用于在对象的深度表征中使用的系统和方法技术方案

描述了一种用于在样品的光学测量中使用的系统。该系统包括：照明单元，其被配置为提供一个或更多个选定波长范围的相干照明，并将它引导到样品的一个或更多个选定检查区域上；收集单元，其被配置为收集从检查区域返回的光，并生成输出数据，该输出数据包括指示在光收集的光路中的中间平面处形成的二次散斑图样的图像数据片序列；深度分辨模块，其被配置为影响照明单元和收集单元中的至少一个，用于确定在所收集的二次散斑图样和样品的深度层之间的关联；以及控制单元，其可连接到所述深度分辨模块，并且被配置为操作所述深度分辨模块，并且从收集单元接收所述图像数据片序列，并且通过确定在与样品的相应深度层相关联的所述二次散斑图样的至少部分之间的相关函数来处理所述图像数据片序列，从而确定沿着样品的深度的一个或更多个参数变化。

Systems and Methods Used in Deep Representation of Objects

A system for optical measurement of samples is described. The system includes: an illumination unit configured to provide coherent illumination in one or more selected wavelength ranges and guide it to one or more selected inspection areas of a sample; a collection unit configured to collect light returned from the inspection area and generate output data, which includes two indicators formed at the middle plane of the optical path collected by light. Image data image sequence of secondary speckle pattern; depth resolution module, which is configured to affect at least one of the lighting unit and collection unit to determine the correlation between the collected secondary speckle pattern and the depth layer of the sample; and control unit, which can be connected to the depth resolution module and configured to operate the depth resolution module and from the collection sheet. The element receives the image data image sequence, and processes the image data image sequence by determining a correlation function between at least part of the secondary speckle pattern associated with the corresponding depth layer of the sample, thereby determining one or more parameter changes along the depth of the sample.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在对象的深度表征中使用的系统和方法
本专利技术在样品参数和运动的光学测量的领域中，且尤其是与组织参数和层的三维表征相关。在一些配置中，本专利技术涉及对组织的体积内的弹性参数的测量。背景术语“弹性成像”与材料的弹性特性的测量有关。弹性成像测量通常用于分析生物组织以确定各种样品参数，例如骨密度和组织内的沉积物的累积。通常，弹性成像测量包括在某个时间窗内在样品中产生变形并收集关于样品对变形的响应的数据。照惯例使用在超声成像、磁共振成像和光学相干断层摄影之间的各种技术来执行样品响应的检测。已经开发了几种用于监测关于样品的表面的振动的数据的技术。这种技术利用对样品的光学检查和分析由来自样品的表面上的检查区域的相干光的反射和散射形成的二次散斑图样。US8,638,991提出了一种用于对对象成像的方法。该方法包括使用成像系统来对从对象传播的、聚焦在从对象移位的平面上的相干散斑图样进行成像。US2013/0144137和US2014/0148658提出了一种用于监测受试者的身体的一种或更多种状况的系统和方法。该系统包括控制单元，该控制单元包括用于接收图像数据的输入端口、存储器工具(utility)和处理器工具。图像数据指示由像素检测器阵列测量的数据，并且是由受试者身体的一部分响应于根据特定采样时间模式由相干光对其的照明而产生的散斑图样序列的形式。存储器工具存储一个或更多个预定模型，该模型包括指示一个或更多个可测量参数与受试者的身体的一个或更多个状况之间的关系的数据。处理器工具被配置成和可操作来处理图像数据以确定一个或更多个相应的身体状况；以及产生指示相应的身体状况的输出数据。一般概述在本领域中存在对用于提供样品的弹性成像测量的新技术。本专利技术实现了样品的参数的表面以及深度分辨监测。一般来说，本技术目的在于监测材料参数，例如利用光学检查的样品的弹性成像测量，该光学检查可以远程地和非侵入性地被执行。该技术通常利用样品参数的基于散斑的监测。为此目的，本技术使用相干照明和来自样品的通过相干照明的散射而产生的散斑图样的检测，同时结合可操作来影响照明和从样品返回的光的收集中的至少一个的深度分辨模块的使用，以实现在所收集的散斑图样的至少部分和样品的相应深度层之间的关联。因此，本专利技术的系统包括：照明单元，其被配置为提供一个或更多个波长范围的相干照明并将一个或更多个波长范围的相干照明引导到样品上的一个或更多个选定检查区域上；收集单元，其被配置为收集从所述一个或更多个检查区域返回的光，并相应地生成至少一个图像数据片序列，每个图像数据片对应于在位于检查区域和收集单元之间的中间平面处形成的二次散斑图样；深度分辨单元，其被配置为影响照明单元和收集单元中的至少一个，用于确定在所收集的二次散斑图样中的数据和在检查区域处的样品的深度层之间的关联；以及控制单元，其可连接到深度分辨模块，并被配置成和可操作来操作所述深度分辨模块并从收集单元接收图像数据片序列以及通过确定在与样品的相应深度层相关联的所述二次散斑图样的至少部分之间的相关函数来处理和分析所述图像数据片序列。控制单元可以利用这样确定的相关函数来确定一个或更多个参数以及它们在一个或更多个检查区域处沿着样品的某个深度的相应变化。为此目的，深度分辨单元可以利用与来自样品的不同深度的光分量的反射和/或散射相关联的一个或更多个光学效应。关于这一点，应该注意到，尽管通常任何波长范围都具有到各种样品中的某个穿透深度。照射在样品上的光的实际穿透深度取决于各种参数，包括：样品材料、光的波长和到样品表面上的照射的入射角。这种穿透深度通常可以在几纳米和高达几厘米之间变化。因此，本技术利用提供关于样品的不同深度层的数据的光分量的特性的变化中的至少一个。这种光学特性包括：在从不同层返回的光分量之间的光路的变化、由从不同层返回的光分量的自干涉形成的散斑的一般尺寸的变化、从不同层返回的光分量的角强度图(angularintensitymap)的变化以及在样品的深度内经历散射的光分量的轴向路径。在一些实施例中，本技术可以利用注入到样品中的合适对比材料来增强在深度层之间的区分。这种合适的对比材料可以例如包括相对于一个或更多个波长和/或偏振的光分量具有变化的反射特性的选定纳米颗粒。因此，来自样品的不同层的光的反射和散射受到增强在深度层之间的区分的对比材料的浓度的影响。通常，随着时间的推移检测到的散斑图样的变化提供对被检查区域的形状、曲率、定向和位置的变化的指示。在一些实施例中，本技术还利用刺激单元，其被配置为向样品施加选定的刺激(例如超声刺激)，使样品材料沿穿透的(照射的)某个深度的弹性响应的检测和监测成为可能。在一些配置中，施加到样品的刺激可以参与确定在散斑图样数据或其部分与散斑数据所对应于的样品的层之间的关联。根据一些实施例，深度分辨单元可利用干涉测量单元，该干涉测量单元包括参考臂并被配置为沿着所述参考臂引导由照明单元提供的参考光束，用于将参考光束与从检查区域收集的光组合。干涉测量深度分辨单元被配置为调制所述参考臂的光路，以实现对通过将在所述参考臂中传播的光与从检查区域返回的光组合而形成的干涉图样的调制。因此，由收集单元收集的图像数据片指示由在通过样品臂从样品返回的光和通过所述参考臂行进的参考光束之间的干涉产生的干涉散斑图样。为了提供深度分辨的弹性成像数据，本专利技术的技术利用参考光束的光路的调制。在从被检查区域反射/散射的样品光束和参考光束之间的干涉产生指示来自进入样品内的某个对应深度的光束的散射/反射的散斑图样。为此目的，本专利技术提供了一种用于在弹性成像测量上使用的系统，该系统包括：相干光源(例如激光光源)，其被配置为发射在一个或更多个预定波长范围内的光；光学装置，其被配置为分离所发射的光以形成样品光束和参考光束；将样品光束引导到样品的区域，并收集和重新合并样品光束和参考光束的路径；以及检测器单元，其被配置为收集关于在样品光束和参考光束之间的干涉的数据，以从而生成二次散斑图样的图像数据。光学装置还被配置成在预定的时间模式中调制参考光束的光路，以从而改变由所收集的样品光束和参考光束的干涉形成的干涉图样。作为参考光束的光路的调制的结果，通过从样品表面散射而产生的所收集的散斑图样与根据参考光束路径的变化在时间上改变的干涉条纹叠加。本专利技术的技术利用干涉条纹图样的变化来区分开与在样品的表面内的不同深度的光反射/散射相关联的散斑图样，以从而提供关于样品的体积(三维)数据。此外，通常为了提供关于样品的弹性成像数据，系统还可以包括刺激产生单元，该刺激产生单元被配置成刺激样品(例如通过超声波)，以从而从样品产生某个振动响应。检测器单元收集图像数据片序列，每个图像数据片对应于来自样品的散斑图样。这允许所收集的数据片序列的处理，以确定进入样品中的光穿透的不同深度的特性，向弹性成像测量提供三维分辨率。根据一些其他实施例，本技术可以通过从样品散射的光的空间/轴向分布来利用深度分辨。为此目的，深度分辨模块可以被配置为变化的孔径，其被配置为选择性地影响照明的光斑尺寸或从检查区域返回的光的收集的视场。更具体地，在一些示例中，该技术可以利用以某个尺寸的光斑照射检查区域，并且收集通过作为光斑尺寸的一部分的视场返回的光，当光斑尺寸增加(而不改变收集的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在样品的光学测量中使用的系统，所述系统包括：照明单元，其被配置为提供一个或更多个选定波长范围的相干照明并将所述相干照明引导到所述样品的一个或更多个选定检查区域上；收集单元，其被配置为收集从所述检查区域返回的光并生成输出数据，所述输出数据包括指示在位于所述检查区域和所述收集单元之间的中间平面处形成的二次散斑图样的图像数据片序列；深度分辨模块，其被配置成和可操作来影响所述照明单元和所述收集单元中的至少一个，用于确定在所收集的二次散斑图样中的数据和在所述检查区域处的所述样品的深度层之间的关联；以及控制单元，其可连接到所述深度分辨模块，并被配置成和可操作来操作所述深度分辨模块，并从所述收集单元接收所述图像数据片序列，并通过确定在与所述样品的相应深度层相关联的所述二次散斑图样的至少部分之间的相关函数来处理和分析所述图像数据片序列，以及确定在所述一个或更多个检查区域处沿着所述样品的深度的一个或更多个参数变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.23 US 62/340,264;2016.06.14 US 62/349,7501.一种用于在样品的光学测量中使用的系统，所述系统包括：照明单元，其被配置为提供一个或更多个选定波长范围的相干照明并将所述相干照明引导到所述样品的一个或更多个选定检查区域上；收集单元，其被配置为收集从所述检查区域返回的光并生成输出数据，所述输出数据包括指示在位于所述检查区域和所述收集单元之间的中间平面处形成的二次散斑图样的图像数据片序列；深度分辨模块，其被配置成和可操作来影响所述照明单元和所述收集单元中的至少一个，用于确定在所收集的二次散斑图样中的数据和在所述检查区域处的所述样品的深度层之间的关联；以及控制单元，其可连接到所述深度分辨模块，并被配置成和可操作来操作所述深度分辨模块，并从所述收集单元接收所述图像数据片序列，并通过确定在与所述样品的相应深度层相关联的所述二次散斑图样的至少部分之间的相关函数来处理和分析所述图像数据片序列，以及确定在所述一个或更多个检查区域处沿着所述样品的深度的一个或更多个参数变化。2.根据权利要求1所述的系统，还包括刺激单元，所述刺激单元被配置为将预定刺激施加到所述样品上以从而实现样品对所述预定刺激的响应的检测。3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述深度分辨模块被配置为干涉测量单元，所述干涉测量单元包括利用由所述照明单元提供的参考照明光束的参考臂，并且被配置为调制所述参考臂的光路并且将在所述参考臂中传播的光与从所述检查区域返回的光组合，从而使所述收集单元收集与干涉散斑图样相关联的图像数据片，所述干涉散斑图样由在通过所述样品臂从所述样品返回的光和穿过所述参考臂行进的参考光束之间的干涉产生。4.根据权利要求3所述的系统，其中通过在预定轴向范围内改变所述参考臂的反射镜的位置来提供所述参考臂的光路调制。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述反射镜的所述位置以恒定加速度沿着所述轴向范围的一个方向移动，并返回到它的原始位置。6.根据权利要求3或4所述的系统，其中所述参考臂的所述光路以选定频率调制，所述选定频率被选择为在所述收集单元的积分时间内完成至少一个调制周期。7.根据权利要求3至6中的任一项所述的系统，其中沿着所述样品臂的照明和收集的对准被配置成提供在一个或更多个散斑内的深度无关干涉图样。8.根据权利要求3至7中的任一项所述的系统，其中所述参考臂的光路以正交码在时间上被调制，从而提供与不同穿透深度相关联的散斑闪烁的正交变化。9.根据权利要求3至8中的任一项所述的系统，其中所述照明单元被配置为将时间相干性变化和空间相干性变化中的至少一个应用于照射所述样品的光，以从而根据进入所述样品内的轴向穿透深度向所收集的光分量提供正交轴向编码。10.根据权利要求3至9中的任一项所述的系统，其中所述控制单元包括闪烁检测模块，所述闪烁检测模块被配置成和可操作来接收所述图像数据片序列并识别具有重复闪烁的帧的至少一部分，以及根据所述重复闪烁的频率将与所述帧的所述至少一部分相关联的散斑图样标记为与深度层有关，从而实现与所述样品的单独深度层相关联的散斑图样部分的单独处理。11.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述照明单元包括分别发射相应的多个不同波长范围的相干照明并且具有多个光轴的多个光源；所述收集单元被配置为生成对应于以预定采样率收集的从所述样品返回的所述光的二次散斑图样的多色图像数据片序列；并且所述深度分辨模块包括预处理工具，并且被配置为使与不同波长范围的散斑图样相对应的数据从所述序列的图像数据片分离，从而使所述控制单元能够确定在每个波长范围的散斑图样之间的对应相关函数，用于确定在所述一个或更多个检查区域处沿着所述样品的深度的一个或更多个参数变化。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个波长范围根据所述样品的光学参数具有进入所述样品内的不同穿透深度。13.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述深度分辨模块被配置为孔径变化模块，所述孔径变化模块被配置为影响所述照明单元和所述收集单元中的至少一个的孔径。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述照明单元被配置为照射所述检查区域，形成选定尺寸的照明光斑，所述深度分辨模块包括被配置为选择性地改变所述收集单元的视场的变化孔径单元。15.根据权利要求14所述的系统，其中所述选择性改变的视场相对于所述照明光斑的尺寸较小。16.根据权利要求13所述的系统，其中所述深度分辨模块包括变化孔径单元，所述变化孔径单元被配置为选择性地改变由所述照明单元在所述检查区域上产生的照明光斑，所述收集单元被配置为以选定尺寸的视场收集从所述检查区域返回的光。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述视场相对于所述照明光斑的尺寸更大。18.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述照明单元被配置为提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽埃夫·扎勒夫斯基，哈维尔·加西亚，尼西姆·尼桑·奥扎娜，兰·卡里法，摩西·阿里·阿里尔·施瓦兹，
申请(专利权)人：康廷尤斯生物测定有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL