(57)【要約】本発明は、概して、２つの異なる撮像モード間で再構成可能な光コヒーレンストモグラフィシステムと、その使用方法とに関する。生体医療撮像技術は、急速に進化している。例えば、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）、Ｘ線コンピュータトモグラフィ、超音波、および共焦点顕微鏡法は全て、研究および臨床用途において広がっており、ヘルスケアにおける基本的かつ劇的改善をもたらしている。しかしながら、既存の生体医療撮像技術が適正ではない、多くの状況がある。【特許請求の範囲】
【請求項１】
再構成可能光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムであって、前記ＯＣＴシステムは、少なくとも２つ以上の異なる撮像モード間で再構成するように構成されている、システム。
【請求項２】
前記システムは、掃引源レーザを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記レーザの掃引速度および前記レーザのコヒーレンス長が、前記２つの異なる撮像モード間で変更される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
ＯＣＴ信号デジタル化のサンプリング特性が、前記２つの異なる撮像モード間で変更される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記ＯＣＴ信号デジタル化のサンプリング特性を変更することは、外部Ｋ−空間サンプルクロック波形を変更することを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記外部Ｋ−空間サンプルクロック波形を変更することは、光学的に達成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記外部Ｋ−空間サンプルクロック波形を変更することは、電子的に達成される、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記ＯＣＴシステムは、各撮像モードに対して１つの、２つの異なるソフトウェア画像取得モジュールを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは、各撮像モードに対して１つの、２つの異なるカテーテルと適合可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
第１の撮像モードは、冠状脈管を撮像するためのものであり、第２の撮像モードは、末梢脈管を撮像するためのものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
分光装置、血管内超音波法（ＩＶＵＳ）装置、フォワードルッキングＩＶＵＳ（ＦＬＩＶＵＳ）装置、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）装置、無線周波数装置、熱画像またはサーモグラフィ装置、光学光ベースの撮像装置、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置、放射線撮影装置、核撮像装置、光音響撮像装置、電気インピーダンストモグラフィ装置、エラストグラフィ装置、心腔内心エコー検査（ＩＣＥ）装置、フォワードルッキングＩＣＥ装置、整形外科装置、脊椎撮像装置、および神経撮像装置から成る群から選択される装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
脈管の内側を撮像する方法であって、前記方法は、
再構成可能光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムを提供することであって、前記ＯＣＴシステムは、２つの異なる撮像モード間で再構成するように構成されている、ことと、
前記ＯＣＴシステムを前記２つの撮像モードのうちの１つに構成することと、
前記システムの撮像プローブを脈管の中に挿入することと、
前記脈管の内側を撮像することと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記構成ステップは、前記挿入ステップの前に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記構成ステップは、前記挿入ステップの後に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記システムは、掃引源レーザを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザの掃引速度および前記レーザのコヒーレンス長が、前記２つの異なる撮像モード間で変更される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
ＯＣＴ信号デジタル化のサンプリング特性が、前記２つの異なる撮像モード間で変更される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＯＣＴ信号デジタル化のサンプリング特性を変更することは、外部Ｋ−空間サンプルクロック波形を変更することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記外部Ｋ−空間サンプルクロック波形を変更することは、光学的に達成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記外部Ｋ−空間サンプルクロック波形を変更することは、電子的に達成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ＯＣＴシステムは、各撮像モードに対して１つの、２つの異なるソフトウェア画像取得モジュールを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記システムは、各撮像モードに対して１つの、２つの異なるカテーテルと適合可能である、請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
第１の撮像モードは、冠状脈管を撮像するためのものであり、第２の撮像モードは、末梢脈管を撮像するためのものである、請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
分光装置、血管内超音波（ＩＶＵＳ）装置、フォワードルッキングＩＶＵＳ（ＦＬＩＶＵＳ）装置、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）装置、無線周波数装置、熱画像またはサーモグラフィ装置、光学光ベースの撮像装置、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置、放射線撮影装置、核撮像装置、光音響撮像装置、電気インピーダンストモグラフィ装置、エラストグラフィ装置、心腔内心エコー検査（ＩＣＥ）装置、フォワードルッキングＩＣＥ装置、整形外科装置、脊椎撮像装置、および神経撮像装置から成る群から選択される装置をさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／７４０，１０４号（２０１２年１２月２０日出願）の利益およびその優先権を主張し、その内容は、その全体が本明細書中に参照によって援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、異なる撮像モード間で再構成可能な光コヒーレンストモグラフィシステムと、その使用方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
生体医療撮像技術は、急速に進化している。例えば、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）、Ｘ線コンピュータトモグラフィ、超音波、および共焦点顕微鏡法は全て、研究および臨床用途において広がっており、ヘルスケアにおいて基本的かつ劇的改善をもたらしている。しかしながら、既存の生体医療撮像技術が適正ではない多くの状況がある。これは、特に、高分解能（例えば、約５〜１０μｍ）撮像が要求する場合に当てはまる。これらの状況では、そのような撮像技術は、医師に、要求される診断情報を提供せず、医師は、要求される診断情報を得るために、生検および組織病理学的検査等の他の侵襲的検査に頼らなければならない。そのような検査は、潜在的に、有害であり、時間およびコストがかかる。さらに、従来の切除術生検が不可能な多くの状況が存在する。病的状態および死亡の原因につながる冠状動脈疾患は、従来の診断切除術生検が行われることができない疾患の１つの重要な例である。
【０００４】
深度分解光反射または光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の開発は、それらの懸念に対処する高分解能撮像技法を提供する。ＯＣＴは、マイクロメートル分解能の３次元画像を光学散乱媒体（例えば、生物学的組織）内から捕捉する撮像技法である。ＯＣＴは、狭線幅同調可能レーザ源またはスーパールミネセントダイオード源を使用して、広帯域幅にわたって光を放出し、軸方向分解能１０μｍ未満および組織透過率２〜３ｍｍを用いて、トモグラフィ画像を原位置で生成する。ＯＣＴは、ＭＲＩまたは超音波等の他の撮像モダリティよりはるかに高い分解能で組織形態画像を提供する。さらに、そのような高分解能を用いて、ＯＣＴは、組織を切断または侵害することなく、病理試料の詳細画像を提供することができる。
【０００５】
典型的には、異なるパラメータが、異なるタイプの脈管、例えば、末梢脈管に対する冠状動脈を撮像するために要求される。概して、冠状動脈ＯＣＴ撮像は、長時間の血液クリアランス期間の間の虚血を回避するために、超高撮像速度を要求し、直径最大約６ｍｍを伴う脈管を査定するために、比較的に中程度の視野を要求する。代替として、末梢脈管ＯＣＴ撮像は、はるかにより大きい直径を伴う脈管を査定するために、非常に大きなＦＯＶを要求するが、血液クリアランスの間の末梢性虚血が患者安全性のために大きな懸念ではないため、より低い撮像速度を許容することができる。ＯＣＴ掃引光源（例えば、レーザ）の一般的技術上の限界として、コヒーレンス長と高掃引速度との間のトレードオフが挙げられる。故に、別個のＯＣＴシステムが、異なる脈管タイプを撮像するために使用され、一方は、冠状動脈撮像のために最適化され、別個のシステムが、末梢脈管撮像のために最適化される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（概要）
本発明は、２つの撮像モード間を交互する、光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムを提供する。本発明による単一ＯＣＴ装置は、モード毎に、光源パラメータおよびサンプル／クロッキング方式の自動化された再構成を伴う、複数の撮像モードのために使用される。好ましくは、撮像モードのうちの１つは、冠状動脈撮像のために最適化され、他の撮像モードは、末梢撮像のために最適化される。しかしながら、本発明は、それらの２つのモードに限定されない。
【０００７】
２つの異なる撮像モード間で切り替わることができる単一ＯＣＴシステムを有するための多数の異なるアプローチが存在する。１つの方法は、光源の再構成を伴う。光源の掃引速度およびコヒーレンス長の変更は、２つの異なる撮像モードを可能にする。概して、第１の撮像モードは、高掃引速度と低コヒーレンス長とを使用する。そのような構成は、冠状脈管を撮像するために容認可能である。第２の撮像モードは、低掃引速度と高コヒーレンスを使用する。そのような構成は、末梢脈管を撮像するために容認可能である。
【０００８】
２つの異なる撮像モード間で切り替わることができる単一ＯＣＴシステムを有するための別の方法は、ＯＣＴ信号デジタル化のサンプリング特性の変更を伴う。これは、外部Ｋ−空間サンプルクロック波形の変更を伴うことができ、光学的または電気的のいずれかで達成されてもよい。
【０００９】
他の実施形態では、本システムは、各撮像モードに対して１つの、２つの異なる画像取得ソフトウェアモジュールを含む。別のアプローチは、各撮像モードに対して１つの、異なるタイプのカテーテルと適合可能であるシステムを有することである。
【００１０】
本発明の再構成可能干渉計は、独立型装置であってもよく、または他の撮像装置と組み合わせられてもよい。他の撮像システムとして、一例として、限定ではないが、分光デバイス（蛍光、吸収、散乱、およびラマン分光法を含む）、血管内超音波（ＩＶＵＳ）、フォワードルッキングＩＶＵＳ（ＦＬＩＶＵＳ）、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）、無線周波数、光学光ベースの撮像、磁気共鳴、放射線撮影、核撮像、光音響撮像、電気インピーダンストモグラフィ、エラストグラフィ、圧力感知ワイヤ、心腔内心エコー検査（ＩＣＥ）、フォワードルッキングＩＣＥ、ならびに整形外科、脊椎撮像、および神経撮像、画像誘導治療用デバイスまたは治療用送達デバイス、診断送達デバイス、ならびに同等物が挙げられる。
【００１１】
本発明の他の側面は、脈管の内側を撮像するための方法を提供する。それらの方法は、再構成可能光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）システムを提供することを伴い、ＯＣＴシステムは、２つの異なる撮像モード間で交互するように構成される。本発明の方法はさらに、ＯＣＴシステムを２つの撮像モードのうちの１つに構成することを伴う。システムの撮像プローブは、脈管の中に挿入され、脈管の内側を撮像するために使用される。ＯＣＴシステムは、撮像プローブを脈管の中に挿入する前に、または撮像プローブが脈管の中に挿入された後、所望の撮像モードに構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、掃引レーザ源の外部クロッキングのための均一周波数サンプルクロック経路の概略図である。
【図２】図２は、ＯＣＴ干渉計と結合される均一周波数サンプルクロックの一実施形態の概略図である。
【図３】図３は、経路１の一実施形態の概略図である。
【図４】図４Ａは、経路２の一実施形態の概略図である。図４Ｂは、トリガ発生器の概略図である。図４Ｃは、補助波長計の概略図である。
【図５】図５は、任意の波形発生器を伴うデジタイザの概略図である。
【図６Ａ】図６Ａおよび図６Ｂは、補助波長計の代替実施形態のための概略図の断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａおよび図６Ｂは、補助波長計の代替実施形態のための概略図の断面図である。
【図７】図７は、経路２の一実施形態の概略図である。
【図８】図８は、ＯＣＴ干渉計の一実施形態の概略図である。
【図９】図９は、光学波長計を使用する掃引源ＯＣＴの直接外部サンプルクロッキングのための回路の概略図である。
【図１０】図１０Ａは、掃引源レーザから結合された較正ガスセルおよび補助波長計の概略図である。図１０Ｂは、部分的反射体間で単経路３１６および３重経路３１８をなす光が、干渉し、波数（ｋ）で均一に離間された周期的信号を生成する、光学波長計の概略図である。図１０Ｃは、較正ガスセルの概略図である。
【図１１】図１１は、経路６の一実施形態の概略図である。
【図１２】図１２は、外部クロック回路の一実施形態のグラフ概略図である。
【図１３】図１３は、位相敏感フーリエドメインＯＣＴ内の共通経路ＯＣＴ干渉計の概略図である。
【図１４】図１４は、リアルタイム撮像クロッキングシステムを伴う、位相敏感フーリエドメインＯＣＴ器具のブロック図である。
【図１５】図１５は、内部クロッキング／再マッピング方式（４４０）および外部クロッキング方式（４４２）に対するＯＣＴ点拡がり関数対深度である。
【図１６】図１６は、位相敏感ＯＣＴ干渉計構成の一実施形態の概略図である。
【図１７Ａ】図１７Ａ−１７Ｃは、増加周波数（１７Ａ：５００Ｈｚ、１７Ｂ：１０００Ｈ、１７Ｃ：２０００Ｈｚ）における周期的電圧の印加に応答したピエゾフィルムの厚さの変化のグラフである。
【図１７Ｂ】図１７Ａ−１７Ｃは、増加周波数（１７Ａ：５００Ｈｚ、１７Ｂ：１０００Ｈ、１７Ｃ：２０００Ｈｚ）における周期的電圧の印加に応答したピエゾフィルムの厚さの変化のグラフである。
【図１７Ｃ】図１７Ａ−１７Ｃは、増加周波数（１７Ａ：５００Ｈｚ、１７Ｂ：１０００Ｈ、１７Ｃ：２０００Ｈｚ）における周期的電圧の印加に応答したピエゾフィルムの厚さの変化のグラフである。
【図１８】図１８は、種々の経路からの複数のクロック信号を結合する、デマルチプレクサの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（詳細な説明）
光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は、小型近赤外線発光プローブを使用する医療撮像方法論である。光学信号取得および処理方法として、光学散乱媒体（例えば、生体組織）内からマイクロメートル分解能の３次元画像を捕捉する。ＯＣＴの例示的使用は、冠動脈疾患を診断するのに役立つ介入心臓学におけるものである。ＯＣＴは、例えば、血管の内側から確認するための干渉技術の適用を可能にし、生体個人の血管の内皮（内壁）を可視化する。
【００１４】
ＯＣＴシステムおよび方法は、概して、Ｃａｓｔｅｌｌａ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第８，１０８，０３０号）、Ｍｉｌｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１１／０１５２７７１号）、Ｃｏｎｄｉｔ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１０／０２２０３３４号）、Ｃａｓｔｅｌｌａ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２００９／００４３１９１号）、Ｍｉｌｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２００８／０２９１４６３号）、およびＫｅｍｐ、（米国特許出願公開第２００８／０１８０６８３号）に説明されており、そのそれぞれの内容は、参照することによって、全体として組み込まれる。ＯＣＴシステムおよび方法の付加的説明は、Ｋｅｍｐ（米国特許第８，０４９，９００号）、Ｋｅｍｐ（米国特許第７，９２９，１４８号）、Ｍｉｌｎｅｒ（米国特許第７，８５３，３１６号）、Ｆｅｌｄｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，７１１，４１３号）、Ｋｅｍｐ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１２／０２２４７５１号）、Ｍｉｌｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１２／０１３６２５９号）、Ｋｅｍｐ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１２／００１３９１４号）、Ｍｉｌｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１１／０１５２７７１号）、およびＫｅｍｐ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２００９／００４６２９５号）に説明されており、そのそれぞれの内容は、参照することによって、全体として組み込まれる。
【００１５】
本発明のＯＣＴシステムは、光源を含む。光源は、概して、ＯＣＴと併用される任意の光源であってもよい。例示的光源として、狭線幅同調可能レーザ源またはスーパールミネセントダイオード源が挙げられる。狭線幅同調可能レーザ源の例として、限定ではないが、ブラッグ回折グレーティングまたは変形可能膜を有するレーザ、スペクトル分散構成要素（例えば、プリズム）を有するレーザ、またはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔベースの同調レーザが挙げられる。
【００１６】
本発明のＯＣＴシステムはまた、干渉計を含む。干渉計は、概して、ＯＣＴと併用される任意の干渉計であってもよい。典型的には、干渉計は、光のための差分ビーム経路または光のための共通ビーム経路を有する。いずれの場合も、干渉計は、光源に動作可能に結合される。差分ビーム経路レイアウトでは、広帯域光源または同調可能レーザ源からの光は、干渉計の中に入力され、光の一部は、サンプルに指向され、他の部分は、基準表面に指向される。光ファイバの遠位端は、カテーテル配置手技の間、標的組織の照会のためにカテーテルと連結される。組織から反射された光は、基準表面からの信号と再結合され、干渉縞（光起電検出器によって測定される）を形成し、ミクロンスケールで標的組織の精密な深度分解撮像を可能にする。例示的差分ビーム経路干渉計は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計およびＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計である。差分ビーム経路干渉計はさらに、例えば、Ｆｅｌｄｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，７８３，３３７号）およびＴｅａｒｎｅｙ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第６，１３４，００３号および第６，４２１，１６４号）に説明されており、そのそれぞれの内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００１７】
干渉計の差分ビーム経路光学レイアウトは、サンプルアームおよび基準アームを含む。サンプルアームは、カテーテルを収容し、それに結合するように構成される。差分ビーム経路光学レイアウトはまた、光サーキュレータを含む。サーキュレータは、特定の方向に放出された光の伝送を促進する。ＯＣＴシステム内のサーキュレータおよびその使用はさらに、例えば、Ｂ．Ｂｏｕｍａ  ｅｔ  ａｌ．（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ２４：５３１−５３３，  １９９９）に説明されており、その全開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる。干渉計には、放出された光がサンプルアームおよび基準アームへ分割されるサーキュレータがある。システムはまた、サーキュレータを含み、サーキュレータは、光をサンプルに指向し、サンプルから反射された光を受け取り、それを検出器に向かって指向する。システムはまた、光を基準表面に指向し、基準表面から反射された光を受け取り、それを検出器に向かって指向させるサーキュレータを含む。また、サンプルから反射された光および基準から反射された光が、再結合され、検出器に指向される点にも、サーキュレータがある。
【００１８】
共通ビーム経路システムでは、光の一部を基準アームに分割するのではなく、生成された光の全てが、単一光ファイバを通して進行する。単一ファイバ内には、反射表面がある。光の一部は、標的組織（基準）に到達する前に、その反射表面から反射され、光の残りの部分は、反射表面を通過し、標的組織に到達する。組織から反射された光は、基準からの信号と再結合し、干渉縞を形成し、ミクロンスケールで標的組織の精密な深度分解撮像を可能にする。共通ビーム経路干渉計はさらに、例えば、Ｖａｋｈｔｉｎ，  ｅｔ  ａｌ．（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，  ４２（３４）：６９５３−６９５８，  ２００３）、Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，９９９，９３８号）、Ｔｅａｒｎｅｙ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，９９５，２１０号）、およびＧａｌｌｅ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，７８７，１２７号）に説明されており、そのそれぞれの内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００１９】
干渉計の共通ビーム経路光学レイアウトは、サーキュレータに接続される光ファイバの単一アレイを含む。光ファイバのアレイは、カテーテルを収容し、それに結合するように構成される。サーキュレータは、光源から伝送された光を共通ビーム経路光学レイアウトの光ファイバのアレイのアレイを通してサンプルおよび基準に指向し、サンプルおよび基準から反射された光を受け取り、それを検出器に指向する。
【００２０】
本発明のＯＣＴシステムは、検出器を含む。検出器は、光検出電子機器を含む。検出器は、平衡検出および非平衡検出の両方をサポートすることができる。ＯＣＴ検出器は、例えば、Ｋｅｍｐ（米国特許第８，０４９，９００号）、Ｋｅｍｐ（米国特許第７，９２９，１４８号）、Ｍｉｌｎｅｒ（米国特許第７，８５３，３１６号）、Ｆｅｌｄｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許第７，７１１，４１３号）、Ｋｅｍｐ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１２／０２２４７５１号）、Ｍｉｌｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１２／０１３６２５９号）、Ｋｅｍｐ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１２／００１３９１４号）、Ｍｉｌｎｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１１／０１５２７７１号）、およびＫｅｍｐ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２００９／００４６２９５号）に説明されており、そのそれぞれの内容は、参照することによって、全体として組み込まれる。
【００２１】
本発明のＯＣＴシステムは、当技術分野において公知の任意の形態のＯＣＴを実施してもよい。ＯＣＴを実施するための様式の１つは、掃引源ＯＣＴ（「ＳＳ−ＯＣＴ」）であってもよい。ＳＳ−ＯＣＴは、広光学帯域幅にわたって、狭帯域光源を高速で同調させることによって、波数（または、光学周波数）を時間エンコードする。ＳＳ−ＯＣＴのための高速同調可能レーザ源は、非線形または非均一波数対時間［ｋ（ｔ）］特性を呈する。したがって、時間単位で均一にサンプリングされたＳＳ−ＯＣＴ干渉図［Ｓ（ｔ）、例えば、内部デジタイザクロックを使用して］は、ＯＣＴ画像を生成するために使用される経路長（ｚ）ドメインへのフーリエ変換前に、Ｓ（ｋ）に再マッピングされなければならない。ＳＳ−ＯＣＴシステムおよびその使用のための方法は、Ｋｅｍｐ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願公開第２０１２／００１３９１４号）に説明されている。その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【００２２】
概して、掃引レーザ源１２のための均一周波数サンプルクロッキング１０システムおよび方法は、概して、図１に示される。均一周波数サンプルクロッキング１０は、少なくとも１つの経路を備え、経路のいくつかの実施形態は、概して、図１に線矢印として示される。線矢印は、ワイヤ、ファイバ、および同等物等の電子または光学結合要素を表す。一実施形態では、均一周波数サンプルクロッキング１０は、掃引レーザ源１２を特性評価すること２６と、特性評価データ２６に基づいて、波形のデジタル表現を生成することと、波形発生器１４（すなわち、デジタル−アナログ（「Ｄ／Ａ」）コンバータ）を使用して、クロック信号３０を発生させ、クロック信号３０をデジタイザ外部クロック３２に出力することとを含む経路１を含む。均一周波数サンプルクロッキング１０は、掃引レーザ源１２を補助波長計１６に結合することと、アナログ−デジタル（「Ａ／Ｄ」）デジタイザ１８を用いて、補助波長計１６出力をデジタル的に処理することと、Ｄ／Ａコンバータ１４上でデジタイザの１８出力を処理し、デジタイザ外部クロック３２に出力されるクロック信号３０を発生させることとを含む経路２を含んでもよい。均一周波数サンプルクロッキング１０は、掃引レーザ源１２を補助波長計１６に結合することと、アナログプロセッサ２０を使用して、補助波長計１６出力を処理することにより、クロック信号３０を発生させることとを含む経路３を含んでもよい。均一周波数サンプルクロッキング１０は、掃引レーザ源１２を補助波長計１６に結合することと、アナログプロセッサ２０を用いて、補助波長計１６出力を処理することと、デジタイザ１８を用いて、アナログプロセッサ２０の出力をデジタル化することと、Ｄ／Ａコンバータ１９を用いて、補助波長計１６出力をデジタル的に処理し、クロック信号３０を発生させることとを含む経路４を含んでもよい。均一周波数サンプルクロッキング１０は、掃引レーザ源１２を補助波長計１６に結合し、前処理を伴わずに、直接、均一周波数サンプルクロック信号を発生させることを含む経路５を含んでもよい。均一周波数サンプルクロッキング１０は、デジタイザ２４に出力する均一周波数サンプルクロック発生器２２に掃引レーザ源１２を結合し、クロック信号３０を発生させることを含む経路６を含んでもよい。均一周波数サンプルクロッキング１０システムおよび経路は、掃引レーザ源１２の外部クロッキングを提供し、クロック信号を発生させ、クロック信号を処理し、波数ドメイン内で検出された光の均一サンプリングのために、クロック信号をデジタイザに伝送するために、組み合わせて、かつ任意の特定の順序において、独立経路を通して異なるクロッキング信号を提供することができる。取得チャネル毎に、１つのクロック信号は、所与の時間においてアクティブであり、任意の特定の組み合わせまたは順序において、異なるクロック信号間で切り替えられてもよい。代替として、均一周波数サンプルクロッキング１０経路は、組み合わせの任意のシーケンスにおいて、相互に組み合わせられてもよい。より具体的には、均一周波数サンプルクロック経路１０は、ＯＣＴシステムのための掃引レーザ源から最初に放出された検出光の外部クロッキングを提供する。用語「均一周波数サンプルクロッキング」および「波数ドメイン内の線形サンプリング」は、明細書内で使用される場合、等価語である。用語「外部クロック信号」は、外部クロック信号入力またはデジタイザ外部クロック３２のクロック信号入力に印加される信号のタイプに固有のものである。用語「クロック信号」は、ＡＤコンバータカードに印加されるような信号である。
【００２３】
掃引レーザ源１２は、経時的に変動する出力スペクトルの平均周波数を伴う放出光を含む。用語「掃引レーザ源」は、「同調可能レーザ源」と同意語であり、すなわち、ある周波数において一定期間にわたってレーザ源を同調させる。掃引源から放出された光の平均光学周波数は、１００テラヘルツ／ミリ秒を上回る同調速度で、経時的に継続的に、かつ掃引速度の範囲（例えば、１０，０００〜１０，０００，０００掃引／秒）を規定する、安定レーザ源のための掃引速度の繰り返し周期範囲で繰り返し、変化し得る。掃引レーザ源１２は、広光学帯域幅を通して狭帯域光放出を高速で同調させる任意の同調可能レーザ源であってもよい。掃引源の同調範囲は、中心波長約５００ナノメートル〜２０００ｎｍを伴う同調範囲、中心波長の約１％よりも大きい同調幅、および同調範囲の約１０％未満の瞬時線幅を有してもよい。代替として、２つ以上の光学源が、組み合わせられ、掃引レーザ源またはいくつかの光学周波数または波長を同時に放出する継続掃引多波長レーザをもたらしてもよい。同調可能レーザおよび掃引源レーザは、掃引レーザ源として含まれるが、フーリエドメインモードロッキング（「ＦＤＭＬ」）レーザが、レーザ源として含まれてもよい。ＦＤＭＬでは、場の振幅ではなく、スペクトルが、変調される。時間窓関数（波長依存を伴わない時間窓）ではなく、動的スペクトル窓関数（時間単位で変化する波長窓）が、適用される。その結果、レーザは、キャビティ繰り返し率またはその高調波において、狭帯域光学周波数掃引のシーケンスを発生させる。複数の同調可能波長源が、含まれてもよく、各同調可能波長源は、受信器を有し、したがって、各同調可能波長源は、検出器と結合される。全同調可能波長レーザ源および検出器の複合は、超広帯域幅レーザ源として作用することができる。本周波数掃引出力はまた、連続周波数掃引間に固定位相関係を伴う、高チャープ長パルスのシーケンスと見なされ得る。
【００２４】
一実施形態では、掃引レーザ源１２は、図２に示されるように、掃引光学出力をＯＣＴ干渉計４０および均一周波数サンプルクロック１０に提供する。掃引レーザ源１２から放出された光は、ＯＣＴ干渉計４０と均一周波数サンプルクロック１０との間で分割される。掃引レーザ源１２は、ＯＣＴ干渉計４０および均一周波数サンプルクロック１０それぞれに対して、限定ではないが、９５／５、９０／１０、８５／１５、８０／２０等を含む、任意の所望の比率で分割されてもよい。均一周波数サンプルクロック１０およびＯＣＴ干渉計４０は、次いで、デジタイザ３２に結合され、次いで、処理および撮像のために、コンピュータに結合される。
【００２５】
ＯＣＴ干渉計４０は、掃引源から放出された光を基準表面およびサンプルアームに分割し、これは、干渉計の出力において再結合する。ＯＣＴ干渉計は、限定ではないが、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計、および／または共通経路干渉計等を含む、当技術分野において公知の種々の構成のいずれかをとってもよい。均一周波数サンプリングクロック発生器２２は、掃引源からの光または以前に特性評価された掃引源データを受け取り、デジタイザに出力し、波数（ｋ）または光学周波数（ν）ドメイン内で線形サンプリングを提供し、リアルタイムＯＣＴ撮像のために、経路長（ｚ）ドメインへの直接フーリエ変換を可能にする。リアルタイムＯＣＴ撮像は、（１）均一周波数サンプリングと、（２）リアルタイムＯＣＴ撮像のための縞データの直接フーリエ変換と含む。直接フーリエ変換は、均一周波数サンプリングされたＯＣＴ縞データまたは「ＯＣＴ信号データ」のフーリエ変換を行うデジタル処理要素を要求する。均一周波数サンプリングされたＯＣＴ縞データまたは「ＯＣＴ信号データ」は、全体を通して同義的に使用される。概して、均一周波数サンプルクロック１０は、波数ドメイン内における線形サンプリング、リアルタイムＯＣＴ撮像のための波数ドメイン内のＯＣＴ縞データのデジタル化、およびそれらの組み合わせを提供する。図１５は、以下に論じられる経路を使用する、均一時間サンプリング対均一周波数サンプルクロッキングアプローチ１０を用いて生成された軸方向点拡がり関数およびＯＣＴ画像を比較する。
【００２６】
（経路１：掃引レーザ源の特性評価）
一実施形態では、均一周波数サンプルクロック１０は、図１における経路１に示されるように、掃引レーザ源１２によって放出された光を特性評価することと、特性評価データ２６に基づいて、波形のデジタル表現を生成することと、レーザが掃引するにつれて生じる、後続光学トリガ毎に、特性評価データ２６を繰り返し出力することとを含む経路１を含む。掃引レーザ源から放出された光を特性評価するためのデータ（「特性評価データ」）は、高速Ｄ／Ａコンバータ、すなわち、波形発生器１４を使用して生成され、波形発生器１４は、次いで、デジタイザ３２の外部クロック入力ポートに結合される。Ｄ／Ａコンバータ１４は、掃引源レーザ出力から導出された電気同期パルスまたは光学トリガ５４によってトリガされるレーザ掃引毎に、生成された均一周波数サンプルクロック信号を出力する。光学トリガ５４を発生させる、いくつかの方法がある。一実施形態では、光学トリガ５４は、以下に論じられる光学トリガ発生器６０から発生させられる。別の実施形態では、光学トリガ５４は、信号がアクティブまたはパッシブに発生させられ得るときに、掃引レーザ源内の光学同調要素から導出される。光が、掃引レーザ源から放出され、掃引レーザ源の出力において、光学同調要素と相互作用すると、光学トリガ信号が、提供される。光学同調要素は、静的であってもよく、必ずしも、光学トリガ信号を提供する役割において機能するようにアクティブに同調される必要はない。光学トリガ５４を発生させるための別の実施形態は、光学トリガを提供するように、光学周波数選択的要素、すなわち、グレーティング分光計、干渉フィルタ、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔフィルタ、および同等物、またはそれらの組み合わせ、およびＡ／Ｄコンバータに結合される光検出器を用いて、光をサンプリングするものである。したがって、２つの異なる光学同調要素が存在してもよく、１つは、レーザ源内にあって、レーザを同調させるように機能し、１つは、同調レーザ源の出力に配置され得、トリガ信号を提供するために使用され得る。これらの光学同調要素実施形態の組み合わせは、最適光学トリガ５４を発生させるために採用されることができる。
【００２７】
一実施形態では、Ｄ／Ａコンバータ１４は、図３に示されるように、任意の波形発生器５０を備えてもよい。任意の波形発生器５０（ＣｏｍｐｕＧｅｎ，  Ｌｏｃｋｐｏｒｔ，  Ｉｌｌ．）は、非周期的または周期的アナログ波形５２をその出力として提供し、トリガイベントが生じる毎に、事前にプログラムされた波形を発生させる。事前にプログラムされた波形は、任意の波形発生器のオンボードメモリ内に記憶される。任意の波形５２は、任意の波形発生器のメモリ内の掃引レーザ源から放出された光の特性評価データ２６に基づいて、波形のデジタル表現を生成することによって発生させられる。デジタル表現パターンは、任意の波形発生器５０内の高速デジタル／アナログコンバータおよび条件付け増幅器（バッファおよび減衰器）を使用して、アナログ信号に変換される。外部クロック信号３４は、開始較正ステップの間、掃引源の特性評価データから導出され、次いで、レーザが掃引しているときに生じる、後続光学トリガ５４信号毎に、任意の波形発生器によって繰り返し出力される。代替として、特性評価データ２６からの外部クロック信号３４はまた、コンピュータソフトウェア５８によってプログラムされたあるスケジュールに従って、周期的に完了されることができ、または源変換（例えば、温度）のパラメータ（または、パラメータの組み合わせ）等のあるイベントに応答して行われてもよい。掃引レーザ源データ２６の特性評価による均一周波数サンプルクロックは、直接、波数（ｋ）空間内において、ＯＣＴ干渉計４０データを取得（アナログ／デジタル変換）することを可能にする。
【００２８】
図１に示されるように、掃引レーザ源データ２６の特性評価は、掃引レーザ源の工場較正２８、レーザ源のレーザ特性３４の取得、または掃引レーザ源のパラメータモデルの取得を含んでもよい。掃引レーザ源の工場較正２８は、掃引レーザ源の製造業者から得られてもよい。レーザ源のレーザ特性３４の取得は、温度、光学素子の位置、勾配等の掃引レーザ源に関する光学および環境データを得るためのリアルタイム外部センサを備える。特性評価データ２６は、クロック信号を発生させるための係数、ルックアップテーブル、またはパラメータモデルの形態における掃引レーザ源に関する事前知識を含んでもよい。ルックアップテーブル（ＬＵＴ）は、ランタイム計算をより単純なアレイインデックス化動作と置換するために使用されるデータ構造（通常、アレイまたは連想アレイ）である。速度利得は、メモリからの値の読み出しが、多くの場合、高価な計算を受けることより高速であるため、または、インデックス値の範囲毎に出力値を与えることによって、有意となり得る。レーザ源のパラメータモデルは、掃引レーザ源特性評価データを生成するために依拠されることができる。掃引レーザ源特性評価データは、掃引レーザ源の１つ以上の特性のパラメータモデルおよびリアルタイム測定から得られてもよい。パラメータモデルは、一式の関連数学方程式であり、一式の関連数学方程式において、代替シナリオが、一式の固定係数（すなわち、パラメータ）の仮定値を変更することによって定義される。パラメータモデルは、モデルパラメータ間の関数関係によって規定され、パラメータのうちのいくつかは、リアルタイムで測定されることができ、他のパラメータは、固定値または工場値である。モデルパラメータをパラメータモデルに入力することによって、掃引レーザ源特性評価データが、生成されてもよい。パラメータモデルは、図３に示されるように、ホストＰＣ５８内のソフトウェアプログラムを用いて提供され、デジタル表現、次いで、アナログ表現を生成することができる。アナログ表現は、前述のように、Ｄ／Ａコンバータまたは波形発生器を要求する。そのような特性評価データ２６は全て、任意の波形発生器に出力され、デジタイザのための均一周波数サンプルクロック信号を与える。
【００２９】
（経路２：Ａ／ＤおよびＤ／Ａコンバータと結合される補助波長計）
一実施形態では、均一周波数サンプルクロック１０は、図４Ａに示されるように、掃引源１２を補助波長計１６およびＡ／Ｄコンバータまたはデジタイザ１８に結合することを含む経路２を含む。Ａ／Ｄコンバータ１８は、連続アナログ信号を離散デジタル番号に変換する電子内部回路である。任意の波形発生器１４としても別様に知られる、Ｄ／Ａコンバータが、次いで、使用され、デジタル的に処理された均一周波数サンプルクロック信号３０をデジタイザ３２の外部クロック信号３４入力に出力する。均一周波数サンプルクロック信号３０は、レーザが掃引し、光学トリガが発生させられと生じる後続光学トリガ５４毎に、繰り返し出力される。光学トリガ５４は、前述の方法のいずれかによって発生させられてもよい。
【００３０】
経路２の一実施形態の場合、掃引源１２から放出された光の一部は、光を補助波長計１６および光学トリガ発生器６０に分割する５０／５０結合器６６または任意の分割結合器を介して、補助波長計１６および光学トリガ発生器６０に結合される。補助波長計１６は、限定ではないが、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ、またはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計を含む、任意のタイプの波長計であってもよい。Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計は、ＯＣＴ干渉計４０が位相敏感である場合、好ましい。ＯＣＴ干渉計４０システムが、位相敏感ではない場合、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計、またはエタロンが、補助波長計１６として使用されてもよい。図４Ｂに示されるように、経路２の一実施形態では、光学トリガ発生器６０は、トランジスタ−トランジスタ論理（「ＴＴＬ」）に基づいて、電子トリガ信号５４を発生させるための受光器６２およびインバータ６４を含む。ＴＴＬデジタル回路は、バイポーラ接合トランジスタおよび抵抗器から構築され、論理ゲーティング関数（例えば、ＡＮＤ、反転等）および増幅関数の両方は、トランジスタによって行われる。光学トリガ発生器６０は、掃引源レーザ１２光が放出されているときに従って、電子トリガ信号５４を発生させる。トリガ信号５４は、レーザがその光放出の掃引を開始するとき、デジタイザ３２および任意の波形発生器１４電子機器を同期させるために使用される。経路２の別の実施形態では、光学トリガ発生器６０は、光ベースであり得る、同調要素を駆動させる変換器または同調要素（例えば、エンコーダまたは干渉信号）を読み取るいくつかの変換器のいずれかである、掃引レーザ源内の同調要素に由来し得る。代替として、光学トリガ発生器６０は、掃引レーザ源から放出された光をサンプリングすることによって得られてもよく、サンプリング要素は、前述のように、光学周波数選択的要素の１つ以上の組み合わせであることができる。これらのアプローチの組み合わせは、光学トリガ発生器６０のために採用されることができる。
【００３１】
図４Ｃに示されるように、一実施形態では、補助波長計１６は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計であり、結合器６６からの入力は、５０／５０結合器７０に及び、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒを２つの出力経路に分離する。結合器６６からの第１の出力経路は、可変遅延線ＶＤＬ７２に及び、結合器６６からの第２の出力経路は、偏光コントローラ７４に及ぶ。可変遅延ライン７２システムは、入力ファイバ、平行移動段上の再帰反射ミラー、および出力ファイバから成る。手動ダイヤルまたは電気モータは、使用される掃引レーザ源の種々の係数に従って選択されるように、光学経路の中に挿入される可変長または遅延を制御する。経路長遅延は、クロック周波数を決定する。偏光コントローラ７４およびＶＤＬ７２は両方とも、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計の別個の経路をデュアル平衡受光器７８に再結合する５０／５０結合器７６に及ぶ。
【００３２】
経路２の一実施形態では、均一周波数サンプルクロック１０は、図５に示されるように、高速デジタイザカード３２にリンクされる外部サンプルクロック信号３４を発生させる。高速デジタイザカード３２は、ＯＣＴ干渉計４０の出力、補助波長計１６の出力、トリガ発生器６０からのトリガ信号５４、および任意の波形発生器５０に結合される。高速ＰＣＩデジタイザカード３２は、ＰＣＩバスのためのデュアルチャネル高分解能１６ビット１２５ＭＳ／ｓ波形であることができる。外部サンプルクロック信号３４は、開始較正ステップの間、補助光学波長計受光器７８から導出され、次いで、レーザが掃引しているときに生じる後続光学トリガ信号５４毎に、任意の波形発生器５０によって繰り返し出力される。経路２の外部クロッキングシステムは、波長計発生クロック信号が、任意の波形発生器１４によって出力される前に、ソフトウェア内でフィルタリングおよび処理されることを可能にする。したがって、補助波長計１６から導出される外部クロックは、任意の波形発生器５０（Ｇａｇｅ  ＣｏｍｐｕＧｅｎ）によって再発生させられ、直接、波数（ｋ）空間内でデータを取得することを可能にする。
【００３３】
経路２の別の実施形態では、補助干渉計１６は、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計である。図６Ａは、結合器から接続される光ファイバクラッディングと同一のＯＤの内径を有するフェルール８２から作製される伝送モードＦａｂｒｙ  Ｐｅｒｏｔ干渉計８０を示す。伝送モードフェルール８２は、第１のインターフェース８６および第２のインターフェース８８を伴う、シングルモード（ＳＭ）光ファイバ８４を含み、各インターフェースは、金属または誘電材料でコーティングされ、所望の反射率を達成する。各インターフェースにおける最適反射率は、ファイバＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計の当技術分野において公知のように、干渉縞可視性（すなわち、検出経路への各インターフェースから反射された整合強度）を最大限にするように選定される。反射率は、組立の間、ＳＭファイバ８４の中間ファイバ区画９０を各端部上において慎重に堆積された金属または誘電表面でコーティングすることによって制御されることができる。例えば、伝送モードにおける第１のインターフェースの最適反射率（Ｒ１）を計算するために、以下の二次方程式が、２つの干渉ビームが同一の強度（および、最大可視性）を有するように解法される。すなわち、Ｒ１＝（１−Ｒ１）２であり、Ｒ１＝３８．１％として解法される。二次およびより高次の反射は、縞信号中にはるかに減少した強度を伴って、高調波を生成し、これは、フィルタを用いて電子的に処理されることができる。安定した経路長差を維持するためのファイバＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計の熱膨張／収縮の温度の制御は、可変周波数波長計出力のための制御を提供する。
【００３４】
ファイバ区画９０の中間部分は、伝送モードフェルールの第１のインターフェースと第２のインターフェースとの間にある。中間ファイバ部分内の複屈折は、両反射が同一の偏光状態を有するように、最小限に保たれなければならない。光学経路長は、所望の干渉縞周波数に基づいて選定され、ほとんどのＯＣＴ掃引源の場合、４ｍｍ〜６ｍｍであり得る。複光路経路長は、単光路経路長とは対照的に、クロック周波数を決定する。経路長は、より長くあり得、例えば、いくつかの実装では、光学経路長は、１０ｍｍであり、異なる光学経路長５〜２０ｍｍに変動し得る。Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ内の経路長遅延は、他のクロッキング干渉計におけるように、クロック周波数を決定する。
【００３５】
掃引レーザ源からの光９２は、フェルール８２の入力ファイバ８４を通して入射する。一部の光は、部分的に、中間ファイバ区画９０内の第１のインターフェース８６で反射され、次いで、廃棄される。可能性として、源を保護するために、光学アイソレータを必要とする。残りの光は、中間ファイバ区画９０を通して伝送され、部分的に、第２のインターフェース８８で反射される。反射された部分は、第１のインターフェースに返送され、光は、再び、部分的に、反射される。伝送された光は、前述のように廃棄され、反射された部分は、中間ファイバ区画９０を通して第２の前方伝搬を行い、部分的に、第２のインターフェース８８において、出力または収集ファイバ９４に伝送される。この部分は、初期反射で第２のインターフェースから出力ファイバに伝送された部分に干渉する。したがって、経路長遅延は、光学周波数信号のサンプリングを設定する。２つの伝送された部分間の経路長遅延は、中間ファイバ区画の光学経路長の２倍である。そして、経路長遅延は、光学周波数信号のサンプリングを設定する。干渉縞の検出は、出力ファイバを用いた光の収集後に達成され、これは、取得後ステップにおいて、補助波長計１６信号として受光器および高速デジタイザに結合され、前述のように、直接、掃引源をクロッキングする、または波長計１６信号を再サンプリングする。
【００３６】
図６Ｂに示されるように、補助干渉計１６の別の実施形態では、反射モードＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計８０は、結合器から接続される光ファイバクラッディングと同一のＯＤの内径を有するフェルール８２を含む。反射モードフェルール８２は、偏光鈍感サーキュレータ（図示せず）と、第１のインターフェース８６および第２のインターフェース８８を伴うシングルモード光ファイバ８４とに結合され、各インターフェースが、それぞれ、前述のように、金属または誘電材料でコーティングされ、適切な反射率を達成する。ＳＭファイバ８４は、第１のインターフェース８６と第２のインターフェース８８との間にあるファイバ区画９０の端部部分を含む。光学経路長は、所望の干渉縞周波数に基づいて選定され、これは、ほとんどのＯＣＴ掃引源の場合、約２〜約１０００ｍｍであり得る。掃引レーザ源からの光９２は、偏光鈍感光サーキュレータのポート１に入射し、ポート２から外向きに送光される。ポート２を備えるファイバは、インライン遅延デバイスへの入力ファイバとなる。光９２は、部分的に、光ファイバ８４内の第１のインターフェース８６において反射される。次いで、伝送された部分は、第２のインターフェース８８へと前方に伝搬し、第２のインターフェース８８は、最大反射率を有する。第２のインターフェース８８から反射された光は、第１のインターフェース８６へと後方伝搬し、光は、第２の部分的に反射された光として、部分的に、再び、反射される。第２の部分的反射された光ビームから伝送された部分およびオリジナル入射ビームから反射された部分は、次いで、干渉し、サーキュレータ上のポート３上で収集され、次いで、受光器によって検出され、前述のように、補助波長計信号として高速デジタイザに結合される。
【００３７】
エタロンは、実質的にはＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔと異ならず、２つの用語は、当技術分野においてＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔエタロンと同じ意味で使用される。Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔエタロンは、ファイババージョンまたは自由空間バージョンであることができる。エタロンアプローチでは、入射光（自由空間）は、内部干渉が周期的に波長の伝送を可能にするように、高度制御および波長固有様式において多重内部反射される。本周期的伝送機能の周波数は、エタロンの厚さおよびレーザ掃引速度（ｃｍ−ｌ／ｓまたはＨｚ／ｓ）に依存する。負の環境影響は、光を共通経路に沿って伝搬させることによって低減され、ファセット反射率の慎重な制御によって提供される高精細度が、要求される。
【００３８】
別の実施形態では、経路２は、図７に示されるように、掃引レーザ源１２を補助波長計１６および掃引検出器６８に結合することを含む。掃引レーザ源１２が、その掃引を開始すると、掃引検出器６８は、レーザ掃引の強度プロファイルを収集し、これは、遅延発生器９８にフィードされる。遅延発生器９８は、レーザの強度プロファイルを方形波に成形することができるように内蔵されたコンパレータを有する。本方形波は、必要とされるものに応じて、長さ２０〜５０ｕＳに変動され得る。本２０〜５０ｕＳ波長は、レーザに依存し、異なるレーザ掃引速度およびデューティサイクルのために容易に修正されることができる。本成形された方形波は、次いで、スイッチ回路４６にフィードされる。
【００３９】
ＯＣＴ干渉計４０は、通常、補助波長計１６とともに生じるプロセスによってクロッキングされるデジタイザ３２にＯＣＴ縞信号データを送信するように動作する。補助波長計１６は、前述の波長計、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、インラインＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、および同等物のいずれかであることができる。補助波長計１６は、レーザが動作しているときの経路長不整合に基づいて、時間単位で非均一周波数を有する干渉パターンを生成する。本補助波長計１６信号は、平衡光検出器を使用して、電気信号に変換され、これは、次いで、バッファ４２および高域通過フィルタ４４を含む回路にパスされる。信号は、インピーダンス整合目的のためにバッファされ、次いで、信号は、カットオフ周波数より低い周波数成分を除去するために、高域通過フィルタ４４に指向される。フィルタリングされた信号は、次いで、電子スイッチ回路４６に指向される。電子回路スイッチは、デバイス間の端間回路を確立するために、需要に応じて、利用可能な限り、リンク間の接続を確立する。接続は、性質上、一時的、連続的、かつ排他的である。レーザパワーが、閾値レベル未満である、またはレーザ掃引の波長が、特定の範囲外にある（すなわち、偽条件）とき、区画からのトリガ信号は、０ボルトであり、条件が真であるときは、５Ｖである。スイッチ回路４６の出力は、０Ｖがスイッチ回路４６のトリガに信号伝達するとき、外部クロックとなる。本外部クロックは、レーザにいかようにも拘束されず、常時、起動している。スイッチ回路４６の出力は、トリガ電圧が５Ｖであるとき（条件が、真であるとき）、補助波長計１６からのフィルタリングされた信号となる。これは、いくつかのＡ／Ｄカードの条件を満たし、レーザがオンではない間でも、常時、入力上にクロックを有する。
【００４０】
スイッチ回路４６の出力にかかわらず、信号は、高域通過フィルタ４８を通して高域通過フィルタリングされる。高域通過フィルタ４８からの信号は、高速コンパレータ３８に結合される。コンパレータは、２つの電圧または電流を比較し、その出力を切り替え、どちらがより大きいかを示す、デバイスである。高速コンパレータ３８は、高域通過フィルタからの信号をデジタイザ３２外部クロック入力パラメータと適合可能な電圧レベルを有する方形波に変換する。高域通過フィルタ４８およびコンパレータ３８は、信号のクリーンアップに役立つ。信号は、次いで、デジタイザ３２Ａ／Ｄカード上の外部クロックにフィードされる。
【００４１】
（ＯＣＴ干渉計）
一実施形態では、図８に示されるように、ＯＣＴ干渉計４０は、２つの非往復式光学経路間の複素相互コヒーレンス関数（大きさおよび位相）を測定する、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ干渉計構成１００を備えることができ、一方の経路は、試験対象、すなわち、「サンプル」を包含し、他方は、基準経路である。代替として、ＯＣＴ干渉計は、往復構成（すなわち、同一のスプリッタ／結合器が、入力分割および出力再結合の両方のために使用される）において同一のコヒーレンス関数を測定するＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計構成を備えることができる。ＳＳ−ＯＣＴシステムおよびＯＣＴ干渉計のための計算は、概して、米国特許出願第１１／４４６，６８３号および仮出願第６０／９３２，５４６号によって、本発明者らによって記載および説明されており、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００４２】
ＯＣＴシステム１００は、カスケード式光ファイバ結合器を伴う掃引光源１２を有し、源光を３つの一次モジュール、すなわち、（１）一次ＯＣＴ干渉計、（２）補助波長計干渉計１６、および（３）光学トリガ発生器６０に細分する。一実施形態では、掃引光源１２は、１０ｍｍ超の瞬時コヒーレンス長、１１０ｎｍ波長走査範囲、および２０ｋＨｚの走査速度を伴う、高速走査レーザＨＳＬ−２０００（Ｓａｎｔｅｃ）である。線矢印は、概して、ＯＣＴシステム１００の要素に結合された光ファイバを指定する。
【００４３】
図８に示されるように、ＯＣＴ干渉計１００の一実施形態では、掃引光源１２の放射出力の９０％は、結合器１１０によって、一次ＯＣＴ干渉計に分割される。結合器１１０は、光を結合器１１２および結合器１１４に分割する。次いで、結合器１１２は、指向された光の９０％の光を、サンプル経路のために、３−ポート偏光鈍感光サーキュレータ１２０のポート１に分割し、光の１０％は、基準経路のために、３−ポート偏光鈍感光サーキュレータ１２２のポート１に指向される。サンプル経路のためのサーキュレータ１２０のポート２は、サンプル１２４に結合される。サンプル経路は、光ファイバ回転接合部（図示せず）を介して、プローブまたはカテーテル１２６に結合されることができる。サンプル経路のための回転カテーテル先端の例として、２００７年７月１２日に出願された米国仮出願第６０／９４９，５１１号に説明されるような生体内撮像のためのカテーテル、２００４年４月２３日に出願された特許協力条約出願第ＰＣＴ／ＵＳ０４／１２７７３号に説明されるようなタービンタイプカテーテル、あるいは米国特許出願第１１／５５１，６８４号に説明されるような回転光学カテーテル先端または米国特許出願第１１／５５１，６８４号に説明されるような回転カテーテルプローブが挙げられ、それぞれ、本明細書に教示される方法、装置およびシステムのために、参照することによって本明細書に組み込まれる。カテーテルは、対象内に位置し、対象組織から反射された光が光学測定値を取得し、医療診断を行い、処置を完了し、および同様のことを行うことを可能にすることができる。
【００４４】
図８を継続して参照すると、光サーキュレータ１２２のポート２は、基準経路のための偏光コントローラ１３０および可変遅延ライン（「ＶＤＬ」）１３２に結合される。ＶＤＬ１３２は、基準反射体１３４に及ぶ。可変遅延ライン１３２システムは、入力ファイバ、平行移動段上の再帰反射ミラー、および出力ファイバから成る。ダイヤルは、光学基準経路に挿入される可変長または遅延を制御する。典型的な長さ変動は、約６ｃｍである一方、典型的時間遅延は、約３００ピコ秒である。ＶＤＬ１３２は、ミクロンサイズ調節が最小インクリメントである、より大きい経路長調節を提供する。
【００４５】
基準経路の場合、光サーキュレータ１２２のポート３は、次いで、５０／５０結合器１１６に結合される一方、光サーキュレータ１２０のポート３は、サンプル経路のために結合器１１６に結合される。基準経路およびサンプル経路は、結合器１１２における分割から開始し、サーキュレータ１２２および１２０のポート１に入り、サーキュレータ１２２および１２０のポート２から出て、サーキュレータ１２２および１２０のポート２に戻り、サーキュレータ１２２および１２０のポート３から出て、結合器１１６におけるその結合で終了する光学経路全体を包含する。結合器１１６は、デュアル平衡受光器１４０への出力３および４を含む。受光器１４０は、光検出器要素によって吸収された光子によって発生させられる電流信号をデジタイザによって読み取られ得る電圧信号に変換する、ＩｎＧａＡｓ光ダイオードおよびトランスインピーダンス増幅器等の検出要素を備える。典型的には、ある程度の利得増幅が、本段または後続段においてにおいて与えられ、かついくつかは、関連電気信号帯域幅外の雑音を除去するためにフィルタリングされる。利得増幅およびフィルタリングされた電圧信号は、デジタル化される。ＯＣＴ干渉図［Ｓ（ｋ）］は、一次ＯＣＴ信号からの受光器１４０および補助波長計１６からの受光器に結合される高速ＰＣＩデジタイザ１４２ボード（ＡｌａｚａｒＴｅｃｈ  ＡＴＳ６６０，  Ｔｏｒｏｎｔｏ，  Ｃａｎａｄａ）を使用して、１６ビット分解能においてデジタル化される。波長計から導出され、任意の波形発生器（Ｇａｇｅ  ＣｏｍｐｕＧｅｎ）によって発生させられた外部クロックは、直接、波数（ｋ）空間内においてＯＣＴ信号データを取得することを可能にする。Ｓ（ｋ）は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、経路長（ｚ）ドメインに変換される。変換されたＯＣＴ  Ａ−走査［｜Ｓ（ｚ）｜］の大きさは、サンプル内の深度ｚにおける後方散乱の大きさを表す。デジタイザは、高速マルチコアプロセッサ、ＲＡＩＤストライプ化ディスクアレイ、および大容量ＲＡＭ空間を伴う、最新のワークステーションであるコンピュータプロセッサ１４４に結合される。代替として、コンピュータプロセッサ１４４は、２００７年１０月５日に出願された米国特許出願第１１／８６８，３３４号に説明され、参照することによって本明細書に組み込まれるような分散型取得および処理システムを含む。
【００４６】
（ＯＣＴ深度較正および自動化された範囲調節）
円形および円筒形ＯＣＴ走査デバイス、すなわち、前述の回転カテーテル走査デバイスが、固有の極座標系（例えば、長さおよび幅ではなく、半径および角度）内で物理的空間をサンプリングする。円形および円筒形ＯＣＴ走査デバイスは、円筒形状断面、例えば、気道および血管内腔を伴う生理学的構造を撮像するために適用される。しかしながら、画像のデジタル表現（すなわち、数値を表す画素のアレイ）は、本質的に長方形である。意図的または人工的に生成されたＯＣＴ画像特徴を検出および使用するための方法は、極（「レーダ状」）ＯＣＴ画像内の深度範囲を自動的に調節することを含む。
【００４７】
極ＯＣＴ画像は、閲覧者に表示する前に、その長方形表現から変換されなければならない。加えて、定量値（例えば、内腔直径、内腔面積、円周等）が、極画像上で測定されるべき場合、長方形から極への変換は、全次元（半径方向および角度）における画素間の相対的距離を保持しなければならない。概して、ＯＣＴ深度走査（長方形座標内のｙ軸）は、直接、半径にマップし、ＯＣＴ円周方向走査（長方形座標内のｘ軸）は、２＊Ｐｉラジアン（または、３６０°）の極角のあるインクリメントにマップする。
【００４８】
例えば、ｙ＝０（長方形画像の最上行）は、半径＝０（極座標画像の中心）にマップし、ｙ＝ｙｍａｘ（長方形画像の最下行）は、半径＝ｙｍａｘ（極座標画像の周縁）にマップする。同様に、ｘ＝０（長方形画像の左列）は、角度＝０°にマップし、ｘ＝ｘｍａｘ／２は、約１８０°にマップし、ｘ＝ｘｍａｘは、約３５９°の角度にマップする。
【００４９】
極画像内の正確な定量的次元測定の場合、半径＝０への画素のマッピングは、撮像プローブの回転軸の中心における実際の物理的空間を表すはずであり、そうでなければ、極画像は、半径方向に人工的に歪められる（拡大または縮小される）。しかしながら、任意のＯＣＴ画像では、ｙ＝０における画素は、必ずしも、本要件を充足せず、極表現へのマッピング前に、これが充足されるまで、ｙ次元においてシフトされなければならない。干渉計の基準アームに対する試料の経路長の異なる変位（制御されているかまたは制御されていないかのいずれか）は、ｙ次元内の画素をシフトさせるであろう。
【００５０】
制御不能変位は、円筒形（実際には、螺旋）走査光ファイバＯＣＴカテーテルを使用するときに生じ得る。例えば、カテーテルが、長手方向に押動または引動されると、光ファイバケーブルは、短縮または延長され得、したがって、経路長変位を被る。
【００５１】
本方法は、定常であるはずである（但し、制御不能変位によるものではない）画像特徴の検索に基づく、非制御変位効果の自動認識であり、かつ極表現が、次いで、正確な次元測定のために使用され得るようなＯＣＴ画像データの連続較正である。最後に、本方法は、表示に先立って、画像内の画像特徴の後続除去のために提供される。
【００５２】
本方法によって使用される画像特徴は、カテーテル自体内（撮像される対象または周囲環境内ではなく）で生成され、カテーテルの３６０°回転全体を通して、幾分、深度が安定し、強度が一貫して見えるはずである。これらは、光学構成要素間の界面における後方反射（「ゴースト線」または「エコーアーチファクト」として知られ、これらは、回転部分の光学軸に沿って生じ、したがって、カテーテルの１回転の過程にわたって、経路長変位差が生じないとき、極画像内では、均一円形に見える）、あるいは定常（非回転）カテーテルシース（断面外形が円形であり、また、回転部分と機械的に同心である場合）の境界から、またはその中からの反射が挙げられるが、それらに限定されない。
【００５３】
自動認識および較正方法におけるステップは、以下を含み得る。（１）ｘ−（すなわち、角度）次元に沿って、ＯＣＴ画像フレームを平均化すること。これは、選択的に、対象または周囲環境によって生成される他の画像特徴（単数または複数）に対して、ｙ−次元（すなわち、半径）において回転安定する特徴を選択的に向上させる。本方法の有効性は、使用される画像特徴（単数または複数）が周囲画素に対して高強度を有し、かつ対象／環境特徴（雑音）が、強円周方向対称性を有していない場合、改善される。（２）当技術分野において公知のピーク検索、相関、閾値化、または他のパターン認識アルゴリズムを使用して、特徴（単数または複数）を見つけること。本方法の有効性は、非制御経路長変位が生じ得る範囲が、先験的に既知であり、したがって、要求される検索空間を限定する場合、改善される。（３）ステップ２で見つかった特徴（単数または複数）のｙ−値（単数または複数）と、回転軸に対するその特徴（単数または複数）の実際の物理的場所（単数または複数）を表す、事前に較正されたｙ−値とを、またはスペクトルドメインＯＣＴを使用するとき、その特徴（単数または複数）の既知の「共役画像」または「エイリアス画像」の場所とを比較すること。（４）検索された特徴（単数または複数）と事前に較正された特徴（単数または複数）との間の差異だけ、ｙ−次元におけるＯＣＴ画像画素をシフトさせることによって較正すること。複数の特徴が、アルゴリズムの有効性を改善するために使用されることができる。ｙ−次元内の長方形画像をシフトさせた後、極画像座標にマップする。較正された極画像の中心まで測定された半径は、物理的空間内の回転軸まで測定された実際の半径を表す多くの場合、カテーテルによるいくつかの画像特徴は、対象／環境特徴の効果的かつ逸散のない表示のために望ましくない。例えば、カテーテル画像特徴は、対象／環境特徴に重複し得る。
【００５４】
画像特徴を除去する（または、目立たなくする）ステップは、（１）ｙ／半径方向および全列／角度における画像特徴（単数または複数）の範囲をクロップすることと、（２）全列／角度に対してクロップされた領域のすぐ内側および外側（上方および下方）の画素の平均値を計算することと、この平均化された行／円周をクロップされた場所内に挿入することとを含み得る。残念ながら、クロップ動作はまた、対象／環境特徴を除去し得、半径方向次元内の画像を歪曲させる。本歪曲は、測定ツールが、次いで、画素がクロップされた場所およびクロップされていない場所を考慮しなければならない（または、クロップされていない画像上で測定を行わければならない）ため、そのような画像上の正確な定量値の測定をより複雑にする。
【００５５】
（経路３：アナログプロセッサと結合される補助波長計）
均一周波数サンプルクロック１０の別の実施形態では、経路３は、図１に示されるように、アナログプロセッサと結合される補助波長計１６を備える。補助波長計１６は、前述の波長計、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、インラインＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、および同等物のいずれかであることができる。アナログプロセッサは、波長計が、デジタイザ外部クロック入力ポートの仕様を満たす、均一周波数サンプルクロック信号を得るように出力する、任意のプロセッサ（例えば、フィルタリング、パルス成形、整流、および／または切替プロセッサ等）であることができる。一実施形態では、アナログプロセッサは、図９に示されるように、高速デジタイザに結合され、クロック信号をサンプリングする回路２００である。レーザ掃引の間、本クロックは、時間的に非線形であるが、波数線形（周波数線形）である波長計クロックである。レーザ掃引が不在であるとき、本クロックは、ｋ−空間補助波長計クロックと事前位相ロックされたダミークロックと置換されることができる。したがって、高速デジタイザは、均一周波数サンプルクロックが、直接、ＯＣＴ信号をサンプリングするために使用されるモードで動作することを可能にされ、これは、異なるチャネル上で本均一周波数サンプルクロック信号を取得し、リアルタイム画像表示を減速させるデータを後処理する必要性を回避する。
【００５６】
外部サンプルクロック信号のためのサンプリング回路２００は、図９に示されるように、同調可能レーザ源の制限されたデューティサイクルの間、補助波長計１６に由来し、各デューティサイクルの非掃引区画の間、（位相および周波数において）事前ロックされた電圧制御発振器２７０（「ＶＣＯ」）に由来する。ＶＣＯは、電圧入力によって、発振周波数内で制御されるように設計された電子発振器である。発振の周波数は、印加されたＤＣ電圧によって変動される一方、変調信号もまた、ＶＣＯにフィードされ、周波数変調（ＦＭ）または位相変調（ＰＭ）を生じさせてもよい。デジタルパルス出力を伴うＶＣＯは、同様に、その繰り返し率（ＦＳＫ、ＰＳＫ）または変調されたパルス幅（ＰＷＭ）を有してもよい。位相ロックループ（ＰＬＬ）は、掃引サイクルが完了する前に、ＶＣＯ出力２７４と光学波長計出力とを同期させるために使用され、その時に、外部サンプルクロックは、光学波長計出力からＶＣＯの出力（ダミークロック）に切り替えられる。ＰＬＬは、「基準」信号の位相と固定関係を有する信号を発生させる制御システムである。ＰＬＬは、入力信号の周波数および位相の両方に応答し、制御される発振器の周波数が周波数および位相の両方において基準と一致するまで、制御される発振器の周波数を自動的に増減させる。レーザ掃引が、再び開始すると、ロックは、再得され、出力は、再び、ｋ−空間補助波長計出力に切り替えられる。
【００５７】
サンプリング回路は、容認可能ジッタ仕様を伴う連続サンプルクロックをデジタイザの外部サンプルクロック入力ポートに提供する。ＰＬＬによる位相および周波数におけるダミーおよび波長計クロックのロックは、スプリアスがないクロック源と、デジタイザクロック制御回路内に誤差を誘発し得る瞬時位相変化および周波数変化との間のハンドオフを可能にする。
【００５８】
一実施形態では、掃引源ＯＣＴデータの直接外部サンプリングのためのサンプリング回路２００は、クロック条件付けブロック２３０と、位相コンパレータ２４０と、利得フィルタリングブロック２４４と、電圧制御発振器２７０と、サンプルアンドホールドブロック２６０と、アナログスイッチ２５０と、デジタルスイッチ２９０と、タイミング制御ブロック２８０と、後置フィルタリング／デグリッチブロック２９４とを備える。
【００５９】
図９に示されるように、クロック条件付けブロック２３０は、補助波長計１６から入力を受信する。クロック条件付けブロック２３０は、補助波長計光検出器内で発生させられる正弦波アナログ電圧を採取し、かつクロック条件付けブロック２３０は、帯域通過フィルタを使用して、望ましくない雑音およびＤＣ成分をフィルタリングする。クロック条件付けブロック２３０は、入力電圧信号および出力２３２および２３４と同一の周波数において、位相コンパレータ２４０および主デジタルスイッチにデジタルパルス列（約０〜５Ｖ）を発生させる。
【００６０】
位相コンパレータ２４０は、その入力、条件付けられたｋ−空間クロック２３０、およびＶＣＯ出力２７２上の信号間の位相（したがって、周波数）の差異に比例するアナログ電圧を出力する。位相コンパレータ２４０は、チャージポンプ位相コンパレータ、アナログ乗算器、排他的ＮＯＲ論理ゲート、すなわち、「ＸＯＲゲート」等の種々の方法を使用して具現化されることができる。位相コンパレータ２４０は、利得フィルタリングブロック２４４に出力する。利得フィルタリングブロック２４４は、位相コンパレータ２４０からのアナログ出力電圧を平均化し、ＰＬＬ特性を「同調」させるために使用される。利得フィルタリングブロック２４４からの条件付けられた電圧出力は、ＶＣＯ２７０を制御する。
【００６１】
電圧制御発振器２７０は、アナログスイッチ２５０からの入力２５２電圧に比例する周波数を伴うデジタルパルス列を出力する。パルス列は、位相コンパレータ２４０の入力２７２に負フィードバックされる。本閉ループフィードバックまたは位相ロックループ（ＰＬＬ）は、条件付けられたｋ−空間クロック２３０と同相でＶＣＯ７０を発振させる。位相ロックループは、掃引サイクルが完了する前に、ＶＣＯ出力２７４と光学波長計出力１６とを同期させ、その時点で、外部サンプルクロック２９８は、光学波長計出力１６からＶＣＯ、ダミークロックの出力２７４に切り替えられる。レーザが、再び、掃引を開始すると、ロックは、再得され、出力は、再び、ｋ−空間補助波長計出力１６に切り替えられる。
【００６２】
サンプルアンドホールド回路２６０は、ｋ−空間補助波長計クロック２３０の損失直前に、利得フィルタリングブロック２４４の出力２４６電圧をサンプリングおよび保持する。次いで、サンプルアンドホールド回路２６０は、ＶＣＯ２７０の入力２５２に適用されるアナログスイッチ２５０を使用する。これは、ｋ−空間補助波長計の損失前に動作していたため、同一の位相および周波数を伴うＶＣＯ２７０出力２７２、２７４を維持する。サンプルアンドホールド動作は、タイミング制御ブロック２８０内の信号２８２から制御される。
【００６３】
アナログスイッチ２５０は、２つのアナログ源、すなわち、（１）ダミークロック動作の間のサンプルアンドホールドブロック２６０と、（２）波長計動作の間の利得フィルタリングブロック２４４との間でＶＣＯ２７０への入力５２を変化させる。アナログスイッチ２５０は、タイミング制御ブロック内の信号２８４から制御される。デジタルスイッチ２９０は、デジタル的に条件付けられた補助波長計クロック２３０出力２３２とＶＣＯ２７０出力２７４クロック（掃引が存在しないとき）との間でクロッキング回路全体の出力を変化させる。デジタルスイッチは、タイミング制御ブロック２８０からの信号出力２８６から制御される。
【００６４】
タイミング制御ブロック２８０は、掃引レーザ源または他の閾値検出器からのトリガ入力信号に基づいて、アナログ切替２８４、デジタル切替２８６、およびサンプルアンドホールド動作２８２を編成する。後置フィルタリング／デグリッチブロック２９４は、切替によって生じる任意のスプリアスグリッチを除去し、強い全範囲デジタル信号２９６がデジタイザ外部サンプルクロック入力のために利用可能であることを保証する。
【００６５】
（経路４：アナログプロセッサおよびＤ／Ａコンバータと結合される補助波長計）
均一周波数サンプルクロック１０の別の実施形態では、経路４は、図１に示されるように、アナログプロセッサ２０、ＡＩＤデジタイザ１８、およびＤ／Ａコンバータ１４と結合される、補助波長計１６を備える。代替として、ソフトウェア処理ステップは、Ｄ／Ａコンバータ後またはＡ／ＤデジタイザとＤ／Ａコンバータとの間に含まれてもよい。補助波長計１６は、前述の波長計、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、インラインＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、および同等物のいずれかであることができる。アナログプロセッサ２０は、波長計１６が、デジタイザ外部クロック入力ポートの仕様を満たす均一周波数サンプルクロック信号を得るように出力する、任意のプロセッサ（例えば、フィルタリング、パルス成形、整流、および／または切替プロセッサ等）であることができる。一実施形態では、アナログプロセッサ２０は、図９に示されるように、高速デジタイザに結合され、クロック信号をサンプリングする回路２００である。レーザ掃引の間、本クロックは、時間的に非線形であるが、波数線形（周波数線形）である波長計クロックである。レーザ掃引が不在であるとき、本クロックは、ｋ−空間補助波長計クロックと事前に位相ロックされたダミークロックと置換されることができる。したがって、高速デジタイザは、均一周波数サンプルクロックが、直接、ＯＣＴデータ信号をサンプリングするために使用されるモードで動作することを可能にされ、これは、異なるチャネル上で本均一周波数サンプルクロック信号を取得し、リアルタイム画像表示を減速させるデータを後処理する必要性を回避する。
【００６６】
アナログプロセッサ２０は、ＡＩＤコンバータ１８に出力し、次いで、Ｄ／Ａコンバータに出力する。代替として、ソフトウェア処理は、Ｄ／Ａコンバータ後に含まれ、デジタル化された信号は、Ｄ／Ａコンバータへの入力であるソフトウェアクロック信号に処理され、次いで、Ｄ／Ａコンバータ上の外部クロック入力に出力される。Ｄ／Ａコンバータ１４は、掃引源レーザ出力から導出された電気同期パルスによってトリガされる、レーザ掃引毎に発生させられた均一周波数サンプルクロック信号を出力する、任意の波形発生器である。外部クロック信号は、開始較正ステップの間、アナログプロセッサ２０から導出され、次いで、レーザが掃引するにつれて生じる後続光学トリガ信号毎に、任意の波形発生器１４によって繰り返し出力される。均一周波数サンプルクロック信号は、デジタイザに送信され、直接、波数（ｋ）空間内においてデータを取得することを可能にする。補助波長計から、Ｄ／Ａコンバータ、次いで、Ａ／Ｄコンバータ、そしてクロック信号を繰り返し発生させるステップには、Ａ／ＤステップとＤ／Ａステップとの間にソフトウェア処理ステップを挿入する選択肢も残る。
【００６７】
（経路５：掃引源に結合される補助波長計）
均一周波数サンプルクロック１０の別の実施形態では、経路５は、図１に示されるように、いかなる前処理も伴わずに、掃引源を補助波長計１６およびデジタイザ３２に結合することを含む。補助波長計１６は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、インラインＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、および同等物等の前述の波長計のいずれかであることができる。代替として、補助波長計１６は、採用されるＯＣＴシステムに応じて、Ｍａｃｈ−ＺｅｎｈｄｅｒまたはＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計であってもよい。補助波長計１６は、波数単位で均一に離間される周期的信号を出力する。補助波長計１６出力は、ＯＣＴ信号データが波数ドメイン［Ｓ（ｋ）］内で均一にデジタル化されるように、高速デジタイザのための外部クロックとして使用される。波数ドメイン内でＯＣＴ信号データを均一にデジタル化することは、経路長（ｚ）ドメインへの直接フーリエ変換と、時間集約的再マッピングを伴わないＯＣＴ画像の構築とを可能にする。本アプローチ後、同調可能レーザ源の非線形掃引特性は、効果的に除去され、ＯＣＴ画像は、リアルタイムで表示されることができる。
【００６８】
（経路６：掃引源に結合される補助波長計およびガスセル較正）
均一周波数サンプルクロックの別の実施形態では、経路６は、図１に示されるように、掃引源１２を均一周波数サンプルクロック発生器２２に結合すること含む。均一周波数サンプルクロック発生器２２は、図１０Ａに示されるように、光学波長計３００と、ガスセル較正３１０とを含む。５０／５０結合器３０２は、掃引源１２からの光を光学波長計３００およびガスセル較正３１０に分割する。光学波長計３００は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、インラインＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ、および同等物等の前述の波長計のいずれかであることができる。代替として、光学波長計３００は、採用されるＯＣＴシステムに応じて、Ｍａｃｈ−ＺｅｎｈｄｅｒまたはＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計であってもよい。光学波長計３００は、波数単位で均一に離間される周期的信号を出力する。光学波長計出力３０４は、ＯＣＴ信号データが波数ドメイン［Ｓ（ｋ）］内で均一にデジタル化されるように、高速デジタイザのための外部クロックとして使用される。波数ドメイン内でＯＣＴ信号データを均一にデジタル化することは、経路長（ｚ）ドメインへの直接フーリエ変換と、時間集約的再マッピングを伴わないＯＣＴ画像の構築とを可能にする。本アプローチ後、同調可能レーザ源の非線形掃引特性は、効果的に除去され、ＯＣＴ画像は、リアルタイムで表示されることができる。
【００６９】
一実施形態では、光学波長計３００は、図１０Ｂに示されるように、２つのインライン部分的反射表面３０６および３０８によって発生させられる経路長差を伴う、ファイバベースのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計である。部分的反射体３０６と３０８との間の光の単経路３１６および光の３重経路３１８は、干渉し、波数（ｋ）単位で均一に離間された周期的信号を生成する。経路長差は、波数（ｋ）空間内に、最長検出可能経路長差のナイキストサンプリングに対応する縞出力を生成するように選択される。最長検出可能経路長は、種々の因子の関数であることができ、常時、レーザ源のコヒーレンス長によって制限される。心血管用途では、約１０ｍｍのかなり長い検出可能経路長が、適用され得る。掃引レーザ源を用いると、経路長は、数メートル（２０００ｍｍ）ほど長くなり得る。しかしながら、掃引は、非常に遅くなり得る（１０掃引／秒）。より長いコヒーレンス長（検出可能経路長）を伴う源は、２〜２０００ｍｍの範囲で、より早い掃引速度を有する。非常に長いコヒーレンス長を伴う源は、米国特許出願第１１／４４６，６８３号の「ＯＣＴ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  Ｒｅｓｏｌｖｅｄ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ」と題された特許出願に説明されるように、多重化原理を使用することができる。均一周波数サンプルクロッキング経路は、多重化されたＯＣＴにも同様に適用可能である。
【００７０】
部分的反射表面３０６および３０８は、機械的および熱的に隔離されたエンクロージャ内に封入され、位相安定性を保証する。５０／５０スプリッタ３１２および並列平衡検出器３１４は、図１０Ｂに示されるように、光学波長計３００内に組み込まれ、雑音を低減させ、ダイナミックレンジを改善する。表面間のより高次の経路によって発生させられる高調波は、レーザの有限瞬時コヒーレンス長源（１０ｍｍ）による、累積反射率損失およびロールオフによって効果的に抑制される。波長計３００の出力は、電気的に事前フィルタリングされ、高速デジタイザ／アナログ／デジタル（「Ａ／Ｄ」）コンバータのためのロバストな外部クロックに増幅される。
【００７１】
図１０Ｃに示されるように、較正ガスセル３１０は、結合器３０２から光源の５０％を受け取り、光の５０％は、５０／５０結合器３２０によって、平衡光検出器／増幅器３２２に分割される。一実施形態では、較正ガスセル３１０は、平衡検出方式のための１０ｍｍ経路長および１２５０〜１３５０ｎｍスペクトル範囲内の較正吸収特徴を伴う、フッ化水素（「ＨＦ」）ガスセル３２４（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ（Ｍｕｌｉｎｏ，  Ｏｒｅｇ．））を含む。代替として、他のガスセルが、掃引レーザ源に従って選択される周知の波長吸収帯および経路長を伴う、較正ガスセル３１０として使用されることができる。ＨＦガスセル３２４内の周知の吸収特徴帯は、ガスセル３２４を通して伝送された光に低減された検出強度をもたらし、したがって、それらのデジタル化されたサンプリング時間において、絶対レージング波長に関する測定基準を提供する。サンプル数またはサンプリング時間スケールは、したがって、吸収線の数に応じて、１つ以上のサンプルにおける絶対波長に変換されることができる。検出された波長計光電流信号３２８および検出されたガスセル光電流信号３２６は、デジタイザ内で結合され、サンプル数またはサンプリング時間と掃引全体を通したレーザ発振波長との間の関係を提供する。ガスセルから検出された光電流信号３２６は、ＯＣＴ信号データとともにデジタル化され、既知のＨＦ特徴と相関され、掃引源レーザの波数バイアス（ｋｏ）を決定する。波数バイアス（ｋｏ）の知識は、スペクトル掃引全体を通して各デジタル化されるサンプルの絶対波数の正確な決定を可能にし、レーザ源、波長計、およびサンプリング電子機器内の任意の波数オフセットおよび／または位相不安定性を効果的に除去する。
【００７２】
補助波長計に基づく、均一周波数サンプルクロック信号は、未知の絶対波数（ｋｏ）によってバイアスされる波数（ｋ）の均一間隔を表す。残念ながら、波数バイアス（ｋｏ）は、同調可能レーザ出力スペクトル内の固有の不安定性の結果、連続レーザ掃引間で変動し得るため、ｋｏは、高感度位相測定のために、レーザ掃引毎に測定されなければならない。ＮＩＳＴ−較正波数における分子吸収線を伴うガスは、不整合安定性を提供し、種々の高精度分光用途において、光学スペクトルを較正するために使用される。
【００７３】
（ガスセルトリガ）
図１１に示されるように、均一周波数サンプルクロックの別の実施形態では、発生器２２は、レーザ掃引源１２を単一チャネル検出器３３０およびガスセル３１０に結合することを含む。光学トリガ６０チャネルからのレーザ掃引源１２パワーは、結合器（図示せず）の使用で、ガスセルチャネル３３２および窓チャネル３３４に分割される。ガスセル３１０を通過する光の光電流は、より繰り返し可能かつ安定した光学トリガを提供する。強度閾値光学信号は、レーザの強度の変動に悩まされ得る一方、ガスセル内の吸収線は、変動せず、高安定波長基準を提供することができる。ガスセルチャネル３３２および窓チャネル３３４は、光を同時に伝搬させる。ガスセルチャネル３３２は、総トリガチャネル光学パワーの＞９０％を含んでもよい。結合器３４０は、光を基準チャネル３４２およびガスチャネル３４４に分割するために使用される。ガスチャネル３４４では、光は、ガスセル３１０を通過し、ガスセルパルス３５６は、平衡検出器３４６の入力のうちの１つに出力される一方、基準光は、直接、検出器３４６の第２の入力に出力される。ガスセル３１０吸収線に対応するパルスから成る、検出器３４６の出力電圧は、微分器３５０の入力として使用される。微分器３５０は、出力が入力の導関数である電子デバイスである。例えば、微分器は、高域通過フィルタであってもよい。平衡検出器３４６出力を微分することによって、吸収線の最大値は、ゼロ交差電圧と置換される。吸収ガスセル３１０線の中心波長に対応する立ち上がりエッジを伴う、トランジスタ−トランジスタ論理（ＴＴＬ）パルスを生成するために、遅延発生器３５２（ＤＧ１）は、微分器３５０の出力に結合される。パルスを発生させるために使用される電圧のレベルは、ＲＭＳ雑音レベルを数倍上回り（絶対値によって）、雑音フロアレベルを超え、雑音からのパルスの発生を回避するべきである。パルスの持続時間は、近隣ガスセルパルス間の距離の少なくとも数倍小さいべきである。窓パルスの持続時間は、近隣ガスセル吸収線パルス間の時間の少なくとも数倍小さいべきであり、誤トリガを防止すべきである（１つのＡ−走査の間、窓パルスは、常時、選択されたガスセルパルスのみと重複されるべきである）。
【００７４】
窓チャネル３３４は、トリガチャネルの総パワーの約１０％を含んでもよい。窓チャネル３３４内の光は、検出された電圧の形状がレーザ掃引の形状を繰り返すように、単一チャネル検出器３３０を用いて検出される。単一チャネル検出器３３０の出力は、窓パルス３５４を生成するために使用される遅延発生器３４８（ＤＧ２）に結合される。窓パルス３５４は、とりわけ、ガスセルパルス３５６のうちの１つを選択するために使用される。窓パルス３５４が開始する掃引の間の位置は、電圧レベルを用いて調節される。窓パルス３５４の開始位置および幅は、窓パルス３５４が、ガスセルパルス３５６のうちの１つを完全に網羅すべきであるように選定される。ガスセルパルス３５６は、波数ドメイン内で固定されるため、窓パルス３５４は、掃引毎に波数ドメインを発する。したがって、窓パルス３５４の幅は、窓パルス３５４が、掃引毎に、ガスセルパルス３５６を網羅するように、選択されるガスセルパルス３５６幅より数倍広くあるべきである。窓パルス３５４は、近隣ガスセルパルス３５６のいずれも被覆しない。
【００７５】
ＤＧ１  ３５２およびＤＧ２  ３４８からの出力は、論理要素ＡＮＤゲート３６０またはＮＡＮＤゲート３６２の入力として使用される。論理要素のための主条件は、両入力が高（論理１）であるときのその出力が、任意の他の可能性な入力論理状態と異なるべきであるということである。論理要素の出力は、具体的波長に固定される調整幅を伴う、単一ＴＴＬパルスであり、ＯＣＴ信号データの取得のためのガスセルトリガ３６４として直接使用されることができる。
【００７６】
ガスセルトリガ３６４は、基準波長と密接に接続され、基準波長の源は、ガスセル３１０である。ガスセル３１０は、前述のように、既知のガスを含む密封カプセルである。ガスの吸収線の中心波長は、分子エネルギーレベルに依存し、実質的に、温度等の外部条件に依存しない。掃引レーザ源が、１３１０ｎｍを中心とする場合、ガスセル３１０は、適切な対応する中心吸収線を有するはずである。選択された波長に固定されたトリガ３６４の必要性は、位相敏感ＯＣＴにとって、特に着目すべきことであり、位相は、以下のように決定される。
【００７７】
【化１】
2016504589.tif 000002
【００７８】
式中、ｎは、屈折率であり、Δｚは、ＯＣＴ干渉計のサンプルアームと基準アームとの間の経路長差であり、λは、光の波長である。したがって、Δｚ＝０．２ｍｍにおいてΔΦ＝０．１を有するために、波長の不確実性は、＜１０ｐｍであるべきである。掃引源の掃引毎の波長依存は、数桁大きい。経路６を使用すると、不確実性は、２０ｋＨｚ走査速度の掃引源の場合、＜２ｐｍである（掃引源走査繰り返し率の増加に伴って、トリガ位置の不確実性は、線形に増加する）。位相敏感ＯＣＴは、ＯＣＴ強度画像上に色分けされ得る、付加的コントラストを提供する。
【００７９】
ガスセルトリガは、任意のＯＣＴ撮像システムのために使用されてもよい。トリガの必要性は、レーザ源の安定性（不安定性）に依存する。源が、時間（すなわち、同調要素の駆動信号）単位で非常にスペクトル的に安定する場合、ガスセルトリガの必要性は、低い。概して、ガスセルは、非常に安定したトリガを提供することができる。ガスセルトリガ３５４が生成された後、トリガ３５４は、２つの信号に分割されてもよい。一方の信号は、図１２に示されるように、Ａ−走査の取得を開始するようにＡ／Ｄデジタイザカード（Ａｌａｚａｒ）をトリガするために使用され、他方の信号は、外部クロック回路３７０をトリガするために指向される。外部クロック回路３７０は、遅延発生器と、ｋ−空間／ダミークロック切替回路Ｄとを備える。遅延発生器は、先に来て、エッジ検出を使用して、微分回路（ガスセル回路３５４からのトリガ）が高になるときを感知する。エッジが検出された後、遅延発生器は、５Ｖ信号３７２を出力し、持続時間は、抵抗器−キャパシタ組み合わせを使用して、固定されてもよい。遅延発生器からの５Ｖパルスの持続時間は、Ｋ−空間クロックの十分に高い信号対雑音比を確実にするために選択される。一実施形態では、遅延発生器は、（２０〜５０）μｓのパルス持続時間を提供するようにプログラムされることができる。５Ｖ信号パルス３７２は、クロック回路３７０に進む。
【００８０】
クロック回路３７０は、バッファ増幅器と、高域通過フィルタと、ｋ−空間３７４とダミークロック３７６との間を切り替えることができる切替ネットワークと、別の高域通過フィルタと、ｋ−空間３７４の正弦波をＴＴＬ信号３７８に変換するコンパレータとから成る。結果として生じるクロックは、遅延発生器３８０からのパルス持続時間および他の期間内の一定持続時間の（２０−５０）の間、波数空間（ｋ）内に一定ステップを有する。ＯＣＴデータ信号は、外部クロック回路３７０によって提供される波数空間３７４内で均一に取得される。
【００８１】
図１２に示されるように、ガスセル回路３５４からのオリジナルパルスは、遅延発生器３８０から（２０−５０）μｓパルスを生成するために使用され、ｋ−空間３７４とダミークロック３７８との間の切替を発生させるために使用される。ＴＴＬパルス列３７８は、正弦波信号から生成され、デジタイザ（ＡＤＣボード）の外部クロック入力において、最終クロックとして使用される。
【００８２】
（共通経路ＯＣＴ干渉計）
一実施形態では、ＯＣＴ干渉計４０は、図１３に示されるような共通経路干渉計４００である。共通経路干渉計４００は、位相敏感フーリエドメインＯＣＴシステム４００（「ＰＳ−ＦＤ−ＯＣＴ」）システムを備え、基準およびサンプル光は、共通光学経路４１０内で伝搬する。共通光学経路４１０は、光ファイバ、自由空間、またはある他の材料内で伝搬することができる。共通経路内のいかなる環境的に誘導される摂動も、コモンモード除去を被り、位相−安定ＯＣＴ信号データが生じる。共通光学経路のいくつかの部分は、サンプル経路のいくつかの部分が基準経路と別々であるように、異なる必要がある。したがって、基準およびサンプルは、経路のいくつかの部分を共有するが、サンプル経路のいくつかの部分は、基準経路と別々である。
【００８３】
図１３に示されるように、共通経路ＯＣＴ干渉計の光学レイアウトは、光を３−ポート偏光鈍感光サーキュレータ４１４および３−ポート偏光鈍感光サーキュレータ４１６に分割する結合器４１２を採用する。サーキュレータ４１４は、ポート１上の源光入力と、ポート２上の共通基準およびサンプル経路と、ポート３上の平衡受光器４２０への出力とを含む。光は、サーキュレータ４１６に分割（３０％）され、入力チャネルから可変反射体４２２へ進み、雑音を低減させ、受光器４２０の平衡チャネル４２６のための検出器ダイナミックレンジを改善する。平衡チャネル内の可変反射体４２２は、平衡検出器４２０の２つの光ダイオード上における等しいパワーレベルおよびスペクトル形状を保証する。共通経路ファイバの遠位端は、集束屈折率勾配４２４（ＧＲＩＮ）レンズで終端される。ＧＲＩＮレンズ４２４は、＜−６５ｄＢ反射損失のために最適化され、スプリアス後方反射からの干渉を最小限にし、ＧＲＩＮレンズ４２４は、５ｍｍの作業距離および２０μｍの集束点サイズを含んでもよい。ウェッジ５０％ビームスプリッタは、基準反射を提供するようにビーム内で整合される。サンプルは、２つのモータ式線形平行移動段上に位置付けられ、３次元ＯＣＴボリュームスキャンを生成するためにラスタパターンにおいて作動させられる。代替として、サンプル経路は、平坦かつ較正された光学場を伴う走査システムに結合されることができる。そのような走査システムは、光学設計の当技術分野において公知であり、例えば、検流計、走査レンズ、およびフィールドフラットナーレンズを含むことができる。代替として、サンプル経路は、光ファイバ回転接合部を介して、プローブまたはカテーテルに結合されることができる。サンプル経路内のインビボ撮像のためのカテーテルの例として、２００７年７月１２日に出願された米国仮出願第６０／９４９，５１１号、２００４年４月２３日に出願された特許協力条約出願第ＰＣＴ／ＵＳ０４／１２７７３号に説明されるようなタービンタイプカテーテル、あるいは米国特許出願第１１／５５１，６８４号に説明されるような回転光学カテーテル先端または米国特許出願第１１／５５１，６８４号に説明されるような回転カテーテルプローブが挙げられ、それぞれ、本明細書に教示される方法、装置およびシステムのために、参照することによって本明細書に組み込まれる。カテーテルは、対象内に位置し、光が対象組織またはナノ粒子から反射し、光学測定、医療診断、治療、および同等物を得ることを可能にすることができる。
【００８４】
図１４に示されるように、共通経路ＯＣＴ干渉計４００は、ＦＭＤＬ同調可能レーザ源４３０に結合され、ＦＭＤＬ源４３０は、光学波長計３００および較正ガスセル３１０に結合される。ＯＣＴ干渉図［Ｓ（ｋ）］および較正ガスセル特徴は、高速ＰＣＩデジタイザ４３２ボード（ＡｌａｚａｒＴｅｃｈ  ＡＴＳ６６０，  Ｔｏｒｏｎｔｏ，  Ｃａｎａｄａ）の２つのチャネル上において、１６ビット分解能でデジタル化される。外部クロックは、波長計３００出力から導出され、直接、波数（ｋ）空間内におけるデータを取得することを可能にする。Ｓ（ｋｏ）は、ガスセル３１０吸収特徴によって決定されるようないかなるバイアスも除去するようにシフトされ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、経路長（ｚ）ドメインに変換される。変換されたＯＣＴＡ−走査［Ｓ（ｚ）］は、サンプル内の深度ｚにおいて後方散乱された大きさおよび位相を表す、複素信号｛｜Ｓ（ｚ）｜，ａｒｇ［Ｓ（ｚ）］｝である。デジタイザ４３２は、高速マルチコアプロセッサ、ＲＡＩＤストライプドディスクアレイ、および大容量ＲＡＭ空間を伴う、最新のワークステーションであるホストＰＣ４３４に結合される。Ａ−走査を表す複素信号は、サンプルの屈折率プロファイル（ｎ（ｚ））を推定するための逆問題を解法するためのアルゴリズムへの入力として使用されてもよい。
【００８５】
図１５は、前述の経路を使用する、均一時間サンプリングおよび均一周波数サンプルクロッキングアプローチ１０の両方を用いて生成された軸方向点拡がり関数およびＯＣＴ画像を比較する。グラフは、内部クロッキング／再マッピング方式４４０および新規外部クロッキング方式４４２のためのＯＣＴ点拡がり関数対深度を示す。外部クロッキング関数のより高い高さおよびより狭い幅は、特に、より大きい深度（２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ）において、より大きい信号対雑音比（「ＳＮＲ」）、改良された軸方向分解能、および抑制されたアーチファクトをもたらす。加えて、外部クロッキング方式は、あまり計算および帯域幅集約的ではない。
【００８６】
（複数の均一周波数クロック信号）
取得チャネル毎に、１つのクロック信号が、所与の時間においてアクティブになってもよく、これは、任意の特定の組み合わせまたは順序において、異なるクロック信号間で切り替えられ得る。代替として、単なる１つのクロック信号以上のものを表す同期信号を生成するように、２つ以上の均一周波数クロック信号が、２つのクロック信号を結合／改変する回路を通して、ＡＤＣチャネルに同期的に結合されてもよい。図１８に示されるように、種々の経路からの複数のクロック信号が、デマルチプレクサ６００に入力され、デマルチプレクサは、入力信号のうちの１つを選択する、入力（可能性として、デジタル）を有する。デマルチプレクサは、波長計から導出されたリアルタイムクロック信号のために適用可能であり、バックアップクロック信号は、リアルタイム回路が故障する場合、または何らかの理由で断続する場合に備えて提供される。
【００８７】
（位相敏感ＯＣＴシステム）
図１６に示されるように、代替位相敏感ＯＣＴ（ＰＳ−ＯＣＴ）システム５００は、信号干渉計５１０と、基準干渉計５２０と、クロッキング干渉計５３０と、スペクトル固定トリガ５４０とを備える。掃引源レーザ５０２は、８０／２０スプリッタ５０４に結合される。スプリッタ５０４は、スプリッタ５０６（９５％透過、５％反射）およびスプリッタ５０８に結合される。
【００８８】
掃引レーザ源５０２（Ｓａｎｔｅｃ（Ｈａｃｋｅｎｓａｃｋ，  Ｎ．Ｊ．））から放出された光（λ＝１３１０ｎｍ、Δλ＝１００ｎｍ、２０ＫＨｚ走査速度）は、４つの光学サブシステム、すなわち、信号−干渉計５１０、基準−干渉計５２０、クロッキング−干渉計５３０、およびスペクトル固定トリガ５４０に入力される。試験用サンプル５１２は、信号干渉計５１０内に位置付けられる。干渉縞（Ｆｓ（ν））は、スプリッタ５１４およびサンプル５１２から反射された光間に形成され、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ５５０（ＡＤＣ）のチャネルＡ５５２に指向される。基準干渉計５２０内の干渉縞（τｒ（ν））は、スプリッタ５２４および高反射ミラー５２２から反射された光間に（τｓ（ν））と相似して形成され、ＡＤＣ５５０のチャネルＢ５５４に指向される。クロッキング干渉計５３０内の干渉縞（τｃｌ（ν））は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒクロッキング干渉計５３０の第１のアーム５３２および第２のアーム５３４を通して進む光間に形成され、類似帯域通過５３６後、ＡＤＣ５５０のためのリアルタイム外部クロック５３８源としての役割を果たす。外部クロック５３８の周波数は、５３２と５３４との間の光学経路差に依存し、可変遅延ライン（「ＤＬ」）５４２を用いて変動される。狭帯域ＴＴＬ状パルスのシーケンスは、光がスペクトル固定トリガサブシステム５４０内のガスセル５４４（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（Ｍｕｌｉｎｏ，  Ｏｒｅｇ．））から出力された後、形成される。その唯一のパルスが、単一チャネル検出器（「ＳＣＤ」）５４６から生成された時間窓を使用して、選択され、レーザ掃引強度プロファイルから生成されたＴＴＬパルスを使用して、ＡＮＤゲートにおいて、ＡＤＣ５５０のためのスペクトル固定トリガとしての役割を果たす。
【００８９】
位相敏感ＯＣＴ器具の正確度および感度は、一般に、原子間力顕微鏡の分解能を較正するために使用される、一式の標準化された金属フィルムを使用して測定されることができる。位相敏感フーリエドメインＯＣＴ器具の感度は、反射表面を０．５ｎｍ分解能を伴う圧電ステッパ（ＰｏｌｙＴｅｃｈ  ＰＩ（Ａｕｂｕｒｎ，  Ｍａｓｓ．））上に配置することによって測定される。圧電ステッパからの光反射を整合した後、１００のＡ−走査が、位置毎に記録され、ステッパは、１０ｎｍインクリメントされる。このように行うことによって、位相敏感フーリエドメインＯＣＴ器具の正確度および感度は、較正されることができる。フィールドフラットナーを組み込む、光学走査システムは、波の一部（例えば、１／１０波）に対して平坦である光学場を提供することができる。較正手技は、場にわたって走査するときに生じる残留位相変動を補正するために採用されてもよい。反射表面として精密基準光学平面を使用する較正手技が、走査光学による場曲率にわたる位相変動を補正するために採用されてもよい。
【００９０】
ＰＶＤＦコポリマーピエゾフィルムの歪み定数は、ｄ３３＝−３８＊１０−１２ｍ／Ｖ（Ｉｍａｇｅｓ  ＳＩ  Ｉｎｃ（Ｓｔａｔｅｎ  Ｉｓｌａｎｄ，  Ｎ．Ｙ．）である。ピエゾフィルムに対して、１０Ｖ振幅正弦波電圧が、Ａｇｉｌｅｎｔ関数発生器を使用して印加され、これは、電圧の２０Ｖピーク間変化に対応する。ピエゾフィルムの厚さの結果として生じる変化は、ｄ３３＊２０Ｖ＝０．７６ｎｍに等しい。電圧周波数は、５００Ｈｚ（図１７Ａ）、１０００Ｈｚ（図１７Ｂ）、および２０００Ｈｚ（図１７Ｃ）であった。
【００９１】
ピエゾフィルムに対する位相測定値対時間は、３つの異なる周波数５００Ｈｚ（１７Ａ）、１０００Ｈｚ（１７Ｂ）、２０００Ｈｚ（１７Ｃ）を用いて印加された１０Ｖ正弦波電圧によって誘発された。測定された位相（右のＹ−スケール）は、ピエゾフィルムの厚さ変化によるものである。ピエゾフィルムの厚さ（左のＹ−スケール）は、Ｔ＝Φ＊λ／（４＊π）として、位相測定値から計算されることができ、式中、πは、測定された位相（ｒａｄ）であり、λは、掃引源レーザの中心波長（ｎｍ）である。
【００９２】
（Ｋ−空間クロック分散補正）
基準経路とサンプル経路との間の分散の差異は、ＯＣＴシステムにおける共通問題である。基準経路とサンプル経路との間の分散の差異は、点拡がり関数の劣化を生じさせ、画質を低減させ得る。数学的に、点拡がり関数Ｓ（ｘ）は、方程式（１）によって表される。
【００９３】
【数１】
2016504589.tif 000003
【００９４】
式中、Ｓ（ｘ）は、１つの鮮明な境界からの掃引源ＯＣＴシステムの点拡がり関数であり、Ｆ（ｋ（ｔ））は、掃引源レーザのパワースペクトルであり、Ｒｅ（ｅｉΔΦ（ｋ（ｔ））））＝Ｄは、ＯＣＴ干渉計のアーム内の分散不整合成分であり、ｄｋ／ｄｔ＝Ｃは、ｋ−空間内の非均一クロッキングによる成分であり、ｋは、波数であり、ｔは、時間であり、ｃ．ｃ．は、複素共役である。分散Ｄは、改変され得、したがって、Ｄ＊Ｃ＝１である。
【００９５】
点拡がり関数の劣化に対処する方法の１つは、分散を考慮し、複素再サンプリングアルゴリズムをアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）から取得された未加工データに適用することである。別の方法として、ハードウェア分散整合を用いたサンプル経路とｋ−空間クロック経路との分散整合が挙げられる。ｋ−空間クロック経路は、前述されている。ハードウェアベースのアプローチは、サンプル経路と基準経路との間の分散の差異を含むように、ｋ−空間クロックを分散補正することを含む。分散の差異が測定された後、これは、ｋ−空間クロックを修正するために使用される。ＯＣＴシステムが、任意の波形発生器によってクロッキングされている場合、非分散補正ｋ−空間クロック信号が、ＡＤＣによって取得され、非分散補正ｋ−空間クロック信号は、分散の差異を考慮するように修正され、次いで、この分散補正されたｋ−空間クロック信号は、ＡＤＣをクロッキングし、ＯＣＴデータを取得するために使用される。
【００９６】
代替として、本方法は、サンプル経路および基準経路内の分散不整合を考慮するようにｋ−空間クロック光学を修正することを含む。ｋ−空間クロック光学として、干渉に依拠する、いくつかの種類の干渉計が挙げられる。ｋ−空間クロック補正光学素子は、ガラス窓、光ファイバ要素、複数のプリズム、および／または複数の空隙を含み得る。ｋ−空間クロックの光学的特性を修正することによって、次いで、干渉計内の基準経路とサンプル経路との間の分散不整合の影響は、補正され得る。分散補正されたｋ−空間クロックの光学的特性は、ｋ−空間クロックが、非因果的再サンプリング技法を要求しないため、ＯＣＴシステムが、「リアルタイム」で、最小分散を伴ってクロッキングされることを可能にする。リアルタイム分散補正クロックはまた、任意の波形発生器経路と結合され得、その差異は、リアルタイム分散補正ｋ−空間クロックが、使用される前に、分散再サンプリングを要求しないことである。
【００９７】
分散特性Ｄは、通常、平滑かつ余弦変調された（Ｄ＝Ｃｏｓ［ΔΦ（ｋ（ｔ））］）対ｋであるが、Ｃ成分は、デジタル化されたサンプル（近隣ｋ数）毎に非平滑に変動し得る。
【００９８】
Ｃ成分は、Ａ−走査毎に変動し得る。任意の波形発生器５０（Ｇａｇｅ  ＣｏｍｐｕＧｅｎ）から、Ｃ成分は、Ａ−走査毎に変動しない。しかしながら、分散構成要素は、任意の波形発生器のいくつかの実施形態では、依然として、Ａ−走査毎に補正を必要とし得る。
【００９９】
点拡がり関数の劣化に対処する別のアプローチは、干渉計の基準アーム内の振幅光学フィルタΦ（ｋ（ｔ））の存在であり、これは、方程式（１）を以下に変換する。
【０１００】
【数２】
2016504589.tif 000004
【０１０１】
振幅光学フィルタΦ（ｋ（ｔ））は、非均一ｋ−空間クロッキングによる深度に伴う分解能の歪曲の補正を促進する（Ｄ＊Ｃ＊Φ＝１は、Ｄ＊Ｃ＝１より達成が容易であり得る）。ＯＣＴシステムの深度分解能は、パワースペクトルＦ（ｋ（ｔ））の帯域幅を効果的に増加させることによって改善されることができる。基準アーム内の一部のパワーは、中心ｋ−数を減衰させ、スペクトルのエッジにおけるｋ−数を修正しないことによって損失され得る。
【０１０２】
均一周波数サンプルクロッキング１０経路、システム、および方法は全て、掃引レーザ源の外部クロッキングを提供し、独立して、または組み合わせて、異なる経路を提供し、クロックを発生させ、クロックを処理し、波数ドメイン内で検出された光の均一サンプリングのために、クロックをデジタイザに伝送することができる。代替として、均一周波数サンプルクロッキング１０経路は全て、任意の特定の組み合わせまたは順序において、相互と組み合わせられてもよい。例えば、光の光学パラメータは、クロッキングシステムによって測定されることができ、光学パラメータは、モデルまたはルックアップテーブル内で使用され、掃引源ＯＣＴシステムのためのクロッキング波数を予測することができる。
【０１０３】
一実施形態では、ＯＣＴシステムのための均一周波数サンプルクロック経路は、サンプルの少なくとも一部を撮像する。一実施形態では、サンプルは、生物学的サンプルである。ＯＣＴ干渉計のサンプル経路は、光ファイバ回転接合部を介して、プローブまたはカテーテルに結合され、生物学的サンプルを撮像することができる。カテーテルは、対象内に位置し、光が対象組織またはナノ粒子から反射し、光学測定、医療診断、治療、および同等物を得ることを可能にすることができる。一実施形態では、均一周波数サンプルクロック経路は、米国特許出願第１１／５５０，７７１号におけるような血流を撮像するため、米国特許出願第１１／４４６，６８３号におけるような患者の脈管または内部管腔を撮像するため、および米国特許出願第１１／４４１，８２４号におけるようなナノ粒子標識細胞を撮像するためのＯＣＴシステムおよびカテーテルに結合される（それぞれ、本明細書に教示される方法、装置およびシステムのために、参照することによって本明細書に組み込まれる）。
【０１０４】
（撮像モード間の再構成）
２つの異なる撮像モード間で切り替えることができる、単一ＯＣＴシステムを有するための多数の異なるアプローチが存在する。一実施形態では、光源（例えば、掃引源レーザ）の掃引速度およびコヒーレンス長は、変更される。これは、瞬時波長選択に寄与する光学フィルタへの駆動波形（および、したがって、掃引速度）を変更することによって達成される。レーザの場合、典型的には、より遅い掃引速度は、本質的に、より狭い瞬時線幅およびレーザのコヒーレンス長の増加をもたらすであろう。概して、第１の撮像モードは、比較的に低いコヒーレンス長（＜１０ｍｍ）を伴う高掃引速度を使用する。そのような構成は、冠状動脈を撮像するために容認可能である。第２の撮像モードは、対応するより高いコヒーレンス長（＞１０ｍｍ）を伴うより低い掃引速度（＜５０ｋＨｚ）を使用する。そのような構成は、末梢脈管を撮像するためにより適切である。
【０１０５】
本発明はまた、ＯＣＴ切替を達成するために、総掃引範囲にわたる掃引帯域幅の再構成を検討する。代替として、より小さい帯域幅範囲にわたる掃引は、掃引速度（すなわち、ｎｍ／μｍ）を変更し、コヒーレンス長を改善するが、繰り返し率（ｋＨｚ）に影響を及ぼさない別の方法である。これはまた、フィルタおよび利得媒体のための駆動波形に対する変化とともに達成され得る。デューティサイクルもまた、撮像モードが切り替えられる場合に、再構成するための別のパラメータとなる。
【０１０６】
他の方法は、異なる帯域幅特性を伴って設計される、完全に異なるフィルタへの切替を含む。本切替は、ビーム操向、ＭＥＭＳ、および種々の光学切替／ルーティングアプローチを使用して行われることができる。光学信号を適切な受信器に曲折させ得るマイクロミラーのアレイを伴う、ＭＥＭＳアプローチ（例えば、米国特許第６，３９６，９７６号）が、本発明の方法と併用されてもよい。圧電セラミックを伴う圧電ビーム操向は、向上した光学切替特性を提供し、本発明の方法と併用されてもよい。インクジェット状の泡が生成されると、光が、一方から他方に曲折されるように２つの導波路の交差を伴うインクジェット方法（例えば、米国特許第６，２１２，３０８号）が、本発明の方法と併用されてもよい。切替をサポートするために、印加される電場に応じて、０°または９０°のいずれかに偏光を回転させる液晶（例えば、米国特許第４，９４８，２２９号）が、本発明の方法と併用されてもよい。干渉計の一方のレッグ内の屈折率を変動させ、信号をオンまたはオフに切り替える熱的方法（例えば、米国特許第５，０３７，１６９号）が、使用されてもよい。材料非線形特性を利用して、光を所望の受信器に曲折させることによって、媒体内の回折パターンを変動させる非線形方法（例えば、米国特許第５，３１９，４９２号）が、使用されてもよい。音響場によって誘発された歪みの結果として、屈折率を変化させ、光を曲折させる音響光学方法（例えば、米国特許第６，９２２，４９８号）が、使用されてもよい。信号をデジタル「０」パワー範囲（ファイバが切り替えられないとき）または通常パワー範囲（切り替えられるとき）に調節する、出力ファイバ内の増幅器および減衰器（例えば、米国特許第７，０２７，２１１号）が、使用されてもよい。光学スイッチはさらに、例えば、Ｏｋｕｎｏ  ｅｔ  ａｌ．（ＮＴＴ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ，  １（７）：２０−３０、２００３）に説明されており、その内容は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【０１０７】
別の実施形態では、ＯＣＴ信号デジタル化のサンプリング特性は、変更される。ＯＣＴ信号デジタル化は、前述されている。直接「外部」クロッキングデジタイザの場合、ＯＣＴ信号デジタル化のサンプリング特性の変更は、光学手段（例えば、光学スイッチを使用して、異なる波長計干渉計をＫ−クロック発生器に切り替える）または電子手段（例えば、クロック乗算回路を有効または無効にする）のいずれかを使用して、外部Ｋ−空間サンプルクロック波形の変更によって達成されることができる。代替として、または「内部」（時間均一）クロッキングデジタイザの場合、サンプリングレートは、サンプリング時間ベースの選択によって直接再構成されることができる。
【０１０８】
他の実施形態では、システムは、撮像モード毎に１つの、２つ以上の異なるカテーテルと協働するように構成され、すなわち、異なるカテーテルタイプが両方とも、同一の再構成可能ＯＣＴシステムハードウェア上で使用されることができる。例えば、異なるカテーテルが、冠状動脈撮像対末梢撮像のために使用され得ることが予期される。本実施形態では、ＯＣＴシステムは、カテーテル上のＲＦＩＤ構成要素に動作可能に結合することができるＲＦＩＤリーダを具備するコネクタを含む。システム上のリーダは、カテーテルから情報を得て、冠状動脈撮像カテーテルまたは末梢撮像カテーテルがシステムに接続されているか否かを決定し、適切なレイアウトに切り替える。ＲＦＩＤセンサおよびその使用は、例えば、Ｂｒｏｕｇｈｔｏｎ  ｅｔ  ａｌ．（米国特許出願第２００３／００５０８７１号）、Ｋａｌａｎｔａｒ（米国特許第６，９５４，７３７）、およびＫａｔｅｓ（米国特許出願第２００６／０２６７７５６号）に説明されている。
【０１０９】
別の実施形態では、システムは、２つの画像取得モジュールを含む。再構成は、本実施形態では、画像取得を処理および取り扱うソフトウェアを変更することによって達成される。これは、動作モードのそれぞれにおいて、異なるソフトウェアプログラムを起動することによって、または異なる撮像速度および視野で画像ストリームを取り扱うようにソフトウェアのパラメータを変更することによって、達成されることができる。また、画像処理に寄与する埋め込まれたプロセッサを再プログラミングすることによって達成されることができる。
別の実施形態では、グラフィカルユーザインターフェースを提供する、ソフトウェアの変更は、２つの撮像モード間で切り替えるために使用される。異なるユーザ特徴が、冠状動脈撮像対末梢撮像のために必要とされ得ることが予期される。
【０１１０】
（参照による引用）
特許、特許出願、特許刊行物、雑誌、書籍、論文、ウェブ内容等の他の文書の参照および引用が、本開示全体を通して行われた。そのような文書は全て、あらゆる目的のために、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる。
【０１１１】
（均等物）
本発明は、その精神または本質的特性から逸脱することなく、他の具体的形態で具現化されてもよい。前述の実施形態は、したがって、あらゆる点において、本明細書に説明される本発明の限定ではなく、例証と見なされる。発明の範囲は、したがって、前述の説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の均等物の意味および範囲内にある全ての変更は、したがって、その中に包含されるものと意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１８】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【国際調査報告】
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