專(zhuān)利名稱(chēng)：干涉設(shè)備、方法和探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干涉設(shè)備和方法，具體地說(shuō)，涉及光學(xué)相干層析成 像設(shè)備和方法以及用于其中的探頭。我們將描述供稱(chēng)為光學(xué)相干層
析成像(OCT)的成像技術(shù)使用的光學(xué)探頭和關(guān)聯(lián)的方法。
在優(yōu)選配置中，光學(xué)探頭可以用于剛性的內(nèi)窺鏡(或管道鏡) 可以到達(dá)的任何位置。潛在的應(yīng)用包括醫(yī)療檢查，諸如陰道鏡(子 宮頸癌篩選)和腹腔鏡(例如，在腹腔內(nèi)膜異位中)。在另一個(gè)優(yōu)選 配置中，光學(xué)探頭可以用于更多的不需要內(nèi)窺鏡就可以到達(dá)的位置。 潛在的應(yīng)用包括皮膚病學(xué)(例如，在皮膚癌診斷中)。
背景技術(shù)：
一般利用內(nèi)窺鏡來(lái)進(jìn)行內(nèi)科醫(yī)療檢查，其中視覺(jué)或電荷耦合器 件(CCD)攝像機(jī)把從探頭筒(shaft)的遠(yuǎn)端中繼的景色成像。在柔性
像；在剛性探頭或管道鏡中，可以通過(guò)透鏡或桿系統(tǒng)中繼所述圖像。 這有效地給出相關(guān)的醫(yī)學(xué)目標(biāo)的表面視圖，但是為了看見(jiàn)所述表面 下面的結(jié)構(gòu)的變化，最好能夠獲得來(lái)自大塊組織內(nèi)的橫截面圖像。 這是光學(xué)相干層析成像技術(shù)(OCT)能夠提供的能力。已經(jīng)描述了 OCT的變型，這些OCT變型能夠提取附加的信息，諸如血流速度(多 普勒效應(yīng))，或肌肉纖維的定向(極化)。
OCT可以使用在光鐠的可見(jiàn)部分，用于視網(wǎng)膜檢查，但是為了 在具有更強(qiáng)烈散射的其它組織中獲得合理的穿透深度，必須移到紅 外線(xiàn)波長(zhǎng)。
OCT基于干涉量度學(xué)的使用，其中，干涉儀測(cè)量臂中的光傳送 到待查對(duì)象，而一部分光散射回到干涉儀。參考臂中的光傳送到位
于已知距離處的反射鏡，并且參考光束被向后反射。散射的測(cè)量光 束和反射的參考光束被組合在 一起，檢測(cè)這兩個(gè)光束之間的干涉并 且將其用來(lái)提供關(guān)于所述被查對(duì)象的數(shù)據(jù)。
因而，光學(xué)相千層析成像一支術(shù)利用干涉量度學(xué)和光的相干特性 來(lái)獲得散射介質(zhì)中有深度分辨力的圖像，提供單獨(dú)采用共焦點(diǎn)顯微
鏡不能得到的穿透和分辨率。已經(jīng)獲得深度為2-3毫米的視網(wǎng)膜和上
皮組織的臨床上有用的橫截面圖像。
有3個(gè)主要類(lèi)型的OCT，可以把它們分類(lèi)如下
時(shí)域OCT;這種類(lèi)型的OCT利用低相干源并且通過(guò)改變干涉儀 的參考路徑長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行軸向(深度方向)掃描。
光鐠域OCT;這種類(lèi)型的OCT使用寬光譜(亦即，低相干)源、 靜止干涉儀和光語(yǔ)儀。通過(guò)光f普儀檢查千涉圖的光譜，并且以干涉 儀輸出端上光的光傳的傅里葉變換的形式獲得軸向響應(yīng)。
頻域OCT;這種類(lèi)型的OCT使用掃頻窄光謙源和靜止干涉儀。 以干涉儀輸出端上光的時(shí)變強(qiáng)度的傅里葉變換的形式獲得軸向響 應(yīng)。
我們將使用措詞"傅里葉域"來(lái)覆蓋光譜域和頻域兩者。
時(shí)域OCT (原始的，也是目前最流行的類(lèi)型)在采集速度上受 需要機(jī)械深度掃描的限制，并且具有比較差的信噪比性能。
傅里葉域OCT (光譜域或頻域)能夠在不犧牲靈敏度的情況下 更迅速地捕獲高分辨率圖像。每一次軸向掃描(超聲波掃描術(shù)語(yǔ)中"A 掃描")用的時(shí)間在醫(yī)療體內(nèi)應(yīng)用中是關(guān)鍵性的，這是因?yàn)樾枰∪?靜止不動(dòng)一段時(shí)間，這段時(shí)間是把連續(xù)的A掃描組合成橫截面圖像 ("B掃描")所花的時(shí)間。
但是，時(shí)域OCT具有一個(gè)有重要的優(yōu)點(diǎn)它容易把動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)調(diào) 整同步地與機(jī)械時(shí)延掃描相結(jié)合，在正探測(cè)的深度上給出最佳光點(diǎn) 尺寸。相反，傅里葉域OCT同時(shí)從整個(gè)深度采集信息，因此，不可 能為最佳橫向分辨率而動(dòng)態(tài)地調(diào)整焦點(diǎn)。
在提供OCT探頭的可行的配置時(shí)有3個(gè)主要的困難，其中要解
決光學(xué)要求和醫(yī)療要求的沖突。
首先，在獲得適當(dāng)?shù)靥幵谒?掃描)圖像的深度上的焦點(diǎn)處 的圖像方面存在困難。
其次，為了提供B掃描圖像，必須橫過(guò)所述表面橫向掃描。存
在用于內(nèi)窺鏡的設(shè)計(jì)，所述設(shè)計(jì)包括探頭筒尖端中微小的掃描裝置，
例如利用電磁線(xiàn)圈來(lái)移動(dòng)光纖的末端。這種方法具有以下缺點(diǎn)把
活動(dòng)部件置于病人體內(nèi)并且加電驅(qū)動(dòng)它們，這可能增加對(duì)所述設(shè)備
進(jìn)行消毒的困難。
第三，最好能夠同時(shí)提供正常的、全視野的內(nèi)窺鏡觀察通道。 在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，我們會(huì)涉及"光學(xué)"、"光"等等術(shù)語(yǔ)。但是，應(yīng)
當(dāng)理解，這樣的術(shù)語(yǔ)酌情涉及紅外波長(zhǎng)輻射、可見(jiàn)光波長(zhǎng)輻射或紫
外波長(zhǎng)輻射。

發(fā)明內(nèi)容
為了處理第一個(gè)問(wèn)題，按照第一方面，本發(fā)明提供光學(xué)干涉設(shè) 備和方法，最好是(但不限于)光學(xué)相干層析成像設(shè)備和方法，其 中同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦深的干涉圖。
因而，每一個(gè)干涉圖提供A掃描圖像，所述A掃描圖像僅僅在 有限深度范圍(焦深，亦稱(chēng)為瑞利(Rayleigh)范圍)內(nèi)是銳聚焦的， 但是，可以通過(guò)把多個(gè)不同焦深的這些圖像組合在一起，來(lái)構(gòu)成具 有增大的景深的單一A掃描圖像。
千涉儀把測(cè)量光束傳送到待檢查物質(zhì)，并且所述設(shè)備可以為每 一種不同焦深提供相關(guān)的測(cè)量光束。若由公用光源提供光(這是最 方便的)(所述公用光源可以是激光器)，那么，可以提供光學(xué)裝置 (諸如振幅分束器)來(lái)產(chǎn)生多個(gè)光束。然后，在每一個(gè)光束的路徑 上需要不同的光學(xué)部件(例如，折射元件)，以便使它們具有不同的 焦點(diǎn)。
每一個(gè)測(cè)量光束的焦深與所述測(cè)量光束的直徑的平方成比例(亦
即，與光點(diǎn)面積成比例)。因此，我們可以通過(guò)纟是供四個(gè)光點(diǎn)而不是 一個(gè)光點(diǎn)來(lái)將光點(diǎn)尺寸減半(將橫向分辨率加倍)。
計(jì)算焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮目標(biāo)中光的波長(zhǎng)(目標(biāo)中光的 波長(zhǎng)比空氣中光的波長(zhǎng)減小的倍數(shù)等于相關(guān)波長(zhǎng)范圍的折射率)。
為了進(jìn)行B掃描，必須相對(duì)地掃描各光束和正被檢查的表面， 因而，提供掃描裝置。 一般提供掃描裝置用于沿著跨被檢查物質(zhì)的 表面的線(xiàn)路掃描所述各光束。對(duì)于方便的光學(xué)設(shè)計(jì)，所述多個(gè)光束 最好沿著掃描線(xiàn)彼此隔開(kāi)小的距離。這導(dǎo)致在橫向掃描期間，給定 位置不同深度范圍的信息不是同時(shí)到達(dá)而是在略微不同的時(shí)間至)J 達(dá)，必須在裝配組合圖像時(shí)補(bǔ)償這種影響。
為了處理第二個(gè)問(wèn)題，按照第二方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)探 頭(所述光學(xué)探頭可以用于光學(xué)相千層析成像設(shè)備或其它光學(xué)裝置， 例如，觀察內(nèi)窺鏡，其中圖像由探頭發(fā)送到遠(yuǎn)程觀察透鏡或攝像機(jī))， 其中，在探頭的近端提供掃描器(所述掃描器最好是小型旋轉(zhuǎn)或振
述掃描中繼到探頭的遠(yuǎn)端以及中繼來(lái)自探頭的遠(yuǎn)端的所述掃描。
用這種方法，沒(méi)有移動(dòng)部件被置于所述探頭筒的遠(yuǎn)端，因此， 當(dāng)它用于體內(nèi)醫(yī)療檢查時(shí)，沒(méi)有活動(dòng)部件位于病人體內(nèi)。
所述探頭最好包括探頭筒，并且最好在所述探頭筒的近端設(shè)置 手柄，以及所述掃描器最好安裝在所述手柄內(nèi)。所述探頭筒可以是 可從所述手柄拆卸下來(lái)的，以便清洗(但是， 一般會(huì)把所述探頭筒 置于可廢棄的護(hù)套內(nèi)使用)。應(yīng)當(dāng)指出，最好將所述筒限定在特定取 向，使得可能設(shè)置在所述筒內(nèi)的任何內(nèi)部遮光板或用以消除反射的 透鏡傾斜會(huì)正確地與掃描方向?qū)R。因?yàn)閽呙杵鞑辉谔筋^筒本身內(nèi)， 所以可以方便地設(shè)置探頭筒的不同變型，配套到公用手柄，允許不 同長(zhǎng)度的探頭筒和帶有斜角樣式的探頭筒。若改變通過(guò)探頭筒的光 學(xué)測(cè)量路徑的長(zhǎng)度，那么將需要參考路徑內(nèi)的相應(yīng)的*卜償。
為了處理第三個(gè)問(wèn)題，按照第三方面，本發(fā)明提供干涉設(shè)備和
方法，諸如用于檢查物質(zhì)的光學(xué)相干層析成像設(shè)備，所述設(shè)備包括
觀察設(shè)備， 干涉設(shè)備，
包括中繼光學(xué)部件的探頭筒，其中通過(guò)與用于干涉儀(例如，
OCT)的中繼光學(xué)部件相同的中繼光學(xué)部件提供觀察(照射和成像)， 一種裝置，它把干涉儀(例如，OCT)光束沿著探頭筒傳送到
探頭筒的遠(yuǎn)端因此傳送到待檢查物質(zhì)并且把散射的干涉儀(例如，
OCT)光束沿著探頭筒向后傳送到千涉設(shè)備， 可見(jiàn)光源(諸如白光源)，
一種裝置，它把來(lái)自可見(jiàn)光源的可見(jiàn)光沿著探頭筒傳送到探頭 筒的遠(yuǎn)端以便照射待檢查物質(zhì)，最好均勻地照射待檢查物質(zhì)，并且 把其圖像沿著探頭筒向后傳送到觀察設(shè)備的圖像檢測(cè)器，
用于把反射圖像從輸出可見(jiàn)光中分離出來(lái)的裝置，和
分束器，它分別設(shè)置在探頭筒的近端與觀察設(shè)備和干涉設(shè)備之 間，用以把干涉儀光束(在兩個(gè)方向)從可見(jiàn)光光束(在兩個(gè)方向) 中分離出來(lái)，由此可以利用所述可見(jiàn)光觀察物質(zhì)的同一部分并同時(shí) 使用所述干涉光束檢查物質(zhì)的同 一部分。
所述分束器最好是光鐠分束器。
最好提供掃描器，用以跨待檢查物質(zhì)掃描所述OCT光束，并且， 在這種情況下，最好在掃描器和探頭筒之間設(shè)置分束器，使得在這 種情況下把掃描器看作干涉設(shè)備的一部分。
所述可見(jiàn)光源最好是發(fā)光二極管(LED)光源，用以提供白光照 射，而所述成像檢測(cè)器最好是彩色電荷耦合器件攝像機(jī)，用以接收 ^皮檢查物質(zhì)的表面的反射圖像。
這樣的配置允許臨床醫(yī)師在探頭靠近組織表面時(shí)以及探頭與組 織表面接觸時(shí)都可以觀察所述組織表面。臨床醫(yī)師可以使用觀察裝 置選擇所述表面的特定部分，用于利用OCT設(shè)備進(jìn)行更詳細(xì)的有深 度的檢查，然后壓緊探頭筒的遠(yuǎn)端，使其與所述表面的一部分接觸，
同時(shí)持續(xù)觀察所述表面。
探頭筒一般說(shuō)來(lái)是剛性的，因?yàn)檫@簡(jiǎn)化了光學(xué)系統(tǒng)，但是在某 些情況下，探頭筒可以是至少部分柔性的或聯(lián)合的。


下面將以舉例的方式并參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附
圖中
圖1是表示光學(xué)相干層析成像設(shè)備的主要部件的框圖，
圖2表示帶有某些內(nèi)部細(xì)節(jié)的探頭的透視圖，
圖3是按照本發(fā)明的包括用于頻域OCT的四光點(diǎn)探頭的光學(xué)相 千層析成像設(shè)備的光學(xué)示意圖(為清晰起見(jiàn)，已經(jīng)除去光路的某些 重疊部分)，
圖4是多個(gè)光束產(chǎn)生方法的放大的軸向部分，
圖5是探頭遠(yuǎn)端的測(cè)量激光束的放大的細(xì)節(jié)，既示出軸向焦點(diǎn) 分離又示出橫向焦點(diǎn)分離，
圖6是包括觀察光學(xué)系統(tǒng)的探頭組件的軸向部分，所述觀察光 學(xué)系統(tǒng)包括攝像機(jī)和光學(xué)部件，用以提供被檢查表面的視圖，該圖 示出激光OCT光束的路徑，
圖7是圖3的探頭組件的軸向部分，圖中示出排除激光光束的 照射光光路，
圖8是把照射光路徑與觀察光路混合的方法的展開(kāi)圖， 圖9表示從探頭遠(yuǎn)端到攝像機(jī)的成像光路徑， 圖IO是多小面參考反射鏡結(jié)構(gòu)的放大的細(xì)節(jié)， 圖11是在檢測(cè)器平面上形成圖像焦點(diǎn)的干涉激光光束和平衡光 束的放大的細(xì)節(jié)，
圖12表示檢測(cè)器平面上#文感區(qū)的放大的細(xì)節(jié)，以及 圖13表示OCT設(shè)備的透^L圖。
具體實(shí)施例方式
一般描述
圖1示出OCT設(shè)備的框圖，圖中表示激光器10 —般設(shè)置在遠(yuǎn) 離探頭1的地方但在某些情況下設(shè)置在探頭1內(nèi)。來(lái)自激光器10的 激光束11通常通過(guò)單模光纖2傳送到所述探頭。激光器10提供紅外 線(xiàn)區(qū)域內(nèi)至少50nm波長(zhǎng)范圍上的掃描光i普，在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)組織吸 收被減到最小。較寬的光譜改善了深度分辨率。探頭1包括多光束 干涉儀41、掃描器5、探頭筒6和帶有照射系統(tǒng)的攝像機(jī)50、 52、 53 以及下面將詳細(xì)描述的其他部4牛。處理和顯示系統(tǒng)9以及一皮檢查組 織33在纟果頭1的外面。
圖2示出探頭1的更多細(xì)節(jié)。探頭1包括手柄3和探頭筒6,手 柄3包含多光束干涉儀41和掃描器5。這樣構(gòu)成探頭，使得可以 從手柄3卸下筒6。將筒6限定在特定取向，使得輸出透鏡與掃描方 向正確地對(duì)齊，所述輸出透鏡輸出多光束組并且傾斜一個(gè)小的角度 以便消除反射。為清晰起見(jiàn)，已經(jīng)從該圖中省去下面將描述的其它 部件。
對(duì)于將子宮頸成像的特定應(yīng)用，若有必要，適當(dāng)?shù)奶筋^筒尺寸 是在220毫米長(zhǎng)度范圍內(nèi)，/人近端7的16毫米直徑漸變到遠(yuǎn)端8 的12mm直徑。在所述筒直徑限制范圍內(nèi)，使掃描線(xiàn)的長(zhǎng)度盡可能 大，而在所描述的配置中，掃描線(xiàn)長(zhǎng)度是6.4毫米。組織內(nèi)的錐角是 大約f/8，這給出約0.3毫米的焦深。使用的多個(gè)光束中的一個(gè)光束 基本上聚焦在0至0.3毫米深度，下一個(gè)光束基本上聚焦在0.3毫米 至0.6毫米深度，等等，直至1.2mm深度^皮;險(xiǎn)查組織處的最壞情 況光束直徑(亦即，所述光束產(chǎn)生的光點(diǎn)的寬度)是約10jumFWHM。
探頭筒的遠(yuǎn)端8是凸面體，以便把整個(gè)正面上的均勻壓力加到 檢查的軟組織上，而與相對(duì)于所述表面上的法線(xiàn)的小的角度偏移無(wú) 關(guān)。圖中示出某些其它內(nèi)部部件，包括振蕩板(rattle plate) 13、透 鏡25、折疊式反射鏡26、掃描反射鏡27和光譜分束器28，以方便 取向。
光學(xué)描述
參見(jiàn)圖3，激光器通過(guò)單模光纖2提供輸出光束11，輸出光束ll
被傳送到會(huì)聚透鏡12。在穿過(guò)會(huì)聚透鏡之后，所述光束進(jìn)入振蕩板 分束器13。可能希望在光束ll中(在來(lái)自光纖的輸出(所述輸出可 能已經(jīng)被準(zhǔn)直)和所述振蕩板之間)插入附加的光學(xué)部件，以便可 以調(diào)整光束直徑，因此可以在測(cè)量點(diǎn)產(chǎn)生所需的會(huì)聚。振蕩板13將 所述光束11分成若干較弱的光束，所迷若千較弱的光束一皮向前發(fā)送； 下面將參照?qǐng)D4說(shuō)明振蕩板的詳細(xì)的操作。
圖4是光學(xué)圖，說(shuō)明形成多個(gè)平行光束的一對(duì)部分和全反射面 的操作。這種配置稱(chēng)作振蕩板13。設(shè)備包括側(cè)面平行玻璃板42，在 入口面44上的側(cè)面平行玻璃板42具有高效反射涂層，以便在區(qū)域43 上提供反射面，留下非反射區(qū)域45，非反射區(qū)域45可以或者是無(wú)涂 層的或者是為了提高性能而涂有抗反射層的。這兩個(gè)區(qū)域之間的轉(zhuǎn) 變是明顯的。出口面46在整個(gè)表面上涂有部分反射涂層，以便提供 部分反射面47,使得一般透射8%至25%的入射光而反射余下部分的 光。
入射激光束11穿過(guò)面44的非反射區(qū)域45 (靠近反射面43和非 反射面45之間的邊界)。因而，在平板42的入射面上只有少量能量 損失(亦即，F(xiàn)resnel反射，若在所述平板的這部分沒(méi)有或者有少量 AR涂層的話(huà))。
激光束11穿過(guò)平板42傳播，在該示例中，在部分反射面47處 13%透射，以便提供第一光束14，而余下部分向后朝向反射面43反 射。
傾斜平板42使其偏離與輸入光束11正交的方向，使得從部分反 射面47反射的光束射向高效率反射面43。因而，所述光束隨后被向 后反射(接近100%的能量被反射)至部分反射面47，在那里，剩余 光束能量的另外13%被透射，以便提供第二光束15。這樣，從所述 平板射出彼此平行的、能量衰減的一系列光束。若把在振蕩板處的輸入光束11設(shè)置成會(huì)聚的而不是準(zhǔn)直的(例 如，通過(guò)采用準(zhǔn)直激光束并且通過(guò)會(huì)聚透鏡12傳送該激光束)，那
么，離開(kāi)玻璃板42的光束14、 15等將彼此相關(guān)地聚焦在不同的軸 向位置，因?yàn)槊恳粋€(gè)相繼的光束遵循一條通過(guò)平板42的較長(zhǎng)的路徑。 各焦點(diǎn)之間的距離將取決于平板42的厚度、傾角和折射率。作為另 一方案，與玻璃相反，振蕩板組件可以包括由空氣隔開(kāi)的全反射面 和部分反射面。此外，輸入光束11可以是發(fā)散的而不是會(huì)聚的，其 中光學(xué)部件有適當(dāng)?shù)淖兓?br> 允許最強(qiáng)的五個(gè)光束14至18向前傳播，而用不透明的平板19 隔斷余下部分。
返回圖3,來(lái)自振蕩板13的光束14至18傳到分束器20,分束 器20把所述光束分成測(cè)量光束14M至18M以及參考光束14R至 18R。以與操縱參考光束14R至17R —樣的方式操縱參考光束18R, 但是，它不是用來(lái)與測(cè)量光束發(fā)生干涉作用，而是提供對(duì)激光振幅 變動(dòng)的補(bǔ)償。
參考光束14R至18R被分束器20反射，穿過(guò)透鏡21和22,在 多小面反射鏡結(jié)構(gòu)23處反射，然后再次穿過(guò)透鏡22和21，并且再 次穿過(guò)分束器20。多小面反射^:結(jié)構(gòu)23具有用于每一個(gè)參考光束的 反射面，各個(gè)反射面被設(shè)定在相應(yīng)的光束的焦點(diǎn)處。以下的操作可 能是有利的設(shè)定所述各反射面的一個(gè)相對(duì)于另一個(gè)的角度，以便 保證參考光束14R至18R被準(zhǔn)確地后向反射。作為另一方案，可以 選擇透鏡21和22的放大率和位置，使得參考光束14R至18R的軸 彼此平行。應(yīng)當(dāng)指出，圖中示出顯著地短于測(cè)量光路的參考光路。 實(shí)際上，這些路徑在長(zhǎng)度上將是非常類(lèi)似的，因?yàn)樵陬l域OCT系統(tǒng) 中，由目標(biāo)反射引起的頻率干涉帶與路徑差成比例。即使電子系統(tǒng) 可以以無(wú)限的頻帶寬度工作，仍然存在關(guān)于保持類(lèi)似的路徑長(zhǎng)度的 約束，因?yàn)闉榱税l(fā)生干涉，路徑長(zhǎng)度的差異必須小于激光器10的相 干長(zhǎng)度。關(guān)于測(cè)量光束和參考光束之間的良好干涉的另 一個(gè)準(zhǔn)則是
參考光束的會(huì)聚和焦點(diǎn)位置應(yīng)當(dāng)在檢測(cè)器處與測(cè)量光束的會(huì)聚和焦 點(diǎn)位置匹配。為了達(dá)到這個(gè)目的，最好在參考路徑中引入附加的反
射或折射光學(xué)部件(諸如Offner中繼器)，以便把分束器20處或其 附近的焦點(diǎn)中繼到多小面反射面23。
測(cè)量光束14M至17M離開(kāi)分束器20，而最弱的光束18M被不 透明板24截?cái)唷Ｋ鼈兠x上一皮透鏡25準(zhǔn)直，但是在四束光束的會(huì) 聚之間仍然存在輕微差別，因?yàn)閷?duì)于每一個(gè)光束，透鏡12和25之
間的路徑長(zhǎng)度是不同的。設(shè)定兩個(gè)透鏡之間的間距，使得平均光程 長(zhǎng)度將產(chǎn)生準(zhǔn)直光束?，F(xiàn)在四束光束14M至17M的軸彼此相對(duì)地會(huì) 聚。這些光束在反射鏡26處以與圖平面正交的90°反射并且向前傳 播，各軸在掃描反射鏡27處會(huì)合。
驅(qū)動(dòng)掃描反射鏡27,使其名義上繞平行于光束11的原始軸(該 軸與圖平面平行)的軸旋轉(zhuǎn)，掃描測(cè)量光束14M至17M。還提供分 束器28，用以沿著名義上與光束ll的原始光束軸平行的新的軸反射 測(cè)量光束14M至17M。分束才反具有涂層，所述涂層用以選擇性地反 射紅外(IR)輻射(諸如可能用于光束14M至17M)而透射可見(jiàn)的 白光。
提供探頭筒6。它包括安裝各種不同的無(wú)源光學(xué)部件(中繼光學(xué) 部件)的金屬管，如下文中將要描迷的。
探頭筒6中的笫一 (入口 )透鏡組30在該探頭筒內(nèi)的M處形 成每一個(gè)掃描測(cè)量光束14M至17M的焦點(diǎn)；其它透鏡將所述焦點(diǎn)中 繼到剛好在所述探頭筒內(nèi)最后透鏡32之外的焦點(diǎn)，就是說(shuō)，剛好在 所述探頭筒遠(yuǎn)端的外面。因?yàn)闇y(cè)量光束14M至17M以彼此略微不同 的發(fā)散進(jìn)入探頭筒，所以它們?cè)谔筋^筒6外面的相應(yīng)的光束14M至 17M的最后焦點(diǎn)14F至17F (如圖5所示)會(huì)在軸向上彼此相對(duì)地 移位，使得可以從不同的組織深度(圖中以標(biāo)號(hào)33表示所迷組織) 得到最優(yōu)的信號(hào)。
將會(huì)看出，最后的透鏡32形成探頭筒遠(yuǎn)端。使用時(shí)，由透鏡32
形成的探頭筒遠(yuǎn)端將與待檢查的醫(yī)療表面組織33接觸(任選地通過(guò) 薄的透明的可隨意使用的護(hù)套)。
如圖5所示，四個(gè)測(cè)量光束MM至17M的焦點(diǎn)14F至17F將落 在待檢查組織內(nèi)。這允許提供聚焦在不同深度的四束激光光束，并 且，盡管當(dāng)深度改變時(shí)每一個(gè)光束迅速地不聚焦，但是，有可能在 四束光束之一的焦點(diǎn)范圍內(nèi)覆蓋感興趣的組織的全部深度。計(jì)算所 述四個(gè)焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮待檢查組織中焦點(diǎn)腰的瑞利范圍
另外，因?yàn)樗氖馐?4M至17M以略微不同的角度照到掃描反 射鏡27上，所以探頭筒外面的四個(gè)焦點(diǎn)14F至17F也沿著掃描線(xiàn)彼 此隔開(kāi)圖5中以A表示的距離。距離A是小的(0.2mm左右)，因 此掃過(guò)被檢查組織中的特定點(diǎn)的每一個(gè)光束之間的時(shí)間是小的(總 的掃描時(shí)間的百分之幾)，因此，在每一個(gè)光束的行程之間所述被檢 查組織將不改變。
顯然，如上所述，人們可以得到其焦點(diǎn)在組織內(nèi)深度范圍處的 比四束光束多或少的光束。應(yīng)當(dāng)指出，所述四束光束的焦點(diǎn)從一個(gè) 到下一個(gè)既在橫向上又在軸向上移位。
在從目標(biāo)組織散射之后，通過(guò)探頭筒反向共焦地收集所述四束 光束的分量14MR至17MR。這些返回光束14MR至17MR被掃描 反射鏡27退掃描(de-scanned ),并且反向穿過(guò)透鏡25。
光束14MR至17MR中的每一個(gè)的一部分被分束器20反射并且 與相應(yīng)的參考光束14R至17R組合。組合光束14MR/14R至17MR/17R 穿過(guò)透鏡34,透鏡34在檢測(cè)器35處形成每一個(gè)組合光束的焦點(diǎn)。 將會(huì)看出，檢測(cè)器平面是相對(duì)于入射組合光束軸的正交角度、偏離 法線(xiàn)而傾斜的，以便適應(yīng)源自^^展蕩板13的焦點(diǎn)移位。在;f企測(cè)器35 的表面發(fā)生相應(yīng)的光束之間的干涉。檢測(cè)器35將由若干離散的敏感 區(qū)構(gòu)成，每一個(gè)組合光束一個(gè)敏感區(qū)，而附加的敏感區(qū)用于參考光 束18R，它用作平衡信號(hào)。
分束器20、參考反射鏡結(jié)構(gòu)23和各個(gè)檢測(cè)器敏感區(qū)36至39以
及各光學(xué)部件形成邁克爾孫(Michelson)干涉儀41。所述干涉儀配 置允許使用OCT,具體地說(shuō)，在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中提供所述光學(xué)部 件，以便使用頻域OCT。
將會(huì)看出，若分束器20是極化分束器并且既在測(cè)量路徑中又在 參考路徑中散置四分之一波片，使得所述測(cè)量光束14M至17M以及 參考光束14R至18R穿過(guò)并且再次穿過(guò)所述波片，并且若附加的分 析部件增加到所述組合路徑，以便選擇每一個(gè)光束的公共極化部件， 那么，組件對(duì)于被檢查組織的任何極化特性將具有修改的靈敏度。
圖6和7中示出附加的細(xì)節(jié)，以便提供觀察通道。
圖6中示出OCT激光光束14M至17M的路徑。激光光束14M 至17M沿著以下的路線(xiàn)走從透鏡25 (未示出)，經(jīng)由反射鏡26到 達(dá)掃描反射鏡27,直到探頭筒6遠(yuǎn)端的組織。圖中還示出攝像機(jī)芯 片48、透鏡系統(tǒng)49和照射分束板50。
圖7示出與圖6相同的部件，但是示出照射光束51和白光源52， 并且為清晰起見(jiàn)忽略了 OCT激光光束。圖8示出照射分束板50的 附加的視圖，它是帶有中心光圈的反射面。來(lái)自白光源52的光大部 分被照射分束板50反射，盡管光束的穿過(guò)中心光圏54的那些部分 丟失了。
圖6和7的設(shè)備包括從白光中分離OCT激光的光譜分束器28。 設(shè)置照射分束板50和照射光源52，以便引導(dǎo)可見(jiàn)光(最好是來(lái)自照 射光源52的白光)通過(guò)分束板28，并且沿著探頭筒6內(nèi)的光軸傳送 來(lái)自光源52的白光光束51。白光發(fā)光二極管(LED)是合適的照射 光源52,但是也可以設(shè)想其他光源。因?yàn)榻M織表面33將是光學(xué)散射 的，所以返回的反射白光光束51的分量部分將穿過(guò)光譜分束器28。 這個(gè)返回光束的較小分量將穿過(guò)照射分束板50中的光圈54,到達(dá)包 括電荷耦合器件(CCD )檢測(cè)器48的攝像機(jī)53。圖9中圖解說(shuō)明了 這一點(diǎn)。
如從圖6和7可以明白的，光語(yǔ)分束器28允許把照射光束51
傳送到被檢查表面，所述照射光束通過(guò)分束器50被混合到觀察通道 中。
攝像機(jī)的入射光瞳54最好處在掃描反射鏡27的反射面的共扼 點(diǎn)，并且還與照射分束板50的光圈一致。
攝像機(jī)53包括一個(gè)或多個(gè)透鏡49，用以形成待檢查表面的圖像。 當(dāng)表面33與探頭筒遠(yuǎn)端接觸時(shí)，攝像機(jī)可以用來(lái)檢查所述表面33。 此外，若攝像機(jī)的焦深是足夠的，那么，當(dāng)所述遠(yuǎn)端與所述表面隔 開(kāi)時(shí)，在選擇準(zhǔn)備由OCT檢查的特定部分之前，它可以使用戶(hù)執(zhí)行 對(duì)所述表面的調(diào)查。
參見(jiàn)圖9，圖像或者被聚焦在攝像機(jī)53的圖像傳感器表面48上， 或者被聚焦在可供選擇的配置、即引導(dǎo)到遠(yuǎn)程CCD的相干光纖束55 的端面上。
應(yīng)當(dāng)指出，觀察光學(xué)系統(tǒng)和OCT設(shè)備兩者都使用相同的遠(yuǎn)端透 鏡32,因此，攝像機(jī)53和OCT千涉儀41看到的組織的部分將是相 同的?？梢蕴峁┯糜诎袿CTB掃描行的位置表示在顯示的圖像上的裝置。
圖10示出參考反射鏡結(jié)構(gòu)23的放大的視圖。圖11示出在檢測(cè) 器表面35上形成各個(gè)焦點(diǎn)的組合光束14MR/14R至17MR7]7R以及 平衡光束18R。圖12示出檢測(cè)器平面上敏感區(qū)的配置，每一個(gè)組合 光束一個(gè)敏感區(qū)，并且平衡光束18R—個(gè)敏感區(qū)。
至此描述的實(shí)施例使用單一平衡光束和從這個(gè)光束得到的補(bǔ)償 信號(hào)，所述補(bǔ)償信號(hào)以電子方式應(yīng)用于所述(四個(gè))干涉信號(hào)中的 每一個(gè)。替代的實(shí)施例將提供在光學(xué)上匹配到每一個(gè)參考光束的單 獨(dú)的平衡光束；然后利用平衡檢測(cè)器配置來(lái)檢測(cè)配對(duì)光束。
處理描述
激光器在每一次頻率掃描開(kāi)始時(shí)向處理系統(tǒng)提供觸發(fā)信號(hào)。處 理系統(tǒng)將模擬檢測(cè)器信號(hào)數(shù)字化并且存儲(chǔ)用于掃描的數(shù)據(jù)( 一般1024 點(diǎn))，它提供重構(gòu)一個(gè)A掃描的信息。處理系統(tǒng)可以捕獲許多A掃描
的原始數(shù)據(jù)(覆蓋掃描反射鏡的整個(gè)運(yùn)動(dòng))，之后將其處理成B掃描 圖像，或者作為另一方案，及時(shí)地捕獲和處理可以重疊的A掃描。
用于頻域OCT的理想的激光源將隨時(shí)間以恒速的光頻進(jìn)行掃 描，并且在所述掃描期間提供恒定的功率電平。在這種情況下，僅 僅需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換(利用適當(dāng)?shù)拇翱诤瘮?shù)，例 如Harming )，以便獲得A掃描圖形。
對(duì)于實(shí)際的激光源，掃描頻率在整個(gè)光譜范圍內(nèi)改變，功率也 是如此。若不進(jìn)行校正，這些影響會(huì)導(dǎo)致圖像模糊。因此，通過(guò)以 不等間隔時(shí)間利用局部三次插值算法進(jìn)行重新釆樣以及通過(guò)以變化 因子重定比例，來(lái)修正原始數(shù)據(jù)。然后如上所述，進(jìn)行離散傅里葉 變換。
利用平面鏡片(plain glass block)作為目標(biāo)來(lái)獲得對(duì)上述修正的 標(biāo)定，以便產(chǎn)生入射功率的約4%的單一反射(在標(biāo)定過(guò)程中，掃描 反射鏡是靜止的，設(shè)定在中心位置)。調(diào)整路徑差，以便給出適當(dāng)大 數(shù)目的的干涉條紋(例如橫過(guò)所述掃描有100條千涉條紋)，并且捕 獲原始波形。在消除任何殘余直流分量之后，計(jì)算機(jī)利用局部三次 插值算法準(zhǔn)確地確定條紋零點(diǎn)交叉的位置，因此獲得所需的重新采 樣位置陣列。它還確定干涉條紋的包絡(luò)線(xiàn)，因此獲得所需的重定比 例值陣列。當(dāng)正確地標(biāo)定了所述系統(tǒng)時(shí)，所述玻璃片在A掃描中給 出尖銳的單一峰值。
圖13示出包括外殼100的設(shè)備的透視圖，外殼100安裝用以分 析千涉圖并把結(jié)果顯示在屏幕101上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。外殼100還安 裝激光器，激光器的輸出光束通過(guò)柔性單模光纖2傳送到探頭1。
本發(fā)明不限于所描迷的示例的細(xì)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種用于執(zhí)行傅里葉域光學(xué)相干層析成像的光學(xué)干涉設(shè)備，所述設(shè)備包括提供多個(gè)光束的裝置，由此同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦深的干涉圖，每一個(gè)干涉圖由所述多個(gè)光束之一提供。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提供用于把從所述 多個(gè)不同焦深的干涉圖得出的圖像組合起來(lái)的裝置，由此可以構(gòu)造 具有增大的景深的單一圖像。
3. 如權(quán)利要求1或2所迷的光學(xué)干涉設(shè)備，其中干涉儀把測(cè)量 光束傳到所述待檢查物質(zhì)并且提供用于每一個(gè)不同焦深的測(cè)量光 束。
4. 如權(quán)利要求1至3中4壬何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中， 所述提供多個(gè)光束的裝置包括^接收單光束的裝置和把所述單光束分 成所述多個(gè)光束的裝置。
5. 如權(quán)利要求4所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述多個(gè)光束的焦 點(diǎn)從一個(gè)到下一個(gè)既在4黃向上又在軸向上移位。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述產(chǎn)生多個(gè) 光束的裝置包括反射面和部分反射面，由此接收的光束傳到所述部 分反射面并且所述光束的一部分穿過(guò)所述部分反射面以便形成第一 光束，并且另一部分被反射到所迷反射面，在所述反射面，這一部 分光束纟支反射回所述部分反射面并且該光束的 一部分穿過(guò)所述部分 反射面以便形成第二光束，設(shè)置所述部分反射面和所述反射面，使 得所述第一和第二光束彼此平行地移位，此外，通過(guò)在所述反射面 和所述部分反射面上的反射和透射來(lái)提供所述多個(gè)光束的相繼的光 束。
7. 如權(quán)利要求6所述的光學(xué)千涉設(shè)備，其中所述反射面和部分 反射面組成振蕩板，以及其中所述輸入光束是輸入到所迷振蕩板的 會(huì)聚或發(fā)散光束，使得來(lái)自所述振蕩板的所述多個(gè)輸出光束中的每 一個(gè)具有不同的軸向焦點(diǎn)。
8. 如權(quán)利要求1至7中任^f可一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提 供四個(gè)光束。
9. 如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中計(jì) 算所述焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮在所述待檢查物質(zhì)中焦點(diǎn)腰的瑞 利范圍。
10. 如權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提 供掃描裝置，用于沿經(jīng)過(guò)所述多個(gè)光束的線(xiàn)路以與所述光束成直角 對(duì)所述多個(gè)光束掃描。
11. 一種用于相干層析成像設(shè)備或觀察內(nèi)窺鏡的光學(xué)探頭，其中 由所述探頭向遠(yuǎn)程觀察透鏡或向攝像機(jī)發(fā)送圖像，所述探頭包括設(shè) 置在探頭的近端的掃描器和在所述探頭內(nèi)的用以對(duì)至所迷探頭的遠(yuǎn) 端的掃描以及來(lái)自所述探頭的遠(yuǎn)端的掃描進(jìn)行光學(xué)中繼的光學(xué)部 件。
12. 如權(quán)利要求11所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述掃描器包括 旋轉(zhuǎn)或振蕩反射鏡。
13. 如權(quán)利要求11或12所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中在所述探頭 筒的所述遠(yuǎn)端不設(shè)置活動(dòng)部件。
14. 如權(quán)利要求]1、 12或13所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述探 頭包括探頭筒，在所述探頭筒的近端設(shè)置手柄，而所述掃描器安裝 在所述手柄內(nèi)。
15. 如權(quán)利要求11至14中任何一項(xiàng)所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中 所述探頭筒是可以從所述手柄拆下的。
16. —種用于檢驗(yàn)物質(zhì)的干涉設(shè)備，所述設(shè)備包括 觀察設(shè)備，干涉設(shè)備，探頭筒，所述探頭筒包括中繼光學(xué)部件，其中通過(guò)與用于干涉 裝置的中繼光學(xué)部件相同的中繼光學(xué)部件提供觀察，以便將千涉儀 光束沿著所述探頭筒傳送到所述探頭筒的遠(yuǎn)端并傳送到所述待檢查 物質(zhì)并且把散射的千涉儀光束沿著所迷探頭筒傳送回到所述干涉設(shè) 備，可見(jiàn)光源，將來(lái)自所述可見(jiàn)光源的可見(jiàn)光沿著所述探頭筒傳送到所述探頭 筒的遠(yuǎn)端以便照射所述待檢查物質(zhì)并且把其圖像沿著所述探頭筒傳 送回到所述觀察設(shè)備的圖像檢測(cè)器的裝置，從輸出的可見(jiàn)光中分離 返回的圖像的裝置，和分束器，所述分束器分別"i殳置在所述探頭筒的近端與所述觀察 設(shè)備和干涉設(shè)備之間，以便從可見(jiàn)光光束(在兩個(gè)方向)中分離出 所迷干涉儀光束(在兩個(gè)方向)，由此可以利用所述可見(jiàn)光觀察所迷 物質(zhì)的同 一部分以及同時(shí)利用干涉光束對(duì)其進(jìn)行檢查。
17. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)千涉設(shè)備，其中分束器是激光/白 光分束器。
18. 如權(quán)利要求6或17所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中提供掃描器， 用以?huà)呙杩绱龣z查物質(zhì)的干涉儀光束，并且所述分束器設(shè)置在所述 掃描器和所述探頭筒之間。
19. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述可見(jiàn)光光源 是發(fā)光二極管光源，用以提供白光照射。
20. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述成像檢測(cè)器 是彩色電荷耦合器件攝像機(jī)，用以接收被檢查物質(zhì)表面的反射圖像。
21. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)千涉設(shè)備，其中所述探頭筒是剛 性的。
22. 如權(quán)利要求16所述的光學(xué)干涉設(shè)備，其中所述^t頭筒是部 分柔性的或聯(lián)合的。
23. —種光學(xué)干涉方法，其中同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦 深的干涉圖。
24. 如權(quán)利要求23所述的干涉方法，其中每一個(gè)干涉圖提供A 掃描圖像，所述A掃描圖像僅僅在有限深度范圍內(nèi)是銳聚焦的，以及所述方法包括把多個(gè)不同焦深的A掃描圖像組合在一起，由此構(gòu) 成具有增大的景深的單一A掃描圖像。
25. 如權(quán)利要求23或24所述的干涉方法，其中所述干涉儀把測(cè) 量光束傳到待檢查物質(zhì)并且為每一種不同焦深提供相關(guān)測(cè)量光束。
26. 如權(quán)利要求23至25中任何一項(xiàng)所述的千涉方法，其中使所 述多個(gè)光束具有不同的焦點(diǎn)。
27. 如權(quán)利要求23至26中任何一項(xiàng)所述的干涉方法，其中使四 束光束具有不同焦點(diǎn)。
28. 如權(quán)利要求23至27中任何一項(xiàng)所述的干涉方法，其中計(jì)算 所述焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮目標(biāo)中光的波長(zhǎng)。
29. 如權(quán)利要求23至28中任何一項(xiàng)所述的干涉方法，其中通過(guò) 相對(duì)地掃描所述光束和所述被;檢查表面來(lái)執(zhí)行B掃描。
30.如權(quán)利要求29所述的干涉方法，其中沿著跨所述^f皮檢查物 質(zhì)的表面的線(xiàn)路來(lái)掃描所述光束。
31.如權(quán)利要求30所述的干涉方法，其中所述多個(gè)光束沿著所 述掃描線(xiàn)彼此隔開(kāi)小的距離，由此，在橫向掃描過(guò)程中，給定位置 不同深度范圍的信息不是同時(shí)到達(dá)而是在略微不同的時(shí)間到達(dá)，并 且在裝配組合圖像時(shí)對(duì)此做出補(bǔ)償。
全文摘要
一種用于執(zhí)行傅里葉域光學(xué)相干層析成像的光學(xué)干涉設(shè)備包括提供多個(gè)光束的裝置，由此同時(shí)記錄待檢查物質(zhì)內(nèi)多個(gè)不同焦深的干涉圖，每一個(gè)干涉圖由多個(gè)光束之一提供。提供用于將從多個(gè)不同焦深的干涉圖得出的圖像組合起來(lái)的裝置，由此可以構(gòu)造具有增大的景深的單一圖像。計(jì)算焦點(diǎn)的軸向間隔，以便考慮待檢查的物質(zhì)中焦點(diǎn)腰的瑞利范圍。
文檔編號(hào)A61B1/04GK101115436SQ200580046850
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月18日
發(fā)明者A·吉爾克斯, D·S·史密斯, S·R·哈特斯利 申請(qǐng)人:邁克遜診斷有限公司