專利名稱：利用對(duì)光學(xué)相干斷層掃描的波陣面調(diào)制來提供散斑減少的系統(tǒng)、裝置和過程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用從樣本表面反射并且與參考光束做比較的光束來進(jìn) 行光學(xué)成像的系統(tǒng)、裝置和方法，其中在連續(xù)測(cè)量過程中修改從樣^回 的光的波陣面(wave front),使得采集的數(shù)據(jù)可以用來減少散斑(speckle) 的出現(xiàn)。示例性的系統(tǒng)、裝置和方法可以允許在橫向和軸向分辨率幾乎沒 有減小的情況下減小單個(gè)光學(xué)相干斷層掃描圖像內(nèi)的散斑對(duì)比度。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干斷層掃描是測(cè)量參考光束與從樣本反射回的檢測(cè)光束之間 的干涉的成像技術(shù)。傳統(tǒng)的時(shí)域OCT的具體系統(tǒng)說明是先由Huang等人 描述的(參見如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[1所標(biāo)記的出版物)。對(duì)于鐠域OCT 以及光頻域干涉測(cè)量系統(tǒng)和過程的示例性具體說明在例如2004年9月8 日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/US2004/029148、 2005年11月2日提交的美 國(guó)專利申請(qǐng)第11/266,779號(hào)以及2004年7月9日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第 10/501,276號(hào)中有描述，這些申請(qǐng)的公開內(nèi)容通過引用完整地結(jié)合于此。 在所有這些示例性系統(tǒng)和過程中，可以匯編一系列深度掃描以創(chuàng)建樣本的 橫截面圖像。
各種擴(kuò)展可以在OCT成像過程和系統(tǒng)上單獨(dú)提供關(guān)于組織特性的附 加信息。例如，極化敏感OCT (PS-OCT)可以提供利用對(duì)樣本的光極化 改變特性的敏感性的附加系統(tǒng)和過程(參見如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[2-6
所標(biāo)記的出版物)。兩個(gè)正交極化通道中干涉條紋的同時(shí)檢測(cè)可以允許確 定光的斯托克斯參數(shù)(參見如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[6所標(biāo)記的出版物)。
較可以產(chǎn)生光學(xué)特性如雙反射的深度分辨圖(參見如[61所標(biāo)記的出版 物)。此外，光學(xué)多普勒斷層掃描(ODT)系統(tǒng)和過程能夠進(jìn)行流的深度 分辨成像(參見如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[7-10所標(biāo)記的出版物)?？梢酝ㄟ^ 測(cè)量由光從移動(dòng)粒子的后向^L射所致的干涉條紋圖案的載波頻率的偏移 或者通過比較一個(gè)A線與下一 A線的干涉條紋圖案的相位來實(shí)現(xiàn)流敏感 性。相位分辨光學(xué)多普勒斷層掃描(ODT)系統(tǒng)和過程(參見如這里下 文給出的標(biāo)號(hào)[9、 IO]所標(biāo)記的出版物)可以通過觀測(cè)連續(xù)深度掃描之間 的相位差來實(shí)現(xiàn)流的深度分辨成像。
OCT中散斑的主要來源之一在Schmitt等人的著作中有討論(參見 如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[11所標(biāo)記的出版物)。在這一出版物中，提出應(yīng)當(dāng) 考慮在組織上入射的聚焦波在它經(jīng)過組織傳播到樣本體積、后向散射、然 后再次經(jīng)過組織傳播到透鏡時(shí)所經(jīng)歷的變化。這一出版物還提出，兩個(gè)主 要過程影響返回波的空間相干(1)光束在所需樣本體積內(nèi)外的多次后向
雖然這些過程中的第一過程是^L^面成像時(shí)散斑的主要來源，但是第二 過程在利用穿透波的相干成像系統(tǒng)如OCT中也必須加以考慮。(如在這 一出版物中所指出的)兩個(gè)過程的共同特征在于它們改變返回光束的波陣 面的形狀，并且產(chǎn)生在OCT圖像中作為散斑出現(xiàn)的局部化的構(gòu)造性和破 壞性干涉區(qū)域(參見如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[12I所標(biāo)記的出版物)。
例如，從樣本中的特定位置返回的光的波陣面被樣本的其它部分修 改。樣本的這些其它部分，包括對(duì)多次后向嘲:射有作用的鄰近區(qū)域和沿著 從特定位置返回的光的光路的區(qū)域，可以視為改變返回光束的波陣面形狀 的濾波器。所述濾波器的效果產(chǎn)生了形成所得散斑圖案的局部化的構(gòu)造性 和破壞性干涉圖案。用于在樣本中成l象的光的波長(zhǎng)的約幾分之一的改變將 造成不同濾波器并且因而也造成不同散斑圖案。
極化散斑圖案的標(biāo)準(zhǔn)偏差等于它的平均強(qiáng)度(參見如這里下文給出的 標(biāo)號(hào)[13所標(biāo)記的出版物)。因而，散斑可以掩蓋強(qiáng)度圖像中小的、薄的
或者弱^Jt的結(jié)構(gòu)的存在。此外，能夠確定相位的準(zhǔn)確度隨著更高信噪比
("SNR")而提高。反射光強(qiáng)度已被散斑所抑制的區(qū)域因此將具有更低的 SNR并且因此就相位確定而言具有更高的不定性。由于極化敏感OCT測(cè) 量和多普勒OCT測(cè)量依賴于相位確定，所以極化特性和流確定的準(zhǔn)確度 將在散斑所致破壞性干涉的這些局部化區(qū)域中受損。因此，減少散斑對(duì)比 度的能力對(duì)于傳統(tǒng)的基于強(qiáng)度的OCT以及對(duì)于擴(kuò)展型OCT如OS-OCT 和多普勒OCT可以另_有益的。
可由OCT成像分辨的最小結(jié)構(gòu)的大小取決于OCT系統(tǒng)的橫向和軸 向分辨率。軸向分辨率主要取決于源的譜帶寬，而橫向分辨率受制于用來 將光聚焦到樣本中的光學(xué)器件。樣本上的聚焦調(diào)制可以產(chǎn)生關(guān)于比橫向分 辨率更小的結(jié)構(gòu)存在的信息。
針對(duì)OCT中散斑減少的問題有數(shù)個(gè)現(xiàn)有解決方案。最簡(jiǎn)易的方法是 簡(jiǎn)單地平均同一樣本的多個(gè)正常釆集的OCT圖像。除要求多個(gè)圖像之外， 這一方法的主要問題還在于盡管每個(gè)圖IMP具有它自己的散斑圖案，但是 這些圖案常常高度相關(guān)。對(duì)于連續(xù)地快速采集的圖像就是這種情況，因而 難以察覺散斑對(duì)比度的減小。
具體而言，通過使用未極化的源光束以及以極化敏感方式來測(cè)量干涉 儀的參考臂與樣本臂之間的干涉，極化分集也可以用來減少OCT圖像中 的散斑。這一技術(shù)背后的推理在于兩個(gè)正交極化狀態(tài)所生成的圖像將具有 它們自己的散斑圖案。然而，這一方法的兩個(gè)主要缺點(diǎn)在于散斑圖案SNR 的減少是有限的，并且這樣的技術(shù)不能在PS-OCT系統(tǒng)中使用。
在空間復(fù)合過程中，從樣本體積或者,移位的多個(gè)樣本體積得到的 信號(hào)的絕對(duì)量值被平均，以形成散斑噪聲減少的新信號(hào)。該技術(shù)的效果取 決于總共被平均的信號(hào)的數(shù)目。已經(jīng)以角復(fù)合的形式使用了這一技術(shù)在 OCT中的多個(gè)早先應(yīng)用，其中位于物鏡的后向傅立葉平面中的檢測(cè)器陣 列以不同角度接^同一樣本體積后向散射的光(參見如這里下文給出的 標(biāo)號(hào)11所標(biāo)記的出版物)。這些方法就系統(tǒng)實(shí)施而言是復(fù)雜的，并且增加 了應(yīng)當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量。
頻率復(fù)合利用在針對(duì)不同光學(xué)波長(zhǎng)范圍的散斑化圖像之間的降低的 相關(guān)性。在針對(duì)光源全鐠的小的子帶的所得散斑圖案之間的相關(guān)性依賴于 所述子帶的大小和重疊(參見如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[11所標(biāo)記的出版 物)。然而，光帶寬的任何減小都可能會(huì)造成軸向分辨率的損失，這4吏得 此方法可能不適合用于OCT。
另外，已經(jīng)使用多種后處理方法來減少OCT圖像中的散斑。這些技 術(shù)包括中值濾波、同態(tài)維納濾波、多分辨率小波分析以及自適應(yīng)平滑(參 見如這里下文給出的標(biāo)號(hào)[11所標(biāo)記的出版物)。盡管這些技術(shù)中的數(shù)種技 術(shù)是有效的，但是它們要求大量計(jì)算。
因而，解決和/或克服這里上文描述的至少一些不足可能是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于克服常規(guī)系統(tǒng)和方法(包括這里上文描述的系 統(tǒng)和方法)的某些缺點(diǎn)和不足，并且提供用于利用從樣本表面反射并且與 參考光束做比較的光束來進(jìn)行光學(xué)成像的系統(tǒng)、裝置和方法的示例性實(shí)施 例，其中在連續(xù)測(cè)量過程中修改從樣^^逸回的光的波陣面，使得采集的數(shù) 據(jù)可以用來減少散斑的出現(xiàn)。
有對(duì)減小散斑對(duì)比度有益的本發(fā)明的示例性實(shí)施例的數(shù)個(gè)示例性的 方面。例如
a. 可以通過平均具有不同散斑圖案的少量深度掃描在單個(gè)圖4象內(nèi)實(shí) 現(xiàn)散斑減少。這一技術(shù)的實(shí)施并不總是增加所需采集的數(shù)據(jù)量。
b. 通過在樣本臂光束路徑中的波陣面改變?cè)奶砑觼韺?shí)施到現(xiàn)有 OCT系統(tǒng)中。
c. 無需復(fù)雜的后處理就可以實(shí)現(xiàn)圖像中的散斑對(duì)比度的減小。
d. 應(yīng)用于更復(fù)雜的成像系統(tǒng)，比如為自適應(yīng)光學(xué)器件而設(shè)計(jì)的或者 具有為高分辨率而設(shè)計(jì)的光學(xué)器件的OCT系統(tǒng)。
e. 應(yīng)用于OCT的其它變體，比如極化敏感OCT和多普勒OCT。
f. 檢測(cè)比樣本上的光聚焦體積更小的結(jié)構(gòu)。
相干光發(fā)生干涉的任何光學(xué)成像系統(tǒng)都可能會(huì)有散斑并且可以從本 發(fā)明的示例性實(shí)施例中受益。例如，可以將i殳備添加到先前存在的成〗象系 統(tǒng)如OCT系統(tǒng)或者共焦顯微鏡的樣本光束路徑中，以快速地修改從樣本 反射回到成《象系統(tǒng)中的波陣面。平均從同一位置或者鄰近位置利用該示例 性設(shè)備而獲得的少量測(cè)量結(jié)果可以減少所得圖像中散斑的出現(xiàn)。此外，對(duì) 在利用該設(shè)備的情況下獲得的數(shù)據(jù)的恰當(dāng)使用和分析將允許檢測(cè)比聚焦 體積更小的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，可以提供用于生成與樣本的至少一 個(gè)部分相關(guān)聯(lián)的信息的系統(tǒng)和方法。例如，可從至少一個(gè)部分接收和/或 向該部分發(fā)射至少一個(gè)電磁輻射?？梢蕴峁脑摬糠纸邮蘸?或向該部分 發(fā)射的電磁輻射的至少一個(gè)第一波陣面，以生成至少一個(gè)第一發(fā)射波陣 面。在生成第一發(fā)射波陣面之后，可以修改從該部分接收和/或向該部分 發(fā)射的電磁輻射的至少一個(gè)第二波陣面的至少一個(gè)特征，以生成與第一發(fā) 射波陣面不同的至少 一個(gè)第二修改波陣面。上述過程可以由至少 一個(gè)第一 裝置實(shí)現(xiàn)。另夕卜，可以例如使用至少一個(gè)第二裝置、基于第一發(fā)射波陣面 和第二修改波陣面來生成所述信息。
在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例中，可以在修改所述一個(gè)第二波陣面的 特征之前^"改第一波陣面的至少一個(gè)特征，以生成第一修改波陣面?？梢?基于第一和第二修改波陣面來生成所述信息?？梢曰诘谝缓偷诙薷牟?陣面來生成另外的信息，并且所述另外的信息可以與比接收電磁輻射的該 部分的聚焦體積更小的該部分的特定體積相關(guān)聯(lián)。第一裝置可以包括微可 變形鏡、可變形反射膜、可變形透射膜、光電空間光調(diào)制裝置、旋轉(zhuǎn)或者 平移、反射或者透射元件和/或被配置成修改至少一個(gè)電磁輻射的波陣面 的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實(shí)施例，可以平均所述信息以產(chǎn)生散斑噪聲 比所述信息中的散斑噪聲更低的結(jié)果數(shù)據(jù)。第一裝置可以位于導(dǎo)管裝置 中。第二裝置可以包括可從樣本臂接收至少第一和第二波陣面并且從參考 臂接收另 一 電磁輻射的干涉儀裝置。第一和第二波陣面可以與在樣本的該 部分內(nèi)的近似同 一聚焦體積相關(guān)聯(lián)。第二裝置可以包括共焦顯微鏡裝置。 電磁輻射的第二波陣面的特征可以是第二波陣面的相位，并且其中可以將
相位改變最多約2。
在本發(fā)明的另 一示例性實(shí)施例中，可補(bǔ)償與樣本的該部分和/或在第 一裝置和/或第二裝置內(nèi)的光束路徑相關(guān)聯(lián)的預(yù)定波陣面失真。第一裝置 還可以包括至少一個(gè)第三裝置，第三裝置可以是至少一個(gè)光纖和/或具有 針孔的結(jié)構(gòu)。第三裝置可以選擇從樣本的該部分接收的電磁輻射的至少一 個(gè)部分。所述信息可以與所述至少一個(gè)部分的^^射率、在該部分內(nèi)的運(yùn)動(dòng) 和/或該部分的極化特性相關(guān)聯(lián)?？梢蕴峁┝硪谎b置，該另一裝置被配置 成利用在所述部分上的電磁輻射來掃描所述部分，以生成與所述部分(例 如解剖結(jié)構(gòu))的二維圖像和/或三維圖^^目關(guān)聯(lián)的另外的信息。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施例的以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的其它特征
和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


本發(fā)明的示例性目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合示出本發(fā)明示例性實(shí)施例
的附圖的以下詳細(xì)描述中變得清楚，在附圖中
圖1是才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)散斑減少的波陣面<務(wù)改的>^射方法的示例 性實(shí)施例的圖示；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)散斑減少的波陣面修改的透射方法的示例 性實(shí)施例的圖示；
圖3《j艮據(jù)本發(fā)明的過程的示例性實(shí)施例的流程圖4是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的系統(tǒng)和過程的使用的示例性實(shí)施 的圖示，其中使用了將光束引向微可變形鏡的準(zhǔn)直儀；
圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的系統(tǒng)和過程的使用的示例性實(shí)施 的圖示，其中使用了遠(yuǎn)心配置的附加透鏡；
圖6 ^!^艮據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例生成的各種微可變形鏡所得的示例 性橫向和軸向分辨率的散射圖7是用于增加根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例生成的微可變形鏡圖案的 幅度的示例性信噪比的圖8是用單個(gè)靜態(tài)圖案(左側(cè)對(duì))來成像并且在兩個(gè)不同的鏡圖案(右 側(cè)對(duì))之間交替的小雞肌肉的示例性樣本的強(qiáng)度和相位延遲圖像；
圖9^1根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的圖8的小雞的示例性樣本的相位延 遲圖像的軸向FWHM、強(qiáng)度散斑對(duì)比度和標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖；以及
圖IO是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的利用靜態(tài)鏡圖案(左側(cè)集)在活 體中采集的并且在兩個(gè)不同鏡圖案(右側(cè)集)之間交替的示例性人的指尖 區(qū)域的圖像。
在附圖中，除非另有指明，否則相同標(biāo)號(hào)和字符用來表示所示實(shí)施例 的相似特征、元件、部件或者部分。另外，盡管現(xiàn)在將參照附圖具體描述
主題發(fā)明，但是這是結(jié)合示例性實(shí)施例來進(jìn)行的。旨在可以在不脫離如所 附權(quán)利要求限定的主題發(fā)明的真實(shí)范圍和精神的情況下對(duì)描述的實(shí)施例 進(jìn)行變化和修改。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的示例性實(shí)施例包括對(duì)示例性O(shè)CT成像系統(tǒng)的樣本臂的某些 修改，并且還可以包括用以修改檢測(cè)到的從樣4^逸回的光的空間模型(例 如修改從樣^il回的光的波陣面)的設(shè)備。例如，用設(shè)備的不同設(shè)置從同 一或者鄰近位置采集的少量測(cè)量結(jié)果可以以在軸向或者橫向分辨率損失 很小的情況下減小單個(gè)圖像中的散斑對(duì)比度的方式一起被平均。這可以提 供對(duì)本來由于散斑的存在而被掩蓋或者難以分辨的小的、薄的或者弱反射
的結(jié)構(gòu)的更好成像。在使用該設(shè)備時(shí)獲得的數(shù)據(jù)也可以用#測(cè)小于聚焦 體積的結(jié)構(gòu)的存在。
圖1提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)散斑減少的波陣面修改的反射方法的 示例性實(shí)施例的圖示。圖2提供了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)散斑減少的波陣面修 改的透射方法的示例性實(shí)施例的圖示。例如，從樣本的聚焦體積(圖1 的1000和圖2的2000 )返回的光的波陣面(圖1的1010和圖2的2010 ) 可祐^樣本的其它部分(圖1的1020、 1030和圖2的2020、 2030 )調(diào)制， 這有可能引起特定的散斑問題。可以在樣本光束路徑中引入元件(圖1 的1070和1080)以進(jìn)一步修改波陣面，這造成不同的散斑圖案。波陣面 改型可以針對(duì)連續(xù)深度或者橫向掃描來變化，使得這些掃描將具有不同的 散斑圖案。平均少量掃描結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生散^t比度減小的圖像，而所得圖 像的結(jié)構(gòu)無變化。
在樣本臂光束路徑中引入這種能夠修改光學(xué)元件的波陣面的兩個(gè)示 例性方式可以分別是通過^^射和透射，如圖1和圖2中所示。在這些示例 性方法中，全樣本光束內(nèi)小光束的4^P5MS長(zhǎng)度通過波陣面修改部件(圖 1的1070和圖2的2070 )而相對(duì)于彼此《^#地被修改，這造成整個(gè)光束 的改變的波陣面(1080和2080 )。通it^深度掃描之間改變?cè)撔」馐薷?圖案，可以產(chǎn)生不同的散斑圖案。這些相對(duì)移動(dòng)的幅度只需是約光學(xué)波長(zhǎng) 的一小部分，以明顯地改變散斑圖案?？梢栽谏疃葤呙柚g修^目對(duì)# 長(zhǎng)度改變的圖案，并且可以平均來自同一或者鄰近區(qū)域的少量深度掃描的 所得測(cè)量結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)單個(gè)圖像內(nèi)的散斑減少。盡管具有不同散斑圖案的 至少兩次這樣的深度掃描是優(yōu)選的，但是可以使用任何數(shù)目的波陣面圖案 和深度掃描來進(jìn)一步減少散斑。
在圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的示例性實(shí)施例的流程圖。例如， 可以用波陣面變形圖案1采集深度或者橫向剖面3000，繼而用波陣面變形圖案2采集剖面2 3010。然后可以平均深度剖面1和2中的信息以減少 散斑3020?？梢酝ㄟ^采集和總共平均來自與更大數(shù)目的波陣面變形圖案 相對(duì)應(yīng)的更大數(shù)目的深度剖面的信息來提高散斑減少的量。
為了不改變系統(tǒng)的軸向分辨率，優(yōu)選的是整個(gè)光M徑長(zhǎng)度在圖案之 間的變化小于系統(tǒng)的軸向分辨率。此外，可以通過保證由波陣面改變光學(xué) 元件引起的樣本光束的最小角位移來很大程度地保持系統(tǒng)的橫向分辨率。
反射式的本發(fā)明示例性實(shí)施例的某些示例性實(shí)現(xiàn)可以包括但不限于 使用微可變形鏡(mDM)、使用其上引X^面波的反射膜以及使用回旋、 平移或者旋轉(zhuǎn)>^射元件，其中通過將光學(xué)元件的不同區(qū)域移動(dòng)到樣本光束 路徑中以4更連續(xù)測(cè)量來引入不同的波陣面圖案。透射式的其它示例性實(shí)現(xiàn) 可以包括但不限于^吏用可以發(fā)送振動(dòng)或者聲波的固態(tài)或者氣態(tài)透射元件、 使用液晶器件來改變穿過它的小光束的相位或者回旋、平移或者旋轉(zhuǎn)透射 光學(xué)元件，其中可以通過將光學(xué)元件的不同部分移動(dòng)到樣本光^徑中來 引入不同的小光A^徑長(zhǎng)度圖案。在各種情況下，最優(yōu)選的是能夠在整個(gè) 樣本光束的小光束之間引入小的相對(duì)路徑長(zhǎng)度或者相位變化，使得光束的 波陣面得到修改，以及能夠在連續(xù)測(cè)量之間改變?cè)摬嚸娓淖兊膱D案。
本發(fā)明的示例性目的之一在于通過總共平均具有不同散斑圖案的少 量測(cè)量結(jié)果來減少散斑。通過在OCT圖像的連續(xù)深度掃描的采集之間快 速地改變散斑圖案，可以在單個(gè)圖像內(nèi)實(shí)現(xiàn)明顯的散斑減少。除常規(guī)強(qiáng)度 OCT成^象之夕卜，本發(fā)明的示例性實(shí)施例還可以與OCT的擴(kuò)展或者變型一 起使用，所述OCT的擴(kuò)展或者變型包括但不限于極化敏感OCT以及多 普勒OCT系統(tǒng)和過程。由于波陣面改變的示例性應(yīng)用可能應(yīng)當(dāng)在圖4象基 本結(jié)構(gòu)不變的情況下改變散斑圖案，所以O(shè)CT的這些功能擴(kuò)展和變型不 應(yīng)當(dāng)非常不利地受到根據(jù)本發(fā)明的一種或者多種技術(shù)的示例性實(shí)施例的 影響。本發(fā)明的示例性實(shí)施例對(duì)于這些擴(kuò)展和變型的效果之一可以是提高 可分辨的最小可檢測(cè)相位差。
本發(fā)明的示例性實(shí)施例也可以與自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)一起^f吏用。自適應(yīng)光 學(xué)系統(tǒng)一般使用波陣面?zhèn)鞲衅骱筒嚸娓淖冊(cè)硎箻颖竟馐窂街械?波陣面變平，以便提高所得圖像的橫向分辨率。對(duì)于本發(fā)明的示例性實(shí)施 例而言優(yōu)選的此類波陣面修改可以疊加于自適應(yīng)光學(xué)器件所需的波陣面 修改上，以便也減少散斑在所得圖像內(nèi)的出現(xiàn)。
本發(fā)明示例性實(shí)施例的另 一使用可以是修改在樣本上入射的光束的 聚焦以檢測(cè)在樣本的聚焦體積內(nèi)的子結(jié)構(gòu)。入射光束聚焦可以被調(diào)制成匹
配樣本的聚焦體積內(nèi)小的子結(jié)構(gòu)。例如，聚焦的空間結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成對(duì) 特定間距和尺寸的子結(jié)構(gòu)提供最大>^射。這樣的測(cè)量與具有不同調(diào)制聚焦 圖案的其它測(cè)量的比較就可以產(chǎn)生與尺寸小于聚焦體積的結(jié)構(gòu)有關(guān)的信 息。
示例性支持?jǐn)?shù)據(jù)
在圖4中示出了使用微可變形鏡mDM 4020的本發(fā)明示例性實(shí)施例 的示例性實(shí)施。例如，mDM 4020具有3x3平方毫米反射表面，該反射表 面可以通過12x12陣列的140個(gè)激勵(lì)器(陣列的拐角不可控)來修改。鐠 域OCT系統(tǒng)的樣本臂可以由準(zhǔn)直儀4010構(gòu)成，該準(zhǔn)直儀將2毫米直徑 的光束引向微可變形鏡4020。光可以被反射到裝配電流計(jì)的鏡4030上， 該鏡在光穿過聚焦透鏡4040 (f=60毫米)之后掃描樣本4050上的光。
圖5是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的系統(tǒng)和過程的使用的示例性實(shí)施 例的圖示，其4吏用遠(yuǎn)心配置的附加透鏡。例如，示例性配置包括分別與圖 4的透鏡4010和4040以及準(zhǔn)直儀4030類似的透鏡5010和5080以及準(zhǔn) 直儀5050。此外，圖5的示例性配置利用鏡5020將光束引向附加透鏡5030 和5040，這些透鏡將光束引向準(zhǔn)直儀5050。準(zhǔn)直儀5040然后將光束引向 另外的透鏡5060、 5070，這些透鏡通過透鏡5080將光束引向樣本50卯。
可以根據(jù)具有各種空間頻率和幅度的某些示例性圖案來設(shè)置mDM 的激勵(lì)器，使得圖案的整個(gè)高度恒定。在該示例性實(shí)施例中使用的鏡圖案 如圖6中所示可以由2x2 6000、 2x2s 6010、 6x6 6020和12x12 6030表示。 所述圖案可以基于檢^^L，其中每個(gè)工件由多個(gè)激勵(lì)器構(gòu)成。例如，對(duì)于 12x12圖案6030，在兩個(gè)值之間交替的每個(gè)激勵(lì)器的高度以大約激勵(lì)器的 中間高度為中心。對(duì)于2x2圖案6000，可以用同一方式計(jì)算在兩個(gè)值之 間交替的由36個(gè)激勵(lì)器構(gòu)成的正方形的高度。2x2s圖案6010是2x2圖 案6000的正弦平滑形式。
可以通過針對(duì)具有可變幅度的靜態(tài)圖案對(duì)分辨率目標(biāo)(例如Air Force 1951)進(jìn)行成像來確定根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的系統(tǒng)的耦合效 率、橫向和軸向分辨率。在圖7和圖8中分別示出了這些示例性測(cè)量7000 和8000的結(jié)果。例如，用于不同圖案的軸向FWHM從12.2微米到13.3 微米變化，這代表軸向分辨率的示例性最小變化。對(duì)于各種示例性圖案， 橫向分辨率范圍從22微米到31微米，也沒有明顯地改變。在某些情況下， 橫向分辨率降級(jí)，但是這一降級(jí)可以歸因于2x2圖案的反射角偏差。整個(gè) 樣本成像系統(tǒng)的效率對(duì)于各種圖案的增加的幅度而言表現(xiàn)了反射信號(hào)的
降低的信噪比(SNR)。鏡圖案對(duì)是基于它們的SNR值被選擇的。
利用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和過程的示例性實(shí)施例，同時(shí)以與深度掃描釆 集速率近似相同的速率使mDM在6x6圖案與匹配的12x12圖案之間交 替，來釆集小雞雞肉的示例性樣本的圖像序列。然后利用靜態(tài)6x6圖案對(duì) 同一示例性樣本進(jìn)行成像。所述圖像由覆蓋2x2毫米區(qū)域的2048x256個(gè) 像素構(gòu)成，并且同樣地通過總共平均4個(gè)深度掃描結(jié)果來處理。在圖9 中示出了代表性圖像。對(duì)于在鏡圖案9010之間交替的情況下采集的強(qiáng)度 和極化圖像而言明顯地減少了散斑的出現(xiàn)，而全部強(qiáng)度和相位延遲圖像保 持相同。在成像序列過程中確定了如從樣本的高JLH射表面所確定的示例 性軸向分辨率10000、在強(qiáng)度(例如散斑對(duì)比度)的標(biāo)準(zhǔn)偏差和均值之間 的示例性比值10010以及相位延遲的標(biāo)準(zhǔn)偏差10020，并且在圖10中示 出。鏡的狀態(tài)從交替狀態(tài)變?yōu)樵趲?1與幀12之間的靜態(tài)。這由所計(jì)算的 相位延遲的標(biāo)準(zhǔn)偏差和散斑對(duì)比度的急劇上升來指示。軸向分辨率沒有明 顯變化。數(shù)據(jù)表明在沒有分辨率損失的情況下通過使鏡圖案在兩個(gè)狀態(tài)之 間交替而減少了散斑。
利用靜態(tài)鏡圖案11000并且在連續(xù)深度掃描之間的鏡圖案之間交替 11010對(duì)人的指紋的基本上同一區(qū)域進(jìn)行成像。在圖11中所示的圖像中 圖示了散斑的出現(xiàn)。
這里描述的參考文獻(xiàn)如下。
1. Huang, D.， Swanson, E.A., Lin, C.P., Schuman, J.S., Stinson, W.G.' Chang, W., Hee, M.R.， Flotte, T., Gregory, K.， Puliafito， C.A., k乂及Fujimoto， J.G,, Op"'cW Coterewce TbmogM; ;^. Science, 1991. 254(5035): p. U78-U81.
2. de Boer, J.F., Milner, T.E., van Gemert' M丄C., p乂及Nelson, J.S., TVw-
j咖"fve 。Wca/ coA"ertce她ogr—y Opt. Lett, 1997, 22(12): p. 934-936.
3. Everett, M.J., Schoeneriberger, K.， Colston, B.W.p乂及Da Silva, L.B.,
她og—y Opt Lett., 1998. 23(3): p. 228-230.
4. de Boer' J.R, Srinivas, S.M., Malekafzali， A.' Chen, Z.,以及Nelson, J.S.,/麗ging /Ae/ 7M/fy必7wagai /)0/ar加&0n s幼礎(chǔ)ve ，z'ca/ coAerewce
f卿gm由.Opt Exp., 1998. 3(6): p, 212-218.
5. Schmitt， J.M. 以及Xiang， S.H., Cmw,/anire(f i)flcfoca泡尸oWcaZ
co/zere加e tomogra/jAy o/Opt, Lett, 1998. 23(13): p. 1060-聽.
6. de Boer, J.F., Miner, T.R，以及Nelson， J.S.,"故;w/"加》w /A《
m o〖verf iS/ofes /jaraw故,s o//妙/ 6crcfoc加em/加wi to"6/rf艦血6>> wse o/ po/ariza&ow-iSe鵬'《fve o/7"ca/ co&erenee towiograp^y. Optics Letters, 1999. 24(5): p. 300-302.
7. Chen, Z.P., Milner, T.E., Srinivas, S., Wang, X丄，Malekafzali， A., vanGemert, M.J.C"以及Nelson， J.S., Mv^"mf/ve ^agt'rtg vjfvo ve/oc砂
oprica/Z)qpp/e〃o;nog,apA乂 Optics Letters, 1997.22(14): p, 1119-112L
8. Izatt, JT.A., Kulkami, M.D" Yazdanfar, S., Barton, J.K.,以及We線A.J., 7h
w'vo 6z'A'recrio"aZ co/w ZJojpp/e/- _/7ow !> (2g/"g y pfcotoer Wood vo/鵬a o/j"W co/;emjce tomogr。gAy. Optics Letters, 1997. 22(18): p. 1439-
"41.
9. Zhao, Y.H" Chen, Z.P., Saxer, C" Xiang, S.H., de Boer， J.F.,.以及Nelson, J.S.，
towogr印A^y/or Wooc/yiovv z>i /t訓(xùn)a" sfc'n w油speerf
ve/ocf/^ w"s!'"v!'/);. Optics Letters, 2000. 25(2): p. 114-116.
10. Zhao, Y.H" Chen, Z.P.， Saxer， C., Shen, Q,M" Xiang， S.H., de Boer， J.F.,以及
Nelson, J.S., Do/Jjpfer加wc/i2rt/ fifevz'油'ort / n喂'"g/or c嵐oz/ nom'torf"g o/ v/vo Awmtwj油.《 Woo</7。w. Optics Letters, 2000. 25(18): p. 1358-1360.
11. Schmitt, J.M., Xiang, S.H.，.以及Yung, K.M., z. 印/z'ar/ coAe柳ce
她ograp知.Journal of Biomedical Optics, 1999. 4(1): p. 95-105.
12. Wax, A.以及Thomas, J.E"她ajwemen/ o/jpA鵬-，ce
》r j771aW-attgZe sca;te"'"g a /wr6W附e必wm. Journal of the Optical Society of America a-Optics Image Science and Vision, 1998.15(7): p. 1896-1908.
13. Dainty, J-C.,丄aser anc 尸&enowe"a. 1984: Springer-Verlag.
前文僅說明了本發(fā)明的原理。鑒于這里的教導(dǎo)，對(duì)所述實(shí)施例的各種 修改和變動(dòng)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是清楚的。事實(shí)上，根據(jù)本發(fā)明示例性 實(shí)施例的裝置、系統(tǒng)和方法可以與任何OCT系統(tǒng)、OFDI系統(tǒng)、SDOCT 系統(tǒng)或者其它成像系統(tǒng)一起使用和/或?qū)嵤┻@些系統(tǒng)，并且可以例如與 2004年9月8日提交的國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/US2004/029148、 2005年11月 2日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?bào)?1/266,779號(hào)以及2004年7月9日提交的美 國(guó)專利申請(qǐng)第10/501,276號(hào)中描述的系統(tǒng)一起使用，這些專利申請(qǐng)的公開 內(nèi)容通過引用整體上結(jié)合于此。因此將認(rèn)識(shí)到，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠構(gòu) 思雖然這里沒有明確地示出或者描述但是實(shí)施本發(fā)明的原理并且因此在 本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的許多系統(tǒng)、裝置和方法。此外，由于現(xiàn)有技術(shù)知 識(shí)未在以上通過引用明確地結(jié)合于此，現(xiàn)在將現(xiàn)有技術(shù)知識(shí)整體上明確地 結(jié)合于此。以上引用于此的所有出版物都通過引用整體上結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于生成與樣本的至少一個(gè)部分相關(guān)聯(lián)的信息的系統(tǒng)，包括至少一個(gè)第一裝置，其被配置成i)從所述至少一個(gè)部分接收和/或向所述至少一個(gè)部分發(fā)射至少一個(gè)電磁輻射；ii)提供從所述至少一個(gè)部分接收和/或向所述至少一個(gè)部分發(fā)射的所述至少一個(gè)電磁輻射的至少一個(gè)第一波陣面，以生成至少一個(gè)第一發(fā)射波陣面，iii)在生成所述第一發(fā)射波陣面之后，修改從所述至少一個(gè)部分接收和/或向所述至少一個(gè)部分發(fā)射的所述至少一個(gè)電磁輻射的至少一個(gè)第二波陣面的至少一個(gè)特征，以生成與所述第一發(fā)射波陣面不同的至少一個(gè)第二修改波陣面；以及至少一個(gè)第二裝置，其被配置成基于所述第一發(fā)射波陣面和所述第二修改波陣面來生成所述信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一裝置在修改 所述至少 一個(gè)第二波陣面的所述至少 一個(gè)特征之前修改所述至少 一個(gè)第 一波陣面的至少一個(gè)特征，以生成第一l務(wù)改波陣面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二裝置基于所 述第一和第二修改波陣面來生成所述信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二裝置基于所 述第一和第二修改波陣面來生成另外的信息，所述另外的信息與比接收所述至少 一個(gè)電磁輻射的所述至少 一個(gè)部分的聚焦體積更小的所述至少一個(gè)部分的特定體積相關(guān)聯(lián)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一裝置包括以 下裝置中的至少一個(gè)微可變形鏡、可變形反射膜、可變形透射膜、光電 空間光調(diào)制裝置、旋轉(zhuǎn)或者平移、反射或者透射元件或者被配置成修改所 述至少 一個(gè)電磁輻射的波陣面的裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二裝置被配置 成平均所述信息以產(chǎn)生散斑噪聲比所述信息中的散斑噪聲更低的結(jié)果數(shù) 據(jù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一裝置位于導(dǎo) 管裝置中。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二裝置包括從 樣本臂接收至少所述第 一和第二波陣面并且從參考臂接收另外的電磁輻 射的干涉儀裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二波陣面與在所 述樣本的所述至少一個(gè)部分內(nèi)的近似同一聚焦體積相關(guān)聯(lián)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第二裝置包括共 焦顯微鏡裝置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電磁輻射的所述 至少一個(gè)第二波陣面的所述至少一個(gè)特征是所述至少一個(gè)第二波陣面的 相位，并且其中所述至少一個(gè)第一裝置將所iW目位修改最多約21。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一裝置還被配 置成補(bǔ)償與以下中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的預(yù)定波陣面失真所述樣本的所述 至少一個(gè)部分，或者在所述第 一裝置或所述第二裝置中至少一個(gè)裝置內(nèi)的 光絲徑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一裝置還包括 至少一個(gè)第三裝置，所述第三裝置是至少一個(gè)光纖或者具有針孔的結(jié)構(gòu)中 的至少 一個(gè)，并且其中所述至少 一個(gè)第三裝置被配置成選擇從所述樣本的 所述至少 一個(gè)部分接收的所述至少 一個(gè)電磁輻射的至少 一個(gè)部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述信息與以下中的至少一個(gè) 相關(guān)聯(lián)所述至少一個(gè)部分的反射率、所述至少一個(gè)部分內(nèi)的運(yùn)動(dòng)或者所 述至少一個(gè)部分的極化特性。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，還包括另一裝置，其被配置成利 用所述至少一個(gè)部分上的所述至少一個(gè)電磁輻射來掃描所迷至少一個(gè)部 分，以生成與所述至少一個(gè)部分的二維圖像或者三維圖像中的至少一個(gè)相 關(guān)聯(lián)的另外的信息。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述樣本包括解剖結(jié)構(gòu)。
17. —種用于生成與樣本的至少一個(gè)部分相關(guān)聯(lián)的信息的方法，包括a)從所述至少一個(gè)部分接收或向所述至少一個(gè)部分發(fā)射至少一個(gè)電 磁輻射； b )提供從所述至少一個(gè)部分接收和/或向所述至少一個(gè)部分發(fā)射的所 述至少一個(gè)電磁輻射的至少一個(gè)第一波陣面，以生成至少一個(gè)第一發(fā)射波 陣面，C)在生成所述第一發(fā)射波陣面之后，修改從所述至少一個(gè)部分接收 和/或向所述至少 一個(gè)部分發(fā)射的所述至少 一個(gè)電磁輻射的至少 一個(gè)第二 波陣面的至少一個(gè)特征，以生成與所述第 一發(fā)射波陣面不同的至少 一個(gè)第二修改波陣面；以及d )基于所述第一發(fā)射波陣面和所述第二修改波陣面來生成所述信息。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括e) 在修改所述至少第二波陣面的所述至少一個(gè)特征之前，修改所述至少一個(gè)第一波陣面的至少一個(gè)特征以生成第一修改波陣面，其中基于所 述第 一和第二修改波陣面來生成所述信息。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括f) 平均所述信息以產(chǎn)生散斑噪聲比所述信息中的散斑噪聲更低的結(jié) 果數(shù)據(jù)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括g) 補(bǔ)償與以下中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的預(yù)定波陣面失真所述樣本的所述至少一個(gè)部分，或者在配置成執(zhí)行步驟(a) - (d)中至少一個(gè)步驟 的至少 一個(gè)裝置內(nèi)的光^jj^ 。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括h) 基于所述第一和第二修改波陣面來生成另外的信息，所述另外的 信息與比接收所述至少一個(gè)電磁輻射的所述至少一個(gè)部分的聚焦體積更 小的所述至少 一個(gè)部分的特定體積相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明可以提供用于生成與樣本的至少一個(gè)部分相關(guān)聯(lián)的信息的示例性系統(tǒng)和方法。例如，有可能從所述至少一個(gè)部分接收和/或向該部分發(fā)射至少一個(gè)電磁輻射。可以提供從該部分接收和/或向該部分發(fā)射的電磁輻射的至少一個(gè)第一波陣面，以生成至少一個(gè)第一發(fā)射波陣面。在生成第一發(fā)射波陣面之后，可以修改從該部分接收和/或向該部分發(fā)射的電磁輻射的至少一個(gè)第二波陣面的至少一個(gè)特征，以生成與第一發(fā)射波陣面不同的至少一個(gè)第二修改波陣面。另外，可以基于第一發(fā)射波陣面和第二修改波陣面來生成所述信息。
文檔編號(hào)G01B9/02GK101370426SQ200780002527
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者博里斯·許萊·帕克, 約翰內(nèi)斯·F·德·布爾 申請(qǐng)人:通用醫(yī)療公司