提供了一種設(shè)備和方法。具體而言，至少一個第一電磁輻射可以提供給樣品并且至少一個第二電磁輻射可以提供給非反射的參考。所述第一和/或第二輻射的頻率隨時間變化。在關(guān)聯(lián)于所述第一輻射的至少一個第三輻射與關(guān)聯(lián)于所述第二輻射的至少一個第四輻射之間檢測干涉。可替換地，所述第一電磁輻射和/或第二電磁輻射具有隨時間變化的譜。所述譜在特定時間可以包含多個頻率。另外，有可能以第一偏振態(tài)檢測所述第三輻射與所述第四輻射之間的干涉信號。此外，可以優(yōu)選地以不同于所述第一偏振態(tài)的第二偏振態(tài)檢測所述第三和第四輻射之間的又一干涉信號。所述第一和/或第二電磁輻射可以具有中值頻率以大于每毫秒100萬億赫茲的調(diào)諧速度隨時間基本上連續(xù)變化的譜。（*該技術(shù)在2024年保護過期，可自由使用*）
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)總地涉及光學成像，且更具體地，涉及用于使用頻域干涉測量法進行光學成像的方法和設(shè)備。
技術(shù)介紹
如本領(lǐng)域中所公知的，光學干涉測量反射測量法是一種有力的工具，其用于進行非入侵的、高分辨率ΓΙΟ μ m)的生物學或其它樣品的橫截面成像，以使諸如反射、吸收、散射、衰減、雙折射和光譜分析的微結(jié)構(gòu)的光學特性可視化。存在許多本領(lǐng)域中公知的干涉測量成像技術(shù)。這些技術(shù)總體而言可劃分為兩個主要類別:(i)時域技術(shù)，和(ii)頻域技術(shù)。低相干干涉測量法(“LCI”)是時域技術(shù)之一。此技術(shù)使用掃描系統(tǒng)來改變參考臂長度并且在檢測器處采集干涉信號。然后，對條紋圖案解調(diào)以獲得源互相關(guān)函數(shù)的相干包絡(luò)。光學相干層析成像法(“0CT”)是一種用于使用LCI獲得二或三維圖像的技術(shù)。OCT在授予Swanson等人的美國專利N0.5，321，501中描述。已描述了 OCT技術(shù)的多個變形,但很多遭遇小于最佳的信噪比(“SNR”)，導致非最佳的分辨率、低成像幀速率和不良的穿透深度。功率使用是這種成像技術(shù)中的一個因素。例如在眼科應(yīng)用中，在熱損壞可發(fā)生前，只有特定毫瓦數(shù)的功率是可容忍的。因此，在這樣的環(huán)境中增加SNR，提升功率是不可行的。盡管如此，將值得期望的是，有一種具有優(yōu)良的SNR而顯著增加功率需求的成像方法。 不足的SNR亦可阻止以高的幀速率使用OCT技術(shù)，高的幀速率對于避免運動假象和克服例如可用于活體內(nèi)血管成像的短測量時間窗是重要的。因此，期望一種改善SNR和成像速度(例如幀速率)的方法。光譜干涉法或光譜雷達是頻域成像技術(shù)之一。在光譜雷達中，樣品和參考臂光的交叉譜密度的實部用光譜儀測量。深度分布信息可以依據(jù)交叉譜密度調(diào)制來編碼。前面已描述了用來增加LCI和OCT的SNR的光譜雷達概念的使用。此技術(shù)使用具有大數(shù)目的像素(1，000的量級)的電荷耦合器件(“CXD”)以達到毫米量級的掃描范圍。CXD器件的快速讀出使得高速成像成為可能。然而，存在許多與使用CCD器件相關(guān)聯(lián)的缺點。首先，與單元件光電接收器相比，CCD器件相對昂貴。其次，前面描述的方法使用單個CCD來采集數(shù)據(jù)。由于電荷存儲容量是有限的，所以需要將參考臂功率減小到大約與樣品臂功率相同的水平，引起了樣品臂光上的自相關(guān)噪聲。另外，由于沒有生成載流子，所以在此系統(tǒng)中的噪聲中，Ι/f噪聲將起支配作用。第三，即使以現(xiàn)有CCD技術(shù)的短的積分時間，干涉計中的相位不穩(wěn)定性仍減小交叉譜密度調(diào)制的條紋可見度。此缺陷使得該技術(shù)易受運動假象的影響。相干的頻率調(diào)制的連續(xù)波反射測量法(C-FWCW)是本領(lǐng)域中公知的另一頻域技術(shù)。授予Swanson等人的美國專利N0.5，956，355和6，160，826描述了使用此技術(shù)的光學成像方法和設(shè)備。前面描述的成像方法基于使用連續(xù)調(diào)諧的單頻激光器作為光源。要求調(diào)諧波長范圍為幾十個納米以實現(xiàn)小于100微米的測距分辯率(ranging resolution)。激光器的瞬時線寬必須小于約0.1nm以實現(xiàn)1.0mm量級的檢測范圍。調(diào)諧速率應(yīng)大于IOkHz以便高速(例如視頻速率)成像。雖然外腔式半導體激光器可以配置成在幾十個納米上實現(xiàn)無跳模的單頻調(diào)諧，但調(diào)諧速率由于機械穩(wěn)定性的嚴格要求而已小于1Hz。克服此速度困難的方法是優(yōu)選的。 因此，將值得期望的是，提供一種克服傳統(tǒng)LCI和OCT的源可用性和掃描速度缺陷的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術(shù)示例性的實施例，一種示例性的光學頻域成像(“0FDI”)系統(tǒng)可包括多頻率模(或多縱向或軸向模)波長掃描激光源(wavelength-swept laser sourse),其光稱合到包含所研究的樣品的干涉計。該系統(tǒng)可進一步包括配置成產(chǎn)生從樣品反射的光和參考光之間的正交的干涉測量信號的裝置以及設(shè)置成接收所述干涉測量信號的檢測器。利用這樣的示例性的特定裝置，可以提供一種OFDI系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以以與傳統(tǒng)系統(tǒng)的源功率相比相對低的源功率來操作，并且/或者該系統(tǒng)以與傳統(tǒng)系統(tǒng)的采集速率相比相對高的采集速率來操作。掃描源的使用導致具有減小的散粒噪聲和其它形式的噪聲的成像系統(tǒng)，其允許比傳統(tǒng)系統(tǒng)低得多的源功率或高得多的采集速率。這可導致增加的檢測靈敏度，從而導致提供實時成像的能力。這樣的成像速度可幫助胃腸、眼科和動脈成像領(lǐng)域中的從業(yè)者，在這些成像領(lǐng)域中，運動假象是持續(xù)的問題。通過增加幀速率同時維持或改善信噪比，這樣的假象可被最小化或在一些情況下被消除。本專利技術(shù)的示例性的實施例亦可利用OFDI實現(xiàn)對組織的大面積的篩選并且允許實現(xiàn)臨床上可行的篩選協(xié)議的使用。在本專利技術(shù)的一個示例性的實施例中，可以提供波長掃描激光器，其可以在激光腔中使用光學帶通掃描濾波器來產(chǎn)生迅速掃描的多頻率模式輸出。通過在激光腔中使用光學帶通掃描濾波器，不必要調(diào)諧激光腔長度以提供激光光譜的同步調(diào)諧。換言之，不需要以與激光器的中心波長相同的速率來調(diào)諧激光器的縱腔模。在本專利技術(shù)的另一示例性的實施例中，檢測器可以是雙平衡接收器，其設(shè)置成接受干涉測量信號并且抑制干涉測量信號中的相對強度噪聲。通過進行傅立葉域中的信號處理，根據(jù)本專利技術(shù)的一個示例性實施例的信噪比(“SNR”)的增益優(yōu)于諸如OCT的時域方法。SNR提高到N倍，N為深度范圍與空間分辨率的t匕。提高倍數(shù)N可達到幾百至幾千。此SNR的增加使得能夠成像得快到N倍，或可替換地允許以與具有低到1/N的功率的源相同的速度來成像。結(jié)果，本專利技術(shù)的該示例性的實施例克服了傳統(tǒng)LCI和OCT的兩個重要的缺陷，例如源可用性和掃描速度。因子N可達到大于1，000，并且允許構(gòu)造OFDI系統(tǒng)，其可以自當前實踐中的OCT和LCI技術(shù)改進三個數(shù)量級以上。實現(xiàn)了 SNR的增益是因為，例如， 散粒噪聲具有白噪聲譜。頻率ω (或波長λ )處的存在于檢測器的信號強度只對頻率ω處的信號有貢獻，但是散粒噪聲在所有頻率處生成。通過使每個檢測器的光學帶寬變窄，可以減小每個頻率處的散粒噪聲貢獻，同時信號成分保持相同。與OCT相比，根據(jù)本專利技術(shù)的示例性的實施例改善了當前數(shù)據(jù)采集速度和源的可用性。散粒噪聲歸因于電流的統(tǒng)計波動，該統(tǒng)計波動歸因于量子化的或離散的電荷。散粒噪聲的減小允許低得多的源功率或高得多的采集速率。當前數(shù)據(jù)采集速率的限制Γ4幀/秒)是由可用的源功率和用于掃描延遲的快速機制的可用性而施加的。檢測靈敏度的到8倍的增加將允許以約每秒30幀的速度來實時成像。靈敏度的到約1，000-2，000倍的增加允許使用具有低得多的功率和高得多的譜帶寬的源，其易于獲得、生產(chǎn)較便宜并且可以生成較高分辨率的OFDI圖像。針對OFDI的眼科應(yīng)用，有效的檢測優(yōu)選地允許顯著增加采集速度。眼科應(yīng)用的一個限制是根據(jù)ANSI標準允許進入眼睛的功率(在830nm處大約700微瓦)。眼科應(yīng)用中的當前數(shù)據(jù)采集速度是每秒大約100-500個A-線。本專利技術(shù)的功率效率高的檢測技術(shù)將允許每秒約100，000個A-線的量級的A-線采集速率，或以每個圖像約3，000個A-線的視頻速率成像。為了實現(xiàn)至少一些本專利技術(shù)的目的，提供了根據(jù)本專利技術(shù)的一個示例性的實施例的設(shè)備和方法。具體而言，至少一個第一電磁輻射可以提供給樣品，并且至少一個第二電磁輻射可以提供給非反射的參考。第一和/或第二輻射的頻率隨著時間變化。在關(guān)聯(lián)于第一輻射的至少一個第三輻射與關(guān)聯(lián)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種設(shè)備，包括：至少一個第一裝置，其將至少一個第一電磁輻射提供給樣品并且將至少一個第二電磁輻射提供給參考，其中由所述至少一個第一裝置提供的輻射的頻率隨時間變化；至少一個第二裝置，其適于移位所述至少一個第一電磁輻射和所述至少一個第二電磁輻射的頻率；干涉計，其將所述第一和第二電磁輻射干涉以產(chǎn)生干涉信號；以及至少一個第二裝置，其檢測所述第一和第二電磁輻射之間的干涉。
【技術(shù)特征摘要】
2003.10.27 US 60/514,7691.種設(shè)備，包括: 至少一個第一裝置，其將至少一個第一電磁輻射提供給樣品并且將至少一個第二電磁輻射提供給參考，其中由所述至少一個第一裝置提供...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尹錫賢，布雷特·尤金·鮑馬，吉列爾莫·J·蒂爾尼，約翰內(nèi)斯·菲茨杰拉德·德·布爾，
申請(專利權(quán))人：通用醫(yī)療公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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