用于全场干涉显微成像的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于三维散射样品(206)的全场干涉显微镜成像的系统(20)。所述系统包括：‑包括参考臂的干涉装置(200)，在该参考臂上布置有反射表面(205)，当样品被放置在目标臂上时，干涉装置适于在成像场的每个点产生通过在对应于成像场的所述点的反射表面(205)的基本表面上使入射光波反射而获得的参考波与通过在给定深度处样品切片的体素对入射光波的后向散射而获得的物体波之间的干涉；所述体素对应于成像场的所述点；‑获取装置(208)，其适于以目标臂与参考臂之间的固定光程差来获取由在成像场的每个点处产生的所述干涉所产生的N个二维干涉测量信号的时间序列；以及‑处理单元(220)，其被配置为计算表示所述N个二维干涉测量信号之间的强度时间变化的图像(IB,IC)。

Method and system for full field interference microimaging

The present invention relates to a system (20) for full field interference microscope imaging for three dimensional scattering samples (206). The system includes: including the reference arm of the interferometer (200), the reflecting surface is arranged on the reference arm (205), when the samples are placed in the target arm, interference device adapted to generate the points corresponding to the imaging field of the reflecting surface at each point in the imaging field (205) and between the object wave in the sample at a given depth slice of voxel to incident light backscattering from the reference wave on the surface of the basic reflection of incident light and interference; the point corresponding to the voxel imaging field; acquisition device (208), time series it is adapted to fixed optical path between the target and a reference arm to obtain difference generated by each point in the field of imaging at the interference generated by a two-dimensional N interferometry signal; and processing unit (220), which is configured to calculate the two dimensional N said An image (IB, IC) that interfered with the time change of the intensity between the measured signals.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于全场干涉显微成像的方法和系统
本说明书涉及一种全场干涉显微成像方法和系统，其特别适用于细胞和细胞内成像。
技术介绍
以全场OCT(OCT是“OpticalCoherenceTomography(光学相干断层成像术)”的首字母缩写)这一名字为人们所知的通过非相干光全场干涉显微术获取图像的技术是一种非侵入性、非破坏性和内源性的方法，在获取生物组织的图像上非常强大。例如在A.Dubois和C.Boccara的文章“Full-fieldopticalcoherencetomography”中描述了全场OCT成像技术，该文章取自“OpticalCoherenceTomography-TechnologyandApplications”-WolfgangDrexler-JamesG.Fujimoto-Editors-Springer2009。在法国专利申请FR2817030中也描述了全场OCT成像技术。全场OCT成像技术基于当样品被具有低相干长度的光源照射时使用由样品后向散射的光，在生物样品的情况下尤其是使用由显微镜细胞和组织结构后向散射的光。该技术利用光源的低相干性来隔离由样品深度方向上的虚拟切片后向散射的光。干涉仪的使用使得可以通过干涉现象产生表示从样品的给定切片选择性地发出的光的干涉信号，并且消除源自样品的其余部分的光。全场OCT成像技术使得可以获得具有1μm量级的典型分辨率的三维图像，该分辨率大于其他常规OCT技术可能获得的10μm量级的分辨率，例如谱域中的OCT(由首字母缩写“傅立叶域OCT”或“谱域OCT”所知)。通过这样的分辨率，可以观察到血管、血管壁、胶原蛋白、脂肪细胞等等的大部分组织结构。这种技术使得可以观察到各种生物组织(例如脑、乳房、皮肤、肝脏等)的微观结构，例如在O.Assayag等人的文章“LargeField,HighResolutionFull-FieldOpticalCoherenceTomography:APre-clinicalStudyofHumanBreastTissueandCancerAssessment”(《癌症研究与治疗技术》，第13卷，No.5，2014年10月)中所描述的。此外，这种技术被证明是特别快速的：因此可以使用全场OCT显微镜在几分钟内产生表示表面为几平方厘米的、深度方向的切片的图像。图1是通过全场OCT技术获得的肝组织样品(在大鼠肝脏上进行的光学活组织检查)的图像的实例，其中特别可以看到胶原纤维。该图像(标记为IA)对应于800μm×800μm(微米)尺寸的样品区域。该图说明了这种技术用于揭示和观察非常精细的生物结构的可能性。已经表明，全场OCT图像获取技术可以潜在地用于诸如诊断癌症的医学应用，因为微观结构和组织结构的观察使得在许多情况下能够在几分钟内以非破坏性的方式将健康组织与癌组织区别开来。在手术期间的全场OCT图像使得例如可以产生第一级诊断，甚至在例如癌症的情况下优化手术操作，从而可能避免在切除后几天组织学分析揭示存在肿瘤细胞的情况下重复手术。此外，全场OCT技术允许活体内图像获取，并可能使用例如内窥镜进行原位获取，这增强了该技术在医疗领域的相关性。然而，尽管全场OCT技术提供的理论空间分辨率足以生成细胞和细胞内尺度(三维尺寸为1μm的量级)的生物组织的图像，但申请人已经证明，在实践中，由于获得的图像的对比度不足，并不总是能够清楚地区分细胞，甚至细胞的核或内部结构(特别是膜、细胞核、细胞质)。例如，在图1的示例中，由于脂质和蛋白质结构的高折射率，源自胶原纤维的后向散射信号表现出高强度。相反，源自细胞内部结构的后向散射信号强度非常低，比胶原纤维低约400倍。由细胞和组织的不同结构后向散射的信号强度的差异解释了：尽管全场OCT技术具有优异的空间分辨率，但是该技术不能够以足够的动态范围获取低强度的信号。在解剖病理学中使用的其他显微镜技术使得可以通过显微镜观察组织样品上的细胞和细胞结构：这些技术包括将待分析区域中的组织样品取出，然后制备可以在传统的显微镜下观察的组织片。制备包括将组织放入石蜡中，切成3至5μm厚度的非常薄的切片，并在这些切片上应用造影剂或着色剂，使得可以提高细胞结构的对比度并因此便于解剖病理学医生对其进行观察。通常，将苏木精和伊红的组合应用于这些切片，以特异性地着细胞的色支持结构和细胞核。也可以应用其他着色，以允许更具体地观察某些结构。然后将得到的组织切片置于显微镜载玻片上，由解剖病理学家以各种放大倍数观察。低倍放大的肉眼检查和高倍放大的显微镜检查使得可以观察组织样品上存在的组织结构和细胞细节。一套阅读标准使得可以对癌症进行诊断，例如检查由肿瘤侵入引起的基质反应，甚至检查单个细胞水平的细胞核/细胞质比例。然而，这些显微镜技术存在几个缺点。首先，这些技术是破坏性的，因为，与使得能够获得组织样品的虚拟切片的图像的全场OCT技术相反，这些技术需要准备如所描述的样品的物理切片。因此，组织将不再可用于其他类型的分析。而且，这些技术依赖于样品的复杂制备，包括在多个步骤(放入石蜡、切割、标记)期间的物理处理以及使用外源造影剂如特定的细胞结构着色剂；因此，如此准备的样品的最终质量(因而相应诊断的质量)取决于操作者。最后，这些技术不适合围手术期使用，因为考虑到制备组织的不同步骤，在能够进行组织观察之前通常需要几天的时间。因此需要一种成像技术来获取样品的图像，特别是生物组织的图像，其至少部分地补救了现有技术的局限性和/或缺点。
技术实现思路
根据第一方面，本说明书涉及用于散射三维样品的全场干涉显微镜成像的系统，其包括：-干涉装置，其包括用于接收样本的目标臂和布置有反射表面的参考臂，当样品放置在干涉装置的目标臂上时，干涉装置适于在成像场的每个点处产生通过入射光波在与成像场的所述点相对应的反射表面的基本表面上的反射而获得的参考波与通过在给定深度处样品切片的体素对入射光波的后向散射而获得的物体波之间的干涉，所述体素对应于成像场的所述点，-获取装置，其适于以所述目标臂与所述参考臂之间的固定光程差来获取由在所述成像场的每个点处产生的所述干涉产生的N个二维干涉测量信号的时间序列，-处理单元，其被配置为计算表示所述N个二维干涉测量信号之间的强度时间变化的图像。成像场的尺寸例如通过获取装置的有用检测表面或者通过成像系统的视场光阑来限制。因此，根据一个示例，样品切片(或相干切片)水平处的成像场是与获取装置的有用表面(或与视场光阑)共轭的区域。成像场的“点”在其尺寸上由获取装置的基本检测器的尺寸限定。在本说明书中，对应于成像场的点的反射表面的基本表面表示在反射表面上定义的基本表面，并且其位置对应于关于与获取设备相关联的二维坐标系定义的成像场的点的位置。在本说明书中，对应于成像场的点的体素表示在相干切片中定义的基本体积，并且其在相干切片中的位置对应于关于与获取设备相关联的二维坐标系定义的成像场的点的位置。由体素后向散射的波表示由存在于该体素中的所有基本散射结构后向散射的波的相干总和的振幅。如此描述的成像系统使得可以获得表示具有固定光程差的干涉测量信号之间的强度时间变化的样品图像，并且申请人已经证明其使得能够访问通过根据现有技术的全场OCT技术获得的图像不可察觉的信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于散射三维样品(206)的全场干涉显微成像的系统(20)，包括：‑干涉装置(200)，其包括用于接收样品的目标臂和布置有反射表面(205)的参考臂，当样品放置在干涉装置的目标臂上时，干涉装置适于在成像场的每个点处产生通过在与成像场的所述点相对应的反射表面(205)的基本表面上使入射光波反射而获得的参考波与通过在给定深度处样品切片的体素对入射光波的后向散射而获得的物体波之间的干涉，所述体素对应于成像场的所述点，‑获取装置(208)，其适于以目标臂与参考臂之间的固定光程差来获取由在成像场的每个点处产生的所述干涉所产生的N个二维干涉测量信号的时间序列，‑处理单元(220)，其被配置为计算表示所述N个二维干涉测量信号之间的强度时间变化的图像(IB,IC)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.10 FR 15531201.一种用于散射三维样品(206)的全场干涉显微成像的系统(20)，包括：-干涉装置(200)，其包括用于接收样品的目标臂和布置有反射表面(205)的参考臂，当样品放置在干涉装置的目标臂上时，干涉装置适于在成像场的每个点处产生通过在与成像场的所述点相对应的反射表面(205)的基本表面上使入射光波反射而获得的参考波与通过在给定深度处样品切片的体素对入射光波的后向散射而获得的物体波之间的干涉，所述体素对应于成像场的所述点，-获取装置(208)，其适于以目标臂与参考臂之间的固定光程差来获取由在成像场的每个点处产生的所述干涉所产生的N个二维干涉测量信号的时间序列，-处理单元(220)，其被配置为计算表示所述N个二维干涉测量信号之间的强度时间变化的图像(IB,IC)。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，处理单元(220)被配置为通过对于所述图像中的给定位置的每个像素计算像素值来计算所述图像，所述像素值为表示在与获取装置相关联的二维坐标系中的对应位置的点处获取的所述N个二维干涉测量信号的强度的时间变化的参数的值的函数。3.根据权利要求2所述的成像系统，其中，所述参数表示所述N个二维干涉测量信号的强度的时间离散度。4.根据权利要求2和3中任一项所述的成像系统，其中，所述像素呈现至少一个相对于比色表示空间定义的分量，所述分量的值是所述参数的值的函数。5.根据权利要求1至4中任一项所述的成像系统，其中，-获取装置进一步被配置为针对干涉装置的两个臂之间的光程差的不同值获取样品切片的P个二维干涉测量信号，-处理单元被配置为根据所述P个二维干涉测量信号的强度和所述强度时间变化来计算称为组合图像的图像(IC)。6.根据权利要求5所述的成像系统，其中，处理单元(220)被配置为通过对于所述组合图像中的给定位置的像素计算像素值来计算所述组合图像，所述像素值一方面作为在与获取装置相关联的二维坐标系中的相应位置的点处获取的所述P二维干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·博卡拉，F·哈姆斯，
申请(专利权)人：LL技术管理公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR