[发明专利]光学三维结构测量装置及其结构信息处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学三维结构测量装置及其结构信息处理方法，并且具体地涉及一种其特征在于测量目标的结构信息的处理部分的光学三维结构测量装置及其结构信息处理方法。

背景技术

传统地，在一些情况下使用OCT(光学相干断层扫描)测量的光学断层图像获取装置用于获取活体组织的光学断层图像。光学断层图像获取装置将从光源发射的低相干光分成测量光和参考光，然后多路复用(multiplex)反射光、或背散射光和参考光以根据反射光和参考光的干涉光的强度获得光学断层图像，其中当测量光被引导到测量目标时，所述反射光来自于测量目标(专利文献1)。以下，背散射光和来自测量目标的反射光将一起作为反射光被描述。

具有大致两种类型的OCT测量，TD-OCT(时域OCT)测量和FD-OCT(傅里叶域OCT)测量。TD-OCT测量是一种测量干涉光强度同时改变参考光的光程长度以获得与测量目标的深度方向的位置(以下，称作“深度位置”)相对应的反射光强度分布的方法。

而FD-OCT测量是一种在不需要改变参考光和信号光的光程长度的情况下测量光的每一个光谱成分的干涉光强度的方法，并且计算机将由傅里叶变换表示的频率分析应用到这里获得的频谱干涉强度信号以获得与深度位置相对应的反射光强度分布。FD-OCT测量作为允许进行高速测量的方法而受到关注，这是因为存在于TD-OCT中的机械扫描是不需要的。

用于执行FD-OCT测量的装置结构的典型示例包括两种类型：SD-OCT(谱域OCT)装置和SS-OCT(扫频源OCT)。SD-OCT装置使用诸如SLD(高亮度发光二极管)、ASE(放大自发辐射)光源、和白光的宽带低相干光作为光源，使用迈克尔逊干涉仪或类似装置将宽带低相干光分成测量光和参考光，将测量光引导到测量目标，使此时反射的反射光与参考光进行干涉，使用分光仪将干涉光分解成(dissolve)频率分量，使用包括诸如以阵列方式布置的诸如光电二极管的元件的检测器阵列测量每一个频率分量的干涉光强度，以及通过计算机将傅里叶变换应用到获得的频谱干涉强度信号，从而形式光学断层图像。

而SS-OCT装置使用瞬时扫掠光频的激光作为光源，在每一个波长处使反射光和参考光干涉，测量与光频的时间变化相对应的信号的时间波形，以及通过计算机将傅里叶变换应用到获得的频谱干涉强度信号，从而形式光学断层图像。

虽然OCT测量是用于获得如上所述的特定区域的光学断层图像的方法，但是内窥镜可以例如通过正常照明光内窥镜或特殊光内窥镜进行观察检测肿瘤病变并将OCT测量应用到该区域来确定肿瘤病变侵入的程度。测量光的光轴可以被二维扫描以与基于OCT测量的深度信息一起获得三维信息。

OCT测量和三维计算机制图技术的集成允许以微米级分辨率显示三维结构模型。因此，基于OCT测量的三维结构模型将被称作光学三维结构图像。

例如，通过OCT观察食道的肿瘤侵入深度。食道的OCT图像从近侧示出了薄上皮层和强散射基底膜、上皮层和基底膜下面相对较强散射的粘膜固有层、以及相对较弱散射的黏膜肌层、强散射黏膜下层以及粘膜固有层下面的弱散射肌层。

以下说明肿瘤的发展所引起的组织结构变化的示例。当肿瘤在上皮层形成并增长时，上皮细胞肥大形成。众所周知此时新生血管从黏膜下层中的血管朝向肿瘤延伸到粘膜层，并且新生血管在基底膜之外形成在癌细胞周围。当肿瘤发展时，肿瘤破坏基底膜以侵入固有层，并且如果肿瘤进一步发展，则侵入深度朝向肌肉黏膜、黏膜下层以及肌层增加。

还没有侵入基底膜的肿瘤被称作“上皮内肿瘤”，该上皮内肿瘤用作如果肿瘤被除去则被治疗的指示。重要的是确定肿瘤是否已经侵入基底膜下方从而较早地检测早期肿瘤，以便在扩散风险之前最小化肿瘤的侵入治疗。如果肿瘤已经侵入超过基底膜，则作为接下来的指示，肿瘤是否已经侵入超过粘膜肌层是重要的。如果肿瘤还没有超过粘膜肌层，则转移的可能性较低，并且选择内窥镜烧蚀治疗。另一方面，如果肿瘤超过粘膜肌层，则转移的可能性较高，并选择开胸手术或放射治疗。重要的是确定肿瘤是否已经侵入粘膜肌层下面，以便最小化早期肿瘤的侵入治疗。因此，期望仅提取特定膜或层(例如，基底膜或粘膜肌层)并使该特定膜或层成像。然而，没有方法能够直接观察基底膜的状态。