全视场光学相干层析成像方法技术

一种全视场光学相干层析成像方法，FFOCT，其使用包括FFOCT装置和样本的系统，样本包括待成像的关注层(115)，FFOCT装置包括非相干光源(101)、成像器(114)、限定样本臂(107)和参考臂(108)的分束器(103)，该方法包括：产生样本光，该样本光包含源自关注层的关注光和从参考臂(108)行进的参考光；从在分束器(103)中组合的参考光和样本光中获取图像；其中样本臂(107)和参考臂(108)中的至少一个包括光学曲率补偿器，该光学曲率补偿器修正光程长度的横向变化分布，以匹配由入射到成像器(114)上的参考光和关注光行进的光程长度的横向变化分布。布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全视场光学相干层析成像方法


[0001]本专利技术涉及光学相干层析(OCT)成像技术的领域，更准确地说，涉及一种新型的全视场OCT成像技术。根据HELMHOLTZ赠款协议No 610110，该项目获得了欧盟第七框架计划的资助。

技术介绍

[0002]全视场OCT(FFOCT)基于宽带光干涉显微术。层析图像通过组合由成像器(比如CCD或CMOS相机)记录的干涉图像而获得。传统OCT(像超声成像一样)产生B模式(轴向定向)图像，而全视场OCT在正面(横向)方向获得层析图像。更准确地说，干涉图像由干涉仪形成，其中路径长度调制通常由致动器(通常是参考臂中的压电元件致动镜)进行。由CCD相机获取的这些图像通过相移干涉方法在后处理中(或在线)进行组合，其中根据所使用的算法，每个调制周期获取若干图像(通常2或4个图像)。
[0003]“正面”层析图像因此由大视场照射产生。这可以通过干涉仪的Linnik配置来获得，其中在两个臂中均使用显微镜物镜。此外，虽然光源的时间相干性必须如在传统OCT(即宽光谱)中一样保持较低，但空间相干性也必须较低，以避免在使用空间相干光源时发生串扰。全视场OCT是对传统OCT的替代方法，以提供超高分辨率图像(～1μm)，例如使用简单的卤素灯代替复杂的基于超短脉冲激光的光源。全视场OCT具有若干特殊优点。由于FFOCT无需逐点或横向逐行扫描即可获得“正面”图像，因此FFOCT不受横向扫描伪影的影响。FFOCT通过使用高数值孔径物镜，提供了比传统OCT(10μm量级)更高的横向分辨率(1μm量级)。这对于检查生物样本的显微细胞和组织结构尤其有用。
[0004]全视场OCT成像技术例如在A.Dubois和C.Boccara的文章“Full
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field optical coherence tomography(全视场光学相干层析术)”中有所描述，该文章摘自Wolfgang Drexler
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James G.Fujimoto(作者)，Springer 2009的著作“Optical Coherence Tomography
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Technology and Applications(光学相干层析术
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技术和应用)”。这也在法国专利申请FR2817030中公开。
[0005]图1示出了当前使用的全视场OCT的示例。比如发光二极管(LED)之类的空间和时间非相干光源1发射第一光束2，该第一光束被发送到分束器3。分束器将入射的第一光束分成第二光束5和第三光束6。第二光束5被发送到样本臂7，并且第三光束被发送到参考臂8。
[0006]在传统FFOCT实验中，装置通常是光学对称的，在干涉仪的两个臂中使用相同的物镜。在所示的示例中，两个臂7、8都包含具有相似光学特性的显微镜物镜9、10。
[0007]样本臂7中的显微镜物镜9将第二光束5聚焦在样本11的一部分(本文指人眼的角膜)上，收集从样本11中的不同深度反射的样本光，并将样本光传输到分束器3。参考臂8中的显微镜物镜10将第三光束6聚焦在平面参考镜12上，收集从平面参考镜12反射的参考光，并将参考光传输到分束器3。
[0008]来自样本11的不同层的样本光和来自平面参考镜12的参考光在分束器3处重新组合，并通过管透镜13聚焦在获取图像的相机14上。样本光和参考光的组合在相机图像平面
中产生干涉，所述干涉由相机14在2D正面图像中获取。
[0009]然而，干涉受到样本光与参考光之间的所需路径相关性的制约。沿图像视场的这种路径相关性只能满足一部分样本光的要求，该部分样本光显示出与参考光相似的路径。
[0010]样本光源自样本11的不同深度，因此由具有不同路径长度的光分量构成。不同的路径长度导致光程长度(optical path length)根据样本光起源的深度而变化。参考光已行进了参考路径长度，因此仅与在相干门厚度内行进了等于参考路径长度的路径长度的样本光干涉，从而在样本中限定干涉样本截面(section)，该干涉样本截面对应于与参考光干涉的样本光的原点。相干门指定发生干涉的参考光和样本光的光程长度之间的重合路径长度。
[0011]由参考臂8限定的参考路径长度因此限定了干涉样本截面的深度。因此，全视场OCT可以定义为光学切片方法，因为它能够提取仅源自干涉样本截面的样本光。干涉样本截面的厚度由光源的光谱带宽决定：光源的光谱越宽，干涉样本截面越精细。
[0012]然而，相机14收集来自分束器3的所有样本光，即来自干涉样本截面的干涉光以及来自样本11的其余部分(沿光轴Z的在干涉样本截面之前或之后的截面)的非干涉光。这样获取的图像看起来模糊，包含干涉样本截面和干涉样本截面附近的样本的其他部分的叠加。因此，有必要消除源自样本的其余部分的非干涉光。
[0013]这通常通过获取同一样本11的一系列若干图像(通常为2至5个图像)来实现，所述图像具有调制的干涉相位。例如，参考镜12通过使用产生参考镜12的位置振荡的压电元件来平移，从而调制参考路径长度以及干涉相位。每个获取的图像对应于一个特定的干涉相位。对所获取的一系列图像进行后处理，可以去除非干涉光，并且所得到的全视场OCT图像仅显示源自样本11的特定关注部分的干涉样本光。获得样本11的关注部分的2D最终正面图像。
[0014]FFOCT的当前2D成像方案使用平面参考镜，这导致参考光束具有平面路径轮廓。因此，样本光的干涉部分对应于来自样本并源自样本的平坦切片的样本光束内的干涉平面。这种操作方式便于对平坦的样本关注层(layer of interest)进行成像，比如平坦表面或可以展平的表面，例如皮肤或切除组织。
[0015]然而，当样本关注层不平坦且无法展平时，会出现重大问题。对于体内眼睛成像来说尤其如此，其中当干涉仪的对称性在两臂之间被破坏时，样本无法展平，并且大多数关注层不平坦或者看起来不平坦。例如，人的角膜由呈现大曲率(曲率半径大约为7mm)的准球形结构制成，而FFOCT正面部段将仅显示每个角膜层的一小部分视场。图2a示意性地描述了角膜的剖视图，示出了前角膜(顶部)与后角膜(底部)之间的角膜层的叠加。交叉阴影线层是待成像的关注层20。粗线表示通过FFOCT成像的干涉平坦平面21。由于关注层20的曲面性质，干涉平坦平面21仅部分地包含在关注层20中，并且除关注层20之外的角膜层22、23也被干涉平坦平面21相交。图2b示意性地描述了所获取的最终图像，其对应于干涉平坦平面21与角膜层之间的交集。关注层20以圆盘的形式在减小的表面区域上出现在最终图像的中心。最终图像的外围示出了其他角膜层22、23。由于关注层20的曲面性质，关注层20的有效视场因此受到限制。作为这种配置的示例，图2c示出了体内角膜层的最终FFOCT图像。角膜层为曲面，因此角膜层在中心呈现为具有良好对比度的圆盘，而其他角膜层呈现在外围。
[0016]图3a和图3b示出了具有类似问题的另一种配置。图3a以类似于图2a的方式示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种全视场光学相干层析成像方法，FFOCT，用于获取样本(111)内的某一深度处的关注层(115)的二维正面FFOCT图像，所述FFOCT成像方法使用包括FFOCT装置和样本的系统，所述样本包括待成像的所述关注层(115)，所述FFOCT装置包括：
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空间非相干光源(101)，
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成像器(114)，
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分束器(103)，所述分束器限定样本臂(107)和参考臂(108)，所述样本(111)布置在所述样本臂的末端处，其中所述方法包括：
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用所述非相干光源(101)发出的照明光在照明瞬间同时照亮所述样本臂(107)和所述参考臂(108)，以产生沿样本光程从所述样本(111)行进到所述样本臂(107)的末端的样本光和沿参考光程在所述参考臂(108)中行进到所述分束器(103)的参考光，
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用所述成像器(114)从在所述分束器(103)中组合的参考光和样本光获取所述关注层(115)的二维正面FFOCT图像；其中，所述样本光包含关注光，所述关注光来源于在照明瞬间发出的照明光并且源自所述样本的关注层，所述关注光在进入所述样本臂(107)时已行进第一光程长度，所述第一光程长度具有横向变化分布的曲线轮廓，其中，入射到所述成像器(103)上的参考光已沿参考光程行进参考光程长度，并且入射到所述成像器(103)上的关注光已行进第二光程长度，其特征在于，所述样本臂(107)和参考臂(108)中的至少一个包括光学曲率补偿器(112，120)，所述光学曲率补偿器修正光程长度的横向变化分布以补偿所述第一光程长度的横向变化分布的曲线轮廓，使得入射到所述成像器(103)上的参考光所行进的参考光程长度的横向变化分布和入射到所述成像器(103)上的关注光所行进的第二光程长度的横向变化分布重合，导致源自所述关注层(115)的关注光与参考光干涉，并且所述成像器(114)在所述成像器(114)的视场上对所述关注层成像，以形成由所述成像器(114)获取的二维正面FFOCT图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一光程长度的横向变化分布的曲线轮廓具有包括在4和50mm之间的绝对曲率半径。3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，入射到所述成像器(114)上的参考光所行进的参考光程长度的横向变化分布和入射到所述成像器(114)上的关注光所行进的第二光程长度的横向变化分布具有低于2mm的绝对曲率半径差。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述参考臂(108)包括光学曲率补偿器，所述光学曲率补偿器修正由入射到所述成像器(114)上的参考光行进的参考光程长度的横向变化分布，并且其中，所述光学曲率补偿器为具有弯曲反射表面的曲面反射器(112)，所述曲面反射器(112)布置...

【专利技术属性】
技术研发人员：维亚切斯拉夫，
申请(专利权)人：国家科学研究中心巴黎市工业物理化学学校，
类型：发明
国别省市：