BR112013029785B1

BR112013029785B1 - sistema de interferometria de coerência baixa e método realizado por um sistema de interferometria de coerência baixa

Info

Publication number: BR112013029785B1
Application number: BR112013029785-9A
Authority: BR
Inventors: José Luis Rubio Guivernau; Eduardo MARGALLO BALBÁS
Original assignee: Medlumics, S.L.
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2021-01-05
Also published as: JP2014517286A; ES2415555A1; CA2836609C; ES2415555B2; CN103688133A; CN103688133B; US9354040B2; CA2836609A1; BR112013029785A2; AU2012260954B2; WO2012160005A1; EP2710327A1; JP6118796B2; US20140078510A1; EP2710327B1

Abstract

DISPOSITIVO DE VARREDURA PARA INTERFEROMETRIA DE COERÊNCIA BAIXA. Um sistema para varredura lateral de uma amostra usando tomografia de coerência óptica é apresentado. O sistema de interferometria de coerência baixa inclui uma primeira unidade de multiplexação e uma segunda unidade de multiplexação. A primeira unidade de multiplexação é configurada para receber um primeiro feixe de radiação, e inclui uma primeira pluralidade de elementos de atraso ópticos configurada para introduzir um atraso de grupo para o primeiro feixe de radiação baseado em um caminho óptico percorrido pelo primeiro feixe de radiação entre uma primeira pluralidade de guias de onda ópticos. A segunda unidade de multiplexação é configurada para receber um segundo feixe de radiação. A segunda unidade de multiplexação inclui uma segunda pluralidade de elementos de modulação ópticos configurada para diferenciar o segundo feixe de radiação entre uma segunda pluralidade de guias de onda ópticos para a produção de um ou mais feixes de radiação de saída. A segunda pluralidade de guias de onda ópticos é configurada para orientar um ou mais feixes de radiação de saída na direção de uma amostra.

Description

CAMPO

[0001] Modalidades da invenção referem-se aos campos de tomografia de coerência óptica de alta resolução.

FUNDAMENTOS

[0002] Tomografia de Coerência Óptica (OCT) é uma técnica para a geração de imagens médicas que pode fornecer informações axiais em uma alta resolução usando uma fonte de luz de banda larga e um sistema de detecção de interferometria. Foi encontrada uma grande variedade de utilizações, de cardiologia a oftalmologia e ginecologia, ou para estudos seccionais in vitro de materiais biológicos.

[0003] Informação axial é obtida em OCT por meio de métodos de interferometria. Para gerar imagens (2D) e representações de volume (3D) da histologia de tecido, é necessário mover o feixe lateralmente ao longo da área de interesse. Este movimento tem sido tradicionalmente feito por meio de deslocamento mecânico de algum elemento óptico no interior do sistema tal como a guia de onda no caso de sistemas à base de fibras. Alternativamente, a amostra pode ser deslocada sob um feixe estacionário. A solução mais comum utiliza um espelho móvel no caminho de feixe no braço de amostra do interferômetro. Embora este método seja eficaz, ele tem desvantagens, especialmente em termos de confiabilidade, custo de fabricação, custos de manutenção, complexidade de ajuste, tamanho final do sistema, etc. A utilização de tecnologia MOEMS (sistemas micro-opto-eletromecânicos) sido proposta e demonstrada para situações em que espelhos convencionais não são aceitáveis, como em cateteres ou instrumentos de laparoscopia. No entanto, estes dispositivos sofrem de muitos dos mesmos problemas que as suas versões macroscópicas e eles colocam seus próprios desafios em termos de encapsulamento, esterilização, etc.

[0004] Uma abordagem para prestação de uma varredura lateral sobre uma amostra é a utilização de feixes múltiplos. Um exemplo disto foi proposto no pedido de patente WO 2010/134624. Vários interferômetros completos que trabalham em paralelo são descritos que apenas compartilham a fonte de luz. Como tal, o braço de amostra de cada interferômetro consiste de um único caminho óptico e não há nenhum mecanismo de multiplexação que conduz a um sistema estruturalmente complicado.

[0005] Um outro pedido de patente, documento WO 2004/073501, contempla a utilização de feixes múltiplos que são simultaneamente incidentes sobre a amostra. O objetivo deste pedido de patente é a combinação destes feixes de uma maneira controlada através da utilização de moduladores e atrasos de fase. A iluminação combinada sobre a amostra mostra um certo padrão de interferência. Trabalhando com os moduladores e os elementos de atraso de fase, a posição do padrão de interferência da iluminação na amostra pode ser variada e, subsequentemente, é possível reconstruir uma imagem tridimensional da amostra utilizando técnicas de processamento de sinal. A aplicação não usa meios de multiplexação para distinguir luz coletada a partir de uma pluralidade de caminhos ópticos. Há apenas um único caminho óptico que recolhe a luz refletida a partir da amostra.

[0006] Em um artigo por Yamanari et. Al, "Tomografia de coerência óptica de fonte varrida sensível a polarização de faixa completa por modulação transversal e espectral simultânea", Optics Express Vol. 18, Edição 13, pp 13.964-13.980 de 2010, um sistema SS-OCT sensível a polarização (OCT de Fonte Varrida) é descrito. Neste sistema, e com o objetivo de resolver o problema de complexos conjugados típicos de sistemas SS-OCT e FD-OCT (OCT de Domínio de Fourier), modulação de fase é aplicada ao braço de referência. Esta fase é modificada enquanto meios eletromecânicos fazem varredura na amostra lateralmente. Este documento, por conseguinte, não descreve o uso de modulação no braço de amostra. Além disso, no caso de sistemas OCT de domínio de tempo (TD-OCT), a velocidade de varredura do elemento de atraso variável no braço de referência pode ser uma limitação do desempenho do sistema final, na medida em que sua velocidade de funcionamento ou faixa de varredura máxima pode ser insuficiente para a aplicação de interesse. Patente U.S. 6198540 e pedido de patente EP 1780530 cada descreve sistemas que usam múltiplos caminhos ópticos no braço de referência. No entanto, cada sistema utiliza espaços ópticos tradicionalmente livres e meios mecânicos para a varredura lateral da amostra.

BREVE SUMÁRIO

[0007] Os sistemas e métodos para a realização de varredura lateral de baixa coerência de uma amostra enquanto minimizando (e em algumas modalidades eliminando) a utilização de elementos mecânicos são apresentados. Em uma modalidade, o sistema divide um braço de amostra em vários caminhos ópticos e utiliza uma pluralidade de saídas que enviam e recebem feixes de e para diferentes zonas de uma amostra, mantendo, assim, a capacidade de diferenciar em qualquer momento a luz recebida a partir de reflexões em diferentes profundidades dentro da amostra.

[0008] De acordo com uma modalidade, um sistema de interferometria de baixa coerência inclui uma primeira unidade de multiplexação e uma segunda unidade de multiplexação. A primeira unidade de multiplexação é configurada para receber um primeiro feixe de radiação, e inclui uma primeira pluralidade de elementos de atraso óptico. A primeira pluralidade de elementos de atraso ópticos é configurada para introduzir um atraso de grupo para o primeiro feixe de radiação baseado em um caminho óptico percorrido pelo primeiro feixe de radiação entre uma primeira pluralidade de guias de onda ópticos. A segunda unidade de multiplexação é configurada para receber um segundo feixe de radiação. Em uma modalidade, o segundo feixe de radiação é o mesmo que o primeiro feixe de radiação. Em uma outra modalidade, o segundo feixe de radiação é diferente do primeiro feixe de radiação. A segunda unidade de multiplexação inclui uma segunda pluralidade de elementos de modulação ópticos. A segunda pluralidade de elementos de modulação ópticos é configurada para diferenciar o segundo feixe de radiação entre uma segunda pluralidade de guias de onda ópticos para produzir um ou mais feixes de radiação de saída. A segunda pluralidade de guias de onda ópticos é configurada para orientar um ou mais feixes de radiação de saída na direção de uma amostra.

[0009] Em uma modalidade, um método inclui receber um feixe de radiação em uma primeira unidade de multiplexação. Em seguida, um atraso de grupo é introduzido para o feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação com base em um caminho óptico percorrido pelo feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação entre uma primeira pluralidade de guias de onda ópticos na primeira unidade de multiplexação. Um feixe de radiação é recebido em uma segunda unidade de multiplexação. Em uma modalidade, o feixe de radiação recebido na segunda unidade de multiplexação é o mesmo que o feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação. Noutra modalidade, o feixe de radiação recebido na segunda unidade de multiplexação é diferente do feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação. O feixe de radiação recebido na segunda unidade de multiplexação é diferenciado na segunda unidade de multiplexação entre uma segunda pluralidade de guias de onda ópticos para a produção de um ou mais feixes de radiação de saída. O um ou mais feixes de radiação de saída são orientados para uma amostra.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS / FIGURAS

[0010] Os desenhos anexos, que estão incorporados aqui e constituem uma parte da especificação, ilustram modalidades da presente invenção e, em conjunto com a descrição, servem, além disso, para explicar os princípios da invenção e para permitir um perito na arte pertinente fazer e utilizar a invenção.

[0011] A Figura 1 ilustra um diagrama de blocos de um sistema OCT de acordo com uma modalidade.

[0012] A Figura 2 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de varredura lateral, de acordo com uma modalidade.

[0013] A Figura 3 ilustra um exemplo de uma unidade de multiplexação por divisão de tempo.

[0014] As Figuras 4-6 ilustram exemplos de primeiras unidades de multiplexação, de acordo com modalidades.

[0015] As Figuras 7-12 ilustram exemplos de segundas unidades de multiplexação, de acordo com as modalidades.

[0016] A Figura 13 ilustra a utilização de elementos de direcionamento de feixe com a segunda unidade de multiplexação, de acordo com uma modalidade.

[0017] As Figuras 14-15 ilustram exemplos da utilização de um ou mais elementos ópticos para focalizar a luz, de acordo com as modalidades.

[0018] A Figura 16 ilustra uma técnica de varredura de profundidade de amostra de acordo com uma modalidade.

[0019] A Figura 17 ilustra a utilização de uma lente de índice de gradiente com as unidades de multiplexação, de acordo com uma modalidade.

[0020] As Figuras 18A-B ilustram duas vistas de um elemento óptico de reflexão com as unidades de multiplexação, de acordo com uma modalidade.

[0021] As Figuras 1-20 ilustram o uso de elementos de reflexão ajustáveis com as unidades de multiplexação, de acordo com modalidades.

[0022] A Figura 21 ilustra um fluxograma de um método de exemplo, de acordo com uma modalidade.

[0023] Modalidades da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] Embora configurações e disposições específicas sejam discutidas, deve ser entendido que isto é feito somente para fins ilustrativos. Um perito na arte pertinente reconhecerá que outras configurações e disposições podem ser utilizadas sem nos afastarmos do espírito e do âmbito da presente invenção. Será evidente para um perito na arte pertinente que esta invenção também pode ser utilizada em uma variedade de outras aplicações.

[0025] Note-se que referências na especificação para "uma modalidade," "uma modalidade," "uma modalidade de exemplo," etc, indicam que a modalidade descrita pode incluir um recurso, estrutura, ou característica particular, mas cada modalidade pode não necessariamente incluir o recurso, estrutura, ou característica particular. Além disso, essas frases não se referem necessariamente à mesma modalidade. Além disso, quando um recurso, estrutura, ou característica particular é descrito em ligação com uma modalidade, estaria dentro do conhecimento de um especialista na técnica para efetuar tal recurso, estrutura ou característica em ligação com outras modalidades se ou não explicitamente descritas.

[0026] Modalidades descritas aqui fornecem para varredura de amostra utilizando tomografia de coerência óptica (OCT) enquanto evitando ou minimizando a utilização de partes mecânicas móveis para o deslocamento lateral do feixe através da amostra. Além disso, modalidades fornecem certas vantagens tais como um aumento na eficácia da varredura axial. Esquemas de diversidade espacial podem ser implementados através da medição da mesma região de amostra a partir de diferentes direções simultaneamente, o que reduz manchas e outros tipos de ruído nas medições. Além disso, medições da dispersão da luz da amostra em diferentes direções podem ser coletadas, fornecendo assim informação sobre anisotropia de dispersão de amostra e direcionalidade.

[0027] Em várias modalidades, diferentes caminhos ópticos para um feixe de radiação para viajar são distinguidos unicamente por meio de técnicas de multiplexação que permitem a separação de diferentes posições espaciais durante processamento de imagem. Qualquer técnica de multiplexação pode ser aplicável (domínio de tempo, frequência, divisão de código, etc). Em um exemplo, multiplexação no domínio do tempo pode ser vantajosamente combinada com outras técnicas de multiplexação, como multiplexação de frequência. Discutido abaixo é um exemplo do sistema OCT que inclui recursos de multiplexação para produzir vários caminhos de saída para o feixe de radiação para viajar.

[0028] A Figura 1 ilustra um sistema OCT 101, utilizando um elemento de compensação óptica 112, e usado para formar imagem de uma amostra 110, de acordo com uma modalidade. Por exemplo, elemento de compensação óptica 112 pode compensar para dispersão cromática ou qualquer outro tipo de aberração da luz dentro do sistema OCT 101. Em outro exemplo, elemento de compensação 112 pode apenas refletir de volta luz recebida sem aplicar qualquer modulação particular para a luz. O uso do termo "luz" pode referir-se a qualquer faixa do espectro eletromagnético. Em uma modalidade, o termo "luz" refere-se a radiação infravermelha em um comprimento de onda de cerca de 1,3 μm. Sistema OCT 101 inclui ainda uma fonte óptica 102, um elemento de divisão 104, um braço de amostra 106, um braço de referência 108, um detector 114, e um sistema de varredura 116. Na modalidade mostrada, elemento de compensação 112 é localizado dentro do braço de referência 108, no entanto, deve ser entendido que elemento de compensação 112 pode também ser localizado no braço de amostra 106. Alternativamente, elemento de compensação 112 pode estar presente tanto no braço de amostra 106 e braço de referência 108. Em um exemplo, braço de amostra 106 e braço de referência 108 são guias de ondas ópticas como guias de ondas padronizadas ou fibras ópticas. Em uma modalidade, todos os componentes do sistema OCT 101 são integrados em um circuito de onda de luz plana (PLC). Outras implementações podem ser consideradas também, como, por exemplo, sistemas de fibra óptica, sistemas ópticos de espaço livre, os sistemas de cristal fotônico, etc.

[0029] Deve ser entendido que sistema OCT 101 pode incluir qualquer número de outros elementos ópticos não mostrados por uma questão de clareza. Por exemplo, sistema OCT 101 podem incluir espelhos, lentes, grades, divisores, elementos de micromecânica, etc, ao longo dos caminhos de braço de amostra 106 ou braço de referência 108. Sistema OCT 101 pode incluir vários elementos de modulação configurados para suprimir contribuições de sinais de interferência gerados em caminhos ópticos não ativos. Em outro exemplo, sistema OCT 101 pode incluir MEMS (Sistemas Micro Eletro Mecânicos), que aplicam uma varredura lateral física adicional para os feixes. Um elemento óptico no caminho da luz pode ser deslocado através de atuadores eletromecânicos (por exemplo, baseado na expansão térmica, força eletrostática ou piezoeléctrica) que são integrados por meio de técnicas de microfabricação.

[0030] Elemento de divisão 104 é usado para direcionar luz recebida a partir da fonte óptica 102 para ambos os braços de amostra 106 e braço de referência 108. Elemento de divisão 104 pode ser, por exemplo, um acoplador bidirecional, um divisor óptico, ou qualquer outro dispositivo óptico de modulação que converte um único feixe de luz em dois ou mais feixes de luz.

[0031] Luz que percorre o braço de amostra 106 atravessa sistema de varredura 116 antes de finalmente colidir com a amostra 110. Sistema de varredura 116 pode incluir uma ou mais unidades de multiplexação, com cada unidade diferenciando a luz entre uma pluralidade de caminhos ópticos. Por exemplo, sistema de varredura 116 pode incluir uma unidade de multiplexação que seleciona um caminho óptico associado com um determinado atraso de grupo. O atraso de grupo aplicado para a luz como ela percorre o caminho selecionado determina uma profundidade de varredura da luz na amostra 110. Em outro exemplo, sistema de varredura 116 pode incluir uma outra unidade de multiplexação que diferencia a luz entre uma pluralidade de guias de onda de saída para produzir um ou mais feixes de radiação de saída. Os feixes de radiação de saída podem colidir com a amostra 110 em diferentes regiões na amostra 110 e podem ser dirigidos a partir de diferentes direções. Mais detalhes sobre as diferentes unidades de multiplexação são discutidos aqui.

[0032] Amostra 110 pode ser qualquer amostra adequada para ser formada imagem, tal como tecido. Durante um procedimento OCT, a luz varre em uma certa profundidade no interior da amostra 110 e a radiação dispersa é recolhida de volta para o braço de amostra 106. Em uma outra modalidade, a radiação dispersa é recolhida de volta para um guia de onda diferente a partir do guia de onda de transmissão.

[0033] Luz dentro do braço de amostra 106 e braço de referência 108 é recombinada antes de ser recebida no detector 114. Na modalidade mostrada, a luz é recombinada por elemento de divisão 104. Em uma outra modalidade, a luz é recombinada em um elemento de acoplamento óptico diferente do que elemento de divisão 104.

[0034] Em uma modalidade, utilizar sistema de varredura 116 para diferentes profundidades de varredura aumenta o desempenho do resto do sistema OCT 101. Devido aos diferentes atrasos de grupo aplicados à luz no sistema de varredura 116, sinais de interferência detectados podem ser separados (em tempo, frequência, espaço, código, etc,) para cada profundidade de varredura no detector 114. Sistema OCT 101 pode ser utilizado com todos os tipos de sistemas de varredura, incluindo o domínio de tempo, domínio de frequência e fonte varrida.

[0035] Em uma outra modalidade, um subconjunto dos feixes de radiação de saída é dirigido para a mesma área de amostra 110, de modo que medições para esta área são obtidas a partir de diferentes direções. Desta forma, diversidade angular pode ser utilizada para reduzir ruído nas medições, conforme descrito em "Detecção de matriz para redução de mancha em microscopia de coerência óptica," JM Schmitt, Phys. Med. Biol. vol. 42, edição 7, 1997, a revelação do qual foi aqui incorporada por referência na sua totalidade. Uma vez que a distância total percorrida por cada feixe de radiação do subconjunto será diferente, a profundidade de varredura pode ser controlada independentemente para cada caminho óptico.

[0036] Em outra modalidade, uma função de dispersão angular da luz a partir de amostra 110 pode ser medida a partir de direções diferentes da direção incidente, para fornecer informação valiosa sobre anisotropia de amostra. Tais medições são possíveis devido à pluralidade de guias de onda de saída no sistema de varredura 116 que podem ser configurados para encarar a mesma região da amostra 110. Além disso, a profundidade de varredura pode voltar a ser controlada de forma independente para cada caminho óptico para ter em conta quaisquer diferenças na distância de caminho de luz.

[0037] A Figura 2 ilustra uma primeira unidade de multiplexação 17 e uma segunda unidade de multiplexação 9, de acordo com uma modalidade. Cada unidade de multiplexação pode ser uma parte do sistema de varredura 116 ilustrado na Figura 1. Primeira unidade de multiplexação 17 recebe um feixe de radiação a partir de um guia de onda 7. Primeira unidade de multiplexação 17 aplica um atraso de grupo para o feixe de radiação com base em um caminho óptico selecionado no interior da primeira unidade de multiplexação 17. Em um exemplo, o caminho óptico é escolhido com base em multiplexação por divisão de tempo. Em outro exemplo, a luz é diferenciada entre uma pluralidade de caminhos ópticos baseados em multiplexação por divisão de frequência. "Diferenciação," como aqui utilizado, pode referir a dirigir luz para baixo de um ou mais caminhos ópticos específicos (como pode ser o caso com a multiplexação por divisão de tempo, por exemplo). "Diferenciação," como aqui utilizado, pode também referir a causar luz atravessando um determinado caminho óptico para ser distinguida de luz atravessando outros caminhos ópticos, mesmo se luz está atravessando esses caminhos ópticos ao mesmo tempo (como pode ser o caso com multiplexação por divisão de coerência ou multiplexação por divisão de frequência, por exemplo). Exemplos mais detalhados de primeira unidade de multiplexação 17 são ilustrados nas Figuras 4-7.

[0038] Segunda unidade de multiplexação 9 recebe o feixe de radiação a partir da primeira unidade de multiplexação 17. Apesar de apenas um único guia de onda ser ilustrado conectando as duas unidades de multiplexação, deve ser entendido que qualquer número de guias de onda pode ser utilizado para transferir a luz entre as duas unidades de multiplexação. Segunda unidade de multiplexação 9 diferencia o feixe recebido de radiação entre uma pluralidade de guias de onda de saída 8 para produzir um ou mais feixes de radiação de saída. Em um exemplo, esta diferenciação é efetuada através de multiplexação por divisão de tempo. Em outro exemplo, a diferenciação é efetuada através de multiplexação por divisão de frequência. Em outro exemplo, a diferenciação é efetuada através da multiplexação por domínio de coerência. Deve ser entendido que qualquer combinação das técnicas acima mencionadas pode também ser utilizada para diferenciar o feixe de radiação entre os guias de onda de saída 8. Exemplos mais detalhados de segunda unidade de multiplexação 9 são ilustrados nas Figuras 8-14.

[0039] Várias modalidades descrevem pelo menos uma forma de multiplexação entre um guia de onda de entrada e um ou mais guias de onda de saída para separar as diferentes posições espaciais em um tempo de processamento de imagem. Qualquer tipo de multiplexação (divisão de tempo, frequência, coerência, divisão de código, etc) é aplicável. Embora modalidades aqui possam ilustrar primeira unidade de multiplexação 17 e segunda unidade de multiplexação 9 sendo uma parte do braço de amostra 106, deve ser entendido que isto não tem que ser o caso. Por exemplo, em qualquer das modalidades anteriores, primeira unidade de multiplexação 17 pode ser localizada no braço de referência 108 enquanto segunda unidade de multiplexação 9 é localizada no braço de amostra 106. Neste exemplo, primeira unidade de multiplexação modula luz no braço de referência 108, enquanto segunda unidade de multiplexação modula luz no braço de amostra 106.

[0040] A Figura 3 ilustra um exemplo de multiplexação de luz para um número relativamente pequeno de saídas, mas pode ser considerado análogo para um número maior também. Cada comutador óptico 2 desvia a luz de um guia de onda de entrada para um dos dois guias de onda de saída. Comutador 2 pode ser implementado utilizando elementos ópticos integrados, tais como interferômetros Mach-Zehnder ou acopladores configuráveis 2x2. Além disso, elementos de modulação tais como moduladores eletro- ópticos, termo-ópticos e acústico-ópticos podem ser implementados para dirigir a luz entre os vários guias de onda. Em uma modalidade, comutadores ópticos 2 são suficientemente de banda larga para executar de forma eficiente em todo o espectro de luz utilizado no sistema OCT 101. A Figura 3 também ilustra um dos possíveis caminhos ópticos selecionáveis 10 através da utilização de comutadores 2.

[0041] De acordo com uma modalidade, sistema de varredura 116 inclui um sistema de multiplexação para diferentes faixas de varredura de profundidade. Um dos objetivos é reduzir as exigências sobre a velocidade de varredura axial ou sua faixa máxima, ou aumentar a velocidade de varredura real dadas algumas características do elemento no braço de referência 108 de sistema OCT 101. Velocidades de varredura laterais altas podem ser alcançadas utilizando os recursos de multiplexação ilustrados na Figura 3.

[0042] As Figuras 4A e 4B ilustram dois exemplos de primeira unidade de multiplexação 17, rotuladas 401 e 402, no domínio da frequência para diferentes faixas de varredura de profundidade através da inserção de elementos de atraso 11. Elementos de atraso 11 causam atrasos de grupo definidos na luz que passa através deles nos diferentes caminhos ópticos 10. Unidades de multiplexação 401 e 402 incluem ainda elementos de modulação 3 usados para diferenciar a luz, por exemplo, no domínio da frequência, entre os vários caminhos ópticos através de elementos de atraso 11.

[0043] O posicionamento de elementos de atraso 11 na unidade de multiplexação 401 cada adiciona um atraso para sua porção respectiva do caminho óptico. Um caminho óptico tendo um atraso desejado, tal como caminho óptico 10, então pode ser selecionado através da adição de atrasos apropriados em conjunto ao longo do caminho óptico. O posicionamento dos elementos de modulação 3 na unidade de multiplexação 402 modula uma diminuição relativa de atraso adicionado em cada caminho óptico 10. O objetivo é produzir uma pluralidade de caminhos ópticos possíveis 10, cada com um diferente atraso de grupo total. Deste modo, um atraso de grupo desejado pode ser implementado no sistema OCT para formar imagem de diferentes profundidades sem partes móveis. Em um exemplo, cada um destes caminhos ópticos 10 é modulado utilizando uma frequência característica. Elementos de atraso 11 podem ser implementados em uma variedade de maneiras, tais como usando segmentos de guia de onda de diferentes comprimentos ou segmentos de guia de onda permitindo modificação do índice de refração por meio de alguns efeitos tais como a termo-óptico, termoelétrico, injeção de carga, etc. A modulação de frequência pode ser obtida pela utilização de elementos de modulação 3 com um comportamento linear na faixa [0,2n], tal como aparece no sinal de interferência que é recolhido no detector 114.

[0044] As Figuras 4A-4B mostram projetos baseados em uma sequência de acopladores em cascata 5, como acopladores 2x2, que se caracterizam pela sua natureza conservadora em termos de energia óptica. Na verdade, toda a potência óptica é transmitida para os guias de onda de ramificação em cada acoplador em cascata 5 entre elementos. Apesar da semelhança do projeto com um interferômetro de Mach-Zehnder em cascata, não há efeitos de interferência que ocorrem nos elementos, como todos os atrasos introduzidos relativos são muito maiores do que o comprimento de coerência da fonte.

[0045] Em qualquer unidade de multiplexação 401 ou 402, para diferentes faixas de profundidade de varredura mostradas nas Figuras 4A-4B, o objetivo não é encontrar uma transformação completa de profundidade em frequência, mas uma multiplexação de faixas de profundidade por meio de divisão de frequência. A transformação completa pode causar alguns dos atrasos relativos serem comparáveis a, ou menores que, o comprimento de coerência da fonte, no caso em que efeitos de interferência apareceriam. A divisão nos vários caminhos ópticos possíveis 10 com diferentes atrasos de grupo acumulados pode também ser conseguida utilizando, por exemplo, multiplexação por divisão de tempo.

[0046] A Figura 5 ilustra um outro exemplo da primeira unidade de multiplexação 17 (rotulada 501) que inclui elementos de comutação ópticos 2 em uma primeira rede 502 e uma segunda rede 504. Unidade de multiplexação 501 inclui ainda elementos de atraso 11. Em uma modalidade, elementos de atraso 11 são configurados para aplicar diferentes atrasos de grupo dependendo do caminho óptico selecionado l0. Em um exemplo, segunda rede 504 de comutadores ópticos 2 guia luz a partir de qualquer da pluralidade de possíveis caminhos ópticos através de elementos de atraso 11 para uma única saída de guia de onda. Uma vez que comutadores ópticos 02 podem não ser ideais, alguma luz pode vazar para caminhos outros que o caminho óptico pretendido 10. O ruído produzido por esta luz vazada pode causar problemas com as características de faixa dinâmica largas dos sistemas de detecção heteródinos comumente usados em OCT. Em uma modalidade, para atenuar a situação em relação à luz vazada, moduladores ópticos 3 podem ser inseridos em cada caminho óptico, de tal modo que eles são capazes de modular luz individualmente em um determinado caminho. Em um exemplo, a modulação é realizada através de moduladores de fase. Assim, a luz no caminho óptico 10 é deslocada em frequência no que diz respeito aos outros caminhos ópticos, suprimindo interferências possíveis. Deve ser entendido que se comutadores ópticos 2 têm uma relação de comutação suficientemente elevada, então moduladores ópticos 3 podem não ser necessários.

[0047] A configuração mostrada na unidade de multiplexação 501 permite seleção individual dos atrasos de grupo para cada caminho óptico 10, o que pode ser útil para definir diferentes áreas de varredura. Em uma outra modalidade, espaçamento uniforme pode ser conseguido em toda a faixa de varredura usando um projeto mais simples.

[0048] Por exemplo, outro exemplo da primeira unidade de multiplexação 17 é ilustrado nas Figuras 6A-B (rotulado 601). Unidade de multiplexação 601 é capaz de selecionar um caminho óptico 10 com um atraso de grupo único, mas com um menor número de elementos de atraso 11 e comutadores ópticos 2 do que a modalidade mostrada na Figura 5. Em uma modalidade, moduladores ópticos 3 podem ser incluídos em cada caminho óptico comutável 10, como ilustrado na Figura 6A. Desta maneira, o caminho óptico selecionado 10 é modulado, por exemplo, em uma frequência única, de modo que a luz pode ser filtrada a partir de outros caminhos ópticos. Semelhante à discussão acima em relação à Figura 5, se a tecnologia de comutação é capaz de minimizar a luz que vaza para um caminho indesejado, ou se a interferência é descartada a partir dos sinais através de outros meios, então moduladores ópticos 3 podem ser removidos. Uma configuração de multiplexação de exemplo sem moduladores ópticos 3 está ilustrada na Figura 6B.

[0049] Sistemas de multiplexação de tempo têm uma possível vantagem em termos de eficiência de potência óptica. Embora o uso do primeiro sistema de multiplexação 17 para diferentes faixas de varredura de profundidade, tal como os exemplos ilustrados nas Figuras 4 e 6, é relativamente eficiente em termos de conservação de potência óptica, metade da potência óptica é perdida na sua saída uma vez que há dois guias de onda de saída. Em uma modalidade, uma forma de modulação de fase é aplicada às duas ramificações de saída para permitir sua separação no domínio da frequência. Além disso, segunda unidade de multiplexação 9 pode ser incluída para receber a saída de ambas as ramificações. Sistemas de multiplexação de divisão de tempo oferecem uma vantagem, ou seja, a flexibilidade para selecionar uma região de varredura particular. Por exemplo, é possível obter uma imagem com faixas de profundidade entrelaçadas, dando maior prioridade a determinadas faixas de profundidade da imagem, que sofreriam varredura com mais frequência do que outras, ou até mesmo concentrar tempo de varredura em um subconjunto de todas as faixas disponíveis durante a operação.

[0050] Em uma modalidade, comutadores ópticos 2 podem ser projetados para alternar entre um acoplador óptico direcional equilibrado e um comutador apropriado. Assim, vantagens de multiplexação no domínio da frequência e o domínio de tempo poderiam ser combinadas. Por exemplo, comutadores ópticos 2 podem ser deixados em um estado de acoplador óptico direcional equilibrado para fazer várias faixas de profundidade serem iluminadas simultaneamente, enquanto outros comutadores podem ser comutados convencionalmente para acesso sequencial de um caminho óptico particular.

[0051] Se detectores ópticos 2 atuando como acopladores permitem a distribuição de energia entre seus ramos em uma maneira controlada e flexível (por exemplo, com uma relação de divisão variável), então é possível dividir o valor da potência óptica utilizada para amostrar em cada profundidade. A potência pode ser ajustada de modo a obter uma relação de sinal para ruído uniforme, ou em outra maneira ótima para a aplicação específica. Alternativamente, isto pode ser conseguido no domínio de tempo por ajustar a duração da varredura de profundidade para cada configuração de primeira unidade de multiplexação 17, ou acumular um número variável de linhas dependendo da profundidade. As várias modalidades de multiplexação de tempo podem resultar em diferentes frações de período sendo atribuídas a configurações de comutadores ópticos 2 pertencentes a diferentes caminhos ópticos 10.

[0052] Em uma modalidade, multiplexação é introduzida de alguma forma para as contribuições separadas de ambas as ramificações de saída da primeira unidade de multiplexação 17. Por exemplo, modulação de frequência, multiplexação de tempo, ou introdução de um atraso diferencial em uma das ramificações que é maior do que a faixa de varredura são todos projetos de multiplexação que podem ser implementados. No último exemplo, pode ser necessário que não haja sinais com magnitude significativa provenientes de profundidades de tecido maiores do que a distância de varredura, a fim de evitar interferência entre as ramificações.

[0053] A Figura 7 ilustra um exemplo de segunda unidade de multiplexação 9 (rotulado 701) utilizando multiplexação por divisão de tempo, de acordo com uma modalidade. O sistema ilustrado inclui guia de onda 7, guias de onda de saída 8, primeira unidade de multiplexação 17 e unidade de multiplexação 701. A Figura 7 ilustra uma possível combinação de qualquer sistema de multiplexação de faixa de varredura com um sistema de multiplexação de tempo para linhas na direção lateral. Isso maximiza o uso da potência de luz disponível e relação sinal para ruído do dispositivo. Neste sistema, um caminho óptico desejado 10 pode ser selecionado utilizando comutadores ópticos 2 para dirigir luz a um guia de onda particular 8. Os caminhos podem ser selecionados sequencialmente, por exemplo, para atingir uma funcionalidade de varredura onde luz é passada através de cada guia de onda 8 de uma forma sequencial.

[0054] A Figura 8 ilustra um exemplo em que a multiplexação por divisão de tempo da segunda unidade de multiplexação 9 tenha sido substituída por uma unidade de multiplexação de frequência 801. Unidade de multiplexação de frequência 801 inclui caminhos ópticos 10 associados com as diferentes linhas de varredura laterais, de acordo com uma modalidade. Cada ramificação do caminho óptico 10 pode ter um modulador óptico associado 3. Em um exemplo, uma árvore de acopladores direcionais é usada para dividir a luz recebida entre todos os caminhos ópticos. Unidade de multiplexação de frequência 801 tem uma vantagem adicional de permitir a detecção simultânea de todas as linhas de varredura existe laterais. No entanto, existe uma perda da energia de luz coletada por cada guia de onda de saída 8 quando viajando de volta através da árvore de acopladores. Assumindo que os acopladores direcionais são equilibrados e ideais, esta abordagem apresenta perdas excessivas de aproximadamente 3*log2(N) dB, onde N é o número de ramificações de cada árvore de acopladores, quando comparado com um sistema multiplexado de tempo equivalente. Como um resultado disso, uma relação de sinal para ruído inferior pode ser obtida na presente modalidade quando comparada, por exemplo, para a modalidade de multiplexação por divisão de tempo ilustrada na Figura 7.

[0055] Noutra modalidade, multiplexação de domínio de coerência pode ser utilizada dentro da segunda unidade de multiplexação 9, o que deixa a tarefa de separar linhas laterais para a varredura axial do sistema interferométrico. A Figura 9 ilustra a utilização de uma unidade de multiplexação de domínio de coerência 901 como um exemplo de segunda unidade de multiplexação 9 em conjunto com o primeiro sistema de multiplexação 17, de acordo com uma modalidade. Este método usa árvores de acopladores direcionais com atrasos em cada ramificação, de tal forma que quando a luz atinge guias de onda de saída 8, os vários caminhos ópticos 10 acumularam um atraso único para cada guia de onda de saída 8. Em um exemplo, o espaçamento mínimo entre os atrasos acumulados associados aos diferentes guias de onda de saída 8 é maior do que o atraso associado com a profundidade de amostra máxima a partir da qual são esperadas contribuições ópticas.

[0056] Em uma modalidade, combinações de qualquer uma das técnicas de multiplexação anteriormente descritas podem ser utilizadas dentro da segunda unidade de multiplexação 9. Por exemplo, multiplexação por divisão de frequência permite leitura paralela, mas é menos eficiente em termos de provisão de potência óptica, enquanto multiplexação por divisão de tempo é melhor para conservar potência óptica. A Figura 10 ilustra uma unidade de multiplexação 1001 que combina ambos comutadores ópticos 2 e moduladores ópticos 3. Neste exemplo, comutadores ópticos 2 são colocados na primeira divisão de caminho enquanto os moduladores ópticos 3 são usadas nos vários outros caminhos ópticos formados após a primeira divisão de caminho.

[0057] Como mencionado anteriormente, comutadores ópticos 2 podem não ser ideais. Isso pode levar a vazamento de luz por caminhos ópticos que são diferentes do caminho óptico selecionado 10. Isso pode causar interferência entre linhas laterais independentes. A contribuição de interferência pode ser menor se comutador óptico 2 tem um desempenho razoável, por causa do acúmulo de supressão de caminho óptico não ativo em direções para trás e para frente. Em um exemplo, moduladores ópticos 3 podem ser incluídos antes de cada guia de onda de saída 8, como ilustrado na unidade de multiplexação 1101 da Figura 11. Moduladores ópticos 3 podem ser elementos de modulação de fase que aplicam uma excitação periódica para deslocar a portadora do padrão de interferência associado a cada guia de onda de saída 8 para uma frequência diferente.

[0058] Em uma modalidade, segunda unidade de multiplexação 9 pode incluir unidades de multiplexação de profundidade de varredura independentes para cada caminho óptico. A Figura 12 ilustra uma combinação de unidades de multiplexação por divisão de tempo 1201 com uma primeira unidade de multiplexação adicional 17 incluída em cada caminho óptico. Primeira unidade de multiplexação 17 pode ser implementada utilizando um ou mais dos exemplos ilustrados nas Figuras 4-6. Nesta modalidade, uma profundidade de verificação única pode ser escolhida para cada guia de onda de saída 8, enquanto os vários caminhos ópticos são todos multiplexados durante uma varredura lateral.

[0059] Devido a fatores tais como a complexidade do sistema óptico integrado, ou o espaçamento mínimo entre os guias de onda de saída 8 necessários para evitar acoplamento entre eles, pode ser possível que uma cobertura adequada do espaço lateral para uma varredura não possa ser alcançada para um determinado conjunto de restrições de projeto. Assim, em uma outra modalidade, os feixes produzidos a partir de cada guia de onda de saída 8 podem ser direcionados para cobrir o espaço de varredura com densidade suficiente.

[0060] A Figura 13 ilustra um exemplo incluindo primeira unidade de multiplexação 17 e segunda unidade de multiplexação 9, em que os feixes de radiação produzidos a partir de cada guia de onda de saída 8 podem ser direcionados para sair nas extremidades dos guias de onda de saída 8 em um ângulo específico através de elementos de direcionamento de feixe 12. Apesar de um exemplo específico da segunda unidade de multiplexação 9 ser mostrado na Figura 13, deve ser entendido que qualquer outra modalidade da segunda unidade de multiplexação 9 pode ser usada também.

[0061] Um compromisso pode aparecer entre o número de divisões usando ópticas integradas e a faixa de varredura lateral de cada guia de onda de saída 8. Em uma modalidade, elementos de direcionamento de feixe 12 são componentes eletromecânicos que são integrados para exercer uma força sobre um ou mais guias de onda de saída 8. Isto pode aumentar o intervalo de varredura lateral de cada guia de onda de saída 8. Elementos eletromecânicos 12 podem ser fabricados usando, por exemplo, técnicas de microfabricação e conceitos MEMS (Sistema Micro Eletro Mecânico). Em particular, utilizando micromaquinagem de superfície ou volume, os guias de onda de saída 8 podem ser liberados mecanicamente do resto do substrato, definindo uma estrutura móvel (por exemplo, feixe de cantilever ou semelhante). Elementos eletromecânicos 12 podem incluir um elemento de aplicação de força com base em, por exemplo, uma atração/repulsão eletrostática, expansão de temperatura, princípio piezoeléctrico ou outro princípio adequado. Em outro exemplo, guias de onda de saída 8 podem ser fabricados de forma a induzir um gradiente de estresse particular na estrutura de guia de onda principal, para uma curvatura inerente no perfil de cantilever depois de ser liberado a partir do substrato. Deve ser entendido que embora guias de onda de saída 8 sejam ilustradas na Figura 13 para ter uma curvatura concedida, este é apenas um exemplo e não deve ser considerado limitativo.

[0062] De acordo com uma modalidade, o movimento dos guias de onda de saída 8 pode ser tanto no plano de varredura lateral ou em um plano perpendicular ao mesmo. Como tal, é possível obter uma imagem 3D sem elementos móveis externos ao substrato óptico integrado, uma vez que a varredura lateral é realizada por multiplexação dos caminhos ópticos associados com diferentes guias de onda de saída 8, e a varredura vertical é conseguida movendo guias de onda de saída 8 fora do plano ou de outro modo dirigir o feixe de luz passando através de guias de onda de saída 8 fora de plano.

[0063] A Figura 14 ilustra um exemplo de sistema de varredura 116 incluindo primeira unidade de multiplexação 17 e segunda unidade de multiplexação 9. Sistema da varredura 116 incorpora ainda um elemento óptico de focalização 4. Na modalidade mostrada, segunda unidade de multiplexação 9 utiliza multiplexação por divisão de tempo. No entanto, a segunda unidade de multiplexação 9 também pode usar qualquer uma das outras técnicas, ou quaisquer combinações de técnicas, discutidas anteriormente. Em uma modalidade, elemento óptico 4 inclui uma única lente, mas um perito na arte vai compreender que qualquer número de lentes pode ser utilizado para atingir o desejado efeito de focalização. Uma pluralidade de feixes de radiação é mostrada. Todos os feixes podem ser ativados ao mesmo tempo, como no caso do sistema de multiplexação por divisão de frequência. Em alternativa, apenas uma parte dos feixes são ativados no caso de um sistema de multiplexação por divisão de tempo. Em uma modalidade, o espaçamento e faixa lateral da matriz de guias de onda de saída 8 são ajustados para as especificações de ampliação do elemento óptico 4 e quaisquer especificações de amostra potenciais. Em uma modalidade, a distância entre feixes adjacentes correspondentes aos diferentes guias de onda de saída 8 é suficientemente pequena em relação ao diâmetro dos feixes, de modo a que a informação recolhida ao longo dos feixes adjacentes pode ser reorganizada posteriormente como imagem processada bidimensional ou tridimensional da amostra. Em um exemplo, a distância entre os centros de feixe adjacentes é dentro de 1-10 vezes o diâmetro de um único feixe, quando tanto a distância e este diâmetro são medidos no plano focal do elemento óptico 4. A definição de Máximo Meio de Largura Total (FWHM) pode ser usada, por exemplo, para determinação do diâmetro do feixe de radiação.

[0064] A Figura 15 ilustra um outro exemplo de sistema de varredura 116 que inclui uma unidade de multiplexação combinada 1501 juntamente com uma primeira unidade de multiplexação 17 incorporada em cada saída. Semelhante à Figura 12, uma profundidade de verificação única pode ser definida para cada saída através da utilização de unidades de multiplexação 17. Em um exemplo, unidade de multiplexação combinada 1501 inclui comutadores ópticos 2 para selecionar um subconjunto (ou 13' ou 13") de caminhos ópticos ativos. Também estão incluídos moduladores ópticos 3 para multiplexação dos caminhos no subconjunto selecionado 13', 13" de caminhos ópticos ativos, permitindo medição simultânea de contribuições de luz que foram dispersas pela amostra e coletadas por vários guias de onda de saída 8. Primeiras unidades de multiplexação 17 acionam de forma independente em cada um dos caminhos ópticos selecionados associados a cada guia de onda de saída 8, permitindo controle independente da profundidade de varredura para cada saída.

[0065] De modo a dirigir os feixes associados com vários subconjuntos 13', 13", elementos de focalização ópticos 1502 são incluídos a jusante dos guias de onda de saída 8. Em uma modalidade, elementos de focalização ópticos 1502 incluem uma pluralidade de lentes tal como ilustrado para focar os feixes associados com um subconjunto dado na mesma região da amostra alvo. Por exemplo, elementos de focalização ópticos 1502 incluem uma única lente grande e uma pluralidade de lentes menores, com cada lente menor configurada para recolher feixes de radiação de cada subconjunto 13', 13 ". Embora apenas dois subconjuntos 13', 13" de caminhos ópticos sejam ilustradas, deve ser entendido que qualquer número de subconjuntos pode ser gerado através unidade de multiplexação combinada 1501. Em uma modalidade, os vários feixes de um dado subconjunto são considerados para serem dirigidos para a mesma região alvo na amostra quando a distância entre os centros de cada feixe no subconjunto é menor do que ou igual a duas vezes o diâmetro de cada feixe, quando tanto a distância e este diâmetro são medidos no plano focal associado com elementos de focalização ópticos 1502. A definição de Máximo Meio de Largura Total (FWHM) pode ser utilizada, por exemplo, para a determinação do diâmetro do feixe de radiação. A modalidade ilustrada permite a medição da amostra com diversidade espacial, por exemplo, medindo a mesma região da amostra a partir de diferentes direções. Isso reduz o ruído na imagem.

[0066] A modalidade na Figura 15 permite a obtenção de informação sobre a dependência angular da função de dispersão de amostra, uma vez que é possível medir a luz que é dispersa por uma região de amostra em direções diferentes em relação à direção da luz incidente. Por exemplo, quando um dos feixes produzidos a partir de um guia de onda de saída 8 atinge a amostra, parte da luz será dispersa em diferentes direções. A luz que é dispersa para trás em relação à luz incidente é redirecionada por elementos de focalização ópticos 1502 de volta para o guia de onda de saída original 8. No entanto, de acordo com uma modalidade, elementos de focalização ópticos 1502 são configurados para dirigir os feixes de um dado subconjunto 13', 13" na direção da mesma região de amostra. Portanto, luz dispersa em direções outras que diretamente para trás (em relação à luz incidente) pode ser dirigida por elementos de focalização ópticos 1502 para um dos outros guias de onda de saída 8 que pertencem ao subconjunto 13', 13". O comprimento de caminho total percorrido pela luz a partir do ponto em que ela sai do dispositivo através de um guia de onda de saída 8 até ser recolhida por um guia de onda de saída diferente 8, pertencendo ao mesmo subconjunto 13', 13", é diferente para cada guia de onda de saída 8 pertencendo ao subconjunto 13', 13". Em uma modalidade, esta diferença de comprimento de caminho é contabilizada através da faixa de profundidade de varredura ajustável em cada caminho óptico usando primeira unidade de multiplexação 17. Como tal, esta modalidade permite a medição simultânea de luz dispersa em direções diferentes para a mesma região de amostra em um interferômetro único, e a dependência angular da função de dispersão da amostra pode ser obtida.

[0067] A Figura 16 ilustra uma técnica de exemplo para varredura de uma amostra tanto axialmente como lateralmente, de acordo com uma modalidade. Os feixes são representados na aproximação óptica geométrica por duas linhas correspondentes à extensão lateral da energia óptica. As linhas cruzam cada outra em uma primeira aproximação em um plano focal 1601. A varredura axial é realizada utilizando o sistema interferométrico OCT aqui descrito com a multiplicação de faixa de varredura básica em bandas multiplexada (por exemplo, por utilizar multiplexação por divisão de frequência). As linhas diagonais que cruzam em pares representam feixes de luz que correspondem a cada guia de onda de saída 8, depois de focar na amostra. Os pontos de intersecção definem plano focal 1601 associado com o sistema de lente utilizado. Lateralmente, divisão de tempo, divisão de frequência, ou qualquer outro tipo de multiplexação é realizada entre os caminhos ópticos, como explicado nas modalidades anteriores. Axialmente, multiplexação por divisão de frequência pode ser escolhida para seleção da profundidade de varredura a fim de multiplicar o efeito do braço de referência de um sistema de interferometria. Assim, em modalidades, uma verificação é feita apenas dentro de uma seção especificada para uma dada faixa de frequências (por exemplo, f, 2f, 3f, etc, tal como ilustrado na Figura 16).

[0068] Outra modalidade de sistema de varredura 116 é ilustrada na Figura 17. Em uma modalidade, uma lente de índice de gradiente (GRIN) 1701 está incluída para focar a luz de guias de onda de saída 8 para uma amostra. Lente GRIN 1701 pode ser montada de forma contígua para o mesmo substrato associado com guias de onda ópticos 8, ou em uma cavidade gravada no substrato, onde os vários guias de onda integrados são produzidos devido ao seu tamanho compacto e forma substancialmente cilíndrica. Em outro exemplo, lente GRIN 1701 é monoliticamente integrada no mesmo substrato como guias de onda de saída 8. A montagem mais compacta permite o sistema de varredura ser encapsulado com materiais biocompatíveis e de pronta esterilização para a produção de um elemento de amostragem médico, de acordo com uma modalidade. O elemento de amostragem médico pode ser inserido em um cateter, agulha, ou qualquer outro dispositivo ou instrumento médico de tamanho pequeno, para o estudo de tecidos pequenos em áreas que são tipicamente de difícil acesso. Como discutido anteriormente em relação a outros elementos de focalização, a distância entre feixes adjacentes correspondentes para diferentes guias de onda de saída 8 é suficientemente pequena em relação ao diâmetro dos feixes, de modo que a informação recolhida ao longo dos feixes adjacentes pode ser reorganizada mais tarde como uma imagem processada bidimensional ou tridimensional da amostra. Em um exemplo, a distância entre os centros de feixe adjacentes é dentro de 1-10 vezes o diâmetro de um único feixe, quando tanto a distância e este diâmetro são medidos no plano focal da lente GRIN 1701. A definição de Máximo Meio de Largura Total (FWHM) pode ser usada, por exemplo, para a determinação do diâmetro do feixe de radiação.

[0069] As Figuras 18A-B ilustram uma vista de topo e lateral, respectivamente, do sistema de varredura 116, de acordo com uma modalidade. Nesta modalidade, sistema de varredura 116 inclui um elemento de reflexão 5 posicionado a jusante da lente GRIN 1701. Em um exemplo, o elemento de reflexão 5 é um prisma de ângulo reto, tal como ilustrado na Figura 18B. Neste exemplo, o elemento de reflexão 5 pode dirigir um ou mais feixes de radiação recebidos em uma direção perpendicular à direção de feixe inicial a partir de guias de onda de saída 8. Em uma modalidade, sistema de varredura 116 como incorporado na Figura 18A pode ser montado em um cateter, em que pequenos movimentos do dispositivo ao longo de um fio de guia podem ser utilizados para fornecer um processamento 3D de uma parede de vaso sanguíneo sob estudo. Elemento de reflexão 5 pode ser um componente separado do resto do sistema de varredura 116. Em alternativa, elemento de reflexão 5 pode ser integrado no mesmo substrato quer como guias de onda de saída 8 ou lente GRIN 1701. Em outro exemplo, todos os elementos ilustrados podem ser monoliticamente integrados no mesmo substrato.

[0070] As Figuras 19A-B ilustram uma vista de topo e lateral, respectivamente, do sistema de varredura 116, de acordo com uma modalidade. Nesta modalidade, sistema de varredura 116 inclui um elemento de reflexão ajustável 6 posicionado a jusante da lente GRIN 1701. Em um exemplo, o elemento de reflexão ajustável 6 é um refletor ajustável mecanicamente. A inclusão do elemento de reflexão ajustável 6 permite a geração de imagens em 3D com um único eixo de varredura de baixa velocidade, em vez de ter dois. Com efeito, a necessidade de proporcionar uma varredura de alta velocidade da amostra é removida em tal modalidade, servindo apenas para a orientação do grupo de feixes para a área de varredura, ou para proporcionar a direção lenta em uma varredura tridimensional. Assim, para gerar imagens 3D, apenas um único eixo de varredura de baixa velocidade é necessário, em vez de dois, de acordo com uma modalidade. Elemento de reflexão ajustável 6 pode ajustar o ângulo refletido dos feixes de entrada de radiação através de quaisquer meios adequados, como será conhecido por um especialista na arte relevante (s). Por exemplo, elemento de reflexão regulável 6 pode utilizar atuadores piezoeléctricos acoplados ou acionamento eletrostático, ou rotação mecânica para ajustar a orientação do elemento de reflexão ajustável 6.

[0071] As Figuras 20A-B ilustram uma vista de topo e lateral, respectivamente, do sistema de varredura 116, de acordo com uma modalidade. Nesta modalidade, sistema de varredura 116 inclui uma matriz de refletor ajustável 2001. Matriz de refletor ajustável 2001 pode ser utilizada para sondar várias imagens de diferentes regiões alvo de uma amostra. Em uma modalidade, cada feixe produzido de radiação está associado a um elemento de reflexão na matriz de refletor ajustável 2001. Cada elemento pode ser movido individualmente para mudar o ângulo de reflexão do feixe de radiação associado de entrada. Isto permite uma situação em que cada feixe de radiação é dirigido a uma região diferente de uma amostra.

[0072] Em uma modalidade, matriz de refletor ajustável 2001 inclui dispositivos MEMS tais como microespelhos ajustáveis. Os microespelhos podem ser fabricados usando técnicas de microfabricação convencionais e integrados no mesmo substrato quer como guias de onda de saída 8 ou lente GRIN 4. Em uma outra modalidade, matriz de refletor ajustável 2001 pode ser fabricada em um substrato separado e ligada por "flip-chip" ao substrato que inclui guias de onda de saída 8 e lente GRIN 4. Se cada um dos elementos de reflexão na matriz de refletor ajustável 2001 fornece varredura transversal independente, então, o sistema de varredura é capaz de, por exemplo, obter um grande número de imagens quer sequencialmente ou simultaneamente.

[0073] Deve ser entendido que para as modalidades descritas acima, o uso de lente GRIN 1701 pode ser substituído por outros elementos de focalização ópticos adequados para alcançar o mesmo resultado. Além disso, embora a segunda unidade de multiplexação 9 seja ilustrada nas modalidades mostradas nas Figuras 17-20 como utilizando multiplexação por divisão de tempo, deve entender-se que qualquer técnica de multiplexação, ou uma combinação de técnicas, tal como descrito anteriormente, também poderia ser utilizada.

[0074] Embora as modalidades acima tenham sido descritas no contexto de um sistema OCT, qualquer uma das várias modalidades descritas acima pode também ser aplicada a outras aplicações. Por exemplo, qualquer uma das várias modalidades descritas acima pode ser aplicada para a leitura óptica de dados armazenados em sistemas ópticos de camadas múltiplas, em que a seleção entre as camadas é realizada pelos sistemas de detecção com base em uma propagação de coerência óptica. Uma vantagem proporcionada por exemplo, neste caso, é o aumento da velocidade de leitura, quando a leitura é (quase) simultânea com um grande número de pistas ópticas. E também para ser notado que qualquer das modalidades acima descritas é susceptível a modificações de detalhes, desde que elas não alterem o princípio fundamental e a essência da invenção.

[0075] A Figura 21 ilustra um método de exemplo 2100 para a realização de varredura lateral, de acordo com uma modalidade. Método 2100 pode ser realizado, por exemplo, por qualquer uma das várias modalidades descritas acima para o sistema de varredura 116.

[0076] No passo 2102, um feixe de radiação é recebido em uma primeira unidade de multiplexação. A primeira unidade de multiplexação pode ser, por exemplo, qualquer uma das unidades de multiplexação descritas em relação às Figuras 4-6.

[0077] No passo 2104, um atraso de grupo é introduzido para o feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação com base em um caminho óptico percorrido pelo feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação entre uma primeira pluralidade de guias de onda ópticos na primeira unidade de multiplexação. O atraso de grupo pode ser introduzido em uma variedade de maneiras, tais como usando segmentos de guia de onda de diferentes comprimentos ou segmentos de guia de onda permitindo a modificação do índice de refração por efeitos tais como termo-óptico, eletro-óptico, injeção de carga, etc. Em um exemplo, elementos de modulação ópticos e/ou comutadores ópticos são usados para diferenciar entre o feixe de uma pluralidade de caminhos, com cada caminho tendo um atraso de grupo único a ele associado.

[0078] No passo 2106, um feixe de radiação é recebido por uma segunda unidade de feixe multiplexação. O feixe de radiação recebido pela segunda unidade de multiplexação pode ser o mesmo feixe de radiação recebido pela primeira unidade de multiplexação, por exemplo, quando a primeira unidade de multiplexação é localizada no braço de amostra. Em alternativa, o feixe de radiação recebido pela segunda unidade de multiplexação pode ser diferente a partir do feixe de radiação recebido pela primeira unidade de multiplexação, por exemplo, quando a primeira unidade de multiplexação é localizada no braço de referência. A segunda unidade de multiplexação pode ser, por exemplo, qualquer uma das várias unidades de multiplexação descritas em relação às Figuras 7-13 ou a Figura 15.

[0079] No passo 2108, o feixe de radiação recebido pela segunda unidade de multiplexação é diferenciado entre uma segunda pluralidade de guias de onda ópticos para produzir um ou mais feixes de radiação de saída. O feixe de radiação recebido pela segunda unidade de multiplexação pode ser diferenciado entre uma variedade de caminhos ópticos utilizando qualquer uma, ou uma combinação de multiplexação por divisão de tempo, multiplexação por divisão de frequência, multiplexação de domínio de coerência, etc.

[0080] No passo 2110, o um ou mais feixes de radiação de saída são orientados para uma amostra. O guiamento pode incluir focalização e/ou reorientação da luz, tal como descrito nas modalidades ilustradas, por exemplo, nas Figuras 14-15 e Figuras 17-20.

[0081] É para ser apreciado que a seção de Descrição Detalhada, e não as seções de Sumário e Resumo, destina-se a ser utilizada para interpretar as reivindicações. As seções de Sumário e Resumo podem estabelecer uma ou mais, mas não todas as modalidades exemplificativas da presente invenção, tal como contemplado pelo(s) inventor(es), e, portanto, não se destinam a limitar a presente invenção e as reivindicações anexas em qualquer maneira.

[0082] Modalidades da presente invenção foram descritas acima com o auxílio de blocos de construção funcionais que ilustram a implementação de funções e relações especificadas dos mesmos. Os limites destes blocos de construção funcionais foram aqui definidos arbitrariamente por conveniência da descrição. Limites alternativos podem ser definidos desde que as funções e relações especificadas dos mesmos sejam apropriadamente realizadas.

[0083] A descrição anterior das modalidades específicas revelará tão completamente a natureza geral da invenção que outros podem, por aplicação do conhecimento dentro da habilidade da técnica, prontamente modificar e/ou adaptar para várias aplicações tais modalidades especificas, sem experimentação excessiva, sem se afastar do conceito geral da presente invenção. Por conseguinte, estas adaptações e modificações pretendem estar dentro do significado e faixa de equivalentes das especificações reveladas, com base nos ensinamentos e orientações aqui apresentados. E para ser entendido que a fraseologia ou terminologia aqui utilizada é para o propósito de descrição e não de limitação, de tal modo que a terminologia ou fraseologia da presente especificação deve ser interpretada pelo técnico experimentado à luz dos ensinamentos e orientação.

[0084] A amplitude e âmbito da presente invenção não devem ser limitados por nenhuma das modalidades exemplares acima descritas, mas devem ser definidos somente de acordo com as seguintes reivindicações e seus equivalentes.

Claims

1. Sistema de interferometria de coerência baixa, caracterizado pelo fato de que compreende: uma primeira unidade de multiplexação configurada para receber um primeiro feixe de radiação e compreendendo uma primeira pluralidade de elementos de atraso ópticos configurada para introduzir um atraso de grupo para o primeiro feixe de radiação baseado em um caminho óptico percorrido pelo primeiro feixe de radiação entre uma primeira pluralidade de guias de onda ópticos, e uma segunda unidade de multiplexação configurada para receber um segundo feixe de radiação e compreendendo uma segunda pluralidade de moduladores ópticos configurada para diferenciar o segundo feixe de radiação entre uma segunda pluralidade de guias de onda ópticos para a produção de um ou mais feixes de radiação de saída, em que a segunda pluralidade de guias de onda ópticos é configurada para orientar o um ou mais feixes de radiação de saída em direção a uma amostra.

2. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de multiplexação compreende ainda uma pluralidade de comutadores configurados para selecionar o caminho óptico percorrido pelo feixe de radiação entre a primeira pluralidade de guias de onda ópticos.

3. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de multiplexação compreende ainda uma pluralidade de moduladores de fase.

4. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda unidade de multiplexação é configurada para receber o segundo feixe de radiação a partir de uma única saída da primeira unidade de multiplexação.

5. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda unidade de multiplexação é configurada para receber o segundo feixe de radiação a partir de uma das duas saídas da primeira unidade de multiplexação.

6. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um elemento óptico disposto entre a segunda unidade de multiplexação e a amostra.

7. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico é uma lente única.

8. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a lente única é configurada para focar o um ou mais feixes de radiação de saída em um plano focal de tal modo que uma distância entre os centros dos feixes adjacentes no plano focal é entre 1 e 10 vezes maior do que o diâmetro de um dos feixes no plano focal.

9. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de lentes, cada uma menor do que a lente única, configurada para focar pelo menos um subconjunto do um ou mais feixes de radiação de saída para uma primeira região alvo da amostra e pelo menos focar um outro subconjunto do um ou mais feixes de radiação de saída para uma segunda região alvo da amostra.

10. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o elemento óptico é uma lente de índice de gradiente (GRIN).

11. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um refletor disposto a jusante do elemento óptico e configurado para alterar uma direção de propagação do um ou mais feixes de radiação de saída.

12. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a direção alterada da propagação é substancialmente perpendicular a uma direção de propagação inicial.

13. Sistema de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma orientação do elemento de reflexão é ajustável, de tal modo que um ângulo de alteração para a direção de propagação do um ou mais feixes de radiação de saída é ajustável.

14. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o refletor ajustável compreende componentes microeletromecânicos.

15. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de moduladores ópticos compreende moduladores de fase.

16. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de moduladores ópticos compreende elementos de atraso óptico.

17. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de moduladores ópticos compreende comutadores ópticos.

18. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atraso de grupo é associado a uma profundidade de varredura da amostra e é realizado através de um ou mais feixes de radiação de saída na segunda unidade de multiplexação.

19. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda pluralidade de guias de onda ópticos é ainda configurada para recolher radiação dispersa a partir da amostra.

20. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira pluralidade de guias de onda ópticos e a segunda pluralidade de guias de onda ópticos são integradas em um mesmo substrato.

21. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda atuadores microeletromecânicos configurados para dobrar um ou mais da segunda pluralidade de guias de onda ópticos.

22. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo feixe de radiação é diferente do primeiro feixe de radiação.

23. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de multiplexação é localizada em um braço de referência do sistema de interferometria de coerência baixa e a segunda unidade de multiplexação é localizada em um braço de amostra do sistema de interferometria de coerência baixa.

24. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo feixe de radiação é o mesmo que o primeiro feixe de radiação.

25. Sistema de interferometria de coerência baixa, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de multiplexação e a segunda unidade de multiplexação são ambas localizadas em um braço de amostra do sistema de interferometria de coerência baixa.

26. Método realizado por um sistema de interferometria de coerência baixa, caracterizado pelo fato de que compreende: receber um feixe de radiação em uma primeira unidade de multiplexação; introduzir um atraso de grupo para o primeiro feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação baseado em um caminho óptico percorrido pelo primeiro feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação entre uma primeira pluralidade de guias de onda ópticos na primeira unidade de multiplexação; receber um segundo feixe de radiação em uma segunda unidade de multiplexação; diferenciar o segundo feixe de radiação recebido na segunda unidade de multiplexação entre uma segunda pluralidade de guias de onda ópticos para a produção de um ou mais feixes de radiação de saída; e orientar o um ou mais feixes de radiação de saída para uma amostra.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende ainda modular uma fase do primeiro feixe de radiação na primeira unidade de multiplexação.

28. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a diferenciação do segundo feixe de radiação compreende a introdução de um atraso para o segundo feixe de radiação.

29. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a diferenciação do segundo feixe de radiação compreende a comutação do segundo feixe de radiação entre a segunda pluralidade de guias de onda ópticos.

30. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a diferenciação do feixe de radiação compreende a modulação da fase do segundo feixe de radiação.

31. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a focalização do um ou mais feixes de radiação de saída através de um elemento óptico.

32. Método, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a alteração de uma direção de propagação do um ou mais feixes de radiação de saída por meio de um refletor disposto a jusante do elemento óptico.

33. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende ainda dobrar uma ou mais da segunda pluralidade de guias de onda ópticos através de atuadores microeletromecânicos.

34. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende ainda coleta de radiação dispersa a partir da amostra.

35. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a segunda unidade de multiplexação recebe o segundo feixe de radiação a partir da primeira unidade de multiplexação.

36. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o segundo feixe de radiação recebido na segunda unidade de multiplexação é o mesmo que o primeiro feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação.

37. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o segundo feixe de radiação recebido na segunda unidade de multiplexação é diferente do primeiro feixe de radiação recebido na primeira unidade de multiplexação.