用于光学相干层析成像以及定位元件的系统和方法_3

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几微米,即,在大约 1 μ m与5 μ m之间。
[0050] 由辐射源21生成的在空间上不相干的光通过光学过滤器22,其构造为带通过滤 器并且基本上仅对在可预定的光谱的带宽内的光是可穿透的。光学过滤器22具有钟形的 或高斯形的光谱的过滤特征,其中,仅仅由辐射源21生成的光的这样的光谱的光部分可通 过光学过滤器22,该光部分在预定的带宽之内在钟形的或高斯形的光谱的过滤特征的平均 波长附近。
[0051] 在本发明的意义中,将高斯形的光谱的过滤特征理解成,用于带有确定波长λ的 光的光学过滤器22的穿透性与βχρ[-[《λ-λ 0>/2.Λλ】2]成比例,其中,Aci表示波长,在其中光 学过滤器22具有其最大穿透性,而△ λ表示标准偏差,其与高斯形的穿透性走向的半值宽 度 FWHM 如下相关:FWHM * 2,35 - Δλ。
[0052] 将钟形的光谱的过滤特征理解成光学过滤器22的穿透性的光谱的这样的走向, 该走向可通过高斯形的走向接近和/或仅在这个程度上不同于高斯形的走向,即,其傅里 叶变换具有基本上高斯形的走向,该走向不带有旁瓣(Nebenmaxima)或带有仅仅非常低的 旁瓣,其高度为傅里叶变换的最大值的最大5%。
[0053] 通过使用从理论上说生成在空间上不相干的光的辐射源21在借助于二维的分辨 位置的探测器30探测由试体1反射的光时避免由于光束从不同的地点在检查的试体1内 的相干的串扰而出现所谓的重像(Geisterbild)。由此可放弃在使用在空间上相关的辐射 源时通常需要的附加的装置以用于破坏空间的相干性。
[0054] 此外,可因此追溯到用于生成不相干的光的热的辐射源上,例如白炽灯或卤素灯, 其比通常使用的超级发光二极管(SLD)明显表现更出色且成本更合适。
[0055] 通过利用高斯形或钟形的过滤特征的光学过滤将由辐射源21生成的光转变成在 时间上部分相干的、带有优选大于大约6 μπι的时间上的相干长度的光。这在所说明的类型 为所谓的时域OCT(在其中在干涉仪10中的参考臂13的长度变化并且借助于优选二维的 探测器30持续地探测出现的干涉的强度)的OCT装置中特别有利,因为通过借助于通过光 学过滤器22实现的带通过滤光一方面实现由试体1探测的图像的很高的侧向分辨率,并且 通过光学过滤器22的高斯形或钟形的光谱的过滤特征另一方面避免在利用探测器探测的 干涉样本的傅里叶变换中出现干扰性的旁瓣,其引起出现其他的重像。
[0056] 总地来说,利用所说明的OCT装置以简单的方式获得带有很高的分辨率和图像质 量的OCT图像。
[0057] 在所显示的示例中,光学过滤器22布置在辐射源21与由两个透镜23和24形成 的输入侧的光学系统之间。但原则上还可行的是,光学过滤器22设置在两个透镜23和24 之间或设置在透镜24与光导体26的输入区域25之间。原则上,光学过滤器22的这种布 置方案特别有利,如果碰到光学过滤器22上的光束具有仅仅很少的分散或尤其彼此平行 地伸延,因为因此一方面降低在光学过滤器22的界面处的反射损失,并且另一方面减少由 于光折射的射线偏差。因此,在所显示的示例中,光学过滤器22布置在光学系统的两个透 镜23和24之间特别优选。
[0058] 但备选地或附加地同样可行的是,将光学过滤器22直接施加到辐射源21的包封 部上。这具有的优点是,可取消附加的过滤构件。
[0059] 但备选地或附加地同样可行的是,将光学过滤器22布置在光导体26的输出区域 27与照明臂12之间,例如在处在光导体26的输出区域27与照明臂12的输入部之间的光 学系统28的透镜之前或之间。
[0060] 在一简单且特别可靠的变型方案中,光学过滤器22包括吸收滤光器(尤其所谓的 主体玻璃(Masseglas))和干涉过滤器,其中,在主体玻璃上例如通过汽化渗镀施加有带有 不同的折射系数的多层(优选在大约30与70之间)薄层,由此获得干涉过滤器。
[0061] 对于这种情况,即,光学过滤器22集成到辐射源21的包封部中,光学过滤器22优 选通过将这种干涉层施加到包封部上实现。备选地或但附加地同样可行的是,透镜23、24 更确切地说光学系统28的透镜中的一个或多个设有相应的干涉过滤器。
[0062] 2. OCT装置的运行模式 所说明的OCT装置可以三个不同的运行模式运行。运行模式为两个实时模式(在其中 试体1的OCT图像以每秒至少一幅图像的很高的速率、优选每秒大约5至10幅图像的速率 生成)以及一个静态的运行模式。
[0063] 在第一运行模式(实时模式1)中,实时生成试体1的二维的深度截面(所谓的切 片)。这由此实现,即,作为探测器30使用CMOS摄像机,其允许调节所谓的兴趣窗口(Window of IntereSt,W0I),在其中探测器30的仅仅部分面积对光敏感并且将光转变成相应的探测 信号。降低敏感性的摄像面积与明显提高摄像速度相关联,从而可在调节时比在全图模式 中每秒生成更多的摄像图像。
[0064] 在实时模式1中,优选选择这样的W0I,其在总的摄像长度或宽度的方向相应于 (例如640像素),而在另一方向上具有通过相应的摄像机的类型给定的最小可行数量的像 素(例如4像素)。由此在这个程度上提高摄像机的速度,即,可实时拍摄OCT图像。
[0065] 这优选组合探测器30的敏感性的上面说明的调制或耦合到干涉仪10中的光或由 干涉仪10发送的光的强度的调制实现。
[0066] 图2显示了作为示例的带有探测面Al的探测器30,探测面Al包括第一数量Nl的 布置在平面中的探测元素31并且具有长度cl和宽度bl。在所谓地调节WOI时,光仅仅通 过位于探测面Al的子面A2中的探测元素31来探测并且将其转变成相应的探测信号。子 面A2的探测元素31的第二数量N2小于整个探测面Al的探测元素31的第一数量Nl。探 测面Al和子面A2的长度cl和c2大小相同,而探测面Al和子面A2的宽度bl和b2不同。 [0067] 在所显示的示例中,子面A2仅为四个像素宽,而探测面Al为512个像素宽。因此, 探测面Al的敏感面以因数128被缩小,这显著缩短为了探测干涉样本和将其转变成相应的 探测信号所需的持续时间。
[0068] 如在图3中示出的那样,在该示例中代替完整的三维的X线断层照片从试体1的 所考虑的空间元件R获得仅四个(相应于子面A2的四个像素行)二维的深度截面S(所谓 的切片)。基于在第一运行模式中获得的切片,该模式还被称为切片模式。
[0069] 为了进一步的说明,图3的左边部分显示了人的皮肤的模型,在其中例如显示了 在运行模式1中优选实时拍摄的二维的深度截面确切地说切片的平面。
[0070] 在第二运行模式(实时模式2)中,如在图4中示出的那样,从试体1的所考虑的 空间元件R的确定的深度T生成二维的X线断层照片F,其中,深度T可自由选择。在此, 探测器30的整个探测面Al用于探测由试体1反射的光并且将其转变成相应的探测信号, 其中,然而仅相应最大低考虑用于计算X线断层照片F的五张摄像图像。为此,使在干涉仪 10中的参考镜16在相对于分束器11带有例如1 μπι的幅度的确定的间距的情况下周期性 地往复运动该间距,然而拍摄最高五幅摄像图像,其然后被决定用于OCT图像。以这种方式 可以很高的重复率尤其实时生成X线断层照片F。相比于参考镜16的上面所说明的宏观运 动,在此涉及参考镜16的微小的运动。
[0071] 通过参考镜16的宏观运动-必要时组合在以确定的深度T在试体中借助于位于 探臂14中的探测光学系统聚焦的光的下面进一步详细说明的焦点追踪-可自由选择深度 T,由该深度T获得X线断层照片F。
[0072] 基于通过试体1在基本上垂直于碰到试体1上的光的方向伸延的平面中的在第二 运行模式中获得的二维的截面F,第二运行模式还被称为En-face模式。
[0073] 为了进一步的说明,图4的左边的部分显示了人的皮肤的模型,在其中例如显示 了在运行模式2中优选实时拍摄的二维的X线断层照片更确切地说En-face图像的平面。
[0074] 在第三运行模式(静态的模式)中,借助参考镜16的宏观运动组合焦点追踪记录 完整的三维的数据组。
[0075] 在耦合到干涉仪10中的光的平均波长处在例如1 μπι的范围中时,参考镜16的宏 观运动的光学路径长度或幅度至少例如为〇. 1mm,优选至少例如为1_。
[0076] 相比于参考镜运动的呈耦合的光的平均波长的一小部分(即,典型地最高I ym) 的量级的通常微小的幅度,在所说明的OCT装置中,参考镜16的宏观运动呈0.1 mm至几毫 米的量级。
[0077] 在参考镜16的宏观的线性运动期间,由试体1反射的光通过干涉仪10传送至二 维的探测器30,并且由探测器连续地在相应确定的持续时间(其相应于探测器30的积分时 间)的多个时刻来探测并且将其转变成相应的探测信号。
[0078] 为了可在由参考镜16反射的光与由试体1反射的光之间出现干涉,必须满足所谓 的相干条件,其尤其表明相应反射的光波必须彼此具有恒定的相位关系,以便可彼此干涉。 由于使用带有非常短的相干长度(典型地10 μ m或更小)的光,恒定的相位关系的条件(其 还被称为相干门(Kohjirenz-Gate))仅在试体1的确定的深度或深度区域中得到满足。
[0079] 在此,参考镜16在宏观运动期间的任何位置相应于在试体1内的确定的深度或在 确定的深度附近的深度区域,针对其满足相干条件,从而可在由参考镜16反射的光与由试 体1反射的光之间出现干涉。
[0080] 在参考镜16的周期性的运动的情况下,参考镜16的周期性的运动的半周期(两 个)相应可用于接收探测信号。
[0081] 以这种方式通过探测器30连续地接收试体1的不同的深度的二维截面。这在图5 中进行了说明,在其中代表多个二维截面示出了通过试体1的空间元件R的第一二维截面 F1、第二二维截面F2和第三二维截面F3。这种二维截面同步地与参考镜16的宏观运动在 方向a上"游移"通过试体1的所考虑的空间元件R,而不必使试体自身运动。
[0082] 每个截面F1、F2和F3相应位于试体1的深度T1、T2和T3中,在其中相应满足相 干条件,从而可在由参考镜16反射的光与由试体1反射的光之间出现干涉。因此,参考镜 16的宏观运动组合连续二维地探测由试体1反射的光具有三维的深度扫描的效果。
[0083] 通过参考镜16的宏观的线性运动(一方面)与利用二维的探测器30探测由试体 1反射的光(另一方面)上面说明的组合实现可简单实现地且快速地记录试体1的所期望 的空间元件R的完整的三维的数据组。
[0084] 在此,通过参考镜16的宏观运动代替确定的深度的仅仅二维的图像获得三维的X 线断层照片。在此,为了记录三维的数据组,不再需要使试体1相对于第二干涉仪20运动。 这使得所说明的OCT装置紧凑、可靠地且可简单地操纵,从而其特别适合于用在vivo (体 内)中。
[0085] 为了进一步的说明,图5的左边的部分显示了人的皮肤的模型,在其中例如示出 的空间元件,由该空间元件在运行模式3中拍摄三维的X线断层照片。
[0086] 3.焦点追踪 上面说明的OCT装置如此来设计,即,在参考镜16的运动的完整的行程(及,路径长度 或两倍的幅度)期间始终获得带有足够高的强度和很高的清晰度的干涉信号。此外,通过 随后进一步说明的焦点追踪保证干涉信号以及探测的干涉样本的清晰度对于在试体1中 的所有的深度来说是最大的。
[0087] 为此在探测由试体1反射的光期间以如下方式调节干涉仪10的位于探臂14中的 成像光学系统的焦点,即,焦点在试体1中的位置和在其中在反射光的情况下满足相干条 件并且出现干涉的这样的平面在试体1中的位置在在拍摄试体1的空间元件R的X线断层 照片期间的所有的时间基本上是相同的。这在下面借助图6a和6b来说明。
[0088] 图6a显示了这样的情况,在其中在探臂14中的在此仅简化为透镜示出的探测物 镜14a的焦点f处在试体1的这样的深度中,该深度并不与相干门K的位置一致。因此,在 相干门K之内在深度Ti中探测的通过试体1的截面并未精确清晰地反映给探测器30(参 见图1),从而在探测干涉时应接受信息损失。
[0089] 而在图6b中示出了这样的情况,在其中如此调节探测物镜14a的焦点f,即,其在 相干门K之内位于深度Ti中。根据相干门K的相应的深度Ti追踪探测物镜14a的焦点f 被称为焦点追踪。以这种方式使干涉仪10在深度扫描期间清晰地适合于在试体1的不同 的深度Ti中的相干门K的相应的位置,从而由试体1的任何深度获得带有很高清晰度的图 像。
[0090] 最大光学扫描深度Tm说明直至在
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