CN117529272A - 使用共同路径光学相干层析的口内扫描仪 - Google Patents

Abstract

一种用于对口内样本进行成像的光学相干层析扫描仪具有：波长可调谐光源，所述波长可调谐光源被配置成生成具有一系列波长的扫描光；以及扫描探针，所述扫描探针具有扫描头。光循环器被配置成将所述扫描光引导至第一样本臂，所述第一样本臂至少具有用于将光传送至所述样本的第一光纤，以将具有来自所述样本的散射光和反射光的样本信号从所述第一光纤引导回到检测器，并且将具有沿着所述第一光纤从所述扫描头处的部分反射表面反射回来的光的参考信号引导至所述检测器。所述检测器形成指示所述组合样本信号和参考信号的干涉的数字输出信号。显示器被配置成根据所述数字输出信号形成样本特征的图像。

Description

使用共同路径光学相干层析的口内扫描仪

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2021年6月30日提交的美国临时申请序列号63/216,901的优先权，该美国临时申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及手持式口内光学相干层析(OCT)成像，并且更具体地，涉及用于使用共同路径OCT原理进行扫描的设备和方法。

背景技术

光学相干层析(OCT)是一种非侵入式成像技术，所述非侵入式成像技术采用干涉测量原理来获得表征样本的深度结构的高分辨率横截面层析图像。由于特别适合用于人体组织的体内成像，OCT已在一系列生物医学研究和医学成像应用中(诸如，在眼科学、皮肤病学、肿瘤学和其他领域以及耳鼻喉科(ENT)和牙科成像中)显示出其有用性。

OCT已被描述为一种类型的“光学超声波”，其对来自活体组织内的反射能量进行成像以获得横截面数据。在OCT成像系统中，沿以下两个不同光学路径引导来自宽带宽源(诸如，超辐射发光二极管(SLD)或其他光源)的光：具有已知光学路径长度的参考臂或路径，或者照亮所研究的组织或其他对象的样本臂或路径。然后，来自参考臂和样本臂的反射光和背向散射光在OCT设备中重新组合，并且使用干涉效应来确定样本的表面和近表面底层结构的特性。可通过跨样本快速扫描照明来采集干涉数据。在沿样本表面的几千个点中的每个处，OCT设备获得干涉廓线，所述干涉廓线可用于重建具有深入材料中的轴向深度的A型扫描，这在很大程度上是光源相干性的一个因素。对于大多数组织成像应用，OCT使用宽带照明源并且可提供至多几毫米(mm)的深度处的图像内容。

已应用于口内成像问题的各种技术和方法存在很大局限性。相机和扫描仪大小和形状因数的约束以及口内成像环境的受限空间要求使得准确地表征口内表面具有挑战性。可能难以准确地聚焦在各个表面特征上、以合适的分辨率和聚焦提供患者牙列的广泛区域的图像内容以及提供用于诊断目的的足够的照明。

牙齿和其他口内结构的准确成像可由于流体的影响而受到损害。水、唾液、血液和会聚集在牙齿上和周围的其他流体可能给OCT以及反射成像系统带来困难。对于某种照明设备，投射光的仅一部分照射到牙齿表面(样本S)上。类似地，来自牙齿表面的背向散射光在流体-空气界面处再次折射并且由相机以另一角度捕获。投影波束和捕获光束的背向光线追踪确定朝向成像系统移位的交点的位置，从而导致图像失真。

除尺寸不准确之外，来自口腔中的流体的反射还可在图像上产生辉点，所述辉点由于高反射水平而饱和。对于口内成像可能特别明显的另一些其他问题包括例如狭窄的空间约束、起雾、血液/唾液/水的湿润、牙齿的半透明性、牙龈/脸颊/舌头对光的高度吸收和散射以及患者的呕吐反射。出于诸如这些等原因，与大多数其他生物医学成像应用所遇到的问题相比，口内成像在操作、环境和图像质量方面提出相当大的挑战。

常规的OCT系统采用干涉仪的架构，所述架构通常由用于将光引导到干涉仪的采样臂和参考臂或从其采样臂和参考臂引导光的基于光纤和自由空间的光学器件以及机械部件(诸如，一个或多个光纤耦合器、光纤循环器、透镜和反射镜)两者组成。采集可靠且准确的干涉信号需要精确匹配采样臂光学路径和参考臂光学路径。通常使用可调整机械参考臂来实现最佳光学路径长度。然而，该要求存在一些固有困难，包括以下：

a.扫描设备的增加的大小、重量和成本。可调整机械参考臂通常采用多个光学支架、平移台、运动支架和光学器件部件。要防止污染反射镜或透镜元件，光学系统通常需要专门设计的壳体，这添加系统另外的成本、重量和体积，并且使系统不适于临床或牙科诊疗椅环境。

b.对振动和机械漂移的敏感性。因为参考臂通常包括具有自由空间光纤耦合器的多个部件，所以参考臂对环境振动可能非常敏感。温度变化还可致使参考臂的机械漂移，从而可能使图像质量受到损害。

c.高维护成本和停机成本。要维持高光纤耦合效率，通常需要定期(诸如，每年或每月)重新对准。这种类型的调整通常需要由专业人员执行，这增加了维护成本和停机成本。

d.增加的制造成本。要提供高光纤耦合效率，需要执行特殊调整以调谐参考臂，从而延长最后组装和测试所需的时间。

e.参考臂的高插入损耗。常规自由空间参考臂通常由于自由空间光纤耦合器的低耦合效率而具有较高的插入损耗。

对于使用多个扫描通道的OCT扫描装置，这些问题变得愈发复杂。缩减大小和成本并且帮助消除机械漂移和灵敏度来源的改进将有益于使OCT成像更加可用、稳健且经济实惠。

发明内容

本公开的一个目标是推进口内OCT成像技术。本公开的实施方案特别解决了对使用共同路径光学相干层析来简化OCT设计的改进方法的需要。

本申请的另一目标是完全或部分地解决相关技术中的至少前述和其他不足。

本申请的相关目标是完全或部分地提供至少本文所述的优点。

这些目标仅通过示例性示例的方式给出，并且此类目标可为本申请的一个或多个实施方案的示例。由所公开的设备和方法固有地实现的其他期望的目标和优点可被本领域技术人员想到或变得显而易见。本发明由所附权利要求限定。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于对口内样本进行成像的光学相干层析扫描仪，该扫描仪包括：

波长可调谐光源，所述波长可调谐光源被配置成生成具有一系列波长的扫描光；

扫描探针，所述扫描探针具有将光引导至样本的扫描头；

光循环器，所述光循环器被配置成：

将扫描光引导通过至少第一光纤以将光传送至扫描头；

将具有来自样本的散射光和反射光并通过至少第一光纤的样本信号引导至检测器；

将具有通过至少第一光纤从部分反射设备反射回的光的参考信号引导至检测器；

其中检测器形成指示组合样本信号和参考信号的干涉的数字输出信号；以及

显示器，所述显示器被配置成根据数字输出信号形成样本特征的图像。

附图说明

根据本公开的实施方案的以下更确切描述，将明白本发明的前述和其他目标、特征和优点，如附图中所示。附图的元件不一定相对于彼此按比例绘制。

图1是示出根据本公开的实施方案的示例性扫频源OCT (SS-OCT)设备的示意图。

图2A示出了用于获得B型扫描的扫描操作的示意性表示。

图2B示出了用于C型扫描采集的OCT扫描图案。

图3A是示出本公开的具有多个通道的高速口内OCT系统的示意图。

图3B是示出准直、聚焦和扫描来自每个通道的光的部件的示意图。

图3C是示出具有用于观察所成像样本的额外相机的通道的示意图。

图4A示出了使用一维阵列来从多个通道提供输出波束的设备的示意图。

图4B示出了使用二维阵列来从多个通道提供输出波束的设备的示意图。

图5A是示出使用用于参考臂和信号臂的共同路径的单个通道的口内探针部件的布置的示意图。

图5B是包括多个通道的光循环的口内探针的示意图。

图5C是在光导的端部处使用部分反射表面的口内探针的示意图。

图5D是使用分束器和反射镜作为部分反射设备的口内探针的示意图。

图5E是使用反射镜作为部分反射设备的口内探针的示意图。

图5F是使用两个反射镜作为部分反射设备的口内探针的示意图。

图6示出了可用于图5的光纤光导的各种布置。

具体实施方式

以下是参考附图对示例性实施方案的详细描述，在附图中，相同的附图标记在若干附图中的每个附图中识别相同的结构元件。

除非另有规定，否则术语“第一”、“第二”等在它们在本公开的背景中使用的情况下，不一定表示任何顺序、序列或优先级关系，而仅仅是用于更清楚地将一个步骤、一个元件或一组元件彼此区分开。

一般术语“扫描仪”涉及可激励以投射光(诸如，宽带近红外(BNIR)光)的扫描光束的光学系统，所述扫描光束通过样本臂被引导到牙齿表面并且作为在样本臂中返回的反射光和散射光被采集，用于测量与来自用于表面的OCT成像的参考臂的光的干涉。术语“扫描仪”还可指代扫描光学元件，例如，诸如可致动MEMS(微机电系统)扫描仪、反射镜或反射镜阵列。术语“光栅扫描仪”涉及硬件部件的组合，其沿着样本朝向均匀间隔的位置顺序扫描光，如随后更详细地描述的。

在本公开的背景中，短语“成像范围”涉及可进行OCT测量的有效距离(通常认为在z轴或A型扫描方向上)。OCT波束被认为是在成像范围内处于聚焦状态。图像深度涉及成像范围，但还具有与信号穿透样本牙齿或其他组织相关的额外因素。

举例来说，图1的简化示意图示出了一种类型的OCT设备的部件，在此是使用马赫-曾德尔干涉仪(MZI)系统的常规扫频源OCT(SS-OCT)设备100，该系统具有由波长滤波器10提供的波长可调谐光源，该波长可调谐光源是调谐激光源50的一部分，该调谐激光源可以是激光器、超发光发光二极管(LED)、超连续光源或其他类型的宽带宽光源。例如，对于口内OCT，激光器50可在对应于在约400nm与1600nm之间的波长的一系列频率(以波数k表示)上可调。根据本公开的实施方案，以约1300nm为中心的约60nm带宽的可调谐范围用于口内OCT。

在图1的装置中，可变调谐激光器50的输出穿过耦合器38并到达样本臂40和参考臂42。样本臂40的信号穿过循环器44并且被引导用于从手持件或探针46对样本S进行成像。采样信号通过循环器44被引导回并且通过耦合器58被引导到检测器60。参考臂42的信号由可以是反射镜或光导的参考物34引导通过耦合器58到达检测器60。检测器60可使用被配置成消除共模噪声的一对平衡光电检测器。

控制逻辑处理器(控制处理单元CPU)70与调谐激光器50以及其可编程滤波器10并且与检测器60进行信号通信。处理器70可控制探针46的扫描功能，并且存储用于获得对扫描信号的线性响应所需的任何校准数据。处理器70获得并处理来自检测器60的输出。CPU70还与用于命令输入和OCT结果显示的显示器72进行信号通信。

应当注意，图1的扫频源架构仅是一种示例配置；存在可布置干涉仪部件以提供扫频源OCT成像的多种方式。

用于在OCT系统中获得更高图像采集速度的所提出的策略之一是仅使用高扫掠速率的波长可调谐光源。然而，如先前在背景技术部分中所观察到，问题更为复杂；尝试以更快的扫掠速率进行操作导致成本增加，并且在OCT图像内容的诊断益处和总体质量方面可产生另人失望的结果。

举另外的背景来说，图2A和图2B给出如由探针46执行的OCT扫描图案的概述。在扫描序列中的每个点处，OCT装置执行A型扫描。然后，A型扫描的线性连续形成B型扫描，对应于如图所示的x轴方向。并排的连续B型扫描行然后形成提供样本S的3D OCT图像内容的C型扫描。

图2A示意性地示出了在每个A型扫描期间采集的信息。用于获得每个B型扫描图像的扫描信号具有两个线性区段，在示出的示例中具有：扫描部分92，在此期间扫描反射镜被驱动以将采样波束从开始位置引导到结束位置；以及回归扫描93，在此期间扫描反射镜恢复到其开始位置。在每个点82的时间间隔上采集被示出为移除了DC信号内容的干涉信号88，其中该信号是扫掠所需的时间间隔的函数，其中所采集的信号指示通过组合来自干涉仪(图1)的参考样本臂和反馈样本臂的光而生成的光谱干涉条纹。傅立叶变换FFT针对每个A型扫描生成变换T。在图2A中以示例的方式示出对应于A型扫描的一个变换信号。

从上面的描述中，可了解，通过单个B型扫描序列采集了大量的数据。为了高效地处理该数据，使用快速傅立叶变换(FFT)来将基于时间的信号数据变换为对应的基于频率的数据，从该基于频率的数据可更容易地生成图像内容。

在傅立叶域OCT中，A型扫描对应于一行光谱采集，其产生一行深度(z轴)分辨的OCT信号。B型扫描数据沿着对应的扫描线生成2D OCT图像。

光栅扫描用于通过在C型扫描(y轴)方向上递增光栅扫描仪90的采集来获得多个B型扫描数据。这在图2B中示意性地表示，该图示出了如何使用A型、B型和C型扫描数据生成3D体积信息。

在每个A型扫描点82处使用的波长或频率扫掠序列可根据通常使用的升序或降序波长序列进行修改。可替代地使用任意波长测序。在任意波长测序的情况下(这可能对OCT的某些特定实现方式有用)，每次扫掠提供可用波长的仅一部分。在任意波长测序中，可以任意序列次序随机选择每个波长，以便在单个扫掠期间用于OCT系统。A型扫描点82可相对于x轴彼此均匀间隔开，从而在沿着任何B型扫描图像的相邻点82之间提供基本相等的x轴距离。类似地，每个B型扫描的扫描点82的线之间的距离相对于y轴可为均匀的。x轴间隔可与y轴间隔不同；替代地，沿着所扫描表面的这些正交轴的间隔可为相等的。

对于常规的OCT方法，图像采集速度与扫掠速率和数字化仪能力等因素有关。更快的扫掠速率进而可允许改进A型扫描频率，但代价是噪声更高。在更高的采集速率下还需要高速数字化部件，但实现所需性能的部件成本会显著增加。因此，扫描速度和总体OCT性能存在一些实际限制，这些限制可能会限制OCT用于椅旁诊断和治疗。

本公开的在图3A中示意性地示出的实施方案通过将多通道方法用于牙科OCT扫描和数据采集来解决图像采集速度的问题以及增加成像范围的需要。参考图3A的示意图，示出了本公开的示例性高速口内OCT系统150，其具有共享共同扫描头120的多个通道，由准直透镜、MEMS扫描仪和聚焦透镜组成。为了增加扫描速度的量，通道数量N可以是两个、三个或四个，诸如通向扫描头120的四个通道20a、20b、20c和20d，如图3A中所示。另外，遵循本文针对四个通道所述的总体图案，可使用五个或更多个通道。探针46内的扫描仪90将源自扫频波长激光源50的光在多个通道中引导至牙齿或其他样本S。

如图3A中所示，光纤耦合器27将激光的一小部分分离到马赫-曾德尔干涉仪MZI28。来自MZI的干涉光被光电检测器和额外电路30收集以提供K时钟(K触发)信号，所述信号是具有在时间上定义的相等波数间隔的定时控制触发。鉴于这些信号的相等间隔，利用K时钟定时采样的OCT信号在波数空间中是线性的。替代地，可使用来自MZI 28的干涉信号将OCT信号重新采样到线性波数空间中。(马赫-曾德尔干涉(MZI)信号的零交叉可用来生成K触发信号，以促进SS-OCT信号的采集。)大部分扫频源激光器50的光输出通过分光器32(诸如，PLC(平面光波回路)分光器)被馈入用于OCT成像的多通道系统。在每个通道中，光照亮具有循环器44和90/10光纤耦合器38的光纤干涉仪，所述光纤耦合器将光分成参考臂42和样本臂40(图1)。所述系统可任选地包括额外的检测器和光学部件以提供偏振敏感光学相干层析。每个通道将光引导通过探针46到达扫描头120。

图3B示出了准直、聚焦和扫描来自四个通道20a、20b、20c和20d中的每个的光的探针46部件。如图3B的示意图中所示，多通道采样臂与可用于口内或口外成像的扫描仪手持件(即探针46)内部的光纤阵列54连接。可变波长光的连接可经由带状光纤(未示出)进行。光纤阵列54以期望节距精确地对准光纤芯。来自光纤阵列的光穿过准直透镜L1并到达MEMS(微机电系统)扫描仪52，该扫描仪可被致动以进行一维或二维扫描。然后，所扫描的光穿过聚焦透镜L2，如图3B中所示。该聚焦光从第一折叠反射镜表面56和第二折叠反射镜表面86反射并被引导至样本S。多个光点以期望的间隔聚焦在样本S表面上；每个光点来自多个通道20a、20b、20c和20d中的一个。

如图3C的示意图中所示，探针46可任选地包括其他部件，诸如用于获得颜色信息或协助探针移动的相机62。在使用相机62的情况下，表面56可以是二向色表面，所述二向色表面经处理以反射用于OCT扫描的IR光并且将可见光传输到相机62。相机可替代地相对于光轴OA以倾斜角度提供；以示例的方式，图4中示出了相机62′(可以是第二相机或唯一的相机)的替代位置。

探针46内的光纤阵列54可具有多个不同的配置。图4A示出了成行布置为一维(1D)阵列的光纤阵列54，所述光纤阵列同时从每个通道20a、20b、20c和20d提供输出波束。一维阵列配置可用于将扫描波束引导到在目标样本S上对准的多个光点。以这种方式扫描N个照明波束可用于生成N个相邻子图像，在图4A的四通道示例中被示出为子图像76a、76b、76c和76d。然后，可使用处理软件将沿着扫描线的N个相邻图像拼接在一起。

在利用使用图4A布置的一维光学阵列进行扫描时，视场(FOV)被划分成多个条带。来自通道的每个聚焦光点扫描FOV的仅小的子区域。来自样本处每个聚焦光点的反射光由探针46的光学器件收集，并且被导向到每个通道的采样臂。来自样本臂40和参考臂42(图1)的光束通过50/50耦合器58在检测臂中重新组合。由平衡光电检测器或检测器60中的其他机构检测所形成的干涉条纹。数据采集卡可将来自平衡光电检测器60的模拟信号数字化。可使用OCT重建算法来生成来自每个通道的图像体积。最后，可通过将不同子图像体积拼接在一起来形成完整扫描图像体积的重建。

图4B示出了使用2×2光纤阵列54来扫描FOV的替代布置。该布置将子图像内容生成为用于拼接的图像的阵列。

因为每个通道扫描视场的仅一部分，所以与单通道系统相比，多通道系统可实现快得多的速度。使用N个通道同时扫描，可在常规单通道布置所需时间的1/N内扫描完整的FOV。

因为源激光器输出分离在N个通道之间，所以需要增加一定的激光器功率以便提供多通道OCT成像能力。根据本公开的实施方案，使用40mW激光器来驱动四个通道，其中输出功率被细分为在每个通道中提供10mW。

一般而言，要实现相同的扫描速度，N通道系统中的扫频激光源仅需要单通道系统中所使用的扫掠速率的1/N。扫掠速率的降低相应地降低数据采集卡的数字化速度要求，这可大大降低系统成本。

要实现相同的成像范围，多通道系统中OCT信号的频率f_OCT可比单通道系统中使用的频率低得多。f_OCT可表示如下：

其中：

Δλ是激光光谱的带宽；

λ为中心波长；

Z为成像范围；

α是激光器的占空比；并且

fs是扫频激光源的频率。

因为在N通道系统中，OCT信号的频率仅为单通道系统中所使用的频率的1/N，所以数字化仪可以更低的采样速率进行操作。因此，N通道设计既可降低成本，又可降低系统噪声。替代地，如果用于单个扫描仪OCT探针的相同高速数字化仪在N通道系统中使用，则性能可提高到成像范围的至多N倍。

在每个通道的常规干涉测量系统内，参考臂42通常包括某种类型的反射镜或其他反射表面。光朝向反射表面传播和从反射表面返回的距离，即参考臂的光学路径延迟，与采样材料内的特定范围直接相关。因此，通过调整反射或背散射材料与干涉测量组合部件之间的光学距离，来自样本内不同深度的返回光有助于检测信号。

虽然常规的口内扫描仪实施方案可按照上述单通道装置和多通道装置的设计实践提供可用的OCT图像数据，但是仍然存在相当大的改进空间。关于前面背景部分提到的因素：

a.对于多通道装置，大小、重量和成本考虑因素变得更加重要；

b.对振动和机械漂移的敏感性仍然是多通道解决方案中更加明显的问题；继续使用或撞击会对仪器性能产生不利影响；

c.如果需要根据参考臂与样品臂之间的光学路径长度差异执行调整，可能会导致高昂的维护成本和停机成本；

d.由于需要校准和封装多通道扫描仪的参考臂部件和样本臂部件，可能会导致制造成本增加；

e.每个单独参考臂的插入损耗，再加上诸如色散失配等问题，可能需要对应的补偿或调整，或者可能会损害一个或多个通道的图像质量。

响应于改进口内扫描仪在准确性、精确度和图像质量方面的性能的需要，要帮助减少部件数量，并简化或消除特别与通道之间的可变性相关的许多问题，本发明的一个实施方案采用了共同路径OCT设计方法。

与使用单独的样本光学路径和参考光学路径的传统迈克尔逊干涉仪设计不同，共同路径OCT对大多数样本臂和参考臂采用相同的光学路径。仅探针与成像样本之间的样本光学路径的一部分不同。

已经提出了各种使用共同路径OCT的配置，诸如在内窥镜检查和牙科成像中，包括可组合样本光学路径和参考光学路径、采用插入在感测仪器与样本之间的玻璃板表面的部分反射以及使用专用光学系统(例如，使用球透镜)的解决方案。例如，已经提及了共同路径配置以用于支持正畸对准器的使用和调整。然而，常规系统尚未提供使用共同路径OCT技术的合适解决方案来支持单通道或多通道口内扫描并且提供使用这种方法并提供支持牙科及相关学科所需的可用性、灵活性和性能的紧凑型手持式口内探针。

图5A的示意图示出了被配置用于共同路径OCT的探针46的部件。光源510向光循环子系统550提供宽带宽源光。图5B将光循环子系统550扩展为多通道配置。在进入用于多通道配置的对应循环子系统550之前，光最初通过分束子系统530被分离用于各个通道。每个通道的样本路径和参考路径两者的组合光由光纤光导552传送。光纤光导552可以是用于单个通道的单个光纤。对于多个通道，光纤光导552可以是光纤束，具有用于多通道成像器中的每个通道的光纤。在光导552中传送的光到达准直器554，所述准直器是扫描头120的一部分。准直器输出被引导到扫描仪560，所述扫描仪将光通过聚焦光学器件564扫描到波束转向设备568，所述波束转向设备将光570朝向靠近探针46的输出的部分反射表面590反射，然后朝向样本S反射。部分反射表面590可以是部分反射设备592的一部分，所述部分反射设备可包括板、窗口、光楔或其他部件或者样本。样本光路传送光570通过部分反射设备592。参考光路包括来自部分反射表面590的反射光。该光与从样本S返回的散射光一起通过光学系统返回。光循环子系统550将信号光引导至信号检测和处理设备520，以用于生成具有图像内容的OCT信号。如果使用了多个通道，则信号检测和处理设备520可由多个检测器组成，其中每个检测器从其在循环子系统550内的相应通道接收信号。然后，诸如膝上型计算机或其他便携式计算机或专用控制逻辑处理器设备的个人计算机PC可将经处理的OCT图像提供给显示器596。

部分反射装置592可采用部分反射表面，诸如板、具有反射镜的分束器、一个或多个反射镜或其他至少部分反射表面。反射部件可定位在光学路径中的任何合适的位置处，跟随光纤光导552。图5A和图5B示出了一个实施方案，在该实施方案中部分反射设备定位在探针46的输出处或附近。图5C中示出的另一个示例性解决方案在光导552的端部处使用部分反射表面。

图5D示出了准直器之后的部分反射设备592的位置，其包括但不限于分束器和背反射镜。通过调谐反射镜的位置可调整和微调参考臂的光学路径长度。

图5E示出了作为部分反射设备592的反射镜；处于该位置的反射镜夹住并向后反射波束的一部分以提供参考信号(出于说明性目的，附图中波束的大小被夸大。)可通过跨光学路径平移反射镜来调整参考光功率。

替代地，反射镜可倾斜一定角度，并且转向波束可被另一反射镜向后反射，如图5F中所示。参考光的功率和光学路径长度两者是可调整的。另外，样本波束可在空间上进行整形，以提高成像质量或服务特殊需求。例如，波束的中心部分可作为参考波束进行转向，从而形成环形样本波束，这可在成像期间提供大景深。反射镜的表面可以是平坦的、弯曲的或其他特征的。反射镜表面的全部或部分可以是反射性的。表面的一个或多个部分可以是透明的或半透明的。

可使用涂层或其他合适的界面来形成部分反射表面590，其中第二介质的折射率低于第一介质的折射率。

图6示出了可用于图5的光纤光导552的各种布置。在顶部示出了单光纤头610的横截面。在中心示出了具有光纤头610的一个或多个行和列的光纤阵列620的横截面。在底部示出了光纤束630。

在替代实施方案中，光源510可放置在探针46内部。在另一替代实施方案中，信号检测器520和相关联的检测和控制电子器件也可放置在探针46内部。

已经具体参考目前理解的示例性实施方案详细描述了本发明，但是应理解，变型和修改可在本发明的精神和范围内实现。

例如，控制逻辑处理器70可以是多种类型的逻辑处理装置中的任何一种，包括计算机或计算机工作站、专用主机处理器、微处理器、逻辑阵列或执行存储的程序逻辑指令的其他装置。在上文给出的示例配置中被描述为一种类型的马赫-曾德尔干涉仪的用于一个或多个通道的干涉仪可替代地是另一种适当的类型，诸如例如具有适当的部件重布置的迈克尔逊干涉仪。

因此，目前所公开的示例性实施方案在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。本公开的范围由所附权利要求书指示，并且在权利要求书的等效物含义和范围内的所有改变意在包括于权利要求书中。

与至少一个示例性实施方案一致，示例性方法/设备可使用存储有对图像数据执行的指令的计算机程序，所述图像数据是从电子存储器存取的。如图像处理领域的技术人员可理解的，本文的示例性实施方案的计算机程序可由合适的通用计算机系统(诸如个人计算机或工作站)利用。然而，可使用许多其他类型的计算机系统来执行所描述的示例性实施方案的计算机程序，包括例如联网的处理器的布置。

用于执行本文所述的某些示例性实施方案的方法的计算机程序可存储在计算机可读存储介质中。这种介质可包括例如：诸如磁盘等磁存储介质(诸如，硬驱动器)或可移除装置或磁带；光学存储介质，诸如光盘、光带或机器可读光学编码；固态电子存储装置，诸如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)；或用于存储计算机程序的任何其他物理装置或介质。用于执行所描述的实施方案的示例性方法的计算机程序还可存储在借助于互联网或其他网络或通信介质连接到图像处理器的计算机可读存储介质上。本领域技术人员将进一步容易地认识到，此类计算机程序产品的等效物还可在硬件中构建。

应当注意，在本应用的背景中术语“存储器”等同于“计算机可存取存储器”，可指代用于对图像数据进行存储和操作以及计算机系统可存取的任何类型的临时或更持久的数据存储工作区，包括例如数据库。存储器可以是非易失性的，其使用例如长期存储介质，诸如磁存储装置或光学存储装置。替代地，存储器使用电子电路可具有更易失的性质，诸如被微处理器或其他控制逻辑处理器装置用作临时缓冲区或工作区的随机存取存储器(RAM)。例如，显示数据通常存储在临时存储缓冲区中，所述临时存储缓冲区可直接与显示装置相关联并且根据需要定期刷新以便提供所显示的数据。当该临时存储缓冲区在本申请中使用时，所述术语还可被认为是存储器。存储器还用作用于执行和存储计算和其他处理的中间结果和最终结果的数据工作区。计算机可存取存储器可以是易失性的、非易失性的或易失类型和非易失类型的混合组合。

将理解的是，本文的示例性实施方案的计算机程序产品可利用各种图像操纵算法和/或熟知的过程。将进一步理解的是，本文的示例性计算机程序产品实施方案可体现本文未具体示出或描述的适用于实现方式的算法和/或过程。此类算法和过程可包括在图像处理领域的普通技术内的常规实用程序。此类算法和系统以及用于产生和以其他方式处理图像或与本申请的计算机程序产品协同操作的硬件和/或软件的额外方面未在本文中具体示出或描述，并且可选自本领域已知的此类算法、系统、硬件、部件和元件。

根据本申请的示例性实施方案可(单独地或组合地)包括本文所述的各种特征。

虽然已关于一个或多个实现方式说明了本发明，但是可对所说明的示例进行更改和/或修改，而不偏离所附权利要求书的精神和范围。另外，虽然可能已经关于若干实现方式/示例性实施方案中的仅一个公开了本发明的特定特征，但此类特征可与其他实现方式/示例性实施方案的对于任何给定或特定功能可能是期望的和有利的一个或多个其他特征进行组合。

术语“一个”或“......中的至少一个”用于意指可选择所列项目中的一个或多个。术语“约”指示所列出的值可被稍微更改，只要所述更改不导致过程或结构与所说明的示例性实施方案的不一致。最后，“示例性”指示所述描述用作示例，而不是暗示它是理想的。

考虑本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。本说明书和示例意图被认为仅是示例性的，其中本发明的真实范围和精神由以下权利要求书指示。

Claims (27)

1.一种用于对口内样本进行成像的光学相干层析扫描仪，所述扫描仪包括：

a)波长可调谐光源，所述波长可调谐光源被配置成生成具有一系列波长的扫描光；

b)扫描探针，所述扫描探针具有将光引导至所述样本的扫描头；

c)光循环器，所述光循环器被配置成：

(i)将所述扫描光引导通过至少第一光纤以将光传送至所述扫描头；

(ii)将具有来自所述样本的散射光和反射光并通过至少所述第一光纤的样本信号引导至检测器；

(iii)将具有通过至少所述第一光纤从部分反射设备反射回的光的参考信号引导至所述检测器；

d)其中所述检测器形成指示组合的所述样本信号和所述参考信号的干涉的数字输出信号；以及

e)显示器，所述显示器被配置成根据所述数字输出信号形成样本特征的图像。

2.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备被设置成反射来自至少所述第一光纤的光。

3.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备由窗口或板的部分反射表面提供。

4.如权利要求3所述的光学相干层析扫描仪，其中所述窗口或所述板是楔子。

5.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备由分束器和反射镜组成。

6.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备是背反射所述光的一部分的反射镜。

7.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备由使所述光的一部分转向到背反射镜的反射镜组成。

8.如权利要求7所述的光学相干层析扫描仪，其中所述光的被转向的所述部分靠近所述中心。

9.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述扫描头被配置用于口内扫描。

10.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述扫描头对所述光进行一维或二维扫描。

11.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述光循环器和所述第一光纤容置在所述扫描探针内。

12.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述检测器也容置在所述扫描探针内。

13.如权利要求12所述的光学相干层析扫描仪，其中所述波长可调谐光源容置在所述扫描探针内。

14.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述扫描探针被配置为手持式探针。

15.如权利要求1所述的光学相干层析扫描仪，其中所述光循环器被配置成针对两个或更多个通道引导扫描光。

16.一种用于对口内样本进行成像的光学相干层析扫描仪，所述扫描仪包括：

a)波长可调谐光源，所述波长可调谐光源被配置成生成具有一系列波长的扫描光；

b)扫描探针，所述扫描探针具有将光引导至所述样本的扫描头；

c)光循环器，所述光循环器被配置成往返多个通道引导光，每个通道具有：

(i)信号检测器；

(ii)光纤，所述光纤与所述检测器和所述光源进行光通信，

用于将所述来自所述光源的所述扫描光传送至所述扫描头，并将所述从部分反射设备反射的所述扫描光与来自所述样本的散射光和反射光组合起来；

d)其中所述检测器形成指示来自所述多个通道中的每个通道的所述组合光的干涉的数字输出信号；以及

e)显示器，所述显示器被配置成根据所述数字输出信号形成样本特征的图像。

17.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备接收来自所述光纤的光。

18.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备由窗口或板的部分反射表面提供。

19.如权利要求18所述的光学相干层析扫描仪，其中所述窗口或所述板是楔子。

20.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备由分束器和反射镜组成。

21.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备是背反射所述光的一部分的反射镜。

22.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述部分反射设备由使所述光的一部分转向到背反射镜的反射镜组成。

23.如权利要求22所述的光学相干层析扫描仪，其中所述光的被转向的所述部分靠近所述反射镜的中心。

24.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述光循环器与所述扫描头一起容置在所述扫描探针内。

25.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述扫描头对所述光进行一维或二维扫描。

26.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述扫描探针是手持式探针。

27.如权利要求16所述的光学相干层析扫描仪，其中所述扫描头被配置用于口内扫描。