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OCTシステムのチュートリアル


OCTシステムのチュートリアル


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OCTイメージングシステムおよび部品のラインナップはこちらをご覧ください。

OCTチュートリアル

光コヒーレンストモグラフィ(OCT)は、非侵襲な光学的画像イメージング方式であり、1次元の深さ方向、2次元の断層画像および3次元のボリューム画像を µmレベルの分解能で数 mmの深さにわたり、リアルタイムで測定することができます。OCTは物質の異なる層から反射した光を用いて、サンプル内の構造を可視化します。したがってOCT はリアルタイムでの画像取得が可能であり、複屈折性を利用してコントラストを改善したり、またオプション機能により血流の機能的イメージングが可能となります。

当社のOCTシステムは、簡単に運べるコンパクトなシステムで、波長、画像分解能、取得速度を選択できます。また、お客様毎に特化したご要望にお応えして、様々な用途に最適化できる高度なモジュール設計により OCTイメージングの機能を増強しました。

用途例

Art Conservation
芸術作品の保存
Drug Coatings
薬剤皮膜
3D Profiling
3Dプロファイリング
In Vivo
In-vivo
Small Animal
小動物
Biology
生物学
Tissue Birefringence
生体組織の複屈折
Mouse Lung
マウスの肺
Retina Cone Cells
網膜錘状細胞

OCTイメージは「超音波」測定と光学的に類似する点がありますが、超音波測定と比べて測定深度が低くなる一方で非常に高い分解能を有しております(左の図1参照)。OCTはイメージング範囲15 mm以内、軸方向分解能 5 μm 以上での画像化が可能ですので、「超音波」測定と「共焦点顕微鏡」とのちょうど中間の測定装置として位置付けられます。

さらにOCTには、高い分解能とより深くまでイメージングできることに加えて、非接触、非侵襲という利点があるので、OCTは生体組織、小さな動物や物質のイメージングに適しています。最近では、1秒間に 700,000ライン以上の高速イメージングを可能とするフーリエドメインOCTと呼ばれる新技術が創出されるまでとなりました1

フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィ(FD-OCT)は、光源のコヒーレントな性質を利用してサンプル中での光路長の遅延を測定する、低コヒーレンス干渉法に基づいています。OCTでは μm レベルの分解能で断層画像を得るために、干渉計はサンプルからの反射光とリファレンスアームとの光路差を計るように設定されています。

FD-OCTシステムは光源と検出方式によって、スペクトルドメインOCT(SD-OCT)と波長掃引OCT(SS-OCT)の2つのタイプに分けることができます。図2に示すように、双方のシステムとも、光は干渉計のサンプルアームとリファレンスアームに分けられます。SS-OCTはコヒーレントで狭線幅の光源を使用し、SD-OCTは低コヒーレンスで広帯域な光源を使用します。サンプル中の屈折率の変化により引き起こされる後方散乱光は、サンプルアーム光路のファイバ内へ再入射され、リファレンスアーム中を一定の光路長を通って戻ってきた光と結合します。その結果として生じたインターフェログラムは干渉計の検出アームを通して測定されます。

測定されたインターフェログラムの周波数はサンプル中での反射体の深さに依存します。したがって、深さ(1次元)方向の反射率プロファイル(A‑スキャン)は、測定されたインターフェログラムをフーリエ変換することで得られます。2D断層画像(B‑スキャン)は、OCTサンプルへの照射光線を走査させることで得られます。サンプルアームの光線がサンプルを横切りながらA‑スキャンを行うことにより、2D画像を作成することができます。

同様に、OCTの光線が直交する2方向に走査されると、2D画像の集合により3Dボリュームデータセットを構成することができます。FD-OCTでは2D画像はミリ秒オーダで測定され、3D画像は現時点では1秒以下のレートで測定されます。

スペクトルドメインOCT(SD-OCT)と波長掃引OCT(SS-OCT)の比較

SD-OCTとSS-OCTは同じ基本原理に基づいていますが、OCTのインターフェログラムを作り出す際の技術的アプローチが異なっています。SD-OCTは可動部を持たないために機械的に安定であり、位相雑音が低減されております。各種ラインカメラを使用できるため、様々な速度および感度で画像が取得できるSD-OCTシステムの開発が可能になりました。

SS-OCTシステムは同様のインターフェログラムを高速に取得するために、周波数掃引光源とフォトディテクタを使用しています。波長掃引光源が高速掃引を行うため、各波長で高いピーク出力を持つにもかかわらず、サンプルを損傷することなく高感度に画像を取得できます。

フーリエドメインOCTのシグナルプロセッシング

フーリエドメインOCTにおいて、インターフェログラムは光周波数の関数として検出されます。リファレンスアームでの光遅延は固定されているため、サンプル中において異なる深さからの反射される光は、それぞれ異なる周波数成分を持つインターフェログラムを作り出します。そして、フーリエ変換により異なる深さからの反射光を分離することにより、サンプルの深さ方向プロファイルを生成します(A‑スキャン)。

1V.Jayaraman, J. Jiang, H.Li, P. Heim, G. Cole, B. Potsaid, J. Fujimoto, and A. Cable, "OCT Imaging up to 760 kHz Axial Scan Rate Using Single-Mode 1310 nm MEMs-Tunable VCSELs with 100 nm Tuning Range," CLEO 2011 - Laser Applications to Photonic Applications, paper PDPB2 (2011).


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