは、本明細書中に記載されるように、ＯＣＴ信号の位相較正のためであってもよい。
【００４１】
ＯＣＴシステム１００およびＭＺＩ２５０の両方からの干渉信号は、適切に構成される高速データ取得（ＤＡＱ）カード２６０を使用してデジタルで同時に取得される。１つの例示的な実施形態では、制限なく、高速ＤＡＱカード２６０は、１．２ＧＳ／ｓで動作するＡｌａｚａｒ  Ｔｅｃｈ  ＡＴＳ９３６０カードまたは他の適切に構成されるＤＡＱカードであってもよい。ＤＡＱカード２６０から取得される信号データは、その後、適切に構成されるコンピュータ２７０のメモリへ、または、適切に構成されるポートを介して他の適したプロセッサベースのデバイスまたはＰＬＣ（プログラマブル論理コントローラ）にアクセス可能なメモリへ連続的に流されてもよい。信号データは、更なる処理、表示、エクスポート等のためにメモリに記憶されてもよい。
【００４２】
本明細書中に記載される「コンピュータ」２７０は、コンピュータプログラム命令（例えばコード）を実行してＤＡＱカード２６０から取得される信号データを処理するように構成される中央処理ユニット（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または、計算データ処理デバイスまたは回路を有する任意の適したコンピュータまたはサーバデバイスを表わす。これは、例えば、制限なく、デスクトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、ノート型パソコン、タブレット、および適した処理能力および速度を有する他のプロセッサベースのデバイスを含んでもよい。コンピュータ２６０は、適切にプログラムされるプロセッサ、１または複数のメモリデバイス、電源、ビデオカード、視覚表示デバイスまたはスクリーン（例えば、グラフィカルユーザインタフェース）、ファームウェア、ソフトウェア、ユーザ入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーンなど）、有線および／または無線出力デバイス、捕捉されたサンプルリング画像を送信するための有線および／または無線通信デバイス（例えば、イーサネット、Ｗｉ−Ｆｉ、ブルートゥースなど）を制限なく含めて、そのようなデバイスと関連付けられる通常の付属品の全てを含んでもよい。したがって、本発明は、任意の特定のタイプのプロセッサベースのデバイスによって限定されない。
【００４３】
メモリは、任意の適した持続性コンピュータ可読媒体、例えば、制限なく、媒体に動作可能に接続されるプロセッサによって書き込まれおよび／または読み取られてもよい、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）およびその様々なタイプ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）およびその様々なタイプ、ＵＳＢフラッシュメモリ、ならびに、磁気データ記憶デバイスまたは光データ記憶デバイス（例えば、内部／外部ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、光ディスク、ＺＩＰＴＭドライブ、ブルーレイディスクなど）を含む任意の適した揮発性または不揮発性メモリなどであってもよい。
【００４４】
また、本実施形態の様々な態様がソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、または、これらの組み合わせで実施されてもよいことが分かる。本明細書中に記載されるコンピュータプログラムは、任意の特定の実施形態に限定されず、単一のコンピュータまたはサーバプロセッサあるいは複数のコンピュータまたはサーバプロセッサで実行する、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、フォアグラウンドプロセスまたはバックグラウンドプロセス、ドライバ、あるいはこれらの任意の組み合わせで実施されてもよい。
【００４５】
引き続いて図１を参照すると、このＯＣＴシステム１００およびＤＡＱカード２６０によって捕捉されて記録されるサンプルの静止画像および／またはビデオ動画像は、システムユーザによる観察のためにコンピュータ２７０によって適した視覚ディスプレイ２９０上にレンダリングされてもよい。ＯＣＴシステム１００のヘルスケア関連の用途では、幾つかの想定し得る実施形態において、ユーザは、ヘルスケア提供者、技術者、または、他の専門家であってもよい。視角ディスプレイ２９０上に表示されるサンプル画像は、ＯＣＴシステム１００によって解析されているとともに診断ツールとして役立つ実際のサンプルまたは試料（例えば、幾つかの実施形態では、人または他の動物の組織）を表わす。
【００４６】
図３は、ＯＣＴシステム１００の光学遅延を示す信号強度対深さ／周波数のグラフである。図示のように、異なる空間サンプル位置Ｓ１．．．Ｓｎから検出される戻りサンプルリングビーム信号は、最終画像では、異なる周波数帯域／撮像深さで現れる。周波数の遅延量は、サンプルアームＳでもたらされる光学遅延量に依存する。
【００４７】
別の実施形態−低挿入損失ＯＣＴシステム
一般に、スプリッタを使用して光が１本のファイバからＮ本のファイバへ分割される場合、出力ファイバのそれぞれにおける強度は、入力強度の約１／Ｎである。これは、全ての出力ファイバを通じた光の均一な分配を可能にする。反射光がサンプルから戻されてスプリッタを再び通過すると、戻り光の約１／Ｎだけが入力ファイバ内で組み合わされる。この挿入損失は、スプリッタが光を分割するチャネル数に比例する。戻りビームにおける挿入損失を最小にするために、別の実施形態のＯＣＴシステム１０２が図４に与えられる。
【００４８】
ここで、図４を参照すると、低挿入損失ＯＣＴシステム１０２は光サーキュレータ１４１、１４２、１４３、１４４を含んでもよく、それにより、光ファイバ１７５ごとに光サーキュレータが設けられる。１つの実施形態では、サーキュレータ１４１−１４４が光スプリッタ２３０の後のシステム１０２内（すなわち、光スプリッタよりも下流側の経路）に配置されてもよい。光サーキュレータ１４１−１４４は、光学遅延素子２８０の後に配置されてもよく、更に、幾つかの実施形態では、コリメータ１８０の前に配置されてもよい。
【００４９】
この非限定的な例では、図示を明確にするために、４本の光ファイバ１７５がファイバ配列１７０を形成するべく示されるが、任意の適した数のファイバが配列内で使用されてもよい。幾つかの実施形態では、制限なく、必要に応じて８本以上の光ファイバ１７５が使用されてもよい。
【００５０】
スキャナ２００によって収集されるサンプルからの戻り（反射）光は、スプリッタ２３０の代わりに、スプリッタ２３０を通らずに、本明細書中で既に説明された態様でサーキュレータ１４１−１４４を通じて後進する。サーキュレータ１４１−１４４からの戻り光は、４つの光カプラ２４０（１つの非限定的な実施形態では、５０／５０カプラであってもよい）へ伝送されて、４つの光カプラ２４０内で基準アームＲからの基準光と干渉する。したがって、１つの非限定的な実施形態では、各ファイバ１７５およびサーキュレータ１４１−１４４が関連するカプラ２４０を有してもよいが、他の変形が想定し得る。光カプラ２４０はそれぞれ、干渉信号をもたらすために、サンプルからの反射光を受ける複数の光ファイバ１７５のうちの１つからの反射光と基準光とを組み合わせる。
【００５１】
その後、カプラ２４０のうちの１つから送られる複数の出力信号はそれぞれ、組み合わされて平衡型検出器（光検出器）２２５などのセンサによって検出される。１つの実施形態では、単一の平衡型検出器２２５が設けられてもよい。この場合、この手法を使用して、戻り反射光における挿入損失が最小限に抑えられ、それにより、より高い検出感度がもたらされる。他の実施形態では、コストを減らすために、光サーキュレータ１４１−１４４を代わりに光スプリッタと置き換えることもできるが、スプリッタと関連する光学的損失を犠牲にする。しかしながら、サーキュレータまたはスプリッタのいずれかが使用されてもよい。
【００５２】
図４のＯＣＴシステム１０２では、光源１１０の下流側に単一の光カプラ１４５が使用されてもよいことが更に留意されるべきである。この実施形態において、カプラ１４５は、光の８０パーセントをサンプルリングアームＳ（検出チャネル）へそらせるとともに、光の２０パーセントを基準アームＲ（基準チャネル）へそらせてもよい。他の適したビーム分割構成が使用されてもよい。基準アームＲのための光は、ＯＣＴシステム１００（図１参照）と同様な態様で、スプリッタ１４５から光サーキュレータ１５０へ伝送されて（ポート１に入って、ポート２から出る）、コリメータ２８２へ伝送され、最終的に、基準ミラー１６０へ伝送される。ミラー１６０からの反射基準光は、サーキュレータ１５０を通じて後進して、（ポート３から）基準光スプリッタ３００へ出力される。光スプリッタ３００は、その後、スプリッタ２３０と機能的に同様の態様で、単一の反射基準光ビームを光ファイバへ出力される４つの基準ビーム（基準チャネル）に分割する。これらの光ファイバは、４つの光カプラ２４０のそれぞれに結合されるとともに、既に前述した態様で、基準信号をサンプルアームＳのサーキュレータ１４１−１４４からの光と干渉するべく４つの光カプラ２４０のそれぞれに与える。１つの実施形態では、制限なく、スプリッタ３００が平面光波回路（ＰＬＣ）スプリッタであってもよい。しかしながら、他の適したスプリッタが使用されてもよい。
【００５３】
図４における他の構成要素は、図１に見られるこれらの同じ構成要素と構造的にかつ機能的に同様であってもよい。
【００５４】
別の実施形態−ドップラーＯＣＴシステム
図５は、ドップラーＯＣＴシステムにおけるファイバ配列のための別の配列形態を示す。この場合、ファイバは、縦列および横列にＮ×Ｎの配列を成して配置されてもよい。ここで、Ｎはファイバの数である。１つの典型的な実施形態では、２×Ｎの配列を成し、Ｎはファイバの横列の数である。各横列内のファイバの２つの対から捕捉される画像は、それぞれのＢ−スキャン中に重なり合う。重なり合う画像領域からの位相差は、撮像されるサンプルに関するドップラー情報を得るために使用され得る。同じ水平の横列内の２つのファイバ間の間隔は、当該技術分野において良く知られるドップラー偏移原理を使用するドップラーシステムを用いて測定され得る最小流速を決定する２つの重なり合う画像間の異なる時間遅延をもたらすために調整され得る。より長い遅延は、より遅い流速に対応し、逆もまた同様である。最大流速は、連続するＡ−スキャン間の時間によって決定されてもよい。Ａ−ライン速度および時間遅延のための適したパラメータを選択することにより、例えばＯＣＴシステムのヘルスケア用途において、大きな範囲内の血流速度を測定することができる。複数の撮像スポットからの同時撮像は、ドップラーＯＣＴにおける撮像速度を効果的に高めることもできる。２つのファイバ間の横列における任意の適した水平な間隔Ｘと、ファイバ間の縦列における垂直間隔Ｙとが使用されてもよい。水平および垂直の間隔Ｘ、Ｙが同じであってもよくあるいは異なっていてもよく、また、ファイバの横列間の垂直間隔Ｙが異なっていてもよくあるいは同じであってもよい。１つの代表的であるが非限定的な例では、水平および垂直の間隔がそれぞれ０．３ｍｍおよび０．５ｍｍであってもよい。
【００５５】
Ｎ×Ｎファイバ配列における縦列および横列の数は、必要に応じて変えられてもよい。ドップラーＯＣＴにおいては、同じビームからのＡ−スキャン間の位相差、同じ横列内の異なる光源対間のＡ−スキャン、または、それぞれがそれ自体のドップラー感度範囲を有する異なる横列からのビーム間のＡ−スキャンを使用できる。これらの全ての組み合わせは、ドップラー測定のための大きなダイナミックレンジを与えることができる。
【００５６】
図１７は、別のファイバ配列形態を示す。この場合、ファイバは、４×４の配列を成して配置されてもよい。構造的な撮像のために使用されると、撮像速度をＮ２倍だけ高めることができる。ドップラーＯＣＴ用途においては、同じビーム間（例えば、１と１との間、２と２との間など）で測定されるあるいはサンプルの同じ位置からの異なるビーム間（例えば、１と２との間、１と３との間、１と４との間など）で測定される位相差を使用して、大きく向上されたダイナミックレンジをもってドップラー情報を得ることができる。
【００５７】
ドップラーＯＣＴは、血管造影図を生成して画像サンプルの血流情報を定量的に測定するために使用されてもよい。ドップラーＯＣＴはドップラー効果に基づき、この場合、光源へ向けてあるいは光源から離れて移動する散乱粒子（例えば、赤血球）は、光照射の方向に沿って投影される流速に比例するドップラー位相シフトをもたらす。
【００５８】
なお、各サンプルリング光ビーム間の光ファイバ１７５の長さの差は、同じかまたは一様である必要はない。多くの状況では、サンプル表面または試料表面が平坦ではない（例えば、人の網膜、前眼部、歯、血管など）。ファイバ長の差は、システム設計の最大の柔軟性と撮像範囲の最良の使用とを可能にするために、それぞれの特定の用途にしたがって設定され得る。
【００５９】
ファイバ配列１７０は大部分の用途において使用されてもよいが、全てのファイバを単一の配列内に置く必要はない。ファイバ１７５が異なる配列で使用されてもよく、あるいは、ファイバ１７５は、異なるサンプルまたはサンプルの異なる位置を同時に撮像するために個々のファイバを使用してもよい。
【００６０】
本開示に係るＯＣＴシステムの他の利点は、異なる照明位置からの完全に同期された測定を行なうことである。これは、ユーザが単一サンプル上の異なる位置の動的関係または異なるサンプルからの同期された挙動（例えば、心臓動態、ニューロン活動など）を調べたい場合に有益である。
【００６１】
なお、掃引源ＯＣＴのための最大感度を得るために平衡型検出器が使用されてもよいが、単一の検出器または非平衡型検出器を使用することもできる。したがって、本発明は、平衡型検出器のみの使用に限定されない。
【００６２】
ここに記載される方法は掃引源ＯＣＴに基づくが、同じ手法をスペクトル領域ＯＣＴのために使用することができる。その場合、光源は、それぞれの個々の波長に長いコヒーレンス長を伴う広帯域光源と置き換えられる。検出器は、コリメータレンズ、格子、合焦レンズ、および、高い画素数を有するデジタルラインスキャンカメラまたは２Ｄカメラを備えるスペクトロメータと置き換えられてもよい。システム内の全ての他の構成要素が同じままであってもよい。
【００６３】
ＯＣＴ実験的検査
本開示に係る空間分割多重掃引源ＯＣＴシステムの性能が、静的な試料またはサンプルに関して検査されて検証された。図６は、図１のＯＣＴシステム１００にしたがって構成されるプロトタイプシステムを使用して撮像検査から得られる実際の画像を示す。検査で撮像されたサンプルは、Ｓｃｏｔｃｈ（登録商標）テープのロールであった。この場合、（例えば、異なる深さにおける）テープの異なる層をテープのロール上の異なるスポットで得られる画像から明確に見ることができる。この用途では、サンプルリングビームをもたらす８本の光ファイバ１７５のそれぞれが検査セットアップのサンプルリングアームＳで使用され、それにより、ビームからのテープロールサンプル内の１〜８の標示が付された８個の異なる位置で別個の画像が得られた。検査のために使用される光源および他の付属品は、図１に示されるＯＣＴシステム１００に関して本明細書中で説明されたものと同様であった。
【００６４】
この検査では、ＯＣＴシステム１００の全撮像範囲（例えば、深さ）が組織中で約２６．５ｍｍ（空気中で３５ｍｍ）であった（図６の左側の画像「ａ」参照）。異なる深さで見られるロールからのＳｃｏｔｃｈ（登録商標）テープ画像は、８個の異なる撮像位置から得られる画像に対応する。テープロールにおける８個のサンプル位置Ｓ１．．．Ｓ８のそれぞれの拡大画像が図６の右側に示され、これらの画像は、異なるサンプルリングビームからの比較的一様な強度を明らかにしている。最も深い撮像深さ（Ｓ８）でさえ、右側に示されるテープの個々の層を依然として明確に識別することができる。このことは、軸方向の画像分解能が深さの全撮像範囲にわたって保たれることを示唆する。また、サンプルアーム内の較正された反射ミラーを使用する撮像結果は、プロトタイプＯＣＴ撮像システムを使用して組織中の約８．３μｍの軸方向分解能および９５ｄＢを超える感度を得ることができることを示す。ＶＣＳＥＬレーザは約１００ｋＨｚ（光源１１０）で動作されるため、１×８ファイバ配列１７０を用いた同時撮像は、８個の全てのビームを組み合わせる約８００ｋＨｚ有効Ａ−スキャン速度を達成する。なお、結果は、８個のサンプルリングビームを用いるにもかかわらず、単一の検出チャネルを使用して得られた。
【００６５】
このプロトタイプＯＣＴシステム１００は撮像速度の８倍の向上を明らかにするが、より多くのファイバを有するファイバ配列を使用することによって撮像速度の更なる向上を達成できる。撮像速度における最終的な限界は、もはや光源の掃引速度ではない。代わりに、光源のコヒーレンス長、検出器の帯域幅、データ取得の速度、ファイバチャネルの数、および、各ファイバ間の光路長差の増大に伴って撮像速度を高めることができる。
【００６６】
生体内ＯＣＴ実験的検査
生体内ＯＣＴシステムセットアップ
ショウジョウバエ（ｆｒｕｉｔ  ｆｌｙ）の幼虫の鼓動する心臓の動画像の捕捉に対して図１のＯＣＴシステム１００の生体内検査が行なわれた。１３１０ｎｍの中心波長を伴う市販のＶＣＳＥＬ可変レーザ１１０（ＳＬ１３１０Ｖ１、Ｔｈｏｒｌａｂｓ  Ｉｎｃ．）がＯＣＴシステムのために使用された。レーザは、約１０００００Ｈｚの掃引速度、約１００ｎｍの同調範囲、および、５０ｍｍを超えるコヒーレンス長を有した。出力は約３７ｍＷであった。９５／５光カプラ１２０（ＡＣ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．）がレーザ出力に接続され、また、光の５％は、２つのアームＲ（基準）、Ｓ（サンプル）に関して空気中で約６０ｍｍの光路長差を有するマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）へ方向付けられた。光の残りの９５％は、ＯＣＴ撮像のために使用された。
【００６７】
９０／１０光カプラ１３０は、光の１０％を基準アームＲへ与えるとともに、光の９０％をサンプルアームＳへ与えた。サンプルアームＳへの入力光は、平面光波回路（ＰＬＣ）スプリッタ２３０（例えば、ＰＬＣ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃ．または同様のもの）を使用して８本のファイバへ分割された。ＰＬＣスプリッタからの出力光ファイバ１７５は、各ファイバ間に約２．５ｍｍの長さの差を伴って、一次元（１Ｄ）配列（１×８、図２）を成してカスタム配置された。間隔は、１Ｄ配列内の各ファイバ間で約３００μｍであり、スポットがサンプル上に投影された後に約３７０μｍであった。ファイバ配列１７０の表面は、光反射を最小にするために約８度で角度研磨された。異なるファイバからの光は、一対のガルバノメータ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．）によって同期走査されたサンプル上の異なるスポット上に合焦された。各スポットは、サンプル上で約２ｍＷパワーを有した。全てのスポット間の光強度ばらつきは１ｄＢ未満であった。サンプルアームおよび基準アームＳ、Ｒの両方に関して光サーキュレータ（ＡＣ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．）を利用して、両アームからの反射信号を５０／５０カプラ２４０で干渉するように経路付けた。高帯域平衡型検出器２１０、２２０（１．６ＧＨｚ、ＰＤＢ４８０ＣＡＣ、Ｔｈｏｒｌａｂｓ  Ｉｎｃ．）を使用して、ＯＣＴシステムおよびＭＺＩの両方からの干渉信号を検出した。平衡型検出器の出力は、１．２ＧＳ／ｓの高速データ取得カード２６０（ＡＴＳ９３６０、Ａｌａｚａｒ  Ｔｅｃｈ）を使用してデジタルで同時に取得された。両方のチャネル（掃引ごとに各チャネルに関して８３２０ポイント）からのデータは、ＰＣｌｅポートを介してコンピュータ２７０のメモリへ連続的に流された。プロトタイプシステムの全撮像範囲は、空気中で約３５ｍｍ（または、組織中で２６．５ｍｍ）であった。約１１μｍの横分解能を与えるために５×対物レンズ１９０（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ、５Ｘ  ＮＩＲ）が利用された。軸方向分解能は、深さ範囲全体にわたって空気中で約１１μｍ（または、組織中で約８．３μｍ）まで測定された（図７参照、異なる深さから測定された点広がり関数）。較正された反射体（−４３．４ｄＢ）を使用して９４．６ｄＢ感度が測定されるとともに、約３０ｍｍ深さで＜２ｄＢのロールオフが観察された。ＶＣＳＥＬレーザは約１０００００Ｈｚで動作されたため、８個の全てのファイバを用いた同時撮像は、約８０００００Ａ−スキャン／ｓの有効軸方向走査速度を達成した。
【００６８】
ショウジョウバエ幼虫標本
ショウジョウバエは、培養の容易さとその短いライフサイクルとに起因して、発生生物学において幅広く使用されるモデルシステムである。図８における生体内ＯＣＴ画像は三齢ショウジョウバエ幼虫から得られた。この段階で、心管は、翼筋の７つの対によってその背側表皮に取り付けられるセグメントＴ２（前端）〜Ａ８（後端）にまたがる背側正中線に位置される。幼虫は、その背面側が上を向く状態で両面テープを使用して黒色のクリップボード上に取り付けられた。
【００６９】
生体内撮像および信号処理
ショウジョウバエ幼虫の３Ｄ撮像を得るため、約１．１ｍｍ×０．４ｍｍをカバーする４００×８０Ａ−スキャンが約０．３７秒で取得された。ＯＣＴ信号を用いて同時に取得されたＭＺＩ信号は、それぞれのレーザ掃引ごとに位相較正のために利用された。８個のビームからの８個の画像は、異なる深さ範囲からセグメント化されるとともに、幼虫全体（約１．１ｍｍ×３．０ｍｍ範囲）をカバーする４００×６０５Ａ−スキャンから成る体積データセットを形成するべくデジタルで組み合わされた。幼虫心臓からＭ−モード撮像を得るために、それぞれが心管の周囲で約２５０μｍ範囲にわたって４００Ａ−スキャンを含む４００Ｂ−スキャンが約２秒間にわたって取得された。Ｂ−スキャンにおけるフレームレートは毎秒約２１７フレームであった。異なる心臓セグメントからの画像がデジタルで組み合わされた。心臓の機能情報は、確立した方法にしたがって解析された。データを処理するためにＭａｔｌａｂ（Ｍａｔｈｗｏｒｋ，Ｉｎｃ．）が使用され、また、プレゼンテーションのためにビデオを生成して画像をレンダリングするべくＩｍａｇｅＪ（ＮＩＨ）およびＡｍｉｒａ（ＶＳＧ，Ｉｎｃ．）が使用された。
【００７０】
生体内検査結果
ショウジョウバエ幼虫の生体内３Ｄ ＳＤＭ−ＯＣＴ撮像の結果が図８〜図１１に示される。８個の全てのビームからの画像を使用してアセンブルされる３Ｄデータセット全体（４００×６０５Ａ−スキャン、幼虫全体を組み合わせ３Ｄ画像で示す図８）は、０．３７秒未満で得られた。幼虫の実際のサイズは、約１ｍｍ幅×約３ｍｍ長であった。図９は、幼虫の断面画像および正面画像を示す。心管（Ｈ）および気管（Ｔ）が明確に観察される。
【００７１】
同期撮像能力を明らかにするために、Ａ７セグメント、Ａ６セグメント、および、Ａ５セグメントにおおよそ対応する他の幼虫心臓の３つのセグメントにわたってＭ−モードＢ−スキャン撮像が行なわれた。全てのセグメントで同時に約２１７フレーム／秒のフレームレートが得られた。鼓動する心管の３つの全てのセグメントを示す代表的な断面同期静止画像が図１０に示される。心管セグメントの同期鼓動を示すビデオが得られ、このビデオから静止画像が抽出された。セグメント１が最初に鼓動し、セグメント２がそれに続き、その後、セグメント３がセグメント２の後に続く。
【００７２】
幼虫の心臓の機能は、生体内検査によって更に定量化された。心拍（３７２拍動／分）、収縮末期径（Ａ７に関して３６μｍ、Ａ６に関して３２μｍ、および、Ａ５に関して１１μｍ）および拡張期径（Ａ７に関して６０μｍ、Ａ６に関して７４μｍ、および、Ａ５に関して５８μｍ）、ならびに、短縮率（Ａ７に関して４２％、Ａ６に関して５６％、Ａ５に関して８０％）などの機能情報に加えて、図１１に示される、セグメントＡ７と比べたセグメントＡ６における拡張と収縮との間の遅延（１４ｍｓ）およびセグメントＡ６と比べたセグメントＡ５における拡張と収縮との間の遅延（６９ｍｓ）も観察された。この遅延は、心管の収縮がＡ７セグメント（後部）で初期化されてＡ５セグメント（前部）へ伝搬されたことを示唆した。この所見は、ショウジョウバエ幼虫心臓発生に関する以前の文献と一致する。
【００７３】
要約すると、撮像速度の８倍の向上が実験的検査によって明らかにされた。更なる速度向上が容易である。実際に、有効Ａ−スキャン速度は、サンプル上で同時に光るスポットの数に合わせて拡大縮小可能であり、一方で、単一の検出チャネルのみが必要とされる。撮像侵入深さが数百ミクロン未満に制限される光学コヒーレンス顕微鏡（ＯＣＭ）用途においては、１６個以上のチャネルを使用できる。現在のハードウェアを使用して全てのチャネルからの画像を検出範囲に適合させるためには、それに応じて各チャネル間の光学遅延を短くする必要がある。
【００７４】
基本的に、空間多重化技術は、レーザ掃引速度を増大させる手法と比べて分解能利点および感度利点を有する。レーザ掃引速度が保たれたため、有効Ａ−スキャン速度が増大されるにつれて、ＯＣＴにおける軸方向分解能は損なわれなかった。その一方で、各撮像スポットにおけるドウェル時間は、比較的低いレーザ掃引速度で維持された。また、ＳＤＭ−ＯＣＴシステム１００におけるドウェル時間内で、より多くのデータサンプルリングポイントも記録された。撮像速度の向上は、複数のサンプルリングビームを利用して並行検出を行なうことによって達成された。これは、各掃引におけるサンプルリングポイントの数およびドウェル時間が減少されるレーザ送信速度の増大とは対照的である。ＯＣＴシステム１００では、ＰＬＣスプリッタが約１０ｄＢの挿入損失を有する。これは、順方向では問題とならない。入力光が８個のビームへ均等に分割されるからである。しかしながら、サンプルからの反射光を組み合わせると、１０ｄＢの挿入損失が感度の低下をもたらした。結果として、各スポットにたった約２ｍＷの光がサンプル上に照射されると、撮像範囲全体にわたって９５ｄＢ程度の感度が得られた。これは、ショットノイズ制限感度と比べて約１１ｄＢ低い。しかしながら、戻り経路内でＰＬＣスプリッタを通らないあるいはローパス光学結合器を使用する別の形態（例えば、図４参照）を利用して、撮像感度を更に向上させてもよい。
【００７５】
空間分割多重化技術に関して、ＳＳ−ＯＣＴ撮像速度を更に高めるための障害は、もはや波長可変レーザの掃引速度ではない。代わりに、高速データ取得および高スループットデータ転送が非常に望まれる。図１のＯＣＴシステム１００にしたがったプロトタイプシステムを検査する際に使用されるデータ取得カードは、１２ビット１．８ＧＳ／サンプリングレートをサポートする。しかしながら、制限されたデータスループットに起因して、ＯＣＴチャネルおよびＭＺＩチャネルの両方から同時に１．２ＧＳ／ｓでデータを取得できるにすぎない。データ取得速度およびスループット、検出器の帯域幅、光源のコヒーレンス長、ならびに、ファイバチャネルの数における更なる改善は、システム構成を大きく変えることなく、ＯＣＴ撮像速度を直線的にスケーリングすることができ、有益である。光源１１０からの入力光は複数のビームに分割されるため、強力な光源が望ましい。
【００７６】
結論として、検査は、軸方向分解能を保持しつつ撮像速度のかなりの向上を達成したＯＣＴのための空間分割多重化技術をうまく実証した。空間分割多重化技術がＳＳ−ＯＣＴに基づいて実証されたが、同じ手法をＳＤ−ＯＣＴに対して適用できる。その場合には、深い撮像範囲を与えるために、各波長において長いコヒーレンス長を伴うとともに、コリメータレンズ、回折格子、合焦レンズ、および、高い画素数を有するラインスキャンカメラまたは２Ｄカメラを備えるスペクトロメータを伴う広帯域光源が必要とされてもよい。
【００７７】
図１３は、図１のＯＣＴシステム１００または他の実施形態と共に使用されてもよい別の光学遅延素子２８５を伴うＯＣＴシステム１０４の更なる実施形態を示す。ここでは、掃引源ＯＣＴ検出方法が使用されるが、その構成はスペクトル領域ＯＣＴ検出方法にも同様に適用される。
【００７８】
図１３に示されるこの実施形態において、サンプルアームＳにおける光は、コリメータ１５０によって平行にされた後、マイクロレンズアレイ２８８上へ照射される。例えば、制限なく、Ｅｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｍｏｄｅｌ＃６３−２３０などの市販のマイクロレンズアレイ２８８が使用されてもよい。アレイ２８８内の各マイクロレンズは、サンプルリング光ビームの一部を中間撮像面の小スポット上へ合焦させる。マイクロレンズアレイ２８８は、単一の入射サンプルリング光ビームを複数の光ビームに分割し／分離し、それにより、図１におけるスプリッタ２３０などの光スプリッタの必要性を未然に防ぐ。また、マイクロレンズアレイ２８８から出力される分離された複数のサンプルリング光ビームが光ファイバによって捕捉されて伝送されてもよいが、むしろ媒体中の空間を通じて伝送されてもよいことに留意すべきである。
【００７９】
引き続いて図１３を参照すると、それぞれのサンプルリングビームごとに異なる光学遅延をもたらすために、光学遅延素子２８５は、それぞれが異なる厚さを有する複数の隣り合う光透過性のガラス素子またはプラスチック素子を備える。光学遅延素子２８５は、１つの実施形態では中間撮像面に配置されてもよく、あるいは、他の実施形態では、異なるビームが重なり合わない限りにおいて中間撮像面から外れて配置されてもよい。したがって、サンプル上の異なる位置で合焦されるビームは、最終的な検出信号では、異なる周波数帯域で光学的にエンコードされる。周波数の遅延量は、ガラス部材またはプラスチック部材によってサンプルアームＳでもたらされる光学遅延量に依存する。なお、この例では光学遅延素子２８５が中間撮像面に配置されるが、光学遅延素子を例えばコリメータ１８０とマイクロレンズアレイ２８８との間のサンプルアームＳ内の他の位置に配置することができる。光学遅延素子２８５からのサンプルリング光ビームのそれぞれは、リレーレンズ２２２、ガルバノメータスキャナ２００、および、対物スキャンレンズ１９０へと伝送されて、サンプルのサンプル位置Ｓ１．．．Ｓｎ上へと同時に至る。
【００８０】
ＯＣＴシステム１０４の他の構成要素は、機能および構成が図１の同じ標示を伴う対応する構成要素と同様であってもよい。ＯＣＴシステム１０４の１つの想定し得る形態では、制限なく、光カプラ１２０は、光源１１０からの光の３％を基準アームＲへそらすとともに光の９７％をサンプルリングアームＳへそらすように構成されてもよい。
【００８１】
更なる他の想定し得る実施形態では、光学遅延素子２８５が、図１のＯＣＴシステム１００において光学遅延素子２８０の代わりに使用されてもよい。その場合、スプリッタ２３０から出力される個々の光ファイバ２７５のそれぞれからの光ビームは、図１３に示される態様と同様の態様で光学遅延素子２８５上に照射されてもよい。
【００８２】
図１４は、図１のＯＣＴシステム１００と共に使用できるプローブベースのＯＣＴシステムの１つの想定し得る実施形態を示す。プローブ３５０は、例えば制限なく心臓血管ＯＣＴなどの様々な用途のため、ならびに、内視鏡的ＯＣＴのために使用され得る。１つの実施形態において、プローブ３５０は、該プローブを通じて光ファイバ１７５を経路付けるための内部通路を画定する略管状の本体を有してもよい。光スプリッタ２３０がプローブ３５０の基端３５２に配置されてもよく、この光スプリッタ２３０は、入力光ビームを幾つかの光ファイバ１７５へと分割する。各ファイバ１７５は、異なる長さを有するとともに、サンプルの異なる位置から同時に信号を取得するために、先端３５４でプローブ３５０の側面を通じて、例えば、光サンプルリングビームを合焦させるためのマイクロレンズを通じて光を照射する。サンプルリングビームは、先端３５４に対して０〜１８０度の任意の適した角度でプローブ３５０から発せられてもよい。１つの典型的な実施形態では、角度が約９０度であってもよい。サンプルを直線的に横切って個々のサンプルリングビームを走査するために、プローブ３５０の基端３５２が適切なモータドライブによって回転されてもよく、それにより、サンプルリングビームが発せられる先端３５４を回転させることができる。心臓血管ＯＣＴ用途および内視鏡的ＯＣＴ用途においてはサンプル上を覆うべき面積が一般に大きいため、これらの用途に関しては高速が望ましい。複数のサンプルリングビームまたは走査ビームの使用は、この問題を効率的に解決する。
【００８３】
図１５は、スペクトル領域方法を使用する空間分割多重ＯＣＴ（ＳＤＭ−ＯＣＴ）の１つの実施形態を示す。この形態において、光源１１０は、それぞれの個々の波長ごとに長いコヒーレンス長を伴う広帯域光源である。検出システムは基本的にスペクトロメータである。スペクトロメータは、コリメータレンズ４００、格子４０２、合焦レンズ４０４、および、ラインスキャンカメラ４０６または２Ｄカメラを備える。格子４０２は、サンプルアームおよび基準アームＳ、Ｒからの干渉信号を異なる色に分割し、これらの色は、合焦レンズ４０４により、ラインスキャンまたはＣＣＤカメラ４０６上の異なるピクセルに合焦される。カメラ４０６の高い画素数は、異なる光学遅延からの信号の同時検出にとって望ましいＯＣＴシステムの長い撮像範囲を可能にする。
【００８４】
図１６は、スペクトル領域ＳＤＭ−ＯＣＴの他の実施形態を示す。この形態において、広帯域光源１１０からの出力光は、第１の光カプラ１２０で基準アームＲおよびサンプルアームＳへと直接に分割され、また、戻り信号は、信号がスペクトロメータによって検出される前に、同じ光カプラを使用して組み合わされる。同様の形態を波長可変光（例えば、掃引源レーザ）ＳＳ−ＯＣＴセットアップにおいても同様に使用することができる。このシステム形態は、より簡単であって、幾つかの用途に適しているが、このセットアップの検出感度は、図１５の場合のような光サーキュレータを使用する形態と比べて低い場合がある。
【００８５】
図１８は、光ファイバの代わりに自由空間光学配置を使用するスペクトル領域ＳＤＭ−ＯＣＴのための他の実施形態を示す。この形態において、広帯域光源１１０からの出力光は、平行にされるとともに、適切に構成された第１の光ビームスプリッタ５２０で基準アームＲおよびサンプルアームＳへと直接に分割され、また、戻り信号は、信号がスペクトロメータによって検出される前に、同じ光ビームスプリッタを使用して組み合わされる。同様の形態を波長可変光（例えば、掃引源レーザ）ＳＳ−ＯＣＴセットアップにおいても同様に使用することができる。このシステム形態は、より簡単であって、幾つかの用途に適している。このセットアップの検出感度は高い。これは、光学系内に挿入損失が存在しないからである。図１８に示される他の構成要素は、図１３および図１６における同様の数字が付された構成要素と同じであってもよい。
【００８６】
以上の説明および図面は本発明の好ましい実施形態を表わすが、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の思想および範囲から逸脱することなく、様々な付加、改変、および、置き換えが行なわれてもよいことが理解される。特に、当業者に明らかなように、本発明は、その思想または本質的特性から逸脱することなく、他の特定の形態、構造、配置、割合、サイズで、ならびに、他の要素、材料、および構成要素を用いて具現化されてもよい。当業者であれば分かるように、本発明は、本発明の原理から逸脱することなく、本発明の実施で使用されて特定の環境および作動要件に特に適合される構造、配置、割合、サイズ、材料、および構成要素、ならびにその他のものの多くの改変を伴って使用されてもよい。したがって、ここに開示される実施形態は、あらゆる点で、例示的であって限定的でないと見なされるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定され、前述した説明または実施形態に限定されない。
【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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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