CN113545743B - 扫频源光学相干断层扫描成像系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及扫频源光学相干断层扫描成像系统。一种用于对对象(70)的区域(90)成像的扫频源OCT成像系统包括：生成不同波长的光束(80)的扫频光源(10)；使光束跨对象扫描的扫描元件(40)；通过将由对象散射(由于扫描)的光与参考光组合来生成干涉光的干涉仪(410)；生成电信号(S)的光电探测器(50)，该电信号(S)具有跨越频带并且由散射光与参考光的干涉引起的频率分量；带通滤波器模块(420)，其对电信号进行带通滤波；以及样本采集模块(440)，其对滤波后的电信号进行采样。带通滤波器模块从电信号中提取跨越该频带的频率分量中的至少一些。样本采集模块对滤波后的电信号进行带通采样。

Description

扫频源光学相干断层扫描成像系统
技术领域
本文的示例方面通常涉及光学相干断层扫描(OCT)成像系统领域，更具体地，涉及扫频源OCT成像系统。
背景
扫频源OCT是傅立叶域OCT的一种形式，根据这种OCT，通过对检测到的干涉信号进行傅立叶分析，可以获得视网膜或眼睛其他部分的反射率深度剖面(reflectivity depthprofile)。这种成熟的技术已经被用于各种不同的领域，例如用于眼睛成像(ocularimaging)、血管内成像、肿瘤学(例如，腹腔镜OCT、内窥镜OCT和支气管镜OCT)、皮肤病学(对皮肤组织成像)和牙科等的医学领域。扫频源OCT还具有各种非医学应用，例如无损检测(NDT)、材料厚度测量(例如半导体晶片的厚度测量)、表面粗糙度表征、表面和横断面成像以及体积损失测量。
图1是用于对眼睛的视网膜成像的传统眼科扫频源OCT成像系统的示意图。图示的扫频源OCT成像系统具有干涉仪，该干涉仪包括扫频光源(swept light source)10、分束器20、参考镜(reference mirror)30、扫描元件40、光电探测器50和样本采集模块60。由扫频光源10生成的光束被分束器20分成两个光束，第一个光束沿着干涉仪的参考臂(referencearm)被引导到参考镜30，以及第二个光束沿着干涉仪的样本臂(sample arm)被引导到受验者眼睛70的视网膜。控制扫描元件40以将样本臂中的光束80引导至眼睛70的目标扫描区域90，并将来自眼睛70的背向散射光引导回到干涉仪中。沿着参考臂和样本臂行进的背向反射光然后在光电探测器50处组合，以生成干涉光信号。对于目标扫描区域90中的每个扫描位置，由扫频光源10(该扫频光源通常以可调谐激光器或具有窄线宽的其他光源的形式被提供)产生的光的波长快速扫掠(sweep)过一个波长范围，并且在扫掠期间由光电探测器50检测所生成的干涉光信号。光电探测器50的输出(即干涉图95，如图1中示意性所示)被样本采集模块60采样，以及然后计算采样电信号的傅立叶逆变换，以获得A扫描数据(A-scandata)，A扫描数据提供关于视网膜在深度方向上的结构的信息。因此，对于目标扫描区域90中的每个扫描位置，可以使用单个波长扫掠来采集A扫描(A-scan)。
概述
根据本文的第一示例方面，提供了一种用于对对象的区域成像的扫频源光学相干断层扫描OCT成像系统，该系统包括被布置成生成波长随时间变化的光束的扫频光源和被布置成使光束跨对象扫描的扫描元件。扫频源OCT成像系统还包括干涉仪，该干涉仪具有样本臂和参考臂，并且被布置成在使用扫频源OCT成像系统的期间，通过将由于光束跨对象扫描而被对象的区域散射并沿着样本臂传播的光与来自沿参考臂传播的光束的光组合，从而生成干涉光信号。扫频源OCT成像系统还包括光电探测器，该光电探测器被布置成接收干涉光信号并生成指示干涉光信号的电信号，该电信号包括跨越(spanning)一个频带的频率分量，其中该频率分量是由被对象区域散射并沿着样本臂传播的光与来自沿着参考臂传播的光束的光的干涉引起的。扫频源OCT成像系统还包括带通滤波器模块和样本采集模块，带通滤波器模块被布置成通过对电信号进行带通滤波来生成滤波后的电信号，样本采集模块被布置成采集滤波后的电信号的样本。扫频源OCT成像系统包括控制模块，该控制模块被布置成设置带通滤波器模块的通带，使得带通滤波器模块从电信号中提取跨越该频带的频率分量中的至少一些，该控制模块还被布置成设置样本采集模块的采样率，使得样本采集模块对滤波后的电信号进行带通采样，以采集滤波后的电信号的样本集，从而生成表示对象区域的图像的OCT图像数据。
附图说明
现在将仅通过非限制性示例的方式参考下面描述的附图来详细解释示例实施例。在附图中的不同附图中出现的相似的参考数字可以表示相同的或在功能上相似的元素，除非另有指示。
图1是传统眼科扫频源OCT成像系统的示意图。
图2示出了基于由传统眼科扫频源OCT系统的光电探测器生成的电信号的三种不同的干涉图。
图3a示出了本文所发现的、在扫频源OCT成像中对由光电探测器检测到的电信号进行欠采样(under-sample)时出现的第一个问题。
图3b示出了本文所发现的、在扫频源OCT成像中对由光电探测器检测到的电信号进行欠采样时出现的第二个问题。
图3c示出了本文所发现的、在扫频源OCT成像中对由光电探测器检测到的电信号进行欠采样时出现的第三个问题。
图3d示出了本文所发现的、在扫频源OCT成像中对由光电探测器检测到的电信号进行欠采样时出现的第四个问题。
图4示出了当由传统眼科扫频源OCT系统的光电探测器检测到的电信号被欠采样时在OCT图像中的混叠(aliasing)效应。
图5是根据本文第一示例实施例的眼科扫频源OCT成像系统的示意图。
图6示出了可以由图5的眼科扫频源OCT成像系统成像的视网膜横截面形式的眼睛区域。
图7示出了第一示例实施例中的控制模块的示例硬件实现方式。
图8是根据第一示例实施例的眼科扫频源OCT成像系统的第一示例实现方式的示意图。
图9示出了根据第一示例性实施例的实现方式的带通滤波器模块的示例，该带通滤波器模块具有滤波器阵列和开关，该开关用于从滤波器阵列中选择滤波器以对来自光电探测器的电信号进行滤波。
图10A示出了由根据第一示例实施例的眼科扫频源成像系统的光电探测器生成的干涉图。
图10B示出了通过对图10A中的干涉图的样本执行离散傅立叶逆变换来确定眼睛的深度信息。
图11示出了由本文示例实施例的断层扫描数据生成模块通过组合对应于眼睛轴向上的两个不同深度的两组A扫描来生成A扫描的阵列。
图12示出了查找表的非限制性示例，该查找表可以被用于基于照射眼睛区域的光的扫描角度来确定带通滤波器模块的通带和样本采集模块的采样率。
图13示出了根据本文第二示例实施例的眼科扫频源OCT成像系统的示例实现方式，其中该系统采用第二滤波器模块和第二样本采集模块。
图14示出了使用本文第二示例实施例的眼科扫频源OCT成像系统采集作为在两个子带上的两个单独信号的跨越一个频带的信号的频谱图。
图15示出了映射的非限制性示例，该映射将来自A扫描数据的第一子集的数据映射到A扫描的A扫描元素的第一集合，并将来自A扫描数据的第二子集的数据映射到A扫描的A扫描元素的第二集合。
图16是根据本文另一示例实施例的扫频源OCT成像系统的示意图，其中该系统除了其他部件外还包括干涉仪，该干涉仪包括微机电开关，以用于选择具有不同路径延迟的多条光学延迟线中的一条光学延迟线。
示例实施例的详细描述
在如上参考图1所述的传统扫频源OCT成像系统中，干涉图95的频率与干涉仪的样本臂中的光和参考臂中的光之间的光程差成正比。此外，随着扫频光源10的频率增大到兆赫范围内，所得到的干涉图95中的频率成比例缩放。
尽管可以采集的最高频率信号部分取决于光电探测器50的带宽和扫频光源10的相干长度，但是样本采集模块60的采样率在实践中通常是限制因素。随着干涉图95的频率增大，样本采集模块60的最大采样率有效地限制了眼睛70中视网膜或其他结构的可成像的最大深度。此外，由于样本采集模块60的最大采样率的限制，通常不可能根据奈奎斯特准则(Nyquist criterion)(即，以至少两倍于干涉图95中包含的最高频率分量的速率)采集干涉图95的样本。
图2示出了由图1的传统扫频源OCT成像系统的光电探测器50测量的三个不同的干涉图。每个干涉图中的水平轴表示波数，而垂直轴表示由光电探测器50检测到的干涉光信号的功率。图2中的干涉图是针对在参考臂中传播的光与样本臂中的光之间的光程差的不同相应值获得的，该光程差的值在图2中从左向右增大。如图2所示，较大的光程差导致干涉图沿着波数轴具有较高的振荡频率。对于具有单一频率信号(对应于单个视网膜层引起的干涉)的干涉图，干涉图的频率可以与扫频光源10的波长扫掠速率和参考臂与样本臂之间的光程差的乘积成比例。
传统上，为了降低要检测的干涉图95的频率，通常通过移动参考镜30来调节参考臂，以降低样本臂信号和参考臂信号之间的相对延迟。然而，用于此目的的机械反射镜移动机构无法允许光程差被瞬时调节，并且这种限制导致图像捕获过程中的延迟。鉴于这个问题，本发明人已经认识到/发现，在处理样本以确定深度剖面(depth profile)之前，可以通过使用带通采样(也称为欠采样(under-sampling))来有效地将由光电探测器检测到的由来自眼睛中目标区域的反射OCT光引起的带通信号频率转换(frequency-translate)到第一奈奎斯特区，从而采集由光电探测器50检测到的干涉信号的高频分量。
图3a至图3d是示意性频谱图，示出了已经被发现的当对由光电探测器检测到的扫频源OCT干涉光信号进行欠采样时出现的一些实际挑战。在图3a中，第三奈奎斯特区中的信号310是从由眼睛70内的目标区域90反射的OCT光产生的感兴趣信号。当以fs的速率对图3a中的信号进行欠采样时，信号310将与第一奈奎斯特区中的信号315混叠，这意味着对应于信号310的深度剖面不能从采集的样本中正确确定。图4进一步示出了当光电探测器检测到的信号被欠采样时在OCT图像中的混叠效应。图4中的X方向定义了扫描的横向方向(即沿着视网膜的表面)，而Z方向定义了眼睛70的轴向/深度方向(即沿着光束的传播方向)。在图4中，对应于眼睛70的较深区域的高频分量被混叠到较低频率分量(对应于“较浅”区域)上，并且由于临界采样，混叠也发生在奈奎斯特频率处。
图3b示出了带通信号320位于两个奈奎斯特区之间的示例。在这种情形中，当信号320以fs的速率被欠采样时，信号320在第二奈奎斯特区中的部分将与信号320在第一奈奎斯特区中的部分混叠。类似的问题出现在图3c的示例中，其中对于给定的采样率，信号330的带宽超过奈奎斯特区的大小。在这种情况下，混叠是不可避免的。图3d示出了一个示例，其中由干涉仪生成的干涉光信号的频率超过光电探测器的截止频率，且因此不能被光电探测器50采集到。
为了克服由采样率的限制所施加的最大成像范围的限制，在本文的示例实施例中采用可调谐抗混叠滤波器模块来选择检测到的电信号中对应于眼睛70的深度方向上的不同区域的不同频率分量。此外，具有可调采样率的样本采集模块用于使用基于感兴趣频带的采样率来采集滤波后的电信号的样本，以便根据带通采样准则来采集样本。以这种方式，在视网膜扫描期间，例如，电信号中从更深处的视网膜层产生的高频分量可以有效地“被包裹(wrapped)”到第一奈奎斯特区中，从而显著地放松了对样本采集模块的采样率的要求。因此，根据本文所述的至少一些示例实施例的扫频源OCT成像系统使用带通采样来采集视网膜深度的反射率剖面，因为(至少部分地)由样本采集模块60的最大采样率所施加的限制，该反射率剖面本来是不可测量的。
在沿着眼睛70的轴向方向的区域尺寸导致通带信号的带宽超过样本采集模块60的最大采样率的一半的情况下，可以采用滤波器组来将信号分成多个子带，并且根据带通采样定理使用适当的采样率采集每个子带中的信号样本。
此外，虽然带通采样允许采集由光电探测器生成的高频信号，但是这种解决方案不能克服参考臂和采样臂之间的光路延迟大到足以引起干涉光信号具有高于光电探测器的截止频率(被定义为光电探测器的输出电流从低频响应降低3dB的频率)的频率分量的问题。为了克服由光电探测器施加的这种限制，发明人已经发现并且在下文中描述了一种执行对路径延迟的快速调节的方法，该方法使用光学开关以在多条光学延迟线中选择一条，每条光学延迟线具有不同的光学延迟。
根据本文的至少一些示例实施例的扫频源OCT成像系统的另一个好处是允许采集OCT图像扫描，其中由被成像区域内的视网膜曲率引起的至少一些图像伪影被抑制或消除。这与超宽场(UWF)OCT扫描特别相关。
现在将参考附图对示例实施例进行详细解释。
图5是根据本文第一示例实施例的用于对眼睛70的区域90成像的眼科扫频源OCT(SS-OCT)成像系统400的示意图。图6示出了眼睛70的可由图5中的扫频源OCT成像系统400成像的区域90，并且还示出了系统400的扫描元件40和光的光束80(本文也称为“光束80”)。如图6所示，在本示例实施例中，眼睛70的区域90可以是眼睛70的视网膜85的横截面。此外，如在本示例实施例中，区域90可以在眼睛70的深度方向上沿着扫频源OCT系统400的成像轴延伸(也就是说，在眼科扫频源OCT成像系统400的使用期间沿着入射到眼睛70上的光束80的传播方向延伸)，深度方向因此被定义为眼睛70的轴向。
如图5所示，眼科扫频源OCT成像系统400包括扫频光源10，扫频光源10被布置成生成波长随时间变化的光束80。如在本示例实施例中，扫频光源10可以输出基本上单色的光，同时单色光的波长扫掠过一个波长值范围。眼科扫频源OCT成像系统还具有扫描元件40，该扫描元件40可操作来将光束80跨眼睛70扫描。
眼科扫频源OCT成像系统400还包括具有样本臂414和参考臂412的干涉仪410。干涉仪410被布置成在眼科扫频源OCT成像系统400的使用期间，通过将来自扫频光源10的、已经被眼睛70散射并且沿着样本臂414传播的光(该光在图1中被标记为Ls)与来自扫频光源10的、沿着参考臂412传播的光(该光在图1中被标记为Lr)组合，来生成干涉光信号(该干涉光信号在图1中被标记为Lint)。
眼科扫频源OCT成像系统400还包括光电探测器50，光电探测器50被布置成接收干涉光信号并生成指示干涉光信号的电信号。电信号包括跨越一个频带的频率分量，这些频率分量是由来自扫频光源10的、已经被眼睛70的区域90散射的光与来自扫频光源10的、沿着参考臂412传播的光的干涉引起的。例如，如在本示例实施例中，电信号可以指示由光电探测器50测量的干涉信号的功率。
眼科扫频源OCT成像系统400还包括带通滤波器模块420，该带通滤波器模块420被布置成通过对电信号进行带通滤波来生成滤波后的电信号。眼科扫频源OCT成像系统400还包括样本采集模块440，该样本采集模块440被布置成采集滤波后的电信号的样本。
此外，眼科扫频源OCT成像系统400包括控制模块430，控制模块430被布置成设置带通滤波器模块420的通带，使得带通滤波器模块420从电信号S中提取跨越该频带的频率分量中的至少一些。控制模块430还被布置成设置样本采集模块440的采样率，使得该样本采集模块440对滤波后的电信号SF进行带通采样以采集滤波后的电信号SF的样本集，从而生成表示眼睛70的区域90的图像的OCT图像数据。
图7以可编程信号处理硬件的形式示出了本文示例实施例的信号处理装置500的示例实现方式。在本文的一个示例实施例中，信号处理装置500可以形成图5的控制模块430。信号处理装置500包括接口模块510，在装置500形成控制模块430的情况下，接口模块510用于向带通滤波器模块420(图5)输出滤波控制信号以设置其通带，并向样本采集模块440(图5)输出采样控制信号以设置其采样率。信号处理装置500还包括用于控制整个装置500(以及在装置500形成控制模块430的情况下控制控制模块430)的处理器(CPU/FPGA)520、工作存储器530(例如，随机存取存储器)和存储包括计算机可读指令的计算机程序的指令存储库540，计算机可读指令在由处理器520执行时使处理器520执行装置500(以及控制模块430)的处理操作。指令存储库540可以包括预加载有计算机可读指令的ROM(例如，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或闪存的形式)。可替代地，指令存储库540可以包括RAM或类似类型的存储器，并且计算机可读指令可以从计算机程序产品(例如计算机可读存储介质550(例如CD-ROM等)或者携带计算机可读指令的计算机可读信号560)被输入到指令存储库540。
在本示例实施例中，图7中所示的硬件部件(包括处理器520、工作存储器530和指令存储库540)的组合，被布置成实现控制模块430的功能。
图8是示出根据第一示例实施例的眼科扫频源OCT(SS-OCT)成像系统600的示例实现方式的示意图，其中系统600包括与图5的系统400相同的部件，并且还包括A扫描数据生成模块610和断层扫描数据生成模块620。在图8中，扫频光源10被布置成对于一个或更多个A扫描测量位置中的每个A-扫描测量位置，执行输出光的波长在一个波长范围内的扫掠。扫频光源10因此输出波长随时间变化的光。通过k(t)表示在时间t由扫频光源10输出的光的波数，波数k(t)被线性地扫掠并且可以被写成k(t)＝k0+δk×t，其中k0是扫掠开始时的起始波数，并且δk＝Δk/Δt是输出光的波数被扫掠的速率，其中Δk是扫掠期间波数变化的范围，并且Δt是扫掠的持续时间。扫频光源10的线宽(即，由扫频光源10生成的光的频谱的宽度，例如半峰全宽(FWHM))决定光的相干长度，且因此决定扫频源OCT成像系统600的成像深度，而波长/波数扫频范围决定轴向分辨率。
图8的眼科扫频源OCT成像系统600还包括扫描元件40，该扫描元件40可操作来使光束80跨眼睛70的区域90扫描。如在本示实施例中，扫描元件40可以采取双反射镜扫描仪布置的形式，该形式包括H-检流计反射镜和V-检流计反射镜，这两个反射镜被设置在沿水平方向和垂直方向将光束80扫描到视网膜85上的光学布置中。形成扫描元件40的两个检流计反射镜可以例如，在扫频源OCT成像系统600的控制器(未示出)的控制下，通过相应的马达旋转，从而改变光束80的光路，并因此改变视网膜85上被成像的位置。在本示例实施例中，被扫描到眼睛70中的光束80的扫描角度取决于H-检流计反射镜和V-检流计反射镜的倾斜角其中角度θ是H-检流计反射镜的倾斜角，而角度/>是V-检流计反射镜的倾斜角。倾斜角θ和/>分别表示H-检流计反射镜和V-检流计反射镜围绕其相应旋转轴的旋转程度。尽管本示例实施例的扫描元件40采用了两个扫描镜，但是可以使用一个或更多个扫描元件的另一种配置，例如可以绕两个正交轴旋转的单个扫描镜。
如在图8的当前示例实施例中，干涉仪410还可以包括光耦合器/分束器20，该光耦合器/分束器20被布置成将来自扫频光源10的光分成两个光束，并将第一个光束引导到参考臂412中(图5)(在本文的一个示例实施例中，参考臂412包括参考镜30(图8))，并将第二个光束引导到样本臂414(图5)。例如，从扫频光源10发射的光可以经由第一光纤被馈送到光耦合器(例如，分束器20)，并且被分成参考光和信号光。参考光可以经由第二光纤被引导至参考臂412(包括镜30)，而信号光可以经由第三光纤被引导至扫描元件40。
在参考臂412中，参考镜30通过反射参考光，经由沿着参考臂412的相同光路将参考光返回到光耦合器20。如在本示例实施例中，参考镜30可以是可在参考光的光轴方向上移动的可移动镜，使得参考光的光程长度可以通过沿着光轴移动参考镜30的位置来调节。然而，要注意的是，对于每次A扫描测量，参考镜30保持在固定位置。
一个或更多个光引导部件(未示出)可用于将来自扫描元件40的光引导到眼睛70中。作为示例而非限制，光引导部件可以是被布置成将来自扫描元件40的光引导到眼睛70中的一个或更多个反射镜和/或透镜。此外，本示例实施例的扫描元件40被布置成经由第四光纤(未示出)将来自样本臂414的、已经被视网膜散射的光(本文称为“样本臂返回光”)引导至光耦合器20。
沿着样本臂414传播的样本臂414返回光在光电探测器50处与沿着参考臂412传播的参考光叠加。
如在本示例实施例中，光电探测器50可以基于由此检测到的干涉光信号的强度生成电信号。例如，对于眼睛70的具有N个视网膜层的区域90，每个层具有距视网膜表面的深度zn，光电探测器50的针对波数k的光电探测器电流ID(k)由下式给出：
其中S(k)是扫频光源10的光功率谱密度，被定义为波数k的函数。Rn是第n个视网膜层的反射率，而RR是参考镜30的反射率。干涉光信号的检测强度随时间变化的曲线图对应于图2中示意性示出的那种干涉图。
因此，由光电探测器50检测到的电信号指示了干涉光信号的功率，并因此指示了干涉光信号的强度。在本示例实施例中，光电探测器50采取了平衡光电探测器的形式，包括两个串联连接的光电二极管，使得每个光电二极管的光电流彼此相减。然而，光电探测器50可以可替代地采取任何标准点探测器的形式。
在图8中，当扫频光源10的波长被扫掠时，干涉光的功率被光电探测器50重复检测，并且电信号的相对应的值由光电探测器50生成。对于扫掠所覆盖的多个波长中的每个波长，由光电探测器50生成的电信号的相应值指示了针对该波长的视网膜的反射比剖面(reflectance profile)。如关于图1和图2所解释的，电信号包括由来自视网膜85的不同层的反向散射光所导致的频率分量，层越深产生频率分量就越高。
在图8中，由光电探测器50生成的电信号被提供给带通滤波器模块420，如在本示例实施例中，带通滤波器模块420可以被布置成通过提取电信号在频带中的频率分量并基本上衰减频带之外的信号来生成滤波后的电信号SF。然而，在其他实施例中，带通滤波器模块420可以不被布置成提取整个频带上的频率分量，而是可以仅提取频带的子带中的频率分量。
在图8中，样本采集模块440被布置成采集滤波后的电信号的样本集，以生成表示眼睛70的区域90的图像的OCT图像数据。在本实施例中，样本采集模块440被布置成通过在频带中对电信号进行带通采样来采集电信号在频带中的样本作为样本集。更具体地，对于具有中心频率fc和带宽B的频带，带通采样指的是根据以下准则选择采样率fs：
其中n是任何正整数，其确保对于选定的采样率fs，满足香农-奈奎斯特准则fs>2B。
通过根据等式(2)中定义的带通采样定理选择采样率fs，避免了混叠，这是因为频带中的信号可以被频率转换到第一奈奎斯特区，而不会与带通信号的由于采样而引起的频谱图像重叠。尽管等式(2)是使用特定变量给出的，但是应当注意，带通采样定理也可以使用不同的变量(例如带通信号跨越的频带的上限和下限)以不同的方式给出，并且仍然代表相同的定理。
应当注意，尽管以上带通采样定理表明，通过选择满足等式(2)中的准则的任何fs，可以准确地采样和重构带通信号，但是由于非理想的带通滤波器和所使用的采样率时钟发生器的不稳定性，可能存在附加的实现约束。更具体地说，由于在实践中不能实现理想的带通滤波器(即，正弦滤波器或砖墙式滤波器(brick-wall filter))，所以在选择fs时，需要考虑带通滤波器模块420的过渡带(通带和阻带之间的带)。选择较低的采样率fs可能要求带通滤波器模块420在其过渡带中具有较陡的滚降(roll-off)，以确保相邻奈奎斯特区中的信号内容不会混叠到感兴趣频带中的信号上。
在本示例实施例中，为了确保奈奎斯特边界和带通采样后感兴趣频带中信号的频谱图像之间存在保护带，对于n的特定值，不使用等式(2)中fs的最大项和最小项。这是因为将fs设置到等式(2)中fs的最大项将导致在该频带中的信号的频谱图像在fs的整数倍处直接邻接(abut)奈奎斯特边界。此外，将fs设置到等式(2)中fs的最小项将导致在该频带中的信号的频谱图像在0.5fs、1.5fs、2.5fs等处直接邻接奈奎斯特边界。因此，如在本示例实施例中，控制模块430可以提供采样控制信号，以使得样本采集模块440使用这样的采样率fs采集频带中的信号的样本，该采样率fs是等式(2)中的最大采样率和最小采样率的平均值，更具体地，对于n的给定值：
通过根据等式(3)设置采样率，可以在信号的每个频谱图像的任一侧创建保护带。保护带中出现的任何混叠都不会使感兴趣的信号失真，且因此允许放宽滤波器约束，以便可以使用具有更高滚降因子的滤波器。然而，应该注意的是，采样率fs绝不限于等式(3)中的特定公式。相反，等式(2)中最大项和最小项之间的任何中间值将允许在该频带中的信号的频谱图像远离奈奎斯特边界移动，并因此提供对抗混叠的保护带。在一些示例实施例中，采样控制信号可以使样本采集模块440针对满足fs>2B的任何正奇数，用以下采样率采集样本：
使用如等式(4)中定义的采样率fs，允许第一奈奎斯特区中的欠采样信号集中在0.25fs处。根据等式(4)设置采样率是有利的，因为它允许以直接的方式校正原始频谱的任何频谱反转(spectral inversion)。更具体地，当在等式(2)中n被选择为奇数时(相当于fs被选择成使得感兴趣的信号位于偶数奈奎斯特区(即，第2、第4、第6奈奎斯特区等等))，频移到第一奈奎斯特区的欠采样信号将被频谱反转，使得它将具有与原始信号的负频谱相同的频谱形状。在感兴趣频带中的信号频谱关于其中心频率不对称的情况下，需要对采集的样本执行附加的处理，以便校正频谱反转。当使用等式(4)中的采样率采集样本时，所产生的欠采样信号的频谱集中在0.25fs处，并且可以通过将采集的时域样本乘以交替的正1和负1的序列(交替的正1和负1(1、–1、1、–1等)，其可以表示为(-1)p，其中p是时域离散样本的数量)来正确地进行频谱反转。将离散时间样本乘以(-1)p会导致第一奈奎斯特区中欠采样信号的频谱被频谱反转约0.25fs。这使得第一奈奎斯特区中欠采样信号的频谱与感兴趣频带中原始信号的频谱具有相同的频谱取向。
在一些示例实施例中，样本采集模块440可以被布置成针对满足fs>2B的任何正偶数，用以下采样率进行采样：
根据等式(5)设置采样率可确保第一奈奎斯特区中的欠采样信号与感兴趣频带中的原始信号具有相同的取向。因此，这避免了校正频谱反转所需的附加处理。
返回图8，如在本示例实施例中，带通滤波器模块420可以包括可调谐带通滤波器，该可调谐带通滤波器具有带有可调谐中心频率的通带。控制模块430被布置成通过基于位置指示符IL调节带通滤波器模块420的通带的中心频率来设置通带，该位置指示符IL指示在使用眼科扫频源OCT成像系统600采集滤波后的电信号的样本集以生成表示眼睛70的区域90的图像的OCT图像数据期间区域90沿着入射到眼睛70上的光束80的传播方向的位置。指示区域位置的位置指示符IL可被提供给控制模块430，或者可替代地，可以由控制模块430确定。例如，控制模块430可以基于用户选择用于成像或通过特征检测算法识别的眼睛区域来导出位置指示符IL。
通过使用能够调节其通带的可调谐带通滤波器(用于模块420)，可以获得检测到的电信号的对应于眼睛70深度方向上不同区域的频率分量。对于具有较低截止频率fL和较高截止频率fH(对应于滤波器输出从其最大增益值下降-3dB的-3dB截止频率)的带通滤波器，中心频率fc可以被定义为fL和fH的算术平均值(如在本实例中)，但是在一些实例中可被计算为两个项的几何平均值。滤波器的带宽被定义为两个截止频率之间的差值fH-fL，并且带通滤波器的通带定义为fL至fH之间的频率范围。
在一些示例实施例中，可替代地或附加地，可调谐带通滤波器可以具有可调谐带宽，并且控制模块430还可以被布置成通过基于范围指示符IR调节可调谐带通滤波器的带宽来设置带通滤波器模块420的通带，该范围指示符IR指示区域90沿着光束80的传播方向的尺寸。由于电信号的频率分量取决于视网膜的反射层的分布，带通滤波器的带宽限定了沿着扫频源OCT系统的轴向方向(或光束的传播方向)的范围，针对该范围可以获得深度剖面，该范围是基于范围指示符IR设置的。因此，通过经由范围指示符IR的相对应的值为可调谐带通滤波器设置较高的带宽，可以从眼睛70的较大横截面提取反射率信息。此外，使用具有可调带宽的可调谐带通滤波器允许滤波器仅使电信号的由自感兴趣区域反射的光引起的频率分量通过，从而允许使用降低的采样率来对滤波后的电信号执行带通采样。
可调谐带通滤波器420的实现方式不受限制，并且可以采用本领域技术人员已知的许多不同形式中的一种。例如，如在本示例实施例中，可调谐带通滤波器可以采取可调谐平面滤波器的形式，该可调谐平面滤波器采用可调谐MEMS电容器作为调谐元件来调节滤波器的通带。然而，可以使用任何合适的可调谐滤波器实现方式，例如腔体滤波器、表面声波滤波器、无源LC滤波器或有源滤波器。此外，代替MEME电容器，可以使用另一种合适的调谐元件，例如数字可调谐电容器、钇铁石榴石亚铁磁体(Yittrium Iron Garnetferrimagnet)或变容二极管。
尽管本示例实施例中的带通滤波器模块420包括可调谐带通滤波器，但是替代示例实施例的带通滤波器模块420’可以替代地包括多个不可调谐带通滤波器，每个不可调谐带通滤波器具有带有不同中心频率的不同通带。在这种情况下，控制模块430可以被布置成通过从多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置带通滤波器模块420’的通带，从而对电信号S进行带通滤波，以生成滤波后的电信号SF。在本文的一个示例实施例中，基于位置指示符IL来执行选择，该位置指示符IL指示在使用眼科扫频源OCT成像系统600采集滤波后的电信号的样本集以生成表示眼睛70的区域90的图像的OCT图像数据期间的、区域90沿着入射到眼睛70上的光束80的传播方向的位置。
作为示例，如图9的示例所示，带通滤波器模块420’可以包括滤波器组422以及开关426，该滤波器组422具有n个不可调谐滤波器424-1至424-n的阵列，开关426用于从不可调谐滤波器424-1至424-n的阵列中选择单个不可调谐滤波器，以对来自光电探测器50的电信号S执行滤波，从而生成滤波后的电信号SF。在一些示例实施例中，滤波器组422中不可调滤波器阵列的每个滤波器可以具有基本上相同的带宽但是不同的中心频率。此外，多个不可调谐滤波器424-1至424-n的中心频率可以彼此基本等距间隔，使得每个不可调谐滤波器的通带沿着频率轴基本上邻近滤波器组422中另一个不可调谐滤波器的通带。在一些示例实施例中，频谱重叠可以被布置在滤波器组422中一个不可调谐滤波器的通带与另一个不可调谐滤波器的通带之间。这种重叠可以确保，如果由第一不可调谐滤波器输出的滤波后的信号被临界采样的话，仍然可以通过选择具有与第一不可调谐滤波器的通带重叠的通带的第二不可调谐滤波器来获得对应于奈奎斯特频率的深度信息。
应当注意的是，滤波器组的实现方式绝不限于上述示例。例如，在本文的替代示例实施例中，滤波器组中的不可调谐滤波器的阵列可以具有相同的中心频率但是不同的预定带宽。在这种情况下，在滤波器组中选择不同的滤波器等同于选择由从眼睛70中具有不同尺寸的区域90反射的OCT光引起的相对应的不同的频率范围。此外，在本文的一些示例实施例中，滤波器组可以包括可调谐滤波器和不可调滤波器的混合。
图10A是由光电探测器50生成的电信号的示意图，该信号通过干涉图表示，该干涉图将检测到的干涉光功率与扫频光源10的波数相关联。
如果电信号随时间的变化由w(t)表示，并且样本采集模块440的采样率是fs＝1/Ts，其中Ts是采样间隔，则采样信号Is(t)由下式给出：
如在图8的示例实施例中，眼科SS-OCT成像系统600还可以包括A扫描数据生成模块610，该A扫描数据生成模块610被布置成通过计算由样本采集模块440采集的I(t)信号的样本的傅立叶逆变换来生成A扫描数据。特别地，对于眼科扫频源OCT成像系统，深度反射比剖面或距离信息可以通过检测到的电信号在波数上的傅立叶逆变换来确定。在等式(1)中检测到的强度ID(k)的傅立叶逆变换产生：
其中γ(zn)是相干函数，该相干函数是光源的功率谱密度S(k)的傅立叶逆变换。例如，用i(m)表示电信号的样本，m＝0,1,2…M-1，数据序列的离散傅立叶逆变换(IDFT)由下式给出：
其中A(l)可以被理解为表示将被映射到A扫描的A扫描元素的数据点，例如，由具有M个数据点的阵列定义的A扫描的第l个数据元素。由于IDFT运算的输出是复值的，因此只有每个A(l)值的幅度被用来表示反射信息。为了计算效率，如在本示例实施例中，A扫描数据生成模块610可以使用快速傅立叶变换算法来计算样本i(m)的IDFT。作为示例，图10B示出了通过对图10A中检测到的电信号的样本执行傅立叶逆变换而获得的强度相对于深度的曲线图。A扫描数据生成模块610可以使用信号处理硬件来实现，例如图7所示的装置500的信号处理硬件。
在本示例实施例中，带通滤波器模块420的通带的调节和样本采集模块440的采样率的调节允许扫描位置在扫频源OCT成像系统600的轴向(即，沿着光束的传播方向)上被调节，而不需要参考臂412的任何机械移动。此外，对参考臂412的机械调节通常不能在扫描之间进行。使用当前描述的方法，在眼睛70的深度方向上的成像区域可以瞬间改变。这是有利的，因为当执行眼睛60的宽场OCT扫描时，可以在扫描组之间进行调节。
此外，当不使用带通采样时，样本采集模块440可能需要以感兴趣频带中最大频率分量的至少两倍的速率进行采样。这可能限制成像可以被执行的最大轴向深度，并且计算效率低。然而，通过对由光电探测器50生成的电信号进行带通采样，可以显著降低用于采集电信号的样本的采样率。然而，应当注意的是，样本采集模块440的带宽仍然需要足够高，以捕获干涉光信号中感兴趣的最高频率分量，以便生成具有相同频率分量的相对应电信号S。
在一些实施例中，扫描元件40被布置成通过改变其扫描角度来扫描由扫频光源10生成的光束80。A扫描数据生成模块610还被布置成通过计算已经由样本采集模块440针对扫描角度/>的不同的值采集的滤波后的电信号SF的样本的傅立叶逆变换来生成多个A扫描的A扫描数据DA-扫描。多个A扫描中的每个A扫描是基于由样本采集模块440从眼睛70的已经在扫描中被成像的多个区域中的相应区域采集的滤波后的电信号SF的样本。
眼科扫频源OCT成像系统600的断层扫描数据生成模块620被布置成通过排列A扫描以形成A扫描的阵列来生成断层扫描数据，其中阵列中每个A扫描的A扫描元素沿着阵列的第一方向(Y)布置，并且A扫描沿着阵列的第二方向(X)排列。此外，断层扫描数据生成模块620被布置成，在生成断层扫描数据时，使阵列中的每个A扫描相对于阵列中的其他A扫描沿着第一方向(Y)偏移一个偏移量。该偏移量是基于指示该区域在轴向上的位置的位置指示符，该区域已经被成像以获得A扫描。如在本示例实施例中，该阵列可以是构成B扫描的二维阵列，但是构成C扫描的三维阵列可以类似地形成。此外，阵列的第一方向和第二方向可以分别对应于阵列的第一维度和第二维度。
图11示出了一个示例，在该示例中，断层扫描数据生成模块620通过组合两组A扫描来生成断层扫描数据，每个组对应于视网膜深度方向上不同位置处的区域。在图11中，通过将带通滤波器模块420的通带设置为1-1.05GHz且成像系统600的扫描位置指向眼睛70的视网膜85上的第一横向位置，来获得A扫描的第一组820。通过将带通滤波器模块420的通带设置为1.05-1.1GHz且眼科扫频源OCT成像系统600的扫描位置指向视网膜85上不同的第二横向位置，来获得A扫描的第二组830。因此，A扫描的两个组不仅对应于轴向上不同深度位置处的横截面，而且对应于眼睛70的不同横向位置。在图11中，每个A扫描815包括多个A扫描元素810。每个A扫描元素810在A扫描的组中的位置在第一组820的情况下由a11…a54表示，而在第二组830的情况下由b11…b54表示。
在图11中，断层扫描数据生成模块620通过排列第一组820和第二组830来生成A扫描的阵列850。如图11所示，A扫描的阵列850中的A扫描元素被布置在阵列850的Y维度中，其中阵列的Y维度对应于沿着眼科扫频源OCT成像系统600的成像轴的轴向(即，沿着眼睛70在光束传播方向上的深度方向)，使得具有较高Y坐标值的A扫描元素比具有较低Y坐标值的A扫描元素对应于视网膜85表面下的更深的位置。另一方面，不同的A扫描排列在阵列850的X维度上。阵列850的X维度对应于眼科扫频源OCT成像系统600的横向扫描方向(即，横跨视网膜85表面的横向方向)，使得具有较高X坐标值的A扫描元素对应于横跨视网膜表面更大的位置。
由于A扫描的第二组830是通过将带通滤波器模块420的通带设置为(与用于生成第一组820的频带相比)较高的频带获得的，因此，与第一组820相比，A扫描的第二组830对应于视网膜85表面下更深的区域。因此，如在本示例实施例中，当排列第一组820和第二组830以形成阵列850时，断层扫描数据生成模块620可以使第一组820相对于第二组830沿着阵列850的Y维度偏移预定量。如在本示例实施例中，断层扫描数据生成模块620可以基于位置指示符来确定组820的偏移量，该位置指示符指示眼睛70中被成像以生成组820的区域的位置。作为示例，在图11中，较大的偏移量被应用于基于来自眼睛的(沿着光束的传播方向)较浅位置的反射OCT光生成的一组A扫描。在一些示例实施例中，眼科扫频源OCT成像系统600可以存储偏移量相对于眼睛70内各种位置的预定映射。
在阵列850中，可以使用其他生成的A扫描来填充空位置，其细节与本示例实施例无关。应当注意的是，在阵列850中，两个组820和830沿着X方向排列，因为这两个组对应于视网膜85上的不同横向位置。然而，当生成的多组A扫描对应于视网膜85下不同深度但在眼睛70中具有相同横向位置的区域时，断层扫描数据生成模块620可以替代地通过在Y方向上排列两组A扫描来形成阵列。
在一个示例中，其中当扫描激光在横向方向上(即，沿着视网膜85的表面)扫掠时，视网膜85中感兴趣层的变化是已知的，带通滤波器模块420的通带和样本采集模块440的采样率可以基于该已知的变化来调节，以便“跟随”感兴趣层。更具体地，在本示例实施例的变体中，控制模块430可以被布置成在OCT扫描期间使用通带和采样率随着照射眼睛70的区域90的光的扫描角度的预定变化来调节带通采样模块420的通带和样本采集模块440的采样率，例如，使得眼科扫频源OCT成像系统600对视网膜85的距视网膜85表面具有基本恒定厚度的横截面(作为眼睛70的区域90)进行成像。如在本示例实施例中，预定变化可以基于眼睛70的已知几何形状，例如视网膜的特定曲率或视网膜85下的特定层。
更具体地，返回参考图5，注意到眼睛70具有特定的曲率，使得从视网膜上的点A附近背向散射的光相比于从视网膜上的点B附近背向散射的光在样本臂414中行进更大的距离。结果，眼科扫频源OCT成像系统600在点B附近比在点A附近可以进一步向下扫描视网膜85，因为最大成像范围(即，发生干涉的最大深度，这由参考臂412的路径长度和扫频光源10的相干长度决定)在点B附近比在点A附近延伸到视网膜85中更深。这使得视网膜85在点A附近的成像截面与点B附近的成像截面相比，具有离视网膜85表面的更小厚度。当点A周围区域的OCT扫描与点B周围区域的OCT扫描组合时，眼睛70的感兴趣层可能不会在整个OCT图像上基本上水平延伸。此外，眼睛70的几何形状因受验者而异，并且可能难以以适合所有受验者的方式配置成像系统。
上述问题可以通过由控制模块430基于眼睛70的已知几何形状动态调节带通滤波器模块420的通带来解决，眼睛70的已知几何形状可以通过执行初始扫描来确定。例如，这种几何形状可以由在对眼睛70的不同区域成像时，光在样本臂414中行进的距离来表征，或者由视网膜85的表面或视网膜85的表面下的一个层的特定曲率来表征。基于眼睛70的这种确定的几何形状，可以为眼科扫频源OCT成像系统的每个扫描角度θ设置适当的通带。作为一个示例，返回参考图5，由于背向散射光从点A反射时比从点B反射时沿着样本臂414行进更长的距离，控制模块430可以被布置成在扫描视网膜85的对应于较小扫描角度的中心区域(例如，在图5中的点A附近)时，设置带通滤波器模块420的通带具有较高的中心频率。此外，由于相比于点A背向散射光从点B行进的距离更短，所以当扫描视网膜85的对应于较大扫描角度的外围区域时，控制模块430可以将通带的中心频率设置为较低值。随着通带被调节，控制模块430也可以根据带通采样定理调节采样率。因此，也可以使用扫描角度与样本采集模块440的采样率之间的预定变化或映射。通带和采样率随扫描角度的这种预定变化可以以任何合适的形式(例如查找表)存储或提供。
图12示出了查找表的非限制性示例，该查找表可用于在OCT扫描期间基于照射眼睛70的区域90的光的扫描角度来确定带通滤波器模块420的通带和样本采集模块440的采样率。如图12所示，该表的每个条目对应于相应的一对扫描角度值，并存储识别要针对该一对扫描角度值选择的通带(PB)和采样率(Fs)的数据。
在前述示例实施例中，已经假设带通滤波器模块420的带宽足够高，以捕获对应于眼睛70中的感兴趣区域90的整个频带。然而，在区域90沿轴向的物理尺寸对应于带宽太宽而不能进行带通采样的频带的情况下，频带上的信号可以替代地通过使用滤波器组来在单独的子带中进行采集，并且然后使用多个样本采集模块以较低的采样率采集每个子带中的信号样本。
现在将参照图13描述根据本文另一示例实施例的扫频源OCT成像系统(400和/或600)的示例变体。该示例实施例包括扫频源OCT成像系统900，其具有类似于图8中所呈现的部件(包括光电探测器50、带通滤波器模块420和样本采集模块440)，并且还包括控制模块430’、滤波器模块910(本文也称为“第二滤波器模块910”)、样本采集模块920(本文也称为“第二样本采集模块920”)、A扫描数据生成模块610’和断层扫描数据生成模块620’，这些模块的功能将在下面进行描述。为了方便起见，(图5中的)扫频光源10、干涉仪410和扫描元件40在图13中未示出。
第二滤波器模块910被布置成通过对从光电探测器50接收的电信号S进行滤波来生成第二滤波后的电信号SF2。此外，本示例实施例的扫频源OCT成像系统900还包括第二样本采集模块920，该第二样本采集模块920被布置成采集(从模块910接收的)第二滤波后的电信号的第二样本集I2(t)，以用于生成OCT图像数据(即，借助于图13中的断层扫描数据生成模块620’)。控制模块430’还被布置成设置带通滤波器模块420的通带，使得带通滤波器模块420提取(从光电探测器50接收的)电信号S在频带的第一子带中的频率分量，并且基本上衰减第一子带之外的信号。此外，在本示例实施例中，控制模块430’还被布置成设置样本采集模块440的采样率，使得样本采集模块440通过对滤波后的电信号SF(从带通滤波器模块420接收)在频带的第一子带中的频率分量进行带通采样来采集样本集I1(t)(例如，第一样本集)。第一子带对应于眼睛70的区域90的第一子区域，并且跨越第一子带的频率分量是由来自扫频光源10的、被眼睛70的区域90的第一子区域散射的光与来自扫频光源10的、沿着参考臂412传播的光的干涉引起的。
此外，在这些变体中，控制模块430’还被布置成设置第二滤波器模块910的通带，使得第二滤波器模块910提取电信号S的在频带的第二子带(其与第一子带部分重叠)中的频率分量，第二子带对应于区域90的第二子区域。此外，第一子带和第二子带之间的部分重叠对应于第一子区域和第二子区域之间的重叠区域。跨越第二子带的频率分量是由来自扫频光源10的、已经被眼睛70的区域90的第二子区域散射的光与来自扫频光源10的、沿着参考臂412传播的光的干涉引起的。
此外，控制模块430’还被布置成设置第二样本采集模块920的第二采样率，使得第二样本采集模块920通过使用不同于第一采样率的第二采样率对电信号在第二子带中的频率分量进行采样来采集第二样本集I2(t)。
图14示出了如何通过使用图13中的部件将跨越频带1000并且具有超过样本采集模块440的最大采样率的一半的带宽的信号作为跨越频带1000的两个相应子带的两个单独的信号进行采样的示例。参考图14中的幅频曲线图1110，控制模块430’设置第二滤波器模块910的通带，以使电信号的在频带1000的子带1120中的频率分量通过。子带1120中的信号然后以两倍于子带1120的带宽的采样率fs1进行临界采样。在图14中的幅频曲线图1130中，控制模块430’还设置带通滤波器模块420的通带，以使电信号S的在频带1000的子带1140中的频率分量通过，其中子带1140与子带1120部分重叠，并且包括频带1000的不包括在子带1120中的剩余部分。如在本示例实施例中，信号在子带1140中的频率分量可以使用低于采样率fs1的采样率fs2进行带通采样。此外，在本示例中，在子带1120和子带1140之间存在频谱重叠1150，使得采样率fs1的奈奎斯特边界被包含在子带1140中，并且采样率fs2的奈奎斯特边界被包含在子带1120中。该频谱重叠确保了对应于临界频率0.5fs1的反射率信息可以由子带1140中的频率分量的样本提供。类似地，对应于临界频率0.5fs2的反射率信息可以由子带1120中的频率分量的样本提供。以这种方式，由对一个子带中的信号的临界采样引起的任何混叠可以用针对另一个子带中的信号采集的样本来校正。应该注意的是，本文使用的术语“临界频率(critical frequency)”是本领域的术语，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
还应当注意，尽管图14示出了频带1000中的信号是低通信号，并且第二滤波器模块910是低通滤波器，但是频带可以替代地是带通信号，且因此第二滤波器模块910可以是带通滤波器。此外，尽管参考图13和图14描述的示例实施例(通过使用两个滤波器模块和两个样本采集模块)将频带分成两个子带，但是可以使用N个滤波器模块(N是大于2的整数)将频带类似地分成N个子带，每个滤波器模块具有对应于特定子带的通带，并且其中在相邻子带之间布置频谱重叠，以允许校正由于临界采样引起的任何混叠。
返回到上面参考图13描述的示例实施例，A扫描数据生成模块610’可以被布置成通过计算(通过对第一子带中的频率分量进行采样而被采集的)第一样本集I1(t)的傅立叶逆变换来生成A扫描数据的第一子集(c1,c2,…cM)，计算(通过对第二子带中的频率分量进行采样而被采集的)第二样本集的傅立叶逆变换来生成A扫描数据的第二子集(d1,d2,…dN)，从而生成A扫描的A扫描数据。此外，断层扫描数据生成模块620’可以被布置成在使用眼科扫频源OCT成像系统采集第一样本集和第二样本集期间，通过基于第一子区域沿着入射到眼睛70上的光束80的传播方向的位置，将来自A扫描数据的第一子集的数据映射到A扫描的A扫描元素的第一集合，从而生成A扫描。断层扫描数据生成模块620’还可以被布置成通过基于第二子区域沿着光束80的传播方向的位置，将来自A扫描数据的第二子集的数据映射到A扫描的A扫描元素的第二集合来生成A扫描。作为示例，A扫描的每个A扫描元素表示A扫描的一个像素，并且被分配给A扫描元素的A扫描数据的幅度表示像素的强度。由于A扫描数据表示沿眼睛70的轴向(即光束80的传播方向)测量的强度值，因此A扫描数据的每个数据点对应于特定频率或眼睛70在轴向上的特定深度。因此，基于眼睛70中数据点对应的区域，A扫描数据的每个数据点可以被映射到对应的A扫描元素。
图15示出了数据从A扫描数据的第一子集(c1,c2,…cM)到A扫描960的A扫描元素的第一集合962以及数据从A扫描数据的第二子集(d1,d2,…dN)到A扫描960的A扫描元素的第二集合964的非限制性示例映射。在图15中，A扫描960的每个A扫描元素966对应于A扫描的一个像素，因此对应于眼睛70中在光束80的传播方向上的不同深度位置。由于A扫描数据的第一子集(c1,c2,…cM)和第二子集(d1,d2,…dN)提供了眼睛70在深度方向上的反射率信息，来自数据的第一子集(c1,c2,…cM)和第二子集(d1,d2,…dN)中的数据点基于眼睛70中这些数据点所对应的区域(特别是区域的深度)而被映射到对应的A扫描元素。
返回参考图14，为了确保在奈奎斯特频率处获得正确的深度信息，A扫描中对应于奈奎斯特频率0.5fs1的A扫描元素可以被分配这样的数据点：在使用采样率fs2进行带通采样之后在A扫描数据的第二子集中对应于0.5fs1所映射到的频率的数据点。类似地，A扫描中对应于奈奎斯特频率0.5fs2的A扫描元素可以被分配这样的数据点：在使用采样率fs1进行带通采样之后在A扫描数据的第一子集中对应于0.5fs2所映射到的频率的数据点。对于第一子带和第二子带之间的频谱重叠区域，在A扫描数据的第一子集或A扫描数据的第二子集中的对应于频谱重叠区域的数据点可以被映射到A扫描中对应的A扫描元素。
参考图13，在本文的一些示例实施例中，控制模块430’还可以被布置成在使用眼科扫频源OCT成像系统900采集滤波后的电信号的样本集以生成表示眼睛70的区域的图像的OCT图像数据期间，基于第一子区域沿着入射到眼睛70上的光束80的传播方向的位置，设置带通滤波器模块420的通带和样本采集模块440的采样率。此外，控制模块430’还被布置成基于位置指示符IL来设置第二滤波器模块910的通带和第二样本采集模块920的第二采样率，该位置指示符IL指示第二子区域沿着光束80的传播方向的位置。位置指示符IL可以被提供给控制模块430’，或者可选地，可以由控制模块430’确定。例如，控制模块430’可以基于用户选择用于成像或通过特征检测算法识别的眼睛区域来导出位置指示符IL。如在本示例实施例中，控制模块430’可以使用第二子区域(在入射光束80的传播方向上)的位置和第二滤波器模块910的通带之间的映射来设置第二滤波器模块910的通带。在一些示例实施例中，控制模块430’还可以被布置成使用第二子区域沿着光束80的传播方向的尺寸与第二滤波器模块910的通带之间的映射来设置通带。第二采样率可以通过使用基于带通采样定理的通带到采样率映射或转换算法来根据第二滤波器模块910的通带确定。
在图13中，带通滤波器模块420可以以前述示例实施例中描述的任何方式实现，例如作为可调谐滤波器，或者可替代地，作为可从中选择一个滤波器的不可调谐滤波器的阵列。此外，第二滤波器模块910可以包括可调谐滤波器，该可调谐滤波器具有带有可调谐中心频率的通带，并且其中，控制模块430’还被布置成在使用眼科扫频源OCT成像系统900来采集滤波后的电信号的第二样本集期间，基于第二子区域沿着入射到眼睛70上的光束80的传播方向的位置来调节可调谐滤波器的通带的中心频率。控制模块430’可以被布置成基于使用第二子区域的位置与可调谐滤波器的通带的中心频率之间的映射来调节通带的中心频率。在一些示例实施例中，可替代地或附加地，可调谐带通滤波器可以具有可调谐带宽，并且控制模块430还可以被布置成基于范围指示符来调节可调谐滤波器的带宽，该范围指示符指示第二子区域沿着光束80的传播方向的尺寸。在一些示例实施例中，控制模块430’可以被布置成基于使用第二子区域的尺寸与第二可调谐滤波器的带宽之间的映射来调节通带的带宽。
在一些示例实施例中，代替可调谐滤波器，第二滤波器模块910可以替代地包括多个不可调谐滤波器，该多个不可调谐滤波器具有不同中心频率的通带，并且其中，控制模块430’被布置成通过从多个不可谐调滤波器中选择一个不可调谐滤波器来设置第二滤波器模块910的通带。在本文的一个示例实施例中，每个不可调谐滤波器可以是带通滤波器或低通滤波器，并且可以基于位置指示符来执行选择，该位置指示符指示在使用眼科扫频源OCT成像系统采集第二样本集期间，第二子区域沿着入射到眼睛70上的光束的传播方向的位置。例如，控制模块430’可以使用第二子区域的位置与要选择的不可调谐滤波器之间的预定映射来选择不可调谐滤波器。
在上述示例实施例中，假设由干涉仪生成的干涉光信号中感兴趣的最大频率分量落在光电探测器的检测带宽内，从而生成具有相对应的频率分量的电信号。然而，在参考臂和样本臂之间的路径延迟足够大，使得所到的干涉信号具有其频率超过光电探测器截止频率的频率分量的情况下，可以减小路径延迟，使得干涉光信号的频率分量低于光电探测器的截止频率。如上所述，参考臂延迟调节传统上需要使用步进电机等来物理移动参考镜30(图1)，且因此实现起来很慢。
现在将参考图16描述本文中涉及参考臂延迟调节机构的另一示例实施例。在图16中，示出了根据本示例实施例的扫频源OCT成像系统1300，其中系统1300包括光电探测器50、用于扫描眼睛70的扫描元件40和扫频光源10，它们类似于上述对应的部件，并且其中系统1300还包括根据本示例实施例构造的干涉仪。尽管为了方便起见未在图16中示出，但是，系统1300还可以包括如在上述一个或更多个示例实施例中所描述的带通滤波器模块、样本采集模块和控制模块，并且优选地还包括A扫描数据生成模块和断层扫描数据生成模块。在本示例实施例中，干涉仪包括如上所述的分束器20和参考镜30，以及允许(与没有机构412’的参考臂相比)相对快速地调节路径延迟的参考臂延迟调节机构412’，这对于降低由光电探测器50检测到的干涉光信号的频率是有用的。更具体地，图16中所示的参考臂延迟调节机构412’形成干涉仪的参考臂，参考臂延迟调节机构412’包括多条光学延迟线1220-1至1220-4，每条光学延迟线具有不同的光程长度。参考臂延迟调节机构412’还包括微机电(MEM)开关1210，该微机电开关1210被布置成通过旋转其中的一个或更多个微镜来选择多条光学延迟线1220-1至1220-4中的一条光学延迟线。在本文的包括参考臂延迟调节机构412’的示例实施例中，控制模块430’可以被布置成基于位置指示符来生成参考臂调节信号，该位置指示符指示在使用眼科扫频源OCT成像系统1300采集滤波后的电信号SF的样本集以生成表示眼睛70的区域90的图像的OCT图像数据期间，区域90沿着入射到眼睛70上的光束80的传播方向的位置。此外，本示例实施例的控制模块430可以被布置成控制MEM开关1210，以基于参考臂调节信号选择多条光学延迟线1220-1至1220-4中的一条光学延迟线，以使用所选择的光学延迟线来允许在参考臂延迟调节机构412’中传播光，从而设置在沿着参考臂延迟调节机构412’传播的光与沿着样本臂414传播的光之间的光学延迟。位置指示符可被提供给控制模块430’，或者可替代地，可以由控制模块430’基于眼睛中由用户选择的或由特征检测算法识别的要成像的区域来确定。此外，在一些示例实施例中，控制模块430’可以被布置成控制MEM开关1210，以基于区域的位置与要选择的光学延迟线之间的预定映射来选择光学延迟线。
此外，控制模块430可以被布置成控制MEM开关1210，以选择多条光学延迟线1220-1至1220-4中的一条光学延迟线作为光学延迟线，使得(由在参考臂延迟调节机构412’中的选定光学延迟线中传播的光与样本臂414中的光的干涉引起的)干涉光信号的频率低于光电探测器50的截止频率。光学延迟线可以是基于光纤或基于自由空间的。
使用MEM开关1210，以通过从具有不同光程长度的一组光学延迟线1220-1至1220-4中选择一条光学延迟线来改变机构412’的光程长度，允许几乎瞬时地调节光程延迟。在本文的一个示例实施例中，仅布置有限数量的光学延迟线供选择。尽管如此，使用MEM切换实现的粗略路径长度调节可以与如以上示例实施例中所描述的通过带通采样可实现的成像深度的精细调节相结合。
应当注意，在本文的其他示例实施例中，可以使用另一种类型的快速光学开关(换句话说，另一种类型的快速光路由器)来代替MEM开关1210，以如上所述地选择多条光学延迟线1220-1至1220-4中的一条光学延迟线。例如，光学开关(未示出)可以采用光子开关的替代形式，该光子开关被布置成通过利用光子开关中材料(例如，基于半导体的材料)的非线性特性来将光束引导到光学延迟线1220-1至1220-4中选定的一条。在其他示例实施例中，例如，光学开关可以使用由光学开关中的材料显示的压电效应将光束导向光学延迟线1220-1至1220-4中选定的一条。作为另一替代，可以使用依赖于磁光效应的光学开关来代替MEM开关1210。
尽管上述示例实施例涉及用于对眼睛的区域成像的眼科扫频源OCT成像系统，但是应当理解，其中描述的方法的适用性不限于眼睛成像领域。这些方法更普遍地适用于扫频源OCT成像系统用于对眼睛以外的对象成像。例如，可替代地，根据示例实施例的扫频源OCT成像系统可用于心脏病学和血管内应用(血管内OCT)、肿瘤学(腹腔镜OCT、内窥镜OCT和支气管镜OCT)、皮肤病学(用于对皮肤组织成像)或牙科(以采集牙齿OCT扫描)。此外，要成像的对象不必是生物的。根据其他示例实施例的扫频源OCT成像系统可用于工业应用，诸如材料厚度测量(例如，半导体晶片的厚度测量)、表面粗糙度表征、表面和横截面成像以及各种材料中的体积损失测量。
本文所述的示例方面避免了与传统扫频源OCT成像系统相关的限制，其中至少一些限制具体源于计算机技术，诸如以下：其中其性能受到采集采样率限制和/或不能足够快地调节光程差以避免/减少性能限制的限制。借助于本文所述的示例方面，例如，检测到的电信号中的(对应于在对象深度方向上的不同区域的)不同频率分量(例如，使用可调谐抗混叠滤波器模块)进行选择，并且根据带通采样准则，(使用具有可调谐采样率的样本采集模块)使用基于感兴趣频带的采样率来采集滤波后的电信号的样本。以这种方式，在视网膜扫描期间，例如，电信号中从更深处的视网膜层产生的高频分量可以被“包裹”到第一奈奎斯特区中，从而显著放松采样率要求。结果，本文描述的至少一些示例成像系统可以采集视网膜深度的反射率剖面，而该反射率剖面原本由于样本采集模块的最大采样率(至少部分地)施加的传统限制是不可测量的。此外，本文描述的至少一些示例实施例可以通过例如在光学延迟线之间采用可切换选择来执行(即，相对于传统系统)更快的路径延迟调节。此外，本文的至少一些示例实施例允许采集OCT图像扫描，其中由成像区域内的眼睛的视网膜曲率引起的至少一些伪影被抑制或消除。借助于本文所述的示例方面的能力，其中至少一些能力源于计算机技术，本文所述的示例方面改进了计算机处理(例如，通过使采样率要求被放宽，使得能够相比于传统已知的方式在更深的视网膜深度处采集反射率剖面，使得能够进行更快的路径延迟调节，抑制/消除不期望的伪影，并且因此降低了计算机处理和存储器存储要求)，并且还改进了医学成像的领域和除OCT成像系统之外的医疗设备。
在前述描述中，参考几个示例实施例描述了示例方面。因此，说明书应被视为说明性的而不是限制性的。类似地，在附图中示出的突出示例实施例的功能和优点的附图仅仅是为了示例目的而被呈现的。示例实施例的体系结构是足够灵活的和可配置的，使得它可以以除了在附图中所示的方式以外的方式被利用。
在一个示例实施例中，本文呈现的示例的软件实施例可以作为计算机程序或软件来被提供，例如被包括或存储在诸如机器可访问或机器可读介质、指令存储器或计算机可读存储设备的制品中的具有指令或指令序列的一个或更多个程序，其中每个制品都可以是非暂时性的。非暂时性机器可访问介质、机器可读介质、指令存储器或计算机可读存储设备上的程序或指令可以用于对计算机系统或其他电子设备进行编程。机器或计算机可读介质、指令存储器和存储设备可以包括但不限于软盘、光盘和磁光盘或适于存储或传输电子指令的其他类型的介质/机器可读介质/指令存储器/存储设备。本文描述的技术不限于任何特定的软件配置。它们可能适用于任何计算或处理环境。本文使用的术语“计算机可读”、“机器可访问介质”、“机器可读介质”、“指令存储器”和“计算机可读存储设备”应包括能够存储、编码或传输指令或指令序列以供机器、计算机或计算机处理器执行并使机器/计算机/计算机处理器执行本文描述的任何一种方法的任何介质。此外，在本领域中，在采取动作或导致结果时，以一种或另一种形式(例如，程序、过程、处理、应用、模块、单元、逻辑等)称呼软件是常见的。这样的表达仅仅是陈述处理系统对软件的执行导致处理器执行动作以产生结果的一种速记方式。
一些实施例也可以通过制备专用集成电路、现场可编程门阵列或通过互连常规部件电路的适当网络来实现。
一些实施例包括计算机程序产品。计算机程序产品可以是其上或其中存储有指令的存储介质或媒介、指令存储器或存储设备，这些指令可用于控制或使计算机或计算机处理器执行本文描述的示例实施例的任何过程。存储介质/指令存储器/存储设备可以包括，例如但不限于，光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存、闪存卡、磁卡、光卡、纳米系统、分子存储器集成电路、RAID、远程数据存储/存档/仓储和/或适于存储指令和/或数据的任何其他类型的设备。
存储在计算机可读介质或媒介、指令存储器或存储设备中的任何一种上，一些实现方式包括用于控制系统硬件和使系统或微处理器能够利用本文描述的示例实施例的结果与人类用户或其他机构交互的软件。这种软件可以包括但不限于设备驱动程序、操作系统和用户应用。最终，如上所述，这样的计算机可读介质或存储设备还包括用于执行本发明的示例方面的软件。
系统的编程和/或软件中包括用于实现本文描述的过程的软件模块。在本文的一些示例实施例中，模块包括软件，但是在本文的其他示例实施例中，模块包括硬件或硬件和软件的组合。
虽然上面描述了本发明的多个示例实施例，但是应当理解，它们是作为示例而不是限制被呈现。对在相关领域中的技术人员将明显的是，可以在形式和细节上对其做出各种改变。因此，本发明不应受上述示例实施例中的任一个实施例的限制，而应仅根据随附的权利要求及其等同物来被限定。
此外，摘要的目的通常是使专利局和公众、以及尤其是不熟悉专利或法律术语或措辞的本领域中的科学家、工程师和从业人员能够根据粗略的检查快速确定本申请的技术公开的性质和本质。摘要并不意欲以任何方式对在本文呈现的示例实施例的范围进行限制。还应该理解的是，在权利要求中叙述的任何过程不需要以所呈现的顺序来被执行。
虽然本说明书包含很多特定实施例细节，但这些不应被解译为对任何发明的范围或可能被要求保护的内容的限制，而是作为特定于本文描述的特定实施例的特征的描述。在单独的实施例的背景下在本说明书中所描述的某些特征也可在单个实施例中结合实现。相反地，也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合实现在单一实施例的背景下描述的各种特征。此外，尽管特征可能在上文被描述为在特定组合中起作用并甚至起初如此要求保护的，但是来自所要求保护的组合的一个或更多个特征可以在一些情况下从组合中删除，且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变形。
在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上面描述的实施例中的各种组分的分离不应被理解为在所有实施例中都要求这样的分离，以及应理解所描述的程序组分和系统通常可被一起集成在单个软件产品中或者被包装到多个软件产品中。
现在已经描述了一些说明性实施例和实施例，显然，前面的实施例是说明性的而不是限制性的，已经通过示例的方式被给出。具体而言，尽管本文呈现的许多示例涉及装置或软件元素的特定组合，但是这些元素可以以其他方式组合来实现相同的目标。此外，仅结合一个实施例讨论的元素和特征并非意图将其它实施例中的类似角色排除在外。
本文描述的装置可以体现在其他特定的形式中而不偏离其特征。前述实施例是说明性的，而不是对所描述的系统和方法的限制。因此，本文所描述的装置的范围由所附权利要求而不是前述描述指示，以及在权利要求的等价物的含义和范围内的变化被包括在其中。
在下文的一个或多个实施方案中可实现本公开的各方面。
1)一种用于对对象70的区域90成像的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，包括：
扫频光源10，其被布置成生成波长随时间变化的光束80；
扫描元件40，其被布置成使所述光束80跨所述对象70扫描；
干涉仪410，其具有样本臂414和参考臂412，并且被布置成在扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600的使用期间，通过组合由于所述光束80跨所述对象70扫描而由所述对象70的区域90散射并沿着所述样本臂414传播的光与来自所述光束80的沿所述参考臂412传播的光，来生成干涉光信号；
光电探测器50，其被布置成接收所述干涉光信号并生成指示所述干涉光信号的电信号S，所述电信号S包括跨越频带1000的频率分量，所述频率分量由被所述对象70的区域90散射并沿着所述样本臂414传播的光与来自所述光束80的沿所述参考臂412传播的光的干涉引起；
带通滤波器模块420，其被布置成通过对所述电信号S进行带通滤波来生成滤波后的电信号SF；
样本采集模块440，其被布置成采集所述滤波后的电信号SF的样本；以及
控制模块430，其被布置成设置所述带通滤波器模块420的通带，使得所述带通滤波器模块420从所述电信号S中提取跨越所述频带1000的该频率分量中的至少一些，所述控制模块430还被布置成设置所述样本采集模块440的采样率，使得所述样本采集模块440对所述滤波后的电信号SF进行带通采样以采集所述滤波后的电信号SF的样本集，从而生成表示所述对象70的区域90的图像的光学相干断层扫描图像数据。
2)根据1)所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述带通滤波器模块420包括可调谐带通滤波器，所述可调谐带通滤波器具有带有可调谐中心频率的通带，并且其中，所述控制模块430被布置成通过基于位置指示符调节所述带通滤波器模块420的通带的中心频率来设置所述通带，所述位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600采集所述滤波后的电信号SF的样本集以生成表示所述对象70的区域90的图像的光学相干断层扫描图像数据期间的、所述区域90沿着入射到所述对象70上的光束80的传播方向的位置。
3)根据1)所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述带通滤波器模块420包括可调谐带通滤波器，所述可调谐带通滤波器具有带有可调谐带宽的通带，并且其中，所述控制模块430被布置成通过基于范围指示符调节所述带通滤波器模块420的通带的带宽来设置所述通带，所述范围指示符指示所述区域90沿着所述光束80的传播方向的尺寸。
4)根据1)所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述带通滤波器模块420包括多个不可调谐带通滤波器，所述多个不可调谐带通滤波器中的每个不可调谐带通滤波器具有不同通带，并且其中，所述控制模块430被布置成通过从所述多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述带通滤波器模块420的通带，从而对所述电信号S进行带通滤波，以生成所述滤波后的电信号SF，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，所述位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600来采集所述滤波后的电信号SF的样本集期间的、所述区域90沿着入射到所述对象70上的光束80的传播方向的位置。
5)根据1)至4)中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统600，其中
所述扫描元件40被布置成通过改变所述扫描元件40的扫描角度来扫描由所述扫频光源10生成的光束，并且
所述扫频源光学相干断层扫描成像系统600还包括：
A扫描数据生成模块610，所述A扫描数据生成模块610被布置成通过计算已经由所述样本采集模块440针对所述扫描角度的变化值采集的所述滤波后的电信号SF的样本的傅立叶逆变换来生成多个A扫描820，830的A扫描数据，其中，所述多个A扫描820，830中的每个A扫描815基于由所述样本采集模块440从所述对象70中的已经在扫描中被成像的多个区域中的相应区域90采集的所述滤波后的电信号SF的样本；
断层扫描数据生成模块620，所述断层扫描数据生成模块620被布置成通过排列所述A扫描820，830以形成A扫描的阵列850来生成断层扫描数据，其中所述阵列850中每个A扫描815的A扫描元素810沿着所述阵列850的第一方向Y布置，并且所述A扫描820，830沿着所述阵列850的第二方向X排列，并且
其中，所述断层扫描数据生成模块620被布置成，在生成断层扫描数据时，相对于所述阵列850中的另外的A扫描820，830，沿所述第一方向Y将所述阵列850的每个A扫描815偏移一个偏移量，其中，所述偏移量基于位置指示符，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600采集所述滤波后的电信号SF的样本集以生成表示所述对象70的区域90的图像的光学相干断层扫描图像数据期间的、所述区域90沿着入射到所述对象70上的光束80的传播方向的位置。
6)根据1)至4)中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，还包括：
滤波器模块910，所述滤波器模块910被布置成通过对所述电信号S进行滤波来生成第二滤波后的电信号SF2；以及
第二样本采集模块920，所述第二样本采集模块920被布置成采集所述第二滤波后的电信号SF2的第二样本集，
其中，所述控制模块430还被布置成：
设置所述带通滤波器模块420的通带，使得所述带通滤波器模块420提取所述电信号S在所述频带1000的第一子带1120中的频率分量，并且基本上衰减所述电信号S在所述第一子带1120之外的频率分量；
设置所述样本采集模块440的采样率，使得所述样本采集模块440通过对所述电信号S在所述频带1000的第一子带1120中的频率分量进行带通采样来采集样本集，所述第一子带1120对应于所述对象70的区域90中的第一子区域；
设置所述滤波器模块910的通带，使得所述滤波器模块910提取所述电信号在所述频带1000的第二子带1140中的频率分量，所述第二子带1140与所述第一子带1120部分重叠，其中所述第二子带1140对应于所述区域90的第二子区域，其中在所述第一子带1120和所述第二子带1140之间的部分重叠1150对应于在所述第一子区域和所述第二子区域之间的重叠区域；以及
设置所述第二样本采集模块920的第二采样率，使得所述第二样本采集模块920通过使用所述第二采样率对所述电信号在所述第二子带1140中的频率分量进行采样来采集所述第二样本集，所述第二采样率不同于所述第一采样率。
7)根据6)所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统600，还包括A扫描数据生成模块610，所述A扫描数据生成模块610被布置成通过以下方式生成A扫描815的A扫描数据：
计算所述第一样本集的傅立叶逆变换，以生成所述A扫描数据的第一子集；以及
计算所述第二样本集的傅立叶逆变换，以生成所述A扫描数据的第二子集。
8)根据7)所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统600，其中，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统600还包括断层扫描数据生成模块620，所述断层扫描数据生成模块620被布置成通过以下方式生成A扫描815：
在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统600来采集所述滤波后的电信号SF的样本集以生成表示所述对象70的区域90的图像的光学相干断层扫描图像数据期间，基于所述第一子区域沿着入射到所述对象70上的光束80的传播方向的位置，将数据从A扫描数据的所述第一子集映射到所述A扫描815的A扫描元素810的第一集合；以及
基于所述第二子区域沿着所述光束80的传播方向的位置，将数据从A扫描数据的所述第二子集映射到所述A扫描815的A扫描元素810的第二集合。
9)根据6)至8)中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述控制模块430还被布置成：
在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600来采集所述滤波后的电信号SF的样本集以生成表示所述对象70的区域90的图像的光学相干断层扫描图像数据期间，基于所述第一子区域沿着入射到所述对象70上的光束80的传播方向的位置，设置所述带通滤波器模块420的通带和所述样本采集模块440的采样率；以及
基于所述第二子区域沿着所述光束80的传播方向的位置，设置所述滤波器模块910的通带和所述第二样本采集模块920的第二采样率。
10)根据6)至9)中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述滤波器模块910包括第二可调谐滤波器，所述第二可调谐滤波器具有带有可调谐中心频率的通带，并且其中所述控制模块430还被布置成在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600来采集所述滤波后的电信号的第二样本集期间，基于所述第二子区域沿着入射到所述对象70上的光束80的传播方向的位置来调节所述第二可调谐滤波器的通带的中心频率。
11)根据10)所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述第二可调谐滤波器具有可调谐带宽，并且所述控制模块430还被布置成基于范围指示符来调节所述第二可调谐滤波器的带宽，该范围指示符指示所述第二子区域沿着所述光束80的传播方向的尺寸。
12)根据6)至9)中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述滤波器模块910包括第二多个不可调谐带通滤波器，所述第二多个不可调谐带通滤波器具有带有不同中心频率的通带，并且其中，所述控制模块430被布置成通过从所述第二多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述滤波器模块910的通带，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600来采集所述第二样本集期间，所述第二子区域沿着入射到所述对象70上的光束80的传播方向的位置。
13)根据1)至12)中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述参考臂412包括多条光学延迟线1220-1，1220-2，1220-3，1220-4，每条光学延迟线具有不同的光程长度，并且其中，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600还包括光学开关1210，
其中，所述控制模块430还被布置成：
基于位置指示符生成参考臂调节信号，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600采集所述滤波后的电信号SF的样本集以生成表示所述对象70的区域90的图像的光学相干断层扫描图像数据期间的、所述区域90沿着入射到所述对象上的光束的传播方向的位置；以及
基于所述参考臂调节信号，控制所述光学开关1210，以选择所述多条光学延迟线1220-1，1220-2，1220-3，1220-4中的一条光学延迟线，从而允许使用所选择的光学延迟线在所述参考臂412中传播光，并由此设置沿着所述参考臂412传播的光与沿着所述样本臂414传播的光之间的光学延迟。
14)根据13)所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述控制模块430被布置成控制所述光学开关1210，以选择所述多条光学延迟线1220-1，1220-2，1220-3，1220-4中的一条光学延迟线作为光学延迟线，使得所述干涉光信号的频率低于所述光电探测器50的截止频率。
15)根据1)至14中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
16)根据1)至4)中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统400，600，其中，所述对象是眼睛，并且其中：
所述扫描元件40被布置成通过改变所述扫描元件40的扫描角度来扫描由所述扫频光源10生成的光束80；以及
所述控制模块430被布置成使用所述带通滤波器模块420的通带和所述样本采集模块440的采样率随所述扫描角度的预定变化来调节所述通带和所述采样率，使得所述样本采集模块440沿着扫描的扫描方向从所述眼睛70的多个区域90采集样本，以形成视网膜85的距视网膜85的表面具有基本上恒定厚度的横截面的图像。

Claims (29)

1.一种用于对对象(70)的区域(90)成像的扫频源光学相干断层扫描成像系统，包括：
扫频光源(10)，其被布置成生成波长随时间变化的光束(80)；
扫描元件(40)，其被布置成使所述光束(80)跨所述对象(70)扫描；
干涉仪(410)，其具有样本臂(414)和参考臂(412)，并且被布置成在扫频源光学相干断层扫描成像系统的使用期间，通过组合由于所述光束(80)跨所述对象(70)扫描而由所述对象(70)的区域(90)散射并沿着所述样本臂(414)传播的光与来自所述光束(80)的沿所述参考臂(412)传播的光，来生成干涉光信号；
光电探测器(50)，其被布置成接收所述干涉光信号并生成指示所述干涉光信号的电信号(S)，所述电信号(S)包括跨越频带(1000)的频率分量，所述频率分量由被所述对象(70)的区域(90)散射并沿着所述样本臂(414)传播的光与来自所述光束(80)的沿所述参考臂(412)传播的光的干涉引起；
带通滤波器模块(420)，其被布置成通过对所述电信号(S)进行带通滤波来生成滤波后的电信号(SF)；
样本采集模块(440)，其被布置成采集所述滤波后的电信号(SF)的样本；以及
控制模块(430)，其被布置成设置所述带通滤波器模块(420)的通带，使得所述带通滤波器模块(420)从所述电信号(S)中提取跨越所述频带(1000)的该频率分量中的至少一些，所述控制模块(430)还被布置成设置所述样本采集模块(440)的采样率，使得所述样本采集模块(440)对所述滤波后的电信号(SF)进行带通采样以采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集，从而生成表示所述对象(70)的区域(90)的图像的光学相干断层扫描图像数据；
其中，所述参考臂(412)包括多条光学延迟线(1220-1，1220-2，1220-3，1220-4)，每条光学延迟线具有不同的光程长度，并且其中，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统还包括光学开关(1210)，
其中，所述控制模块(430)还被布置成：
基于位置指示符生成参考臂调节信号，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集以生成表示所述对象(70)的区域(90)的图像的光学相干断层扫描图像数据期间的、所述区域(90)沿着入射到所述对象上的光束的传播方向的位置；以及
基于所述参考臂调节信号，控制所述光学开关(1210)，以选择所述多条光学延迟线(1220-1，1220-2，1220-3，1220-4)中的一条光学延迟线，从而允许使用所选择的光学延迟线在所述参考臂(412)中传播光，并由此设置沿着所述参考臂(412)传播的光与沿着所述样本臂(414)传播的光之间的光学延迟。
2.根据权利要求1所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述带通滤波器模块(420)包括可调谐带通滤波器，所述可调谐带通滤波器具有带有可调谐中心频率的通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过基于位置指示符调节所述带通滤波器模块(420)的通带的中心频率来设置所述通带，所述位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集以生成表示所述对象(70)的区域(90)的图像的光学相干断层扫描图像数据期间的、所述区域(90)沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
3.根据权利要求1所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述带通滤波器模块(420)包括可调谐带通滤波器，所述可调谐带通滤波器具有带有可调谐带宽的通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过基于范围指示符调节所述带通滤波器模块(420)的通带的带宽来设置所述通带，所述范围指示符指示所述区域(90)沿着所述光束(80)的传播方向的尺寸。
4.根据权利要求1所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述带通滤波器模块(420)包括多个不可调谐带通滤波器，所述多个不可调谐带通滤波器中的每个不可调谐带通滤波器具有不同通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过从所述多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述带通滤波器模块(420)的通带，从而对所述电信号(S)进行带通滤波，以生成所述滤波后的电信号(SF)，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，所述位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集期间的、所述区域(90)沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中
所述扫描元件(40)被布置成通过改变所述扫描元件(40)的扫描角度来扫描由所述扫频光源(10)生成的光束，并且
所述扫频源光学相干断层扫描成像系统还包括：
A扫描数据生成模块(610)，所述A扫描数据生成模块(610)
被布置成通过计算已经由所述样本采集模块(440)针对所述扫描角度的变化值采集的所述滤波后的电信号(SF)的样本的傅立叶逆变换来生成多个A扫描(820，830)的A扫描数据，其中，所述多个A扫描(820，830)中的每个A扫描(815)基于由所述样本采集模块(440)从所述对象(70)中的已经在扫描中被成像的多个区域中的相应区域(90)采集的所述滤波后的电信号(SF)的样本；
断层扫描数据生成模块(620)，所述断层扫描数据生成模块(620)被布置成通过排列所述A扫描(820，830)以形成A扫描的阵列(850)来生成断层扫描数据，其中所述阵列(850)中每个A扫描(815)的A扫描元素(810)沿着所述阵列(850)的第一方向(Y)布置，并且所述A扫描(820，830)沿着所述阵列(850)的第二方向(X)排列，并且
其中，所述断层扫描数据生成模块(620)被布置成，在生成断层扫描数据时，相对于所述阵列(850)中的另外的A扫描(820，830)，沿所述第一方向(Y)将所述阵列(850)的每个A扫描(815)偏移一个偏移量，其中，所述偏移量基于位置指示符，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集以生成表示所述对象(70)的区域(90)的图像的光学相干断层扫描图像数据期间的、所述区域(90)沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，还包括：
滤波器模块(910)，所述滤波器模块(910)被布置成通过对所述电信号(S)进行滤波来生成第二滤波后的电信号(SF2)；以及
第二样本采集模块(920)，所述第二样本采集模块(920)被布置成采集所述第二滤波后的电信号(SF2)的第二样本集，
其中，所述控制模块(430)还被布置成：
设置所述带通滤波器模块(420)的通带，使得所述带通滤波器模块(420)提取所述电信号(S)在所述频带(1000)的第一子带(1120)中的频率分量，并且衰减所述电信号(S)在所述第一子带(1120)之外的频率分量；
设置所述样本采集模块(440)的第一采样率，使得所述样本采集模块(440)通过对所述电信号(S)在所述频带(1000)的第一子带(1120)中的频率分量进行带通采样来采集第一样本集，所述第一子带(1120)对应于所述对象(70)的区域(90)中的第一子区域；
设置所述滤波器模块(910)的通带，使得所述滤波器模块(910)提取所述电信号在所述频带(1000)的第二子带(1140)中的频率分量，所述第二子带(1140)与所述第一子带(1120)部分重叠，其中所述第二子带(1140)对应于所述区域(90)的第二子区域，其中在所述第一子带(1120)和所述第二子带(1140)之间的部分重叠(1150)对应于在所述第一子区域和所述第二子区域之间的重叠区域；以及
设置所述第二样本采集模块(920)的第二采样率，使得所述第二样本采集模块(920)通过使用所述第二采样率对所述电信号在所述第二子带(1140)中的频率分量进行采样来采集所述第二样本集，所述第二采样率不同于所述第一采样率。
7.根据权利要求6所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，还包括A扫描数据生成模块(610)，所述A扫描数据生成模块(610)被布置成通过以下方式生成A扫描(815)的A扫描数据：
计算所述第一样本集的傅立叶逆变换，以生成所述A扫描数据的第一子集；以及
计算所述第二样本集的傅立叶逆变换，以生成所述A扫描数据的第二子集。
8.根据权利要求7所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述扫频源光学相干断层扫描成像系统还包括断层扫描数据生成模块(620)，所述断层扫描数据生成模块(620)被布置成通过以下方式生成A扫描(815)：
在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集以生成表示所述对象(70)的区域(90)的图像的光学相干断层扫描图像数据期间，基于所述第一子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置，将数据从A扫描数据的所述第一子集映射到所述A扫描(815)的A扫描元素(810)的第一集合；以及
基于所述第二子区域沿着所述光束(80)的传播方向的位置，将数据从A扫描数据的所述第二子集映射到所述A扫描(815)的A扫描元素(810)的第二集合。
9.根据权利要求6所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统(，其中，所述控制模块(430)还被布置成：
在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集以生成表示所述对象(70)的区域(90)的图像的光学相干断层扫描图像数据期间，基于所述第一子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置，设置所述带通滤波器模块(420)的通带和所述样本采集模块(440)的采样率；以及
基于所述第二子区域沿着所述光束(80)的传播方向的位置，设置所述滤波器模块(910)的通带和所述第二样本采集模块(920)的第二采样率。
10.根据权利要求7-8中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述控制模块(430)还被布置成：
在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述滤波后的电信号(SF)的样本集以生成表示所述对象(70)的区域(90)的图像的光学相干断层扫描图像数据期间，基于所述第一子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置，设置所述带通滤波器模块(420)的通带和所述样本采集模块(440)的采样率；以及
基于所述第二子区域沿着所述光束(80)的传播方向的位置，设置所述滤波器模块(910)的通带和所述第二样本采集模块(920)的第二采样率。
11.根据权利要求6所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二可调谐滤波器，所述第二可调谐滤波器具有带有可调谐中心频率的通带，并且其中所述控制模块(430)还被布置成在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集滤波后的电信号的第二样本集期间，基于所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置来调节所述第二可调谐滤波器的通带的中心频率。
12.根据权利要求7-9中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二可调谐滤波器，所述第二可调谐滤波器具有带有可调谐中心频率的通带，并且其中所述控制模块(430)还被布置成在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集滤波后的电信号的第二样本集期间，基于所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置来调节所述第二可调谐滤波器的通带的中心频率。
13.根据权利要求10所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二可调谐滤波器，所述第二可调谐滤波器具有带有可调谐中心频率的通带，并且其中所述控制模块(430)还被布置成在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集滤波后的电信号的第二样本集期间，基于所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置来调节所述第二可调谐滤波器的通带的中心频率。
14.根据权利要求11或13所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述第二可调谐滤波器具有可调谐带宽，并且所述控制模块(430)还被布置成基于范围指示符来调节所述第二可调谐滤波器的带宽，该范围指示符指示所述第二子区域沿着所述光束(80)的传播方向的尺寸。
15.根据权利要求12所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述第二可调谐滤波器具有可调谐带宽，并且所述控制模块(430)还被布置成基于范围指示符来调节所述第二可调谐滤波器的带宽，该范围指示符指示所述第二子区域沿着所述光束(80)的传播方向的尺寸。
16.根据权利要求6所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二多个不可调谐带通滤波器，所述第二多个不可调谐带通滤波器具有带有不同中心频率的通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过从所述第二多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述滤波器模块(910)的通带，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述第二样本集期间，所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
17.根据权利要求7-9、11、13和15中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二多个不可调谐带通滤波器，所述第二多个不可调谐带通滤波器具有带有不同中心频率的通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过从所述第二多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述滤波器模块(910)的通带，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述第二样本集期间，所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
18.根据权利要求10所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二多个不可调谐带通滤波器，所述第二多个不可调谐带通滤波器具有带有不同中心频率的通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过从所述第二多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述滤波器模块(910)的通带，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述第二样本集期间，所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
19.根据权利要求12所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二多个不可调谐带通滤波器，所述第二多个不可调谐带通滤波器具有带有不同中心频率的通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过从所述第二多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述滤波器模块(910)的通带，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述第二样本集期间，所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
20.根据权利要求14所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述滤波器模块(910)包括第二多个不可调谐带通滤波器，所述第二多个不可调谐带通滤波器具有带有不同中心频率的通带，并且其中，所述控制模块(430)被布置成通过从所述第二多个不可调谐带通滤波器中选择一个不可调谐带通滤波器来设置所述滤波器模块(910)的通带，其中，所述选择是基于位置指示符来执行的，该位置指示符指示在使用所述扫频源光学相干断层扫描成像系统来采集所述第二样本集期间，所述第二子区域沿着入射到所述对象(70)上的光束(80)的传播方向的位置。
21.根据权利要求1所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述控制模块(430)被布置成控制所述光学开关(1210)，以选择所述多条光学延迟线(1220-1，1220-2，1220-3，1220-4)中的一条光学延迟线作为光学延迟线，使得所述干涉光信号的频率低于所述光电探测器(50)的截止频率。
22.根据权利要求1-4、7-9、11、13、15-16和18-21中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
23.根据权利要求5所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
24.根据权利要求6所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
25.根据权利要求10所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
26.根据权利要求12所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
27.根据权利要求14所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
28.根据权利要求17所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且所述扫频源光学相干断层扫描成像系统是眼科扫频源光学相干断层扫描成像系统。
29.根据权利要求1至4中任一项所述的扫频源光学相干断层扫描成像系统，其中，所述对象是眼睛，并且其中：
所述扫描元件(40)被布置成通过改变所述扫描元件(40)的扫描角度来扫描由所述扫频光源(10)生成的光束(80)；以及
所述控制模块(430)被布置成使用所述带通滤波器模块(420)的通带和所述样本采集模块(440)的采样率随所述扫描角度的预定变化来调节所述通带和所述采样率，使得所述样本采集模块(440)沿着扫描的扫描方向从所述眼睛(70)的多个区域(90)采集样本，以形成视网膜(85)的距视网膜(85)的表面具有恒定厚度的横截面的图像。
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