CN105852800B - 三维光学相干断层扫描装置及其应用 - Google Patents

三维光学相干断层扫描装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了将全场光学相干断层扫描(OCT)技术应用于三维皮肤组织成像的装置和系统。公开了特殊设计的Mirau型物镜以及允许OCT模式和正交偏振光谱成像(OPSI)模式的光学显微镜模块。

Description

三维光学相干断层扫描装置及其应用
技术领域
本申请涉及三维光学相干断层扫描技术领域。
背景技术
光学相干断层扫描(OCT)是一种用于进行高分辨率截面成像的技术，其可以提供组织结构(例如，皮肤组织)在微米尺度的图像。OCT方法沿着OCT光束对光散射样本内部进行测量。
莫氏(Mohs)显微镜外科手术是在显微控制下从患者身体进行切除，用于基底细胞癌(BCC)、鳞状细胞癌(SCC)以及较不常见的其他类型皮肤癌的完全切除。将切除的组织样本(即，活检物)水平切开以提供组织切片，继而在载玻片上对所述组织切片进行组织学准备。在显微镜下检查所述载玻片，以确定肿瘤是否被完全包含于切除的组织中——这是通过在所切除的组织的边缘或边沿上不存在肿瘤而确定的。如果肿瘤未被完全包含于所切除的组织中，则从患者身体切除额外的组织并且重复该程序直到取得的所有组织切片表明已从患者身体移除该肿瘤。活组织检查和组织学处理是用于组织诊断的黄金标准。因此，莫氏外科手术一般而言由于其需要许多次活组织检查而非常耗时。应用OCT以高效的方式来创建莫氏显微外科手术样本的图像因而是非常有用的。
发明内容
本发明提供了这样的装置或系统，其包括：光源模块，其被配置用于向光学显微镜模块提供光源光，该光学显微镜模块运用所述光源光并处理光信号；Mirau型物镜模块，其运用来自所述光学显微镜模块的光，并且处理从容纳组织样品的组织平移模块生成的光信号；以及数据处理单元，其用于分析来自所述组织样品的光信号，其中所述Mirau型物镜模块包括干涉物镜，该干涉物镜浸入在具有与所述组织样品相近的光学特性的介质中，并且其中所述光学显微镜模块包括光开关，该光开关被配置用于在光学相干断层扫描(OCT)模式与正交偏振光谱成像(OPSI)模式之间切换。
在另一方面，提供了一种用于对组织样品进行成像的方法，该方法包括：通过本文所述的装置或系统，对按深度从样品出现的测试光进行成像，以及对来自该样品的子结构的吸收、色散和/或散射的反差图像进行成像，以提供该样品的动态。
援引并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而以相同程度并入本文，犹如具体且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。
附图说明
通过参考以下对其中利用本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述和附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解；在附图中：
图1图示了代表本发明装置/系统的框图，该装置/系统包括光源模块、光学显微镜模块、Mirau型物镜模块、组织平移模块和数据处理单元。
图2图示了示例性发明装置/系统的示意图。
图3示出了示例性Mirau型物镜模块的示意图。
图4示出了示例性光源，即Ce3+：YAG单包层晶体光纤的发射光谱，其中插图示出了该晶体光纤的端视图。
图5示出了由CCD的一个像素测量的水与玻璃板之间的光程差。
图6示出了在水中的横向扫描，展现出0.56μm的横向分辨率。
图7图示了图2中所示的示例性发明装置/系统的变体的示意图。
具体实施方式
近年来，光学相干断层扫描(OCT)已经广泛应用于皮肤组织的三维(3-D)图像重建。众所周知，在表皮中非侵入性地探查角质层(SC)的层参数(LP)，诸如平均总厚度(a-TT)、平均层数(a-NOL)和平均细胞层厚度(a-CLT)等，对于评估表皮的皮肤保湿性变得很重要。然而，为了将OCT技术应用于皮肤组织成像，在组织中优于1.2μm的轴向分辨率是测量SC的LP的门槛。此外，单个3-D表皮细胞的形态对于癌前诊断中正常和异常细胞的早期检测也很重要。这些都要求在组织中的亚微米空间分辨率。利用二维CCD/CMOS相机的全场OCT(FF-OCT)有机会观察SC的层结构，尤其是用于正面监测。通常，使用CCD/CMOS相机的FF-OCT的检测灵敏度为约80dB，这与相机面积大小和正面帧速率有关。
角质形成细胞和黑素细胞是表皮中的两种主要细胞类型，其正常大小为10至50μm。在约一个月内通过角质化过程，表皮可分为若干个层，即，底部的基底层、棘层、颗粒层、透明层和顶部的SC。在表皮中，黑素细胞散布在基底层，具有伸长的树突。在皮肤护理方面，角质形成细胞的增殖和分化影响表皮锁水能力和干性皮肤疾病。
本文提供了将OCT技术(例如，FF-OCT)应用于皮肤组织成像的装置和系统。具体而言，本发明提供了皮肤组织的体外和体内3-D成像。
在一些实施方式中，提供了一种装置，该装置包括：光源模块，其被配置用于向光学显微镜模块提供光源光，该光学显微镜模块运用该光源光并处理光信号；Mirau型物镜模块，其运用来自光学显微镜模块的光，并且处理从容纳组织样品的组织平移模块生成的光信号；以及数据处理单元，其用于分析来自组织样品的光信号，其中所述Mirau型物镜模块包括浸入在介质中的干涉物镜，并且其中所述光学显微镜模块包括光学开关，该光学开关被配置用于在光学相干断层扫描(OCT)模式与正交偏振光谱成像(OPSI)模式之间切换。
在一些实施方式中，光源模块包括自发发射光源、放大式自发发射光源、超辐射发光二极管、发光二极管(LED)、宽带超连续谱光源、锁模激光器、可调谐激光器、傅里叶域锁模光源、光参量振荡器(OPO)、卤素灯，或者掺杂晶体光纤，诸如Ce3+：YAG晶体光纤、Ti3+：Al2O3晶体光纤或Cr4+：YAG晶体光纤。在某些实施方式中，光源模块包括Ce3+：YAG晶体光纤、Ti3+：Al2O3晶体光纤或Cr4+：YAG晶体光纤。在某些实施方式中，光源模块包括Ce3+：YAG晶体光纤。
在一些实施方式中，Mirau型物镜模块包括浸入在介质中的干涉物镜透镜，位于填充有一种或多种介质的密封容器中的第一玻璃板、第二玻璃板。在某些实施方式中，所述干涉物镜透镜浸入在具有与待分析的组织样品相似的光学特性的介质中。在某些实施方式中，所述光学特性是折射率。在某些实施方式中，所述介质具有在约1.2至约1.8范围内的折射率。在某些实施方式中，所述介质具有在约1.3至约1.5范围内的折射率。在一些实施方式中，所述介质包括具有在约1.3至约1.5范围内的折射率的水、硅油、乙醇、甘油、派热克斯玻璃(pyrex)、透明玻璃或塑料，或者其组合。在某些实施方式中，所述介质包括水、硅油或甘油。在某些实施方式中，所述介质包括水。在某些实施方式中，所述介质包括硅油。在一些实施方式中，所述一种或多种介质包括第一介质和第二介质。在某些实施方式中，所述第一介质包括水，而所述第二介质包括硅油。
在一些实施方式中，所述光学开关是1/4波片，其中该1/4波片的快轴设置成45°角，从而允许从所述样品反射或散射的信号光的一部分通过且偏振态不变。在某些实施方式中，所述光学开关是1/4波片，其中该1/4波片的快轴设置成0°或90°角，从而允许从所述样品反射或散射的信号光的一部分通过且偏振态旋转90°。在一些实施方式中，所述光学显微镜模块还包括物镜透镜、光学长波通滤波器和偏振分束器。
在一些实施方式中，所述组织平移模块包括盖玻片和位于组织容纳器装置上的横向机动化线性载物台。在一些实施方式中，所述组织容纳器装置是载玻片或盒。在某些实施方式中，所述盖玻片充当组织容纳器。
在一些实施方式中，所述数据处理单元包括一维检测器或二维检测器、任选地耦合的计算机，或者其组合。在某些实施方式中，所述数据处理单元包括二维检测器。在某些实施方式中，所述二维检测器是电荷耦合器件(CCD)、多像素相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机，或者其组合。
在一些实施方式中，提供了一种系统或装置，其包括：Ce3+：YAG晶体光纤/LED光源模块，其被配置用于向光学显微镜模块提供光源光，该光学显微镜模块运用该光源光并处理光信号；Mirau型物镜模块，其运用来自光学显微镜模块的光，并且处理从组织平移模块生成的光信号；以及数据处理单元，用于分析来自组织样品的光信号，其中所述Mirau型物镜模块包括硅油，并且其中所述光学显微镜模块包括作为光学开关的1/4波片，该1/4波片被配置用于在光学相干断层扫描(OCT)模式与正交偏振光谱成像(OPSI)模式之间切换。
参见图1，示例性发明系统/装置100包括光源模块110、光学显微镜模块120、Mirau型物镜模块130、组织平移模块140和数据处理单元150。光源模块110被配置用于向光学显微镜模块120提供合适的光，光学显微镜模块120运用光源光并傅输光信号。光学显微镜模块120与Mirau型物镜模块130相关联，Mirau型物镜模块130进一步处理光并将光注入到位于组织平移模块140的组织样品。从组织平移模块返回的光被引导至数据处理单元150。
在一些实施方式中，光源模块包括自发发射光源、放大式自发发射光源、超辐射发光二极管、发光二极管(LED)、宽带超连续谱光源、锁模激光器、可调谐激光器、傅里叶域锁模光源、光参量振荡器(OPO)、卤素灯或掺杂晶体光纤(诸如Ce3+：YAG晶体光纤、Ti3+：Al2O3晶体光纤、Cr4+：YAG晶体光纤)，或者本领域技术人员将容易认识到的会根据本发明的实践来提供合适的光的任何其他合适的光源。在某些实施方式中，光源模块包括Ce3+：YAG晶体光纤、Ti3+：Al2O3晶体光纤或者Cr4+：YAG晶体光纤。光源模块，诸如美国专利号8,416,48、8625948和美国公开号20080047303(各文献均通过引用并入本文以用于此公开内容)中公开的那些光源模块，是已知的。
在一些实施方式中，数据处理单元包括一维检测器、二维检测器或与一维或二维检测器耦合的计算机，或者其组合。在一些实施方式中，数据处理单元包括二维检测器。该二维检测器可以例如是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机等。在某些实施方式中，数据处理单元150是多元素(multiple element)(即，多像素)相机。
图2图示了示例性发明系统/装置200，其包括经由多模光纤209向光学显微镜模块220提供照明光的晶体光纤/LED宽带光源210、光学显微镜模块220、Mirau型物镜模块230、组织平移模块240和数据处理单元250。示例性光源模块210包括Ce3+：YAG单包层晶体光纤211，Ce3+：YAG单包层晶体光纤211由1-W、445-nm的激光二极管212(Nichia，#NDB7875，日本)通过第一准直和聚焦模块213(例如，包括60×非球面透镜、带通滤波器(Semrock，#FF01-445/45，美国)和40×消色差透镜)以及第二准直和聚焦模块214(例如，包括40X消色差物镜透镜和20X消色差物镜透镜)进行泵浦，其中带波通滤波器的功能是将后向宽带光反射回单包层晶体光纤211，以使从单包层晶体光纤211输出的荧光准直并将其聚焦至多模光纤209中。从单包层晶体光纤的输出端出现的宽带光耦合至多模光纤209中并继而由光学显微镜模块220中的物镜透镜221进行准直，其中单包层晶体光纤之后的光的中心波长和带宽分别为560nm和95nm。
示例性光学显微镜模块220包括物镜透镜221、光学长波通滤波器222、偏振分束器223、光学开关224(例如，TN-LC、PA-LC、VA-LC、IPS或消色差1/4波片，或者其他合适的器件)，该光学开关224设置在偏振分束器223与Mirau型物镜模块230之间，并且将光引导至Mirau型物镜模块230、反射镜225和投射透镜226。从多模光纤209输出并由偏振分束器223反射的光变成线性偏振。光学开关224的设计允许本发明装置/系统在OCT模式与正交偏振光谱成像(OPSI)模式之间切换。在一些实施方式中，所述光学开关是1/4波片等。例如，在OCT模式中，1/4波片(即，光学开关的示例)的快轴设置为相对于水平轴成45°角。在这种模式中，只有信号光的从样品反射(或散射)之后其偏振态不变的那部分可以通过偏振分束器223，并由数据处理单元250检测到。在OPSI模式中，1/4波片的快轴设置为与水平轴平行(0°)或正交(90°)。在这种模式中，只有信号光的从样品反射(或散射)之后其偏振态旋转90°的那部分可以通过偏振分束器223，并由数据处理单元250检测到。因此，处于OPSI模式中的系统能够检测样品中散射的消偏振光。这对于在OCT模式下对深度结构(例如，皮肤组织结构)中的样品进行成像特别有用。然而，具有光学开关的切换开关设计允许本发明系统通过获取从样品的任何子结构或微环境(例如，红细胞和微血管)的吸收、色散和/或散射的反差图像，来检测样品在其动态(例如，在血管中移动的红细胞)中的任何子结构或微环境。
在通过光学开关224(例如，本文所述的消色差1/4波片)之后，光改变为圆偏振。该圆偏振光在通过Mirau型物镜模块230从参考臂和样品臂反射回时，变成反向圆偏振。来自参考臂和样品臂的光束在再次通过消色差1/4波片(参见图2中的箭头)之后均变成线性偏振，其与入射光正交相关。因此，从组织平移模块240中的样品和参考臂反射回来的光束在通过偏振分束器223之后合并，由反射镜225反射，并继而经由投射透镜226投射至数据处理单元250(即，CCD(Imperx，#ICL-B0620，640×480像素，美国)上，以生成具有260帧/秒的帧速率的干涉测量信号。在干涉测量载波信号的一个周期内，有60个采样帧。
组织平移模块240包括覆盖组织样品(例如，皮肤组织)的盖玻片241和位于组织容纳器装置上的横向机动化线性载物台242。组织容纳器装置可以是适合于容纳组织的任何容纳器。例如，组织容纳器装置是用于容纳活检物的载玻片。在一些情况下，盖玻片起到载玻片的作用。在某些实施方式中，组织容纳器装置是盖玻片。在一些实施方式中，组织容纳器装置是用于保持组织样品(诸如来自患者的手术暴露组织的样本)的匣。
参见图3，其图示了图2的示例性Mirau型物镜模块，该Mirau型物镜模块230包括z轴压电换能器(PZT)231，该z轴压电换能器(PZT)231与2Dx-y线性平台232和干涉物镜233相耦合。出于示例说明目的，特殊设计的Mirau型干涉物镜233包括浸入在第一介质(例如，水)中的物镜透镜234(例如，Olympus，LUMPLFLN 20×W，NA：0.5，视场：550μm，日本)、环形容纳器235、用于容纳第二介质(例如，硅油)的两个石英硅玻璃板(厚度：150μm，λ/10平度，第一玻璃板236和第二玻璃板237)。水中焦场的直径为约220μm(使用1/3视场)。干涉物镜233固定于z轴压电换能器231(PI，#P-720，德国)上。在一些实施方式中，第一介质与第二介质相同。例如，第一介质和第二介质可以都是硅油。
盖玻片241层叠在样品之下。在一些实施方式中，盖玻片具有与玻璃板相同的厚度。采用开环控制的PZT的总光行程为112μm。使用与物镜透镜234位于同一模块上的500μm直径的黑墨吸收体(n＝1.48)来匹配第一玻璃板236的折射率，以便将杂散光吸收回数据处理单元(即CCD)，并且用于消除强度的直流项(DC term)。在用TiO2/SiO2(T/R＝60/40，T：透射率；R：反射率；n硅油＝1.406)涂覆交错的层之后，在第二玻璃板(227)的顶部上涂覆宽带分束器涂层。接触第二介质(即，硅油)的第一玻璃板(226)的反射涂层因n硅油＝1.406而约为4％。
在操作过程中，物镜透镜234使照明光通过第一玻璃板236而朝向组织平移模块240上的测试样品聚焦。第二板237将聚焦光的第一部分反射至第一玻璃板反射涂层以限定参考光，并且将聚焦光的第二部分透射至测试样品以限定测量光。继而，第二板237将从测试样品反射(或散射)的测量光与从第一玻璃板上的反射涂层反射的参考光重新组合，并且物镜234和成像透镜对组合的光进行成像，以在数据处理单元250(例如，具有或不具有计算机的多像素相机)上产生干涉。PZT 231与2D x-y线性平台232相耦合。
在一些实施方式中，干涉物镜233包括浸入在介质中的物镜透镜234、位于填充有一种或多种介质的密封容器中的第一玻璃板236、第二玻璃板237。本文所述的介质定义为具有对由光束穿过所述介质而引入的光路中的色散加以补偿的特性的任何介质。与填充有空气的传统Mirau物镜相比，Mirau型物镜模块中的所述一种或多种介质提供了在断层成像情况下减少色散的手段。在一些实施方式中，本发明的Mirau型物镜模块包括两种或更多种介质(例如，第一介质、第二介质等)，其中至少一种介质具有与待分析的样品相似的光学特性，其被布置用于对由光束穿过Mirau型物镜而引入的光路中的色散加以补偿。在各种皮肤光学特性中，折射率是重要的一种。在1至10μm范围的微观尺度上，折射率的变化引起光散射。人体皮肤组织的折射率的确定是基于已知方法(例如，Ding等人，Physics in Medicineand Biology，2006，51(6)，1479)。相比于在标准温度和压力(STP)下的空气的折射率1.00，人体皮肤组织的折射率为约1.38至1.44。具有1.3至1.5之间的折射率的介质的非排他性示例包括水(1.33)、硅油(1.336-1.582，取决于组成)、20％葡萄糖水溶液(1.36)、乙醇(1.36)、甘油(1.47)、派热克斯玻璃(1.47)。在一些实施方式中，在Mirau型物镜模块中使用的介质的折射率范围为约1.0至约2.0、约1.2至约1.8、约1.3至约1.6、或者约1.3至约1.5。在某些实施方式中，所述介质的折射率范围为约1.3至约1.5。
例如，物镜透镜234浸入在水(即，第一介质)或者具有与水的光学特性相接近的光学特性的液体中。这是因为待成像的样品(例如，活细胞、皮肤组织)包含最多的是水。由此能够以令人满意的方式进行活细胞的成像。在一些实施方式中，所述一种或多种介质是液体、凝胶、特种玻璃、特种塑料或者具有与测试样品的光学特性相接近的光学特性的任何其他合适的材料。在某些实施方式中，所述介质是液体。在一些实施方式中，液体介质包括水、甘油、乙醇、硅油等。在某些实施方式中，所述液体介质包括水。在某些实施方式中，所述液体介质包括硅油。在某些实施方式中，所述液体介质包括甘油。在一些实施方式中，所述介质是具有约1.3至约1.5范围内的折射率的透明玻璃或塑料。
如图2中所示，PZT 231由来自具有开环模式的DAQ卡(NI，#PCI-4461，美国)的经放大信号所偏置。经由迈克耳孙(Michelson)干涉仪，通过He-Ne激光器的计数波数和相位差来记录PZT的z轴位置与输入电压。因此，PZT的滞后运动在实验上通过所记录的位置-电压曲线来补偿。例如，图4示出了Ce3+：YAG SCF(示例性光源)的发射光谱，其中插图示出了SCF的端视图。从水与玻璃板之间的边界处反射的A型扫描的干涉测量信号强度由CCD的一个像素进行测量(参见图5)。来自图5中载波信号的载波包络强度在带通滤波器和希耳伯(Hilbert)变换或其他相位解调算法之后计算得出。由已知方法计算出的检测灵敏度为约81dB。本发明系统的噪声基底(noise floor)基本上被更强的共焦门(NA：0.8对0.5)效应所抑制，并且继而进一步降低了鬼像效应。示例性干涉物镜相应地提供了在水介质表面沿轴向和横向方向的Ra＝0.91μm(参见图5)和Rt＝0.56μm(参见图6)(或者在SC表面(结合水后，n＝1.47)，Ra＝0.90μm和Rt＝0.51μm)的实验分辨率；然而，根据方程1，满足衍射极限的在水表面的理论空间分辨率为Ra＝0.56μm和Rt＝0.43μm(或者在SC表面，Ra＝0.55μm和Rt＝0.39μm)。
Figure GDA0002824848760000101
其中Δzeff意指由Δz共焦(水中的共焦门，等于λ0n水/NA2，对于40×物镜(NA：0.8)为约1.16μm)和Δz相干(水中的相干门，等于0.44λ0 2/n水Δλ，对于具有相同物镜的Ce3+：YAG光源为约1.09μm)贡献的有效轴向分辨率。n样品和n水相应地为样品和水的折射率。λ0和Δλ为光源的中心波长和带宽。在图3中，40×干涉物镜透镜234用于水浸。令人惊讶地发现，当使用20×干涉物镜透镜(其中NA为0.5)时，样品扫描变得更高效但仍获得了相似的3-D成像结果(例如，分辨率)。因此，在一些实施方式中，用于本发明装置/系统的物镜透镜具有0.5或更小的NA。由于水和硅油都具有与样品组织中的一种相似的相似折射率，因此本领域技术人员将容易认识到用一种替代另一种，或者只使用水，或者只使用硅油，或者根据本发明的实践而使用任何其他合适的介质。例如，克服水浸式Mirau型物镜模块的易蒸发性而制作浸入在硅油(第一介质)中且第二介质为硅油的干涉物镜。
通常，FF-OCT在0°、90°、180°和270°，使用单张拍摄(single-shot)CCD，通过经由相位阶跃技术计算栈信息而获得正面图像，其中通过PZT的三角形振荡运动来对其移相。随着一个正面图像的曝光时间增加，检测灵敏度变得更好。继而，通过沿z轴堆积正面图像来重建3-D图像。与经典FF-OCT不同，包括Mirau型物镜的本发明装置/系统通过顺序的干涉测量信号来重建3-D图像栈。该次要考虑因素导致本发明装置/系统更好的深度成像。
参见图7，其提供了图2中所示的实施方式的变体，示例性装置/系统包括经由多模光纤709向光学显微镜模块720提供照明光的晶体光纤/LED宽带光源模块710、Mirau型物镜模块730以及成像光纤束708，该成像光纤束708在Mirau型物镜模块与光学显微镜模块之间传输光。该变体实施方式提供了移动的/灵活的Mirau型物镜模块以检测体内样品。为了适应该设计，使用准直透镜707来将成像光纤束708与Mirau型物镜模块730之间的光进一步准直。如图7中所示，使用光学聚焦透镜727来进一步提高图像的质量。
本发明的装置或系统对于轻松地对组织样品进行成像是有用的。其在辅助皮肤治疗中尤其有用。例如，本发明的装置或系统可用作莫氏外科手术的辅助。在外科手术过程中，在每次移除组织之后，当患者等待时，针对癌细胞对该组织进行检查，并且该检查为额外的组织移除的决定提供信息。莫氏外科手术是在皮肤癌的移除过程中获得完整边沿控制的许多方法中之一；其取决于完整的圆周外围和深处边沿评估。本发明的装置或系统可以原位地对样品组织进行成像，或者在从患者身体中移除样品组织后成像，从而提供了辅助莫氏外科手术的有效方式。在一些实施方式中，提供了一种用于对组织样品进行成像的方法，该方法包括：通过本文所述的装置或系统，对按深度从样品出现的测试光进行成像，以及对来自该样品的子结构的吸收、色散和/或散射的反差图像进行成像，以提供该样品的动态。在一些实施方式中，组织样品是皮肤组织。在某些实施方式中，所述方法用于对皮肤组织状况进行成像。在某些实施方式中，通过完整的圆周外围和深处边沿评估来确定皮肤状况。
尽管本文已示出并描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅通过示例的方式提供。本领域技术人员在不脱离本发明的情况下现将会想到许多变化、改变和替代。应当理解，可以采用本文描述的本发明的实施方式的各种替代方案来实施本发明。下述权利要求旨在限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (18)

1.一种三维光学相干断层扫描装置，包括：光源模块，其被配置用于向光学显微镜模块提供光源光，所述光学显微镜模块运用所述光源光并处理光信号；Mirau型物镜模块，其运用来自所述光学显微镜模块的光，并且处理组织样品生成的光信号，所述组织样品能容纳于组织平移模块；以及数据处理单元，其用于分析来自所述组织样品的光信号，其中所述Mirau型物镜模块包括浸入在介质中的具有0.5或更小的NA的干涉物镜透镜，所述干涉物镜透镜浸入在具有与待分析的组织样品相似的光学特性的介质中，并且其中所述光学显微镜模块包括光学开关，所述光学开关被配置用于在光学相干断层扫描(OCT)模式与正交偏振光谱成像(OPSI)模式之间切换；其中所述光学开关是1/4波片，其中所述1/4波片的快轴设置成0°或90°角，从而允许从所述样品反射或散射的信号光的一部分通过且偏振态旋转90°。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源模块包括放大式自发发射光源、超辐射发光二极管、发光二极管(LED)、宽带超连续谱光源、锁模激光器、可调谐激光器、傅里叶域锁模光源、光参量振荡器(OPO)、卤素灯、Ce3+:YAG晶体光纤、Ti3+:Al2O3晶体光纤或者Cr4+:YAG晶体光纤。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述光源模块包括Ce3+:YAG晶体光纤或者Ti3+:Al2O3晶体光纤。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述Mirau型物镜模块包括浸入在介质中的干涉物镜透镜，位于填充有一种或多种介质的密封容器中的第一玻璃板、第二玻璃板。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学特性是折射率。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述介质具有在1.2至1.8范围内的折射率。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述介质包括水、硅油或甘油。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述介质包括硅油。
9.根据权利要求4所述的装置，其中所述一种或多种介质包括第一介质和第二介质。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一介质包括水，而所述第二介质包括硅油。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学开关是1/4波片，其中所述1/4波片的快轴设置成45°角，从而允许从所述样品反射或散射的信号光的一部分通过且偏振态不变。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学显微镜模块还包括物镜透镜、光学长波通滤波器和偏振分束器。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述组织平移模块包括盖玻片和位于组织容纳器装置上的横向机动化线性载物台。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据处理单元包括一维检测器或二维检测器、任选地耦合的计算机，或者其组合。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述二维检测器是电荷耦合器件(CCD)、多像素相机或互补金属氧化物半导体(CMOS)相机，或者其组合。
16.一种用于对组织样品进行成像的系统，包括：光源模块，其被配置用于向光学显微镜模块提供光源光，所述光学显微镜模块运用所述光源光并处理光信号；Mirau型物镜模块，其运用来自所述光学显微镜模块的光，并且处理组织样品生成的光信号，所述组织样品能容纳于组织平移模块；以及数据处理单元，其用于分析来自所述组织样品的光信号，其中所述Mirau型物镜模块包括浸入在介质中的具有0.5或更小的NA的干涉物镜透镜，所述干涉物镜透镜浸入在具有与待分析的组织样品相似的光学特性的介质中，并且其中所述光学显微镜模块包括光学开关，所述光学开关被配置用于在光学相干断层扫描(OCT)模式与正交偏振光谱成像(OPSI)模式之间切换；其中所述光学开关是1/4波片，其中所述1/4波片的快轴设置成0°或90°角，从而允许从所述样品反射或散射的信号光的一部分通过且偏振态旋转90°。
17.一种用于对组织样品进行成像的方法，包括：通过权利要求1所述的装置或权利要求16所述的系统，对按深度从样品出现的测试光进行成像，以及对来自所述样品的子结构的吸收的反差图像进行成像。
18.根据权利要求17所述的方法，其中通过完整的圆周外围和深处边沿评估来确定组织成像。
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