来自光相干的光学成像制造技术

相干光(例如，激光)通过光纤发射到组织样本中。所述组织样本漫射所述相干光。不同的血流量产生不同的相干光干涉图案。用耦合到光纤的图像传感器捕获相干光干涉图案的图像。所述图像的散斑对比度量化相干光干涉图案。使用一或多个数据模型确定所述散斑对比度并将其映射到血流量。至少部分地基于所述经捕获图像的所述散斑对比度值来识别组织样本中的血流量。所述散斑对比度值来识别组织样本中的血流量。所述散斑对比度值来识别组织样本中的血流量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】来自光相干的光学成像
[0001]相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张2020年6月18日申请的美国申请案第16/904,572号的权利及优先权，所述美国申请案第16/904,572号主张2020年4月27日申请的美国临时申请案第63/016,011号的优先权，所述两个申请案特此以引用的方式并入。

技术介绍

[0003]成像装置用于例如医疗保健、导航及安全等的背景内容中。成像系统经常测量无线电波或光波以促进成像。测量被物体散射的光的成像特别具有挑战性，且寻求用以改进光学成像的装置、系统及方法的进展以增加速度、增加分辨率、减小尺寸及/或降低成本。
附图说明
[0004]参考以下图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中相似参考数字指代贯穿各种视图的相似部件，除非另外指定。
[0005]图1说明根据本公开的方面的经配置以确定组织样本的血液特性的成像系统。
[0006]图2说明根据本公开的方面的实例光检测器，其具有经配置以对由参考光束与测量光束干涉产生的干涉图案成像的图像传感器。
[0007]图3说明根据本公开的方面的包含分束器的光检测器的实例配置。
[0008]图4A到4D说明根据本公开的方面的可被并入到数据模型中的血液特性的实例曲线图。
[0009]图5A到5B说明根据本公开的方面的耦合到经配置以产生合成图像的处理逻辑的图像像素阵列。
[0010]图6说明根据本公开的方面的包含经配置以确定血液特性的光检测器网络的成像系统。
[0011]图7说明根据本公开的方面的应用于人类头部并经配置以确定血液特性的成像系统。
[0012]图8说明根据本公开的方面的血液特性值的合成图像的显示。
[0013]图9说明根据本公开的方面的用于从相干光干涉图案确定血液特性的过程的流程图。
[0014]图10说明根据本公开的方面的用于从相干光干涉图案确定血液特性的过程的流程图。
具体实施方式
[0015]本文描述具有光相干的光学成像的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。但是，所属领域的技术人员将认识到本文描述的技术可在没有一或多个特定细节的情况下或用其它方法、组件、材料等实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。
[0016]贯穿此说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性被包含于本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书在各处出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合于一或多个实施例中。
[0017]在本公开的方面中，可见光可被定义为具有约380nm到700nm的波长范围。非可见光可被定义为具有在可见光范围之外的波长的光，例如紫外光及红外光。具有约700nm到1mm的波长范围的红外光包含近红外光。在本公开的方面中，近红外光可被定义为具有约700nm到1.4μm的波长范围。
[0018]本公开将大致上描述在医学背景内容中的人体组织的背景内容下对漫射介质成像。然而，本公开的内容可应用于医学成像、导航、安全、科学研究或对漫射介质或对象成像的其它背景内容。
[0019]人类组织对红外光是透明的，不过人体的不同部分(例如，皮肤、血液、骨骼)展现不同的吸收及散射系数。研究者已尝试将红外光的性质用于医学成像目的，但尺寸及成本约束已限制大规模采用。出于成像目的用近红外光照明组织及其它漫射介质有时被称为漫射光学断层摄影术。在一种光学技术中，激光散斑成像可用来检测主要在样本的表面附近反射的光，严重缺乏测量深度。在另一漫射光学断层摄影术技术中，漫射相关光谱法使用雪崩光电二极管来通过随时间观察单个散斑来测量相干。然而，单个散斑提供关于样本内的流体的运动的有限信息。
[0020]与激光散斑成像及漫射相关光谱法相比，本公开的一些实施例可包含成像系统，所述成像系统可经配置以通过第一光纤将激光发射到组织样本中，通过第二光纤检测来自组织样本的漫射光，捕获漫射光的图像，并至少部分地基于图像中的相干光干涉图案确定组织样本内的血流数据。成像系统可使用具有耦合到一或多个相干光源的一或多个光纤的一或多个相干光源发射激光。成像系统可使用具有耦合到一或多个图像传感器的一或多个光纤的一或多个光检测器来检测漫射光。成像系统可通过使用耦合到光源及光检测器的处理逻辑基于图像确定血液特性。
[0021]处理逻辑可使用图像中表示的相干光干涉来确定血液特性。相干光包含但不限于具有相同频率、相位及偏振的光波或光子。图像中的相干光干涉可表现为散斑或捕获为散斑，所述散斑包含图像中一或多个像素的亮点及暗点。暗像素是具有比周围像素低的像素值及/或比图像的平均像素值低的像素。亮像素是具有比周围像素高的像素值及/或比图像的平均像素值高的像素。可使用图像的所有像素的标准差来检测图像中散斑的数量，并因此检测相干光干涉。更具体地说，散斑对比度可通过将图像的像素值的标准差除以图像的像素值的平均值(即，标准差/平均值)来确定。在实施例中，将图像的散斑对比度与将散斑对比度映射到流过组织样本的血液量的一或多个数据模型进行比较。血液特性可包含流过一个区域的血液量、血液速度，且也可包含血红蛋白的浓度及氧合水平。一些血液特性是血流特性，且血流特性可包含流过组织区的血液量及流过组织区的血液速度。一些血液特性可独立于或较少依赖于血流量，且这些血液特性可包含血红蛋白的浓度及氧合水平。
[0022]为了改进将散斑对比度映射到血液特性(例如，血流特性)，可操纵图像传感器对相干光的曝光。在一个实施例中，激光器提供具有在10μs到1000μs(例如，10μs、20μs、40μs及/或80μs)范围内的持续时间的脉冲的相干光。在一个实施例中，图像传感器的曝光时间
(例如，像素读取之间的时间)被设置为例如10μs、20μs或10μs到1000μs范围内的某一持续时间。
[0023]本公开的成像系统的实施例可包含各种配置。成像系统可包含多个光源、多个光纤、多个激光器、连续波激光器、脉冲激光器及/或经调制或斩波的连续波激光。成像系统可包含从光纤直接捕获图像数据，或可包含与参考光源光学组合的经捕获光。成像系统可使用散斑对比度、与参考光束干涉及/或光学衰减来确定组织样本内的血液特性。可采用各种类型的数据模型来破译来自图像的含义(例如，散斑对比度)。
[0024]将参考图1到10更详细地描述这些实施例及其它实施例。
[0025]图1说明根据本公开的方面的成像系统100，其经配置以至少部分地基于在图像中捕获的漫射光的相干来确定组织样本102中的血液特性。在经捕获的图像中的漫射光的相干在图像中表现为相干光干涉图案或散斑。可通过确定出射组织样本102的漫射光的图像的散斑对比度来量化相干光干涉(或干涉图案)。散斑对比度值可与血液流速及其它血液特性相关或映射到血液流速及其它血液特性。因此，散斑对比度值可用于识别血管阻塞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种成像系统，其包括：激光器，其经配置以发射激光；源光纤，其耦合到所述激光器并经配置以将所述激光递送到组织样本中；检测器光纤，其经配置以接收来自出射所述组织样本的所述激光的部分的漫射激光；图像传感器，其耦合到所述检测器光纤并经配置以捕获出射所述组织样本的所述漫射激光的图像；及处理逻辑，其经配置以：从所述图像传感器接收所述图像；确定所述图像中的所述漫射激光的相干值；及至少部分地基于所述相干值确定所述组织样本的血液特性。2.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包括：其中所述检测器光纤是多模光纤。3.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述激光是近红外激光，且其中所述图像传感器包含用以阻挡在所述激光的线宽之外的光的滤波器。4.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包括：第二图像传感器，其经配置以捕获出射所述组织样本的第二漫射激光的第二图像，其中所述图像传感器安置在所述组织样本的第一出射位置处，且所述第二图像传感器安置在所述组织样本的第二出射位置处，其中所述处理逻辑经配置以从所述第二图像传感器接收所述第二图像，其中同时捕获所述图像及所述第二图像。5.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述图像中的所述漫射激光的所述相干值被确定为散斑对比度值，所述散斑对比度值被确定为所述图像的像素值的标准差除以所述图像的所述像素值的平均值。6.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述图像传感器经配置以用所述漫射激光捕获参考光束激光，其中所述处理逻辑进一步经配置以通过确定所述图像中的条纹图案之间的对比度值来确定所述图像中的所述漫射激光的所述相干值。7.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述处理逻辑进一步经配置以从所述相干值的多个捕获产生合成图像，其中所述合成图像表示所述组织样本中的血流，其中所述相干值随着血流减少而增加。8.一种成像方法，其包括：发射相干光到组织样本中；捕获出射所述组织样本的所述相干光的...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：开放水域互联网公司，
类型：发明
国别省市：