[发明专利]使用光相干层析探头的器官映射系统

说明书

相关申请

本申请在35USC§119(e)下要求2012年4月17日递交的美国临时专利申请No.61/625,221和2012年4月17日递交的美国临时专利申请No.61/625,151的优先权的利益。这些申请的内容全部通过引用合并于此。

技术领域

在本发明的一些实施方案中，本发明涉及组织映射和3D建模系统和方法，更特别地而非唯一地涉及使用光相干层析(“OCT”)对器官进行映射和建模的方法和系统。

背景技术

光相干层析是发展中的非侵入性光成像技术，其能够用于执行材料和生物组织中的微结构的高分辨率截面活体原位成像。

1991年Huang等人首先演示了OCT。授予Pitris等人的美国专利6,564,087披露了用于OCT成像的光纤探针型探头，如授予Xingde Li等人的美国专利7952718中所记载的。

OCT的第一个临床应用是眼科。自从那时起，OCT成像广泛应用于各种临床专业，涉及到趋于散射光的组织中的病理成像。能够通过导管、通过内窥镜、通过腹腔镜以及通过探针输送到被扫描组织的邻近组织，OCT预期会对许多医学应用产生很大影响，应用范围从瘤形成的筛选和诊断到启动新的微创手术操作。如下文章论述了OCT成像技术的一些用途：作者Wei-Cheng Kuo,Jongsik Kim,Nathan D.Shemonski,Eric J.Chaney,Darold R.Spillman,Jr.,和Stephen A.Boppart,“Real-time three-dimensional optical coherence tomography image-guided core-needle biopsy system,BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS,2012年4月-6月，vol.3,No.6,第1149-1161页。

如在生物/临床背景下所使用的，当前流行的OCT探头的形式朝向组织电磁波伸入，通常是在可视的、IR的或近IR的波长内的组织电磁波。然后，探头系统通常测量从那些组织反向散射的电磁波的量值和“回波时间”(发送电磁脉冲与检测回波之间的时间间隔)。

与用于在超声探头系统中生成成像数据的声波相比，与光相关的回波延时非常快，事实上过快而不能允许利用当前已知的方法来进行直接电子检测。结果，OCT探头在分析接收到的数据时使用诸如干扰仪的方法。OCT探头系统，将光投射到组织中并且使用干扰测量方法来隔离光反射以及计算通过测量的回波延迟所指示的目标距离，可以达到1-15微米的图像分辨率，并且已经报告了亚微米分辨率。这些分辨率可以比通过在临床背景下使用的诸如超声、MRI和CT的常规成像模块所达到的分辨率高一个或两个数量级。在活体背景下可用的这种高分辨率可以允许进行各种各样的研究和临床应用。

与光相关的回波延时非常快。在OCT成像中常见的具有～10微米分辨率的距离测量需要～30毫微微秒(30×10^-15秒)的时间分辨率。在该时标上直接电子检测是不可能的，但是干扰量度能够检测该时标上的时差。最常见的检测方法使用带有扫描基准延迟臂的迈克耳孙干涉仪。在所谓的干扰量度“时域”方法中，通常为宽带超级发光二极管或窄线宽度激光器的光源提供被引导到组织中而且沿着基准臂的光。从组织反射/散射回来的光与从基准臂的端部反射回来的光结合，检测干扰模式和/或合成的结合振幅，根据这些可以计算反射/散射物体与基准臂长度相比的距离。在OCT的使用的可替代的“频域”方法中，在波长宽带上快速调谐激光光源，傅立叶分析用来推导各距离处的被成像结构。

在医学上，OCT使得能够在无需移除和处理标本的情况下进行组织微结构的实时的、原位可视化。OCT处理在一些背景下可以使医疗人员原位地且实时地可视化组织形态，因此已经用于诊断成像和手术干预的实时引导。

使用光纤技术以及干扰量度技术实现的OCT系统当前配置为用于能够以微创方式到达身体器官的导管和内窥镜，如此被输送到靠近身体的兴趣区域的OCT探头在一些情况下能够在不穿透组织的情况下扫描组织。可选地，诸如Pitris op.cit.所教导的OCT探头系统在一些情况下可用于穿透组织且扫描组织内的小组织体。

发明概述

当前OCT扫描的范围在光散射强的组织中仅为2-3mm的事实已经极大地限制了OCT扫描当前所投入的用途。