Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии



Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии
Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии
Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии
Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии
Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии
Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии
Способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии

 


Владельцы патента RU 2489091:

КЭНОН КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим системам и способам визуализации с помощью оптической когерентной томографии. Способ заключается в облучении различных местоположений объекта с помощью множества измерительных лучей и сканировании множеством измерительных лучей. Сканирование проводится таким образом, что пятна излучения множества измерительных лучей разнесены в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, на длину, не превышающую суммы диаметров пятен. Способ осуществляется с помощью устройства визуализации, содержащего блок облучения, блок сканирования и блок управления. Устройство визуализации также содержит машиночитаемый носитель. Использование изобретения позволяет повысить эффективность сбора данных в клинических условиях и улучшить характеристики диагностической визуализации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способу визуализации с помощью оптической томографии и устройству визуализации с помощью оптической томографии. Конкретнее, данное изобретение относится к способу визуализации с помощью оптической томографии и устройству визуализации с помощью оптической томографии с использованием оптической когерентной томографии для диагностики в офтальмологии и других приложений.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способы и устройства визуализации с помощью оптической когерентной томографии нашли применение в последние годы на основе применения технологии низкокогерентной интерферометрии и/или интерферометрии белого света. В частности, устройство визуализации с помощью оптической томографии (оптическое интерферометрическое измерительное устройство) для оптической когерентной томографии, в котором используется многоволновая оптическая интерферометрия, способно получать изображение сечения образцов с высоким разрешением, так что такие устройства становятся незаменимыми для получения томографических изображений глазного дна и сетчатки в офтальмологии. Помимо офтальмологии, в настоящее время выполняются обследования в области дерматологии, а также послойная визуализация стенок органов пищеварения и органов кровообращения с использованием эндоскопов и катетеров. В данном описании оптическая когерентная томография будет далее сокращенно называться OCT.

Поскольку в OCT используются свойства света, посредством OCT объект может измеряться с высоким разрешением на уровне микрометров, или порядка длины световой волны. Однако, хотя OCT позволяет проводить точные измерения, для замера широкой области требуется продолжительное время измерения. В частности, когда объектом измерения является часть живого организма, например глаз человека или стенка органа пищеварения, которая совершает еле заметные и случайные движения, изображение, получаемое в результате измерения, может быть искаженным, если скорость измерения не превосходит скорость еле заметного движения. Кроме того, требуется получить трехмерные данные объекта измерения, а также требуется синтезировать изображение произвольно выбранного сечения объекта для обследования на основе полученных данных, чтобы провести более точное обследование объекта. Следовательно, объект должен быть измерен очень быстро.

В последние годы наблюдается значительный прогресс в технологии создания OCT-устройств, использующих преобразование Фурье (Fourier-Domain OCT), способных получать данные в направлении оптической оси «совместным образом», по сравнению с OCT-устройствами с разложением полученного сигнала по времени (Time-Domain OCT). OCT с использованием преобразования Фурье обеспечивает сбор данных по линии в направлении оптической оси с частотой, равной десяткам килогерц, что представляет собой скорость измерения, которая в несколько сотен раз превышает скорость измерения в стандартной OCT с разложением полученного сигнала по времени. Например, если в OCT с разложением полученного сигнала по времени требуется секунда для получения изображения сечения, образованного 1000×1000 пикселей, путем сканирования с частотой, равной 500 Гц, в OCT с использованием преобразования Фурье потребуется только около 0,05 секунды, поскольку в OCT с использованием преобразования Фурье сканирование по линии осуществляется со скоростью 20 кГц.

В другом высокоскоростном измерительном способе обширная область делится на множество подобластей, в которых далее одновременно производятся замеры посредством того же числа измерительных световых лучей. В патенте Японии №2875181 раскрыто устройство визуализации с помощью оптической томографии, в котором используется множество световых источников и такое же число фотодатчиков, при этом одиночные фотодатчики выполнены с возможностью обслуживания соответствующих световых источников посредством общей фокусирующей оптической системы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако в вышеупомянутом патенте Японии №2875181 описан способ разделения целостной области, которую требуется просканировать множеством измерительных световых лучей, выполняющих сканирование, а значит, этот способ влечет за собой трудности обработки данных, которые возникают, когда изображения, полученные путем разделения целостной области, сводятся воедино для создания полного единого изображения всей области в целом. Кроме того, устройство визуализации с помощью оптической томографии, в котором применяется множество световых источников и такое же число фотодатчиков, как раскрыто в вышеуказанном патентном документе, порождает разброс данных в отношении оптических характеристик устройства, таких как количество светового излучения и диаметр отдельных измерительных световых лучей. Далее, устройство проявляет разброс данных в плане чувствительности и разрешающей способности. Кроме того, поскольку каждый измерительный световой луч сканирует единственную подобласть, раскрытое устройство не обеспечивает какого-либо повышения чувствительности в сравнении с традиционными устройствами, в которых выполняется сканирование области единственным измерительным световым лучом.

С учетом вышеуказанных проблем предшествующего уровня техники задача настоящего изобретения заключается в создании способа визуализации с помощью оптической томографии и устройства визуализации с помощью оптической томографии, выполненные с возможностью сбора изображений вместе с помощью простого и легко выполнимого процесса, а также выполненные с возможностью быстрого получения OCT-изображения с малым разбросом данных в плане чувствительности и разрешающей способности.

Согласно настоящему изобретению предложен способ визуализации с помощью оптической томографии для сбора изображений сечений объекта, который требуется измерить, путем деления каждого из расщепленных лучей, испущенных световым источником, дополнительно на измерительный световой луч и опорный световой луч, направление множества измерительных световых лучей на объект, направляя при этом множество опорных световых лучей на зеркало опорного луча, искусственное совмещение множества обратных световых лучей, отраженных или рассеянных объектом, с множеством соответствующих опорных световых лучей посредством блока совмещения световых лучей, а также детектирование интерференционных световых лучей,

при этом способ содержит:

этап сканирования заданной области объекта с помощью пятен множества измерительных световых лучей в одном и том же направлении посредством оптической системы сканирования, при этом заданная область имеет длину в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, меньшую, чем сумма диаметров пятен, чтобы тем самым облучать различные точки объекта с помощью различных пятен множества измерительных световых лучей посредством оптической системы облучения;

этап детектирования интерференционных сигналов, образованных множеством обратных световых лучей от различных точек объекта и множеством соответствующих опорных световых лучей; и

этап выполнения арифметической обработки распознанных интерференционных сигналов на основе величин смещений между различными местоположениями пятен, используя интерференционные сигналы, соответствующие, по меньшей мере, двум положениям пятен, из интерференционных сигналов, соответствующих положениям пятен, чтобы тем самым улучшить соотношение «сигнал-шум».

В другом аспекте настоящего изобретения создан способ визуализации с помощью оптической томографии для сбора изображений сечений объекта, который требуется измерить, путем направления множества измерительных световых лучей на объект, искусственного совмещения множества обратных световых лучей, отраженных или рассеянных объектом, с множеством соответствующих опорных световых лучей посредством блока совмещения световых лучей, а также детектирования интерференционных световых лучей,

при этом способ содержит:

этап сканирования заданной области объекта с помощью пятен множества измерительных световых лучей в одном и том же направлении посредством оптической системы сканирования, при этом заданная область имеет длину в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, меньшую, чем сумма диаметров пятен, чтобы тем самым облучать различные точки объекта с помощью различных пятен множества измерительных световых лучей посредством оптической системы облучения;

этап детектирования интерференционных сигналов, образованных множеством обратных световых лучей от различных точек объекта и множеством соответствующих опорных световых лучей; и

этап выполнения арифметической обработки распознанных интерференционных сигналов на основе величин смещений между различными местоположениями пятен, используя интерференционные сигналы, соответствующие, по меньшей мере, двум положениям пятен, из интерференционных сигналов, соответствующих положениям пятен, чтобы тем самым улучшить соотношение «сигнал-шум».

В еще одном аспекте настоящего изобретения предложено устройство визуализации с помощью оптической томографии для сбора изображений сечений объекта, который требуется измерить, путем деления каждого из расщепленных лучей, испущенных световым источником, дополнительно на измерительный световой луч и опорный световой луч, направление множества измерительных световых лучей на объект, направляя при этом множество опорных световых лучей на зеркало опорного луча, искусственное совмещение множества обратных световых лучей, отраженных или рассеянных объектом, с множеством соответствующих опорных световых лучей посредством блока совмещения световых лучей, а также детектирование интерференционных световых лучей,

при этом устройство содержит:

оптическую систему сканирования, выполненную с возможностью сканирования с помощью множества измерительных световых лучей в одном и том же направлении;

оптическую систему излучения для облучения различных точек объекта с помощью множества сканирующих измерительных световых лучей;

блок детектирования интерференционных сигналов для детектирования интерференционных сигналов, образованных множеством обратных световых лучей, осуществивших облучение различных точек объекта, и множеством соответствующих опорных световых лучей; и

блок обработки сигналов для выполнения арифметической обработки интерференционных сигналов, распознанных блоком детектирования интерференционных сигналов, на основе величин смещений между различными местоположениями пятен, чтобы тем самым улучшить соотношение «сигнал-шум».

В дополнительном аспекте настоящего изобретения предложено устройство визуализации с помощью оптической томографии для сбора изображений сечений объекта, который требуется измерить, путем направления множества измерительных световых лучей на объект, искусственного совмещения множества обратных световых лучей, отраженных или рассеянных объектом, с множеством соответствующих опорных световых лучей посредством блока совмещения световых лучей, а также детектирования интерференционных световых лучей,

при этом устройство содержит:

оптическую систему сканирования, выполненную с возможностью сканирования с помощью множества измерительных световых лучей в одном и том же направлении;

оптическую систему излучения для облучения различных точек объекта с помощью множества сканирующих измерительных световых лучей;

блок детектирования интерференционных сигналов для детектирования интерференционных сигналов, образованных множеством обратных световых лучей, осуществивших облучение различных точек объекта, и множеством соответствующих опорных световых лучей; и

блок обработки сигналов для выполнения арифметической обработки интерференционных сигналов, распознанных блоком детектирования интерференционных сигналов, на основе величин смещений между различными местоположениями пятен, чтобы тем самым улучшить соотношение «сигнал-шум».

Таким образом, настоящее изобретение может реализовать способ визуализации с помощью оптической томографии и устройство визуализации с помощью оптической томографии, выполненные с возможностью сбора изображений вместе с помощью простого и легко выполнимого процесса, а также выполненные с возможностью быстрого получения OCT-изображения с малым разбросом данных в плане чувствительности и разрешающей способности.

Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидны из последующего описания примеров вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фигуре 1 схематично показана конфигурация устройства визуализации с помощью оптической томографии на Примере 1, что является одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

На Фигуре 2 схематично показаны положения сканирующих пятен и линий сканирования в Примере 1.

На Фигуре 3 схематично показана взаимосвязь между объектом и областью измерений в Примере 1.

На Фигуре 4 схематично показана конфигурация устройства визуализации с помощью оптической томографии на Примере 2.

На Фигуре 5 схематично показана область измерений в Примере 3.

На Фигуре 6 схематично показана конфигурация устройства визуализации с помощью оптической томографии на Примере 4.

На Фигуре 7 схематично показана конфигурация устройства визуализации с помощью оптической томографии на Примере 5.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже будет описан вариант осуществления способа визуализации с помощью оптической томографии и устройства визуализации с помощью оптической томографии для построения изображения сечения объекта согласно настоящему изобретению.

На Фигуре 1 схематично показана конфигурация устройства визуализации с помощью оптической томографии, что является одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

В данном варианте осуществления, свет, эмитируемый низкокогерентным световым источником 101, разделяется на множество световых лучей с помощью волоконного разделителя 102 луча. Каждый из множества световых лучей дополнительно разделяется на измерительный световой луч и опорный световой луч с помощью волоконного соединителя 103, при этом множество измерительных световых лучей направляются на объект, который требуется измерить, а множество опорных световых лучей направляются на зеркало опорного луча.

Множество измерительных световых лучей, направляемых на объект, испускаются соответственно из блока волоконных коллиматоров 104, расположенных с определенными интервалами. Совокупность измерительных световых лучей приводится в движение сканирующим блоком (сканирующей оптической системой) 105 для сканирования и облучения объекта (измеряемого объекта) 120 соответственно в различных точках с помощью линзы 106 объектива оптической системы излучения. Обратные световые лучи, создаваемые объектом 20 в результате отражения или рассеяния, возвращаются в волоконные соединители 103 с помощью той же оптической системы.

С другой стороны, совокупность опорных световых лучей испускается из другого блока волоконных коллиматоров 107, отражается зеркалом 109 опорного луча и возвращается в волоконные соединители 103. Опорные световые лучи проходят через стекло 108 для компенсации дисперсии с целью согласования количественных величин волновой дисперсии этих лучей с теми величинами, которыми обладают эмитированные опорные световые лучи.

В волоконных соединителях 103 создаются интерференционные сигналы на основе измерительных световых лучей, отраженных или рассеянных объектом 120 и поступивших обратно в волоконные соединители 103, а также соответствующих опорных световых лучей, отраженных зеркалом 109 опорного луча и возвращенных в волоконные соединители 103. Интерференционные сигналы, созданные в волоконных соединителях 103, детектируются в качестве сигналов, соответствующих измерительным световым лучам, с помощью блока 110 детектирования интерференционных сигналов на этапе детектирования интерференционных сигналов.

Интерференционные сигналы, полученные вышеописанным образом, далее регистрируются в блоке 111 записи/обработки данных (блоке обработки сигналов) на этапе обработки сигналов и подвергаются арифметической обработке согласно величинам смещения различных местоположений пятен, чтобы повысить соотношение «сигнал-шум».

На Фигуре 2 сканирующие пятна на объекте 120 обозначены черными кружками, а линии сканирования обозначены утолщенными линиями. Хотя линии сканирования незначительно разнесены друг от друга на Фигуре 2, чтобы было проще понять, на самом деле они по существу расположены одна на другой в перпендикулярном им направлении. Например, сканирующие пятна совокупности измерительных световых лучей перемещаются с помощью сканирующей оптической системы для сканирования заданной области в одном и том же направлении, так что ширина области, которую требуется просканировать, в направлении, перпендикулярном направлению сканирования пятен измерительных световых лучей, меньше, чем сумма соответствующих диаметров пятен.

На Фигуре 3 схематично показана взаимосвязь между объектом и областями, в которых требуется выполнить измерения посредством сканирующих пятен. Области, в которых требуется выполнить измерения, смещены друг от друга вследствие смещений местоположений пятен. Следовательно, по сравнению с сигналом, получаемым с помощью единственного пятна для измерения, соотношение «сигнал-шум» может быть повышено путем осреднения измерительных данных, относящихся по существу к одинаковым местоположениям в направлении, перпендикулярном направлению сканирования (каждая из частей, обведенных утолщенной линией на Фигуре 3), с учетом позиционных смещений местоположений пятен.

Вышеописанное устройство визуализации с помощью оптической томографии может найти применение в различном диагностическом оборудовании и оборудовании для обследования глазного дна или кожи, для обследования живого организма с использованием эндоскопа, для промышленного контроля качества и т.д.

Способ визуализации с помощью оптической томографии согласно вышеописанному варианту осуществления может быть создан в виде выполняемой компьютером программы, хранящейся в машиночитаемом носителе информации (например, на гибком диске, жестком диске, оптическом диске, магнитооптическом диске, CD-ROM, CD-R, магнитной ленте, энергонезависимом ЗУ, ROM, EEPROM или оптическом диске Blue-ray).

Далее настоящее изобретение будет описано на примерах.

ПРИМЕР 1

В данном примере устройство визуализации с помощью оптической томографии, показанное на примере 1, используется для исследования сетчатки глаза. В качестве низкокогерентного светового источника 101 используется SLD (суперлюминесцентный диод) с выходной мощностью 20 мВ, центральной длиной волны 840 нм и шириной полосы 45 нм. Свет, испущенный световым источником 101, делится на три равных световых луча с помощью волоконного разделителя 102 луча, работающего по схеме деления на три. Далее каждый из световых лучей делится на измерительный световой луч и опорный световой луч соответствующим одним из трех 50:50-волоконных соединителей 103. Измерительные лучи направляются параллельно друг другу с помощью блока волоконных коллиматоров 104 и сканируют заданную область с помощью оптической системы 105 сканирования, образованной с использованием гальваносканера и блока линз. На этом этапе сканирующие измерительные световые лучи образуют лучи диаметром около 1 мм и проходят параллельно друг другу через линзу 106 объектива, функционирующую в качестве звена оптической системы светового облучения, так чтобы осуществлять облучение различных точек соответственно на сетчатке 120 глаза.

На Фигуре 2 схематично показано изображение 250 глазного дна, выстилаемого сетчаткой 120. На изображении 250 глазного дна имеются три пятна 201a, 201b, 201c и три линии сканирования. Поскольку оптическая система светового облучения настроена так, чтобы диаметры входящих лучей были равны примерно 1 мм, диаметры пятен на глазном дне составляют около 20 мкм. Волоконные коллиматоры 104 имеют три волокна, расположенных с интервалами 80 мкм и имеют диаметр сердцевины, равный 5 мкм, так что пятна располагаются с интервалами около 260 мкм.

Три опорных световых луча направляются параллельно друг другу с помощью набора волоконных коллиматоров 107, отражаются от зеркала 109 опорного луча посредством стекла 108 для компенсации дисперсии и возвращаются в волоконные соединители 103. С помощью измерительных световых лучей, отраженных или рассеянных объектом 120 и возвращенных в волоконные соединители 103, а также соответствующих опорных световых лучей, отраженных зеркалом 109 опорного луча и возвращенных в волоконные соединители 103, создается три интерференционных сигнала, которые далее поступают в соответствующие блоки 110 спектрального распознавания.

Каждый из блоков 110 спектрального распознавания образован спектральной оптической системой, имеющей пропускающую дифракционную решетку 1200/мм, а также линейный датчик с шагом пикселей 14 мкм, количеством пикселей, равным 2048, и скоростью сбора данных по линии, равной 20 кГц, для получения данных волнового спектра, содержащих интерференционные сигналы. Полученные данные записываются в блоке 111 записи/обработки данных, и осуществляется сбор OCT-сигналов путем обработки данных с помощью преобразования Фурье. Далее может быть получено изображение сечения сетчатки 120 путем синхронизации OCT-сигналов с частотой гальваносканера в оптической системе 105 сканирования при сборе OCT-сигналов.

На Фигуре 3 показаны области OCT-измерений, относящиеся к соответствующим пятнам. Поскольку пятна расположены с интервалом 260 мкм, смежные области измерений располагаются на расстоянии около 260 мкм друг от друга, что примерно в тринадцать раз превышает диаметр пятна, равный 20 мкм. Дополнительно осуществляется построение строки данных [X1, X2, X3, …, Xn, …] с помощью арифметической операции Xn=An+24+Bn+12+Cn, используя строки измерительных данных [A1, A2, A3, …, Ak, …], где Ak представляет k-ую строку измерительных данных, расположенную в направлении сканирования, по результатам измерения посредством пятна 201a, [B1, B2, B3, …, Bl, …], где Bl представляет l-строку измерительных данных, расположенную в направлении сканирования, по результатам измерения посредством пятна 201b, а также [C1, C2, C3, …, Cm, …], где Cm представляет m-строку измерительных данных, расположенную в направлении сканирования, по результатам измерения посредством пятна 201c, полученные с помощью пятен.

С помощью вышеуказанной схемы строки данных, полученные в одной и той же точке измерения, подвергаются дополнительной обработке с учетом позиционных смещений местоположений пятен, так что случайные шумы могут быть в относительной степени снижены для улучшения соотношения «сигнал-шум» в полученном OCT-изображении. Далее, путем повторения того же цикла измерений, сдвигая линии сканирования на поверхности глазного дна, может быть получено трехмерное изображение сетчатки.

Таким образом, согласно данному примеру требуется лишь заранее выбрать позиции для добавления данных на основе величин смещений различных местоположений пятен, а значит, сложные процедуры наложения, такие как корреляционные вычисления, для изображений не требуются. Хотя здесь описана технология спектральной OCT с использованием линейного датчика, тот же эффект может быть получен с использованием стандартной оптической когерентной томографии с разложением полученного сигнала по времени или оптической когерентной томографии с использованием генератора качающейся частоты (swept source OCT), в которой применяется световой источник сканирования по длине волны. Кроме того, хотя линии сканирования по существу лежат одна на другой в направлении, перпендикулярном направлению сканирования в данном примере, может быть получен тот же эффект, если линии сканирования смещены друг от друга в пределах диаметра пятен. Помимо этого, хотя дополнительная обработка выше описана как обработка для улучшения соотношения «сигнал-шум» в отношении измерительных данных, тот же эффект может быть получен путем осреднения, например, используя соотношение Xn=(An+24+Bn+12+Cn)/3.

Следовательно, согласно данному примеру, соотношение «сигнал-шум» может быть улучшено с помощью операции суммирования или осреднения, используя интерференционные сигналы из точек, расположенных по существу в одном месте в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, в области сканирования, которую требуется просканировать оптической системой сканирования. Кроме того, если все данные из всех точек не используются, соотношение «сигнал-шум» может быть улучшено путем использования данных из двух точек. Другими словами, может быть использовано, по меньшей мере, только два интерференционных сигнала из двух точек из числа интерференционных сигналов из всех точек светового облучения в различных местах расположения пятен.

ПРИМЕР 2

В качестве Примера 2 ниже будет описан пример построения устройства визуализации с помощью оптической томографии путем использования оптической системы неволоконного типа. В то время как устройство визуализации с помощью оптической томографии в примере 1 образовано с использованием оптических волокон, устройство визуализации с помощью оптической томографии может быть также образовано с использованием оптической системы неволоконного типа.

На Фигуре 2 показана схема устройства визуализации с помощью оптической томографии по Примеру 2. Компоненты устройства визуализации с помощью оптической томографии в этом примере, идентичные компонентам устройства визуализации с помощью оптической томографии, представленного на Фигуре 1, обозначены соответственно теми же ссылочными позициями и далее рассматриваться не будут.

Как и в Примере 1, в качестве низкокогерентного светового источника 101 используется световой источник SLD с выходной мощностью 20 мВ, центральной длиной волны 840 нм и шириной полосы 45 нм. Свет, испущенный световым источником, делится на три равных световых луча с помощью волоконного разделителя 102 луча, работающего по схеме деления на три, при этом световые лучи направляются параллельно друг другу с помощью блока волоконных коллиматоров 104. Каждый из этих трех световых лучей разделяется на измерительный световой луч и опорный световой луч с помощью кубического расщепителя 401 луча. Как и в Примере 1, измерительные световые лучи образуют лучи диаметром около 1 мм и направляются параллельно друг другу с помощью оптической системы 105 сканирования и линзы 106 объектива, так чтобы осуществлять облучение различных соответствующих точек на сетчатке 120 глаза.

Опорные световые лучи отражаются от зеркала 403 опорного луча посредством стекла 402 для компенсации дисперсии и возвращаются в блок волоконных коллиматоров 404. Интерференционные сигналы, созданные световыми лучам, далее поступают в соответствующие три блока 110 спектрального распознавания, как и в Примере 1, после чего данные записываются в блок 111 записи/обработки данных. Хотя конфигурация представленного в данном примере устройства визуализации с помощью оптической томографии, образованного с использованием оптической системы неволоконного типа, отличается от конфигурации представленного в Примере 1 устройства визуализации с помощью оптической томографии, образованного с использованием оптических волокон, этапы обработки сигналов в устройстве в данном примере аналогичны тем, что используются в устройстве в Примере 1, поскольку в этих двух примерах расположение световых лучей одинаково.

Хотя арифметическая обработка описана выше в виде операций суммирования и осреднения, арифметическая обработка, которую требуется выполнить для достижения цели настоящего изобретения, ни коем образом не ограничена такими операциями. Например, альтернативно могут быть использованы операции взвешивания и осреднения для достижения цели настоящего изобретения. В этом случае строки данных могут быть «взвешены» с использованием величин, соответствующих количественным показателям светового излучения пятен, для операции осреднения. Количественные показатели светового излучения пятен могут проявить дисперсию, поскольку в обыкновенных расщепителях лучей и волоконных соединителях наблюдается дисперсия технологического характера. Например, волоконный разделитель 102 луча, работающий по схеме деления на три, который использован в данном примере, проявляет максимальную дисперсию в отношении коэффициента разветвления, равную 5%. Количественные показатели светового излучения пятен 210а, 210b и 210 с на Фигуре 2 были измерены и составили соответственно 705 µW, 730 µW и 700 µW. Следовательно, изменения интенсивности сигнала, отражающие изменения количественных показателей светового излучения, могут быть скорректированы для улучшения соотношения «сигнал-шум» путем расчета Xn=(An+24/705+Bn+12/730+Cn/700)/3, используя определение строки данных, описанное выше в Примере 1.

Помимо выбора количественных показателей светового излучения для весовых коэффициентов, того же эффекта можно добиться путем выбора величин, соответствующих уровням интенсивности сигналов пятен, либо величин, соответствующих уровням шумов в отношении пятен. Согласно еще одному альтернативному варианту можно использовать коэффициенты, полученные путем совмещения количественных показателей светового излучения, уровней интенсивности сигналов и уровней шумов.

ПРИМЕР 3

В этом примере будет описана схема, в которой оптическая система сканирования имеет механизм, выполненный с возможностью изменять скорость сканирования и выполненный с возможностью сдвига частоты сканирования в соответствии с областью, которую требуется просканировать.

В то время как ранее в Примерах 1 и 2 скорость сканирования не описывалась, оптическая система 105 сканирования, в которой применяется гальваническое зеркало, может осуществить сдвиг частоты сканирования, так чтобы можно было использовать произвольно выбранную частоту до 500 Гц. Таким образом, оптическая система сканирования может быть использована для различных целей путем соответствующего сдвига частоты сканирования в соответствии с областью, в которой проводятся измерения, например, с целью измерения объекта с высокой скоростью без снижения соотношения «сигнал-шум», либо с целью измерения объекта с малой скоростью для повышения соотношения «сигнал-шум».

Предположим, что область, в которой требуется выполнить измерения, размер которой составляет 6 мм × 2 мм, исследуется с помощью измерительной системы по Примеру 1. Если диаметр пятна составляет 20 мкм и применяется традиционная технология OCT-измерений с использованием одного пятна, потребуется время измерения, равное 300×100/20 кГц = 1,5 секунды. В нашем примере та же операция измерений может быть выполнена за время проведения измерения, составляющее одну треть вышеописанного времени измерения, при том же соотношении «сигнал-шум», благодаря операции повышения соотношения «сигнал-шум», описанной выше в Примере 1, а также использованию трех пятен, так что патологический участок, если таковой имеется, будет легко обнаружен.

На Фигуре 5 схематично показано глазное дно 250. Сначала выполняется грубое измерение обследуемого участка 501a размером 6 мм × 2 мм, расположенного по центру в макуле на глазном дне. Когда частота сканирования повышается до 100 Гц для проведения грубых измерений, требуемое время измерения составит 0,5 секунды для возвратно-поступательного сканирования. В этом цикле измерений может быть обнаружен вызывающий подозрение на патологию участок, расположенный возле конца области, в которой требуется выполнить измерения (затененный участок на Фигуре 5).

Далее выполняются измерения в обследуемой области 501b размером 6 мм × 2 мм, расположенной по центру участка. Поскольку измерения в этот раз представляют собой тщательное обследование, частоту сканирования снижают до 33,3 Гц, что составляет одну треть предыдущей частоты, так что для проведения измерения требуется время, равное 1,5 секунды. Хотя время измерения равно времени измерения в цикле OCT-измерений с использованием одного пятна, число измерительных пятен втрое больше, чем при OCT-измерениях с использованием одного пятна. Другими словами, может быть достигнуто то же соотношение «сигнал-шум», как и при OCT-измерениях с использованием одного пятна, выполняемых в течение времени, втрое превышающего вышеуказанную продолжительность, для распознавания и тщательного изучения патологического участка.

Хотя в каждом из перечисленных примеров использовались три пятна, тот же эффект может быть достигнут с использованием двух или более двух пятен, число которых иное, чем три.

ПРИМЕР 4

На Фигуре 4 схематично показана конфигурация устройства визуализации с помощью оптической томографии на Примере 4. Схема на Фигуре 6 та же, что на Фигуре 4, за исключением того, что световой источник включает в себя три SLD-световых источника 510a, 510b и 510c. Преимущества настоящего изобретения сохраняются даже при использовании различных световых источников для различных световых лучей, как в данном примере. Хотя в этом примере используется три световых луча, тот же эффект может быть достигнут с использованием двух или более двух лучей, число которых иное, чем три.

ПРИМЕР 5

В каждом из вышеописанных примеров задействован интерферометр Михельсона, а в данном примере используется интерферометр Маха-Зандера. На Фигуре 7 схематично показана конфигурация устройства визуализации с помощью оптической томографии в данном примере, в которой применяется интерферометр Маха-Зандера.

Световое излучение, эмитируемое SLD-световым источником 101, расщепляется на измерительный световой луч и опорный световой луч с помощью волоконного разделителя 601 луча, работающего по схеме деления на два. Измерительный световой луч делится на три равных световых луча с помощью волоконного разделителя 602 луча, работающего по схеме деления на три, которые далее поступают в соответствующие оптические циркуляторы 603. После прохождения через соответствующие оптические циркуляторы 603 световые лучи направляются параллельно друг другу с помощью трех волоконных коллиматоров 104 и облучают соответствующие точки на сетчатке 120 глаза посредством оптической системы 105 сканирования, образованной гальваносканером со сканирующей линзой и линзой 106 объектива. Три световых луча отрегулированы так, чтобы выполнить сканирование области, аналогичной области в Примере 1.

Обратные световые лучи, отраженные или рассеянные сетчаткой 120, возвращаются в соответствующие оптические циркуляторы 603 с помощью той же оптической системы. Лучи, возвращенные в оптические циркуляторы, далее поступают на выход не в волоконный разделитель 602 луча, а в волоконные коллиматоры 604 в силу свойств оптических циркуляторов. Эти обратные лучи далее направляются параллельно друг другу с помощью волоконных коллиматоров 604 и поступают на вход разделителя 701 луча.

С другой стороны, опорный световой луч направляется через оптический циркулятор 605 и испускается из волоконного коллиматора 606. Далее опорный световой луч направляется через стекло 607 для компенсации дисперсии и отражается зеркалом 608 опорного луча, перед тем как возвратиться в оптический циркулятор 605. Обратный луч поступает на выход в волоконный разделитель 609 луча, работающий по схеме деления на три, с помощью оптического циркулятора 605 и разделяется на три равных световых луча. Три опорных световых луча, полученных в результате деления исходного опорного светового луча на три равные части, далее направляются параллельно друг другу с помощью волоконных коллиматоров 610 и поступают на вход разделителя 701 луча.

Три измерительных световых луча, рассеянных сетчаткой 120 и поступивших на вход разделителя 701 луча, а также три опорных световых луча, полученных в результате деления исходного опорного светового луча на три равные части и далее поступивших на вход разделителя 701 луча, искусственно совмещаются разделителем 701 луча для создания интерференционных световых лучей. Интерференционные световые лучи, направленные в соответствующие волоконные коллиматоры 611, далее вводятся в оптические волокна с помощью волоконных коллиматоров и поступают в блоки 110 спектрального распознавания, так чтобы подвергнуться спектральной обработке и получить ОСТ-сигналы, как в Примере 1. С другой стороны, интерференционные световые лучи, направленные на алюминиевую пластину 702, блокируются алюминиевой пластиной, обработанной так, чтобы представлять собой черный алюмит, поскольку в них нет необходимости.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает вышеописанные преимущества вне зависимости от вида интерферометра. Хотя в каждом из вышеописанных примеров используется три световых луча, тот же эффект может быть достигнут с использованием двух или более двух лучей, число которых иное, чем три.

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примеры вариантов осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерами вариантов осуществления. Объем притязаний последующей формулы изобретения предполагает наиболее широкое толкование, так чтобы включать в себя всевозможные модификации, а также эквивалентные структуры и функции.

По настоящей заявке испрашивается приоритет по патентной заявке Японии №2009-013069, зарегистрированной 23 января 2009 г., а также патентной заявке Японии №2009-124135, зарегистрированной 22 мая 2009 г., включенных в настоящее описание в полном объеме путем ссылки.

1. Способ визуализации для сбора изображений объекта с помощью оптической когерентной томографии, используя совмещенные световые лучи, полученные путем совмещения множества обратных световых лучей от объекта, облученного множеством измерительных световых лучей с множеством опорных световых лучей, соответствующих множеству измерительных световых лучей соответственно,
при этом способ содержит:
этап облучения различных местоположений объекта с помощью множества измерительных световых лучей; и
этап сканирования множеством измерительных световых лучей, так что пятна излучения множества измерительных световых лучей разнесены в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, на длину, не превышающую суммы диаметров пятен.

2. Способ визуализации по п.1, в котором этап выполнения арифметической обработки включает в себя этап выполнения операции суммирования или операции осреднения с использованием интерференционных сигналов из местоположений пятен, расположенных, по существу, одно на другом в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, в области сканирования.

3. Способ визуализации по п.2, в котором этап выполнения операции осреднения представляет собой этап выполнения операции взвешивания и осреднения с использованием интерференционных сигналов из местоположений пятен, расположенных, по существу, одно на другом в направлении, перпендикулярном направлению сканирования, в области сканирования.

4. Способ визуализации по п.3, в котором этап выполнения операции взвешивания и осреднения включает в себя этап взвешивания с использованием величин, соответствующих количественным показателям светового излучения пятен, уровням интенсивности сигналов или уровням шумов.

5. Способ визуализации по п.1, дополнительно содержащий:
этап детектирования интерференционных сигналов из соответствующих совмещенных световых лучей; и
этап выполнения арифметической обработки распознанных интерференционных сигналов на основе величин смещений между различными местоположениями пятен, используя интерференционные сигналы, соответствующие, по меньшей мере, двум положениям пятен, из интерференционных сигналов, соответствующих положениям пятен, чтобы тем самым улучшить соотношение «сигнал-шум».

6. Машиночитаемый носитель, хранящий выполняемую компьютером программу, обеспечивающую выполнение компьютером способа визуализации с помощью оптической томографии по п.1.

7. Устройство визуализации для сбора изображений объекта с помощью оптической когерентной томографии, используя совмещенные световые лучи, полученные путем совмещения множества обратных световых лучей от объекта, облученного множеством измерительных световых лучей, с множеством опорных световых лучей, соответствующих множеству измерительных световых лучей, соответственно,
при этом устройство содержит:
блок облучения для облучения различных точек, в целом, в одном и том же заданном слое объекта с помощью множества измерительных световых лучей;
блок сканирования для сканирования с помощью множества измерительных световых лучей, в целом, в одном и том же направлении; и
блок управления для управления блоком сканирования, так чтобы линии сканирования, проходящие, в целом, в одном направлении, перекрывались друг с другом.

8. Устройство визуализации по п.7, в котором блок сканирования включает в себя механизм, выполненный с возможностью изменять скорость сканирования.

9. Устройство визуализации по п.7, дополнительно содержащее:
блок обработки сигналов для выполнения арифметической обработки интерференционных сигналов из соответствующих совмещенных световых лучей на основе величин смещений между различными местоположениями пятен, чтобы тем самым улучшить соотношение «сигнал-шум».



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для оптического спектрального определения элементного состава веществ по спектрам люминесценции и может быть использовано, в частности для определения малых концентраций актинидных элементов в объектах окружающей среды и технологических растворах, например, для определения концентрации урана в природных водах, в водах хозяйственно-бытового и технического назначения.

Изобретение относится к способам оперативного диагностирования деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) в эксплуатации и может быть использовано для выявления появляющихся дефектов изделий, агрегатов, узлов и деталей в авиакосмической, авиационной, судостроительной и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к устройству охарактеризованного в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения рода для отображения внутренней поверхности полости в детали.

Изобретение относится к исследованию материалов с помощью анализа оптических сред и может быть использовано для неразрушающего контроля молекулярного состава и структуры различных веществ.

Изобретение относится к области технической физики, а точнее к рефрактометрическим приборам, предназначенным для измерения показателя преломления и других, связанных с ним параметров веществ.

Изобретение относится к физике атмосферы и может быть использовано при определении структурной характеристики показателя преломления, параметра Штреля и радиуса Фрида.

Изобретение относится к контролю качества бетонов, растворов и цементного камня. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для количественного определения лекарственных веществ в фармакопейных препаратах в центральных заводских лабораториях, в контрольно-аналитических лабораториях, в биохимических лабораториях клиник и судебно-химических лабораториях.

Изобретение относится к области технической физики, в частности к спектральным методам определения элементного состава жидких сред с использованием электрического разряда в жидкости в качестве источника спектров.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам анализа качества смеси сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты.

Изобретение относится к оптике, к оптическим устройствам, основанным на использовании явлений интерференции световых потоков, например, использовании резонаторов Фабри-Перо, применяемых в научных исследованиях и технике для спектрального анализа и монохроматизации света.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам и способам определения местоположения хирургического инструмента в теле пациента. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к интерферометрам, и может быть использовано для контроля оптического качества афокальных систем, в том числе крупногабаритных, а именно для контроля плоских зеркал, светоделителей, плоскопараллельных пластин, клиньев, а также телескопических систем с увеличением, близким к единичному.

Изобретение относится к радиотехническим устройствам СВЧ-диапазона. .

Изобретение относится к средствам, предназначенным для прецизионных измерений линейных и угловых перемещений объекта, в частности к оптическим средствам данного назначения, в которых используются методы интерферометрии.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к устройствам оптических спектральных приборов, в частности к устройствам интерферометров. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к профилометрии, топографии. .
Наверх