[发明专利]用于扫频源光学相干断层的方法和装置

说明书

相关申请

本申请要求于2007年1月10日提交的美国临时专利申请 60/879,880的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，尤其涉及采用扫频激光器作为光源 的光学相干断层(OCT)系统的设计和实现。

背景技术

光学相干断层(OCT)是一种具有眼科学、心脏病学、肠胃病 学、以及医学的其他领域中的广泛应用的干涉测量成像技术。Huang D，Swanson EA，Lin CP，Schuman JS，Stinson WG，Chang W，Hee MR， Flotte T，Gregory K，Puliafito CA，以及Fujimoto JG，“Optical coherence tomography，”，Science，Vol 254，1178-1181(1991)。通过小直 径光纤光学探测器以高分辨率观察表面下结构的能力使得OCT对 于内部组织和器官的最低限度侵入成像特别有用。商业上可用的时 域OCT系统不提供用于快速移动或具有大表面区域的器官的不受 阻止的实时显像的足够扫描速度。例如，在跳动的心脏中，冠状动 脉的OCT成像是一个挑战，因为成像必须足够快，以允许在探测器 的观察区域血液流净的间隔内清楚显像很长一段(＞3cm)动脉。用 于冠状动脉成像的商业上可利用的OCT系统的目前生成的图像获 取率限于约15张图像/秒。以该获取速度，需要利用球囊阻断血流 至少30秒来对一段3cm的目标动脉进行成像。如果OCT系统的图 像获取率可以增加至少一个等级的量级，而没有显著的图像质量损 失，那么可以避免长期的球囊阻断。然后，可以通过简单地注射生 理盐水几秒钟对一段动脉进行成像，从而简化了成像过程同时降低 了心肌缺血的危险。

时域OCT系统采用宽带光源作为到干涉仪的输入，机械激励参 考臂用于路径长度扫描。当参考路径长度改变时，由不同深度的结 构的反射生成的干扰信号被逐点测量。在该测量方案中，最大扫描 速度被传动器的动态机械约束和光源的功率谱密度所限制。在跨过 40-60nm的光谱带宽发射25mW的输出功率的超辐射光源的这样的 系统中，可以实现的并同时保持用于组织成像的足够信噪比 (＞90dB)的最大深度扫描速度约为25m/s。从而，可以以不大于每 秒10的速率获得5mm深物体的512行图像。

频域(还被称为傅立叶域)(FD)OCT通过利用基于傅立叶变 换的可选频率识别方法克服了这些速度约束，这消除了长范围机械 传动器的需要。Swanson EA和Chinn SR，“Method and Apparatus for Performing Optical Frequency Domain Reflectometry”美国专利第 6,160,826号(2000年12月12日发表)；Choma MA，Sarunic MV，Yang C，和Izatt J，“Sensitivity advantage of swept source and Fourier domain optical coherence tomography”Opt.Express，Vol.11， 2183-2189(2003)。FD-OCT同时从多个深度收集信息并根据它们生 成的信号的可选频率识别来自不同深度的反射，而不是通过对采样 进行逐点查询而浪费可利用的源功率。FD-OCT成像可以通过利用 宽带源照亮采样以及利用分光计将所反射的光分散到阵列检测器上 来实现。可选地，可以利用快速波长调谐激光器以及在利用单个光 学检测器收集波长扫频期间反射的光来照亮采样。在这两种情况下， 通过所记录的干扰信号的傅立叶变换获得来自不同深度的反射的分 布图(profile)。由于具有在1300nm光谱区域中以更低成本实现更 高性能的潜力，基于扫频激光器源的FD-OCT系统吸引了要求在高 散射组织中进行表面下成像的医学应用的更多关注。