[发明专利]执行光学相干层析术中的基于偏振的正交解调的设备、方法和存储介质

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请基于并要求了2005年8月9日提交的美国专利申请序列号60/708,271的优先权，通过引用将该美国专利申请的全部公开内容合并于此。

关于联邦赞助研究的声明

实现本发明的研究至少部分得到美国国立卫生研究院的支持，财政补贴号为R33 CA110130和R01 HL076398。因此，美国政府可具有本发明的某些权利。

技术领域

本发明涉及基于光学相干层析技术处理信号的设备、方法和存储介质，尤其涉及可用于混浊的、半混浊的和透明的样品(包括各种生物样品)的高分辨率横截面成像的傅立叶域光学相干层析信号的解调。

背景技术

光学相干层析(“OCT”)技术通常提供分辨率在几微米到几十微米级的生物样品的横截面图像。传统OCT技术如时域OCT(“TD-OCT”)技术可通常使用低相干干涉测量过程来实现样品内的深度范围确定。与之相比，傅立叶域OCT(“FD-OCT”)技术可使用谱雷达过程来实现样品内的深度范围确定。FD-OCT技术由于改进了信噪比性能和省去了机械扫描干涉仪参考臂而允许更高的成像速度。在FD-OCT系统中标准地实施光谱范围确定技术不提供区别相对于干涉测量路径匹配深度作出正和负位移的物体的能力。这种可能的深度简并(或者称为复共轭模糊)可将样品内的成像深度限制为正或负深度(这可防止深度范围确定模糊)，从而将固有成像深度有效减小了预定因数(例如二分之一)。

FD-OCT系统中的深度简并的原因可能是只检测样品臂和参考臂之间的通常为复数的干涉条纹的实部。如果检测复干涉图，则可消除或至少减小上述深度简并。已实施了各种解调技术来允许测量复干涉图。这样的传统技术包括相移技术、熔融型3×3耦合器解调技术和频移技术。相移技术通常使用干涉仪中的有源相位调制器元件来动态调节样品臂和参考臂之间的相对相位。可测量并组合不同相移的多个干涉图以产生复干涉图。这种传统技术的缺点之一是干涉图是按时间先后顺序测量的。这种类型的测量降低了系统成像速度，并且使得干涉仪中的相移使测量精确度劣化。熔融型3×3耦合器可在相对于彼此而相移的3个输出端口中的每一个上产生干涉图。该相移可取决于耦合比率。例如，如果相对相位关系是已知的，则可检测并重组这些输出以产生复干涉图。在许多要求精确解调的干涉仪解调机制中，使用高温度、波长和偏振灵敏度的熔融型3×3(通常为熔融型N×N)耦合器受到限制。传统频移技术已成功应用于光学频域成像系统。然而，未曾见到在SD-OCT系统中使用这些技术。这种情况的一个原因是：这样的频移技术通常利用有源元件，并且具有潜在有限的光学带宽。此外，这些技术通常不与用以去除源扫掠非线性的非线性触发直接兼容。

因此，需要克服上述缺陷。

发明内容

为了解决和/或克服上述问题和/或缺陷，提供了根据本发明的系统、方法和软件设置的示例实施例，用于执行FD-OCT干涉测量输出的全光学无源正交解调。可利用特定光学元件在光学上产生复干涉图的正交分量。这些正交输出的检测和适当重组可允许测量复干涉图。这样，本发明的示例实施例帮助消除了或至少减小了由深度简并导致的图像范围限制。

当在光学频域成像(“OFDI”)系统中使用时，本发明的示例实施例允许用于去除或减小源强度噪声的平衡检测以及偏振分集检测。本发明的示例实施例可与非线性触发相组合以便帮助例如大为减少后处理需求，这对于高速成像是重要的。

当与SD-OCT系统一起使用时，本发明的示例实施例帮助增大(例如加倍)成像深度范围。

因此，根据本发明的一个示例实施例，一种设备、方法和存储介质，其可向样品提供至少一个第一电磁辐射并且向参考提供至少一个第二电磁辐射，使得第一和/或第二电磁辐射具有随时间变化的谱。此外，第一辐射所关联的至少一个第三辐射的第一偏振分量可与第二辐射所关联的至少一个第四辐射的第二偏振分量彼此相组合。第一和第二偏振可被特定控制为彼此至少近似正交。

此外，可检测根据第一和第二偏振分量之间的干涉得出的至少一个信号。可根据预定数据将该信号和/或另外信号分别修改为第一经修改信号和/或第二经修改信号。可获得作为该信号和/或另外信号的多个信号，可确定该多个信号的统计特性，且可基于该统计特性得出该预定数据。