使用oct光源和掃描光學器件的二維共焦成像的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光學成像和診斷設備。本發(fā)明提供了一種同時記錄光學相干斷層掃描(OCT)圖像和共焦激光掃描檢眼鏡(CSLO)圖像的設備。
【背景技術】
[0002]在生理組織的光學成像中，尤其是活人的眼睛，最幾年已經示出，光學相干斷層掃描(OCT)和共焦掃描激光成像系統(tǒng)具有特別的獨立的優(yōu)點。
[0003]共焦掃描激光成像已經成功地應用于視網膜成像，并且現(xiàn)在成像視網膜的組織結構中由眼科醫(yī)師較好地接受(例如，參見Sharp, P.F.et al.(2004)."The scanning laserophthalmoscope-a review of its role in b1science and medicine.^Physics inMedicine and B1logy 49 (7): 1085-1096)。共焦掃描激光檢眼鏡(CSLO)的深度分辨率通過共焦光學器件的聚焦深度確定，并且因此，其通常具有近似300微米的軸向分辨率。
[0004]相比于CSL0，OCT的軸向分辨率通過所使用光源的相干長度確定，并且因此能夠提供更高的軸向成像分辨率-以10微米的等級。OCT對于診斷是尤其有用的，該診斷需要高深度分辨率斷層圖像(Fujimoto, J.G.et al.(2000)."Optical coherence tomography:anemerging technology for b1medical imaging and optical b1psy."Neoplasia2(1-2):9-25 ;Rollins，A.M.et al.(2002)."Emerging clinical applicat1nsof optical coherence tomography."Optics and Photonics News 13 (4):36-41 ；Fujimoto, J.G.(2003)."Optical coherence tomography for ultrahigh resolut1n invivo imaging."Nature B1technology 21 (11):1361-1367)。
[0005]雖然OCT在關注的空間上測量光學反射率，但是已經努力使用數(shù)據(jù)產生其看起來像來自檢眼鏡的視網膜圖像的正前圖像(en-face image) (Podoleanu，A.G.etal.(1997)."Simultaneous en-face imaging of two layers in the human retina bylow-coherence reflectometry."Optics Letters 22(13):1039-1041 ；Podoleanu, A.G.et al.(1998).〃En-face coherence imaging using galvanometer scannermodulat1n."Optics Letters 23 (3): 147-149)。原則上，OCT能夠用于在覆蓋關注空間的一密集組的點處測量光學反射率，并且然后OCT數(shù)據(jù)能夠被降低以模仿通過CSLO或另一檢眼鏡看出的正前圖像。在一種方法中，除了 OCT圖像之外，OCT信號被用于同時創(chuàng)建具有類似于CSLO圖像的外觀的組織結構圖像。能夠沿著深度尺寸通過將多個OCT信號集成或迭加在彼此頂部完成此。結果是基于對于每個橫向像素的平均的總深度反射率的正前圖像(Hitzenberger, C.K.et al.(2003)."Three-dimens1nal imaging of the human retinaby high-speed optical coherence tomography.^Optics Express 11 (21):2753-2761)。生成像CSLO圖像的另一種方法使用不同相干長度的多個光源。這允許不同深度分辨率的多個OCT圖像的同時生成。又一方法使用OCT信號的低通電子過濾器以提取像CSLO的圖像。
[0006]然而，從OCT數(shù)據(jù)生成的這些在正前圖像具有多個缺點。具體地，圖像質量通常劣于傳統(tǒng)共焦圖像。OCT收集光學器件比CSLO收集光學器件總體上收集從樣本返回的更少的光。如在本領域已知的，OCT是干擾類技術，所以僅空間相干有助于信號。從樣本返回的光也經常收集在單模光纖中?；蛞驗槠渎湓诠饫w核心外部或因為其以陡峭角度進入，所以未耦合至單模的反射光被反射。通過，這樣反射從樣本反射的絕大多數(shù)光。此外，通常通過OCT掃描光學器件的速度限制這類正前圖像的幀率。
[0007]給出從OCT數(shù)據(jù)生成的正前圖像的這些缺點以及OCT和CSLO的不同優(yōu)點，則期望同時生成OCT和CSLO圖像兩者。結合OCT和CSLO的主要好處之一是其具有不同的深度范圍。另一個好處是通過CSLO生成的樣本的2D圖像能夠用于相對于樣本恰當?shù)囟ㄎ籓CT系統(tǒng)。
[0008]已經被用于生成樣本的OCT和2D圖像兩者的大部分設計將額外的光學路徑加入OCT系統(tǒng)以支持獨立的眼底照相機、CSL0、線性掃描激光檢眼鏡(LSLO)、或類似的成像形態(tài)。然而，已經努力直接使用OCT構造生成OCT圖像和CSLO圖像。在一種方法中，OCT干涉儀的參照光被交替地臨時阻斷以生成CSLO信號并且被恢復以生成OCT信號。然而，這種方法導致順序而不是同時獲取OCT和CSLO圖像。
[0009]直接使用OCT構造生成OCT圖像和CSLO圖像的這類技術通過由單模光纖的核心尺寸限定的小孔收集用于OCT和CSLO圖像的光。小孔處于10微米的等級。相反，在CSLO系統(tǒng)中的標準小孔尺寸近似100微米。因此，數(shù)值孔徑(NA)與標準CSLO系統(tǒng)相比小很多，導致利用OCT系統(tǒng)生成的CSLO圖像的更低的信噪比。關聯(lián)于這種方法的另一問題是光纖末端能夠很強地反射從樣本返回的光。反射光能夠以大于未被從樣本返回的光纖反射的光的強度發(fā)送至共焦檢測器，使CSLO樣本信號被光纖末端反射覆蓋。
[0010]已經用于生成OCT和CSLO圖像的第二種方法是使用薄板分束器將從樣本返回的光分為兩個分量。分量之一被用于生成OCT圖像，并且另一分量被導向單獨的小孔并且用于生成CSLO圖像。這類設計在上述OCT和CSLO圖像的替換生成方面具有一些優(yōu)點。因為用于生成CSLO圖像的光直接通過單獨的小孔，所以能夠選擇小孔的尺寸以優(yōu)化CSLO信噪t匕。此外，因為用于生成CSLO圖像的光不直接被導向單模光纖，所以CSLO信號不被來自光纖端的反射覆蓋。最終，這種方法允許相同的橫向掃描儀用于OCT光束和CSLO光束。能夠利用自由空間的分束器和相應檢測器的光學對齊實現(xiàn)在OCT和共焦圖像之間的注冊。
[0011]然而，這個第二種方法也具有大量限制。因為返回的樣本光束的一部分被偏轉至CSLO小孔，所以降低OCT信號強度。因為OCT單模光纖的包層吸收能夠用于CSLO圖像的大量返回的樣本光束，所以其也不最大化到CSLO檢測器的信號。
[0012]在US 7，382，464中，針對OCT和CSLO信號的有效收集和分離公開了新穎的雙波引導模塊。通過將大部分多模引導的光能引導至CSLO檢測器來分離兩個信號。未分接的單模引導的光波進一步發(fā)送至用于OCT圖像生成的標準OCT系統(tǒng)的純單模光纖。本發(fā)明實現(xiàn)了高效的光焦度應用，并且因此高信噪比、以及OCT和CSLO圖像的固有像素至像素注冊、以及結合的0CT/CSL0系統(tǒng)的成本降低。針對這種方法需要專用光纖光學器件。
[0013]本文中，我們介紹了同時生成高質量OCT和CSLO圖像而不使用這種專用光纖光學器件的新方法。

【發(fā)明內容】

[0014]在本發(fā)明中，通常未收集的OCT信號被用于生成樣本的共焦圖像，而不利用選擇性反射或光束引導裝置通過空間分離信號影響OCT功能。本發(fā)明的另一方面是增加2D共焦圖像的幀率的能力。在本文中描述的發(fā)明中，因為CSLO信號能夠從OCT信號中獨立記錄，所以通過檢流計掃描速度限制CSLO圖像的幀率，該檢流計掃描速度目前比本領域照相機速度的狀態(tài)快約4倍。將傳統(tǒng)掃描儀的掃描速度提高至機械和電子限制導致用于CSLO圖像生成的更快的幀率。
【附圖說明】
[0015]圖1是用于眼科的一般頻域OCT系統(tǒng)的示圖。
[0016]圖2A是其中共焦成像通道被包括在準直透鏡和掃描光學器件之間的OCT設備的樣本臂中的實施方式的示圖。
[0017]圖2B是在照明和反射光束尺寸的背景下與圖2A相同的實施方式的示圖。
[0018]圖2C是其中共焦成像通道被包括在準直透鏡和光纖的末端之間的OCT設備的樣本臂中的實施方式的示圖。
[0019]圖3A是其中OCT和CSLO信號通過具有反射中心表面和圍繞的透射區(qū)域的光學器件空間解耦的實施方式的示圖。
[0020]圖3B是其中OCT和CSLO信號通過具有各自以不同角度定向的兩個部分的鏡空間解耦的實施方式的示圖。
[0021]圖3C是其中OCT和CSLO信號通過楔形光學器件空間解耦的實施方式的示圖。
【具體實施方式】
[0022]在圖1中示出了在眼科中使用的一般頻域OCT (FD-OCT)系統(tǒng)的示圖。來自光源101的光通常由光纖105發(fā)送以照亮樣本110，典型樣本是在人類眼睛中的組織。典型的光源在譜域OCT(SD-OCT)的情況下是具有短時間相干長度的寬帶光源、或在掃頻源OCT(SS-OCT)的情況下是波長可調節(jié)的激光源。通常利用光纖的輸出端和樣本之間的掃描光學器件107在要成像的區(qū)域或空間上方橫向(如果z平行于光束，則沿X和y)掃描光束(虛線108)。從樣本反射回的光通過掃描光學器件107返回并且通常被收集至用于發(fā)送用于樣本照明的光的相同光纖105。透鏡109被用于校準退出光纖的照明光，并且被用于將反射光聚焦回至用于收集的光纖。從相同的光源101獲得的參照光移動了一段