使用oct光源和扫描光学器件的二维共焦成像的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学成像和诊断设备。本发明提供了一种同时记录光学相干断层扫描(OCT)图像和共焦激光扫描检眼镜(CSLO)图像的设备。
【背景技术】
[0002]在生理组织的光学成像中，尤其是活人的眼睛，最几年已经示出，光学相干断层扫描(OCT)和共焦扫描激光成像系统具有特别的独立的优点。
[0003]共焦扫描激光成像已经成功地应用于视网膜成像，并且现在成像视网膜的组织结构中由眼科医师较好地接受(例如，参见Sharp, P.F.et al.(2004)."The scanning laserophthalmoscope-a review of its role in b1science and medicine.^Physics inMedicine and B1logy 49 (7): 1085-1096)。共焦扫描激光检眼镜(CSLO)的深度分辨率通过共焦光学器件的聚焦深度确定，并且因此，其通常具有近似300微米的轴向分辨率。
[0004]相比于CSL0，OCT的轴向分辨率通过所使用光源的相干长度确定，并且因此能够提供更高的轴向成像分辨率-以10微米的等级。OCT对于诊断是尤其有用的，该诊断需要高深度分辨率断层图像(Fujimoto, J.G.et al.(2000)."Optical coherence tomography:anemerging technology for b1medical imaging and optical b1psy."Neoplasia2(1-2):9-25 ;Rollins，A.M.et al.(2002)."Emerging clinical applicat1nsof optical coherence tomography."Optics and Photonics News 13 (4):36-41 ；Fujimoto, J.G.(2003)."Optical coherence tomography for ultrahigh resolut1n invivo imaging."Nature B1technology 21 (11):1361-1367)。
[0005]虽然OCT在关注的空间上测量光学反射率，但是已经努力使用数据产生其看起来像来自检眼镜的视网膜图像的正前图像(en-face image) (Podoleanu，A.G.etal.(1997)."Simultaneous en-face imaging of two layers in the human retina bylow-coherence reflectometry."Optics Letters 22(13):1039-1041 ；Podoleanu, A.G.et al.(1998).〃En-face coherence imaging using galvanometer scannermodulat1n."Optics Letters 23 (3): 147-149)。原则上，OCT能够用于在覆盖关注空间的一密集组的点处测量光学反射率，并且然后OCT数据能够被降低以模仿通过CSLO或另一检眼镜看出的正前图像。在一种方法中，除了 OCT图像之外，OCT信号被用于同时创建具有类似于CSLO图像的外观的组织结构图像。能够沿着深度尺寸通过将多个OCT信号集成或迭加在彼此顶部完成此。结果是基于对于每个横向像素的平均的总深度反射率的正前图像(Hitzenberger, C.K.et al.(2003)."Three-dimens1nal imaging of the human retinaby high-speed optical coherence tomography.^Optics Express 11 (21):2753-2761)。生成像CSLO图像的另一种方法使用不同相干长度的多个光源。这允许不同深度分辨率的多个OCT图像的同时生成。又一方法使用OCT信号的低通电子过滤器以提取像CSLO的图像。
[0006]然而，从OCT数据生成的这些在正前图像具有多个缺点。具体地，图像质量通常劣于传统共焦图像。OCT收集光学器件比CSLO收集光学器件总体上收集从样本返回的更少的光。如在本领域已知的，OCT是干扰类技术，所以仅空间相干有助于信号。从样本返回的光也经常收集在单模光纤中。或因为其落在光纤核心外部或因为其以陡峭角度进入，所以未耦合至单模的反射光被反射。通过，这样反射从样本反射的绝大多数光。此外，通常通过OCT扫描光学器件的速度限制这类正前图像的帧率。
[0007]给出从OCT数据生成的正前图像的这些缺点以及OCT和CSLO的不同优点，则期望同时生成OCT和CSLO图像两者。结合OCT和CSLO的主要好处之一是其具有不同的深度范围。另一个好处是通过CSLO生成的样本的2D图像能够用于相对于样本恰当地定位OCT系统。
[0008]已经被用于生成样本的OCT和2D图像两者的大部分设计将额外的光学路径加入OCT系统以支持独立的眼底照相机、CSL0、线性扫描激光检眼镜(LSLO)、或类似的成像形态。然而，已经努力直接使用OCT构造生成OCT图像和CSLO图像。在一种方法中，OCT干涉仪的参照光被交替地临时阻断以生成CSLO信号并且被恢复以生成OCT信号。然而，这种方法导致顺序而不是同时获取OCT和CSLO图像。
[0009]直接使用OCT构造生成OCT图像和CSLO图像的这类技术通过由单模光纤的核心尺寸限定的小孔收集用于OCT和CSLO图像的光。小孔处于10微米的等级。相反，在CSLO系统中的标准小孔尺寸近似100微米。因此，数值孔径(NA)与标准CSLO系统相比小很多，导致利用OCT系统生成的CSLO图像的更低的信噪比。关联于这种方法的另一问题是光纤末端能够很强地反射从样本返回的光。反射光能够以大于未被从样本返回的光纤反射的光的强度发送至共焦检测器，使CSLO样本信号被光纤末端反射覆盖。
[0010]已经用于生成OCT和CSLO图像的第二种方法是使用薄板分束器将从样本返回的光分为两个分量。分量之一被用于生成OCT图像，并且另一分量被导向单独的小孔并且用于生成CSLO图像。这类设计在上述OCT和CSLO图像的替换生成方面具有一些优点。因为用于生成CSLO图像的光直接通过单独的小孔，所以能够选择小孔的尺寸以优化CSLO信噪t匕。此外，因为用于生成CSLO图像的光不直接被导向单模光纤，所以CSLO信号不被来自光纤端的反射覆盖。最终，这种方法允许相同的横向扫描仪用于OCT光束和CSLO光束。能够利用自由空间的分束器和相应检测器的光学对齐实现在OCT和共焦图像之间的注册。
[0011]然而，这个第二种方法也具有大量限制。因为返回的样本光束的一部分被偏转至CSLO小孔，所以降低OCT信号强度。因为OCT单模光纤的包层吸收能够用于CSLO图像的大量返回的样本光束，所以其也不最大化到CSLO检测器的信号。
[0012]在US 7，382，464中，针对OCT和CSLO信号的有效收集和分离公开了新颖的双波引导模块。通过将大部分多模引导的光能引导至CSLO检测器来分离两个信号。未分接的单模引导的光波进一步发送至用于OCT图像生成的标准OCT系统的纯单模光纤。本发明实现了高效的光焦度应用，并且因此高信噪比、以及OCT和CSLO图像的固有像素至像素注册、以及结合的0CT/CSL0系统的成本降低。针对这种方法需要专用光纤光学器件。
[0013]本文中，我们介绍了同时生成高质量OCT和CSLO图像而不使用这种专用光纤光学器件的新方法。
【发明内容】
[0014]在本发明中，通常未收集的OCT信号被用于生成样本的共焦图像，而不利用选择性反射或光束引导装置通过空间分离信号影响OCT功能。本发明的另一方面是增加2D共焦图像的帧率的能力。在本文中描述的发明中，因为CSLO信号能够从OCT信号中独立记录，所以通过检流计扫描速度限制CSLO图像的帧率，该检流计扫描速度目前比本领域照相机速度的状态快约4倍。将传统扫描仪的扫描速度提高至机械和电子限制导致用于CSLO图像生成的更快的帧率。
【附图说明】
[0015]图1是用于眼科的一般频域OCT系统的示图。
[0016]图2A是其中共焦成像通道被包括在准直透镜和扫描光学器件之间的OCT设备的样本臂中的实施方式的示图。
[0017]图2B是在照明和反射光束尺寸的背景下与图2A相同的实施方式的示图。
[0018]图2C是其中共焦成像通道被包括在准直透镜和光纤的末端之间的OCT设备的样本臂中的实施方式的示图。
[0019]图3A是其中OCT和CSLO信号通过具有反射中心表面和围绕的透射区域的光学器件空间解耦的实施方式的示图。
[0020]图3B是其中OCT和CSLO信号通过具有各自以不同角度定向的两个部分的镜空间解耦的实施方式的示图。
[0021]图3C是其中OCT和CSLO信号通过楔形光学器件空间解耦的实施方式的示图。
【具体实施方式】
[0022]在图1中示出了在眼科中使用的一般频域OCT (FD-OCT)系统的示图。来自光源101的光通常由光纤105发送以照亮样本110，典型样本是在人类眼睛中的组织。典型的光源在谱域OCT(SD-OCT)的情况下是具有短时间相干长度的宽带光源、或在扫频源OCT(SS-OCT)的情况下是波长可调节的激光源。通常利用光纤的输出端和样本之间的扫描光学器件107在要成像的区域或空间上方横向(如果z平行于光束，则沿X和y)扫描光束(虚线108)。从样本反射回的光通过扫描光学器件107返回并且通常被收集至用于发送用于样本照明的光的相同光纤105。透镜109被用于校准退出光纤的照明光，并且被用于将反射光聚焦回至用于收集的光纤。从相同的光源101获得的参照光移动了一段