光学断层摄影装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光学断层摄影装置，其包括：多色光源(SLM)、一维光学传感器(CIM)、干涉显微镜(MI)、一维共焦空间过滤系统(FS)、致动系统(PR、TR1、TR2、TR3)以及处理器(PR)；所述致动系统(PR、TR1、TR2、TR3)可以执行待观察目标的深度方面的单向扫描；所述处理器(PR)用于根据所述单向扫描期间由所述图像传感器获取的多个一维干涉图像来重构所述目标的截面的二维图像。本发明专利技术还涉及一种使用这样的装置的光学断层摄影方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学断层摄影装置和方法，特别但不唯一地旨在用于生物学和医学(尤其是组织学)的应用。其他可能的应用涉及例如材料的特性。
技术介绍
在临床实践中广泛应用了通过活组织检查而进行的组织的组织学研究，例如，用于诊断肿瘤。但是，由于其要求活组织检查(即，对待研究的组织进行取样，将其切成薄片而利用显微镜进行观察，并且由解剖病理学家进行分析)，因此该技术在实施上较慢且较复杂。整个过程还要求样品的固定、基质中样品的遮盖(occlusion)以及样品的染色。这提出了这样的问题：尤其在外科手术期间进行检查的情况中，速度是最重要的。另外，对于患者而言，采样步骤是令人讨厌甚至是危险的(例如，脑部采样的情况)。因此，已经研发了非侵入性(尤其是光学)成像技术来观察生物组织的内部结构(或更概括而言，来观察半透明目标的内部结构)。为了与传统的组织学检查竞争，这些技术必须可以在原处获取组织表面下毫米水平的深度，并且展示出微米水平的分辨率。执行的速度、简易度和成本也都是要考虑的重要因素。现有技术中已知的成像技术不能满足所有要求。扫描光学相干断层摄影(OCT)是基于“白”(宽波段)光干涉法的技术。在其方案(version)中，在时域中，白光束被分为两部分，一部分聚焦于待研究的组织，另一部分聚焦于参考镜。将由所观察的目标所反射(后散射)的光与由参考镜所反射并且由光电检测器来检测的光相结合。仅当光路差大部分为辐射的相干长度的水平时发生干涉；通过修正干涉计的参考臂的光学长度，在目标中获取不同的深度。可以使用干涉测量法(其允许根据轴向维度(也即深度)的采集)来构建2维甚至3维中的图像并且进行扫描(其允许根据一个或两个横向维度的采集)。在扫描OCT中，在频域中，参考臂具有固定的光学长度，并且对干涉信号进行频谱分析。对此，参见A.F.Fercher的文章“Optical coherence tomography–principles and applications”，Reports on Progress in Physics 66(2003)239–303。在实践中，OCT难以获取优于大约几微米的横向分辨率。更近期的技术(全场OCT)使用二维图像传感器来检测干涉信号。该技术与低时间和空间相干的光源(例如，卤钨灯)的使用相结合，相比于扫描OCT可以实质改善空间分辨率(横向和深度方向(轴向)两者)。但是，该技术不适合应用于很可能会移动的目标(尤其对于在体内的应用)，这会导致干涉信号受到干扰。另外，其提供了“相对(en face)”的截面(平行于所观察目标的表面)，然而垂直截面通常更有用。另外，其穿透深度小于扫描OCT中的深度。该技术在例如文献EP1364181和A.Dubois,K.Grieve,G.Moneron,R.Lecaque,L.Vabre,以及A.C.Boccara的文章“Ultrahigh-resolution full-field optical coherence tomography”Applied Optics 43,p.2874(2004)中所描述的。由S.Kim等所著的文章\Simultaneous measurement of refractive index and thickness by combining low-coherence interferometry and confocal optics\,Optics Express,Vol.16,No.8,5516(2008年4月14日)描述了这样的方法：其将共焦光学和干涉测量法与低相干长度进行结合，以通过确定其厚度和其折射率来描述样本。这不是成像方法，更不是断层摄影。共焦显微观测使用空间过滤来选择从被观察的目标的小区域发出的光；可以随后通过扫描来重构二维或三维图像。文献EP 2 447 754描述了一种狭缝有色共焦显微观测装置和方法。该系统要求：-偏振光照明；-目标具有强烈色差；以及-用于测量在显微镜的输出处的光的光谱的分光计，该测量可以获取在目标中探测的深度。在该装置中，狭缝用于产生光谱线(其宽度限定光谱分辨率，并因此限定目标中的空间分辨率深度方向)。其不具有共焦过滤作用。文献EP 1 586 931描述了另一种狭缝共焦显微观测装置和方法，其通过允许同时沿线采集大量像素来简化图像重构的过程。共焦显微观测(不使用荧光标记)提供基本小于扫描OCT和全场OCT的穿透深度。由Yu Chen等所著的文章“High-resolution line-scanning optical coherence microscopy”,Optics Letters Vol.32,No.14,2007年7月15日,第1971–1973页描述了一种将狭缝共焦显微观测和扫描OCT相结合的装置和方法，其可以利用高于全场OCT的敏感度来获取样本的“相对”的截面。获取的轴向分辨率大约为3μm，横向分辨率大约为2μm，通过将非常昂贵的飞秒脉冲激光用作光源来获取这些结果。非线性显微观测技术(双光子显微观测法、谐波显微观测法和其他这样形式的显微观测法)展示出这样的性能水平：其穿透深度、空间分辨率和采集率可以与全场OCT的穿透深度、空间分辨率和采集率相比，但是其成本更高并且一般采集时间更长。实施的成本和复杂度也是非光学成像技术的主要缺陷，非光学成像技术为例如X射线微断层摄影(其也展示出低采集率)和磁共振成像IRM(相比于光学方法，磁共振成像IRM的空间分辨率为中等)。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的上述缺点的至少一部分。更具体而言，其旨在提供这样的技术：其用于观察半透明目标(例如生物组织)的内部结构，从而可以以高速率(每秒多个截面)获取垂直截面(正交于目标的表面)，具有高空间分辨率(轴向和横向均为1μm水平)和令人满意的穿透深度(毫米水平)。本专利技术还旨在提供一种适合于在体内以及在原位应用的技术。可以实现该目标的本专利技术的一个方案是一种光学断层摄像装置，该光学断层摄像装置包括：多色光源；一维光学传感器；干涉显微镜，该干涉显微镜包括：第一臂，其称为参考臂，在其端部设置有所谓的参考镜；第二臂，其称为目标臂；分束器，其将所述第一臂和第二臂联接至所述多色光源和所述传感器；以及至少一个物镜，将所述参考镜设置为对应于所述物镜的聚焦平面或对应于设置于参考臂中的一个所述物镜的聚焦平面；一维共焦空间过滤器系统，其与所述多色光源配合以沿称为观察线的线来对设置于所述目标臂的端部的待观察的目标进行照明，观察线位于所述物镜的聚焦平面或位于设置于目标臂中的一个所述物镜的聚焦平面，所述一维共焦空间过滤系统也设置为选择由所述目标后散射的光和从所述观察线发出的光，并且于所述传感器形成所述线的一维图像；其特征在于，其还包括：致动系统，其配置为将所述观察线设置为平行于所述物镜的光学轴线或平行于放置于目标臂的一个所述物镜的光学轴线，从而执行所述目标的单程扫描，同时在第一轨迹和第二轨迹之间保持零光路差，在一方面，所述第一轨迹是指从所述分束器至所述参考镜并且通过沿所述参考臂行进而返回，在另一方面，所述第二轨迹是指从所述分束器至所述观察线并且通过沿所述目标臂行进而返回；以及处理器，其编程或配置为，根据所述单程扫描期间通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学断层摄影装置，其包括‑多色光源(SLP)；‑一维光学传感器(CIM)；‑干涉显微镜(MI)，其包括：第一臂(BREF)，其称为参考臂，在所述第一臂端部设置有所谓参考镜(MR)；第二臂(BOBJ)，其称为目标臂；分束器(SF)，其将所述第一臂和第二臂联接至所述多色光源和所述传感器；以及至少一个物镜(LO1、LO2、LO)，所述参考镜设置于所述物镜或一个所述物镜(LO、LO1)的位于参考臂的聚焦平面；‑一维共焦空间过滤系统(FE、FS、CIM)，其与所述多色光源配合以沿称为观察线(LDO)的线来对设置于所述目标臂(BOBJ)的待观察的目标(OBJ)进行照明，并且于所述传感器形成所述观察线的一维图像，该观察线(LDO)位于所述物镜或一个所述物镜(LO、LO2)的聚焦平面，该聚焦平面位于所述目标臂；其特征在于，其还包括：‑致动系统(PR、TR1、TR2、TR3)，其配置为平行于沿所述物镜或一个所述物镜(LO、LO2)的目标臂延伸的光学轴线而移动所述观察线，从而执行所述目标的单程扫描，同时保持第一轨迹和第二轨迹之间的零光路差，在一方面，第一轨迹是指从所述分束器至所述参考镜并且沿所述参考臂行进而返回，在另一方面，第二轨迹是指从所述分束器至所述观察线并且沿所述目标臂行进而返回；以及‑处理器(PR)，其编程或配置为，根据所述单程扫描期间由所述传感器获取的对应于所述观察线的不同位置的多个一维干涉图像，将待观察的所述目标的平行于所述光学轴线而定向的截面的二维图像重构，所述光学轴线沿所述物镜(LO、LO2)的目标臂延伸。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.20 FR 13632341.一种光学断层摄影装置，其包括-多色光源(SLP)；-一维光学传感器(CIM)；-干涉显微镜(MI)，其包括：第一臂(BREF)，其称为参考臂，在所述第一臂端部设置有所谓参考镜(MR)；第二臂(BOBJ)，其称为目标臂；分束器(SF)，其将所述第一臂和第二臂联接至所述多色光源和所述传感器；以及至少一个物镜(LO1、LO2、LO)，所述参考镜设置于所述物镜或一个所述物镜(LO、LO1)的位于参考臂的聚焦平面；-一维共焦空间过滤系统(FE、FS、CIM)，其与所述多色光源配合以沿称为观察线(LDO)的线来对设置于所述目标臂(BOBJ)的待观察的目标(OBJ)进行照明，并且于所述传感器形成所述观察线的一维图像，该观察线(LDO)位于所述物镜或一个所述物镜(LO、LO2)的聚焦平面，该聚焦平面位于所述目标臂；其特征在于，其还包括：-致动系统(PR、TR1、TR2、TR3)，其配置为平行于沿所述物镜或一个所述物镜(LO、LO2)的目标臂延伸的光学轴线而移动所述观察线，从而执行所述目标的单程扫描，同时保持第一轨迹和第二轨迹之间的零光路差，在一方面，第一轨迹是指从所述分束器至所述参考镜并且沿所述参考臂行进而返回，在另一方面，第二轨迹是指从所述分束器至所述观察线并且沿所述目标臂行进而返回；以及-处理器(PR)，其编程或配置为，根据所述单程扫描期间由所述传感器获取的对应于所述观察线的不同位置的多个一维干涉图像，将待观察的所述目标的平行于所述光学轴线而定向的截面的二维图像重构，所述光学轴线沿所述物镜(LO、LO2)的目标臂延伸。2.根据权利要求1所述的装置，其中，一维共焦空间过滤系统还设置为选择由所述目标后散射的光和从所述观察线(LDO)发出的光。3.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述致动系统配置为引起待观察的所述目标相对于所述干涉显微镜的相对位移，而不修改所述参考臂和所述目标臂的光学长度，所述位移平行于所述物镜(LO)的所述光学轴线或平行于设置于目标臂的一个所述物镜(LO2)的所述光学轴线。4.根据权利要求1或2中的任一项所述的装置，其中，所述致动系统配置为在所述观察线所在的聚焦平面中移动物镜(LO2)，并且修正所述参考臂的光学长度，从而保持所述第一轨迹和所述第二轨迹之间的零光路差。5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，还包括色散补偿装置(DCD、IM)，其至少一个设置为在所述目标臂和所述参考臂外部，所述致动装置配置为在所述单程扫描期间也作用于所述色散补偿装置。6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述干涉显微镜为Linnik显微镜，其包括第一物镜(LO1)和第二物镜(LO2)，所述第一物镜(LO1)设置于所述参考臂，所述第二物镜(LO2)设置于所述目标臂，所述参考臂和目标臂为分开的。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一物镜和所述第二物镜为浸没物镜，并且其中，所述致动系统配置为引起待观察的所述目标相对于所述干涉显微镜的相对位移，而不修改所述参考臂和所述目标臂的光学长度，所述位移平行于设置于目标臂的所述第二物镜(LO2)的所述光学轴线。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·杜布瓦，
申请(专利权)人：国家科学研究中心，高等光学学校，巴黎第十一大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR