具有两个成像模块的成像系统的制作方法

专利名称：具有两个成像模块的成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有两个或更多成像模块的成像系统、对应的导管、 对应的成像单元、以及对应的方法。
背景技术：
对病人的介入性成像是有前景的发展领域。在心脏血管领域中的 基于导管的治疗(如支架放置和动脉瘤治疗)每年进行超过几百万次 的介入。与开放式手术相比，这些微创技术的好处很多。为了进一步 降低在介入期间病人的风险并且开发新的基于导管的治疗，必须进一 步改进患病的心脏血管组织的局部诊断。
动脉硬化(斑块)形成影响数百万人的重要疾病。在各种类型的 斑块中，易损斑块(有时称为高风险斑块)是威胁到生命的形式，其
导致大约70%的致命的急性心肌梗塞和/或突然死亡。因为需要完整的
护理循环，所以在这方面，诊断和治疗易损斑块都是重要的，因此，
没有机会进行无诊断的治疗，反之亦然。
光学技术具有如下独特的性质，如果将所述光学技术集成在导管
中，则其允许在紧凑并且微创的同时，对组织进行详细的分子和结构 分析。例如，当检测到如动脉硬化的疾病时，为能够选择最佳的治疗， 关于其严重性的知识是重要的。这需要对疾病区域的更详细的知识。 利用现有技术(如传统的血管造影术、磁共振血管造影术(MRA)或计 算机断层摄影血管造影术(CTA ))不能适当地执行该详细的斑块观察。 光学技术高度适于获得详细的分子和结构信息，并且将改进治疗。
尽管存在各种模块来表征斑块，但是仍然待开发用于获得斑块的 细胞和分子级别的详细的活体内信息的方法。存在可以在一定程度上 表征易损斑块的各种模块(例如，参见Madjid等人的"尸//^//^
Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 24 (2004)pp. 1775-1782.)，
但是它们不能在细胞/分子级别表征活体内的斑块。
EP 1299711公开了一种具体地利用光学相干断层摄影(OCT)、检
6查活体内的采样的亚表面微观结构的方法和装置。来自多个光辐射源 的辐射沿第一光路行进。在第一光路中，设备将来自每个光源的光辐 射聚焦到沿第 一光路上的多个相应的焦点，以提供对于第 一光路的所 选择的部分的基本连续的覆盖。然后，沿第一光路的所选择的部分扫 描所选择的长度内的第 一光路上的采样，所选择的长度延伸到所述采 样中，并且可以获得正被检查的采样的图像。这提供了对于由有些复
杂的透镜系统通过OCT执行快速扫描的问题的解决方案，所述透镜系 统具有关于彼此步进的多个光纤/通道，参见图1和图2。然而，透镜 几何图案是固定的，使得这样的设备关于成像深度和/或成像技术的改 变是非常不灵活的。以高分辨率仅仅扫描感兴趣的区域的另一方面是 所需要的测量时间变得相当长。此外，OCT仅提供组织的仅仅有限的分 子信息。
因此，改进的成像系统将是有利的，具体地，用于活体内成像和 表征的更有效和/或可靠的成像系统将是有利的。

发明内容
因此，优选地，本发明试图单独地或以任何组合方式减轻、减緩 或消除一个或多个上述缺点。具体地，本发明一目的可以被认为是提 供一种解决具有不灵活的成像的现有技术的上述问题的成像系统。
通过提供一种成像系统，在本发明的第一方面中获得该目的和若 干其他目的，所述成像系统包括
导管，具有光学透镜系统，所述光学透镜系统位于所述导管的终 端部分，并与用于导引光经过所述导管的光学导引装置光学连接，所 述光学透镜系统具有可以在第一数值孔径(1NA)和第二数值孔径(2NA) 之间改变的数值孔径，所述第二数值孔径高于所述第一数值孔径；以 及
成像单元，被安排用于与所述导管合作进行光学成像，所述成像 单元包括第一成像模块(1IM)和第二成像模块(2IM)，两个成像模 块与所述导管的所述光学透镜系统光学可连接；
其中所述成像系统能够在以下述方式成像之间进行改变 1)所述光学透镜系统的所述第一数值孔径UNA)和所述成像单 元的所述第一成像模块(1IM);以及2)所述光学透镜系统的所述第二数值孔径(2NA)和所述成像单 元的所述第二成像模块(2IM)。
本发明对于获得下述成像系统特别有利，但并不仅对于获得下述 成像系统有利，因为可以非常快速地执行在第一成像模块和第二成像 模块之间的改变，并且相应地可以选择第一成像模块和第二成像模块 以便彼此补充，所以所述成像系统可提供快速和/或灵活的成像，以用 于进行活体内成像。具体地，本发明可适用于便利这样的成像系统， 其中在感兴趣的地点执行双重成像，最初，第一成像模块可提供感兴 趣的地点的概况，随后，第二成像模块可提供所选择的区域和/或地方 的更详细的成像，可以例如从第一成像模块指示或选择所选择的区域 和/或地方。可顺序执行两次测量，或在一次测量期间执行两次测量， 在所述一次测量期间，出现第一模式和另一模式之间的恒定切换。
此外，本发明对于获得具有多个成像模块的成像系统特别有利， 但并不仅对于获得所述成像系统有利，尽管是多个成像模块，但是所 述成像模块可具有相对简单的光学和机械构造。现有技术的解决方案 (例如，EP1299711 )使用了多个光学通道，这使得机械和/或光学设
计都更复杂，并且还使得难以将导管设计得小到足够出于诊断目的访 问感兴趣的微小的组织。因此，小型化是关键的参数，特别对于可能 的动脉硬化(斑块)和类似的疾病的检查更是如此，因此，具有成像 系统的充分小的导管是重要的。
在本发明的上下文内，导管的定义可以是用于插入到管道、脉管、 通道、或体腔的基本为管状的医疗设备。此外，导管通常保持通路打 开和/或可允许注入或抽出流体，可特别执行所述操作以用于提供对感 兴趣的组织的成像访问。
在本发明的上下文内，成像模块可定义为以包括硬件、软件、固 件或其任何组合的任何适当形式实现的实体，所述实体应用与被成像 的物体进行光学交互的物理原理，所述光学交互导致光学反馈，从所 述光学反馈可获得表示所述物体的图像和/或表征。有利地，所述光学 透镜系统的焦距可随着所述第一数值孔径(1NA)和所述第二数值孔径 (2NA)之间的改变相应地改变。对于透镜的固定的入射光瞳直径，在 数值孔径和焦距之间存在倒数关系。焦距的改变具体地提供深度成像。 然而，本发明还可通过改变入射光瞳直径(例如，通过光圈)而不改变焦距来实现。可能地，在本发明的上下文内，可应用改变焦距和入 射光瞳直径两者的组合。
有利地，导管可包括第一控制装置，被安排来将所述光学透镜系
统的所述数值孔径在所述笫一数值孔径(1NA)和所述第二数值孔径
(2NA)之间改变，例如，导管内的专用导线可供电并控制透镜系统的 可调节部分。类似地，所述成像单元可包括第二控制装置，被安排来 在用所述成像单元的所述第一成像模块(1IM)和所述第二成像模块
(2IM)成像之间进行改变，并且所述第一控制装置和所述第二控制装 置还被安排来关于成像的改变(即，成像模式的改变)进行相互作用
(例如，同步)。这可提供导管和成像单元之间的可靠协调。
在一个实施例中，通过有源光学组件提供可在所述第一数值孔径
(1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径。有源光学 组件可被定义为具有下述光学参数的光学组件，在例如通过电子或声 学装置等对组件有外部影响、但不移动所述光学组件时，所述光学参 数可改变。这进一步允许对光学透镜系统的小型化和有效控制。所述 光学透镜系统例如可包括液态透镜，以便提供可以在所述第 一数值孔 径(1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径，所述液 态透镜便利数值孔径的逐渐改变或数值孔径的快速和/或突然改变。替 代地，所述光学透镜系统可包括液晶(LC)透镜，以便提供可以在所 述第一数值孔径(1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改变的数值 孔径。
在另一实施例中，所述光学透镜系统可包括沿所述光学透镜系统 的光轴可相对位移的一组透镜，以便提供可以在所述第一数值孔径 (1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径。因此，该
组透镜可以相对于彼此移动，以提供可改变的数值孔径。当考虑到导 管内的可用空间时，这提供了非常简单的设计，尽管与有源光学组件 相比，可用的数值孔径的动态范围可能较低。
所述第一数值孔径(1NA)可低于大约0. 2，优选地低于大约0. 3， 或更优选地低于大约0.4。替代地，所述第一数值孔径UNA)可低于 大约0. 1或低于大约0. 5。
所述第二数值孔径(2NA)相应地可高于大约0.4，优选地高于大 约O. 5，或更优选地高于大约0. 6。替代地，所述笫二数值孔径(2NA)
9可高于大约O. 7，优选地高于大约O. 8,或更优选地高于大约0. 9。
在实施例中，所述光学导引装置可包括光子晶体纤维(PCF)，这 是因为，所述纤维具有若干光学优点，特别是低散射。
有利地，所述第一成像模块(1IM)可以是提供对组织的毫米穿透 的光学相干断层成像(OCT)成像系统。可应用如时域或频域OCT的任 何适当的OCT变体。对于频域OCT，可应用时间编码或空间编码的频域。
有利地，所述第二成像模块可以是多光子显微(MPM)成像系统。 替代地，所述第二成像模块可以是共焦显微(CM)成像系统。具体地， 所述共焦显微成像系统可适于荧光检测。
在实施例中，所述笫 一成像模块(1IM)和所述第二成像模块(2IM ) 可利用共同的辐射源。所述辐射源可有利地为激光源，更具体地为毫 微微秒激光源。
在第二方面，本发明涉及一种导管，具有光学透镜系统，所述光 学透镜系统位于所述导管的终端部分，并与用于导引光经过所述导管 的光学导引装置光学连接，所述光学透镜系统具有可以在第一数值孔 径(1NA)和第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径，所述第二数 值孔径高于所述第一数值孔径；
其中所述导管还被适配为与相关联的成像单元光学连接，所述成 像单元被安排为与所述导管合作进行光学成像，所述成像单元包括第 一成像模块(1IM)和第二成像模块(2IM)，两个成像模块与所述导 管的所述光学透镜系统光学可连接。
有利地，所述导管可包括第一控制装置，被安排来将所述光学透 镜系统的所述数值孔径在所述第一数值孔径(1M)和所述第二数值孔 径(2M)之间改变，并且所述相关联的成像单元包括第二控制装置， 被安排来在用所述成像单元的所述笫一成像模块(1IM)和所述第二成 像模块(2IM)成像之间进行改变，所述第一控制装置和所述第二控制 装置还被安排来关于成像的改变进行相互作用。
在第三方面，本发明涉及一种成像单元，被安排为与相关联的导 管(40)合作进行光学成像，所述成像单元包括笫一成像模块(1IM) 和第二成像模块(2IM),两个成像模块与所述导管的光学透镜系统光 学可连接，所述相关联的导管具有光学透镜系统，所述光学透镜系统 位于所述导管的终端部分，并与用于导引光经过所述导管的光学导引
10装置光学连接，所述光学透镜系统具有可以在第一数值孔径(1NA)和 第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径，所述第二数值孔径高于所 述第一数值孔径，
其中所述成像单元被安排为在以下述方式成像之间进行改变
1) 所述相关联的导管中的所述光学透镜系统的所述第一数值孔径 (1NA)和所述第一成像模块(1IM);以及
2) 所述相关联的导管中的所述光学透镜系统的所述第二数值孔径 (2NA)和所述第二成像模块(2IM))。
在笫四方面，本发明涉及一种用于用成像系统成像的方法，所述 方法包括
提供具有光学透镜系统的导管，所述光学透镜系统位于所述导管 的终端部分，并与用于导引光经过所述导管的光学导引装置光学连接， 所述光学透镜系统具有可以在第一数值孔径UNA)和第二数值孔径 (2NA)之间改变的数值孔径，所述第二数值孔径高于所述第一数值孔 径；以及
提供成像单元，被安排用于与所述导管合作进行光学成像，所述 成像单元包括第一成像模块(1IM)和第二成像模块(2IM),两个成 像模块与所述导管的所述光学透镜系统光学可连接；
其中，所述方法包括在以下述方式成像之间进行改变
1) 所述光学透镜系统的所述第一数值孔径(1NA)和所述成像单 元的所述第一成像模块(1IM);以及
2) 所述光学透镜系统的所述第二数值孔径(2NA)和所述成像单 元的所述第二成像模块(2IM)。
本发明的第一、第二、第三和第四方面的每个可与任何其他方面 结合。本发明的这些和其他方面将从下述实施例而明显，并且参照下 述实施例来i兌明。


现在，将参照附图，仅通过示例说明本发明，附图中
图l是根据本发明的成像系统的示意图2是根据本发明的实施例的示意图3是具有可改变的数值孔径的液态透镜的操作的说明图；图4是根据本发明的导管的光学透镜系统中的两个光路的示意图； 图5是根据本发明如何操作成像系统(特别是导管)的示意以及
图6是根据本发明的方法的流程图。
具体实施例方式
图l是根据本发明的成像系统1的示意图。成像系统1包括两个 主要部分，即，导管40和成像单元5。导管40和成像单元5可以断开 连接。典型地，可在一次使用后抛弃导管40，但是如果导管40适于充 分的卫生清洗，则也可重用导管40。
导管具有光学透镜系统50，其位于导管40的终端部分。透镜系统 50光学连接到用于导引光经过导管40的光学导引装置15a。光学透镜 系统50具有可在第一数值孔径1NA和第二数值孔径2NA之间改变的数 值孔径NA,如附图所示。第二数值孔径2NA高于第一数值孔径1NA: 2NA〉1NA。
成像单元5安排来与导管40合作进行光学成像。成像单元5包括 第一成像模块1IM和第二成像模块2IM，如附图所示。成像模块1IM 和2IM两者分别通过光学导引装置15b以及光学导引装置15b的分支 6a和6b,与导管40的光学透镜系统50光学连接。光学分支6a和6b 可包括用于控制成像处理的如快门或滤色镜的关闭装置(如下)。
成像系统1能够在以下述方式对采样IOO进行成像之间改变
1 )光学透镜系统50的第一数值孔径1NA和成像单元5的第一成 像模块1IM;以及
2)光学透镜系统50的第二数值孔径2NA和成像单元5的第二成 像模块2IM。
图2是根据本发明的实施例的示意图，其示出同样具有成像单元5 (左边)和导管40 (右边)的成像系统的光路，其中光学透镜系统50 包括聚焦透镜53、具有可调节的数值孔径的液态透镜52 (参见下面的 图3)、以及组合透镜和反射镜51。
图2的成像系统1具有作为第一成像模块1IM的光学相干断层成 像模块(OCT)、和作为第二成像模块2IM的多光子显微(MPM)模块。
毫微微秒激光脉冲源(例如，12-fs Ti:具有频谱带宽100nm、中心波长800nm的兰宝石激光器)用作两个成像模块IIM和2IM的共同 辐射源30。
辐射源30的输出经过散射补偿元件31 (例如， 一对熔融石英 Brewster棱镜)。结果，预补偿了之后在成像系统1中累积的散射。 光束透过部分光束分离器14，并射向分色镜24。光的其他部分透射到 致动镜13，该致动镜13在第一成像模块1IM下形成光学相干系统的参 考臂。反射镜13可在如图2所示的箭头A的方向位移。
已经通过分色镜24透射的光束耦合到导管40的光导引装置15a (参见图1 )，该导管40可以是光纤。具体地，导管40的光纤可以是 具有空心的光子晶体纤维，例如参见W. Gobel， Opt. Lett. Vol. 29 (2004)pp. 1285-1287。空心纤维具有光学能量的主要部分在空气中 传播的主要优点。这意味着，减少了光学损失，但更重要的，极大减 少了非线性光学效应(二次谐振产生、孤波形成、仿真拉曼和布里渊 散射效应)。纤维的散射在幅度上类似于对于正常的熔融石英的散射， 即，200ps/nm/km。对于例如80nm的带宽和lm的纤维长度的子20fs 脉冲，这导致16ps的额外的间歇噪音(chirp)。这示出了散射补偿 器31的相关性。
耦合到导管40中的光最初退出光纤，然后经过聚焦透镜53，随后 经过液态透镜52，该液态透镜52能够对于多光子检测模式(MPM)聚 焦，并降低OCT检测模式的数值孔径。随着光退出光学导引装置15a (参见图l)，这导致依赖于纤维的出口数值孔径的分叉的光束。该分 叉点源光束然后由固定的准直透镜53收集，该准直透镜53将光束转
换为基本平行的光束。
在液态透镜52后，存在组合的物镜和折叠镜51，其将基本在导管 40的侧面的光束聚焦到采样100中。为了在光轴OA的方向上扫描(表 示为z扫描)，在MPM检测模式下使用液态透镜52。对于OCT检测， 不需要z扫描，因为这由参考臂和反射镜13负责。因此，OCT模式下 的数值孔径NA必须足够低，以具有充足的聚焦深度，从而允许在通过 第一成像模块1IM的OCT系统的参考臂执行的z扫描期间的足够的分 辨率。由采样或组织100发出的或反射回的光通过折叠镜/物镜组合51 收集，并经由光纤透射回到导管40和成像单元5。
当成像系统1处于多光子显微MPM检测模式下时，分色镜24通过
13滤色镜21将荧光反射到荧光检测器22上。该检测器耦合到分析单元 23，该分析单元23将信号转换为MPM数据集，可通过对所述数据集的 适当分析而将该MPM数据集转换为MPM图像。
应当注意，必须非常好地平衡在第一成像模块1IM下的OCT的参 考臂和检测器臂的散射，以便在所获得的图像中没有任何所谓的镜像 外观。这可通过在OCT介入计的两臂使用相同类型的光纤和光纤长度 来得到。此外，在参考臂中可并入高分辨率频谱相位成形器，以按照 波长的函数调节相位差。这样的设备例如在S. Postma等人的Review of Scientific Instruments, 76 (2005) 123105中描述。0CT检测器然 后耦合到分析单元，该分析单元将信号转换为OCT数据集和对应的图 像。
替代上述OCT的时域实现，在移动参考镜13的情况下，在本发明 中也可采用谱域OCT。在此情况下，在轴向OCT扫描期间不再移动参考 0CT臂，而是通过更复杂的检测器来替代简单的0CT检测器12，该复 杂的检测器包括散射性元件(如衍射光栅)，其衍射来自参考OCT 臂并回到组织100的光束；透镜，将该衍射光束透射到CCD相机上。 最后，处理单元将该信号转换为轴向扫描线。在谱域OCT中，不必再 进行轴向扫描，仅在横向方向进行扫描。关于时域，谱域OCT具有获 取速度和灵敏度方面的优点。替代地，可采用快速激光扫描。
对于具有0CT和MPM模块的光学透镜系统50的设计，两个方面是 重要的。对于两光子成像，通过下式给出两光子吸光概率Pa:
其中，
S -两光子截面部分
=平均激光能量 FP -重复频率激光器 M =数值孔径物镜系统 k=波长
巧=普朗克常数
;=两光子平均因子=1 / (脉冲宽度x重复频率激光器)=1 /占空比
(参见Handbook of Confocal Microsocopy, chapter 28， editor J. B. Pawley， ISBN 10: 0-387-25921-X， Publisher: Springer)。 关于此点，重要的是，NA应当尽可能地高，这是因为概率依赖于NA4。 典型地，数值孔径应当为NA>0. 4。
对于0CT，聚焦深度是重要的，因为聚焦深度确定了扫描深度。横 向分辨率是Ar (=点直径)，并且通过下式给出
旭 (2)
其中
NA =数值孔径物镜系统 入=波长
此外，聚焦深度Az、因此沿光轴的距离(其中，通过衍射限度确
定分辨率(见等式2))通过下式给出
A 2;i
旭2 (3)
最后，轴向分辨率通过激光的相干长度L确定，该相干长度1。然
后根据下面的关系由激光的带宽A1、以及激光的波长X确定，
,—2(ln 2)"
c _ ;tAA (4)
假设40 m m的横向分辨率是800nm。这需要NA-0. 038的数值孔径。 对应的聚焦深度是Az-l. llmm。因此典型地，数值孔径应当为NA<0. 1， 导致Az〉0. 16pmm的聚焦深度。对于12毫微微秒激光，有带宽为90nm， 这导致轴向分辨率为1。 /2 = 1.6 um。
图3是具有可改变数值孔径NA的液态透镜52的操作的示意图。 光束从上面经过可切换液态透镜，如图中所示。可切换透镜可根据在 US 7， 126， 903 (Variable Focus Lens)中描述的原理制作，其通过引用 全文合并于此。在该参考文献中，描述了如何利用最小可能的外径制 作可变焦透镜。这样的小直径透镜通过将两种不融合的液体放置在短 管中来获得，该短管具有上恐水涂层52c和隔离层5W。两种液体具有 不同的折射率，因此，其间的弯液面形成透镜。通过更改弯液面的曲 率，可变化透镜的光力。在图3中，液态透镜的工作原理在五个部分中图示。在部分(a)中，透镜处于关状态(未施加电压)，两种液体 52a (绝缘)和52b (传导)之间的界面形成半球。在部分(b)，透镜 在对电极52d施加电压，并且界面改变曲率。在图3中，部分(c)、 (d)和(e)示出操作中的液态透镜的照片。透镜具有6mm的直径， 但是低于1mm的直径是可能的。
从计算得出，液体52a和52b在折射率上应当具有相对大的差别。 适当的组合可以是高折射率的苯醚硅油与水组合(n-1.333 )。这样的 油的示例是具有折射率1.551的1，1，5，5-四苯基-1, 3， 3， 5-四甲基。 该油是惰性的，并且对人体非常无害。如果需要更强的光力变化，则 可能将透镜切换得比平坦更进一步，即，具有如图3(e)所示的反曲 率，或可能使用串联的两个液态透镜。
图4是在导管40中的光学透镜系统50内的两个光路的示意图。 在图4的右手部分，光学透镜系统50配置为第一0CT成像模块，而在 图4的左手侧，光学透镜系统50配置为第二MPM成像模块。
在OCT读出模式下(图4的右手部分)，液态透镜52处于不切换 状态，其中弯液面形成半球，导致在液态透镜后的分支的光束，以及 就在物镜51b后的稍微会聚的光束。在此情况下，图像空间的数值孔 径是NA-O. 1，而光束很深地聚焦到组织100中(几毫米)。在用OCT 参考臂的反射镜13的OCT扫描期间，液态透镜52保持在相同切换状 态。
对于MPM读出模式，液态透镜52切换到基本平坦的状态，导致就 在液态透镜后的基本平行的光束和在物镜51b后的很强地会聚的光束。 结果，数值孔径增加到NA-O. 5，而系统的焦点现在更接近使得光束可 聚焦到组织100的顶层(例如，动脉的内壁)的值。围绕平坦状态切 换或逐渐改变液态透镜52使得能够聚焦在组织IOO的不同位置。利用 MPM，可以检查内动脉壁的前几百微米，提供详细的形态学以及功能信 息(分子信息)。当例如研究易损斑块时，这特别令人感兴趣。
在OCT成〗象模式下，可以在组织100内成l象高达几亳米的动脉壁， 给出详细的形态学和有限延伸的功能信息(在折射率上的多相性)。 OCT和MPM的组合给出关于易损斑块层的详细化学知识以及围绕组织 100的形态学。
图5是根据本发明可如何操作成像系统1 (具体地，导管40)的示意图。为了执行导管40的光学透镜系统50的旋转扫描，利用耦合 到光纤15a的电动才几，例如，参见G. Tearney等人的"Scanning single—mode fibre optic catheter—endoscope for optical coherence tomography", Opt. Lett. 21 (1996) pp. 543-545 ,或类 似参考文献。在导管50的近端(a)，安排电动机M,用于经由一组适当选择的 齿轮G旋转导管的光学光导引装置15a。光学光导引装置15a与通过光 学连接器15c，与成像单元40的光学光导引装置15b光学连接，所述 光学连接器15c相对于旋转导引装置15a保持固定位置。在导管40的远端(b)，光学光导引装置15a被内套管41围绕， 该内套管41与光学光纤导引装置15a —起旋转。导管40包括不与内 套管41 一起旋转的外套管42，这是因为，外套管42构成导管的最外 表面，该外套管42在活体成像期间与病人接触。内套管41可包括导 管的第一控制装置(未示出)，即，电传导器，用于控制到液态透镜 52的电压和/或电流。外套管42具有与光学透镜系统50的光学通信端口相邻放置的透 明窗口 43，即，窗口 43应当便利不受扰动的对组合折叠镜和反射镜部 分51进行光学访问。图6是用于用成像系统1成像的、根据本发明的方法的流程图， 所述方法包4舌Sl提供具有光学透镜系统50的导管40，所述光学透镜系统位于 导管的终端部分，并与用于导引光经过导管的光学导引装置15a光学 连接，所述光学导引系统具有可以在第一数值孔径1NA和第二数值孔 径2NA之间改变的数值孔径，所述第二数值孔径高于所述第一数值孔 径；以及S2提供成像单元5，被安排用于与导管40合作进行光学成像，所 述成像单元包括笫一成像模块IIM和第二成像模块2IM,两个成像模块 与导管的光学透镜系统光学可连接；S3所述方法包括在用下述两个模式进行成像之间改变1. 光学透镜系统的第一数值孔径UNA)和成像单元的第一成像 模块(1IM);以及2. 光学透镜系统的第二数值孔径(2NA)和成像单元的第二成像模17块(2IM)。本发明可以以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何适当形 式实现。本发明或本发明的一些特征可以实现为在一个或多个数据处 理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明实施例的元件 和组件可以以任何适当方式物理地、功能地和逻辑地实现。实际上， 功能可以在单个单元中、多个单元中或作为其他功能单元的一部分实 现。这样，本发明可以以单个单元实现，或可以在不同单元和处理器 之间物理上和功能上分布。尽管已经关于特定实施例描述了本发明，但是不意在限制为这里 阐述的特定形式。而是，本发明的范围仅由所附权利要求限制。在权 利要求中，术语"包括，，不排除其他元件或步骤的存在。此外，尽管 在不同的权利要求中可以包括各个特征，但是它们可以有利地组合， 并且不同权利要求中的包括不意味着特征的组合不可行和/或不利。此 外，单数引用不排除复数。因此，对于"一个"、"某个"、"第一"、 "第二，，等的引用不排除复数。此外，权利要求中的参考符号不应被 解释为限制范围。
权利要求
1.一种成像系统(1)，包括导管(40)，具有光学透镜系统(50)，所述光学透镜系统位于所述导管的终端部分，并与用于导引光经过所述导管的光学导引装置(15a)光学连接，所述光学透镜系统具有能在第一数值孔径(1NA)和第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径，所述第二数值孔径高于所述第一数值孔径；以及成像单元(5)，被安排用于与所述导管(40)合作进行光学成像，所述成像单元包括第一成像模块(1IM，11，12，13)和第二成像模块(2IM，21，22，23)，两个成像模块与所述导管(40)的所述光学透镜系统(50)光学可连接；其中所述成像系统(1)能够在以下述方式成像之间进行改变1)所述光学透镜系统(50)的所述第一数值孔径(1NA)和所述成像单元(5)的所述第一成像模块(1IM)；以及2)所述光学透镜系统(50)的所述第二数值孔径(2NA)和所述成像单元(5)的所述第二成像模块(2IM)。
2. 根据权利要求1的成像系统，其中所述光学透镜系统的焦距与 所述第一数值孔径UNA)和所述第二数值孔径(2NA)之间的改变相 应地改变。
3. 根据权利要求1的成像系统，其中所述导管(40)包括第一控 制装置，被安排来将所述光学透镜系统的所述数值孔径在所述第一数 值孔径(1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改变，并且所述成像 单元(5)包括第二控制装置，被安排来在用所述成像单元的所述第一 成像模块UIM)和所述第二成像模块(2IM)成像之间进行改变，所 述第一控制装置和所述第二控制装置还被安排来关于成像的改变进行 相互作用。
4. 根据权利要求1的成像系统，其中通过有源光学组件(52)提 供能在所述第一数值孔径(1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改 变的数值孔径。
5. 根据权利要求4的成像系统，其中所述光学透镜系统(50)包 括液态透镜(52)，以便提供能在所述第一数值孔径(1NA)和所述第 二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径。
6. 根据权利要求4的成像系统，其中所述光学透镜系统(50)包 括液晶(LC)透镜，以便提供能在所述第一数值孔径(1NA)和所述第 二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径。
7. 根据权利要求1的成像系统，其中所述光学透镜系统(50)包 括沿所述光学透镜系统的光轴可相对位移的一组透镜，以便提供能在 所述第一数值孔径(1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改变的数 值孔径。
8. 根据权利要求1到4的任一的成像系统，其中所述第一数值孔 径(1NA)低于大约0.2，优选地低于大约0.3，或更优选地低于大约 0. 4。
9. 根据权利要求1到4的任一的成像系统，其中所述第二数值孔 径(2NA)高于大约0.4，优选地高于大约0.5，或更优选地高于大约 0. 6。
10. 根据权利要求1的成像系统，其中所述光学导引装置(15a) 包括光子晶体纤维(PCF)。
11. 根据权利要求1的成像系统，其中所述第一成像模块(1IM) 是光学相干断层成像(OCT)成像系统。
12. 根据权利要求1或权利要求11的成像系统，其中所述第二成 像模块(2IM)是多光子显微(MPM)成像系统。
13. 根据权利要求1或权利要求11的成像系统，其中所述第二成 像模块(2IM)是共焦显微(CM)成像系统。
14. 根据权利要求1或权利要求11的成像系统，其中所述第一成 像模块(1IM)和所述第二成像模块(2IM)利用共同的辐射源(30)。
15. —种导管(40),具有光学透镜系统(50)，所述光学透镜 系统位于所述导管的终端部分，并与用于导引光经过所述导管的光学 导引装置(15a)光学连接，所述光学透镜系统具有能在第一数值孔径(1NA)和第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径，所述第二数值 孔径高于所述第一数值孔径；其中所述导管还被适配为与相关联的成像单元(5)光学连接，所 述成像单元(5)被安排为与所述导管合作进行光学成像，所述成像单 元包括第一成像模块(1IM)和第二成像模块(2IM)，两个成像模块 与所述导管的所述光学透镜系统光学可连接。
16. 根据权利要求15的导管(40)，其中所述导管包括第一控制 装置，被安排来将所述光学透镜系统的所述数值孔径在所述第一数值 孔径(1NA)和所述第二数值孔径(2NA)之间改变，并且所述相关联 的成像单元包括第二控制装置，被安排来在用所述成像单元的所述第 一成像模块UIM)和所述第二成像模块(2IM)成像之间进行改变， 所述第一控制装置和所述第二控制装置还被安排来关于成像的改变进 行相互作用。
17. —种成像单元(5)，被安排为与相关联的导管(40)合作进 行光学成像，所述成像单元包括第一成像模块(1IM)和第二成像模块(2IM),两个成像模块与所述导管的光学透镜系统光学可连接，所述 相关联的导管具有光学透镜系统(50)，所述光学透镜系统位于所述 导管的终端部分，并与用于导引光经过所述导管的光学导引装置(15a) 光学连接，所述光学透镜系统具有能在第一数值孔径(1NA)和第二数 值孔径(2NA)之间改变的数值孔径，所述第二数值孔径高于所述第一 数值孔径，其中所述成像单元被安排为在以下述方式成像之间进行改变1) 所述相关联的导管中的所述光学透镜系统的所述第一数值孔径 (1NA)和所述第一成像模块(1IM);以及2) 所述相关联的导管中的所述光学透镜系统的所述第二数值孔径 (2NA)和所述第二成像模块(2IM))。
18. —种用于用成像系统(1 )成像的方法，所述方法包括 提供具有光学透镜系统(50)的导管(40)，所述光学透镜系统位于所述导管的终端部分，并与用于导引光经过所述导管的光学导引 装置(15a )光学连接，所述光学透镜系统具有能在第一数值孔径(1NA ) 和第二数值孔径(2NA)之间改变的数值孔径，所述第二数值孔径高于 所述第一数值孔径；以及提供成像单元(5)，被安排用于与所述导管(40)合作进行光学 成像，所述成像单元包括第一成像模块(1IM)和第二成像模块(2IM)， 两个成像模块与所述导管的所述光学透镜系统光学可连接； 其中，所述方法包括在以下述方式成像之间进行改变 1)所述光学透镜系统的所述第一数值孔径UNA)和所述成像单 元的所述第一成像模块(1IM);以及2)所述光学透镜系统的所述第二数值孔径(2NA)和所述成像单 元的所述第二成像模块(2IM)。
全文摘要
本发明涉及具有两种程式的成像系统1，所述系统包括导管40，具有光学透镜系统50，所述光学透镜系统位于所述导管的终端部分，并与光学导引装置15a光学连接。光学导引系统具有可以在第一数值孔径1NA和第二数值孔径2NA之间改变的数值孔径，2NA大于1NA。所述成像系统还包括成像单元5，被安排用于与导管40合作进行光学成像，第一成像程式1IM和第二成像程式2IM与导管40的光学透镜系统50光学可连接。所述成像系统能够在以下述两种模式成像之间改变(1)光学透镜系统50的第一数值孔径1NA和成像单元5的第一成像程式1IM；以及(2)光学透镜系统50的第二数值孔径2NA和成像单元5的第二成像程式2IM。因为可非常快速地执行第一和第二成像程式之间的改变，所以本发明可提供快速和灵活的活体内成像，因此，可选择第一和第二成像程式来彼此补充。
文档编号G01B9/02GK101568296SQ200780047572
公开日2009年10月28日 申请日期2007年12月17日 优先权日2006年12月22日
发明者B·H·W·亨德里克斯, G·特胡夫特, S·凯珀 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司