CN110022754B - 用于优化的光学相干断层成像术的可视化系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种可视化系统，所述可视化系统用于通过确定OCT源与样品之间的绝对距离来执行优化的光学相干断层成像(OCT)。本公开还提供了一种用于优化OCT的方法，所述方法包括使用与自动聚焦成像器透镜的焦距或位置有关的数据来确定OCT源与样品之间的绝对距离。

Description

用于优化的光学相干断层成像术的可视化系统和方法
技术领域
本公开涉及光学相干断层成像术(OCT)，更具体地涉及用于优化的OCT扫描的可视化系统和方法。
背景技术
眼睛手术或眼科手术每年拯救和改善数以万计患者的视力。然而，考虑到视力对眼睛的甚至小变化的敏感度以及许多眼睛结构的微小而脆弱的性质，很难进行眼科手术，并且甚至小的或不寻常的手术错误的减少或手术技术的准确度的小幅改进都可以对患者术后的视力产生巨大的不同。
眼科手术是在眼睛和附属视觉结构上进行的。在眼科手术期间，患者置于支撑件上，面向上方。支撑件可以是沙发或床，并且可以定位在手术显微镜下方。插入开睑器以保持眼睛暴露。外科医生通常使用手术显微镜来观察患者眼睛，并可以引入手术器械以执行各种不同程序中的任一种。手术显微镜在所述程序期间提供对眼睛的某些部分的成像和可选地照明。
除了简单地获得眼睛的特写视图之外，手术显微镜可以配备有OCT系统以提供关于眼睛的仅使用手术显微镜无法有效看到的内部结构的额外信息。OCT系统可以光学地或机电地集成到手术显微镜中。
OCT是用于对至少部分地反射光的样本(例如生物组织)进行结构检查的干涉分析技术。OCT还可以用于对样品进行功能检查，例如样品的运动和速度或组织中的血液流动。OCT系统可以用于基于由来自参考镜的反射光束与来自样品的反射光束之间的相互作用所产生的干涉图案，来确定距离和深度曲线以及其他信息。
在OCT系统中，单个OCT源光束被分成两个分量光束，即传播到样品并至少部分地被其反射的样品光束、以及传播到参考镜并被其反射的参考光束。每个光束典型地被反射回到分束器并被组合，但是某些OCT系统可能不需要每个反射光束返回到分束器来进行组合。当样品反射光束和参考反射光束组合时，产生干涉图案，这可以用于测量样品的距离和深度剖面以及其他信息并且用于对样品光束透过的内部靶结构进行成像。在眼科手术中，OCT系统可以用于例如提供高分辨率的视网膜截面视图。
发明内容
本公开提供了一种包括OCT系统的可视化系统，所述OCT系统具有：可操作来产生OCT源光束的OCT源；OCT分束器；以及OCT检测器。所述OCT分束器可操作来将所述OCT源光束分成沿样品臂行进直到被样品反射而形成样品反射光束的样品光束、以及沿参考臂行进直至被所述OCT系统中的参考镜反射而形成参考反射光束的参考光束；并且可操作来将所述样品反射光束和所述参考反射光束组合以形成OCT反射光束。所述OCT检测器可操作来接收所述OCT反射光束，并且可操作来检测所述OCT反射光束的干涉图案。所述可视化系统还包括：手术显微镜；二向色镜，所述二向色镜可操作来允许非OCT光基本上透过并且可操作来反射所述样品光束；以及可视化分束器，所述可视化分束器可操作来将非OCT光引导到所述手术显微镜和自动聚焦成像器两者中。所述自动聚焦成像器可操作来接收被所述样品反射的非OCT光，所述光透过所述二向色镜并由所述可视化分束器引导到所述自动聚焦成像器。所述自动聚焦成像器可操作来使用被所述样品反射的非OCT光以通过调节自动聚焦成像器透镜来优化所述自动聚焦成像器对所述样品的聚焦、并且可操作来生成与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据。所述可视化系统进一步包括处理器，所述处理器可操作来：使用与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定所述二向色镜与所述样品之间的距离；使用所述二向色镜与所述样品之间的距离来确定所述OCT源与所述样品之间的绝对距离；使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来确定所述样品臂的长度；产生可操作来通过调节所述参考臂的长度或所述样品臂的焦点来优化所述OCT系统的控制信号；并且将所述控制信号发送到所述OCT系统。
在除非明确排除、否则可以彼此组合的另外的实施例中：所述自动聚焦成像器透镜是焦度可调透镜，并且调节所述焦度可调透镜的焦距；所述自动聚焦成像器透镜是位置可调透镜，并且调节所述位置可调透镜的位置；所述处理器可操作来：使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来计算所述样品臂的长度；实时地产生和发送所述控制信号；所述处理器可操作来通过参考透镜距离参考数据来确定所述OCT源与所述样品之间的绝对距离；并且所述透镜距离参考数据包括所述自动聚焦成像器透镜在不同焦距或位置时与所述OCT源与所述样品之间的距离相对应的数据。
本公开进一步提供了一种包括OCT系统的可视化系统，所述OCT系统具有：可操作来产生OCT源光束的OCT源；OCT分束器；以及OCT检测器。所述OCT分束器可操作来将所述OCT源光束分成沿样品臂行进直到被样品反射而形成样品反射光束的样品光束、以及沿参考臂行进直至被所述OCT系统中的参考镜反射而形成参考反射光束的参考光束；并且可操作来将所述样品反射光束和所述参考反射光束组合以形成OCT反射光束。所述OCT检测器可操作来接收所述OCT反射光束；并且可操作来检测所述OCT反射光束的干涉图案。所述可视化系统还包括：手术显微镜；二向色镜，所述二向色镜可操作来允许非OCT光基本上透过并且可操作来反射所述样品光束；以及可视化分束器，所述可视化分束器可操作来将非OCT光引导到所述手术显微镜和自动聚焦成像器两者中。所述自动聚焦成像器可操作来接收被所述样品反射的非OCT光，所述光透过所述二向色镜并由所述可视化分束器引导到所述自动聚焦成像器。所述自动聚焦成像器可操作来使用被所述样品反射的非OCT光以通过调节自动聚焦成像器透镜来优化所述自动聚焦成像器对所述样品的聚焦、并且可操作来生成与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据。
所述可视化系统进一步包括处理器，所述处理器可操作来：使用与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定所述二向色镜与所述样品之间的距离变化；使用所述二向色镜与所述样品之间的距离变化来确定所述样品臂的长度变化；产生可操作来通过调节所述参考臂的长度或所述样品臂的焦点来优化所述OCT系统的控制信号；并且将所述控制信号发送到所述OCT系统。
在除非明确排除、否则可以彼此组合的另外的实施例中：所述自动聚焦成像器透镜是焦度可调透镜，并且调节所述焦度可调透镜的焦距；所述自动聚焦成像器透镜是位置可调透镜，并且调节所述位置可调透镜的位置；并且所述处理器可操作来使用所述二向色镜与所述样品之间的距离变化来确定所述样品臂的长度变化，来实时地产生和发送所述控制信号。
本公开还提供了一种用于优化光学相干断层成像(OCT)的方法，所述方法包括：在自动聚焦成像器处接收被样品反射的非OCT光，所述光透过二向色镜并被可视化分束器引导到所述自动聚焦成像器；在所述自动聚焦成像器处使用被所述样品反射的非OCT光，通过调节自动聚焦成像器透镜来优化所述自动聚焦成像器对所述样品的聚焦；通过所述自动聚焦成像器来生成与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据；使用与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定所述二向色镜与所述样品之间的距离；使用所述二向色镜与所述样品之间的距离来确定所述OCT源与所述样品之间的绝对距离；使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来确定所述样品臂的长度；产生控制信号，所述控制信号可操作来通过调节所述参考臂的长度或所述样品臂的焦点来优化所述OCT系统；并且将所述控制信号发送到所述OCT系统。
在除非明确排除、否则可以彼此组合的另外的实施例中：所述自动聚焦成像器的透镜是焦度可调透镜，并且所述控制装置可操作来调节所述透镜的焦距；所述自动聚焦成像器的透镜是位置可调透镜，并且所述控制装置可操作来调节所述透镜的位置；使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来计算所述样品臂的长度，并且实时地产生和发送所述控制信号；通过参考透镜距离参考数据来确定所述OCT源与所述样品之间的绝对距离；并且其中，所述透镜距离参考数据包括所述自动聚焦成像器透镜在不同焦距或位置时与所述OCT源与所述样品之间的距离相对应的数据。
以上系统可以与以上方法一起使用，反之亦然。此外，这里描述的任何系统可以与这里描述的任何方法一起使用，反之亦然。
附图说明
为了更加完整地理解本发明及其特征和优点，现在参考结合附图进行的以下说明，这些附图并未按比例绘制，在这些附图中：
图1是OCT系统的示意性图示；
图2是可视化系统的示意性图示，所述可视化系统包括OCT系统和具有焦度可调透镜的自动聚焦成像器；
图3是可视化系统的示意性图示，所述可视化系统包括OCT系统和具有位置可调透镜的自动聚焦成像器；并且
图4是用于优化OCT的方法的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，通过举例的方式对细节进行阐述以便于讨论所公开的主题。然而，本领域普通技术人员应了解的是，所公开的实施例是示例性的而非所有可能的实施例的穷举。
在执行OCT时，重要的是获得可分析的干涉图案，以允许获得对样品光束所透过的内部靶结构的适当测量和成像。为了获得这样的干涉图案，重要的是使参考臂的长度与样品臂的长度之间的任何差异最小化。优选地，任何这样的长度差异都是非实质性的，并且任何变化都是已知的。例如，当参考臂的长度与样品臂的长度之间的差异小于100mm时，所述差异可以被认为是非实质性的。在OCT系统中，参考臂的长度是指OCT分束器与参考镜之间的距离。样品臂的长度是指OCT分束器与样品之间的距离。目前，手动执行对参考臂或样品臂长度的调节。
在OCT系统的典型使用中，使用者可以手动地来回调节OCT源的位置，直到参考臂和样品臂的长度相同，并且获得最佳图像。然而，在某些情况下，例如，当OCT系统连接到手术显微镜上时，来回移动OCT源以获得最佳图像可能是不可能或不可行的。在这种情况下，使用者可能更关心在手术期间获得清晰的手术显微镜视图而不是获得优化的OCT图像。为了获得清晰的手术显微镜视图，使用者可以调节手术显微镜的焦点或向上或向下移动手术显微镜，这改变了OCT源的位置，并且因此改变了样品臂的长度。为了保持优化的OCT图像，必须在调节手术显微镜的焦点或位置时调节参考臂的长度。
本公开提供了一种结合自动聚焦成像器的可视化系统，所述自动聚焦成像器可以生成与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据。自动聚焦成像器透镜可以是例如可以调节透镜焦距的焦度可调透镜或者可以调节透镜位置的位置可调透镜。通过实施自动聚焦成像器，与使用者的手动调节相比，本文的可视化系统提供对参考臂的长度或样品臂的焦点的自动调节。
所述可视化系统的处理器使用与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定二向色镜与样品之间的距离。所述处理器使用二向色镜与样品之间的距离来确定OCT源与样品之间的绝对距离。所述处理器使用OCT源与样品之间的绝对距离来进一步确定样品臂的长度。通过进行这些确定，所述可视化系统可以通过调节参考臂的长度、样品臂的焦点或两者来优化OCT扫描。例如，可以经由连接到参考镜上的控制装置来调节参考臂的长度。可以通过调节OCT透镜的位置、OCT系统的位置或OCT透镜的焦点来调节样品臂的焦点。OCT透镜(虽然在图1中未包含)可以位于分束器与样品之间的任何位置，如图所示，所述位置是路径130或150上的任何位置，如下面参照图1进一步描述的。通过调节参考臂的长度、样品臂的焦点或两者，可视化系统执行优化的OCT扫描，这产生更可分析的干涉图案，并且因此产生优化的OCT图像。
现在参照附图，图1是OCT系统100的示意性图示，如图所示，所述OCT系统包括扫描镜105。OCT系统100连接到处理器170上，所述处理器连接到存储器175。OCT系统100包括OCT分束器102、检测器107、参考镜104、以及OCT源101。OCT源101产生OCT源光束，所述OCT源光束在路径110上朝向OCT分束器102传播。OCT分束器102将在路径110上传播的OCT源光束分成两个分量光束：(1)样品光束，所述样品光束沿样品臂、即路径130传播，被扫描镜105反射后到达样品106；以及(2)参考光束，所述参考光束沿参考臂、即路径120传播到参考镜104。样品106可以是例如患者的眼睛。
一旦样品光束到达样品106，便在路径150上朝向OCT分束器102被往回反射。OCT分束器102将路径140上的样品反射光束和路径150上的参考反射光束组合以产生干涉图案。所组合的反射光束称为“OCT反射光束”。
该OCT反射光束被引导160到检测器107。检测器107可以是例如光检测器。检测器107检测OCT反射光束的干涉图案并产生与干涉图案有关的数据。处理器170接收来自检测器107的数据并且可以处理所述数据以产生样品光束所透过的内部靶结构的OCT图像。
处理器170可以包括例如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、或被配置为解释和/或执行程序指令和/或处理数据的任何其他数字或模拟电路系统。在一些实施例中，处理器170可以解释和/或执行程序指令和/或处理存储在存储器175中的数据。存储器175可以被部分地或整体地配置成应用存储器、系统存储器、或两者。存储器175可以包括被配置成保持和/或容纳一个或多个存储器模块的任何系统、装置、或设备。每个存储器模块可以包括被配置用于将程序指令和/或数据保留一段时间的任何系统、装置、或设备(例如，计算机可读介质)。所描述的各种服务器、电子装置、或其他机器可以包括一个或多个相似的这种处理器或存储器，用于存储和执行实施相关联的机器的功能的程序指令。
图2是可视化系统200的示意性图示，所述可视化系统包括具有焦度可调透镜207的自动聚焦成像器203。焦度可调透镜207可以结合到自动聚焦成像器203中或连接到其上。焦度可调透镜207连接到控制装置290上，所述控制装置可以至少调节焦度可调透镜的焦距。调节焦度可调透镜207的焦距可以被称为调节焦度可调透镜的“焦度”。可视化系统200还包括具有手术显微镜目镜260的手术显微镜202、处理器250、存储器251、二向色镜204、可视化分束器206、以及OCT系统280。OCT系统280包括OCT源201、OCT分束器、参考镜、检测器、以及OCT透镜。
可视化系统200通过执行优化的OCT扫描来优化所得的干涉图案，并且因此优化所得的OCT图像。为了执行优化的OCT扫描，可视化系统200可以调节OCT系统的参考臂的长度或样品臂的焦点。如图2所讨论的，参考臂和样品臂与OCT系统280有关，而不是可视化系统200。可以通过调节OCT透镜的位置或OCT透镜的焦点来调节样品臂的焦点。如上所述，虽然未在图2中示出，但是OCT透镜可以位于OCT系统280的OCT分束器与样品205之间的任何位置。
OCT源201产生OCT源光束，所述OCT源光束在路径210上朝向二向色镜204传播。二向色镜204可以结合到手术显微镜202中。二向色镜204沿着路径220将OCT源光束朝向样品205引导。样品205可以是患者的眼睛。一旦路径210和220上的OCT源光束到达样品205，便朝向二向色镜204被往回反射并在路径230上被引导回到OCT系统280。
二向色镜204是在两个不同波长下具有显著不同的反射或透射特性的镜子。这些特性允许二向色镜反射波长通常接近红外范围并且通常高于700nm的OCT源光束。相反，这些特性还允许二向色镜透射波长在可见光范围内并且通常小于700nm的非OCT光。例如，非OCT光可以是环境光或由手术显微镜产生的光。
当OCT源光束沿着路径210和220被引导时，自动聚焦成像器203接收由样品反射的已经透过二向色镜并且由可视化分束器引导到所述自动聚焦成像器的非OCT光。自动聚焦成像器203接收透过其焦度可调透镜207的此非OCT光。自动聚焦成像器203可以检测焦度可调透镜207的焦距和位置并生成与之有关的数据。路径240上的非OCT光可以是例如环境光或由手术显微镜产生的光。在路径240上，透射的非OCT光透过二向色镜204并在可视化分束器206处分成两个分量光束。
可视化分束器206是手术显微镜202的一部分。可视化分束器206将非OCT光束拆分，即：将一个分量光束引导到自动聚焦成像器透镜207，并将另一个分量光束引导到手术显微镜的目镜260，使得使用者可以观察样品205。
一旦自动聚焦成像器203接收到自动聚焦光束，它就可以通过至少调节焦度可调透镜207的焦点来优化焦度可调透镜207对样品的聚焦。自动聚焦成像器203可以使用非OCT光、通过调节焦度可调透镜207来优化自动聚焦成像器对样品的聚焦。自动聚焦成像器203可以检测焦度可调透镜207的焦距或位置并生成与之有关的数据。
处理器250可以接收与焦度可调透镜207的焦距和位置有关的数据，并对其进行处理以确定二向色镜204与样品205之间的距离。处理器250可以使用二向色镜与样品之间的距离来确定OCT源与样品205之间的绝对距离。处理器250可以使用OCT源与样品之间的绝对距离来进一步确定样品臂的长度。
替代性地，处理器250可以使用与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定二向色镜204与样品205之间的距离变化。处理器250可以使用二向色镜与样品之间的距离变化来进一步确定样品臂的长度变化。在本实例中，在以下情况下，处理器250仍然可以调节参考臂、以及样品臂的焦点来优化OCT系统：(1)未确定二向色镜与样品之间的距离或未使用二向色镜与样品之间的距离的确定；或(2)未确定OCT源与样品之间的绝对距离或未使用OCT源与样品之间的绝对距离的确定。替代性地，处理器250可以确定二向色镜与样品之间的距离的任何变化、确定样品臂的长度变化、并使用所述确定来优化OCT系统。
处理器250可以产生通过调节参考臂的长度或样品臂的焦点来优化OCT系统280的控制信号，并将控制信号发送到OCT系统280。例如，可以经由控制装置来调节参考臂的长度。可以通过调节OCT透镜的位置、OCT系统的位置或OCT透镜的焦点来调节样品臂的焦点。通过调节参考臂的长度或样品臂的焦点，可以使参考臂和样品臂的长度之间的任何差异最小化、优选地是非实质性的。通过使参考臂和样品臂的长度之间的任何差异最小化，可视化系统优化了所得的干涉图案并且因此优化了所得的OCT图像。
在图2的可视化系统中，“样品臂”的长度是从OCT源201到样品205的距离、即等于L1+L2+L3，其中L1是OCT源201与二向色镜204之间的距离，L2是二向色镜204与手术显微镜202的边缘之间的距离，并且L3是手术显微镜202的边缘与样品205之间的距离。L1和L2是固定的。在样品臂长度的计算中唯一的可变参数是L3，即手术显微镜202与样品205之间的变化距离。
在图2中，“物距”的长度是从焦度可调透镜207到样品205的距离、即等于L4+L5+L6，其中L4是焦度可调透镜207与可视化分束器206之间的距离，L5是可视化分束器206与手术显微镜202的边缘之间的距离，并且L6是手术显微镜202的边缘与样品205之间的距离。如图所示，L3和L6是相同的距离。焦度可调透镜207与自动聚焦成像器203的传感器之间的距离显示为L7。
在可视化系统200中，
Figure GDA0003142725400000101
其中“f”表示焦度可调透镜207的焦距。可以如下求解此方程得到L6：
Figure GDA0003142725400000102
如上所述并如图2所示，L6＝L3。因此，OCT源201与样品205之间的绝对距离(表示为LOCT)可以计算为：
Figure GDA0003142725400000103
上述方程中的参数L1、L2、L7、L4和L5是所配置的可视化系统的特性。焦距“f”可以由自动聚焦成像器203显示或确定。由此，LOCT可以由处理器250确定。
如上所述，使用二向色镜与样品之间的距离来确定OCT源201与样品205之间的绝对距离LOCT，所述绝对距离是使用与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定的。在本实例中，自动聚焦成像器透镜是焦度可调透镜207。处理器250使用OCT源与样品之间的绝对距离来确定样品臂的长度，并产生调节OCT透镜的位置或OCT透镜的焦点以使参考臂和样品臂长度之间的任何差异最小化的控制信号，这优化了OCT扫描。
图3是可视化系统300的示意性图示，所述可视化系统包括自动聚焦成像器203，与可视化系统200的焦度可调透镜207相比，所述自动聚焦成像器具有位置可调透镜307。自动聚焦成像器203可以通过调节位置可调透镜307的位置来优化其对样品的聚焦。位置可调透镜307可以结合到自动聚焦成像器203中或连接到其上。位置可调透镜307连接到控制装置290上，所述控制装置可以至少调节位置可调透镜的位置。可视化系统200还包括具有手术显微镜目镜260的手术显微镜202、处理器250、存储器251、二向色镜204、可视化分束器206、以及OCT系统280。OCT系统280包括OCT源201、OCT分束器、参考镜、检测器、以及OCT透镜。
可视化系统200通过执行优化的OCT扫描来优化所得的干涉图案，并且因此优化所得的OCT图像。为了执行优化的OCT扫描，可视化系统200可以调节OCT系统的参考臂的长度或样品臂的焦点。如图2所讨论的，参考臂和样品臂与OCT系统280有关，而不是可视化系统200。可以通过调节OCT透镜的位置或OCT透镜的焦点来调节样品臂的焦点。如上所述，虽然未在图2中示出，但是OCT透镜可以位于OCT系统280的OCT分束器与样品205之间的任何位置。
OCT源201产生OCT源光束，所述光束在路径210上朝向二向色镜204传播。二向色镜204可以结合到手术显微镜202中。二向色镜204沿着路径220将OCT源光束朝向样品205引导。样品205可以是患者的眼睛。一旦路径210和220上的OCT源光束到达样品205，便朝向二向色镜204被往回反射并在路径230上被引导回到OCT系统280。
当OCT源光束沿着路径210和220被引导时，自动聚焦成像器203接收由样品反射的已经透过二向色镜并且由可视化分束器引导到自动聚焦成像器的非OCT光。与图2的可视化系统200相比，在图3的可视化系统300中，自动聚焦成像器203接收透过其焦度可调透镜207的此非OCT光。自动聚焦成像器203可以检测焦度可调透镜207的焦距和位置并生成与之有关的数据。路径240上的非OCT光可以是例如环境光或由手术显微镜产生的光。在路径240上，透射的非OCT光透过二向色镜204并在可视化分束器206处分成两个分量光束。
可视化分束器206是手术显微镜202的一部分。可视化分束器206将非OCT光束划分，即：将一个分量光束引导到自动聚焦成像器透镜307，并将另一个分量光束引导到手术显微镜的目镜260，使得使用者可以观察样品205。
一旦自动聚焦成像器203接收到自动聚焦光束，便可以通过至少调节位置可调透镜307的位置来优化位置可调透镜307对样品的聚焦。自动聚焦成像器203可以使用非OCT光以通过调节位置可调透镜307来优化自动聚焦成像器对样品的聚焦。自动聚焦成像器203可以检测位置可调透镜307的焦距或位置并生成与之有关的数据。
处理器250可以接收与位置可调透镜307的焦距和位置有关的数据，并对其进行处理以确定二向色镜204与样品205之间的距离。处理器250可以使用二向色镜与样品之间的距离来确定OCT源与样品205之间的绝对距离。处理器250可以使用OCT源与样品之间的绝对距离来进一步确定样品臂的长度。
替代地，处理器250可以使用与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定二向色镜204与样品205之间的距离变化。处理器250可以使用二向色镜与样品之间的距离的变化来进一步确定样品臂的长度变化。在本实例中，在以下情况下，处理器250仍然可以调节参考臂、以及样品臂的焦点来优化OCT系统：(1)未确定二向色镜与样品之间的距离或未使用二向色镜与样品之间的距离的确定；或(2)未确定OCT源与样品之间的绝对距离或未使用OCT源与样品之间的绝对距离的确定。替代性地，处理器250可以确定二向色镜与样品之间的距离的任何变化、确定样品臂的长度变化、并使用所述确定来优化OCT系统。
处理器250可以产生通过调节参考臂的长度或样品臂的焦点来优化OCT系统280的控制信号，并将控制信号发送到OCT系统280。例如，可以经由控制装置调节参考臂的长度。可以通过调节OCT透镜的位置、OCT系统的位置或OCT透镜的焦点来调节样品臂的焦点。通过调节参考臂的长度或样品臂的焦点，可以使参考臂和样品臂的长度之间的任何差异最小化、优选地是非实质性的。通过使参考臂和样品臂的长度之间的任何差异最小化，可视化系统优化了所得的干涉图案并且因此优化了所得的OCT图像。
在图3的可视化系统中，“样品臂”的长度是从OCT源201到样品205的距离、即等于L1+L2+L3，其中L1是OCT源201与二向色镜204之间的距离，L2是二向色镜204与手术显微镜202的边缘之间的距离，并且L3是手术显微镜202的边缘与样品205之间的距离。L1和L2是固定的。在样品臂长度的计算中唯一的可变参数是L3，即手术显微镜202与样品205之间的变化距离。
在图3中，“物距”的长度是从位置可调透镜307到样品205的距离、即等于L4+L5+L6，其中L4是位置可调透镜307与可视化分束器206之间的距离，L5是可视化分束器206与手术显微镜202的边缘之间的距离，并且L6是手术显微镜202的边缘与样品205之间的距离。如图所示，L3和L6是相同的距离。与图2的可视化系统200相比，位置可调透镜307与自动聚焦成像器203的传感器之间的距离显示为L7。
在可视化系统300中，
Figure GDA0003142725400000131
其中“f”表示位置可调透镜307的焦距。可以如下求解此方程得到L6：
Figure GDA0003142725400000132
如上所述并如图2所示，L6＝L3。因此，OCT源201与样品205之间的绝对距离(表示为LOCT)可以计算为：
Figure GDA0003142725400000133
上述方程中的参数L1、L2、L7、L4和L5是所配置的可视化系统的属性。在这种情况下，因为实施了与焦度可调透镜207相反的位置可调透镜307，焦距“f”是固定的，并且可以从自动聚焦成像器203上的显示器上读取Δd。根据那里，LOCT可以由处理器250确定。
如上所述，使用二向色镜与样品之间的距离来确定OCT源201与样品205之间的绝对距离LOCT，所述绝对距离是使用与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定的。在本实例中，自动聚焦成像器透镜是位置可调透镜307。处理器250使用OCT源与样品之间的绝对距离来确定样品臂的长度，并产生调节OCT透镜的位置或OCT透镜的焦点以使OCT系统的参考臂和样品臂的长度之间的任何差异最小化的控制信号，这优化了OCT扫描。
图2的可视化系统200或其任何部件可以与图3的可视化系统300或其任何部件一起使用，反之亦然。
对于可视化系统200和300两者，可以实时地执行以下操作：使用OCT源与样品之间的绝对距离来计算样品臂的长度、以及产生和发送控制信号。实时可以指在少于半秒内、在少于一秒或者以其他方式在少于使用者对视觉信息的正常反应时间内。此外，可以通过参考透镜距离参考数据来确定OCT源与样品之间的绝对距离LOCT。透镜距离参考数据可以包括自动聚焦成像器透镜在不同焦距或位置时与OCT源与样品之间的距离相对应的数据。
图4是用于优化OCT的方法的流程图。在步骤405中，在自动聚焦成像器处接收由样品反射的非OCT光。样品可以是例如患者的眼睛。非OCT光可以是例如环境光或由手术显微镜产生的光。在步骤410中，使用从样品反射的非OCT光来优化自动聚焦成像器对样品的聚焦。
在步骤415中，在自动聚焦成像器处生成与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据。所产生的数据可以包括自动聚焦成像器透镜的位置或焦距的任何变化，使用从样品反射的非OCT光来优化自动聚焦成像器对样品的聚焦时引起的变化。自动聚焦成像器透镜可以是例如位置可调透镜(如图3所描述的)或焦度可调透镜(如图2所描述的)。如果实施的是位置可调透镜并且仅调节位置可调透镜的位置，则所产生的数据可以仅包括自动聚焦成像器透镜的位置。相反，如果实施的是焦度可调透镜，则所接收的数据应包括焦度可调透镜的焦距和位置。
在步骤420中，可以基于与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定二向色镜与样品之间的距离。在步骤425中，可以如图2中针对具有焦度可调透镜的可视化系统或如图3中针对具有位置可调透镜的可视化系统所描述的来确定OCT源与样品之间的绝对距离LOCT。在步骤430中，可以基于OCT源与样品之间的绝对距离来确定OCT系统的样品臂的长度。
作为步骤420、425和430的替代，可以使用与自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据来确定二向色镜与样品之间的距离变化，并且可以使用二向色镜与样品之间的距离变化来确定样品臂的长度变化。在本实例中，在以下情况下，仍然可以通过调节参考臂、或样品臂的焦点来优化OCT系统：(1)未确定二向色镜与样品之间的距离或未使用二向色镜与样品之间的距离的确定；或(2)未确定OCT源与样品之间的绝对距离或未使用OCT源与样品之间的绝对距离的确定。替代性地，确定二向色镜与样品之间的距离的任何变化，并且确定样品臂长度的任何变化、并使用所述变化来优化OCT系统。
在步骤440中，可以产生控制信号以通过调节参考臂的长度、样品臂的焦点或两者来优化OCT系统。例如，可以经由连接到OCT系统的参考镜的控制装置来调节参考臂的长度。可以通过调节OCT透镜的位置、OCT系统的位置或OCT透镜的焦点来调节样品臂的焦点。
在步骤450中，可以将控制信号发送到OCT系统，以调节参考臂的长度、样品臂的焦点或两者。通过执行这样的调整，OCT性能得以优化，因为参考臂的长度和样品臂的长度之间的任何差异被最小化。优选地，任何这种长度差异都是非实质性的，并且任何变化都是已知的。例如，当参考臂的长度与样品臂的长度之间的差异小于100mm时，所述差异可以被认为是非实质性的。这产生更可分析的干涉图案，并且因此产生优化的OCT图像。
可以使用图2或图3的可视化系统或任何其他合适的系统来实施方法400。此类方法的优选初始化点以及其步骤的顺序可以取决于选择的实施方式。在一些实施例中，一些步骤可以任选地省略、重复、或组合。在一些实施例中，此类方法的一些步骤可以与其他步骤并列执行。在某些实施例中，方法可以部分地或全部地在实施在计算机可读介质中的软件上执行。
出于本公开的目的，计算机可读介质可以包括能将数据和/或指令保留一段时间的任何工具或工具的集合。计算机可读介质可以包括但不限于诸如直接存取存储装置(例如，硬盘驱动器或软盘)、顺序存取存储装置(例如，磁带磁盘驱动器)、光盘、CD-ROM、DVD、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)和/或闪存等存储介质；以及诸如导线、光纤和其他电磁和/或光学载体等通信介质；和/或前述各项的任何组合。
以上公开的主题应认为是说明性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有此类修改、增强、以及落入本公开的真实精神和范围内的其他实施例。因此，在法律允许的最大程度上，本公开的范围将由对以下权利要求及其等效物的最宽允许解释来确定并且不应受限于或局限于上述详细说明。

Claims (16)

1.一种可视化系统，包括：
光学相干断层成像OCT系统，所述OCT系统包括
可操作来产生OCT源光束的OCT源；
OCT分束器，所述OCT分束器可操作来将所述OCT源光束分成沿样品臂行进直到被样品反射而形成样品反射光束的样品光束、以及沿参考臂行进直至被所述OCT系统中的参考镜反射而形成参考反射光束的参考光束，并且所述OCT分束器可操作来将所述样品反射光束和所述参考反射光束组合以形成OCT反射光束；以及
OCT检测器，所述检测器可操作来接收所述OCT反射光束，并且可操作来检测所述OCT反射光束的干涉图案；
手术显微镜；
二向色镜，所述二向色镜可操作来允许非OCT光透过并且可操作来反射所述样品光束；以及
可视化分束器，所述可视化分束器可操作来将非OCT光引导到所述手术显微镜和
自动聚焦成像器两者中，所述自动聚焦成像器可操作来：
接收被所述样品反射的非OCT光，所述非OCT光透过所述二向色镜并由所述可视化分束器引导到所述自动聚焦成像器，并且
使用被所述样品反射的非OCT光以通过调节自动聚焦成像器透镜来优化所述自动聚焦成像器对所述样品的聚焦，并且
产生与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据；以及
处理器，所述处理器可操作来：
使用与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的所述数据来确定所述二向色镜与所述样品之间的距离；
使用所述二向色镜与所述样品之间的距离来确定所述OCT源与所述样品之间的绝对距离；
使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来确定所述样品臂的长度；
产生可操作来通过调节所述参考臂的长度或所述样品臂的焦点来优化所述OCT系统的控制信号；并且
将所述控制信号发送到所述OCT系统。
2.根据权利要求1所述的可视化系统，其中，所述自动聚焦成像器透镜是焦度可调透镜，并且其中，所述焦度可调透镜的焦距被调节。
3.根据权利要求1所述的可视化系统，其中，所述自动聚焦成像器透镜是位置可调透镜，并且其中，所述位置可调透镜的位置被调节。
4.根据权利要求1所述的可视化系统，其中，所述处理器可操作来：
实时地使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来计算所述样品臂的长度；并且
产生和发送所述控制信号。
5.根据权利要求1所述的可视化系统，其中，所述处理器可操作来通过参考透镜距离参考数据来确定所述OCT源与所述样品之间的绝对距离。
6.根据权利要求5所述的可视化系统，其中，所述透镜距离参考数据包括与在所述自动聚焦成像器透镜在不同焦距或位置时所述OCT源与所述样品之间的距离相对应的数据。
7.一种可视化系统，包括：
光学相干断层成像OCT系统，所述OCT系统包括
可操作来产生OCT源光束的OCT源；
OCT分束器，所述OCT分束器可操作来将所述OCT源光束分成沿样品臂行进直到被样品反射而形成样品反射光束的样品光束、以及沿参考臂行进直至被所述OCT系统中的参考镜反射而形成参考反射光束的参考光束，并且所述OCT分束器可操作来将所述样品反射光束和所述参考反射光束组合以形成OCT反射光束；以及
OCT检测器，所述OCT检测器可操作来接收所述OCT反射光束，并且可操作来检测所述OCT反射光束的干涉图案；
手术显微镜；
二向色镜，所述二向色镜可操作来允许非OCT光透过并且可操作来反射所述样品光束；以及
可视化分束器，所述可视化分束器可操作来将非OCT光引导到所述手术显微镜和
自动聚焦成像器两者中，所述自动聚焦成像器可操作来：
接收被所述样品反射的非OCT光，所述非OCT光透过所述二向色镜并由所述可视化分束器引导到所述自动聚焦成像器，并且
使用被所述样品反射的非OCT光以通过调节自动聚焦成像器透镜来优化所述自动聚焦成像器对所述样品的聚焦，并且
产生与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据；以及
处理器，所述处理器可操作来：
使用与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的所述数据来确定所述二向色镜与所述样品之间的距离变化；
使用所述二向色镜与所述样品之间的距离变化来确定所述样品臂的长度变化；
产生可操作来通过调节所述参考臂的长度或所述样品臂的焦点来优化所述OCT系统的控制信号；并且
将所述控制信号发送到所述OCT系统。
8.根据权利要求7所述的可视化系统，其中，所述自动聚焦成像器透镜是焦度可调透镜，并且其中，所述焦度可调透镜的焦距被调节。
9.根据权利要求7所述的可视化系统，其中，所述自动聚焦成像器透镜是位置可调透镜，并且其中，调节所述位置可调透镜的位置。
10.根据权利要求7所述的可视化系统，其中，所述处理器可操作来实时地使用所述二向色镜与所述样品之间的距离变化来确定所述样品臂的长度变化，产生和发送所述控制信号。
11.一种用于优化光学相干断层成像OCT的方法，所述方法包括：
在自动聚焦成像器处接收被样品反射的非OCT光，所述非OCT光透过二向色镜并由可视化分束器引导到所述自动聚焦成像器；
在所述自动聚焦成像器处使用被所述样品反射的非OCT光以通过调节自动聚焦成像器透镜来优化所述自动聚焦成像器对所述样品的聚焦；
通过所述自动聚焦成像器生成与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的数据；
使用与所述自动聚焦成像器透镜的位置或焦距有关的所述数据来确定所述二向色镜与所述样品之间的距离；
使用所述二向色镜与所述样品之间的距离来确定OCT源与所述样品之间的绝对距离；
使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来确定样品臂的长度；
产生控制信号，所述控制信号可操作来通过调节参考臂的长度或所述样品臂的焦点来优化OCT系统；并且
将所述控制信号发送到所述OCT系统。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述自动聚焦成像器的透镜是焦度可调透镜，并且控制装置可操作来调节所述透镜的焦距。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述自动聚焦成像器的透镜是位置可调透镜，并且控制装置可操作来调节所述透镜的位置。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，实时地使用所述OCT源与所述样品之间的绝对距离来计算所述样品臂的长度，并且产生和发送所述控制信号。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，通过参考透镜距离参考数据来确定所述OCT源与所述样品之间的绝对距离。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述透镜距离参考数据包括与在所述自动聚焦成像器透镜在不同焦距或位置时所述OCT源与所述样品之间的距离相对应的数据。
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