本披露涉及光譜器械以及方法，并且更確切地涉及瞬時(shí)時(shí)域光學(xué)相干斷層成像術(shù)(iTD-OCT)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)相干斷層成像術(shù)(OCT)是一種用于對(duì)至少部分反射光的樣本材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢查的干涉分析技術(shù)。在OCT中，用光線來(lái)基于在參考光束和與樣本材料相互作用的采樣光束之間產(chǎn)生的光學(xué)干涉來(lái)測(cè)量距離和深度輪廓。

因?yàn)闃颖静牧习▋?nèi)部界面或在其處光折射率變化的其他特征，來(lái)自樣本光束的入射光的一部分被反射回去或者被背向散射并且能夠用來(lái)與參考光束重疊而在OCT器械進(jìn)行干涉檢測(cè)。樣本材料通?？梢允轻槍?duì)OCT器械使用的光波長(zhǎng)展現(xiàn)出一定透明度的任何樣本物品或者其一部分。OCT要用于分析包括與折射率變化相關(guān)聯(lián)的、相對(duì)復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)的樣本材料。例如，除了其他材料之外，用于OCT分析的樣本材料可以包括透明塑料或生物組織。

已經(jīng)開發(fā)了商業(yè)診斷和臨床OCT器械來(lái)用于生物組織的體內(nèi)成像，并且尤其是用于對(duì)人眼中的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。具體地，OCT器械被用于測(cè)量人眼的不同部分的幾何和光學(xué)特征。為了診斷眼科健康狀況和開發(fā)合適的治療計(jì)劃，這樣的OCT分析提供的幾何和光學(xué)特征能夠?qū)Σ∪说膯为?dú)眼睛進(jìn)行生物力學(xué)或生理建模。相比其他方法，由于使用OCT提供的帶有相對(duì)高的軸向分辨率的、相對(duì)大的散射生物組織的穿透深度，并且容易將入射光應(yīng)用于病人上，所以O(shè)CT是一種用于眼科學(xué)中的多種不同應(yīng)用的有效功能成像技術(shù)。具體地，OCT可以用于早期檢測(cè)許多眼睛疾病的發(fā)病機(jī)理。例如，角膜特別適合于OCT測(cè)量和分析，并且OCT已經(jīng)廣泛用于分析與角膜相關(guān)聯(lián)的多種不同生物結(jié)構(gòu)。

常規(guī)OCT器械根據(jù)不同的原理操作,這些原理各自在某些功能方面或商業(yè)方面特別受限。以下進(jìn)一步詳細(xì)介紹了某些類型的OCT器械的操作，這些器械使用不同的方法來(lái)操作以獲得樣本材料在相對(duì)于入射光束的軸向(Z)方向上的一維(1D)光學(xué)深度輪廓(被稱為‘A型掃描’)。應(yīng)理解定時(shí)，多種不同類型的OCT器械可以進(jìn)一步以機(jī)械方式橫向(即，在X和Y方向上)掃描來(lái)獲得二維(2D)和三維(3D)圖像數(shù)據(jù)。

OCT的一種實(shí)現(xiàn)方式是時(shí)域OCT(TD-OCT)，其中，寬帶低相干光源被分成參考光束和樣本光束，這些光束被出于干涉測(cè)量目的地加以重疊。在TD-OCT中，在軸向方向上、對(duì)應(yīng)于樣本光束的入射光的測(cè)量深度地時(shí)域調(diào)制參考光束的光路長(zhǎng)度，以便獲得樣本材料的光學(xué)深度輪廓。因此，在TD-OCT中，使用參考光束偏轉(zhuǎn)裝置(例如，參考光束反射鏡)的周期性移動(dòng)來(lái)進(jìn)行軸向深度掃描，同時(shí)使用單通道光強(qiáng)度檢測(cè)器(即，光檢測(cè)器)捕獲重疊后的參考調(diào)制光束的強(qiáng)度(即，干涉圖)。從而，當(dāng)具有相對(duì)簡(jiǎn)單構(gòu)造的檢測(cè)器時(shí)，TD-OCT器械仍然根據(jù)參考調(diào)制掃描程序操作，這可能增加成本、復(fù)雜性，并且導(dǎo)致用于成像目的的操作相對(duì)緩慢。

OCT器械的其他實(shí)現(xiàn)方式包括頻域OCT(FD-OCT)(有時(shí)又稱為傅里葉域OCT)，其包括頻譜域OCT(SD-OCT)和掃頻源OCT(SS-OCT)。FD-OCT器械基于干涉圖中的頻率信息操作，該干涉圖由樣本光束與樣本材料中在不同軸向深度的物理特征的相互作用(即，背向散射)引起。從而，為了獲得在軸向方向(即，A型掃描)上的光學(xué)深度輪廓，在FD-OCT中，對(duì)干涉圖信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。另外，因?yàn)樵贔D-OCT中省略了對(duì)參考光路長(zhǎng)度的調(diào)制，所以具有固定參考光束的FD-OCT器械可以省略移動(dòng)光學(xué)部分，由此能夠快速收集具有時(shí)域穩(wěn)定測(cè)量靈敏度的A型掃描。

在SD-OCT中，通常采用寬帶低相干光源，而檢測(cè)器包括用于解析干涉圖中的頻率信息的光譜儀。從而，SD-OCT器械可以能夠相對(duì)快速成像，但可能包括具有對(duì)對(duì)齊敏感的相機(jī)裝置的相對(duì)昂貴的光譜儀，其導(dǎo)致成本相對(duì)高并且物理尺寸大。在SS-OCT中，窄帶高相干光源(即，可調(diào)諧激光器)被調(diào)諧在期望的頻帶上，同時(shí)使用光檢測(cè)器與光源調(diào)諧協(xié)作來(lái)采集該頻帶內(nèi)的干涉圖。因此，SS-OCT器械會(huì)能夠使用高靈敏度且相對(duì)低成本的檢測(cè)器快速成像，但可能具有比期望的要差的軸向或橫向成像分辨率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，所披露的用于執(zhí)行時(shí)域光學(xué)相干斷層成像術(shù)的方法包括產(chǎn)生樣本光束和參考光束并且使該參考光束沿固定光路傳播至駐波波導(dǎo)光譜儀的光軸。該方法還包括使該樣本光束傳播至樣本。該樣本光束的一部分可以被該樣本背向散射，從而產(chǎn)生測(cè)量光束。該方法可以包括使該測(cè)量光束傳播至該駐波波導(dǎo)光譜儀的光軸、并且從該駐波波導(dǎo)光譜儀接收干涉信號(hào)。該干涉信號(hào)可以指明該駐波波導(dǎo)光譜儀內(nèi)該參考光束與該測(cè)量光束之間的光學(xué)干涉。

在某些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括處理該干涉信號(hào)以產(chǎn)生該樣本的光學(xué)深度輪廓。該方法可以包括掃描該樣本以產(chǎn)生指明該樣本的圖像數(shù)據(jù)。該樣本光束可以被引導(dǎo)至該樣本的不同橫向位置，同時(shí)在各橫向位置產(chǎn)生光學(xué)深度輪廓。

在另一披露方面，用于執(zhí)行iTD-OCT的測(cè)量器械包括光源和用于將來(lái)自該光源的光分成樣本光束和參考光束的分束器。該測(cè)量器械可以包括檢測(cè)器，該檢測(cè)器包括具有光軸的駐波波導(dǎo)光譜儀。該參考光束可以從該分束器傳播至該駐波波導(dǎo)光譜儀的光軸。該樣本光束可以傳播至樣本，同時(shí)該樣本光束的一部分被該樣本背向散射，從而產(chǎn)生測(cè)量光束。該測(cè)量光束可以從該樣本傳播至該駐波波導(dǎo)光譜儀的光軸。該駐波波導(dǎo)光譜儀可以產(chǎn)生干涉信號(hào)，該干涉信號(hào)指明該駐波波導(dǎo)光譜儀內(nèi)該參考光束與該測(cè)量光束之間的光學(xué)干涉。

在具體實(shí)施例中，該光學(xué)干涉可以在該駐波波導(dǎo)光譜儀內(nèi)發(fā)生在第一寬度上，使得該第一寬度線性地與該樣本光束在該樣本內(nèi)的穿透深度相對(duì)應(yīng)。該測(cè)量光束可以包括由該樣本在該穿透深度內(nèi)背向散射的光子。該干涉信號(hào)可以由該駐波波導(dǎo)光譜儀內(nèi)的多個(gè)檢測(cè)器像素同時(shí)產(chǎn)生，而這些檢測(cè)器像素對(duì)該光學(xué)干涉敏感。

在一些實(shí)施例中，該測(cè)量器械可以進(jìn)一步包括用于處理該干涉信號(hào)以產(chǎn)生該樣本的光學(xué)深度輪廓的信號(hào)處理模塊。該參考光束的光路長(zhǎng)度可以在處理該干涉信號(hào)時(shí)保持固定。該測(cè)量器械可以進(jìn)一步包括用于將該樣本光束引導(dǎo)至該樣本的不同橫向位置的掃描元件?？梢栽诟鳈M向位置產(chǎn)生光學(xué)深度輪廓。

附圖說(shuō)明

為了更徹底理解本發(fā)明及其特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖所做出的說(shuō)明，在附圖中：

圖1是TD-OCT器械的現(xiàn)有技術(shù)框圖；

圖2是iTD-OCT器械的實(shí)施例的選定元件的框圖；

圖3是iTD-OCT檢測(cè)器的實(shí)施例的選定元件的框圖；并且

圖4是執(zhí)行iTD-OCT的方法的選定要素的流程圖。

具體實(shí)施方式

在以下說(shuō)明中，通過舉例的方式對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行闡述以便于討論所披露主題。然而，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明顯的是，所披露的實(shí)施例是示例性的并且不是所有可能的實(shí)施例的窮舉。

如在此使用的，參考數(shù)字的用連字符連接的形式指元件的特定實(shí)例，并且參考數(shù)字的未用連字符連接的形式指集體元件。因此，例如，裝置‘12-1’指的是裝置類型的實(shí)例，該裝置類型可以集體性地被稱為多個(gè)裝置‘12’并且該裝置類型中的任一者可以一般性地被稱為一個(gè)裝置‘12’。

現(xiàn)在參照附圖，現(xiàn)有技術(shù)圖1是示出了時(shí)域光學(xué)相干斷層成像術(shù)(TD-OCT)器械100的框圖。TD-OCT器械100并非按比例畫出，而是示意性表示。如所示，TD-OCT 100用于分析樣本112，該樣本可以表示人眼，并且具體是人眼的角膜。并且，在TD-OCT 100中，坐標(biāo)系120限定相對(duì)于樣本112的Z軸向方向和X與Y橫向方向，使得樣本光束130在軸向方向Z上朝樣本112傳播。

如所示，TD-OCT 100包括光源102，低相干源光束123產(chǎn)生于該光源并且沿著源光路122被引入。源光束123沿著源光路122朝分束器104傳播。分束器104產(chǎn)生沿著參考光路124傳播的參考光束134和沿著樣本光路128傳播的樣本光束130。參考光束134沿著光路124從分束器104朝向參考反射鏡106傳播并且接著回到分束器104。樣本光束130沿著樣本光路128經(jīng)由掃描反射鏡108朝樣本112傳播。測(cè)量光束132沿著樣本光路128傳播，也經(jīng)由掃描反射鏡108從樣本112返回。

樣本光束130從分束器104沿著樣本光路128傳播并且朝著樣本112反射離開掃描反射鏡108。掃描反射鏡108以機(jī)械方式傾斜從而能夠在橫向方向X和Y上掃描以便對(duì)樣本112進(jìn)行2D或3D掃描操作。測(cè)量光束132包括被樣本112背向散射的光子并且在反射離開掃描反射鏡108之后沿著樣本光路128朝著分束器104行進(jìn)返回。

在分束器104處，參考光束134與測(cè)量光束132重疊并且重疊后的光束沿著檢測(cè)光路126傳播。檢測(cè)光路126朝著光檢測(cè)器110傳播重疊后的參考光束134和測(cè)量光束132。參考光束134的光路長(zhǎng)度(總光路長(zhǎng)度從分束器104延伸至參考反射鏡106、至分束器104、到達(dá)光檢測(cè)器110)可以通過參考反射鏡106的機(jī)械位移來(lái)調(diào)制。這種調(diào)制與在軸向方向Z上掃描樣本112以獲得光學(xué)深度輪廓(即，A型掃描)相對(duì)應(yīng)。

由于光路長(zhǎng)度差，重疊后的參考光束134和測(cè)量光束132沿著朝光檢測(cè)器110傳播的檢測(cè)光路126發(fā)生光學(xué)干涉。光檢測(cè)器110可以包括光電二極管或產(chǎn)生指明光檢測(cè)器110處的入射光強(qiáng)度的電信號(hào)的類似裝置。如所示，光檢測(cè)器110輸出電信號(hào)至信號(hào)處理模塊114，該信號(hào)處理模塊可以包括用于信號(hào)調(diào)節(jié)、解調(diào)、數(shù)字化、和數(shù)字信號(hào)處理的對(duì)應(yīng)電路。信號(hào)處理模塊114產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)116，該圖像數(shù)據(jù)可以表示使用TD-OCT 100采集的1D、2D或3D圖像數(shù)據(jù)。

在操作時(shí)，參考光束134的光路長(zhǎng)度與樣本光束130和測(cè)量光束132合起來(lái)的光路長(zhǎng)度之間的光路長(zhǎng)度差通過參考反射鏡106精確調(diào)制，使得干擾圖樣沿著檢測(cè)光路126并且具體地在檢測(cè)器110處產(chǎn)生。因?yàn)闇y(cè)量光束132由樣本112內(nèi)的背向散射要素引起，所以針對(duì)給定的參考反射鏡106位置，到達(dá)光檢測(cè)器110并由其感測(cè)到的干涉圖樣強(qiáng)度與在樣本112處的具體分析深度精確對(duì)應(yīng)。然而，參考反射鏡106的機(jī)械位移在TD-OCT 100的不同操作方面是限制因素，包括限制TD-OCT 100可達(dá)到的總體掃描速度，尤其針對(duì)2D和3D成像應(yīng)用是如此。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，描繪了瞬時(shí)時(shí)域光學(xué)相干斷層成像術(shù)(iTD-OCT)器械200的實(shí)施例的選定元件的框圖。

如圖2中所示，iTD-OCT器械200用于分析樣本212，該樣本可以表示人眼，并且具體是人眼的角膜或晶狀體。在iTD-OCT器械200中，坐標(biāo)系220限定相對(duì)于樣本212的Z軸向方向和X與Y橫向方向，使得樣本光束226在軸向方向Z上朝樣本212傳播。應(yīng)注意，在不同實(shí)施例中，可以使用橫向方向X和Y的不同取向。

在圖2中，iTD-OCT器械200表示一種能夠?qū)崿F(xiàn)非常高速的光學(xué)深度輪廓信號(hào)采集(A型掃描)的TD-OCT器械，這種器械與之前關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)圖1討論的TD-OCT器械100相比較而言，不受參考反射鏡的機(jī)械調(diào)制的限制。如所示，iTD-OCT器械200能夠使用參考光束230的固定參考光路222基本上同時(shí)捕獲和測(cè)量整個(gè)A型掃描，這消除了參考反射鏡的機(jī)械移動(dòng)。在軸向(Z)方向上的整個(gè)光學(xué)深度輪廓內(nèi)瞬時(shí)捕獲樣本212中的所有背向散射要素的干涉信號(hào)的光譜檢測(cè)器能夠捕獲和采集A型掃描。如圖2中所示，iTD-OCT器械200包括光譜檢測(cè)器的駐波波導(dǎo)光譜儀210。在其它實(shí)施例中，可以使用其他類型的光譜檢測(cè)器。例如，代替駐波波導(dǎo)光譜儀210，iTD-OCT器械200可以與掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(SNOM)傳感器陣列一起使用。在SNOM傳感器陣列中，與干擾圖樣相關(guān)聯(lián)的倏逝場(chǎng)可以耦合至一系列具有非常小直徑的光纖的相應(yīng)端部并且使用光檢測(cè)器陣列來(lái)進(jìn)行感測(cè)。

從而，iTD-OCT器械200可以代表保持內(nèi)部校準(zhǔn)和光學(xué)調(diào)整好的機(jī)械穩(wěn)定且穩(wěn)健的OCT器械，類似于具有光譜儀的SD-OCT器械。另外，由于iTD-OCT器械200基于時(shí)域干涉進(jìn)行操作，所以如以下將進(jìn)一步詳細(xì)描述的，可以省略使用對(duì)光譜信息的傅里葉變換的后處理，這可以使信號(hào)處理模塊214與用于SD-OCT的、也同時(shí)采集整個(gè)A型掃描的相當(dāng)?shù)男盘?hào)處理模塊相比較大大加速。此外，iTD-OCT可以省略FD-OCT進(jìn)行的原始傳感器信號(hào)至波數(shù)(k)空間內(nèi)的線性化。iTD-OCT器械200的又進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)可以是通過將多種不同部件小型化和集成為單個(gè)緊湊固態(tài)單元而實(shí)現(xiàn)，這與其他類型的OCT器械相比較可以進(jìn)一步減少成本和改進(jìn)功能。

如所示，圖2中的iTD-OCT器械200包括光源202，該光源是低相干光源。光源202代表樣本光束226和參考光束230的單一光源。因此，為了干涉目的，樣本光束226和參考光束230兩者的光路長(zhǎng)度起始于分束器204。換言之，分束器204是樣本光束226和參考光束230共享的光學(xué)起點(diǎn)。

在圖2中，樣本光束226沿著樣本光路224-1和224-2從分束器204傳播至樣本212。測(cè)量光束228沿著樣本光路224-1、224-2和224-3從樣本212傳播至駐波波導(dǎo)光譜儀210。樣本光束226在掃描反射鏡218處重新定向以能夠在橫向方向X和Y上掃描樣本212。這種掃描基本上不改變樣本光束226和測(cè)量光束228中的光子的相應(yīng)光路長(zhǎng)度。因而，樣本光路224是固定路徑。在圖2所描繪的示例性安排中，測(cè)量光束228包括來(lái)自樣本光束226的、被樣本212背向散射并且沿著光路224-2朝部分反射鏡205行進(jìn)返回的光子。測(cè)量光束228沿著光路224-3從部分反射鏡205傳播至駐波波導(dǎo)光譜儀210的第一端211。

如圖2中的實(shí)例實(shí)施例所描繪的，參考光束230沿著參考光路222朝著駐波波導(dǎo)光譜儀210的第二端213傳播。參考光路222是固定光路并且包括光路222-1、222-2和222-3。固定反射鏡206-1使參考光束230從光路222-1轉(zhuǎn)向到光路222-2。固定反射鏡206-2使參考光束230從光路222-2轉(zhuǎn)向到光路222-3。應(yīng)注意，在其他實(shí)施例中，可以使用參考光路222的不同安排。

因而，測(cè)量光束228在駐波波導(dǎo)光譜儀210的第一端211處入射并且參考光束230在駐波波導(dǎo)光譜儀210的第二端213處入射。在駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)，在圖2所示的示例性安排中，參考光束230和測(cè)量光束228在以相反方向傳播的同時(shí)重疊。在其他安排中，可以使用參考光束230或測(cè)量光束228的不同傳播方向。

對(duì)于駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)的重疊后的光束，方程1給出的光路長(zhǎng)度相等限定了光束之間的光路長(zhǎng)度差為零的狀況。

L_Samp＝L_Ref 方程(1)

在方程1中，L_Samp是通過樣本光束226與測(cè)量光束228的光路長(zhǎng)度之和給出的樣本光路224上的總光路長(zhǎng)度。L_Ref是通過參考光束230的光路長(zhǎng)度給出的參考光路222上的總光路長(zhǎng)度。可以就圖2中所示的光路長(zhǎng)度方面闡述方程1，如方程2所給出的。

L1+2*L2+L3＝L4+L5+L6 方程(2)

在方程2中，L1是沿光路224-1傳播的樣本光束226的光路長(zhǎng)度。L2是沿光路224-2傳播的樣本光束226的光路長(zhǎng)度。L3是沿光路224-3傳播的測(cè)量光束228的光路長(zhǎng)度。L4是沿光路222-1傳播的參考光束230的光路長(zhǎng)度。L5是沿光路222-2傳播的參考光束230的光路長(zhǎng)度。L6是沿光路222-3傳播的參考光束230的光路長(zhǎng)度。

如所示，光路224-3和222-3被測(cè)量到駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)的共用終止點(diǎn)。當(dāng)該共用終止點(diǎn)是光路長(zhǎng)度差的零點(diǎn)時(shí)，就可以鄰近駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)的零點(diǎn)發(fā)展出光學(xué)干涉(例如，呈干涉圖樣形式)。引起光學(xué)干涉的光路長(zhǎng)度差是由于測(cè)量光束228中的光子的光路長(zhǎng)度L3的變化引起的，這些變化是由樣本212內(nèi)處于不同位置的反射特征引起的。從而，駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)的光學(xué)干涉包括樣本212的反射特征的距離和強(qiáng)度信息并且用于獲得樣本212的光學(xué)深度輪廓。

駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)在地對(duì)光學(xué)干涉敏感，如關(guān)于圖3進(jìn)一步詳細(xì)解釋的，并且可以產(chǎn)生指明參考光束230與測(cè)量光束228之間的光學(xué)干涉的干涉信號(hào)。干涉信號(hào)由信號(hào)處理模塊214接收，該信號(hào)處理模塊處理該干涉信號(hào)從而產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)216。信號(hào)處理模塊214進(jìn)行的處理可以包括信號(hào)調(diào)節(jié)(例如，放大、濾波、加窗等)、解調(diào)、數(shù)字化、和數(shù)字信號(hào)處理。當(dāng)iTD-OCT器械200使用掃描元件(如掃描反射鏡218)進(jìn)行X和Y上的橫向掃描時(shí)，可以采集多個(gè)光學(xué)深度輪廓以產(chǎn)生例如在樣本212的掃描線上的2D圖像。當(dāng)在多個(gè)掃描線上進(jìn)行橫向掃描時(shí)，iTD-OCT器械200可以產(chǎn)生3D圖像。從而，樣本212的圖像數(shù)據(jù)216可以是1D、2D或3D的。

如圖2中所示，當(dāng)信號(hào)處理模塊214包括數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，信號(hào)處理模塊214可以包括處理器和存儲(chǔ)器介質(zhì)，該存儲(chǔ)器介質(zhì)存儲(chǔ)可以由能夠訪問該存儲(chǔ)器介質(zhì)的處理器來(lái)執(zhí)行的指令(即，可執(zhí)行代碼)。該處理器可以執(zhí)行引起iTD-OCT器械200或其多個(gè)部分執(zhí)行在此描述的功能和操作的指令。為了此披露的目的，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括將數(shù)據(jù)和指令存儲(chǔ)至少一段時(shí)間的非易失性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括永久性和易失性介質(zhì)、固定和可移除介質(zhì)、以及磁性和半導(dǎo)體介質(zhì)。存儲(chǔ)介質(zhì)可以非限制性地包括以下存儲(chǔ)介質(zhì)，例如，直接存取存儲(chǔ)裝置(例如硬盤驅(qū)動(dòng)器或軟盤)、順序存取存儲(chǔ)裝置(例如磁帶磁盤驅(qū)動(dòng)器)、光盤(CD)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、CD-ROM、數(shù)字多功能光盤(DVD)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM))、閃速存儲(chǔ)器、非易失性介質(zhì)、和以上元件的多種不同組合。

在圖2中，iTD-OCT器械200并非按比例畫出，而是示意性表示?？梢詫?duì)iTD-OCT器械200進(jìn)行修改、添加、或省略而不脫離本披露的范圍?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用來(lái)對(duì)如在此描述的iTD-OCT器械200的部件和元件加以集成或分離。而且，可以通過更多、更少或其他部件來(lái)執(zhí)行iTD-OCT器械200的操作。

應(yīng)注意，在iTD-OCT器械200的不同實(shí)施例或安排中，可以使用不同的光束實(shí)現(xiàn)方式、布局和轉(zhuǎn)向。例如，光路222和224的某些部分可以包括光纖。在一些實(shí)施例中，光路222和224的某些部分可以包括光波導(dǎo)。光路222和224的某些部分可以代表諸如真空、自由空間、氣體環(huán)境或大氣層的介質(zhì)內(nèi)的光路。在給定實(shí)施例中，參考光束230和測(cè)量光束228可以在駐波波導(dǎo)光譜儀210處以同一方向重合。在另一個(gè)安排中，可以省略掃描反射鏡218并且可以使用另一個(gè)掃描元件。替換掃描反射鏡218的掃描元件可以包括(壓電式)可變形反射鏡、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、數(shù)字微鏡器件(DMD)、液晶器件(LCD)致動(dòng)元件、光學(xué)物鏡、或以上的不同組合。在具體實(shí)施例中，iTD-OCT器械200包括的光學(xué)部件的至少一部分可以被小型化和組合成具有相對(duì)小質(zhì)量和外部尺寸的緊湊單元，使得整個(gè)緊湊單元由外部掃描元件固持住并且相對(duì)于樣本212移動(dòng)。例如，可以使用半導(dǎo)體制造技術(shù)將iTD-OCT器械200的某些部分實(shí)施為集成電路。在一些實(shí)施例中，集成電路可以包括掃描元件。并且，可以在于iTD-OCT器械200的某些實(shí)施例中使用坐標(biāo)系220的不同取向。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，描繪了iTD-OCT檢測(cè)器300的實(shí)施例的選定元件的框圖。如圖3中所示，iTD-OCT檢測(cè)器300包括關(guān)于圖2所描述的駐波波導(dǎo)光譜儀210。在某些實(shí)施例中，駐波波導(dǎo)光譜儀210是定態(tài)波集成傅里葉變換光譜儀的實(shí)例。如所示，駐波波導(dǎo)光譜儀210包括光軸312，該光軸代表內(nèi)部波導(dǎo)的光路，外部光束沿著該光路在第一端211或第二端213引入。當(dāng)光束(或光束重疊)沿著光軸312傳遞時(shí)，以規(guī)則間隔放在駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)的納米元素與和該光束相關(guān)聯(lián)的倏逝(即，近場(chǎng))波相互作用。檢測(cè)器像素310(如圖3中被示出為沿著光軸312的線性像素陣列)的某些像素檢測(cè)到納米元素與倏逝波的局部相互作用。以此方式，檢測(cè)器像素310對(duì)駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)產(chǎn)生的倏逝波敏感。納米元素可以是納米粒子，諸如納米點(diǎn)。檢測(cè)器像素310記錄和捕獲微小的局部光強(qiáng)度變化，包括光學(xué)干涉圖樣產(chǎn)生的變化。在不同實(shí)施例中，駐波波導(dǎo)光譜儀210可以具有最上至約30mm的總體長(zhǎng)度并且可以具有彼此間隔開小于約1μm的檢測(cè)器像素310間距。

與圖2中的iTD-OCT器械200相比較，在圖3中描繪了iTD-OCT的略微不同的安排。為了圖3中描述清晰，已經(jīng)移除了掃描反射鏡，并且光路224-2沒有將用于掃描的樣本光束轉(zhuǎn)向，同時(shí)樣本212垂直于光路224-2安排。應(yīng)注意，圖3中描繪的安排可以表示與外部掃描元件一起使用的iTD-OCT器械200的實(shí)施例。在iTD-OCT檢測(cè)器300中，參考光束230沿著光路222-3傳播并且沿著光軸312在第二端213處入射。測(cè)量光束228(為了描述清晰，圖3中沒有示出樣本光束226)包括從樣本212背向散射的光子并且沿著光路224-2和光路224-3傳播。在第一端211，測(cè)量光束228與光軸312重合并且朝著與參考光束230相反的方向傳播。

在圖3中，示出了關(guān)于樣本212的附加細(xì)節(jié)。具體地，示出了表示來(lái)自樣本212的潛在背向散射源的示例性邊界層A、B和C，在這些背向散射源處光子被引入測(cè)量光束228。如所示，邊界層A和B可以示意性地表示角膜的頂邊緣和底邊緣(例如，上皮A和內(nèi)皮B)，而邊界層C可以示意性地表示晶狀體囊的前表面。盡管圖3中為了描述清晰而描繪了相對(duì)粗糙的生物結(jié)構(gòu)分辨率，但應(yīng)理解iTD-OCT檢測(cè)器300適合于人眼內(nèi)的精細(xì)生物結(jié)構(gòu)的解析。例如，iTD-OCT檢測(cè)器300可以用于解析不同的角膜層，諸如淚液膜、上皮、鮑曼氏膜、基質(zhì)、角膜后界膜、和內(nèi)皮。在不同實(shí)施例中，iTD-OCT檢測(cè)器300可以用于表征或分析內(nèi)角膜層生物結(jié)構(gòu)，諸如人角膜基質(zhì)中的原纖維或微纖絲。

在圖3中，因?yàn)闇y(cè)量光束228由從入射樣本光束(見圖2)的背向散射(即，反射)光子構(gòu)成，所以相對(duì)于邊界層A，來(lái)自邊界層B和C的光子反射發(fā)生延時(shí)。確切地，來(lái)自邊界層B的反射延遲相對(duì)于邊界層A延遲了2*Δt_A-B，而來(lái)自邊界層C的反射相對(duì)于邊界層A延遲了2*Δt_A-B+2*Δt_B-C，其中Δt_A-B與光從邊界層A至B的延時(shí)相對(duì)應(yīng)，并且其中Δt_B-C與光從邊界層B至C的延時(shí)相對(duì)應(yīng)。因此，測(cè)量光束228，在邊界層A、B和C背向散射樣本光束的程度上，將包括以針對(duì)邊界層B和C相對(duì)于邊界層A所闡述的相應(yīng)延時(shí)反射的光子。

在圖3中，由于參考光束230和測(cè)量光束228的重疊，將發(fā)生由于參考光束光子與測(cè)量光束光子之間的光路長(zhǎng)度差引起的光學(xué)干涉。光學(xué)干涉將發(fā)生在沿著光軸312的、與由于邊界層A、B和C產(chǎn)生的延時(shí)相對(duì)應(yīng)的精確位置。另外，光學(xué)干涉將顯現(xiàn)為受點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)影響的干涉圖樣314，檢測(cè)器像素310可以檢測(cè)到該點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。如所示，干涉圖樣314-A與邊界層A相關(guān)聯(lián)，干涉圖樣314-B與邊界層B相關(guān)聯(lián)，并且干涉圖樣314-C與邊界層C相關(guān)聯(lián)。如所示，干涉圖樣314-A和314-B沿著光軸312分開距離Δz’_A-B，而干涉圖樣314-B和314-C沿著光軸312分開距離Δz’_B-C。因?yàn)楦缮鎴D樣314是由于時(shí)域干涉引起的，所以Δz’_A-B可以與Δt_A-B線性地對(duì)應(yīng)，而Δz’_B-C可以與Δt_B-C線性地對(duì)應(yīng)。檢測(cè)器像素310對(duì)應(yīng)地針對(duì)干涉圖樣314-A、314-B和314-C將對(duì)應(yīng)的PSF記錄為強(qiáng)度值I_A、I_B和I_C。由于檢測(cè)器像素310沿光軸312的固定位置，干涉圖樣314-A、314-B和314-C能夠通過標(biāo)識(shí)檢測(cè)器像素310中檢測(cè)到PSF的具體檢測(cè)器像素來(lái)測(cè)量Δz’_A-B和Δz’_B-C。以此方式，一起測(cè)量了強(qiáng)度值I_A、I_B和I_C與Δz’_A-B和Δz’_B-C并且用于產(chǎn)生樣本212的光學(xué)深度輪廓。

在iTD-OCT檢測(cè)器300操作時(shí)，如圖3中所示，沿著光軸312的軸線Z’的零點(diǎn)可以根據(jù)期望進(jìn)行調(diào)整，該軸線線性地表示樣本212內(nèi)的軸線Z。盡管參考光束230在iTD-OCT器械200掃描過程中保持固定，但參考光束230或樣本光束226可以被校準(zhǔn)至任何期望的零點(diǎn)，例如，以能夠?qū)崿F(xiàn)不同的分析深度。從而，軸線Z’的、在其處干涉光束的光路長(zhǎng)度相等的期望零點(diǎn)可以被校準(zhǔn)成在駐波波導(dǎo)光譜儀210內(nèi)或者可以被校準(zhǔn)成在駐波波導(dǎo)光譜儀210外。應(yīng)注意，相對(duì)于駐波波導(dǎo)光譜儀210，可以通過顛倒參考光束230和測(cè)量光束228的傳播方向來(lái)顛倒軸線Z’的方向320。軸線Z’的零點(diǎn)可以基于駐波波導(dǎo)光譜儀210的某些尺寸(諸如具體iTD-OCT應(yīng)用所期望的)加以選擇。另外，因?yàn)檩S線Z’的時(shí)間和空間校準(zhǔn)是由檢測(cè)器像素310中的每個(gè)像素的實(shí)際位置決定的，所以校準(zhǔn)是內(nèi)在穩(wěn)定的并且隨時(shí)間的推移保持恒定。

應(yīng)注意，iTD-OCT檢測(cè)器300并非按比例畫出，而是示意性表示?？梢詫?duì)iTD-OCT檢測(cè)器300進(jìn)行修改、添加、或省略而不脫離本披露的范圍?？梢愿鶕?jù)具體應(yīng)用來(lái)對(duì)如在此描述的iTD-OCT檢測(cè)器300的部件和元件加以集成或分離。而且，可以通過更多、更少或其他部件來(lái)執(zhí)行iTD-OCT檢測(cè)器300的操作。例如，在具體實(shí)施例中，可以并行地使用駐波波導(dǎo)光譜儀210來(lái)同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)A型掃描(即，線掃描)，由此使2D或3D圖像的測(cè)量加速。

現(xiàn)在參照?qǐng)D4，以流程圖形式描繪了用于執(zhí)行在此描述的iTD-OCT的方法400的實(shí)施例的選定要素的框圖。方法400可以由iTD-OCT器械200(見圖2)實(shí)施。應(yīng)注意，方法400中描述的某些操作可以是可選的或者可以在不同的實(shí)施例中重新安排。

方法400在步驟402以從光源產(chǎn)生樣本光束和參考光束來(lái)開始。在步驟404，參考光束沿固定光路傳播至駐波波導(dǎo)光譜儀的光軸。在步驟406，樣本光束傳播至樣本，使得樣本光束的一部分被樣本背向散射，從而產(chǎn)生測(cè)量光束。在步驟408，從駐波波導(dǎo)光譜儀接收干涉信號(hào)，其中，該干涉信號(hào)指明駐波波導(dǎo)光譜儀內(nèi)參考光束與測(cè)量光束之間的光學(xué)干涉。在步驟410，處理該干涉信號(hào)以產(chǎn)生樣本的光學(xué)深度輪廓。在步驟412，掃描樣本以產(chǎn)生指明該樣本的圖像數(shù)據(jù)，使得樣本光束被引導(dǎo)至樣本的不同橫向位置并且在每個(gè)橫向位置產(chǎn)生光學(xué)深度輪廓。

如在此披露的，用于瞬時(shí)時(shí)域光學(xué)相干斷層成像術(shù)(iTD-OCT)的方法和系統(tǒng)給具有散射特性或至少部分反射的樣本提供了軸向方向上的光學(xué)深度輪廓。iTD-OCT器械包括具有內(nèi)部光軸和檢測(cè)器像素陣列的光譜檢測(cè)器。具有固定光路長(zhǎng)度的參考光束沿著光路與包括從樣本背向散射的光子的測(cè)量光束重疊。檢測(cè)器像素捕獲由于來(lái)自參考光束的光子與來(lái)自測(cè)量光束的光子之間的光路長(zhǎng)度差而引起的、在光譜檢測(cè)器內(nèi)出現(xiàn)的時(shí)域干涉圖樣。iTD-OCT器械可以被實(shí)施為沒有移動(dòng)零件的穩(wěn)健固態(tài)裝置。

以上披露的主題應(yīng)認(rèn)為是展示性而非限制性的，并且所附權(quán)利要求書旨在覆蓋所有這種修改、增強(qiáng)、以及落入本披露的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的其他實(shí)施例。因此，為了被法律最大程度地允許，本披露的范圍將由以下權(quán)利要求書及其等效物的最廣泛允許的解讀來(lái)確定并且不應(yīng)受限于或局限于上述詳細(xì)說(shuō)明。