偏振敏感光学图像测量系统以及计算机可读介质技术方案

在偏振敏感光学图像测量中，在SN比(signal‑to‑noise ratio：信噪比)低且信号强度低的周边区域包括无法忽视的偏置，且双折射偏离，但能够去除该双折射的偏离，进行高精度的定量测量。通过求出双折射的算法对通过偏振OCT获取到的包含噪声的OCT信号进行处理，由此求出测量双折射，使噪声统计性地变化，模拟测量双折射的分布，决定测量双折射值的噪声特性，将噪声量和实际双折射值分别假设为不同的值并反复进行蒙特卡洛法的计算，由此形成实际双折射值、SN比以及测量双折射值的组合的三维直方图，假设预定的测量双折射值和SN比，由此从三维直方图信息获得实际双折射的概率密度分布，根据实际双折射的概率密度分布，估计实际双折射值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术为光学相干断层扫描(OCT：Opticalcoherencetomography)的
的专利技术，尤其涉及一种具备能够提取局部双折射(偏振)信息的偏振敏感光学图像测量装置(PS-OCT。还称为“偏振敏感光学相干断层扫描装置”或“偏振敏感光学相干断层计”)的偏振敏感光学图像测量系统。即，涉及一种将偏振光用作入射光并捕捉由试样(被检物体)所具有的双折射引起的偏振依存性作为试样的偏振信息，能够对试样的更细微的结构进行高精度定量测量的偏振敏感光学图像测量系统。另外，本专利技术为涉及一种以使用贝叶斯统计(Bayesstatistics)的组织双折射的高精度定量测量为特征的偏振敏感光学图像测量系统以及搭载于该系统上的程序的专利技术。
技术介绍
以往，为了以无损、高分辨率地捕捉物体(试样)的内部信息、即后方散射、反射率分布和折射率分布的微分结构，使用OCT。作为在医疗领域等中使用的无损断层测量技术之一，有光学断层图像化方法“光学相干断层扫描”(OCT)(参照专利文献1)。OCT将光用作测量探头，因此具有能够对被测量物体(试样)的反射率分布、折射率分布、分光信息、偏振信息(双折射率分布)等进行测量的优点。基本的OCT43以迈克尔逊干涉仪(Michelsoninterferometer)为基础，在图5中说明其原理。从光源44射出的光被准直透镜45平行化之后，被分束器46分割为参照光和物体光。物体光通过物体臂(试样臂)内的物镜47会聚于被测量物体48上，因此被散射/反射之后再次返回到物镜47、分束器46。另一方面，参照光在通过参照臂内的物镜49之后被参照镜50反射，再次通过物镜49后返回至分束器46。这样返回到分束器46的物体光和参照光与物体光一起入射到聚光透镜51并会聚于光检测器52(光电二极管等)。OCT的光源44利用在时间上低相干的光(不同的时刻从光源射出的光之间极难干涉的光)的光源。在将时间上低相干光设为光源的迈克尔逊型干涉仪中，仅在参照臂和物体臂的距离大致相等时出现干涉信号。其结果，在一边使参照臂与物体臂的光路长度差(τ)变化，一边通过光检测器52测量干涉信号的强度时，得到针对光路长度差的干涉信号(干涉图)。该干涉图的形状表示被测量物体48的纵深方向的反射率分布，能够通过一维的轴方向扫描来得到被测量物体48的纵深方向的结构。这样，在OCT43中，能够通过光路长度扫描测量出被测量物体48的纵深方向的结构。除了这种轴方向(A方向)的扫描以外，加上横方向(B方向)的机械扫描(B扫描)而进行二维扫描，由此得到被测量物体的二维截面图像。作为进行该横方向扫描的扫描装置，使用使被测量物体直接移动的结构、在物体被固定的状态下使物镜偏移的结构、在被测量物体和物镜均被固定的状态下使物镜的瞳面附近的加尔瓦诺镜(galvanometermirror)的角度旋转的结构等。作为上述基本的OCT的发展，有对光源的波长进行扫描而得到光谱干涉信号的波长扫描型OCT(SweptSourceOCT，简称为“SS-OCT”)、以及使用分光器得到光谱信号的频域OCT。作为后者，有傅里叶域OCT(FourierDomainOCT，简称为“FD-OCT”。参照专利文献2)以及PS-OCT(参照专利文献3)。波长扫描型OCT通过高速波长扫描激光器来改变光源的波长，使用与光谱信号同步获取到的光源扫描信号将干涉信号进行重新排列，通过进行信号处理来得到三维光学断层图像。此外，作为改变光源的波长的单元，即使是利用单色器(monochromator)的单元，也能够作为波长扫描型OCT而使用。傅里叶域OCT的特征在于，通过光谱仪(光谱分光器)获取来自被测量物体的反射光的波长光谱，对该光谱强度分布进行傅里叶变换，由此取出实际空间(OCT信号空间)上的信号，该傅里叶域OCT不需要进行纵深方向的扫描而进行x轴方向的扫描，由此能够测量被测量物体的截面结构。PS-OCT为如下的光学相干断层扫描装置：对与B-扫描同时连续调制直线偏振后的光束的偏振状态，捕捉试样(被检物体)所具有的偏振信息，能够测量试样的更细微的结构和折射率的各向异性。更详细地说，PS-OCT与傅里叶域OCT同样地，通过光谱分光器来获取来自被测量物体的反射光的波长光谱，但是将入射光和参照光分别通过1/2波长板、1/4波长板等作为水平直线偏振光、垂直直线偏振光、45°直线偏振光、圆偏振光，使来自被测量物体的反射光与参照光重叠地通过1/2波长板、1/4波长板等，例如仅使水平偏振光成分入射到光谱分光器并干涉，仅取出具有物体光的特定偏振状态的成分并进行傅里叶变换。该PS-OCT也不需要进行纵深方向的扫描。现有技术文献专利文献1：日本特开2002-310897号公报专利文献2：日本特开平11-325849号公报专利文献3：日本特开2004-028970号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题上述偏振敏感光学图像测量装置作为以双折射为对比度源的“观察”技术而获得了成功，但是在其定量性的建立中还存在很多问题。本专利技术人等的团队进行专心研究开发的结果，可知偏振敏感光学图像测量装置的双折射测量包括在信号强度低的区域无法忽视的偏置。在存在该偏置的区域中，无法通过偏振敏感光学图像测量装置对双折射的高精度定量进行测量。本专利技术以去除偏振敏感光学图像测量装置中的双折射测量中的信号强度低的区域内的偏置为目的，实现能够进行高精度定量测量的具备偏振敏感光学图像测量装置的偏振敏感光学图像测量系统。用于解决课题的手段为了解决上述问题，本专利技术提供一种偏振敏感光学图像测量系统，具备偏振敏感光学图像测量装置和搭载有用于对通过偏振敏感光学图像测量装置得到的图像数据(测量数据)进行处理的程序的计算机，该偏振敏感光学图像测量系统的特征在于，上述计算机具备输入装置、输出装置、CPU以及存储装置，按照上述程序作为发挥如下功能的单元：通过求出双折射的算法对通过试样的测量得到的包含噪声的OCT信号进行处理，由此得到噪声存在的情况下测量的双折射值即测量双折射值；通过蒙特卡洛法的计算，使噪声统计性地变化，反复进行通过上述算法进行处理的过程来模拟测量双折射的分布，决定测量双折射值的噪声特性；将噪声量和实际双折射值分别假设为不同的值并反复进行上述蒙特卡洛法的计算，由此形成三维直方图信息，其中，该三维直方图信息表示实际双折射值、SN比以及测量双折射值的组合以什么样的频率出现；假设预定的测量双折射值和SN比，由此从三维直方图信息取出实际双折射的概率密度分布；以及根据实际双折射的概率密度分布，估计实际双折射值。为了解决上述问题，本专利技术提供搭载于偏振敏感光学图像测量系统的计算机上的程序，该偏振敏感光学图像测量系统具备偏振敏感光学图像测量装置以及计算机，该计算机具备输入装置、输出装置、CPU以及存储装置，并对通过偏振敏感光学图像测量装置得到的图像数据进行处理，该程序的特征在于，使上述计算机作为发挥如下功能单元：通过求出双折射的算法对通过试样的测量得到的包含噪声的OCT信号进行处理，由此得到噪声存在的情况下测量的双折射值即测量双折射值；通过蒙特卡洛法的计算，使噪声统计性地变化，反复进行通过上述算法进行处理的过程来模拟测量双折射的分布，决定测量双折射值的噪声特性；将噪声量和实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振敏感光学图像测量系统，具备偏振敏感光学图像测量装置和搭载有用于对通过偏振敏感光学图像测量装置得到的图像数据进行处理的程序的计算机，该偏振敏感光学图像测量系统的特征在于，上述计算机具备输入装置、输出装置、CPU以及存储装置，按照上述程序作为发挥如下功能的单元：通过求出双折射的算法对通过试样的测量得到的包含噪声的OCT信号进行处理，由此得到噪声存在的情况下测量的双折射值即测量双折射值；通过蒙特卡洛法的计算，使噪声统计性地变化，反复进行通过上述算法进行处理的过程来模拟测量双折射的分布，决定测量双折射值的噪声特性；将噪声量和实际双折射值分别假设为不同的值并反复进行上述蒙特卡洛法的计算，由此形成三维直方图信息，其中，该三维直方图信息表示实际双折射值、SN比以及测量双折射值的组合以什么样的频率出现；假设预定的测量双折射值和SN比，由此从三维直方图信息取出实际双折射的概率密度分布；以及根据实际双折射的概率密度分布，估计实际双折射值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.06 JP 2014-1181591.一种偏振敏感光学图像测量系统，具备偏振敏感光学图像测量装置和搭载有用于对通过偏振敏感光学图像测量装置得到的图像数据进行处理的程序的计算机，该偏振敏感光学图像测量系统的特征在于，上述计算机具备输入装置、输出装置、CPU以及存储装置，按照上述程序作为发挥如下功能的单元：通过求出双折射的算法对通过试样的测量得到的包含噪声的OCT信号进行处理，由此得到噪声存在的情况下测量的双折射值即测量双折射值；通过蒙特卡洛法的计算，使噪声统计性地变化，反复进行通过上述算法进行处理的过程来模拟测量双折射的分布，决定测量双折射值的噪声特性；将噪声量和实际双折射值分别假设为不同的值并反复进行上述蒙特卡洛法的计算，由此形成三维直方图信息，其中，该三维直方图信息表示实际双折射值、SN比以及测量双折射值的组合以什么样的频率出现；假设预定的测量双折射值和SN比，由此从三维直方图信息取出实际双折射的概率密度分布；以及根据实际双折射的概率密度分布，估计实际双折射值。2.根据权利要求1所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，计算机作为发挥如下功能的单元：将上述测量进行多次，针对每个测量值得到上述实际双折射的概率密度分布，将所有双折射的概率密度分布全部相乘，得到最终的实际双折射的概率密度分布。3.根据权利要求1或2所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，实际双折射值为根据实际概率密度分布得到的实际双折射值的期望值。4.根据权利要求1或2所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，实际双折射值为实际双折射的概率密度分布成为最大的实际双折射的值即最大似然值。5.根据权利要求4所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，计算机作为发挥如下功能的单元：根据实际双折射的概率密度分布求出最大似然值的可靠度。6.根据权利要求2～5中任一项所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，在对试样进行多次测量时，仅对试样的预定位置中的一个像素点进行多次扫描，由此针对试样的一个像素点，测量多个双折射值。7.根据权利要求2～5中任一项所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，在对试样进行多次测量时，对试样的预定位置中的包含一个像素点在内的多个像素点进行扫描，由此针对试样的预定位置中的多个像素点，测量每个像素点的双折射值。8.根据权利要求2～5中任一项所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，在对试样进行测量时，对试样的预定位置中的包含一个像素点在内的多个像素点进行一次扫描，由此测量针对预定位置中的多个像素点的多个双折射值。9.根据权利要求5～8中任一项所述的偏振敏感光学图像测量系统，其特征在于，计算机作为发挥如下功能的单元：对基于实际双折射值的图像进行伪彩色显示，在该伪彩色显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：安野嘉晃，迪帕·卡马斯·卡萨拉戈德，
申请(专利权)人：国立大学法人筑波大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP