專利名稱：干涉設(shè)備、方法和探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干涉設(shè)備和方法，具體地說，涉及光學(xué)相干層析成 像設(shè)備和方法以及用于其中的探頭。我們將描述供稱為光學(xué)相干層
析成像(OCT)的成像技術(shù)使用的光學(xué)探頭和關(guān)聯(lián)的方法。
在優(yōu)選配置中，光學(xué)探頭可以用于剛性的內(nèi)窺鏡(或管道鏡) 可以到達(dá)的任何位置。潛在的應(yīng)用包括醫(yī)療檢查，諸如陰道鏡(子 宮頸癌篩選)和腹腔鏡(例如，在腹腔內(nèi)膜異位中)。在另一個(gè)優(yōu)選 配置中，光學(xué)探頭可以用于更多的不需要內(nèi)窺鏡就可以到達(dá)的位置。 潛在的應(yīng)用包括皮膚病學(xué)(例如，在皮膚癌診斷中)。
背景技術(shù)：
一般利用內(nèi)窺鏡來進(jìn)行內(nèi)科醫(yī)療檢查，其中視覺或電荷耦合器 件(CCD)攝像機(jī)把從探頭筒(shaft)的遠(yuǎn)端中繼的景色成像。在柔性
像；在剛性探頭或管道鏡中，可以通過透鏡或桿系統(tǒng)中繼所述圖像。 這有效地給出相關(guān)的醫(yī)學(xué)目標(biāo)的表面視圖，但是為了看見所述表面 下面的結(jié)構(gòu)的變化，最好能夠獲得來自大塊組織內(nèi)的橫截面圖像。 這是光學(xué)相干層析成像技術(shù)(OCT)能夠提供的能力。已經(jīng)描述了 OCT的變型，這些OCT變型能夠提取附加的信息，諸如血流速度(多 普勒效應(yīng))，或肌肉纖維的定向(極化)。
OCT可以使用在光鐠的可見部分，用于視網(wǎng)膜檢查，但是為了 在具有更強(qiáng)烈散射的其它組織中獲得合理的穿透深度，必須移到紅 外線波長(zhǎng)。
OCT基于干涉量度學(xué)的使用，其中，干涉儀測(cè)量臂中的光傳送 到待查對(duì)象，而一部分光散射回到干涉儀。參考臂中的光傳送到位
于已知距離處的反射鏡，并且參考光束被向后反射。散射的測(cè)量光 束和反射的參考光束被組合在 一起，檢測(cè)這兩個(gè)光束之間的干涉并 且將其用來提供關(guān)于所述被查對(duì)象的數(shù)據(jù)。
因而，光學(xué)相千層析成像一支術(shù)利用干涉量度學(xué)和光的相干特性 來獲得散射介質(zhì)中有深度分辨力的圖像，提供單獨(dú)采用共焦點(diǎn)顯微
鏡不能得到的穿透和分辨率。已經(jīng)獲得深度為2-3毫米的視網(wǎng)膜和上
皮組織的臨床上有用的橫截面圖像。
有3個(gè)主要類型的OCT，可以把它們分類如下
時(shí)域OCT;這種類型的OCT利用低相干源并且通過改變干涉儀 的參考路徑長(zhǎng)度來進(jìn)行軸向(深度方向)掃描。
光鐠域OCT;這種類型的OCT使用寬光譜(亦即，低相干)源、 靜止干涉儀和光語儀。通過光f普儀檢查千涉圖的光譜，并且以干涉 儀輸出端上光的光傳的傅里葉變換的形式獲得軸向響應(yīng)。
頻域OCT;這種類型的OCT使用掃頻窄光謙源和靜止干涉儀。 以干涉儀輸出端上光的時(shí)變強(qiáng)度的傅里葉變換的形式獲得軸向響 應(yīng)。
我們將使用措詞"傅里葉域"來覆蓋光譜域和頻域兩者。
時(shí)域OCT (原始的，也是目前最流行的類型)在采集速度上受 需要機(jī)械深度掃描的限制，并且具有比較差的信噪比性能。
傅里葉域OCT (光譜域或頻域)能夠在不犧牲靈敏度的情況下 更迅速地捕獲高分辨率圖像。每一次軸向掃描(超聲波掃描術(shù)語中"A 掃描")用的時(shí)間在醫(yī)療體內(nèi)應(yīng)用中是關(guān)鍵性的，這是因?yàn)樾枰∪?靜止不動(dòng)一段時(shí)間，這段時(shí)間是把連續(xù)的A掃描組合成橫截面圖像 ("B掃描")所花的時(shí)間。
但是，時(shí)域OCT具有一個(gè)有重要的優(yōu)點(diǎn)它容易把動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)調(diào) 整同步地與機(jī)械時(shí)延掃描相結(jié)合，在正探測(cè)的深度上給出最佳光點(diǎn) 尺寸。相反，傅里葉域OCT同時(shí)從整個(gè)深度采集信息，因此，不可 能為最佳橫向分辨率而動(dòng)態(tài)地調(diào)整焦點(diǎn)。
在提供OCT探頭的可行的配置時(shí)有3個(gè)主要的困難，其中要解
決光學(xué)要求和醫(yī)療要求的沖突。
首先，在獲得適當(dāng)?shù)靥幵谒?掃描)圖像的深度上的焦點(diǎn)處 的圖像方面存在困難。
其次，為了提供B掃描圖像，必須橫過所述表面橫向掃描。存
在用于內(nèi)窺鏡的設(shè)計(jì)，所述設(shè)計(jì)包括探頭筒尖端中微小的掃描裝置，
例如利用電磁線圈來移動(dòng)光纖的末端。這種方法具有以下缺點(diǎn)把
活動(dòng)部件置于病人體內(nèi)并且加電驅(qū)動(dòng)它們，這可能增加對(duì)所述設(shè)備
進(jìn)行消毒的困難。
第三，最好能夠同時(shí)提供正常的、全視野的內(nèi)窺鏡觀察通道。 在整個(gè)說明書中，我們會(huì)涉及"光學(xué)"、"光"等等術(shù)語。但是，應(yīng)
當(dāng)理解，這樣的術(shù)語酌情涉及紅外波長(zhǎng)輻射、可見光波長(zhǎng)輻射或紫
外波長(zhǎng)輻射。

發(fā)明內(nèi)容
為了處理第一個(gè)問題，按照第一方面，本發(fā)明提供光學(xué)干涉設(shè) 備和方法，最好是(但不限于)光學(xué)相干層析成像設(shè)備和方法，其 中同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦深的干涉圖。
因而，每一個(gè)干涉圖提供A掃描圖像，所述A掃描圖像僅僅在 有限深度范圍(焦深，亦稱為瑞利(Rayleigh)范圍)內(nèi)是銳聚焦的， 但是，可以通過把多個(gè)不同焦深的這些圖像組合在一起，來構(gòu)成具 有增大的景深的單一A掃描圖像。
千涉儀把測(cè)量光束傳送到待檢查物質(zhì)，并且所述設(shè)備可以為每 一種不同焦深提供相關(guān)的測(cè)量光束。若由公用光源提供光(這是最 方便的)(所述公用光源可以是激光器)，那么，可以提供光學(xué)裝置 (諸如振幅分束器)來產(chǎn)生多個(gè)光束。然后，在每一個(gè)光束的路徑 上需要不同的光學(xué)部件(例如，折射元件)，以便使它們具有不同的 焦點(diǎn)。
每一個(gè)測(cè)量光束的焦深與所述測(cè)量光束的直徑的平方成比例(亦
即，與光點(diǎn)面積成比例)。因此，我們可以通過纟是供四個(gè)光點(diǎn)而不是 一個(gè)光點(diǎn)來將光點(diǎn)尺寸減半(將橫向分辨率加倍)。
計(jì)算焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮目標(biāo)中光的波長(zhǎng)(目標(biāo)中光的 波長(zhǎng)比空氣中光的波長(zhǎng)減小的倍數(shù)等于相關(guān)波長(zhǎng)范圍的折射率)。
為了進(jìn)行B掃描，必須相對(duì)地掃描各光束和正被檢查的表面， 因而，提供掃描裝置。 一般提供掃描裝置用于沿著跨被檢查物質(zhì)的 表面的線路掃描所述各光束。對(duì)于方便的光學(xué)設(shè)計(jì)，所述多個(gè)光束 最好沿著掃描線彼此隔開小的距離。這導(dǎo)致在橫向掃描期間，給定 位置不同深度范圍的信息不是同時(shí)到達(dá)而是在略微不同的時(shí)間至)J 達(dá)，必須在裝配組合圖像時(shí)補(bǔ)償這種影響。
為了處理第二個(gè)問題，按照第二方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)探 頭(所述光學(xué)探頭可以用于光學(xué)相千層析成像設(shè)備或其它光學(xué)裝置， 例如，觀察內(nèi)窺鏡，其中圖像由探頭發(fā)送到遠(yuǎn)程觀察透鏡或攝像機(jī))， 其中，在探頭的近端提供掃描器(所述掃描器最好是小型旋轉(zhuǎn)或振
述掃描中繼到探頭的遠(yuǎn)端以及中繼來自探頭的遠(yuǎn)端的所述掃描。
用這種方法，沒有移動(dòng)部件被置于所述探頭筒的遠(yuǎn)端，因此， 當(dāng)它用于體內(nèi)醫(yī)療檢查時(shí)，沒有活動(dòng)部件位于病人體內(nèi)。
所述探頭最好包括探頭筒，并且最好在所述探頭筒的近端設(shè)置 手柄，以及所述掃描器最好安裝在所述手柄內(nèi)。所述探頭筒可以是 可從所述手柄拆卸下來的，以便清洗(但是， 一般會(huì)把所述探頭筒 置于可廢棄的護(hù)套內(nèi)使用)。應(yīng)當(dāng)指出，最好將所述筒限定在特定取 向，使得可能設(shè)置在所述筒內(nèi)的任何內(nèi)部遮光板或用以消除反射的 透鏡傾斜會(huì)正確地與掃描方向?qū)R。因?yàn)閽呙杵鞑辉谔筋^筒本身內(nèi)， 所以可以方便地設(shè)置探頭筒的不同變型，配套到公用手柄，允許不 同長(zhǎng)度的探頭筒和帶有斜角樣式的探頭筒。若改變通過探頭筒的光 學(xué)測(cè)量路徑的長(zhǎng)度，那么將需要參考路徑內(nèi)的相應(yīng)的*卜償。
為了處理第三個(gè)問題，按照第三方面，本發(fā)明提供干涉設(shè)備和
方法，諸如用于檢查物質(zhì)的光學(xué)相干層析成像設(shè)備，所述設(shè)備包括
觀察設(shè)備， 干涉設(shè)備，
包括中繼光學(xué)部件的探頭筒，其中通過與用于干涉儀(例如，
OCT)的中繼光學(xué)部件相同的中繼光學(xué)部件提供觀察(照射和成像)， 一種裝置，它把干涉儀(例如，OCT)光束沿著探頭筒傳送到
探頭筒的遠(yuǎn)端因此傳送到待檢查物質(zhì)并且把散射的干涉儀(例如，
OCT)光束沿著探頭筒向后傳送到千涉設(shè)備， 可見光源(諸如白光源)，
一種裝置，它把來自可見光源的可見光沿著探頭筒傳送到探頭 筒的遠(yuǎn)端以便照射待檢查物質(zhì)，最好均勻地照射待檢查物質(zhì)，并且 把其圖像沿著探頭筒向后傳送到觀察設(shè)備的圖像檢測(cè)器，
用于把反射圖像從輸出可見光中分離出來的裝置，和
分束器，它分別設(shè)置在探頭筒的近端與觀察設(shè)備和干涉設(shè)備之 間，用以把干涉儀光束(在兩個(gè)方向)從可見光光束(在兩個(gè)方向) 中分離出來，由此可以利用所述可見光觀察物質(zhì)的同一部分并同時(shí) 使用所述干涉光束檢查物質(zhì)的同 一部分。
所述分束器最好是光鐠分束器。
最好提供掃描器，用以跨待檢查物質(zhì)掃描所述OCT光束，并且， 在這種情況下，最好在掃描器和探頭筒之間設(shè)置分束器，使得在這 種情況下把掃描器看作干涉設(shè)備的一部分。
所述可見光源最好是發(fā)光二極管(LED)光源，用以提供白光照 射，而所述成像檢測(cè)器最好是彩色電荷耦合器件攝像機(jī)，用以接收 ^皮檢查物質(zhì)的表面的反射圖像。
這樣的配置允許臨床醫(yī)師在探頭靠近組織表面時(shí)以及探頭與組 織表面接觸時(shí)都可以觀察所述組織表面。臨床醫(yī)師可以使用觀察裝 置選擇所述表面的特定部分，用于利用OCT設(shè)備進(jìn)行更詳細(xì)的有深 度的檢查，然后壓緊探頭筒的遠(yuǎn)端，使其與所述表面的一部分接觸，
同時(shí)持續(xù)觀察所述表面。
探頭筒一般說來是剛性的，因?yàn)檫@簡(jiǎn)化了光學(xué)系統(tǒng)，但是在某 些情況下，探頭筒可以是至少部分柔性的或聯(lián)合的。


下面將以舉例的方式并參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附
圖中
圖1是表示光學(xué)相干層析成像設(shè)備的主要部件的框圖，
圖2表示帶有某些內(nèi)部細(xì)節(jié)的探頭的透視圖，
圖3是按照本發(fā)明的包括用于頻域OCT的四光點(diǎn)探頭的光學(xué)相 千層析成像設(shè)備的光學(xué)示意圖(為清晰起見，已經(jīng)除去光路的某些 重疊部分)，
圖4是多個(gè)光束產(chǎn)生方法的放大的軸向部分，
圖5是探頭遠(yuǎn)端的測(cè)量激光束的放大的細(xì)節(jié)，既示出軸向焦點(diǎn) 分離又示出橫向焦點(diǎn)分離，
圖6是包括觀察光學(xué)系統(tǒng)的探頭組件的軸向部分，所述觀察光 學(xué)系統(tǒng)包括攝像機(jī)和光學(xué)部件，用以提供被檢查表面的視圖，該圖 示出激光OCT光束的路徑，
圖7是圖3的探頭組件的軸向部分，圖中示出排除激光光束的 照射光光路，
圖8是把照射光路徑與觀察光路混合的方法的展開圖， 圖9表示從探頭遠(yuǎn)端到攝像機(jī)的成像光路徑， 圖IO是多小面參考反射鏡結(jié)構(gòu)的放大的細(xì)節(jié)， 圖11是在檢測(cè)器平面上形成圖像焦點(diǎn)的干涉激光光束和平衡光 束的放大的細(xì)節(jié)，
圖12表示檢測(cè)器平面上#文感區(qū)的放大的細(xì)節(jié)，以及 圖13表示OCT設(shè)備的透^L圖。
具體實(shí)施例方式
一般描述
圖1示出OCT設(shè)備的框圖，圖中表示激光器10 —般設(shè)置在遠(yuǎn) 離探頭1的地方但在某些情況下設(shè)置在探頭1內(nèi)。來自激光器10的 激光束11通常通過單模光纖2傳送到所述探頭。激光器10提供紅外 線區(qū)域內(nèi)至少50nm波長(zhǎng)范圍上的掃描光i普，在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)組織吸 收被減到最小。較寬的光譜改善了深度分辨率。探頭1包括多光束 干涉儀41、掃描器5、探頭筒6和帶有照射系統(tǒng)的攝像機(jī)50、 52、 53 以及下面將詳細(xì)描述的其他部4牛。處理和顯示系統(tǒng)9以及一皮檢查組 織33在纟果頭1的外面。
圖2示出探頭1的更多細(xì)節(jié)。探頭1包括手柄3和探頭筒6,手 柄3包含多光束干涉儀41和掃描器5。這樣構(gòu)成探頭，使得可以 從手柄3卸下筒6。將筒6限定在特定取向，使得輸出透鏡與掃描方 向正確地對(duì)齊，所述輸出透鏡輸出多光束組并且傾斜一個(gè)小的角度 以便消除反射。為清晰起見，已經(jīng)從該圖中省去下面將描述的其它 部件。
對(duì)于將子宮頸成像的特定應(yīng)用，若有必要，適當(dāng)?shù)奶筋^筒尺寸 是在220毫米長(zhǎng)度范圍內(nèi)，/人近端7的16毫米直徑漸變到遠(yuǎn)端8 的12mm直徑。在所述筒直徑限制范圍內(nèi)，使掃描線的長(zhǎng)度盡可能 大，而在所描述的配置中，掃描線長(zhǎng)度是6.4毫米。組織內(nèi)的錐角是 大約f/8，這給出約0.3毫米的焦深。使用的多個(gè)光束中的一個(gè)光束 基本上聚焦在0至0.3毫米深度，下一個(gè)光束基本上聚焦在0.3毫米 至0.6毫米深度，等等，直至1.2mm深度^皮;險(xiǎn)查組織處的最壞情 況光束直徑(亦即，所述光束產(chǎn)生的光點(diǎn)的寬度)是約10jumFWHM。
探頭筒的遠(yuǎn)端8是凸面體，以便把整個(gè)正面上的均勻壓力加到 檢查的軟組織上，而與相對(duì)于所述表面上的法線的小的角度偏移無 關(guān)。圖中示出某些其它內(nèi)部部件，包括振蕩板(rattle plate) 13、透 鏡25、折疊式反射鏡26、掃描反射鏡27和光譜分束器28，以方便 取向。
光學(xué)描述
參見圖3，激光器通過單模光纖2提供輸出光束11，輸出光束ll
被傳送到會(huì)聚透鏡12。在穿過會(huì)聚透鏡之后，所述光束進(jìn)入振蕩板 分束器13?？赡芟Ｍ诠馐鴏l中(在來自光纖的輸出(所述輸出可 能已經(jīng)被準(zhǔn)直)和所述振蕩板之間)插入附加的光學(xué)部件，以便可 以調(diào)整光束直徑，因此可以在測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生所需的會(huì)聚。振蕩板13將 所述光束11分成若干較弱的光束，所迷若千較弱的光束一皮向前發(fā)送； 下面將參照?qǐng)D4說明振蕩板的詳細(xì)的操作。
圖4是光學(xué)圖，說明形成多個(gè)平行光束的一對(duì)部分和全反射面 的操作。這種配置稱作振蕩板13。設(shè)備包括側(cè)面平行玻璃板42，在 入口面44上的側(cè)面平行玻璃板42具有高效反射涂層，以便在區(qū)域43 上提供反射面，留下非反射區(qū)域45，非反射區(qū)域45可以或者是無涂 層的或者是為了提高性能而涂有抗反射層的。這兩個(gè)區(qū)域之間的轉(zhuǎn) 變是明顯的。出口面46在整個(gè)表面上涂有部分反射涂層，以便提供 部分反射面47,使得一般透射8%至25%的入射光而反射余下部分的 光。
入射激光束11穿過面44的非反射區(qū)域45 (靠近反射面43和非 反射面45之間的邊界)。因而，在平板42的入射面上只有少量能量 損失(亦即，F(xiàn)resnel反射，若在所述平板的這部分沒有或者有少量 AR涂層的話)。
激光束11穿過平板42傳播，在該示例中，在部分反射面47處 13%透射，以便提供第一光束14，而余下部分向后朝向反射面43反 射。
傾斜平板42使其偏離與輸入光束11正交的方向，使得從部分反 射面47反射的光束射向高效率反射面43。因而，所述光束隨后被向 后反射(接近100%的能量被反射)至部分反射面47，在那里，剩余 光束能量的另外13%被透射，以便提供第二光束15。這樣，從所述 平板射出彼此平行的、能量衰減的一系列光束。若把在振蕩板處的輸入光束11設(shè)置成會(huì)聚的而不是準(zhǔn)直的(例 如，通過采用準(zhǔn)直激光束并且通過會(huì)聚透鏡12傳送該激光束)，那
么，離開玻璃板42的光束14、 15等將彼此相關(guān)地聚焦在不同的軸 向位置，因?yàn)槊恳粋€(gè)相繼的光束遵循一條通過平板42的較長(zhǎng)的路徑。 各焦點(diǎn)之間的距離將取決于平板42的厚度、傾角和折射率。作為另 一方案，與玻璃相反，振蕩板組件可以包括由空氣隔開的全反射面 和部分反射面。此外，輸入光束11可以是發(fā)散的而不是會(huì)聚的，其 中光學(xué)部件有適當(dāng)?shù)淖兓?br> 允許最強(qiáng)的五個(gè)光束14至18向前傳播，而用不透明的平板19 隔斷余下部分。
返回圖3,來自振蕩板13的光束14至18傳到分束器20,分束 器20把所述光束分成測(cè)量光束14M至18M以及參考光束14R至 18R。以與操縱參考光束14R至17R —樣的方式操縱參考光束18R, 但是，它不是用來與測(cè)量光束發(fā)生干涉作用，而是提供對(duì)激光振幅 變動(dòng)的補(bǔ)償。
參考光束14R至18R被分束器20反射，穿過透鏡21和22,在 多小面反射鏡結(jié)構(gòu)23處反射，然后再次穿過透鏡22和21，并且再 次穿過分束器20。多小面反射^:結(jié)構(gòu)23具有用于每一個(gè)參考光束的 反射面，各個(gè)反射面被設(shè)定在相應(yīng)的光束的焦點(diǎn)處。以下的操作可 能是有利的設(shè)定所述各反射面的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的角度，以便 保證參考光束14R至18R被準(zhǔn)確地后向反射。作為另一方案，可以 選擇透鏡21和22的放大率和位置，使得參考光束14R至18R的軸 彼此平行。應(yīng)當(dāng)指出，圖中示出顯著地短于測(cè)量光路的參考光路。 實(shí)際上，這些路徑在長(zhǎng)度上將是非常類似的，因?yàn)樵陬l域OCT系統(tǒng) 中，由目標(biāo)反射引起的頻率干涉帶與路徑差成比例。即使電子系統(tǒng) 可以以無限的頻帶寬度工作，仍然存在關(guān)于保持類似的路徑長(zhǎng)度的 約束，因?yàn)闉榱税l(fā)生干涉，路徑長(zhǎng)度的差異必須小于激光器10的相 干長(zhǎng)度。關(guān)于測(cè)量光束和參考光束之間的良好干涉的另 一個(gè)準(zhǔn)則是
參考光束的會(huì)聚和焦點(diǎn)位置應(yīng)當(dāng)在檢測(cè)器處與測(cè)量光束的會(huì)聚和焦 點(diǎn)位置匹配。為了達(dá)到這個(gè)目的，最好在參考路徑中引入附加的反
射或折射光學(xué)部件(諸如Offner中繼器)，以便把分束器20處或其 附近的焦點(diǎn)中繼到多小面反射面23。
測(cè)量光束14M至17M離開分束器20，而最弱的光束18M被不 透明板24截?cái)唷Ｋ鼈兠x上一皮透鏡25準(zhǔn)直，但是在四束光束的會(huì) 聚之間仍然存在輕微差別，因?yàn)閷?duì)于每一個(gè)光束，透鏡12和25之
間的路徑長(zhǎng)度是不同的。設(shè)定兩個(gè)透鏡之間的間距，使得平均光程 長(zhǎng)度將產(chǎn)生準(zhǔn)直光束?，F(xiàn)在四束光束14M至17M的軸彼此相對(duì)地會(huì) 聚。這些光束在反射鏡26處以與圖平面正交的90°反射并且向前傳 播，各軸在掃描反射鏡27處會(huì)合。
驅(qū)動(dòng)掃描反射鏡27,使其名義上繞平行于光束11的原始軸(該 軸與圖平面平行)的軸旋轉(zhuǎn)，掃描測(cè)量光束14M至17M。還提供分 束器28，用以沿著名義上與光束ll的原始光束軸平行的新的軸反射 測(cè)量光束14M至17M。分束才反具有涂層，所述涂層用以選擇性地反 射紅外(IR)輻射(諸如可能用于光束14M至17M)而透射可見的 白光。
提供探頭筒6。它包括安裝各種不同的無源光學(xué)部件(中繼光學(xué) 部件)的金屬管，如下文中將要描迷的。
探頭筒6中的笫一 (入口 )透鏡組30在該探頭筒內(nèi)的M處形 成每一個(gè)掃描測(cè)量光束14M至17M的焦點(diǎn)；其它透鏡將所述焦點(diǎn)中 繼到剛好在所述探頭筒內(nèi)最后透鏡32之外的焦點(diǎn)，就是說，剛好在 所述探頭筒遠(yuǎn)端的外面。因?yàn)闇y(cè)量光束14M至17M以彼此略微不同 的發(fā)散進(jìn)入探頭筒，所以它們?cè)谔筋^筒6外面的相應(yīng)的光束14M至 17M的最后焦點(diǎn)14F至17F (如圖5所示)會(huì)在軸向上彼此相對(duì)地 移位，使得可以從不同的組織深度(圖中以標(biāo)號(hào)33表示所迷組織) 得到最優(yōu)的信號(hào)。
將會(huì)看出，最后的透鏡32形成探頭筒遠(yuǎn)端。使用時(shí)，由透鏡32
形成的探頭筒遠(yuǎn)端將與待檢查的醫(yī)療表面組織33接觸(任選地通過 薄的透明的可隨意使用的護(hù)套)。
如圖5所示，四個(gè)測(cè)量光束MM至17M的焦點(diǎn)14F至17F將落 在待檢查組織內(nèi)。這允許提供聚焦在不同深度的四束激光光束，并 且，盡管當(dāng)深度改變時(shí)每一個(gè)光束迅速地不聚焦，但是，有可能在 四束光束之一的焦點(diǎn)范圍內(nèi)覆蓋感興趣的組織的全部深度。計(jì)算所 述四個(gè)焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮待檢查組織中焦點(diǎn)腰的瑞利范圍
另外，因?yàn)樗氖馐?4M至17M以略微不同的角度照到掃描反 射鏡27上，所以探頭筒外面的四個(gè)焦點(diǎn)14F至17F也沿著掃描線彼 此隔開圖5中以A表示的距離。距離A是小的(0.2mm左右)，因 此掃過被檢查組織中的特定點(diǎn)的每一個(gè)光束之間的時(shí)間是小的(總 的掃描時(shí)間的百分之幾)，因此，在每一個(gè)光束的行程之間所述被檢 查組織將不改變。
顯然，如上所述，人們可以得到其焦點(diǎn)在組織內(nèi)深度范圍處的 比四束光束多或少的光束。應(yīng)當(dāng)指出，所述四束光束的焦點(diǎn)從一個(gè) 到下一個(gè)既在橫向上又在軸向上移位。
在從目標(biāo)組織散射之后，通過探頭筒反向共焦地收集所述四束 光束的分量14MR至17MR。這些返回光束14MR至17MR被掃描 反射鏡27退掃描(de-scanned ),并且反向穿過透鏡25。
光束14MR至17MR中的每一個(gè)的一部分被分束器20反射并且 與相應(yīng)的參考光束14R至17R組合。組合光束14MR/14R至17MR/17R 穿過透鏡34,透鏡34在檢測(cè)器35處形成每一個(gè)組合光束的焦點(diǎn)。 將會(huì)看出，檢測(cè)器平面是相對(duì)于入射組合光束軸的正交角度、偏離 法線而傾斜的，以便適應(yīng)源自^^展蕩板13的焦點(diǎn)移位。在;f企測(cè)器35 的表面發(fā)生相應(yīng)的光束之間的干涉。檢測(cè)器35將由若干離散的敏感 區(qū)構(gòu)成，每一個(gè)組合光束一個(gè)敏感區(qū)，而附加的敏感區(qū)用于參考光 束18R，它用作平衡信號(hào)。
分束器20、參考反射鏡結(jié)構(gòu)23和各個(gè)檢測(cè)器敏感區(qū)36至39以
及各光學(xué)部件形成邁克爾孫(Michelson)干涉儀41。所述干涉儀配 置允許使用OCT,具體地說，在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中提供所述光學(xué)部 件，以便使用頻域OCT。
將會(huì)看出，若分束器20是極化分束器并且既在測(cè)量路徑中又在 參考路徑中散置四分之一波片，使得所述測(cè)量光束14M至17M以及 參考光束14R至18R穿過并且再次穿過所述波片，并且若附加的分 析部件增加到所述組合路徑，以便選擇每一個(gè)光束的公共極化部件， 那么，組件對(duì)于被檢查組織的任何極化特性將具有修改的靈敏度。
圖6和7中示出附加的細(xì)節(jié)，以便提供觀察通道。
圖6中示出OCT激光光束14M至17M的路徑。激光光束14M 至17M沿著以下的路線走從透鏡25 (未示出)，經(jīng)由反射鏡26到 達(dá)掃描反射鏡27,直到探頭筒6遠(yuǎn)端的組織。圖中還示出攝像機(jī)芯 片48、透鏡系統(tǒng)49和照射分束板50。
圖7示出與圖6相同的部件，但是示出照射光束51和白光源52， 并且為清晰起見忽略了 OCT激光光束。圖8示出照射分束板50的 附加的視圖，它是帶有中心光圈的反射面。來自白光源52的光大部 分被照射分束板50反射，盡管光束的穿過中心光圏54的那些部分 丟失了。
圖6和7的設(shè)備包括從白光中分離OCT激光的光譜分束器28。 設(shè)置照射分束板50和照射光源52，以便引導(dǎo)可見光(最好是來自照 射光源52的白光)通過分束板28，并且沿著探頭筒6內(nèi)的光軸傳送 來自光源52的白光光束51。白光發(fā)光二極管(LED)是合適的照射 光源52,但是也可以設(shè)想其他光源。因?yàn)榻M織表面33將是光學(xué)散射 的，所以返回的反射白光光束51的分量部分將穿過光譜分束器28。 這個(gè)返回光束的較小分量將穿過照射分束板50中的光圈54,到達(dá)包 括電荷耦合器件(CCD )檢測(cè)器48的攝像機(jī)53。圖9中圖解說明了 這一點(diǎn)。
如從圖6和7可以明白的，光語分束器28允許把照射光束51
傳送到被檢查表面，所述照射光束通過分束器50被混合到觀察通道 中。
攝像機(jī)的入射光瞳54最好處在掃描反射鏡27的反射面的共扼 點(diǎn)，并且還與照射分束板50的光圈一致。
攝像機(jī)53包括一個(gè)或多個(gè)透鏡49，用以形成待檢查表面的圖像。 當(dāng)表面33與探頭筒遠(yuǎn)端接觸時(shí)，攝像機(jī)可以用來檢查所述表面33。 此外，若攝像機(jī)的焦深是足夠的，那么，當(dāng)所述遠(yuǎn)端與所述表面隔 開時(shí)，在選擇準(zhǔn)備由OCT檢查的特定部分之前，它可以使用戶執(zhí)行 對(duì)所述表面的調(diào)查。
參見圖9，圖像或者被聚焦在攝像機(jī)53的圖像傳感器表面48上， 或者被聚焦在可供選擇的配置、即引導(dǎo)到遠(yuǎn)程CCD的相干光纖束55 的端面上。
應(yīng)當(dāng)指出，觀察光學(xué)系統(tǒng)和OCT設(shè)備兩者都使用相同的遠(yuǎn)端透 鏡32,因此，攝像機(jī)53和OCT千涉儀41看到的組織的部分將是相 同的?？梢蕴峁┯糜诎袿CTB掃描行的位置表示在顯示的圖像上的裝置。
圖10示出參考反射鏡結(jié)構(gòu)23的放大的視圖。圖11示出在檢測(cè) 器表面35上形成各個(gè)焦點(diǎn)的組合光束14MR/14R至17MR7]7R以及 平衡光束18R。圖12示出檢測(cè)器平面上敏感區(qū)的配置，每一個(gè)組合 光束一個(gè)敏感區(qū)，并且平衡光束18R—個(gè)敏感區(qū)。
至此描述的實(shí)施例使用單一平衡光束和從這個(gè)光束得到的補(bǔ)償 信號(hào)，所述補(bǔ)償信號(hào)以電子方式應(yīng)用于所述(四個(gè))干涉信號(hào)中的 每一個(gè)。替代的實(shí)施例將提供在光學(xué)上匹配到每一個(gè)參考光束的單 獨(dú)的平衡光束；然后利用平衡檢測(cè)器配置來檢測(cè)配對(duì)光束。
處理描述
激光器在每一次頻率掃描開始時(shí)向處理系統(tǒng)提供觸發(fā)信號(hào)。處 理系統(tǒng)將模擬檢測(cè)器信號(hào)數(shù)字化并且存儲(chǔ)用于掃描的數(shù)據(jù)( 一般1024 點(diǎn))，它提供重構(gòu)一個(gè)A掃描的信息。處理系統(tǒng)可以捕獲許多A掃描
的原始數(shù)據(jù)(覆蓋掃描反射鏡的整個(gè)運(yùn)動(dòng))，之后將其處理成B掃描 圖像，或者作為另一方案，及時(shí)地捕獲和處理可以重疊的A掃描。
用于頻域OCT的理想的激光源將隨時(shí)間以恒速的光頻進(jìn)行掃 描，并且在所述掃描期間提供恒定的功率電平。在這種情況下，僅 僅需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換(利用適當(dāng)?shù)拇翱诤瘮?shù)，例 如Harming )，以便獲得A掃描圖形。
對(duì)于實(shí)際的激光源，掃描頻率在整個(gè)光譜范圍內(nèi)改變，功率也 是如此。若不進(jìn)行校正，這些影響會(huì)導(dǎo)致圖像模糊。因此，通過以 不等間隔時(shí)間利用局部三次插值算法進(jìn)行重新釆樣以及通過以變化 因子重定比例，來修正原始數(shù)據(jù)。然后如上所述，進(jìn)行離散傅里葉 變換。
利用平面鏡片(plain glass block)作為目標(biāo)來獲得對(duì)上述修正的 標(biāo)定，以便產(chǎn)生入射功率的約4%的單一反射(在標(biāo)定過程中，掃描 反射鏡是靜止的，設(shè)定在中心位置)。調(diào)整路徑差，以便給出適當(dāng)大 數(shù)目的的干涉條紋(例如橫過所述掃描有100條千涉條紋)，并且捕 獲原始波形。在消除任何殘余直流分量之后，計(jì)算機(jī)利用局部三次 插值算法準(zhǔn)確地確定條紋零點(diǎn)交叉的位置，因此獲得所需的重新采 樣位置陣列。它還確定干涉條紋的包絡(luò)線，因此獲得所需的重定比 例值陣列。當(dāng)正確地標(biāo)定了所述系統(tǒng)時(shí)，所述玻璃片在A掃描中給 出尖銳的單一峰值。
圖13示出包括外殼100的設(shè)備的透視圖，外殼100安裝用以分 析千涉圖并把結(jié)果顯示在屏幕101上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。外殼100還安 裝激光器，激光器的輸出光束通過柔性單模光纖2傳送到探頭1。
本發(fā)明不限于所描迷的示例的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于執(zhí)行傅里葉域光學(xué)相干層析成像的光學(xué)干涉設(shè)備，所述設(shè)備包括提供多個(gè)光束的裝置，由此同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦深的干涉圖，每一個(gè)干涉圖由所述多個(gè)光束之一提供。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提供用于把從所述 多個(gè)不同焦深的干涉圖得出的圖像組合起來的裝置，由此可以構(gòu)造 具有增大的景深的單一圖像。
3. 如權(quán)利要求1或2所迷的光學(xué)干涉設(shè)備，其中干涉儀把測(cè)量 光束傳到所述待檢查物質(zhì)并且提供用于每一個(gè)不同焦深的測(cè)量光 束。
4. 如權(quán)利要求1至3中4壬何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中， 所述提供多個(gè)光束的裝置包括^接收單光束的裝置和把所述單光束分 成所述多個(gè)光束的裝置。
5. 如權(quán)利要求4所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述多個(gè)光束的焦 點(diǎn)從一個(gè)到下一個(gè)既在4黃向上又在軸向上移位。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述產(chǎn)生多個(gè) 光束的裝置包括反射面和部分反射面，由此接收的光束傳到所述部 分反射面并且所述光束的一部分穿過所述部分反射面以便形成第一 光束，并且另一部分被反射到所迷反射面，在所述反射面，這一部 分光束纟支反射回所述部分反射面并且該光束的 一部分穿過所述部分 反射面以便形成第二光束，設(shè)置所述部分反射面和所述反射面，使 得所述第一和第二光束彼此平行地移位，此外，通過在所述反射面 和所述部分反射面上的反射和透射來提供所述多個(gè)光束的相繼的光 束。
7. 如權(quán)利要求6所述的光學(xué)千涉設(shè)備，其中所述反射面和部分 反射面組成振蕩板，以及其中所述輸入光束是輸入到所迷振蕩板的 會(huì)聚或發(fā)散光束，使得來自所述振蕩板的所述多個(gè)輸出光束中的每 一個(gè)具有不同的軸向焦點(diǎn)。
8. 如權(quán)利要求1至7中任^f可一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提 供四個(gè)光束。
9. 如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中計(jì) 算所述焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮在所述待檢查物質(zhì)中焦點(diǎn)腰的瑞 利范圍。
10. 如權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提 供掃描裝置，用于沿經(jīng)過所述多個(gè)光束的線路以與所述光束成直角 對(duì)所述多個(gè)光束掃描。
11. 一種用于相干層析成像設(shè)備或觀察內(nèi)窺鏡的光學(xué)探頭，其中 由所述探頭向遠(yuǎn)程觀察透鏡或向攝像機(jī)發(fā)送圖像，所述探頭包括設(shè) 置在探頭的近端的掃描器和在所述探頭內(nèi)的用以對(duì)至所迷探頭的遠(yuǎn) 端的掃描以及來自所述探頭的遠(yuǎn)端的掃描進(jìn)行光學(xué)中繼的光學(xué)部 件。
12. 如權(quán)利要求11所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述掃描器包括 旋轉(zhuǎn)或振蕩反射鏡。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中在所述探頭 筒的所述遠(yuǎn)端不設(shè)置活動(dòng)部件。
14. 如權(quán)利要求]1、 12或13所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述探 頭包括探頭筒，在所述探頭筒的近端設(shè)置手柄，而所述掃描器安裝 在所述手柄內(nèi)。
15. 如權(quán)利要求11至14中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中 所述探頭筒是可以從所述手柄拆下的。
16. —種用于檢驗(yàn)物質(zhì)的干涉設(shè)備，所述設(shè)備包括 觀察設(shè)備，干涉設(shè)備，探頭筒，所述探頭筒包括中繼光學(xué)部件，其中通過與用于干涉 裝置的中繼光學(xué)部件相同的中繼光學(xué)部件提供觀察，以便將千涉儀 光束沿著所述探頭筒傳送到所述探頭筒的遠(yuǎn)端并傳送到所述待檢查 物質(zhì)并且把散射的千涉儀光束沿著所迷探頭筒傳送回到所述干涉設(shè) 備，可見光源，將來自所述可見光源的可見光沿著所述探頭筒傳送到所述探頭 筒的遠(yuǎn)端以便照射所述待檢查物質(zhì)并且把其圖像沿著所述探頭筒傳 送回到所述觀察設(shè)備的圖像檢測(cè)器的裝置，從輸出的可見光中分離 返回的圖像的裝置，和分束器，所述分束器分別"i殳置在所述探頭筒的近端與所述觀察 設(shè)備和干涉設(shè)備之間，以便從可見光光束(在兩個(gè)方向)中分離出 所迷干涉儀光束(在兩個(gè)方向)，由此可以利用所述可見光觀察所迷 物質(zhì)的同 一部分以及同時(shí)利用干涉光束對(duì)其進(jìn)行檢查。
17. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)千涉設(shè)備，其中分束器是激光/白 光分束器。
18. 如權(quán)利要求6或17所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提供掃描器， 用以掃描跨待檢查物質(zhì)的干涉儀光束，并且所述分束器設(shè)置在所述 掃描器和所述探頭筒之間。
19. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述可見光光源 是發(fā)光二極管光源，用以提供白光照射。
20. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述成像檢測(cè)器 是彩色電荷耦合器件攝像機(jī)，用以接收被檢查物質(zhì)表面的反射圖像。
21. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)千涉設(shè)備，其中所述探頭筒是剛 性的。
22. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述^t頭筒是部 分柔性的或聯(lián)合的。
23. —種光學(xué)干涉方法，其中同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦 深的干涉圖。
24. 如權(quán)利要求23所述的干涉方法，其中每一個(gè)干涉圖提供A 掃描圖像，所述A掃描圖像僅僅在有限深度范圍內(nèi)是銳聚焦的，以及所述方法包括把多個(gè)不同焦深的A掃描圖像組合在一起，由此構(gòu) 成具有增大的景深的單一A掃描圖像。
25. 如權(quán)利要求23或24所述的干涉方法，其中所述干涉儀把測(cè) 量光束傳到待檢查物質(zhì)并且為每一種不同焦深提供相關(guān)測(cè)量光束。
26. 如權(quán)利要求23至25中任何一項(xiàng)所述的千涉方法，其中使所 述多個(gè)光束具有不同的焦點(diǎn)。
27. 如權(quán)利要求23至26中任何一項(xiàng)所述的干涉方法，其中使四 束光束具有不同焦點(diǎn)。
28. 如權(quán)利要求23至27中任何一項(xiàng)所述的干涉方法，其中計(jì)算 所述焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮目標(biāo)中光的波長(zhǎng)。
29. 如權(quán)利要求23至28中任何一項(xiàng)所述的干涉方法，其中通過 相對(duì)地掃描所述光束和所述被;檢查表面來執(zhí)行B掃描。
30.如權(quán)利要求29所述的干涉方法，其中沿著跨所述^f皮檢查物 質(zhì)的表面的線路來掃描所述光束。
31.如權(quán)利要求30所述的干涉方法，其中所述多個(gè)光束沿著所 述掃描線彼此隔開小的距離，由此，在橫向掃描過程中，給定位置 不同深度范圍的信息不是同時(shí)到達(dá)而是在略微不同的時(shí)間到達(dá)，并 且在裝配組合圖像時(shí)對(duì)此做出補(bǔ)償。
全文摘要
一種用于執(zhí)行傅里葉域光學(xué)相干層析成像的光學(xué)干涉設(shè)備包括提供多個(gè)光束的裝置，由此同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦深的干涉圖，每一個(gè)干涉圖由多個(gè)光束之一提供。提供用于將從多個(gè)不同焦深的干涉圖得出的圖像組合起來的裝置，由此可以構(gòu)造具有增大的景深的單一圖像。計(jì)算焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮待檢查的物質(zhì)中焦點(diǎn)腰的瑞利范圍。
文檔編號(hào)A61B1/04GK101115436SQ200580046850
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者A·吉爾克斯, D·S·史密斯, S·R·哈特斯利 申請(qǐng)人:邁克遜診斷有限公司