[发明专利]利用对光学相干断层扫描的波阵面调制来提供散斑减少的系统、装置和过程

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2006年1月20日提交的美国专利申请第60/760,592号并且要求该申请的优先权权益，该申请的全部公开内容通过引用结合于此。

关于联邦政府赞助研究的声明

本发明是按照由国家健康学会授予的第RO1EY014975号和第RO1RR019768号合同以及由国防部授予的第F49620-021-1-0014号合同，在美国政府的支持下实现的。

技术领域

本发明涉及利用从样本表面反射并且与参考光束做比较的光束来进行光学成像的系统、装置和方法，其中在连续测量过程中修改从样本返回的光的波阵面(wavefront)，使得采集的数据可以用来减少散斑(speckle)的出现。示例性的系统、装置和方法可以允许在横向和轴向分辨率几乎没有减小的情况下减小单个光学相干断层扫描图像内的散斑对比度。

背景技术

光学相干断层扫描是测量参考光束与从样本反射回的检测光束之间的干涉的成像技术。传统的时域OCT的具体系统说明是先由Huang等人描述的(参见如这里下文给出的标号[1]所标记的出版物)。对于谱域OCT以及光频域干涉测量系统和过程的示例性具体说明在例如2004年9月8日提交的国际专利申请PCT/US2004/029148、2005年11月2日提交的美国专利申请第11/266,779号以及2004年7月9日提交的美国专利申请第10/501,276号中有描述，这些申请的公开内容通过引用完整地结合于此。在所有这些示例性系统和过程中，可以汇编一系列深度扫描以创建样本的横截面图像。

各种扩展可以在OCT成像过程和系统上单独提供关于组织特性的附加信息。例如，极化敏感OCT(PS-OCT)可以提供利用对样本的光极化改变特性的敏感性的附加系统和过程(参见如这里下文给出的标号[2-6]所标记的出版物)。两个正交极化通道中干涉条纹的同时检测可以允许确定光的斯托克斯参数(参见如这里下文给出的标号[6]所标记的出版物)。入射状态与通过来自样本的反射信号而获得的状态的斯托克斯参数相比较可以产生光学特性如双反射的深度分辨图(参见如[6]所标记的出版物)。此外，光学多普勒断层扫描(ODT)系统和过程能够进行流的深度分辨成像(参见如这里下文给出的标号[7-10]所标记的出版物)。可以通过测量由光从移动粒子的后向散射所致的干涉条纹图案的载波频率的偏移或者通过比较一个A线与下一A线的干涉条纹图案的相位来实现流敏感性。相位分辨光学多普勒断层扫描(ODT)系统和过程(参见如这里下文给出的标号[9、10]所标记的出版物)可以通过观测连续深度扫描之间的相位差来实现流的深度分辨成像。

OCT中散斑的主要来源之一在Schmitt等人的著作中有讨论(参见如这里下文给出的标号[11]所标记的出版物)。在这一出版物中，提出应当考虑在组织上入射的聚焦波在它经过组织传播到样本体积、后向散射、然后再次经过组织传播到透镜时所经历的变化。这一出版物还提出，两个主要过程影响返回波的空间相干：(1)光束在所需样本体积内外的多次后向散射以及(2)由多次前向散射所引起的前向传播和返回光束的随机延迟。虽然这些过程中的第一过程是粗糙表面成像时散斑的主要来源，但是第二过程在利用穿透波的相干成像系统如OCT中也必须加以考虑。(如在这一出版物中所指出的)两个过程的共同特征在于它们改变返回光束的波阵面的形状，并且产生在OCT图像中作为散斑出现的局部化的构造性和破坏性干涉区域(参见如这里下文给出的标号[12]所标记的出版物)。

例如，从样本中的特定位置返回的光的波阵面被样本的其它部分修改。样本的这些其它部分，包括对多次后向散射有作用的邻近区域和沿着从特定位置返回的光的光路的区域，可以视为改变返回光束的波阵面形状的滤波器。所述滤波器的效果产生了形成所得散斑图案的局部化的构造性和破坏性干涉图案。用于在样本中成像的光的波长的约几分之一的改变将造成不同滤波器并且因而也造成不同散斑图案。

极化散斑图案的标准偏差等于它的平均强度(参见如这里下文给出的标号[13]所标记的出版物)。因而，散斑可以掩盖强度图像中小的、薄的或者弱反射的结构的存在。此外，能够确定相位的准确度随着更高信噪比(“SNR”)而提高。反射光强度已被散斑所抑制的区域因此将具有更低的SNR并且因此就相位确定而言具有更高的不定性。由于极化敏感OCT测量和多普勒OCT测量依赖于相位确定，所以极化特性和流确定的准确度将在散斑所致破坏性干涉的这些局部化区域中受损。因此，减少散斑对比度的能力对于传统的基于强度的OCT以及对于扩展型OCT如OS-OCT和多普勒OCT可以是有益的。