[发明专利]傅立叶域光学相干断层摄影成像仪

说明书

本申请要求由Yonghau Zhao和Jay Wei于2006年1月19日提交的临时申请第60/760,050号的优先权，其全文以引用方式结合在本文中。 

技术领域

本发明涉及傅立叶域光学相干断层摄影成像仪以及它的操作。 

背景技术

由MIT在1991开发的光学相干断层摄影(OCT)已成为一种重要的医学成像研究类别，特别是在眼科应用方面。OCT技术以结合纵向扫描(也称为轴扫描、A-扫描或Z-扫描)和横向扫描(也称为XY扫描)所获得的光学相干光谱为基础。XY扫描可以用任何横向扫描模式，包括直线、圆、光栅型扫描或任何其他模式。OCT图像由在OCT成像仪执行A-扫描和XY扫描时的光学干涉信号构成。在多数OCT装置中，A-扫描是对一系列XY坐标进行的。换句话说，对XY扫描中的每一点进行A-扫描以产生一幅完整的OCT图像。因此，成像速度主要决定于A-扫描的扫描速度。 

图1说明能利用OCT技术的OCT成像仪100。如图1所示，光源101经过耦合器102向采样臂103和参考臂104提供光。参考臂104具有已知长度并将光反射回到耦合器102。采样臂103向样品106提供光，样品可以是任何所研究的对象包括眼球。来自采样臂103的反射光和来自参考臂104的反射光在耦合器102中被组合，组合信号被耦合至检测器105。 

图2说明能在样品106中进行的不同扫描类型。采样臂103可包括光学系统，用于使光横跨样品106进行扫描以提供XY扫描。参考臂104的长度可机械地变化以提供A-扫描，或者A-扫描也可以是检测器105中 所用的衍射技术的结果。通过在检测器105处来自采样臂103和参考臂104的光之间的干涉来测量采用OCT技术形成的眼图。 

OCT技术可以分为时域OCT或傅立叶域(或谱域)OCT。在时域OCT中，A-扫描通常由参考臂104的机械扫描装置来提供。因为机械扫描的限制，时域OCT的A-扫描速度一般小于5kHz。进一步增加扫描速度可导致低劣的信噪比，因为达不到更宽的电信号带宽要求。但是在傅立叶域OCT中，A-扫描通常由检测器105中的光谱仪提供。傅立叶域OCT光谱仪典型地包括与衍射光栅耦合的行扫描摄像机。因此，行扫描摄像机接收作为波长函数的光学干涉信号。在对行扫描摄像机接收的信号进行傅立叶变换以后，就能构成OCT图像。因为行扫描摄像机可以有很高的扫描速率(一般＞25kHz)，所以傅立叶域OCT能提供比时域OCT高得多的成像速度。另外，傅立叶域OCT还能提供在相同的A-扫描速率下高于时域OCT的信噪比，因为行扫描摄像机的每一检测元件有较长的积分时间，这与时域OCT光谱仪中所用的典型检测器相反。结果，傅立叶域技术在新一代OCT仪器中流行。 

傅立叶域OCT中的检测器105典型地包括带有很高精确度的光学和机械系统的高效、高分辨率光谱仪。傅立叶域OCT光谱仪的检测器105中的聚焦光束一般要求以微米量级对准行扫描摄像机的检测器阵列，结果使成像仪100对任何环境变化例如振动和温度非常敏感。OCT仪器将被应用于临床装置，在那里它们是便携式的，并且在那里控制环境条件将是不实际的或者很昂贵。在这种情况下，维持OCT成像仪对准可能成为受限制的问题。因此，要求光谱仪经常对准，以补偿环境变化以及在诊所周围移动OCT成像仪的影响。 

还有，由于1/f噪声和其他的因素，傅立叶域OCT成像典型地具有沿扫描深度(即沿A-扫描)变化的非均匀噪声背景。未补偿的图像在较小深度位置上有强得多的背景噪声。另外，噪声背景典型地示出与深度位置有线性和其他简单关系，并且从这一系统至另一系统而有所变化，因为每一光谱仪有特定的局部因素。在某些系统中，这些噪声电平也许表现为固定的噪声背景模式，它可能与OCT图像本身混淆在一起。 

此外，基本的傅立叶域OCT成像仪是DC信号系统，可能出现其他 的缺点。信号的纯度可能受光源101的光谱引起的背景噪声电平的影响。加之，DC背景可能由于环境变化而随时间变化，这也使OCT图像的改善存在着挑战。 

因此，需要对上述因素进行适当补偿的OCT光谱仪和成像系统。 

发明内容

根据本发明的实施例，公开了提供有自动对准和自动标定的傅立叶域OCT成像仪。在某些实施例中，通过调整检测器臂中一个或多个光学元件进行自动对准，通过周期地获取能在数据处理中用作基准谱的空白谱，进行自动标定。