借光学相干断层成像术测量对象的内部尺寸的系统和方法技术方案

本公开提供了一种借光学相干断层成像术测量对象的内部尺寸的系统和方法。所述系统包括：至少一个第一光学相干断层成像术OCT设备(OCT1)，被适配为测量所述对象(10)的第一部分体积(17)中的内部尺寸，以及至少一个第二OCT设备(OCT2)，被配置为测量同一所述对象(10)的第二部分体积(19)中的内部尺寸，其中，所述第二部分体积(19)至少部分不同于所述第一部分体积(17)，其中所述第一OCT设备(OCT1)被适配为发出发出第一辐射的第一光束(B1)，所述第一辐射具有在由第一工作波长(λ1)和第一带宽(Δλ1)限定的第一波长范围内的波长；其中所述第二OCT设备(OCT2)被适配为发出第二辐射的第二光束(B2)，所述第二辐射具有在由第二工作波长(λ2)和第二带宽(Δλ2)限定的第二波长范围内的波长。

【技术实现步骤摘要】
本申请是国际申请日为2011年2月15日、国家申请号为201180070052.0、专利技术名称为“通过光学相干断层成像术测量对象的内部尺寸的系统和方法”的进入中国国家阶段的PCT国际申请的分案申请。
本专利技术涉及一种用于通过光学相干断层成像术光学地测量对象的内部尺寸的系统和方法，其中，所述对象包括内部界面，在该内部界面处(光学)折射率发生变化以使入射光的一部分被反射回和/或散射回且能够被检测到。对象通常可以是在至少内部部分体积中对于测量所述空间中的内部尺寸的光学相干断层成像术(optical coherence tomography，OCT)设备所使用的工作波长的波长范围内的波长来说至少部分透明的任何样本对象。该对象可包括与折射率变化相关的相对复杂的外部结构和内部结构，且例如，可以为由透明塑料制成的对象，该透明塑料具有由与不同的折射率相关的塑料改进而形成的复杂内部结构，或者可以为生物组织的样本，例如眼睛，特别是人眼。
技术介绍
已知光学相干断层成像术(optical coherence tomography，OCT)特别在人眼的几何特性和光学特性中的应用(例如，在眼睛诊断中的应用)，在测量眼睛的不同部分以及作为整体的眼睛的几何特性和光学特性时，可获得病人的个体眼睛模型，基于此为病人眼睛的屈光手术(例如，包括基于激光的屈光矫正)开发出最佳治疗方案。目前，必须包括基于不同测量原理的不同诊断设备来获得对眼睛不同部分(例如，包括眼睛的角膜和前部段(corneal and anterior segment，CAS))以及作为整体的眼睛(包括眼睛的长度和包括视网膜的眼睛后部的几何结构)的几何特征和光学特征的精确诊断。所需的精确度，即轴向分辨率Δz和横向分辨率Δx，对于上述眼睛的不同部分是不同的。例如，通过常规设备在描述CAS的地形图和厚度的特征中获得的轴向分辨率约在5μm和10μm之间，而小于3μm(更优选地小于1μm)的精确度/测量精度或分辨率对屈光矫正治疗的最佳方案和先验计算将是可取的。另一方面，眼睛的长度(特别是轴向长度)和沿该长度分布的主要折射率界面的位置仅需约50μm或更好的精度/分辨率Δz。通常，眼睛的(光学)屈光手术中的治疗方案基于以不同诊断设备的单次测量，可使用不同测量和求值原理。这就在将从不同设备中获得的测量数据集成到个体眼睛的单个模式时和试图建立单次综合治疗(例如，屈光手术、方案)时带来问题。此外，使用不同诊断设备是耗时的，这是由于设备是相继使用的且在设备和有待描述的眼睛之间需要特定于设备的调节。作为一个示例，眼睛屈光手术中的常规治疗方案可使用由申请人制造的不同的诊断设备，包括用于获得角膜地形图(特别是角膜前表面)和后腔表面(post chamber surface，PCS)、虹膜、瞳孔、角膜缘和眶尖的定位的所谓的Allegro Topolyzer(商标)；用于获得角膜前表面和后表面地形图、角膜厚度和眼睛前腔的一些几何数据(例如，前腔深度)的Allegro Oculyzer(商标)；用于获得由个体畸变(例如，角膜、晶状体、玻璃体)产生的作为整体的眼睛的整体式波前数据和扰动且用于获得虹膜、瞳孔、角膜缘和血管的定位的Allegro Analyzer(商标)；用于确定角膜厚度、作为整体的眼睛的轴向长度、眼睛更多部分(例如，前腔和晶状体)的长度/厚度以及瞳孔、尖部、虹膜、角膜缘和血管的定位的Allegro Biograph；以及用于角膜中心厚度的局部(即，逐点的)测量和用于确定切面深度和角膜瓣厚度(例如，在准分子激光手术(LASIK)中)的测厚仪。具有相应属性和限制的类似设备由其他制造商生产并用于针对人眼的现有技术的诊断和(屈光矫正)治疗方案中。旨在通过所需的精度/分辨率对眼睛的前段(包括角膜、前房、虹膜、后腔和晶状体的前表面(见图8))进行精确测量的常规诊断设备，无法测量诸如眼睛的总长度和晶状体后表面的地形图/几何图，而这些数据是计算眼睛总体屈光所需的。通常，计算眼睛总体屈光所需的数据通过基于眼睛的一般模型的计算迭代地进行确定，由此将计算出的数据与所测量的穿过整个眼睛的波前特性进行比较。一个用于前部段成像的高质量的活体成像OCT设备的示例在I.Grulkowski等人于2009年3月12日在OPTICS EXPRESS的总第4842期第17卷第6号上公布的文章“Anterior segment imaging with Spectral OCT system using a high-speed CMOS camera”中公开。另一示例在J.Jungwirth等人在Journal of Biomedical Optics Letters的2009年9月/10月刊第14卷第5号上公布的文章“Extended in vivo anterior eye-segment imaging with full-range complex spectral domain optical coherence tomography”中公开。前部段测量的再一示例为由TOMEY公司制造且在所附的系统规格说明书中描述的设备CASIA SS-1000。用于产生3D断层图像模型的测量眼睛的全轴向长度的现有技术的第一示例在R.J.Zawadzki等人在SPIE proceedings的第5140卷上公布的文章“Three-dimensional ophthalmic optical coherence tomography with a refraction correction algorithm”中和Dr.H.P.Iseli等人在Augenspiegel的2008年7月-8月刊第20卷上公布的文章“Iterative Berechnung von Ablationsprofilen in der Refraktiven Chirurgie”中公开。对包含折射率变化的内部界面的样本对象的内部尺寸的光学测量现有技术的讨论主要集中在与眼睛的诊断相关的特定应用上，在其他类型对象的光学研究中也会遇到如上所述的类似的约束和限制。
技术实现思路
鉴于现有技术中的用于获得对象(如眼睛)不同内部部分体积的不同特征的不同设备的使用的上述问题，本专利技术总的目标为节省诊断时间和与各自诊断设备相关的成本，且本专利技术的特定技术目标为实现针对眼睛不同部分的足够的测量精度(分辨率)，以可针对病人眼睛的视力矫正进行精确的个体(定制的)治疗。通常，通过提供允许在实际的单次测量操作(例如，单次诊断研究)中测量和获得不同数据的单一系统来达到本专利技术的目的。换言之，尽管测量一个以上的参数，但病人仅经历(遭受)一次测量活动。本专利技术涉及致力于不同测量任务以及以不同的适当(轴向和横向)分辨率/精度对用于研究的对象的不同内部部分体积的测量的不同光学相干断层成像术(OCT)设备的集成。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于光学地测量对象的内部尺寸的系统，所述对象包括内部界面，在该内部界面处折射率发生变化以使得入射光的一部分被反射回和/或散射回并能够通过光学相干断层成像术OCT被检测，所述系统包括：至少一个第一OCT设备，被配置为测量所述对象的第一部分体积中的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光学地测量样本对象(10)的内部尺寸的系统(OCT12‑OCT12”')，所述样本对象是人的眼睛(20)，所述对象(10)包括内部界面(14、14'、14”)，在该内部界面(14、14'、14”)处折射率发生变化，以使得入射光的一部分被反射回和/或散射回并能够通过光学相干断层成像术(OCT)被检测，所述系统包括：‑至少一个第一OCT设备(OCT1)，被适配为测量所述对象(10)的第一部分体积(17)中的内部尺寸，以及‑至少一个第二OCT设备(OCT2)，被配置为测量同一所述对象(10)的第二部分体积(19)中的内部尺寸，其中，‑所述第二部分体积(19)至少部分地不同于所述第一部分体积(17)，其中所述第一OCT设备(OCT1)被适配为发出第一辐射的第一光束(B1)，所述第一辐射具有在由第一工作波长(λ1)和第一带宽(Δλ1)限定的第一波长范围内的波长，进而限定第一轴向分辨率；其中所述第二OCT设备(OCT2)被适配为发出第二辐射的第二光束(B2)，所述第二辐射具有在由第二工作波长(λ2)和第二带宽(Δλ2)限定的第二波长范围内的波长，进而限定第二轴向分辨率；其中以下项适用：‑所述第一工作波长大于所述第二工作波长，以及其特征在于：所述第一带宽比所述第二带宽大得多，以及所述第一轴向分辨率高于所述第二轴向分辨率。...

【技术特征摘要】
1.一种用于光学地测量样本对象(10)的内部尺寸的系统(OCT12-OCT12”')，所述样本对象是人的眼睛(20)，所述对象(10)包括内部界面(14、14'、14”)，在该内部界面(14、14'、14”)处折射率发生变化，以使得入射光的一部分被反射回和/或散射回并能够通过光学相干断层成像术(OCT)被检测，所述系统包括：-至少一个第一OCT设备(OCT1)，被适配为测量所述对象(10)的第一部分体积(17)中的内部尺寸，以及-至少一个第二OCT设备(OCT2)，被配置为测量同一所述对象(10)的第二部分体积(19)中的内部尺寸，其中，-所述第二部分体积(19)至少部分地不同于所述第一部分体积(17)，其中所述第一OCT设备(OCT1)被适配为发出第一辐射的第一光束(B1)，所述第一辐射具有在由第一工作波长(λ1)和第一带宽(Δλ1)限定的第一波长范围内的波长，进而限定第一轴向分辨率；其中所述第二OCT设备(OCT2)被适配为发出第二辐射的第二光束(B2)，所述第二辐射具有在由第二工作波长(λ2)和第二带宽(Δλ2)限定的第二波长范围内的波长，进而限定第二轴向分辨率；其中以下项适用：-所述第一工作波长大于所述第二工作波长，以及其特征在于：所述第一带宽比所述第二带宽大得多，以及所述第一轴向分辨率高于所述第二轴向分辨率。2.根据权利要求1所述的系统(OCT12)，其中：所述第一OCT设备(OCT1)包括第一参考臂(RA1)和第一样本臂(SA1)，所述第二OCT设备(OCT2)包括第二参考臂(RA2)和第二样本臂(SA2)，以及所述第一样本臂(SA1)和所述第二样本臂(SA2)在空间上重叠。3.根据前述权利要求中任一项所述的系统(OCT12-OCT12”')，其中，所述第一OCT设备(OCT1)被适配为测量所述眼睛(20)的角膜(22)和前部(24)段，和/或，所述第二OCT设备(OCT2)被适配为测量例如沿深度方向测量的长度、和/或测量所述眼睛(20)的视网膜(26)。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统(OCT12、OCT12')，其特征在于，所述第一OCT设备(OCT1)被适配为发出以预设的第一焦距(f1)聚焦的第一光束(B1),且所述第二OCT设备(OCT2)被适配为发出以预设的第二焦距(f2)聚焦的第二光束(B2)，其中，所述第一焦距(f1)短于所述第二焦距(f2)。5.根据前述权利要求中任一项所述的系统(OCT12-OCT12”')，其中，所述第一OCT设备(OCT1)被适配为发出聚焦辐射的第一光束(B1)，所述聚焦辐射的第一光束(B1)具有在包含第一工作波长(λ1)的第一波长范围内的波长和第一数值孔径(NA1)，进而限定第一横向分辨率(Δx1)；以及所述第二OCT设备(OCT2)被适配为发出聚焦辐射的第二光束(B2)，所述聚焦辐射的第二光束(B2)具有在包含第二工作波长(λ2)的第二波长范围内的波长和第二数值孔径(NA2)，进而限定第二横向分辨率(Δx2)，以及所述第一横向分辨率(Δx1)不同于所述第二横向分辨率(Δx2)，优选地小于所述第二横向分辨率(Δx2)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(OCT12)，其中，所述第一OCT设备(OCT1)为谱域OCT设备(SD-OCT)且所述第二OCT设备(OCT2)为时域OCT设备(TD-OCT)。7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统(OCT12-OCT12”')，其中，所述第一OCT设备(OCT1)和所述第二OCT设备(OCT2)中的每一个均为谱域OCT设备(SD-OCT)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统(OCT12-OCT12”')，其中，所述第一OCT设备(OCT1)具有包括第一透镜系统(L1)和公共透镜系统(L12)的第一样本臂(SA1)，其中，所述第一透镜系统(L1)和所述公共透镜系统(L12)设置在第一光轴上并共同形成所述第一样本臂(SA1)中的第一光束(B1)的第一聚焦部分，所述第一聚焦部分具有第一焦距(f1)；所述第二OCT设备(OCT2)具有包括第三透镜系统(L3)、所述公共透镜系统(L12)和光谱部分反射镜(M)的第二样本臂(SA2)，所述光谱部分反射镜(M)设置在所述第一透镜系统(L1)和所述公共透镜系统(L12)之间，以将沿第二光轴的方向穿过所述第三透镜系统(L3)的第二光束(B2)重新引导至所述第一光轴的方向并穿过所述公共透镜系统(L12)，其中，所述第三透镜系统(L3)和所述公共透镜系统(L12)共同形成所述第二样本臂(SA2)中的第二光束的第二聚焦部分，所述第二聚焦部分具有第二焦距(f2)；以及所述第一焦距(f1)不同于所述第二焦距(f2)，优选地小于所述第二焦距(f2)。9.根据权利要求8所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳斯·沃格勒，克里斯蒂安·维尔纳，克劳迪娅·格舍博特，克里斯托夫·德尼茨基，
申请(专利权)人：视乐有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE