專利名稱：基于影像測(cè)繪的光學(xué)相干層析成像技術(shù)的制作方法
基于影像測(cè)繪的光學(xué)相干層析成像技術(shù)技術(shù)參照根據(jù)美國(guó)專利法第119條(e)款，以及美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)?zhí)?61/422，053)，上述申請(qǐng)的內(nèi)容可以作為本此申請(qǐng)的參考。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)是各類診斷圖像繪制的必要工具。例如，OCT系統(tǒng)被用于生物學(xué)樣品圖像的制作。而傳統(tǒng)的OCT系統(tǒng)需要多程的樣品來繪制圖像。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明涉及一個(gè)采樣成像的方法。這個(gè)方法包括:在單次采集事件中，從樣品上不同的點(diǎn)接受該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含有深度編碼的電磁場(chǎng)，并將這些含有深度編碼的電磁場(chǎng)按照預(yù)先設(shè)定的對(duì)應(yīng)的不同方向重定位到色散成像儀上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)；然后，利用色散成像儀將上述含有深度編碼的電磁場(chǎng)一一進(jìn)行譜域分散，獲得對(duì)應(yīng)的光譜信息，并在檢測(cè)器對(duì)應(yīng)的位置上進(jìn)行成像。另一方面，本發(fā)明涉及一個(gè)包括影像測(cè)繪儀、色散成像儀以及探測(cè)器的系統(tǒng)。影像測(cè)繪儀配置后用于在單次采集事件中，從采樣圖像中多個(gè)點(diǎn)接受該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的含有深度編碼的電磁場(chǎng)，并將這些含有深度編 碼的電磁場(chǎng)按照預(yù)先設(shè)定的對(duì)應(yīng)的不同方向重定位到色散成像儀的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。色散成像儀配置后用于利用光譜將上述含有深度編碼的電磁場(chǎng)一一進(jìn)行譜域分散，獲得對(duì)應(yīng)的光譜信息，并在投射到檢測(cè)器的對(duì)應(yīng)位置。而探測(cè)器配置后被用于接收上述反射的光譜信息。從下面的描述和所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他方面將是顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的系統(tǒng)圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的譜域光學(xué)相干層析成像干涉儀的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的影像測(cè)繪儀的示意圖。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的影像測(cè)繪儀的示意圖。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的色散成像儀的前表面的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的色散成像儀的示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的緊湊型高分辨率的影像測(cè)繪儀的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的連接緊湊型高分辨率的影像測(cè)繪儀的色散成像儀的示意8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的影像測(cè)繪儀的一部分的透視圖。圖9A-C是基于影像測(cè)繪的光學(xué)相干層析成像技術(shù)的工作原理的圖像流程圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的光學(xué)相干層析成像方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將根據(jù)參考附圖詳細(xì)描述一下本發(fā)明的具體實(shí)施例。為了維持一致性，我們將用相同的標(biāo)號(hào)表示附圖中的相同元件。同時(shí)，附圖中的”Fig.”標(biāo)記代表描述中的“圖”。為了更理解本發(fā)明的內(nèi)容，在后續(xù)詳細(xì)的關(guān)于發(fā)明的實(shí)施例的描述中，許多細(xì)節(jié)將被詳盡地進(jìn)行解釋。然而，顯而易見的是，即使沒有這些實(shí)施細(xì)節(jié)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以進(jìn)行實(shí)施。在其它情況下，本領(lǐng)域的通用技術(shù)也不會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的描述，以免贅言。通常情況下，本發(fā)明的實(shí)施例涉及基于圖像映射的光學(xué)相干層析成像技術(shù)。更具體地說，本發(fā)明的實(shí)施例涉及使用圖像映射譜儀的譜域光學(xué)相干層析成像技術(shù)(SD-0CT)。這些實(shí)施例同時(shí)也涉及了在單一快照或探測(cè)中建立三維圖像的方法和系統(tǒng)。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，樣品是指任何可以成像的生物或非生物的材料、物品或者標(biāo)本。在本發(fā)明的實(shí)施例中，樣品是指采樣點(diǎn)的集合。采樣點(diǎn)是樣品上一個(gè)特定位置(x，y，z)的點(diǎn)。這些采樣點(diǎn)可以進(jìn)一步看作后向散射的電子福射的原點(diǎn)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，單次采集事件是指探測(cè)器同時(shí)檢測(cè)到被照射的樣品表面(在x，y平面上)的多個(gè)點(diǎn)發(fā)出的電磁場(chǎng)。而從這多個(gè)點(diǎn)各自發(fā)出的電磁場(chǎng)可以視作在x，y平面上位于x，y位置 的點(diǎn)沿著z方向發(fā)出的電磁場(chǎng)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)出是指電磁波反射、散射、后向散射或以其他方式從樣品上的某個(gè)位置發(fā)射。在本發(fā)明的實(shí)施例中，單次采集事件開始和結(jié)束分別對(duì)應(yīng)了探測(cè)器開始和結(jié)束檢測(cè)電池輻射。在下面的詳細(xì)描述中，電磁輻射、電磁波和電磁場(chǎng)被認(rèn)為是同義的，可以互換使用。寬帶電磁場(chǎng)可以被定義為一個(gè)包含不同波長(zhǎng)和頻率的電磁場(chǎng)。但必須說明的是，術(shù)語光學(xué)相干斷層成像不應(yīng)該被用于將本發(fā)明的譜域限制為光的波長(zhǎng)或者頻率，本發(fā)明的技術(shù)同樣適用于其他可見光的電磁波譜。在本發(fā)明的實(shí)施例中，包含深度編碼的電磁場(chǎng)這個(gè)定義源自樣品在采樣點(diǎn)的電磁場(chǎng)的傳播方向沿深度分布有關(guān)的信息被編碼在寬帶頻譜內(nèi)的電磁采樣點(diǎn)信息中。圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的系統(tǒng)，它包括用于輸出含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104的譜域光學(xué)相干層析成像(SD-OCT)干涉儀102。含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104中編碼了它在成像樣品中的頻譜深度信息。影像測(cè)繪儀106經(jīng)過配置后，可以被用來接收含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104。影像測(cè)繪儀106配置后可用于將深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104轉(zhuǎn)化為原始圖像數(shù)據(jù)立方體108。原始圖像數(shù)據(jù)立方體108是以三維數(shù)據(jù)集(x，y，D (x, y,入))的形式進(jìn)行記錄,其中D (x，y,入)是成像使用的光學(xué)系統(tǒng)的視圖范圍內(nèi)的樣品上每個(gè)位于x，y平面上的采樣點(diǎn)的頻譜干涉的值。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)110被配置用作接收原始圖像數(shù)據(jù)立方體108。在本發(fā)明的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)110包括一個(gè)中央處理器、存儲(chǔ)器、輸出設(shè)備、輸入設(shè)備以及保存在存儲(chǔ)器中的軟件，該軟件在被處理器調(diào)用時(shí)，對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)立方體108進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)110可以被進(jìn)一步地配置用于處理頻譜干涉D (x，y, A )和提取沿著樣品深度方向(z方向)的后向散射強(qiáng)度。因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)110可以將樣品的三維數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為最后展示的三維圖像。根據(jù)SD-OCT的通用技術(shù)，屬于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該了解多種將光譜信息轉(zhuǎn)化為深度信息的方法。舉個(gè)例子，可以將每個(gè)頻譜干涉D (x, y, A)的值轉(zhuǎn)化為D (x，y，k)，然后進(jìn)行傅里葉變換。此外，數(shù)據(jù)處理可包括標(biāo)準(zhǔn)的影像測(cè)繪光譜儀映射，和/或包括圖像傳感器像素直接向波數(shù)k的映射。同樣也可以在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的色散補(bǔ)償技術(shù)。此外，所屬領(lǐng)域的理解使用硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的技術(shù)人員可以將處理過程集成到影像測(cè)繪儀106中。進(jìn)一步，當(dāng)用戶在影像測(cè)繪儀106和/或SD-OCT干涉儀102上進(jìn)行各種操作后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)110可以接收到相應(yīng)的用戶反饋112。舉個(gè)例子，樣品可能被移動(dòng)到用戶能夠看見用戶感興趣區(qū)域(ROI)或放大/縮小ROI的范圍。變焦可以通過空間或光譜的方式進(jìn)行。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的被配置用于產(chǎn)生含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)的SD-OCT干涉儀的示意圖。SD-OCT干涉儀202包含輸入臂234，參考臂214，樣品臂216和輸出臂236。輸入臂234包含一個(gè)產(chǎn)生光源束206的寬帶電磁福射源204。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電磁輻射源204可以是超發(fā)光二極管(SLD)或者所屬領(lǐng)域內(nèi)已知的其他合適的寬帶光源，例如放大的自發(fā)發(fā)射(ASE )光纖光源、光纖光源、光子晶體光纖光源、熱福射源等。光源束206可以根據(jù)需要使用輸出準(zhǔn)直器226進(jìn)行校準(zhǔn)。射束分離器208被配置用于將光源束206分離成兩種光束:通過參考臂214傳播的參考光束210和通過樣品臂216傳播的采樣光束212a。參考臂214還包括參考物鏡224和反光鏡230。參考光束210通過參考物鏡224，在反光鏡230上反射，通過與參考光束210傳播路徑大致相同 的路徑傳播回來并通過參考物鏡224。采樣臂216還包括采樣物鏡222和樣品218。進(jìn)一步地，在示范性實(shí)施例中，采樣臂還可以包括一個(gè)從遠(yuǎn)程樣本位置(例如采樣臂內(nèi)某個(gè)位置)射來或射向遠(yuǎn)程樣本位置的連貫的光纖束(不顯示)。采樣物鏡222可以被配置為讓光透過，照亮樣品218周圍的空間。在本專利的實(shí)施例中，經(jīng)過樣品218的采樣光束212a可以照亮米樣物鏡222的全部視野。米樣光212a的后向散射光部分212b(為了清楚起見，在采樣臂216中將其偏移采樣光212a)沿著基本與采樣光212a傳播路徑大致相同的路徑傳播回來并通過采樣物鏡222。射束分離器208還可以被配置用作將參考光束210和采樣光束212a的后向散射光束212b聚合從而使參考光束210和后向散射光束212b相干后得到含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104。含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104包含了與樣品上的采樣點(diǎn)(X，y)的反射率對(duì)應(yīng)的二維空間信息，該反射率編碼了寬帶電磁場(chǎng)104的整個(gè)空間范圍的信息。含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104還包含了編碼在頻譜中的一維的空間信息(深度信息)。這空間(深度)信息是與被采樣光束212a照亮的樣品上每個(gè)采樣點(diǎn)(X，y)上沿著深度方向z的反射率相關(guān)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以使用任何已知的干涉儀的幾何形狀。例如，林尼克(Linnik)或?qū)捯晥?chǎng)林尼克(Linnik)干涉儀可以被配置使用，或采用單一的Mirau目標(biāo)的公共路徑干涉儀也可以使用。此外，在實(shí)例性實(shí)施例中，參考物鏡224可以被設(shè)計(jì)得與采樣物鏡222 —樣。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的影像測(cè)繪儀的示意圖。影像測(cè)繪儀300包括聚焦透鏡304、圖像映射器306、色散成像儀308和探測(cè)器陣列310組成。影像測(cè)繪儀300可以被配置用作接受從SD-OCT干涉儀202發(fā)出的包含深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104，并且通過映射、頻譜分散后將這些寬帶電磁場(chǎng)104在探測(cè)器310上重新成像。聚焦透鏡304被配置用于將含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104聚焦到圖像映射器306上，從而在圖像映射器306上形成樣品218的圖像312。圖像映射器306被配置用于將圖像312的部分光束重新定位或映射到色散成像儀308的前表面420。為了簡(jiǎn)化表示，我們假設(shè)只有圖像的三個(gè)部分314，316，318被映射，它們?cè)趫D3中用一條光束進(jìn)行表示。色散成像儀308則被配置用于對(duì)上述的三部分光束進(jìn)行接收和頻譜分散以獲得光譜320，322，324。為了簡(jiǎn)化表示，當(dāng)圖3中的光束314，316，318僅含兩種不同波長(zhǎng)的光線時(shí)，光譜分散儀可以產(chǎn)生正確的結(jié)果。進(jìn)一步地，色散成像儀308可以被配置用作在探測(cè)器310上將光譜320，322，324重新成像出來。探測(cè)器310則包含一個(gè)電磁輻射的二維探測(cè)陣列，例如以電荷耦合器件芯片(CCD)和/或陣列CCD的形式。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的圖像映射器的示意圖。圖像映射器306包含了 8個(gè)細(xì)長(zhǎng)的反射面1-8。每個(gè)反射面1-8在y軸和X軸的方向上有(0 y，0X)的角度偏移。這樣使得每個(gè)反射面可以將部分的圖像312重新定位或映射色散成像儀308的前表面420，如圖3所示。圖4A顯示的圖像映射器306的8個(gè)反射面包含4個(gè)不同的角度，這樣可以將這8個(gè)反射面分為相同的兩組401。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的色散成像儀308的前表面420的示意圖。前表面420可以被分為四個(gè)區(qū)域402，404，406和408。這四個(gè)區(qū)域可以分別接受從反射面經(jīng)過上述四個(gè)不同角度反射出的圖像312的光線1’-8’。區(qū)域402可以接受從反射面I和5反射出的光線I’和5’，反射面I和5都有同樣的傾斜角(e yl，0 xl)。區(qū)域404可以接受從反射面4和8反射出的光線4’和8’，反射面4和8都有同樣的傾斜角(0y2，0xl)。區(qū)域406可以接受從反射面2和6反射出的光線2’和6’，反射面2和6都有同樣的傾斜角(9yl, 0x2)o區(qū)域408可以接受從反射面3和7反射出的光線3’和7’，反射面3和7都有同樣的傾斜角(9 y2，0 x2)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，圖像映射器306可以使用任意數(shù)量的包含任意數(shù)量的角度或大小的反射面，并根據(jù)設(shè)置的傾斜角度將他們進(jìn)行分組。一般情況下，M個(gè)X方向上的傾斜角和Nfy方向上的傾斜角將構(gòu)成M*N個(gè)不同的圖像映射表面，對(duì)應(yīng)色散成像儀308的前表面420上M*N個(gè)不同的區(qū)域。但是，若將這M個(gè)x方向上的傾斜角和Nfy方向上的傾斜角分配到L個(gè)相同的組中，則構(gòu)成的M*N*L個(gè)不同的圖像映射表面，也只能對(duì)應(yīng)色散成像儀308的前表面420上的M*N個(gè)區(qū)域。例如，根據(jù)圖4A-4B展示的實(shí)施例，M=2，N=2, L=2。因此，在圖像映射器上雖然有8個(gè)可用的反射面，但是在色散成像儀308的前表面420上只有四個(gè)不同的區(qū)域(每個(gè)區(qū)域接受一對(duì)從圖像312發(fā)出的光纖)被用于在探測(cè)器上重新成像。這樣的話，就可以采用不對(duì)偏移角度進(jìn)行分組的更小且更簡(jiǎn)單的光學(xué)重成像器件和更小且更簡(jiǎn)單的探測(cè)器。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明所述范圍內(nèi)，采用折射或衍射的光學(xué)器件作為圖像映射器比采用反射光學(xué)器件更為合適。進(jìn)一步說，任何可以對(duì)電磁輻射的光束進(jìn)行一定角度偏轉(zhuǎn)的光學(xué)器件都可以被使用。例如，可以使用引起光偏轉(zhuǎn)的棱鏡、光纖或者其他合適的波導(dǎo)設(shè)備來將圖像光束重定向到光譜分散儀。進(jìn)一步地，圖像映射器可以添加一些允許用戶實(shí)時(shí)操作(例如光學(xué)變焦)的元件。例如，動(dòng)態(tài)微機(jī)電系統(tǒng)(“MEMS”)反射鏡陣列可以替代上述介紹的靜態(tài)反射鏡陣列。此外，液晶調(diào)制器或基于可折射的微流體的液體調(diào)制器也均可以采用。進(jìn)一步地 ，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，望遠(yuǎn)鏡或光束擴(kuò)展器(未顯示)可以被選擇加入影像測(cè)繪儀106，例如添加在聚焦透鏡304前，用于通過匹配的圖像點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的大小(衍射光斑大小)來保持圖像映射器306單個(gè)反射面1-8上的圖像分辨率。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)束器可以被配置為圖像和對(duì)象空間的遠(yuǎn)心。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的光束分散儀的示意圖。為了簡(jiǎn)化表示，圖中僅描述了三條圖像匹配的光線314、316和318，用一組包含三條光線的光束進(jìn)行表示。色散成像儀308包含收集透鏡502，分散儀504和重成像透鏡陣列506。收集透鏡502被配置用于校準(zhǔn)圖像匹配光線314、316和318。分散儀504被配置用于對(duì)校準(zhǔn)后的圖像匹配光線314、316和318進(jìn)行譜域分散。分散儀504可以包括所屬領(lǐng)域內(nèi)任何已知的可以被用于分散頻譜的光學(xué)器件，例如單棱鏡或衍射光柵。進(jìn)一步地，分散儀504可以包含一個(gè)單棱鏡或衍射光柵陣列。為了簡(jiǎn)化表示，圖5假設(shè)映射的圖像的光線只包含兩個(gè)頻譜分量，因此只顯示兩道被分散的光線。如圖5所示，分散儀504被配置用于在空間中分散校準(zhǔn)后的圖像光線314、316和318來組成映射到圖像上的光譜508、510和512。重成像透鏡陣列506被配置用于將光譜508，510和512在探測(cè)器屏幕514上進(jìn)行重新成像。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，望遠(yuǎn)鏡或光束擴(kuò)展器(未顯示)可以被選擇加入色散成像儀308，例如被加入到收集透鏡502和分散儀504之間，可以根據(jù)需要根據(jù)重成像透鏡陣列506的延伸空間來對(duì)光線314、316和318進(jìn)行校準(zhǔn)。進(jìn)一步的，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到分散儀504可以包含一個(gè)可以對(duì)光譜(深度信息)進(jìn)行動(dòng)態(tài)生成或調(diào)節(jié)的R0I。進(jìn)一步的，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，在本發(fā)明所屬的范圍內(nèi)，色散成像器308的各個(gè)元件可以被調(diào)整。例如，重成像透鏡陣列506可以在分散儀504之前。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例簡(jiǎn)化的一個(gè)密集型高分辨率的影像測(cè)繪儀的示意圖。密集型高分辨率的影像測(cè)繪儀601被放置在圖1的系統(tǒng)中影像測(cè)繪儀106中，被用于基于影像測(cè)繪的光學(xué)相干層析成像。壓縮的高分辨率的影像測(cè)繪儀601包括聚焦透鏡600，物鏡602，折射圖像映射器604，色散成像儀606和探測(cè)器608。進(jìn)一步地，探測(cè)器608可能還包含一個(gè)光電探測(cè)器的二維陣列，例如以(XD芯片或陣列(XD芯片的方式。聚焦透鏡600被配置用于將含有深度編碼的寬帶電磁場(chǎng)104聚焦在折射圖像映射器604上,并在折射圖像映射器604上形 成樣品218的一個(gè)圖像612。物鏡602被配置用于通過聚焦物鏡600的出瞳603將測(cè)繪儀601上的高光通量和密集性保留在色散成像儀606上。折射圖像映射器604被配置用于重定位或映射圖像612的一部分到色散成像器606的前表面620。為了簡(jiǎn)化表不,僅有圖像的三個(gè)部分614、616、618在圖6中用一條光束進(jìn)行表示。物鏡602被放置在離折射圖像映射器604很近的位置上，使得圖像映射光線614、616、618反射到色散成像器606的過程中不用經(jīng)過一條很長(zhǎng)的路徑，也就是說不要一個(gè)看起來顯得很大的收集透鏡(例如圖5中的收集透鏡502)。色散成像器606被配置用于收集和譜域分散圖像映射光線614、616、618以獲得光譜621、622和632。為了簡(jiǎn)化表示，圖6假設(shè)當(dāng)圖像匹配光線614、616和618僅包含兩個(gè)不同的波長(zhǎng)，譜域分散可以順利進(jìn)行。此外，色散成像器606被配置用于在探測(cè)器608上將光譜621、622和632重新成像。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，折射圖像映射器604可以包含一個(gè)棱鏡陣列。此外，折射圖像映射器604使用鉆石柵格飛切割技術(shù)在可加工的光學(xué)材料(如硫化鋅)上進(jìn)行制作。此夕卜，折射圖像映射器604可以使用玻璃、注塑成型、沖壓成型、熱壓成型或所屬領(lǐng)域內(nèi)的任何已知技術(shù)來制造。圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例簡(jiǎn)化的密集型高分辨率的影像測(cè)繪儀601中使用的色散成像儀606的示意圖。為了簡(jiǎn)化說明，只有三條圖像映射光線614、616和618在圖中被標(biāo)注出來。色散成像儀606包含視圖校正元件陣列702，色散元件陣列704和重映像透鏡陣列706。視圖校正元件陣列702被配置用于橫向移動(dòng)重映像透鏡陣列706中的透鏡的可視范圍，使得色散成像儀606位于重映像透鏡陣列的可視范圍。色散元件陣列704被配置用作將圖像映射光線614、616和618進(jìn)行譜域分散。色散元件陣列704可以包含任何擁有色散功能的光學(xué)元件，例如單棱鏡、棱鏡對(duì)或者衍射光柵。為了簡(jiǎn)化說明，在圖像映射光線只包含兩個(gè)光譜成分的情況下，圖7只展示兩組色散后的光線。如圖7所展示的那樣，色散元件陣列704被配置用于分散圖像映射光線614、616和618中的光譜成分，以獲得光譜708、710和712。重映像透鏡陣列706被配置用作在探測(cè)器714上顯示光譜708、710和712。此外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，在本發(fā)明所述范圍內(nèi)，色散成像儀606中的各個(gè)元件可以進(jìn)行調(diào)整。例如重映像透鏡陣列706可以被安排在色散元件陣列704前面。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例簡(jiǎn)化的影像測(cè)繪儀的一部份的示意圖。影像測(cè)繪儀800包括圖像映射器802、收集透鏡804、色散元件806和重成像透鏡陣列808。收集透鏡804被配置用于收集圖像映射光線，如圖5中所示。為了簡(jiǎn)化說明，我們用多束光線來表示圖像映射。色散元件806被配置用于譜域分散(未顯示)校正過的圖像映射光線，如圖5中所示。色散元件806可以包括所屬領(lǐng)域內(nèi)已知的任何含有色散功能的光學(xué)元件，例如單棱鏡、棱鏡對(duì)或衍射光柵。此外，色散元件806可以包括棱鏡陣列或衍射光柵陣列。重成像透鏡陣列808被配置用于將圖像映射的光譜在探測(cè)陣列810上重新成像。如圖8所示，重成像陣列808包含一個(gè)5*5重成像鏡片組成的陣列。因此，這個(gè)系統(tǒng)可以與包含25不同傾斜角的鏡面或反射面的圖像映射器802或與包含4組100個(gè)鏡面或反射面，每組的25個(gè)鏡面或反射面都擁有不同傾斜角的圖像映射器802 —起使用。圖9A-C是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例簡(jiǎn)化的一個(gè)基于影像測(cè)繪的光學(xué)相干層析成像技術(shù)的例子。圖9A顯示了一個(gè)樣品902，樣品可以包括各種各樣的生物組織、冶金學(xué)的樣品、一層薄膜或其它需要在單次采集事件中需要形成三維圖像的樣品。通過圖1-8和上述對(duì)應(yīng)的解釋，一個(gè)樣品902的中間圖像可以被圖像映射器產(chǎn)生出來。在這個(gè)實(shí)施例中，圖像映射器擁有25個(gè)不同的反射面，并被配置用作產(chǎn)生圖像的25個(gè)不同的切片1-25。圖像映射的其中一個(gè)效果是，將上述25個(gè)切片的圖像重定位或映射到色散成像器(如圖4、5和7中所示)前表面的25個(gè)不同的區(qū)域1-25。圖9B則顯示了一個(gè)將25個(gè)欺騙的圖像重定位或映射到色散成像器前表面的25個(gè)不同區(qū)域的例子。同樣地，也可以選擇圖4A-4B中顯示的含有L組反射面的色散成像器，這樣會(huì)使每個(gè)小區(qū)域中的圖像繼續(xù)被分割為L(zhǎng)個(gè)小切片。值得注意的是，圖9B還可以解釋當(dāng)色散成像器中不含有色散元件時(shí)，探測(cè)器上被重新聚焦的圖像。在這種情況下，不同的圖像切片1-25會(huì)被若干個(gè)暗的區(qū)域904分隔開，顯示在探測(cè)器上。這些分隔開不同圖像切片的暗區(qū)域?yàn)槲覀儗⒉煌膱D像切片中個(gè)點(diǎn)的光譜分量進(jìn)行譜域分散提供了方便。光譜分量的空間分離性則由上述圖2-8對(duì)應(yīng)的描述中的光譜分離方向906所決定。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例簡(jiǎn)化，圖像映射、譜域分散以及在探測(cè)陣列910上重新成像的結(jié)果就是光譜的干涉，在圖9C中進(jìn)行展示。所以，探測(cè)陣列中的每個(gè)子探測(cè)器(或C⑶上的像素)可以檢測(cè)到樣品上位于(x，y)位置的點(diǎn)產(chǎn)生的光譜干涉值D (x,y,入)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 使用已知的SD-OCT的其他不同的方法來將光譜信息轉(zhuǎn)化為深度信息，例如進(jìn)行D (x, y, λ)到D (x，y，k)的數(shù)值變化，然后進(jìn)行傅里葉變化。因此，探測(cè)陣列的一列包含一個(gè)對(duì)圖像進(jìn)行的完整的深度掃描912的信息。對(duì)應(yīng)的，探測(cè)陣列的單次采集事件足夠獲得照射樣品的成像系統(tǒng)的視野范圍內(nèi)可以被用于樣品三維重建的全部信息。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)化的光學(xué)相干層析成像方法的流程圖。在對(duì)流程圖的所有步驟依次進(jìn)行解釋后，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，流程中的某些步驟需要依次進(jìn)行，而某些其他步驟可以并行地執(zhí)行。在步驟1000中，在單次采集事件中同時(shí)接受樣品上的采樣點(diǎn)產(chǎn)生的含有深度編碼的電磁場(chǎng)信息。在步驟1002中，按照預(yù)先設(shè)定好的方向?qū)⒑猩疃染幋a的電磁場(chǎng)信息重新定向到色散成像器。在根據(jù)本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施例中，步驟1002由影像測(cè)繪儀進(jìn)行。在步驟1004中，含有深度編碼的電磁場(chǎng)信息將經(jīng)過譜域分散成為普通的光譜，這個(gè)光譜中包含步驟1000中各個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光譜。在步驟1006中，將不同的光譜重新定位在探測(cè)器上成像。在步驟1008中，探測(cè)器檢測(cè)重新成像的光譜。在這個(gè)步驟中，計(jì)算機(jī)(或其他處理設(shè)備)使用這些重新成像的光譜來產(chǎn)生樣品的一個(gè)三維圖像。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以提供一個(gè)基于影像測(cè)繪的SD-OCT系統(tǒng)，該系統(tǒng)只需要探測(cè)器或探測(cè)器陣列的單次采集事件就可以將樣品的三維圖像重建出來，而不需要移動(dòng)光源束的位置或改變光源束的波長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例僅使用一個(gè)堅(jiān)固的，空間緊湊的，沒有運(yùn)動(dòng)部件的系統(tǒng)，因此降低了成本并提高了在小空間環(huán)境下的使用，例如內(nèi)鏡檢查。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)三維圖像的生成，因此減少了樣品移動(dòng)帶來的人為誤差。通過增加三維圖像的采集時(shí)間或增加系統(tǒng)中的光通量，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以容忍比現(xiàn)有的SD-OCT系統(tǒng)更多的信號(hào)噪聲。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以了解基于影像測(cè)繪的光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)可以采用已知的任何OCT技術(shù)，而不僅僅是SD-OCT技術(shù)。例如，在本發(fā)明所屬的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以采用多普勒(Doppler) OCT技術(shù)或偏振敏感的OCT技術(shù)。雖然本發(fā)明僅描 述了相對(duì)有限數(shù)量的實(shí)施例，但從這些實(shí)施例中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從這些公開的實(shí)施例中理解本發(fā)明，并在本發(fā)明披露的范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)出其它的實(shí)施例。相應(yīng)的，應(yīng)限制本發(fā)明的范圍僅在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種樣品成像的方法，該方法包括: 在單次探測(cè)事件中: 從樣品上的采樣點(diǎn)接受該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的包含深度編碼的電磁場(chǎng)； 按照各個(gè)對(duì)應(yīng)的預(yù)先設(shè)定好的方向?qū)⑦@些電磁場(chǎng)重定向色散成像儀上； 將這些包含深度編碼的電磁場(chǎng)進(jìn)行譜域分散，獲得對(duì)應(yīng)的光譜，并將這些光譜在探測(cè)器上重新成像；和 使用探測(cè)器對(duì)這些光譜進(jìn)行檢測(cè)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中，含有深度編碼的電磁場(chǎng)沿著對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)的z方向進(jìn)行傳播。
3.一種系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 一個(gè)經(jīng)過配置的影像測(cè)繪儀用于在單次探測(cè)事件中: 從樣品上的采樣點(diǎn)接受該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的包含深度編碼的電磁場(chǎng)； 按照各個(gè)對(duì)應(yīng)的預(yù)先設(shè)定好的方向?qū)⑦@些電磁場(chǎng)重定向色散成像儀上； 一個(gè)經(jīng)過配置的色散成像儀: 將這些包含深度編碼的電磁場(chǎng)進(jìn)行譜域分散，獲得對(duì)應(yīng)的光譜，并將這些光譜在探測(cè)器上重新成像；和 一個(gè)經(jīng)過配置的探測(cè)器:· 對(duì)上述的光譜進(jìn)行檢測(cè)。
4.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括: 一個(gè)經(jīng)過配置的譜域光學(xué)相干層析成像(SD-OCT)系統(tǒng)，用于產(chǎn)生含有深度編碼的電磁場(chǎng)，并將這些電磁場(chǎng)提供給影像測(cè)繪儀。
5.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，還包括: 一個(gè)經(jīng)過配置的物鏡，置于SD-OCT系統(tǒng)和影像測(cè)繪儀，用于從SD-OCT系統(tǒng)接收上述產(chǎn)生的含有深度編碼的電磁場(chǎng)。
6.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，含有深度編碼的電磁場(chǎng)沿著對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)的z方向進(jìn)行傳播。
7.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，圖像匹配器是折射的。
8.權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，色散成像儀包含一個(gè)經(jīng)過配置的視圖校正場(chǎng)陣列，用于從影像測(cè)繪儀接受含有深度編碼的電磁場(chǎng)，并將這些電磁場(chǎng)進(jìn)行校正以獲得含有深度編碼并經(jīng)過校正的電磁場(chǎng)。
9.權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，色散成像儀還包含一個(gè)色散元件，用于接收校正的含有深度編碼的電磁場(chǎng)，并對(duì)這些電磁場(chǎng)進(jìn)行譜域分散以獲得對(duì)應(yīng)的光譜。
10.權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，色散成像儀還包括一個(gè)根據(jù)光譜進(jìn)行配置的重成像鏡頭，用于將光譜在探測(cè)器上進(jìn)行成像。
11.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，探測(cè)器包括一個(gè)二維的電磁輻射探測(cè)陣列。
12.權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，探測(cè)器是一個(gè)電荷耦合的設(shè)備。
全文摘要
基于影像測(cè)繪的光學(xué)相干層析成像技術(shù)。一種用于樣品成像的方法。該方法包括，在單次探測(cè)事件中，從樣品上的采樣點(diǎn)接受該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的包含深度編碼的電磁場(chǎng)，并按照各個(gè)對(duì)應(yīng)的預(yù)先設(shè)定好的方向?qū)⑦@些電磁場(chǎng)重定向色散成像儀上。該方法還包括將這些包含深度編碼的電磁場(chǎng)進(jìn)行譜域分散，獲得對(duì)應(yīng)的光譜，并將這些光譜在探測(cè)器上重新成像，最后使用探測(cè)器對(duì)這些光譜進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK103250036SQ201180058100
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者T·S·特卡茲克, M·皮爾塞 申請(qǐng)人:威廉馬什賴斯大學(xué)