專利名稱：體內(nèi)結(jié)構(gòu)和流動(dòng)成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般地涉及生物醫(yī)學(xué)成像的領(lǐng)域，具體地涉及與 光學(xué)相干斷層造影和光學(xué)血管造影成像相關(guān)聯(lián)的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
體內(nèi)生物組織和脈管系統(tǒng)的三維映射由于生物組織的高度散射和 吸收性質(zhì)而成為挑戰(zhàn)性的事情。當(dāng)前的一些方法具有較慢的掃描速度， 使得體內(nèi)三維成像變得很困難。其它一些具有較快掃描速度的技術(shù)由 于它們不能在不產(chǎn)生重疊圖像的情況下深度地掃描生物組織因而還存 在缺陷，這些技術(shù)要求使用創(chuàng)傷性步驟來(lái)掃描感興趣的組織。例如， 在某些情況下，煩骨必須被去除或被充分地變薄以便掃描大腦深處的 脈管系統(tǒng)。此外，旨在更深成像的技術(shù)一般不能提供對(duì)具有移動(dòng)物質(zhì) (例如，血流)的組織的深度成像。因此，用于對(duì)結(jié)構(gòu)和/或組織移動(dòng) 比如血流進(jìn)行有效成像的方法具有相當(dāng)大的臨床重要性


通過(guò)以下的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，會(huì)容易理解本發(fā)明的實(shí)施例。 在附圖的各圖中是通過(guò)舉例而不是通過(guò)限制來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。 圖1示意性說(shuō)明了利用現(xiàn)有技術(shù)方法成像的眼睛的前面部分的圖
像；
圖2示意性說(shuō)明了利用現(xiàn)有技術(shù)方法成像的眼睛的前面部分的3A和3B說(shuō)明了利用依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法的成像方法的結(jié)構(gòu)圖像； 圖3C和3D說(shuō)明了利用依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的成像方法的結(jié) 構(gòu)圖像；
圖4說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的成像設(shè)備；
圖5說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的三維數(shù)據(jù)立方體/體積；
圖6說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)成像方法的一個(gè)實(shí)施
例；
圖7說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)成像方法的另一個(gè)實(shí) 施例；
圖8說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)圖像； 圖9說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)圖像； 圖IO說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)成像方法的另一個(gè)實(shí) 施例；
圖ll說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)成像方法的另一個(gè)實(shí) 施例；
圖12A說(shuō)明了利用依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的成像方法所獲取的 鼠腦的B掃描；圖12B說(shuō)明了由零延遲線分成兩個(gè)相等空間的圖12A 的成像結(jié)果，結(jié)構(gòu)信息在底部區(qū)域而流動(dòng)信息在頂部區(qū)域；圖12C說(shuō) 明了圖12B在頂部區(qū)域與底部區(qū)域折疊并且合并(fuse)以產(chǎn)生包括
鼠腦的結(jié)構(gòu)信息和流動(dòng)信息在內(nèi)的血管造影圖像時(shí)的圖像；
圖13A說(shuō)明了掃描的鼠腦體積內(nèi)的腦血管流的2D x-y投影視圖， 圖13B說(shuō)明了圖13A的鼠腦的完整3D視圖14A和14B說(shuō)明了利用依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的方法成像的 鼠腦分別在右頸動(dòng)脈被阻塞之前和之后的血液灌注的投影視圖；圖14C 說(shuō)明了皮膚剝開后的鼠腦，圖14D說(shuō)明了顱骨去除后的鼠腦以便與所 成像的結(jié)果對(duì)比；
圖15A和15B說(shuō)明了所獲取的兩個(gè)3D數(shù)據(jù)立方體作為依據(jù)本發(fā)明 的不同實(shí)施例的成像方法的結(jié)果；
圖16A和16B ^L明了利用依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的仿體 (phantom)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖16A示出了當(dāng)毛細(xì)管中的流矢量到光軸上 的投影是朝著探測(cè)束入射方向時(shí)的成像結(jié)果，圖16B示出了相同的結(jié) 果但毛細(xì)管中的流動(dòng)#皮反向；圖17 (畫面A、 B、 C和D)說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例通過(guò) 對(duì)含有完好無(wú)損的頭蓋骨的鼠腦內(nèi)部的光學(xué)血管造影成像而獲取的微 血管流圖；圖17A提供了直接強(qiáng)度x-y投影圖，其中可能無(wú)法推斷出 定向流動(dòng)信息；圖17B提供了通過(guò)將代表投影到指向入射束方向的光 軸上的速度矢量的流動(dòng)圖像與背向入射束方向的流動(dòng)圖像合并而獲取 的雙向流動(dòng)投影圖；圖17C提供了 3D體積渲染的雙向流動(dòng)圖像以及微 結(jié)構(gòu)圖像(如圖所示以三個(gè)側(cè)面為邊界)，其可以用來(lái)推斷3D空間中 的流動(dòng)方向，其中圖17D給出了坐標(biāo)定義；
圖18說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的用于定向流動(dòng)映射的數(shù)字 方法；
圖19示意性說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的用于定向流動(dòng)映射 的數(shù)字濾波方法的一個(gè)實(shí)施例；
圖20示意性說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的矩形狀數(shù)字濾波方
法的一個(gè)實(shí)施例；
圖21說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施 例j 和
圖2 2說(shuō)明了用于依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的體內(nèi)成像的 一 件制品 (manufacture)的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在以下的詳細(xì)描述中，參照附圖，這些附圖形成部分描述并且在 附圖中舉例示出了可以實(shí)踐該發(fā)明的實(shí)施例。要理解的是，可以采用 其它實(shí)施例并且可以在不偏離本發(fā)明范圍的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)或邏輯的 變化。因此，以下的詳細(xì)描述不應(yīng)以限制的意義來(lái)理解，并且依據(jù)本 發(fā)明實(shí)施例的范圍由所附的權(quán)利要求以及它們的等效物來(lái)限定。
可以按照可以有助于理解本發(fā)明的實(shí)施例的方式把各種操作描述 為依次的多個(gè)離散操作；然而，描述的次序不應(yīng)當(dāng)解釋為意味著這些 操作是次序相關(guān)的。
本描述可能使用基于透視的描述，比如上/下、后/前以及頂部/底 部。這樣的描述僅僅用來(lái)便于討論而不打算約束本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng) 用。
本描述可能使用短語(yǔ)"在一個(gè)實(shí)施例中"或"在若干實(shí)施例中"，這些短語(yǔ)每個(gè)都可以指代相同或不同實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)。而且， 如關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例所用的術(shù)語(yǔ)"包含"、"包括"、"具有"等等 是同義的。
以"A/B，，形式的短語(yǔ)意指"A或B"。以"A和/或B，，形式的短 語(yǔ)意指"(A) 、 (B)或(A和B)"。以"A、 B和C中的至少一個(gè)" 形式的短語(yǔ)意指"(A)、 (B) 、 (C)、 (A和B)、 (A和C)、 (B 和C )或(A、 B和C )，，。以"(A ) B，，形式的短語(yǔ)意指('(B )或(AB )，'， 即A是任選的。
在本發(fā)明的不同實(shí)施例中，提供了用于生物醫(yī)學(xué)成像的方法、設(shè) 備和系統(tǒng)。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)可以被賦予所公開 的多件制品和/或系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)元件并且可以用來(lái)執(zhí)行如本文 所公開的一種或多種方法。
在不同的實(shí)施例中，可以利用基于光譜干涉的檢測(cè)的光學(xué)相干斷 層造影(0CT)(結(jié)構(gòu))和光學(xué)血管造影(0AG)(結(jié)構(gòu)和流動(dòng))成像 來(lái)獲取樣品的結(jié)構(gòu)和/或流動(dòng)信息。這樣的成像可以是兩維(2D)的或 三維(3D)的，這取決于應(yīng)用。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)方法，結(jié)構(gòu)成像可以 具有擴(kuò)展的深度范圍，而流動(dòng)成像可以被實(shí)時(shí)地執(zhí)行。如本文公開的 結(jié)構(gòu)成像和流動(dòng)成像中的一者或兩者可以用于產(chǎn)生2D或3D圖像。
圖1說(shuō)明了由各種現(xiàn)有技術(shù)的譜域OCT方法所得到的圖像的繪圖。 如圖所示，所描繪的圖像具有眼睛的前房，其中右邊部分是實(shí)像2而 左邊部分是鏡像4。在這個(gè)示例中，實(shí)像2是在正傅立葉(Fourier) 空間中小于零延遲(在這個(gè)示例中在右邊)的距離。然而，如果待被 成像的物體的表面(在這個(gè)示例中該物體是眼睛的前房)是在負(fù)傅立 葉空間中大于零延遲線(在這個(gè)示例中在左邊)，則可能發(fā)生如圖2 所示的重疊問(wèn)題，其中實(shí)像6與鏡像8重疊。在不同的實(shí)施例中，該 物體一般必須被定位在正傅立葉空間中小于零延遲線的某個(gè)位置上以 避免重疊。然而通過(guò)這樣做，留給橫截面圖像的深度范圍(即，信息 采集范圍)被縮小。例如，在一些實(shí)施例中，深度范圍被縮小了多達(dá) 一半。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，可以通過(guò)縮小鏡面成像來(lái)獲得全范圍 的復(fù)數(shù)OCT圖像。如本文所用的，"全范圍"成像指的是傅立葉空間 的全深度內(nèi)的成像，包括正傅立葉空間和負(fù)傅立葉空間。圖3A-3D說(shuō)明了人手指的示例性圖像。如圖3A和圖3B所示，這 些圖像顯出與利用現(xiàn)有技術(shù)方法的圖2所代表的圖像類似的重疊問(wèn)題。 然而，圖3C和圖3D說(shuō)明了依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例產(chǎn)生的示例性圖 像。由此可見，圖像被基本上形成在傅立葉空間的全深度中。在若干 實(shí)施例中，與有時(shí)通過(guò)實(shí)數(shù)值函數(shù)的變換而獲得的僅半個(gè)傅立葉空間 中的成像相對(duì)比，全傅立葉空間中的這樣的成像可以通過(guò)復(fù)函數(shù)的變 換來(lái)獲得。
根據(jù)不同實(shí)施例，可以通過(guò)用x、 y和X (入有時(shí)也被稱為z方向， X在波長(zhǎng)域中代表z )方向的采樣光掃描樣品以獲取3D光譜干涉圖數(shù)據(jù) 集并且將該3D光譜干涉圖數(shù)據(jù)集從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域以獲取該樣品的至 少一幅圖像，來(lái)獲取OCT圖像。如果該樣品包括移動(dòng)成分，則所述至 少一幅圖像可以包含第一圖像和第二圖像，第一圖像包括樣品的靜態(tài) 結(jié)構(gòu)信息而第二圖像包括樣品的移動(dòng)信息。如果該樣品不包括移動(dòng)成 分，則所述至少一幅圖像可以包含樣品的全范圍結(jié)構(gòu)圖像。
圖4說(shuō)明了適合于擴(kuò)展的深度范圍結(jié)構(gòu)成像和流動(dòng)成像以及2D和 3D血管造影成像的0CT/0AG設(shè)備100的示例性實(shí)施例。所說(shuō)明的 0CT/0AG設(shè)備100可以包括本領(lǐng)域公知的一些特征，這些特征可能在本 文中不進(jìn)行過(guò)多解釋，除非有助于理解本發(fā)明的實(shí)施例。
如圖所示，OCT/OAG設(shè)備100可以包括光源10。光源10可以包含
任何適合于本用途的光源，包括但不限于寬帶光源或可調(diào)諧激光源。 適合的寬帶光源可以包括超輻射發(fā)光二極管。在一個(gè)實(shí)施例中，光源 10包括中心波長(zhǎng)為842納米(nm)而半高全寬帶寬為"nm的超輻射發(fā)
光二極管。在不同的實(shí)施例中，光源io可以是具有一個(gè)或多個(gè)更長(zhǎng)波
長(zhǎng)的光源，這可以允許更深的成像。在其它不同實(shí)施例中，光源10可 以包含可調(diào)諧激光源，舉例而言比如掃描激光源(swept laser source )。
0CT/0AG設(shè)備100可以包括光纖耦合器12以用于把來(lái)自光源10 的光分成兩束第一束被提供給參考臂14而笫二束被提供給采樣臂 16。在不同的實(shí)施例中，光纖耦合器12可以包含2 x 2光纖耦合器或 任何適合于本用途的光纖耦合器。
采樣臂16可以被配置成將來(lái)自光源10的光經(jīng)由極化控制器24和 探測(cè)器26提供給樣品28。探測(cè)器26可以包括一對(duì)用于在x-y方向上掃描樣品的x-y檢流計(jì)掃描儀(未示出)。探測(cè)器26還可以包括用于 把光傳送到樣品28上的適當(dāng)光學(xué)器件(未示出)。在不同的實(shí)施例中， 探測(cè)器26還可以接收來(lái)自樣品28的反向散射光。盡管提供給樣品28 的光的特性可能取決于特定應(yīng)用，但是在一些實(shí)施例中橫向成像分辨 率可能大約是由把光聚焦到樣品28上的物鏡所確定的16微米(nm)， 其中樣品28上的光功率大約為1毫瓦(mW)。
參考臂14可以被配置成把來(lái)自光源10所提供的光的參考光提供 給檢測(cè)臂30 (下面加以更全面的討論)，以便與來(lái)自樣品28的反向散 射光結(jié)合而產(chǎn)生光語(yǔ)干涉圖。參考臂14可以包括光學(xué)器件20以及用 于反射來(lái)自光源10的光的反射鏡22以提供參考光。光學(xué)器件20可以 包括但不限于適合于本用途的各種透鏡。
反射鏡22可以是固定的或者可以由調(diào)制器23調(diào)制。調(diào)制可以等 效于對(duì)在檢測(cè)臂30處檢測(cè)的信號(hào)的頻率調(diào)制。已觀測(cè)到的是，光譜干 涉信號(hào)(干涉圖)可以被參考臂14中經(jīng)過(guò)調(diào)制的反射鏡22用恒定的 多普勒(Doppler)頻率 。調(diào)制，此調(diào)制使得分離樣品28內(nèi)的移動(dòng)成 分和靜態(tài)成分切實(shí)可行。光譜干涉信號(hào)然后可以通過(guò)對(duì)以調(diào)制頻率 0 調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)來(lái)恢復(fù)。解調(diào)可以利用任何適合的方法來(lái)獲得， 所述方法包括但不限于數(shù)字的或光學(xué)的解調(diào)方法。光譜干涉信號(hào)的調(diào) 制和解調(diào)可以有利地提高信噪比，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)、流動(dòng)和血管造影成像的 圖像質(zhì)量得到改善。
各種方法可以用來(lái)調(diào)制反射鏡22。例如，在各種實(shí)施例中，調(diào)制
器23可以是線性壓電平移臺(tái)，反射鏡22被安裝在該線性壓電平移臺(tái) 上。壓電平移臺(tái)可以被配置成以某個(gè)恒定速度在B掃描(即x方向掃 描)上移動(dòng)反射鏡22。在示例性實(shí)施例中，反射鏡22被安裝到由振幅 為50 nm的10 Hz鋸齒波形驅(qū)動(dòng)的壓電平移臺(tái)上。然而在其它不同實(shí) 施例中，調(diào)制器23可以是相位調(diào)制裝置(例如，電光相位調(diào)制器或聲 學(xué)相位調(diào)制器)或其它用于引入適合多普勒頻率調(diào)制的適合裝置。在 不同的實(shí)施例中，參考臂中或采樣臂中的光程長(zhǎng)度(optical path-length)可以被調(diào)制，這在以恒定速度前后移動(dòng)反射鏡22時(shí)具 有相同或類似的效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用一種伸長(zhǎng)光纖的方 法。
在不同的實(shí)施例中，干涉圖的調(diào)制還可以由探測(cè)器26提供。在示例性實(shí)施例中，探測(cè)器26可以;故配置成在相對(duì)于軸心點(diǎn)(pivot point) 有偏移量的情況下掃描輸入信號(hào)。從參考臂14返回的光和從采樣臂16返回的光(光譜信號(hào))可以 被重新組合并且通過(guò)耦合器12耦合到單模光纖中以便傳入檢測(cè)臂30。 如圖所示，檢測(cè)臂30包含分光計(jì)34，該分光計(jì)34包括一個(gè)或多個(gè)不 同光學(xué)器件36，這些光學(xué)器件包括但不限于一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直器、 一個(gè) 或多個(gè)衍射/透射光柵以及一個(gè)或多個(gè)透鏡(未圖示)。在示例性實(shí)施 例中，光學(xué)器件36可以包括30毫米(mm)焦距的準(zhǔn)直器、HOO條線 /mm的衍射光柵以及150 mm焦距的消色差聚焦透鏡。在不同的實(shí)施例 中，分光計(jì)34可以具有設(shè)計(jì)好的例如0. 055 nm的光i普分辨率，導(dǎo)致 在空氣中的光范圍大約為6.4 mm,即傅立葉空間中的全深度，其中正 頻率空間(3. 2 mm)可以用于微結(jié)構(gòu)成像而負(fù)頻率空間(3. 2 mm)可 以用于流動(dòng)成像。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)照相機(jī)積分時(shí)間被設(shè)置為34.1 HS時(shí)，可以在2 = +0. 5mm處測(cè)量到95dB的信號(hào)靈敏度，而該信號(hào)靈 敏度在2 = +2.0 mm處降到80 dB。這樣的參數(shù)是示例性的并且可以依 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行各種方式的修改。在采用寬帶光源的實(shí)施例中，分光計(jì)34可以包括被配置成檢測(cè)光 譜干涉信號(hào)的檢測(cè)器，比如電荷耦合器件(CCD) 38。 CCD38可以包括 線掃描照相機(jī)和面掃描照相機(jī)中的一個(gè)或多個(gè)。示例性適合的CCD 38 可以是由2048個(gè)像素組成的CCD,每個(gè)像素大小為10x10 nm、數(shù)字 深度為IO位并且具備29. 2 kHz行頻(line rate)。然而對(duì)于那些其 中光源10包含可調(diào)諧激光而不是寬帶光源的實(shí)施例，0CT/0AG設(shè)備100 可以包括擴(kuò)散放大器，該擴(kuò)散放大器包含一個(gè)或多個(gè)單部件檢測(cè)器而 不是分光計(jì)34。例如，可以使用一個(gè)或多個(gè)雙平衡光電二極管。如圖所示，參考臂14、采樣臂16和檢測(cè)臂30分別包括極化控制 器18、24和32。極化控制器18、24和32可以被配置成精細(xì)調(diào)諧0CT/0AG 設(shè)備100中光的極化狀態(tài)。盡管OCT/OAG設(shè)備在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以 包括比所示的更多或更少的極化控制器，分別在參考臂14、采樣臂16 和檢測(cè)臂30中提供的極化控制器18、24和32可以有利地最大化CCD 38 (或其它適合的檢測(cè)器)處的光譜干涉邊緣對(duì)比。在不同的實(shí)施例中，0CT/0AG設(shè)備100可以包括一個(gè)或多個(gè)用戶接 口 40以用于一種或多種用途，這些用途包括顯示圖像、輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)等等。如上所述，OCT/OAG設(shè)備100可以被配置成通過(guò)用x、 y和入(z) 方向的采樣光掃描樣品28以獲取3D光語(yǔ)干涉圖數(shù)據(jù)集來(lái)建立3D數(shù)據(jù) 體積集。在示例性實(shí)施例中，可以由x掃描儀在橫向方向(x方向)上 掃描探測(cè)器26而由y掃描儀在豎直方向(y方向)上掃描探測(cè)器26。 在這些實(shí)施例的各個(gè)不同實(shí)施例中，x掃描儀可以由振幅等于2.2 mm 的10 Hz鋸齒波形驅(qū)動(dòng)，而y掃描儀可以由2. 2 mm的振幅以0. 02 Hz 驅(qū)動(dòng)。如果例如CCD 38被配置成捕獲2048個(gè)像素的聚焦光譜(A-掃 描)并且在x方向上測(cè)量1000個(gè)離散點(diǎn)，則在x方向上形成1000 x 2048 個(gè)元素的數(shù)據(jù)矩陣片(B-掃描)。如果例如在y方向上2. 2 mm內(nèi)測(cè)量 500個(gè)離散點(diǎn)，則可以建立1000 x 500 x 2048 ( x-y-z )個(gè)體元(voxel ) 的最終數(shù)據(jù)體積(C-掃描)，其中傅立葉空間的每半個(gè)包含1000 x 500 x 1024 ( x-y-z)個(gè)體元。盡管在x-y方向上掃描樣品28可以用來(lái)形成實(shí)數(shù)值3D數(shù)據(jù)體積，但是通常已知的是這個(gè)實(shí)數(shù)值數(shù)據(jù)體積的傅立葉變換在僅半個(gè)傅立葉 空間中產(chǎn)生有用的圖像。參照?qǐng)D5，圖6和圖7示出了用于產(chǎn)生全范圍 結(jié)構(gòu)圖像的示例性實(shí)施例。圖5說(shuō)明了可以形成部分或全部合成圖像 的3D數(shù)據(jù)體積(立方體)。如圖所示并且按通常慣例，X方向上的掃 描可以被稱為A掃描，并且A掃描可以包含數(shù)量為i的像素(或者在 光源為可調(diào)諧激光源的情況下包含i個(gè)波長(zhǎng)調(diào)諧步驟)。B掃描可以包 含在x方向上任意數(shù)量n的A掃描。在y方向上的一系列2D數(shù)據(jù)(例 如數(shù)量m的B掃描)可以形成3D數(shù)據(jù)立方體，這可以被稱為C掃描。 如本文所指的，x方向包括n列而X方向包括i行。在不同的實(shí)施例中并且如圖6示意性說(shuō)明的，可以在(x， X)的 維度上收集原始橫截面數(shù)據(jù)(即，h(X， x))。可以對(duì)實(shí)數(shù)值的橫截 面數(shù)據(jù)沿x維度逐行計(jì)算解析函數(shù)，以獲取原始數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)值函數(shù)fi (X,x)。在不同的實(shí)施例中，該解析函數(shù)可以通過(guò)希爾伯特(Hibert)變 換來(lái)構(gòu)造。在不同的實(shí)施例中，至少部分地通過(guò)在x維度上逐列地沿入 維度對(duì)fi (X,x)從X空間插值到k空 間(即波數(shù)空間，k = 2tcA )以獲取fi (k,x)，可以獲取未失真圖像。在這些實(shí)施例的各個(gè)不同實(shí)施例中，此插 值可以在計(jì)算復(fù)數(shù)值函數(shù)之前或之后。圖7示意性說(shuō)明了其中插值在 復(fù)數(shù)值函數(shù)計(jì)算之前的實(shí)施例。在不同的實(shí)施例中，全范圍復(fù)數(shù)圖像(即橫截面x-z圖像)H (z， x )可以通過(guò)在x維度上逐列地沿k維度執(zhí)行fi (k,x)的傅立葉變換來(lái)獲 取。全傅立葉空間圖像可以通過(guò)取H (z， x)的幅值(即IH (z, x) I ) 來(lái)獲取，這可以導(dǎo)致可用深度z的加倍(即2z)，如圖6 (和圖7)所 示。在不同的實(shí)施例中，可以對(duì)y維度上可用的一個(gè)或多個(gè)h (X， x) 數(shù)據(jù)集重復(fù)前面操作中的任意一個(gè)或多個(gè)。3D圖像可以由一次或多次 重復(fù)而產(chǎn)生。在不同的實(shí)施例中，參考光譜可以在上面提及的操作之前從干涉 圖中減去以便增強(qiáng)最終的圖像質(zhì)量。參考光譜可以通過(guò)對(duì)所有捕獲的 干涉圖進(jìn)行全體平均一即沿x或y方向平均一來(lái)獲取。在不同的實(shí)施例中，可以首先對(duì)y維度執(zhí)行任意一個(gè)或多個(gè)不同 操作然后對(duì)x維度執(zhí)行任意一個(gè)或多個(gè)不同操作，反之亦然。例如， 在不同的實(shí)施例中，可以在(X， y)的維度上收集原始橫截面數(shù)據(jù)。 然后可以對(duì)實(shí)數(shù)值橫截面數(shù)據(jù)沿y維度逐行計(jì)算解析函數(shù)，以獲取原 始數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)值函數(shù)fi(人,y)。在不同的實(shí)施例中，可以至少部分地通過(guò) 在y維度上逐列地沿X維度對(duì)fi (人，y)從X空間插值到k空間(即波數(shù)空間， k-2兀/X)以獲取fi(k,y)，獲取未失真圖像。在這些實(shí)施例的各個(gè)不同 實(shí)施例中，此插值可以在計(jì)算解析函數(shù)之前或之后。復(fù)數(shù)OCT圖像H (z， y)可以通過(guò)在y維度上逐列地沿k維度執(zhí)行fi(k,y)的傅立葉變換 來(lái)獲取。全傅立葉空間OCT圖像可以通過(guò)取H (z， x)的幅值(即IH (z， x) I )來(lái)獲取，這可以導(dǎo)致可用深度z的加倍(即2z)。在不同 的實(shí)施例中，可以對(duì)x維度上可用的一個(gè)或多個(gè)h (X， y)數(shù)據(jù)集重復(fù) 前面操作中的任意一個(gè)或多個(gè)。在不同的實(shí)施例中，3D圖像可以由一 次或多次重復(fù)而產(chǎn)生。可以依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例對(duì)物質(zhì)在結(jié)構(gòu)中的體內(nèi)移動(dòng)成像。 例如，可以對(duì)血液經(jīng)血管及其它方式的流動(dòng)成像。在不同的實(shí)施例中， 流動(dòng)方向的指示也可以被成像。 一般而言，使用先前討論的任意一種 或多種方法成像非固定的物體可能受瞬時(shí)相位變化(多普勒頻移)影 響，所述瞬時(shí)相位變化可能造成能量泄露到負(fù)頻率平面(即鏡平面) 中。然而，泄露通常被限于局部，即僅發(fā)生在移動(dòng)的地點(diǎn)(例如，存 在血液流動(dòng)的地方)。其它固定物體(一個(gè)或多個(gè))仍然可以根據(jù)先前討論的一種或多種方法來(lái)成像。盡管以下的一般討論不打算限制本發(fā)明的實(shí)施例的范圍，但是這 些討論可以有助于理解隱含在一些實(shí)施例中的不同數(shù)學(xué)及物理原理。 根據(jù)不同實(shí)施例， 一種用于對(duì)組織中的移動(dòng)進(jìn)行成像的方法可以包括 將遠(yuǎn)離表面進(jìn)入組織的速度映射到一個(gè)圖像內(nèi)以及將朝向表面移出組 織的速度映射到第二圖像內(nèi)。考慮隨兩個(gè)變量-都是時(shí)間坐標(biāo)L和t廣 而變化的實(shí)數(shù)函數(shù),/2) = cos(2《6 + 2;r(/M - /DX + (等式1 )其中f。，fM和f。分別是頻率分量而(p是隨機(jī)相位項(xiàng)。出于本文討論目的，f。和fM被假設(shè)為兩個(gè)調(diào)制頻率分量而fn是多普勒頻率分量?？梢约僭O(shè)在t,和t2之間不相關(guān)且當(dāng)t,變化時(shí)t2恒定不變，反之亦然。如果Bedrosian定理成立的話，等式1相對(duì)于t2的解析函數(shù)能夠通過(guò)希爾 伯特變換來(lái)構(gòu)造，這表明調(diào)制頻率fM-fD不與由隨機(jī)相位波動(dòng)項(xiàng)q)引起 的信號(hào)帶寬重疊。在這種條件下，等式1的希爾伯特變換等于其積分 表示。由于函數(shù)B(", t2)由頻率fM-"調(diào)制，并且27if山是恒定的相 位項(xiàng)，所以如果頻率fM-f,0則等式1的解析函數(shù)能夠?qū)懗?々",/2) = cos(2;r(/M -/D),2 +2《,,+0) + 7.sin(2;r(/M -/D)/2 +2#。/, +0)(等式2 )其中j = 而如果頻率fM-fD<0則等式1能夠?qū)懗葾(Ocos(2;r(/M -/D),2 +2《,+0)-ysin(2;r(/M -/D)/2 +2#0/, +0)(等式3 )從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，等式3是等式2的復(fù)共軛。對(duì)時(shí)間變量t,執(zhí) 行傅立葉變換(注意t2現(xiàn)在為常數(shù))，等式2的頻率分量f。位于整個(gè) 傅立葉空間中的正空間內(nèi)，而等式3的頻率分量f。位于負(fù)空間內(nèi)。因 而，對(duì)結(jié)構(gòu)中物質(zhì)的移動(dòng)進(jìn)行成像是可能的。再參照?qǐng)D4所示的0CT/0AG設(shè)備100的示例性實(shí)施例，假設(shè)安裝 在壓電臺(tái)(調(diào)制器23)上的參考反射鏡22以速度、移動(dòng)，其中探測(cè)束以Vx(標(biāo)量)的速度在B-掃描(x-掃描)中前進(jìn)，并且還假設(shè)由0CT/0AG 設(shè)備100檢測(cè)到的反射微粒也移動(dòng)但其投影到探測(cè)束方向上的定向速 度為^，那么為簡(jiǎn)單起見，能夠把波長(zhǎng)入域中的光譜干涉圖表述為<formula>formula see original document page 15</formula>(等式4)這里注意，對(duì)速度使用矢量表示，其中朝向入射束的移動(dòng)為正而 相反的為負(fù)。項(xiàng)Zs是在橫向位置X處反射微粒(例如，紅血球)的初始深度位置，而R是反射微粒的速度，這樣采樣臂16和參考臂14之間 的光程長(zhǎng)度差是2(^ + (i7s+、)0，其中tx-x/Vx是探測(cè)束在B-掃描中的掃描時(shí)間，而因子2說(shuō)明從樣品28散射回到干涉計(jì)的采樣光的往返行 程。項(xiàng)cp(x， z， X)是與光學(xué)不均勻樣品的相位有關(guān)的隨機(jī)相位函數(shù)。 時(shí)間tx-O將是B掃描的起點(diǎn)。因此，B(l/入，x)對(duì)于每個(gè)l/X值而 言是對(duì)x的正弦振蕩函數(shù)。因而，如果使用以下替換，則等式1和等 式4將是等同的因而，、和R的值可以確定經(jīng)過(guò)希爾伯特變換所構(gòu)造的等式4的 解析函數(shù)是否變成等式2或等式3。該解析函數(shù)可以在每個(gè)1A沿x軸 經(jīng)過(guò)對(duì)B掃描的希爾伯特變換來(lái)順序地構(gòu)造。在此操作期間，因子 4TUZsA可以為恒定的相位，因?yàn)槠洳粫?huì)隨x改變。如果& = 0,則正速度(、)會(huì)在x空間中以正頻率調(diào)制信號(hào)，而負(fù)速度會(huì)以負(fù)頻率調(diào)制信號(hào)。希爾伯特變換把相對(duì)x的經(jīng)調(diào)制信號(hào)的信息轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)A(lA,x)，但是現(xiàn)在經(jīng)希爾伯特編碼的信息的任何后續(xù) 對(duì)2/X的快速傅立葉變換(FFT) FFr^(K,x川2會(huì)把正頻率分量映射到FFT結(jié)果的正頻率空間內(nèi)而把負(fù)頻率分量映射到FFT結(jié)果的負(fù)頻率空 間內(nèi)，這樣全范圍頻率空間能夠用于成像。這與簡(jiǎn)單采取/7TW( K,"} 12形成對(duì)比，后者將把正頻率和負(fù)頻率都映射到該變換的正頻率空間和負(fù)頻率空間內(nèi)，導(dǎo)致僅半個(gè)空間用于成像。對(duì)于移動(dòng)微粒(例如，血細(xì)胞)，vs#0。微粒移動(dòng)可以通過(guò)速度 混合^ + ^來(lái)修改調(diào)制頻率，該速度混合類似于信號(hào)處理學(xué)科中的頻率混合。微粒相對(duì)于參考反射鏡22移動(dòng)的相反移動(dòng)可能導(dǎo)致采樣臂16和參考臂14之間的光子路程長(zhǎng)度差的減小并且降低有效的調(diào)制頻率。 如果Vs的值足夠大，則^ + ^值可能改變其符號(hào)。因而，在希爾伯特變換操作和傅立葉變換操作之后，由于微粒移動(dòng)引起的相應(yīng)信號(hào)可能映 射到與vs = 0時(shí)的頻率空間相反的頻率空間。然而，任何小的不足夠強(qiáng) 以改變?cè)撝捣?hào)的微粒移動(dòng)可能仍然映射到與vs = 0時(shí)的頻率空間相同的頻率空間。因此，來(lái)自經(jīng)灌注的血細(xì)胞和體靜態(tài)組織的信號(hào)可以在FFT的頻率空間中被分離，其中由于小組織移動(dòng)引起的背景噪聲在 代表血液灌注圖像的空間中得到抑制。因而，在不同的實(shí)施例中，能量向負(fù)頻率平面的泄露可能被用來(lái) 對(duì)體內(nèi)物質(zhì)的流動(dòng)(或其它的物質(zhì)移動(dòng))實(shí)時(shí)地成像。圖8和圖9說(shuō) 明了流動(dòng)成像(非固定物質(zhì))的實(shí)施例。在傅立葉空間的正區(qū)域中還 示出了結(jié)構(gòu)(固定物體)的圖像。在不同的實(shí)施例中并且如圖所示， 結(jié)構(gòu)圖像可以基本位于正空間中而流動(dòng)圖像基本位于負(fù)空間中，流動(dòng) 圖像是其實(shí)際位置相對(duì)于結(jié)構(gòu)的鏡像。在不同的實(shí)施例中并且如圖9 所示，組合的結(jié)構(gòu)/流動(dòng)圖像可以被分成2幅或更多圖像-例如，結(jié)構(gòu) 圖像和流動(dòng)圖像。例如，正空間可以代表結(jié)構(gòu)圖像而負(fù)空間的翻轉(zhuǎn)形 式可以代表流動(dòng)圖像。在一種用于對(duì)體內(nèi)流動(dòng)(或其它的物質(zhì)移動(dòng))成像的方法的示例 性實(shí)施例中，樣品位于與零延遲有一定距離AS處并且位于正空間中(如 圖8所示)。在這些實(shí)施例的各個(gè)不同實(shí)施例中，使樣品遠(yuǎn)離零延遲 可以防止或減少該樣品的固定樣子的圖像與零延遲交叉并且可能導(dǎo)致 重疊的圖像。在不同的實(shí)施例中并且如圖IO所示，可以在(x，入)的維度上收 集原始橫截面數(shù)據(jù)(即，h (X， x))。可以對(duì)實(shí)數(shù)值橫截面數(shù)據(jù)沿x 維度逐行計(jì)算解析函數(shù)，以獲取原始數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)值函數(shù)fi(人,x)。在不同 的實(shí)施例中，解析函數(shù)可以通過(guò)希爾伯特變換計(jì)算來(lái)獲取。在不同的 實(shí)施例中，可以至少部分地通過(guò)在x維度上逐列地沿入維度對(duì)fi(人,x)從X 空間插值到k空間(即波數(shù)空間，k=27iA)以獲取fi(k,x)，來(lái)獲取未 失真的OCT圖像。在這些實(shí)施例的各個(gè)不同實(shí)施例中，此插值可以在 計(jì)算復(fù)數(shù)值函數(shù)之前或之后。圖11示意性說(shuō)明了其中插值在復(fù)數(shù)值函 數(shù)計(jì)算之前的實(shí)施例。在不同的實(shí)施例中，復(fù)數(shù)圖像(即橫截面x-z圖像)H (z， x)可 以通過(guò)在x維度上逐列地沿k維度執(zhí)行fi(k,x)的傅立葉變換來(lái)獲取。全 傅立葉空間圖像可以通過(guò)取H (z， x)的幅值(即IH (z， x) I )來(lái)獲 取，這可以導(dǎo)致可用深度z的加倍(即2z)，如圖10所示。在一個(gè)實(shí)施例中，IH (z, x) l可以在零延遲線(z- 0)處分離以 形成兩幅圖像-流動(dòng)圖像和結(jié)構(gòu)圖像。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，流動(dòng)圖像形成在負(fù)空間中(即za)而結(jié)構(gòu)圖像形成在正空間中(即z〉0)。 在一個(gè)實(shí)施例中，由于流動(dòng)圖像可以是其實(shí)際位置相對(duì)于結(jié)構(gòu)圖像的 鏡像，所以流動(dòng)圖像可以被翻轉(zhuǎn)以獲取真實(shí)的流動(dòng)圖像(現(xiàn)在z〉0)。在不同的實(shí)施例中，可以對(duì)y維度上可用的一個(gè)或多個(gè)h (X， x) 數(shù)據(jù)集重復(fù)前面操作中的任意一個(gè)或多個(gè)。3D結(jié)構(gòu)圖像和流動(dòng)圖像可 以由一次或多次重復(fù)而產(chǎn)生。在不同的實(shí)施例中，可以在處理x維度之前處理y維度。例如， 在不同的實(shí)施例中，原始橫截面數(shù)據(jù)可以在(入，y)的維度上進(jìn)行收 集。然后可以對(duì)實(shí)數(shù)值橫截面數(shù)據(jù)沿y維度逐行計(jì)算解析函數(shù)，以獲 取原始數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)值函數(shù)fi (人，y)。在不同的實(shí)施例中，可以至少部 分地通過(guò)在y維度上逐列地沿X維度對(duì)fi ( X， y )從入空間插值到k空間 (即波數(shù)空間，k-2兀/X)以獲取fi(k， y)，來(lái)獲取未失真圖像。在 這些實(shí)施例的各個(gè)不同實(shí)施例中，此插值可以在計(jì)算復(fù)數(shù)值函數(shù)之前 或之后。復(fù)數(shù)圖像H(z， y)可以通過(guò)在y維度上逐列地沿k維度執(zhí)行 fi (k, y)的傅立葉變換來(lái)獲取。全傅立葉空間圖像可以通過(guò)取H (z， y)的幅值(即IH (z， y) I )來(lái)獲取，這可以導(dǎo)致可用深度z的加倍 (即2z)。在不同的實(shí)施例中，可以對(duì)x維度上可用的一個(gè)或多個(gè)h (入，y)數(shù)據(jù)集重復(fù)前面操作中的任意一個(gè)或多個(gè)。在其中獲取流動(dòng)圖像和結(jié)構(gòu)圖像的實(shí)施例中，這些圖像可以被熔 合或被以其它方式組合以提供血液(或其它移動(dòng)物質(zhì))可以在結(jié)構(gòu)組 織(例如，經(jīng)過(guò)血管網(wǎng)移動(dòng)的血液)內(nèi)如何定向的完整視圖。利用先 前討論的方法的不同實(shí)施例，負(fù)空間中的流動(dòng)圖像可以被形成、翻轉(zhuǎn) 并且與結(jié)構(gòu)圖像熔合以形成單幅血管造影圖像。該單幅圖像可以允許 在組織內(nèi)精確定位移動(dòng)成分。在不同的實(shí)施例中，多幅這樣的圖像可 以被"拼接"以形成更大的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，為了驗(yàn)證OCT/OAG系統(tǒng)能夠評(píng)價(jià)微血管流，執(zhí) 行了一系列體內(nèi)實(shí)驗(yàn)以獲取老鼠的腦血管循環(huán)的經(jīng)顱(transcranial ) 圖像，其中頭蓋骨完好無(wú)損。實(shí)驗(yàn)方案遵照小嚙齒動(dòng)物保護(hù)與處理的 聯(lián)邦指南并且得到了動(dòng)物制度管理及使用委員會(huì)(InstitutionalAnimal Care and Use Committee)的同意。老鼠被麻醉，然后頭上的 皮膚被去除以創(chuàng)建一個(gè)用于透過(guò)頭蓋骨進(jìn)行OCT成像的窗口。圖 12A-12C給出了體內(nèi)結(jié)果，其中圖12A描繪了代表含有x-人中2D實(shí)數(shù)值光譜干涉圖(2. 2 mmx 112咖，中心為842 nm )的B掃描的數(shù)據(jù)集， 而圖12B示出了從圖12A的原始光譜干涉圖中獲取的代表3D數(shù)據(jù)中的 一片的圖像，其中整個(gè)傅立葉空間被分成兩個(gè)相等區(qū)域。底部區(qū)域是 包括老鼠頭蓋骨和皮層的橫截面結(jié)構(gòu)信息的正頻率空間，但是血管很 難識(shí)別。另一方面，頂部區(qū)域是在其中能夠看到移動(dòng)成分(例如，紅 血球)的負(fù)頻率空間。因?yàn)檎l率空間和負(fù)頻率空間被正好鏡面成像， 所以它們能夠被折疊以熔合成單幅圖像從而在結(jié)構(gòu)組織內(nèi)高精度地定 位血管，如圖12C可看到的。皮層結(jié)構(gòu)和血液灌注能夠被分辨率到穿 過(guò)頭蓋骨約1.5咖的深度，即不能用共焦顯微鏡獲得的穿透深度。如 果使用具有比842 nm更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光源，則這一深度可以被進(jìn)一步擴(kuò) 展。用于分辨血管尺寸的軸向分辨率可以由所用光源的帶寬確定。在 本實(shí)驗(yàn)中，在生物組織內(nèi)軸向分辨率大約為6 |Lim，這能夠分辨平均大 小約為10 nm的毛細(xì)管，而橫向分辨率大約為16 nm，這由把光聚焦 到組織內(nèi)的物鏡確定。如本文所討論的，可以通過(guò)逐片(B掃描)地估算光譜干涉圖數(shù)據(jù)、 然后重新組合以生成3D體積數(shù)據(jù)集(X-y-z)，來(lái)執(zhí)行3D成像，從該 3D體積數(shù)據(jù)集中能夠提取關(guān)于脈管系統(tǒng)、血流和微結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量信息。 如圖13A所示，詳細(xì)的2D脈管系統(tǒng)映射是通過(guò)把3D流動(dòng)圖像從負(fù)空 間投影到x-y平面而獲取的。定位在負(fù)空間中的移動(dòng)散射成分能夠被 折疊以與3D結(jié)構(gòu)圖像組合來(lái)提供血管如何在結(jié)構(gòu)組織中定向的完整視 圖，如圖13B所示。在圖13A和13B所示的實(shí)施例中，成像速度是IO 幀/秒并且整個(gè)圖像采集時(shí)間約為50秒。可以通過(guò)采用更高功率的光 源和更高速度的調(diào)制器(例如，壓電平移臺(tái))來(lái)減少成像時(shí)間。在常 規(guī)的個(gè)人計(jì)算裝置上，用于后處理圖像的計(jì)算時(shí)間大約為4.2秒每片， 對(duì)于3D全圖像而言總計(jì)約35分鐘。依據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的3D中腦血管灌注的可視化與血流的量 化進(jìn)行組合可能有望用于研究小動(dòng)物模型中的神經(jīng)疾病。例如，在小 動(dòng)物模型比如遺傳改變的老鼠中廣泛地研究血栓形成的缺血性中風(fēng)。 因而，在下至毛細(xì)管的各個(gè)血管的水平詳細(xì)觀察整個(gè)大腦皮層內(nèi)的腦 血管血流現(xiàn)象和規(guī)律可能對(duì)于更好地理解腦血管疾病的病理生理學(xué)和 藥理干預(yù)的潛在益處是很重要的。為了說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的重要性， 在顱骨的不同區(qū)域上收集多幅3D的鼠腦圖像，如圖14A-14D所示。圖14A示出了顱骨完好無(wú)損的老鼠的大腦皮層中的血流。 一條頸動(dòng)脈的梗 塞不會(huì)引起老鼠的腦梗死或神經(jīng)功能缺損。圖14B示出了同一老鼠但 右頸動(dòng)脈被阻塞5分鐘?？梢钥闯觯c圖14A的圖像相比顯然不僅僅 是在右大腦半球中減少了皮層中的血流，這符合已知的行為。本發(fā)明 范圍內(nèi)的實(shí)施例可在數(shù)分鐘內(nèi)獲得這樣高分辨率的大腦皮層成像而無(wú) 需染料注射、造影劑或外科顱骨切開術(shù)的能力說(shuō)明了其在理解大腦以 及其它血管網(wǎng)的血液動(dòng)力學(xué)方面的價(jià)值。圖14C說(shuō)明了皮膚剝開后的 鼠腦，而圖14D說(shuō)明了顱骨去除后的鼠腦以便與所成像的結(jié)果對(duì)比。如本文所述的，可以依據(jù)不同的實(shí)施例對(duì)物質(zhì)流動(dòng)方向的指示成 像。在一個(gè)實(shí)施例中，3D OCT被提供為一種在微循環(huán)床內(nèi)對(duì)毛細(xì)管水 平的局部血液灌注進(jìn)行成像的方法，其對(duì)比度是基于來(lái)自移動(dòng)血細(xì)胞 的內(nèi)生散射信號(hào)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例利用OCT進(jìn)行體內(nèi)定向的血液 灌注映射。這樣的實(shí)施例可以例如通過(guò)當(dāng)執(zhí)行3D成像時(shí)與0CT橫截面 (B)掃描同步地線性平移位于參考臂中的參考反射鏡(即，來(lái)回移動(dòng)) 來(lái)獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)參考反射鏡朝入射束移動(dòng)時(shí)的所有B掃 描的收集會(huì)給出遠(yuǎn)離入射束方向流動(dòng)的血液灌注，反之亦然。因此， 獲取兩個(gè)3D數(shù)據(jù)立方體(圖15A和15B)。 一個(gè)用來(lái)計(jì)算朝探測(cè)束方 向的流動(dòng)(圖15A)，而另一個(gè)用來(lái)計(jì)算正遠(yuǎn)離探測(cè)束流動(dòng)的流動(dòng)(圖 15B)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例還提供了定量地評(píng)價(jià)血液灌注的能力。在若干實(shí)施例中，期望的是定向流動(dòng)被成像并可視化以用于多種 工程及醫(yī)療領(lǐng)域，例如用于研究微流體混合器中的復(fù)雜流體動(dòng)力學(xué)、 以及用于研究神經(jīng)現(xiàn)象來(lái)理解腦血管疾病中的機(jī)制和治療干預(yù)，這些 腦血管疾病包括缺血、出血、血管性癡呆、創(chuàng)傷性腦損傷以及癲癇。本發(fā)明的實(shí)施例提供了多種用于定向流動(dòng)成像的方案，包括硬件 方案和數(shù)字方案，這將在下面參照?qǐng)D4進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在一個(gè)實(shí)施例中，定向流動(dòng)映射可以通過(guò)把參考反射鏡22安裝到 諸如壓電平移臺(tái)之類的調(diào)制器23上來(lái)獲得。在一個(gè)實(shí)施例中，這樣的 臺(tái)可以由10 Hz三角波形驅(qū)動(dòng)。對(duì)于下面描述的實(shí)驗(yàn)，除非另有說(shuō)明， 給予反射鏡22的最大線性平移幅度為21 nm。這在三角波形的上升曲 線時(shí)，即在朝著入射參考束方向移動(dòng)反射鏡22時(shí)引入1. OkHz的恒定 調(diào)制頻率，該恒定調(diào)制頻率被耦合到CCD照相機(jī)38所捕獲的干涉圖中， 而在其它情況下它為-l. 0kHz。由X掃描儀在橫向方向(圖15A和15B所示的x軸)上掃描探測(cè)束，該X掃描儀也由振幅等于2. 2 mm的10 Hz 三角波形驅(qū)動(dòng)，該三角波形可以與用于驅(qū)動(dòng)反射鏡22的波形同步。以 振幅為2. 2 mm的0. 02 Hz鋸齒波形驅(qū)動(dòng)的Y掃描儀在豎直方向(y軸) 上掃描探測(cè)束。以此方式，通過(guò)經(jīng)X-Y掃描儀掃描探測(cè)束來(lái)收集具有 lOOOx 500 x 2048 (x， y， X )個(gè)體元的光譜干涉圖的3D數(shù)據(jù)立方體。 在這種利用上述布置的實(shí)施例中，其中照相機(jī)積分時(shí)間被設(shè)置為100 US,要花50秒來(lái)獲取這樣的體積數(shù)據(jù)立方體，從該體積數(shù)據(jù)立方體計(jì) 算出3D定向流動(dòng)映射。當(dāng)反射鏡22朝參考束移動(dòng)時(shí)的所有B掃描的 收集會(huì)給出該體積數(shù)據(jù)集，該體積數(shù)據(jù)集可以被處理以獲取代表沿入 射束方向移動(dòng)的微粒比如血細(xì)胞的流動(dòng)圖像，而相反的流動(dòng)圖像可以 從收集自當(dāng)反射鏡22在向后/相反方向移動(dòng)時(shí)的B掃描的數(shù)據(jù)立方體 來(lái)獲取。最終的示例性體積圖像是500 x 500 x 1024個(gè)體元，代表樣品 的2. 2 x 2. 2 x 2. 4mm(x，y， z)的物理尺寸。組織樣品的平均折射率1. 35 用來(lái)定標(biāo)z方向上的尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，由于有限的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ) 器可用性，體積圖像可以被裁剪以去除不含有對(duì)成像有用的信息的區(qū) 域。探測(cè)器掃描、壓電臺(tái)平移、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及它們之間的 信號(hào)交換的動(dòng)作可以由定制軟件包一比如用Labvie^^語(yǔ)言編寫的軟 件一來(lái)控制。在0CT/0AG中移動(dòng)散射物與靜態(tài)成分的高效分離依賴于運(yùn)動(dòng)引起 的多普勒頻率，該多普勒頻率對(duì)于由移動(dòng)散射成分產(chǎn)生的信號(hào)把光譜 干涉圖的經(jīng)希爾伯特變換的解析函數(shù)轉(zhuǎn)變成其復(fù)共軛形式。因此，在 本文所介紹的結(jié)果中，因?yàn)檎{(diào)制頻率為土1.0kHz，所以如果由移動(dòng)散 射物引起的多普勒頻率在調(diào)制頻率的相反方向上大于1. 0kHz,則來(lái)自 移動(dòng)成分的光散射信號(hào)出現(xiàn)在輸出傅立葉平面的負(fù)空間中，而與靜態(tài) 散射成分有關(guān)的信號(hào)保留在正空間中，即微結(jié)構(gòu)圖像等同于常規(guī)的OCT 圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，這施加了可以由0CT/0AG感測(cè)的移動(dòng)散射物的最小速度，該最小速度可以由下式確定土Vm廣T/^I/(2cos(々)) (等式5)其中X是所用光源的平均波長(zhǎng)，p是探測(cè)束和流動(dòng)速度矢量之間的角度， 而符號(hào)"±"表示變量相對(duì)于入射探測(cè)束方向的方向。對(duì)于本文所討 論的示例性系統(tǒng)，v^在兩個(gè)方向上都被估計(jì)為~ 0. 42mm/s(亳米/秒)。 在小動(dòng)脈、小靜脈和毛細(xì)管中行進(jìn)的紅血球的正常速度從大約0. 5mm/s變化到幾十mm/s,因而大多數(shù)經(jīng)灌注的血管可以通過(guò)所描述的0AG系 統(tǒng)布置來(lái)檢測(cè)。雖然本文大量討論了血管和血液灌注的成像，但是本發(fā)明的實(shí)施 例不限于在這樣的環(huán)境中成像，而是可以用于在醫(yī)療和非醫(yī)療場(chǎng)合中 對(duì)定向流動(dòng)進(jìn)行成像。在一個(gè)實(shí)施例中，為了驗(yàn)證0CT/0AG系統(tǒng)能夠測(cè)量雙向流動(dòng)，執(zhí) 行了一系列利用流動(dòng)仿體(phantom)的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)。該仿體由混合有用 以模擬靜態(tài)散射成分的2%乳劑的明膠制成，其中內(nèi)直徑為~ 250 nm 的毛細(xì)管被浸沒并且2%1402微粒溶液在毛細(xì)管內(nèi)以~ 2. 19 mmV分鐘 的體積流速率在流動(dòng)。探測(cè)束和該毛細(xì)管之間的角度為~ 70°,假設(shè)流 動(dòng)是層狀的，則投影到探測(cè)束上的毛細(xì)管中心的最大流速將為~ 0. 5 mm/秒。為了測(cè)量這一流動(dòng)，通過(guò)以10Hz三角波形驅(qū)動(dòng)參考反射鏡， 給B掃描上的光譜干涉圖引入~ 500Hz調(diào)制頻率。這意味著當(dāng)參考反射 鏡朝參考束移動(dòng)(上升曲線)時(shí)fM = +500Hz而在其它情況下(下降曲 線)f^-500Hz。圖16A和16B說(shuō)明了根據(jù)對(duì)這樣的流動(dòng)仿體的測(cè)量所 得到的成像結(jié)果。在獲取圖16A和16B時(shí)，在三角波形的整個(gè)周期期 間連續(xù)地獲取1000個(gè)A掃描，其中前500個(gè)掃描來(lái)自下降曲線而其它 的來(lái)自上升曲線。這些1000個(gè)A掃描被保存為一個(gè)B掃描以用于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理從而獲取圖像。因此，依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，最終圖像的第 一半和第二半代表可以從當(dāng)分別向前移動(dòng)參考反射鏡和向后移動(dòng)參考反射鏡時(shí)捕獲的數(shù)據(jù)中獲取的圖像。而且，在依據(jù)理論框架的實(shí)施例 中，這兩半圖像應(yīng)當(dāng)彼此相對(duì)于零延遲線對(duì)稱。這從圖16A和16B中 得以證實(shí)。圖16A是在毛細(xì)管中的散射流體向上流動(dòng)(即流動(dòng)方向在 光軸上的投影與探測(cè)束入射方向相反)時(shí)獲取的。因而，流動(dòng)信號(hào)僅 可以在第二半個(gè)圖像的流動(dòng)成像平面中(即在左上象限中)看見。接 著，毛細(xì)管中的流動(dòng)被反向，并得到圖16B的成像。因而，在一個(gè)實(shí) 施例中且如這些實(shí)驗(yàn)所清楚表明的，OCT/OAG成像對(duì)方向是敏感的。在 這種情況下流動(dòng)信號(hào)的大小約為管橫截面面積的65%，意味著大于0. 2 mm/s的流動(dòng)速度(假設(shè)在毛細(xì)管中層狀流動(dòng))被系統(tǒng)檢測(cè)到并且與等 式5的預(yù)測(cè)#>相符。這些實(shí)驗(yàn)還證實(shí)了在一個(gè)實(shí)施例中傅立葉空間的 全輸出平面可以用于成像目的，因?yàn)樵谠摮上裰邢遂o態(tài)分量的鏡 像。依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，實(shí)施了對(duì)頭蓋骨完好無(wú)損的活鼠大腦皮層上的 定向微血管血流進(jìn)行成像的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)方案遵照小嚙齒動(dòng)物保護(hù)與 處理的聯(lián)邦指南并且得到了動(dòng)物制度管理及使用委員會(huì)的同意。老鼠被麻醉，然后頭上的皮膚被去除以創(chuàng)建一個(gè)用于透過(guò)頭蓋骨進(jìn)行OCT 成像的窗口。圖17 (畫面A、 B、 C和D)給出了體內(nèi)結(jié)果，其中圖17A 提供了無(wú)定向信息的血管流圖的x-y投影圖像，而圖17B說(shuō)明了由當(dāng) 分別向前移動(dòng)參考反射鏡和向后移動(dòng)參考反射鏡時(shí)獲取的兩個(gè)投影圖 像合并的定向血流圖，其中可以識(shí)別小動(dòng)脈和小靜脈。更重要的是， 利用定向流圖，人們將有機(jī)會(huì)更詳細(xì)地評(píng)價(jià)血管內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)，特 別是評(píng)價(jià)血管分枝中的微流湍流(micro-flow turbulence)。圖17C 提供了經(jīng)3D體積渲染的雙向流動(dòng)圖像以及微結(jié)構(gòu)圖像(如圖所示以三 個(gè)側(cè)面為邊界)，其可以用來(lái)推斷3D空間中的流動(dòng)方向，其中圖17D 給出了坐標(biāo)定義。盡管非常令人鼓舞的是由0AG感測(cè)的流動(dòng)方向與血管網(wǎng)相對(duì)于 OAG探測(cè)束方向的3D幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)列相關(guān)，但是這種相關(guān)性使得血液灌 注的解譯變得復(fù)雜(參見圖17B和圖17C)。然而這種復(fù)雜化存在于基 于多普勒原理的所有測(cè)量技術(shù)一包括多普勒OCT—中。對(duì)下至毛細(xì)管水 平的血流方向進(jìn)行成像的能力在研究包括神經(jīng)病理學(xué)和腫瘤血管形成 在內(nèi)的多種疾病方面很重要，并且是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供的，盡 管有本文提到的潛在限制。在一個(gè)實(shí)施例中，用于對(duì)定向流動(dòng)成像的0AG的系統(tǒng)靈敏度可以 很高，接近零流動(dòng)速度。在實(shí)際意義中，流動(dòng)成像的下限可能由光譜 干涉信號(hào)的帶寬確定，所述光譜干涉信號(hào)由于生物組織的光學(xué)不均勻 性而由探測(cè)束的橫向掃描產(chǎn)生。光譜干涉信號(hào)的帶寬可以由探測(cè)束在 樣品上掃描時(shí)的采樣寬度確定。來(lái)自靜態(tài)分量和移動(dòng)分量的信號(hào)之間 的高效分離還要求調(diào)制頻率和信號(hào)帶寬不重疊。因而，在一個(gè)實(shí)施例 中，可以由0AG系統(tǒng)實(shí)際檢測(cè)到的最小血流速度是光譜干涉信號(hào)帶寬 的一半。在用圖4所描述的系統(tǒng)配置所執(zhí)行的體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，干涉 信號(hào)帶寬典型地為~ 800Hz。在一個(gè)實(shí)施例中，利用這樣的帶寬，這樣 的0AG系統(tǒng)的最小流動(dòng)速度對(duì)于體內(nèi)成像是~ 170 nm/s。然而，這樣 的靈敏度足以能夠例如在血管的最小單元一毛細(xì)管一中對(duì)單列行進(jìn)的 血細(xì)胞進(jìn)行成像。在利用數(shù)字成像方案的該發(fā)明的替換實(shí)施例中，上面討論的反射鏡不需要移動(dòng)。因而在一個(gè)實(shí)施例中，圖4中的反射鏡22可以在3D 成像執(zhí)行期間靜止不動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，這樣的數(shù)字方案的實(shí)質(zhì)是 一種處理3D數(shù)據(jù)體積以產(chǎn)生定向且定量的流動(dòng)成像的方法。為簡(jiǎn)明起 見，這里討論使用2D圖像來(lái)產(chǎn)生合成的2D圖像。此描述也應(yīng)用于3D 情況。在一個(gè)實(shí)施例中，僅收集一個(gè)如圖15所示的3D數(shù)據(jù)立方體，其 中由檢測(cè)臂30捕獲的光譜干涉信號(hào)可以被調(diào)制或者可以不被調(diào)制。通 過(guò)使用信號(hào)處理技術(shù)和干涉信號(hào)的實(shí)數(shù)值屬性，這個(gè)3D數(shù)據(jù)立方體可 以被數(shù)字調(diào)制并得到處理以產(chǎn)生樣品的結(jié)構(gòu)圖像和定向流動(dòng)圖像。下面提供用于執(zhí)行依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的數(shù)字方法的示例性步驟。在 一個(gè)實(shí)施例中(參見圖18)，在任一時(shí)刻獲得(x， AJ維度上的一個(gè) 橫截面數(shù)據(jù)點(diǎn)h (X， x)。對(duì)h (入，x)沿人維度逐列地執(zhí)行從X空間到 k空間的插值以獲取h (k， x)。沿入維度逐列地計(jì)算傅立葉變換，從 而產(chǎn)生在z上擁有正空間和負(fù)空間的H (z， x)。由H (z， x)形成兩 個(gè)函數(shù)迫使H (z， x)的負(fù)空間等于零以形成Hl (z， x)，并且迫 使H ( z， x)的正空間等于零以形成H2 (z， x)。沿x維度用已知頻 率f。數(shù)字地調(diào)制Hl (z， x)和H2 (z， x)以獲取經(jīng)調(diào)制的信號(hào)Hl，(z, x)和H2， (z， x)。在一個(gè)實(shí)施例中，f。等效于反射鏡在硬件 方案中以關(guān)系f。-2v/入移動(dòng)，其中v是反射鏡的移動(dòng)速度。沿z維度 對(duì)H1， (z， x)和H2， (z, x)執(zhí)行傅立葉逆變換，然后只取結(jié)果的 實(shí)部或虛部以形成hl ( k， x )和h2 ( k， x )。在X維度上沿x維度逐 行地計(jì)算解析函數(shù)(例如希爾伯特變換)以獲取先前操作中的數(shù)據(jù)的 復(fù)數(shù)值函數(shù)。這個(gè)操作導(dǎo)致fil(k， x)和fi2(k， x)。沿k維度執(zhí)行 fil (k， x)和fi2 (k， x)的傅立葉變換以獲取復(fù)數(shù)OCT圖像H1 (z, x) 和H2 (z， x)并取這些結(jié)果的幅值。在零延遲線(z=0)處分離IH1(z， x) I和IH2 (z， x) l以形成四幅圖像(圖18中的四個(gè)通道)。 通道1和通道4是代表樣品的結(jié)構(gòu)圖像的圖像。通道2代表指明朝入 射探測(cè)束移動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。通道3代表指明遠(yuǎn)離入射探測(cè)束移 動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，可以對(duì)3D數(shù)據(jù)立方體中y方向上可用的每個(gè)h(入，x)數(shù)據(jù)集重復(fù)上面列舉的過(guò)程。結(jié)果在一個(gè)實(shí)施例中，可以獲取3D結(jié)構(gòu)圖像和定向流動(dòng)圖像。在不同的實(shí)施例中，可以首先對(duì)y維度執(zhí)行任意一個(gè)或多個(gè)不同 操作然后對(duì)x維度執(zhí)行任意一個(gè)或多個(gè)不同操作，反之亦然。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制頻率f。等效于反射鏡在硬件方案中以關(guān)系 f。-2v/X移動(dòng)，其中v是反射鏡的移動(dòng)速度。因此，可以通過(guò)逐漸地改 變調(diào)制頻率f。來(lái)執(zhí)行定量的流動(dòng)成像。以此方式，可以確定任何流動(dòng) 速度值。雖然上述的操作是以有序的方式介紹的，但在若干實(shí)施例中不存 在執(zhí)行不同操作的特定次序。在一個(gè)實(shí)施例中，人們可以修改操作的 次序而仍然獲得相同或類似的結(jié)果。在一個(gè)實(shí)施例中，另一定性且定量的流動(dòng)成像方法使用濾波技術(shù)， 所用特定頻帶的中心位于執(zhí)行傅立葉逆變換和計(jì)算解析函數(shù)之間的頻 率f。該頻率f對(duì)應(yīng)于特定的流動(dòng)速度值。在若干實(shí)施例中，可以被使 用的濾波技術(shù)包括矩形函數(shù)、高斯函數(shù)或者具體設(shè)計(jì)的通常會(huì)在信號(hào) 處理學(xué)科中遇到的濾波函數(shù)。圖19示意性說(shuō)明了用于定向流動(dòng)映射的數(shù)字濾波方法的示例性實(shí) 施例。在該實(shí)施例中，可以在任一時(shí)刻取得(x， AJ維度上的橫截面 數(shù)據(jù)點(diǎn)h(X， x)。對(duì)h(X， x)沿X維度逐列地執(zhí)行從X空間到k空間 的插值以獲取h(k， x)?？梢匝豿維度逐行地計(jì)算傅立葉變換，從而 產(chǎn)生在f上具有正頻率空間和負(fù)頻率空間的H (k， f )?？梢杂蒆 (k， f )形成三個(gè)函數(shù)乘以第一矩形函數(shù)tl (k， f ) 以形成Hl(k， f);乘以第二矩形函數(shù)t2 (k, f)以形成H2(k， f); 和乘以第三矩形函數(shù)t3 (k， f)以形成H3 (k， f )?？梢栽趉維度上 沿f維度逐行地計(jì)算解析函數(shù)(例如通過(guò)使用傅立葉逆變換)以獲取 先前操作中的數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)值函數(shù)。這個(gè)操作可以產(chǎn)生fil (k， x) 、 fi2 (k， x)和fi3 (k， x) 在不同的實(shí)施例中，可以沿k維度執(zhí)行fil (k， x) 、 fi2 (k， x) 和fi3 ( k， x )的傅立葉變換以獲取復(fù)數(shù)OCT圖像HI ( z， x ) 、 H2 ( z， x)和H3(z， x)。然后可以獲取這些結(jié)果的幅值?？梢酝ㄟ^(guò)在零延遲 線(z=0)處分離IH1 (z， x) I、 IH2 (z, x) I和IH3 U， x) |來(lái)形 成六幅圖像(通道)。通道1和通道2是代表樣品的結(jié)構(gòu)圖像的圖像。 通道3和通道4是代表無(wú)流動(dòng)方向指示的流動(dòng)圖像的圖像。通道5代表指明朝向或遠(yuǎn)離入射探測(cè)束移動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。通道6代表指 明與通道5的流動(dòng)相反移動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。在不同的實(shí)施例中，第一矩形函數(shù)tl(k， f)可以具有如下形式在不同的實(shí)施例中，第三矩形函數(shù)t3(k， f)還可以具有如下形式:圖20說(shuō)明了應(yīng)用矩形濾波函數(shù)的示例性實(shí)施例，其中一維函數(shù)用 于幫助理解。如圖所示，三個(gè)矩形函數(shù)應(yīng)用于實(shí)數(shù)干涉圖函數(shù)h (x)， 其是以特定波數(shù)k從h (k， x)中提取的。如先前討論的不同實(shí)施例中的任意一個(gè)或多個(gè)可以被部分或整體 地結(jié)合到系統(tǒng)中。圖21說(shuō)明了 OCT系統(tǒng)2100的示例性實(shí)施例。在實(shí) 施例中，OCT系統(tǒng)2100可以包含0CT設(shè)備2110以及與OCT設(shè)備2110 耦合的一個(gè)或多個(gè)處理器2120。處理器2120中的一個(gè)或多個(gè)可以適于 執(zhí)行依據(jù)本文所公開的不同方法的方法。在不同的實(shí)施例中，OCT系統(tǒng) 2100可以包含計(jì)算設(shè)備，包括例如個(gè)人計(jì)算機(jī)，并且在這些實(shí)施例中 的各個(gè)不同實(shí)施例中，處理器中的一個(gè)或多個(gè)可以設(shè)置在該計(jì)算設(shè)備 中。依據(jù)不同實(shí)施例的OCT系統(tǒng)可以適于存儲(chǔ)不同信息。例如，OCT系 統(tǒng)可以適于存儲(chǔ)用于執(zhí)行本文所公開的一種或多種方法的參數(shù)和/或 指令。在不同的實(shí)施例中，OCT系統(tǒng)可以適于允許操作者執(zhí)行不同的任 務(wù)。例如，OCT系統(tǒng)可以適于允許操作者配置和/或發(fā)起上面描述的方 法中的各個(gè)不同方法。在一些實(shí)施例中，OCT系統(tǒng)可以適于生成或使其 生成不同信息的報(bào)告，包括例如對(duì)樣品運(yùn)行的掃描結(jié)果的報(bào)告。在包含顯示裝置的OCT系統(tǒng)的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)和/或其它信息可以第二矩形函數(shù)t2(k， f)可以具有如下形式:第三矩形函數(shù)t3(k， f)可以具有如下形式:被顯示給操作者。在若干實(shí)施例中，顯示裝置可以適于(例如，通過(guò) 觸摸屏、作用于圖標(biāo)、操控諸如操縱桿或按鈕之類的輸入裝置，等等) 接收輸入，并且該輸入在某些情況下可以被(主動(dòng)或被動(dòng)地)傳送給 一個(gè)或多個(gè)處理器。在不同的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)和/或信息可以被顯示， 并且操作者可以對(duì)此響應(yīng)地輸入信息。如先前討論的不同實(shí)施例中的任意一個(gè)或多個(gè)可以^皮部分或整體地結(jié)合到一件制品中。在不同的實(shí)施例中且如圖22所示，依據(jù)本發(fā)明 的不同實(shí)施例的一件制品2200可以包含存儲(chǔ)介質(zhì)2210以及多個(gè)在存 儲(chǔ)介質(zhì)2210中儲(chǔ)存的編程指令2220。在這些實(shí)施例中的各個(gè)不同實(shí)施 例中，編程指令2220可以適于對(duì)設(shè)備編程以使該設(shè)備能夠執(zhí)行先前所 討論的方法中的一種或多種。在不同的實(shí)施例中，OCT圖像可以提供數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中可以做 出診斷和/或評(píng)價(jià).在若干實(shí)施例中，這樣的確定可能涉及生物組織結(jié) 構(gòu)、脈管系統(tǒng)和/或微循環(huán)。例如，在一些實(shí)施例中，生物組織的3D 體內(nèi)成像以及對(duì)經(jīng)過(guò)其中各個(gè)血管的血流量化可以用于理解許多疾病 發(fā)展及治療背后的機(jī)制，包括例如缺血、變性、損傷、癲癇以及各種 其它神經(jīng)疾病。在另一些實(shí)施例中，本文所公開的OCT圖像和技術(shù)可 以用于識(shí)別癌癥、腫瘤、癡呆以及眼科疾病/狀況(包括例如青光眼、 糖尿病視網(wǎng)膜病、年齡相關(guān)的斑變性)。更進(jìn)一步，在不同的實(shí)施例 中，如本文所公開的OCT技術(shù)可以用于內(nèi)窺鏡成像以及其它內(nèi)科應(yīng)用。 前面的診斷和/或評(píng)價(jià)的示意性實(shí)施例是示例性的因而本發(fā)明的實(shí)施 例不限于所討論的這些實(shí)施例。盡管本文為了描述優(yōu)選實(shí)施例已說(shuō)明和描述了特定實(shí)施例，但是 本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白為獲得相同目的而設(shè)計(jì)的各種各樣的替代和/ 或等效實(shí)施例或?qū)嵤┓绞娇梢蕴鎿Q所示出并描述的實(shí)施例而不偏離本 發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)容易明白依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以用 各種各樣的方式來(lái)實(shí)施。本申請(qǐng)旨在覆蓋本文所討論的實(shí)施例的任何 修改或變型。因此，顯然意圖是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例僅受權(quán)利要求書 和其等效物的限制。
權(quán)利要求
1.一種成像方法，包括用來(lái)自光源的入射束掃描樣品；檢測(cè)來(lái)自樣品的一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)；通過(guò)當(dāng)在橫截面方向掃描樣品(B掃描)時(shí)線性平移參考反射鏡來(lái)調(diào)制所述一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)；和從經(jīng)過(guò)調(diào)制的一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)中獲取所述樣品的至少一幅圖像，所述至少一幅圖像包括所述樣品的全范圍結(jié)構(gòu)圖像以及所述樣品的分離的結(jié)構(gòu)/流動(dòng)圖像中的選定一幅。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述調(diào)制包括以恒定頻率調(diào)制 所述一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述獲取至少一幅圖像包括 分離所述樣品的結(jié)構(gòu)信息和該樣品的流動(dòng)信息；和 獲取第一圖像和第二圖像，該第一圖像包括結(jié)構(gòu)信息而該第二圖像包括流動(dòng)信息。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述掃描包括用入射束在x方 向和X方向上掃描所述樣品以獲取第一二維(2D)光譜干涉圖數(shù)據(jù)集， 所述x方向包括一列或多列而所述X方向包括一行或多行。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述獲取至少一幅圖像包括 沿x方向并且在第一 2D數(shù)據(jù)集的X方向上逐行地計(jì)算離散的解析函數(shù)，以獲取第一 2D數(shù)據(jù)集的復(fù)數(shù)值函數(shù)；和在x方向上逐列地把第一 2D數(shù)據(jù)集的復(fù)數(shù)值函數(shù)從譜域轉(zhuǎn)換到時(shí) 域，以獲取所述樣品的所述至少一幅圖像。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述計(jì)算離散的解析函數(shù)包括 對(duì)第一 2D數(shù)據(jù)集進(jìn)行希爾伯特變換。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換第一 2D數(shù)據(jù)集的復(fù)數(shù) 值函數(shù)包括對(duì)第一 2D數(shù)據(jù)集的復(fù)數(shù)值函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換。
8. 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括用入射束在x方向和入方向上 沿y方向掃描所述樣品以獲取第二 2D光譜干涉圖數(shù)據(jù)集，所述第一 2D 數(shù)據(jù)集和第二 2D數(shù)據(jù)集形成三維光譜干涉圖數(shù)據(jù)集。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述獲取至少一幅圖像包括獲取所述樣品的分離的結(jié)構(gòu)/流動(dòng)圖像，且其中所述樣品的流動(dòng)圖像指明 樣品的流動(dòng)方向。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中當(dāng)參考反射鏡朝入射束移動(dòng)時(shí) 所述樣品的所有B掃描的收集會(huì)給出遠(yuǎn)離入射束方向的流動(dòng)。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中當(dāng)反射鏡遠(yuǎn)離入射束移動(dòng)時(shí)樣 品的所有B掃描的收集會(huì)給出朝入射束方向的流動(dòng)。
12. —種成^(象方法，包括用來(lái)自光源的入射束掃描流動(dòng)樣品； 檢測(cè)來(lái)自該流動(dòng)樣品的一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)； 數(shù)字調(diào)制來(lái)自該流動(dòng)樣品的所述一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)，以獲 取指明該流動(dòng)樣品的流動(dòng)方向的圖像。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中數(shù)字調(diào)制包括 在任一時(shí)刻從流動(dòng)樣品中獲取(x, X)維度上的橫截面數(shù)據(jù)點(diǎn)h(X， x);對(duì)h(X， x)沿X維度逐列地執(zhí)行從X空間到k空間的插值以獲取h (k, x);沿入維度逐列地計(jì)算傅立葉變換，產(chǎn)生在z上擁有正空間和負(fù)空間 的H (z, x);由H (z， x)形成兩個(gè)函數(shù)迫使H (z， x)的負(fù)空間等于零以形 成H1 (z， x)，并且迫使H(z， x)的正空間等于零以形成H2 (z, x);沿x維度用頻率f。數(shù)字地調(diào)制Hl (z， x)和H2 (z， x)以獲取調(diào) 制的信號(hào)H1，(z， x)和H2，(z， x);沿z維度對(duì)Hl， (z， x)和H2， (z， x)執(zhí)行傅立葉逆變換，并 且只取結(jié)果的實(shí)部或虛部以形成hl (k， x)和h2 (k， x);在入維度上沿x維度逐行地計(jì)算解析函數(shù)以獲取來(lái)自傅立葉逆變換 操作的數(shù)據(jù)的復(fù)數(shù)值函數(shù)，從而產(chǎn)生fil (k, x)和fi2 (k， x);沿k維度執(zhí)行fil(k， x)和fi2(k， x)的傅立葉變換以獲取復(fù)數(shù) 光學(xué)圖像H1 (z， x)和H2 (z， x)并獲取結(jié)果的幅值；以及在零延遲線(z=0)處分離IH1 (z， x) I和IH2 (z， x) l以形成 所述流動(dòng)樣品的四幅圖像。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述四幅圖像中的兩幅代表 所述流動(dòng)樣品的結(jié)構(gòu)圖像。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述四幅圖像中的一幅代表 指明朝入射探測(cè)束移動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。
16. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述四幅圖像中的一幅代表 指明遠(yuǎn)離入射探測(cè)束移動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中數(shù)字調(diào)制包括 在任一時(shí)刻從流動(dòng)樣品中獲取(x，入)方向上的橫截面數(shù)據(jù)點(diǎn)h(入，x);對(duì)h (X， x)沿人方向逐列地執(zhí)行從人空間到k空間的插值以獲取h (k, x);沿x維度逐行地計(jì)算傅立葉變換，從而產(chǎn)生在f上具有正頻率空 間和負(fù)頻率空間的H (k， f )。通過(guò)以下步驟由H(k， f)形成三個(gè)函數(shù)乘以第一矩形函數(shù)tl (k， f)以形成H1 (k， f); 乘以第二矩形函數(shù)t2 (k， f)以形成H2 (k， f);和 乘以第三矩形函數(shù)t3 (k， f)以形成H3 (k， f); 在k方向上沿f方向逐行地計(jì)算解析函數(shù)以獲取三個(gè)函數(shù)的復(fù)數(shù) 值函數(shù)，從而產(chǎn)生fil (k， x) 、 fi2 (k， x)和fi3 (k， x);沿k方向執(zhí)行fil (k， x) 、 fi2 (k， x)和fi3 (k， x)的傅立葉變 換以獲取復(fù)數(shù)光學(xué)圖像H1 (z， x) 、 H2 (z， x)和H3 (z， x)并獲取這些圖像的幅值；以及在零延遲線(z = 0)處分離IH1 (z， x) I、 IH2 (z， x) I和IH3 (z, x) l以形成流動(dòng)樣品的六幅圖像。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述六幅圖像中的兩幅代表 所述流動(dòng)樣品的結(jié)構(gòu)圖像。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述六幅圖像中的兩幅代表 無(wú)流動(dòng)方向指示的樣品的流動(dòng)圖像。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述六幅圖像中的一幅代表 指明朝入射探測(cè)束移動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。
21. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述六幅圖像中的一幅代表 指明遠(yuǎn)離入射探測(cè)束移動(dòng)的流動(dòng)的流動(dòng)圖像。
22. —種用于體內(nèi)成像的系統(tǒng)，包括 光學(xué)相干斷層造影設(shè)備；和一個(gè)或多個(gè)處理器，該一個(gè)或多個(gè)處理器與該設(shè)備耦合并適于使該設(shè)備用來(lái)自光源的入射束掃描樣品； 檢測(cè)來(lái)自該樣品的一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)； 通過(guò)當(dāng)在橫截面方向掃描該樣品時(shí)線性平移參考反射鏡來(lái)調(diào) 制所述一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)；和從經(jīng)過(guò)調(diào)制的一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)中獲取所述樣品的至 少一幅圖像，所述至少一幅圖像包括所述樣品的全范圍結(jié)構(gòu)圖像 以及所述樣品的分離的結(jié)構(gòu)/流動(dòng)圖像中的選定一幅。
23. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)相干斷層造影設(shè)備 包括參考臂，該參考臂包括安裝在用于調(diào)制所述一個(gè)或多個(gè)光譜干涉 信號(hào)的調(diào)制裝置上的反射鏡。
24. 如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)處理器適于 使得該設(shè)備用入射束在x方向和X方向上掃描所述樣品以獲取第一二維(2D)光譜干涉圖數(shù)據(jù)集，所述x方向包括一列或多列而所述X方向包 括一行或多行。
25. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)處理器適于 使得該設(shè)備通過(guò)以下步驟獲取至少 一幅圖像沿x方向并且在第一 2D數(shù)據(jù)集的X方向上逐行地計(jì)算離散的解析 函數(shù)，以獲取第一 2D數(shù)據(jù)集的復(fù)數(shù)值函數(shù)；和在x方向上逐列地把笫一 2D數(shù)據(jù)集的復(fù)數(shù)值函數(shù)從譜域轉(zhuǎn)換到時(shí) 域，以獲取所述樣品的所述至少一幅圖像。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例包括但不限于用于光學(xué)干涉成像的方法和系統(tǒng)。光學(xué)干涉成像的方法可以包括用來(lái)自光源的入射束掃描樣品；檢測(cè)來(lái)自樣品的一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)；通過(guò)當(dāng)在橫截面方向掃描樣品時(shí)線性平移參考反射鏡來(lái)調(diào)制所述一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)；和從經(jīng)過(guò)調(diào)制的一個(gè)或多個(gè)光譜干涉信號(hào)中獲取樣品的至少一幅圖像，所述至少一幅圖像包括樣品的全范圍結(jié)構(gòu)圖像以及樣品的分離的結(jié)構(gòu)/流動(dòng)圖像中的選定一幅。
文檔編號(hào)A61B3/12GK101626719SQ200780042617
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者王瑞康 申請(qǐng)人:俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)