[发明专利]敏捷成像系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年7月27日提交的目前未决的美国临时专利申请No.61/676,876的权益。美国临时专利申请61/676,876的公开和全部指导通过引用结合到本发明中。

技术领域

本发明涉及光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography，OCT)成像领域。

背景技术

光学相干断层扫描(OCT)是一种非侵入的干涉光学成像技术，其能产生组织和其它散射或反射材料的微米分辨率2D和3D图像。OCT常常用于生物医学成像或材料检验。在1991年第一个示范用于人眼和冠状动脉的成像，由此OCT被确定为诊断和监控眼病治疗的临床标准。OCT也用于血管内的血小板成像以评估心脏病，癌活组织检查成像，发展生物学研究，艺术品保藏，工业检查，度量衡学，和质量保证。通常地，OCT可用于受益于表层下成像、表面轮廓形成、运动表征、流体流动表征、折射率测量、双折射表征、散射表征或距离测量的应用。

光学相干断层扫描使用干涉图来确定样品的空间相关的特性，所述干涉图是通过将来自样品的光背面散射或背反射与来自基准臂的光结合而获得的，如图1A所示。时域OCT(TDOCT)成像原理用于第一种示范和OCT的民用产品。然而，已经知道TDOCT对于获取OCT数据是慢的技术。傅立叶域OCT(FD-OCT)使比TDOCT快几个数量级的成像速度成为可能并且已成为当前研究和商用的标准的。可用宽频带光源、干涉计、分光计和线扫描相机来实现傅立叶域OCT，被称为频域OCT(SD-OCT)，如图1B所示。扫描光横跨样品(图1C)允许收集完整的反射率对深度分布曲线，称为A扫描(图1D)，用于每一个检查点。依次扫描和组合获取的A-扫描允许形成2D图像，称为B-扫描(图1E)。通过在两个方向上横跨样品的扫描也形成了3D体积(图1F)。还可以用席卷波长光源、干涉计、检测器和模拟数字转换器(A/D)来实现傅立叶域OCT，称为扫频光源OCT(SS-OCT)或光频域成像(OFDI)，如图2A和2B所示。对于本发明的目的，扫频光源OCT和OFDI是等效的。傅立叶域OCT的这两个变种，频域OCT和扫频光源OCT，代表了成像技术的现有状态。

频域OCT随着成像深度的增加会遭受OCT灵敏度的固有的和成问题的损耗，常常被称为灵敏度滚降、灵敏度失落或灵敏度下降。OCT灵敏度随着深度增加的损耗是由，分光计分辨率限制造成的干涉条纹可见度减少、在像素宽度上集成多个波长，以及像素间的串扰等而导致的，如Hu,Pan,和Rollins在应用光学Vol.46，No.35,pp.8499-8505上发表的论文"Analytical model of spectrometer-based two-beam spectral interferometry,"和Bajraszewski等人在光学快报Vol.16,No.6,pp.4163-4176,2008上发表的论文"Improved spectral optical coherence omographyusing optical frequency comb,"所述的。

Hu和Rollins在光学快报Vol.32,No.24,pp.3525-3527,2007上发表的论文"Fourier domain optical coherence tomography with a linear-in-wavenumber spectrometer"教导了使用特别设计的棱镜使分光计的频谱分散按波数线性化。按波数的频谱线性化结果改善了信号随成像范围的衰落，其是谱域光学相干断层扫描成像固有的。虽然有改善，但灵敏度随成像深度的损耗仍是严重的，尤其当为了获得精细的OCT轴向分辨率而使用宽的光谱带宽源时。

Bajraszewski等人在光学快报Vol.16,No.6,pp.4163-4176,2008上发表的论文"Improved spectral optical coherence tomographyusing optical frequency comb"教导了在频域OCT系统中使用Fabry-Perot光频梳来减少深度相关的灵敏度下降。该方法有若干严重的缺点。频率梳的插入减小了光强度等级，其包括基线OCT灵敏度。该方法也需要积极地调谐光频梳并且对每一个A-扫描进行多个分光计测量以填充由Fabry-Perot滤波器过滤的频谱数据内容中的间隙。实际上，示出了四个相机曝光来使OCT成像，其导致了在OCT成像速度方面的严重减少。