并行成像光学相干断层扫描系统及方法_3

文档序号:8547892阅读:来源:国知局
制器或数据计算处理器或执行计算机程序指令(例如,代码或软件)电路,并且可处理检测器190获取的输出信号,以生成样品130的数字化图象。此计算机可以包括,但不限于,例如台式电脑、个人电脑、笔记本电脑、笔记本、平板电脑、平板设备以及其他具有合适处理能力和速度的基于处理器的设备。计算机192可包括与此类设备或数据处理系统相关联的常见配件,包括但不限于,编程处理器、存储器、电源、显卡、显示器或屏幕(例如,图形用户接口)、固件、软件、用户输入设备(例如,键盘、鼠标、触摸屏等)、有线和/或无线输出设备、有线和/或无线通信设备(例如,以太网、W1-F1、蓝牙等)用于传输获取的采样图像。因此,本发明不受任何特定类型的基于处理器的设备的限制。
[0044]所述存储器可以是任何合适的非临时性计算机可读介质,例如,但不限于,任何合适的易失性或非易失性存储器,包括随机存取存储器(RAM)和各种只读存储器(ROM)以及各种USB闪存、磁性或光学数据存储器(例如,内部/外部硬盘、软盘、磁带CD-ROM、DVD-ROM、光盘、ZIP?驱动、蓝光光盘以及其他设备),可以被连接到介质的处理器写入和/或读取。
[0045]应进一步了解的是,本实施方案的各方面可以通过软件、硬件、固件或其组合加以实施。本文所描述的计算机程序不限于任何特定实施例,可以通过操作系统、应用程序、前台或后台进程、驱动器或其组合来执行,并且可以通过单台计算机或服务器处理器,或多台计算机或服务器处理器来执行。
[0046]继续参考图1,由所述OCT系统100和检测器190获取并记录的样品130的数字图像和/或移动视频数字图像,可以在计算机192的合适视频显示器194上播放以便系统用户进行观察。在OCT系统100的医疗保健相关应用中,用户可以是医疗服务人员、技术人员或其他医疗保健专业人员。在显示器194上显示的数字化样品图像表示OCT系统100分析的实际样品或标本(例如,在一些实施例中人或其他动物的组织),可作为医学诊断工具。可以使用任何合适的显示器194,包括但不限于,例如LED (发光二极管)、IXD(液晶显示器)或其他显示屏,包括电容式或电阻式触摸屏。
[0047]在一个非限制性的实施例中,当利用波长非可调谐宽带光源(例如,卤素灯、氙弧灯、超辐射发光二极管(SLD)、超连续谱光源、宽带激光等)时,由计算机192执行的时域OCT检测方法可用于分析来自检测器190的干涉信号。由计算机192的处理器执行的计算机程序指令(例如,控制逻辑),包括合适的数学算法,可用于执行时域OCT检测方法。该检测方法在技术领域众所周知,无需赘述。在这种情况下,参考臂102的参考反光镜160安装在振荡器164上,例如压电式传感器(PZT),可以改变参考臂的相位和光延迟。在相位调制的每个周期中,至少有两个图像连续被记录,与第一个称为“同相”的图像相比,第二个称为“异相”的图像具有圆周偏移的相位。通过减去这两个图像,背景可以基本上被清除,只保留干涉信号。其它的解调方法,例如四象限积分法,也可用于提取干涉信号。扫描器件120(例如,旋转盘121)的转动/移动可以与相位调制器和2D检测器190同步,以确保正确采集干涉信号并对其进行相位解调。参考反射镜160也可转换以匹配到不同深度的样品位置,并提供光学切片。
[0048]在一些实施例中,OCT系统100也可以使用波长可调光源110(例如,SuperlumBroadsweeper Model BS840-01等)。采用这种光源,执行计算机指令(包括适当的数学算法)的计算机192处理器可以采用傅立叶域OCT检测方法。该检测方法在技术领域众所周知,无需过多阐述。在这种情况下,参考反射镜160可被固定(即不摆动),这样可省略振荡器164而参考臂102也无需加装相位调制器。超高速照相机(例如,Y4,Redlake/IDT)通常需要获得一个在大约相同波长的光照下样品的完整扫描帧。根据SS-OCT数据(即扫频源0CT)处理的标准方法进行信号处理,这种标准方法包括背景减除、相位校准、色散补偿和傅里叶变换等步骤。干涉信号的光频与从样品返回的采样光反射成像深度相关。采样深度不同的反射产生不同频率的干涉图样。通过傅立叶变换信号处理的反射解析,在每个样品位置产生深度反射率曲线(A-扫描)。样品的二维(2D)和三维(3D)图像可以通过组合不同样品位置的A扫描而获得。线性化可调谐激光器或者频率梳可调谐激光器可以为各帧的采集提供线性k-空间的光输出,以此大大简化图像处理。使用傅里叶域检测方法时,通常将可调谐激光器的光源110、扫描器件120 (即旋转盘121)和2D照相机的检测器190进行同步。
[0049]图2表示另一个实施例,此例中并行扫描OCT系统100具有含双转盘组件200的移动扫描器件120。旋转盘组件200由包含多个微透镜202的主要采集盘201和包含多个通光孔(例如,不限于本文已描述的针孔122)的次要尼普科夫型旋转盘121组成。微透镜202和针孔122的位置沿轴向共同配准,使每个微透镜将来自光源110的入射光聚焦在旋转盘121对应的成对针孔122上(参见图5)。因此,在一个实施例中,主要采集盘201中微透镜202的数目和形状可以与旋转盘121中针孔的数目和形状相同。因此,微透镜202可被聚集并排列于微透镜阵列207中,此阵列的形状和排列可以基本上与旋转盘121中的针孔122的孔径阵列123 —致。
[0050]采集盘201和旋转盘121在轴向上以一定距离间隔,并同时固定在耦合到驱动电机204的电机驱动加长主轴203上。因此,采集盘201和旋转盘121同时旋转,使各微透镜202与其配对的针孔122保持轴向对齐。与单独使用尼普科夫盘相比,使用配置微透镜202的主要采集盘201时,占空因数(其定义为尼普科夫式旋转盘121的透光率百分比)得到显著提高。相应地,各微透镜202在扫描器件120上采集的入射光比普通通光孔要多,并且有效地将所捕获的光聚焦到其在旋转盘121中配对的针孔122上。通过双旋转盘组件200传输的光强度可以通过调整微透镜的直径而改变,无需改变旋转盘121下部的针孔122的尺寸。
[0051]微透镜202和旋转盘微透镜组合配件可通过商业途径购自(日本)横河电机公司和其他公司。在非限制性的实施例中,显微透镜可以是直径小于I毫米的小型透明光学透镜;然而,也可使用较大直径的透镜。任何合适的显微透镜202均可使用,包括但不限于,例如,单平凸透镜、多层透镜、微型菲涅耳透镜及其他透镜。显微透镜可以由任何合适的透明材料制成,例如,聚合物、石英玻璃、硅和其它本领域中使用的材料。微透镜202可以采用任何合适的技术方法来制造,包括光刻和半导体制造工艺。微透镜202可以与采集盘201基板分开安装,也可作为用相同材料制成的采集盘201整体结构的一部分。两种方法都可以使用。
[0052]在操作中,来自光源110的入射光照射采集盘201的部分后表面205,并通过微透镜阵列207和相对的前表面206被传输至旋转盘121,如图2所示。由微透镜阵列207产生的多条光束依次穿过旋转盘121的针孔122并到达分束器150,传输方式与前面描述的方法相似。
[0053]在一些实施例中,OCT系统100的干涉仪105中的参考臂102可通过插入半反射镜250 (例如,半镀银或其它类型的半反射镜)省略和取代,反射样品臂104中的部分入射光,如图2所示。干涉将在半反射镜250的反射光和样品130之间形成,以产生能被2D检测器190检测的干涉信号(例如,干涉图)。因此,在实施例中,如图1和图2所示的OCT系统100可使用参考臂102或半反射镜250产生干涉信号。
[0054]应当指出的是,分束器150和检测臂106 (即透镜180、2D检测器190以及其它可用于检测光路的元件)不需要置于旋转盘121后。分束器150可以放置于采集盘和尼普科夫盘之间,或根据应用插入光学系统的其他位置。在一些实施例中,中继光学设备也可以插入光学系统中。
[0055]图3表示另外一个实施例,在该实施例中,采样臂104中的物镜140将光直接聚焦到探头300上,而不是直接聚焦到样品130上。因此,探头300将采样光传输到样品上。该探头300的结构易弯曲且灵活,可与本发明披露的OCT系统100组合,用于内窥镜、腹腔镜和类似医疗设备中。
[0056]探头300包括但不限于柔性光纤束302,该光纤束涉及或将来自样品臂104的入射采样光传输到样品130进行成像。光纤束302由多条传输光的单独光纤构成,在技术领域中众所周知。光纤束302包括与样品臂104光学和物理耦合的近端304,并接收来自物镜140的米样光。光纤束302的远端306用于传输和扫描米样光到样品130,接收从样品返回的反射光信号。
[0057]在一些实施例中,构成光纤束302的光纤305为玻璃(即二氧化硅)或塑料制成的灵活、透明的光纤,用来在光纤各端304和306之间传输光。在一个非限制性的例子中,光纤305可以是康宁公司SMF28光纤或其它合适的光纤。根据预期应用和所需性能参数,长度和直径合适的光纤可用于光纤束302。因此,光纤可能有许多变化和构造。
[0058]探头300的光纤束302的直径可能小于几毫米,而且这种光纤束比较灵活,
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