瞬时时域光学相干断层成像术制造技术

一种用于瞬时时域光学相干断层成像术(iTD‑OCT)的方法和系统给具有散射特性或至少部分反射的样本提供了轴向方向上的光学深度轮廓。iTD‑OCT器械包括具有内部光轴和检测器像素阵列的光谱检测器。具有固定光路长度的参考光束沿着光路与包括从样本背向散射的光子的测量光束重叠。检测器像素捕获由于来自参考光束的光子与来自测量光束的光子之间的光路长度差而引起的、在光谱检测器内出现的时域干涉图样。iTD‑OCT器械可以被实施为没有移动零件的稳健固态装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本披露涉及光谱器械以及方法，并且更确切地涉及瞬时时域光学相干断层成像术(iTD-OCT)系统和方法。
技术介绍
光学相干断层成像术(OCT)是一种用于对至少部分反射光的样本材料进行结构检查的干涉分析技术。在OCT中，用光线来基于在参考光束和与样本材料相互作用的采样光束之间产生的光学干涉来测量距离和深度轮廓。因为样本材料包括内部界面或在其处光折射率变化的其他特征，来自样本光束的入射光的一部分被反射回去或者被背向散射并且能够用来与参考光束重叠而在OCT器械进行干涉检测。样本材料通常可以是针对OCT器械使用的光波长展现出一定透明度的任何样本物品或者其一部分。OCT要用于分析包括与折射率变化相关联的、相对复杂的内部结构和外部结构的样本材料。例如，除了其他材料之外，用于OCT分析的样本材料可以包括透明塑料或生物组织。已经开发了商业诊断和临床OCT器械来用于生物组织的体内成像，并且尤其是用于对人眼中的精细结构进行成像。具体地，OCT器械被用于测量人眼的不同部分的几何和光学特征。为了诊断眼科健康状况和开发合适的治疗计划，这样的OCT分析提供的几何和光学特征能够对病人的单独眼睛进行生物力学或生理建模。相比其他方法，由于使用OCT提供的带有相对高的轴向分辨率的、相对大的散射生物组织的穿透深度，并且容易将入射光应用于病人上，所以OCT是一种用于眼科学中的多种不同应用的有效功能成像技术。具体地，OCT可以用于早期检测许多眼睛疾病的发病机理。例如，角膜特别适合于OCT测量和分析，并且OCT已经广泛用于分析与角膜相关联的多种不同生物结构。常规OCT器械根据不同的原理操作,这些原理各自在某些功能方面或商业方面特别受限。以下进一步详细介绍了某些类型的OCT器械的操作，这些器械使用不同的方法来操作以获得样本材料在相对于入射光束的轴向(Z)方向上的一维(1D)光学深度轮廓(被称为‘A型扫描’)。应理解定时，多种不同类型的OCT器械可以进一步以机械方式横向(即，在X和Y方向上)扫描来获得二维(2D)和三维(3D)图像数据。OCT的一种实现方式是时域OCT(TD-OCT)，其中，宽带低相干光源被分成参考光束和样本光束，这些光束被出于干涉测量目的地加以重叠。在TD-OCT中，在轴向方向上、对应于样本光束的入射光的测量深度地时域调制参考光束的光路长度，以便获得样本材料的光学深度轮廓。因此，在TD-OCT中，使用参考光束偏转装置(例如，参考光束反射镜)的周期性移动来进行轴向深度扫描，同时使用单通道光强度检测器(即，光检测器)捕获重叠后的参考调制光束的强度(即，干涉图)。从而，当具有相对简单构造的检测器时，TD-OCT器械仍然根据参考调制扫描程序操作，这可能增加成本、复杂性，并且导致用于成像目的的操作相对缓慢。OCT器械的其他实现方式包括频域OCT(FD-OCT)(有时又称为傅里叶域OCT)，其包括频谱域OCT(SD-OCT)和扫频源OCT(SS-OCT)。FD-OCT器械基于干涉图中的频率信息操作，该干涉图由样本光束与样本材料中在不同轴向深度的物理特征的相互作用(即，背向散射)引起。从而，为了获得在轴向方向(即，A型扫描)上的光学深度轮廓，在FD-OCT中，对干涉图信号进行傅里叶变换。另外，因为在FD-OCT中省略了对参考光路长度的调制，所以具有固定参考光束的FD-OCT器械可以省略移动光学部分，由此能够快速收集具有时域稳定测量灵敏度的A型扫描。在SD-OCT中，通常采用宽带低相干光源，而检测器包括用于解析干涉图中的频率信息的光谱仪。从而，SD-OCT器械可以能够相对快速成像，但可能包括具有对对齐敏感的相机装置的相对昂贵的光谱仪，其导致成本相对高并且物理尺寸大。在SS-OCT中，窄带高相干光源(即，可调谐激光器)被调谐在期望的频带上，同时使用光检测器与光源调谐协作来采集该频带内的干涉图。因此，SS-OCT器械会能够使用高灵敏度且相对低成本的检测器快速成像，但可能具有比期望的要差的轴向或横向成像分辨率。
技术实现思路
一方面，所披露的用于执行时域光学相干断层成像术的方法包括产生样本光束和参考光束并且使该参考光束沿固定光路传播至驻波波导光谱仪的光轴。该方法还包括使该样本光束传播至样本。该样本光束的一部分可以被该样本背向散射，从而产生测量光束。该方法可以包括使该测量光束传播至该驻波波导光谱仪的光轴、并且从该驻波波导光谱仪接收干涉信号。该干涉信号可以指明该驻波波导光谱仪内该参考光束与该测量光束之间的光学干涉。在某些实施例中，该方法进一步包括处理该干涉信号以产生该样本的光学深度轮廓。该方法可以包括扫描该样本以产生指明该样本的图像数据。该样本光束可以被引导至该样本的不同横向位置，同时在各横向位置产生光学深度轮廓。在另一披露方面，用于执行iTD-OCT的测量器械包括光源和用于将来自该光源的光分成样本光束和参考光束的分束器。该测量器械可以包括检测器，该检测器包括具有光轴的驻波波导光谱仪。该参考光束可以从该分束器传播至该驻波波导光谱仪的光轴。该样本光束可以传播至样本，同时该样本光束的一部分被该样本背向散射，从而产生测量光束。该测量光束可以从该样本传播至该驻波波导光谱仪的光轴。该驻波波导光谱仪可以产生干涉信号，该干涉信号指明该驻波波导光谱仪内该参考光束与该测量光束之间的光学干涉。在具体实施例中，该光学干涉可以在该驻波波导光谱仪内发生在第一宽度上，使得该第一宽度线性地与该样本光束在该样本内的穿透深度相对应。该测量光束可以包括由该样本在该穿透深度内背向散射的光子。该干涉信号可以由该驻波波导光谱仪内的多个检测器像素同时产生，而这些检测器像素对该光学干涉敏感。在一些实施例中，该测量器械可以进一步包括用于处理该干涉信号以产生该样本的光学深度轮廓的信号处理模块。该参考光束的光路长度可以在处理该干涉信号时保持固定。该测量器械可以进一步包括用于将该样本光束引导至该样本的不同横向位置的扫描元件。可以在各横向位置产生光学深度轮廓。附图说明为了更彻底理解本专利技术及其特征和优点，现在参考以下结合附图所做出的说明，在附图中：图1是TD-OCT器械的现有技术框图；图2是iTD-OCT器械的实施例的选定元件的框图；图3是iTD-OCT检测器的实施例的选定元件的框图；并且图4是执行iTD-OCT的方法的选定要素的流程图。具体实施方式在以下说明中，通过举例的方式对细节进行阐述以便于讨论所披露主题。然而，对本领域普通技术人员应该明显的是，所披露的实施例是示例性的并且不是所有可能的实施例的穷举。如在此使用的，参考数字的用连字符连接的形式指元件的特定实例，并且参考数字的未用连字符连接的形式指集体元件。因此，例如，装置‘12-1’指的是装置类型的实例，该装置类型可以集体性地被称为多个装置‘12’并且该装置类型中的任一者可以一般性地被称为一个装置‘12’。现在参照附图，现有技术图1是示出了时域光学相干断层成像术(TD-OCT)器械100的框图。TD-OCT器械100并非按比例画出，而是示意性表示。如所示，TD-OCT100用于分析样本112，该样本可以表示人眼，并且具体是人眼的角膜。并且，在TD-OCT100中，坐标系120限定相对于样本112的Z轴向方向和X与Y横向方向，使得样本光束130在轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于执行时域光学相干断层成像术的方法，包括：产生共享光学起始点的样本光束和参考光束；使该参考光束沿固定光路传播至驻波波导光谱仪的光轴；使该样本光束传播至样本，其中，该样本光束的一部分被该样本背向散射，从而产生测量光束；使该测量光束传播至该驻波波导光谱仪的光轴；并且从该驻波波导光谱仪接收干涉信号，其中，该干涉信号指明该驻波波导光谱仪内该参考光束与该测量光束之间的光学干涉。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于执行时域光学相干断层成像术的方法，包括：产生共享光学起始点的样本光束和参考光束；使该参考光束沿固定光路传播至驻波波导光谱仪的光轴；使该样本光束传播至样本，其中，该样本光束的一部分被该样本背向散射，从而产生测量光束；使该测量光束传播至该驻波波导光谱仪的光轴；并且从该驻波波导光谱仪接收干涉信号，其中，该干涉信号指明该驻波波导光谱仪内该参考光束与该测量光束之间的光学干涉。2.如权利要求1所述的方法，其中，该光学干涉在该驻波波导光谱仪内发生在第一宽度上，该第一宽度线性地与该样本光束在该样本内的穿透深度相对应，其中，该测量光束包括在该穿透深度内由该样本所背向散射的光子。3.如权利要求1所述的方法，其中，该参考光束的光子与该测量光束的光子之间的、相对于光学起始点的光路长度差的零点处在该驻波波导光谱仪内。4.如权利要求1所述的方法，其中，该干涉信号是由该驻波波导光谱仪内的多个检测器像素同时产生的，其中，这些检测器像素对该光学干涉敏感。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：处理该干涉信号以产生该样本的光学深度轮廓。6.如权利要求5所述的方法，进一步包括：扫描该样本以产生指明该样本的图像数据，其中，该样本光束被引导至该样本的不同横向位置，并且其中，在每个横向位置产生光学深度轮廓。7.一种用于执行时域光学相干断层成像术的测量器械，包括：用于将来自光源的光分成样本光束和参考光束的分束器；以及包括具有光轴的驻波波导光谱仪的检测器，其中，该参考光束从该分束器传播至该驻波波导光谱仪的光轴，其中，该样本光束传播至样本，并且该样本光束的一部分被该样本背向散射，从而产生测量光束，该测量光束从该样本传播至该驻波波导光谱仪的光轴，并且其中，该驻波波导光谱仪产生指明光学干涉的干涉信号，该光学干涉在该驻波波导光谱仪内在该参考光束与该测量光束之间发生。8.如权利要求7所述的测量器械，其中，该光学干涉在该驻波波导光谱仪内发生在第一宽度上，该第一宽度线性地与该样本光束在该样本内的穿透深度相对应，其中，该测量光束包括在该穿透深...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·沃格勒，O·马索，H·维斯韦，
申请(专利权)人：视乐有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE