專利名稱：光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備及其方法，尤其涉及用于拍攝眼底和皮膚的截面的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
近年來，實(shí)際使用了利用低相干光的光學(xué)相干技術(shù)的光學(xué)相干斷層圖像攝像(以下稱為0CT)設(shè)備。OCT設(shè)備是醫(yī)療領(lǐng)域、特別是眼科領(lǐng)域中有用的設(shè)備。OCT設(shè)備可以提供眼底視網(wǎng)膜部分的斷層圖像，并且對于眼底部分的疾病診斷正變得必不可少。這里，將簡要說明OCT的原理。將低相關(guān)光分成參考光和測量光。測量光入射至被檢體，并且在斷層圖像攝像區(qū)域上被反射。使得所反射的返回光與參考光進(jìn)行干涉。所獲得的干涉光可以用于獲取被檢體的斷層圖像。OCT分為TD(時域)系統(tǒng)和FD(頻域)系統(tǒng)這兩類。FD-OCT系統(tǒng)是用于通過對從干涉光獲得的干涉信號針對頻率進(jìn)行傅立葉變換來 獲取斷層圖像的方法。因?yàn)榕cTD系統(tǒng)相比，F(xiàn)D-OCT系統(tǒng)能以較高的速度獲取斷層圖像，所以FD-OCT系統(tǒng)是當(dāng)前的主流。近年來，嘗試提高分辨率以提高要獲取的斷層圖像的質(zhì)量。OCT分辨率分為作為測量光的沿光軸的分辨率的縱向分辨率和作為與光軸垂直的方向上的分辨率的橫向分辨率。針對使用OCT的斷層圖像眼底測量，縱向分辨率對于識別層結(jié)構(gòu)來說是重要的，并且層厚度對于判斷眼部疾病很重要。OCT中的縱向分辨率主要由測量中使用的光的性能來確定。如果光的波長光譜是高斯分布，則縱向分辨率由以下表達(dá)式(I)表示。Ie=J+ (MJDL ■ AAf (表達(dá)式 I)這里，I。是表示為相干函數(shù)的半值寬度的縱向分辨率，λ ^表示光的中心波長，Δ λ表不光的波長寬度，以及Λ GDL表不OCT中的參考光學(xué)系統(tǒng)和測量光學(xué)系統(tǒng)之間的色散量的差。以上表達(dá)式假定波長光譜是高斯分布。如果光具有非高斯分布的光譜，則縱向分辨率相對于以上表達(dá)式劣化。然而，中心波長λ ^和光波長寬度Λ λ示出相同的變化，因而以上表達(dá)式不失一般性。從表達(dá)式(I)理解到可以通過以下來提高縱向分辨率(I)減小光中心波長；(2)增大光波長寬度；以及(3)使得干涉儀中的參考光學(xué)系統(tǒng)和測量光學(xué)系統(tǒng)之間的色散一致。眼科OCT系統(tǒng)使用近紅外區(qū)域(具有850nm附近的波長)。因?yàn)楣庠谝暰W(wǎng)膜中被吸收，所以可用波長帶在低波長側(cè)具有限制。因此，在眼科O CT系統(tǒng)所使用的波長帶中，難以通過減小中心波長來提高縱向分辨率。此外，由于眼底部分前面的玻璃體的吸收損失以及傳感器靈敏度的降低，該波長帶在長波長側(cè)也具有限制。
由此，考慮上述限制，可以通過⑵增大光波長寬度來提高縱向分辨率。事實(shí)上，隨著近年來寬帶低相干光的實(shí)際使用的進(jìn)展，已經(jīng)研究了通過(2)增大光波長寬度來提高縱向分辨率和臨床價值(“Ultrahigh-resolution, high-speed, Fourier domain opticalcoherence tomography and methods for dispersion compensation，，，OPTICS EXPRESSVol. 12，No. 11，3IMay 2004，PP2404-2422)。這里，將說明色散補(bǔ)償。OCT要求參考光路和測量光路的色散特性一致。將色散特性的一致化稱為色散補(bǔ)償。圖8是示出利用OCT的在反射面上的深度方向上的兩個強(qiáng)度分布的示意圖一個分布具有色散補(bǔ)償，一個分布沒有色散補(bǔ)償。虛線表示沒有色散補(bǔ)償?shù)暮喕植迹约皩?shí)線表示具有色散補(bǔ)償?shù)暮喕植?。圖8示出不充分的色散補(bǔ)償降低了表示深度方向上的分辨率的相干函數(shù)強(qiáng)度，并且增大了半值寬度，從而使縱向分辨率劣化。日本特開2007-267927公開了使用水進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)腛CT系統(tǒng)。該OCT系統(tǒng)的特征在于，在參考光路側(cè)放置填充有具有70%以上的含水量的介質(zhì)的容器，并且以上介質(zhì)可以抑制測量對象所引起的色散的影響。日本特開2007-267927還公開了可以使容器變形以 提供根據(jù)被檢體的狀態(tài)的色散補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)。文獻(xiàn)“Ultrahigh-resolution, high-speed, Fourier domain optical coherencetomography and methods for dispersion compensation”, OPTICS EXPRESS Vol. 12, No. I1，31May2004, PP2404-2422公開了利用希爾伯特變換、使用迭代法的數(shù)學(xué)的色散補(bǔ)償手段。為了在OCT中使用寬帶光提高縱向分辨率，在要使用的波長帶上進(jìn)行色散補(bǔ)償是重要的。不利的是，測量對象的色散特性針對各波長而不同，由此，較寬的波長帶使得難以利用單一材料來補(bǔ)償色散，這可能抑制縱向分辨率的提高。文獻(xiàn)“Ultrahigh-resolution, high-speed, Fourier domain optical coherencetomography and methods for dispersion compensation”, OPTICS EXPRESS Vol. 12, No. I1，31May2004, PP2404-2422公開了使用寬帶光的OCT結(jié)構(gòu)。使用多種玻璃材料來進(jìn)行色散補(bǔ)償。水和玻璃材料在長的波長范圍(大約900nnT950nm的波長帶)中具有非常不同的色散特性。因而，在寬帶上難以利用上述文獻(xiàn)中所公開的設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行對水的色散補(bǔ)償。日本特開2007-267927中所公開的結(jié)構(gòu)的特征在于，OCT系統(tǒng)使用水、根據(jù)測量對象來進(jìn)行色散補(bǔ)償。不利的是，因?yàn)槭褂盟M(jìn)行色散補(bǔ)償涉及管理困難和質(zhì)量劣化，該結(jié)構(gòu)在例行使用中存在問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，一種光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，用于基于干涉光來獲取被檢體的斷層圖像，其中，通過使照射至所述被檢體的測量光的返回光與對應(yīng)于所述測量光的參考光進(jìn)行干涉來獲得所述干涉光，所述光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備包括第一色散補(bǔ)償單元，在所述測量光的波長帶上具有第一色散補(bǔ)償特性；以及第二色散補(bǔ)償單元，設(shè)置在所述第一色散補(bǔ)償單元上并且在所述測量光的波長帶上具有第二色散補(bǔ)償特性。本發(fā)明可以在寬帶上根據(jù)測量光學(xué)系統(tǒng)中存在的各種結(jié)構(gòu)的色散特性對經(jīng)由參考光學(xué)系統(tǒng)的參考光進(jìn)行色散補(bǔ)償。通過以下參考附圖對典型實(shí)施例的說明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


圖1是示出第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。圖2示出第二實(shí)施例的色散補(bǔ)償部。圖3是色散材料的群速度色散的圖。圖4是利用水進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的群速度色散的圖。圖5是利用各色散材料進(jìn)行色散補(bǔ)償所需的厚度的圖。圖6是采用第一實(shí)施例的聚碳酸酯厚度作為參數(shù)的BK7厚度的圖。圖7是關(guān)于殘留色散量的圖。圖8是關(guān)于由色散導(dǎo)致的相干函數(shù)的變化的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。第一實(shí)施例將參考圖1說明根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備。圖1示出作為用于執(zhí)行本發(fā)明的具體示例的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備。在圖1中，光源100在本實(shí)施例中是SLD (超發(fā)光二極管)，但可以是任意低相干光源。具體例子包括ASE (放大自發(fā)光)光源、諸如鈦藍(lán)寶石激光器和SC (超連續(xù))光源等的超短脈沖光源、以及SS(掃頻源)光源。該波長帶在850nm附近，但是，因?yàn)樵谛枰钥v向分辨率為代價來測量被檢體的較深的部分的情況下，使用具有更長波長帶的光源，所以期望根據(jù)目的來選擇波長帶。光纖稱合器101將從光源100發(fā)射的寬帶光分割成穿過構(gòu)成參考光路的光纖103的參考光109和穿過構(gòu)成測量光路的光纖102的測量光111。期望光纖耦合器101對參考光109和測量光111的分割比率具有較少的波長依賴性，并且具有接近恒定的分割比率。分割得到的測量光111從光纖準(zhǔn)直器110作為平行光發(fā)射。穿過光纖準(zhǔn)直器110而成為平行光的測量光111被發(fā)射到作為被檢體的眼部116的視網(wǎng)膜。為了在視網(wǎng)膜上掃描測量光111，測量光111穿過掃描光學(xué)系統(tǒng)，然后利用物鏡114和電驅(qū)動臺115對測量光111進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)，其中掃描光學(xué)系統(tǒng)包括要由掃描器鏡控制器117掃描的掃描器鏡112和掃描器透鏡113。隨后，測量光111由眼部116的視網(wǎng)膜反射并且在反方向上進(jìn)入上述測量光路。同時，分割得到的參考光109從光纖準(zhǔn)直器104作為平行光發(fā)射，并且入射到第一色散補(bǔ)償構(gòu)件105和第二色散補(bǔ)償構(gòu)件106上。第一色散補(bǔ)償構(gòu)件105具有第一色散補(bǔ)償特性，以及第二色散補(bǔ)償構(gòu)件106具有不同于第一色散補(bǔ)償特性的第二色散補(bǔ)償特性。根據(jù)本實(shí)施例，第一色散補(bǔ)償構(gòu)件105由作為光學(xué)玻璃的BK7實(shí)現(xiàn)，以及第二色散補(bǔ)償構(gòu)件106由作為光學(xué)塑料的聚碳酸酯實(shí)現(xiàn)。例如，BK7是23mm厚，以及聚碳酸酯是大約2mm厚。以上厚度是假定840nm波長帶時的厚度。以上厚度根據(jù)波長帶而改變?？蛇x地，光學(xué)玻璃105可以是除BK7以外的光學(xué)玻璃。例如，可以使用F2。此外，光學(xué)塑料106不限于聚碳酸酯。穿過色散補(bǔ)償構(gòu)件105和106的參考光109由參考系統(tǒng)反射鏡107反射。將參考系統(tǒng)反射鏡107放置在電驅(qū)動臺108上以調(diào)節(jié)位置。注意，通過PC 121和臺控制器122來控制電驅(qū)動臺108對參考光109的光路長度調(diào)節(jié)。
光纖耦合器101將作為返回光的測量光111和由參考系統(tǒng)反射鏡107所反射的參考光109經(jīng)由合成光路光纖118作為干涉光引導(dǎo)至分光器119。還將由分光器119針對各波長分光后的干涉光引導(dǎo)至根據(jù)各波長的光檢測元件120。PC 121使用背景技術(shù)中所述的各種系統(tǒng)，根據(jù)光檢測元件120的檢測結(jié)果來生成斷層圖像。根據(jù)本實(shí)施例，光纖稱合器101用作用于將從光源發(fā)射的光分割成參考光109和測量光111的單元，并且還用作用于通過使所反射的參考光109與從利用測量光111所照射的被檢體返回的返回光進(jìn)行干涉來獲得干涉光的單元。從分光器119至PC121的結(jié)構(gòu)與用于基于干涉光來獲取被檢體的斷層圖像的單元相對應(yīng)。現(xiàn)在將具體說明本實(shí)施例的測量光路中所使用的色散補(bǔ)償。測量光路包括諸如掃描器透鏡113和物鏡114等的各種透鏡、以及作為被檢體的眼部116的玻璃體和晶狀體，其各自具有針對各波長而不同的折射率。因此，為了提高縱向分辨率，需要將與上述各種透鏡以及玻璃體和晶狀體分別相對應(yīng)的構(gòu)件插入?yún)⒖脊饴分小Ｒ驗(yàn)榭梢圆迦胪哥R材料，所以對 以上各種透鏡進(jìn)行色散補(bǔ)償不是很難。然而，因?yàn)椴Ａw和晶狀體大部分是水，所以難以對玻璃體和晶狀體進(jìn)行色散補(bǔ)償。圖5示出對于針對具有平均軸長的被檢體和在圖I中所示的測量光路中使用的色散材料要進(jìn)行的色散補(bǔ)償、BK7和聚碳酸酯在作為單一材料使用時的針對各波長所需的厚度。從圖5應(yīng)當(dāng)理解的是，在BK7和聚碳酸酯(PC)的短波長側(cè)和長波長側(cè)的色散補(bǔ)償所需的厚度之間差異顯著。原因是水的色散特性在大約Ium的波長處具有零色散。由此，越接近I μ m，作為眼部的色散材料的水的色散特性與BK7和聚碳酸酯的色散特性越不相同。如JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS Vol. 4, No. I, 144-151 所公開的，通過以下表達(dá)式(2)將群速度色散GD表不為關(guān)于群折射率ng的波長的一階微分。GD = ^ = -A^-4 (表達(dá)式 2)
λ λ^圖3是示出與作為色散補(bǔ)償單元的色散補(bǔ)償構(gòu)件的水以及ΒΚ7和聚碳酸酯的材料有關(guān)的群速度色散GD的波長依賴性的圖。圖4是由水的GD標(biāo)準(zhǔn)化后的各色散補(bǔ)償構(gòu)件的⑶、即表達(dá)式(3)的波長依賴性的圖。GDratio 二(表達(dá)式 3)
^n-arer應(yīng)當(dāng)理解，ΒΚ7 (在圖4中由Λ標(biāo)記)的⑶比率(以下稱為OTR)相對于波長而單調(diào)增加，并且與短波長側(cè)相比，在長波長側(cè)ΒΚ7相對于水的群速度色散較大。這意味著在由ΒΚ7進(jìn)行水的色散補(bǔ)償?shù)那闆r下，色散補(bǔ)償所需的厚度在短波長側(cè)和長波長側(cè)之間不同。這里，示出對測量光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行全色散所需的ΒΚ7和聚碳酸酯的厚度的波長依賴性的圖5顯示色散補(bǔ)償厚度針對各波長而單調(diào)變化，并且單一使用的ΒΚ7或聚碳酸酯的波長越接近寬帶，色散補(bǔ)償越難。由此，從表達(dá)式(I)推斷出，即使光源的波長是寬帶，OCT縱向分辨率也不能提供完全的色散補(bǔ)償，從而不能實(shí)現(xiàn)期望的縱向分辨率。由此，如圖4所示，本實(shí)施例使用GDR波長依賴性具有相反特性的兩種材料。使用由以下表達(dá)式數(shù)學(xué)地表示為微分特性的多個色散補(bǔ)償構(gòu)件。Sgn(成")心—=)(表達(dá)式 4)
λ λ
表達(dá)式(4)中的sgn(x)是符號函數(shù)，其中，在x是正的情況下為1，在x是O的情況下為0，以及在X是負(fù)的情況下為-I。使用滿足表達(dá)式⑷的兩種材料材料I和材料2，并控制兩種材料的厚度，這可以實(shí)現(xiàn)與使用一種材料的色散補(bǔ)償相比更精確的色散補(bǔ)償。此外，這可以在不使用水的情況下對作為玻璃體的主要成分的水進(jìn)行色散補(bǔ)償。例如，在BK7的情況下，針對群速度色散，由群速度色散/與測量對象的色散材料有關(guān)的群速度色散所表示的函數(shù)的關(guān)于波長的微分特性是正的。由此，與BK7 —起使用由具有使函數(shù)的符號反轉(zhuǎn)為負(fù)的微分特性的材料所組成的色散補(bǔ)償單元以抵消符號，從而可以獲得從短波長側(cè)至長波長側(cè)的適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償特性。預(yù)期如上所述的色散補(bǔ)償?shù)奈锢砭忍岣咭鹨韵吕米鳛楹筇幚淼娜缥墨I(xiàn)“Ultrahigh-resolution, high-speed, Fourier domain optical coherence tomography andmethods for dispersion compensation”，OPTICS EXPRESS Vol. 12，No. 11，31May2004，PP2404-2422中所公開的迭代法進(jìn)行色散補(bǔ)償?shù)臄?shù)值計(jì)算量降低，攝像時的對準(zhǔn)精度提高，以及疾病攝像缺失減少。 根據(jù)本實(shí)施例，BK7和聚碳酸酯的組合滿足表達(dá)式(4)的關(guān)系。注意，雖然本實(shí)施例使用BK7和聚碳酸酯的組合，但是可以使用滿足表達(dá)式(4)的關(guān)系的任意組合的材料。注意，材料也不限于兩種材料，只要材料滿足表達(dá)式(4)的關(guān)系即可。例如，可以使用滿足表達(dá)式(5)的關(guān)系的三種材料。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，用于基于干涉光來獲取被檢體的斷層圖像，其中，通過使照射至所述被檢體的測量光的返回光與對應(yīng)于所述測量光的參考光進(jìn)行干涉來獲得所述干涉光，所述光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備包括 第一色散補(bǔ)償單元，在所述測量光的波長帶上具有第一色散補(bǔ)償特性；以及第二色散補(bǔ)償單元，設(shè)置在所述第一色散補(bǔ)償單元上并且在所述測量光的波長帶上具有第二色散補(bǔ)償特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，還包括圖像獲取單元，所述圖像獲取單元用于基于所述干涉光來獲取所述被檢體的斷層圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，所述第一色散補(bǔ)償單元和所述第二色散補(bǔ)償單元的厚度在所述測量光的波長帶上沒有色散特性的波長依賴性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，所述第一色散補(bǔ)償單元和所述第二色散補(bǔ)償單元配置有各自具有如下關(guān)系的一對色散補(bǔ)償單元由色散材料的群速度色散/測量對象的色散材料的群速度色散所表示的函數(shù)的關(guān)于波長的微分特性在符號上相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，所述第一色散補(bǔ)償單元和所述第二色散補(bǔ)償單元各自還包括用于改變沿著所述參考光的光軸的厚度的單J Li o
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，通過由光學(xué)玻璃制成的色散補(bǔ)償單元和由光學(xué)塑料制成的色散補(bǔ)償單元來分別配置所述第一色散補(bǔ)償單元和所述第二色散補(bǔ)償單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)塑料是聚碳酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，減小了所述光學(xué)塑料的雙折射效應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備，其特征在于，還包括用于控制所述第一色散補(bǔ)償單元和所述第二色散補(bǔ)償單元中的至少一個色散補(bǔ)償單元的狀況的單J Li o
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備。使用具有寬波長帶的測量光來提供在縱向分辨率上出色的斷層圖像。光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備基于干涉光來獲取被檢體的斷層圖像，其中通過使來自入射至被檢體的測量光的返回光與對應(yīng)于測量光的參考光進(jìn)行干涉來獲得干涉光，光學(xué)相干斷層圖像攝像設(shè)備包括第一色散補(bǔ)償單元，在測量光的波長帶上具有第一色散補(bǔ)償特性；以及第二色散補(bǔ)償單元，設(shè)置在第一色散補(bǔ)償單元上并且在測量光的波長帶上具有第二色散補(bǔ)償特性。
文檔編號A61B3/14GK102846306SQ20121022371
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者黑坂亮治 申請人:佳能株式會社