ES2930341T3 - Técnica de formación de imágenes para la tomografía de coherencia óptica - Google Patents

Abstract

Se proporciona una técnica para la tomografía de coherencia óptica. En cuanto a un aspecto de dispositivo de la técnica, un dispositivo de formación de imágenes 28 comprende una base 30 que define un eje de rotación 32, un conjunto de exploración y enfoque 34 montado en la base 30 para girar alrededor del eje de rotación 32, y una unidad de accionamiento 50 para impulsar rotacionalmente el conjunto de escaneo y enfoque 34 alrededor del eje de rotación 32. El conjunto de escaneo y enfoque 34 incluye un dispositivo de enfoque 40 para enfocar un haz 36 de radiación de formación de imágenes para producir un haz enfocado 44, 44a, 44b de radiación de formación de imágenes que tiene un foco 42, 42a , 42b, un miembro de exploración 38 para explorar el haz 36 de radiación de formación de imágenes, y un controlador 45 acoplado a la unidad de accionamiento 50 y al miembro de exploración 38 y configurado para controlar el miembro de exploración 38 para provocar el movimiento del foco 42, 42a, 42b a lo largo de una trayectoria predeterminada 46, 46a, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Técnica de formación de imágenes para la tomografía de coherencia óptica

La presente divulgación se refiere a técnicas para la formación de imágenes por Tomografía de Coherencia Óptica (OCT, por sus siglas en inglés).

La tomografía de coherencia óptica es una técnica de formación de imágenes no invasiva y, a menudo, sin contacto. La luz con una longitud de coherencia definida irradia una muestra. La muestra refleja la luz a diferentes profundidades de penetración, lo que codifica la información en la fase de la luz. La luz de la muestra se superpone con la luz coherente de una rama de referencia.

Para la adquisición de imágenes OCT bidimensionales o tridimensionales de la muestra, se emplean ensamblajes de escaneo y enfoque para escanear un foco de un haz enfocado de radiación de imágenes a lo largo de una trayectoria de escaneo focal específica. Para este fin, un miembro de escaneo suele variar el ángulo de incidencia con el que el haz entra en un dispositivo de enfoque. El dispositivo de enfoque enfoca el haz en puntos individuales de la trayectoria de escaneo focal en función del ángulo de incidencia.

Una trayectoria de escaneo focal, como se usa en el presente documento, puede entenderse como un objeto geométrico unidimensional o como una línea de trazado focal curvada y/o no curvada. Una trayectoria es axialmente simétrica, si existe una línea recta (el denominado eje de simetría) de tal manera que para cada punto P de la trayectoria existe un punto P' de la trayectoria, en donde una línea de conexión [PP'] está dividida igualmente por la mitad por el eje de simetría. Si la trayectoria no es axialmente simétrica, es axialmente asimétrica o libre de simetría axial.

Por ejemplo, una trayectoria de escaneo focal axialmente simétrica puede realizarse mediante un ensamblaje de escaneo y enfoque que tenga un dispositivo de enfoque radialmente (o rotacionalmente) simétrico tal como una lente simple.

Yadav et al. divulgan en Scanning system design for large scan depth anterior segment optical coherence tomography, Optics Letters, Vol. 35, N.° 11, página 1774 a 1776, un sistema de escaneo con un dispositivo de enfoque radialmente asimétrico para guiar un haz de luz OCT, en donde en un primer intervalo de posiciones de escaneo del sistema de escaneo el haz de luz incide casi normal a dos superficies de la córnea y una superficie de la lente anterior y en un segundo intervalo de posiciones de escaneo el haz de luz incide casi normal a una superficie de la lente posterior.

El documento US 6.134.003 A se refiere a un sistema de formación de imágenes ópticas que comprende una unidad de endoscopio y un interferómetro para realizar un escaneo multidimensional de una estructura utilizando la técnica de tomografía de coherencia óptica (OCT). La unidad endoscópica está acoplada a un mecanismo de escaneo rotativo, que imparte movimiento a un sistema óptico, permitiendo de esta manera el escaneo rotativo. El sistema óptico incluye una lente y un director del haz óptico tal como un espejo.

El documento WO 2010/009450 A1 se refiere a un dispositivo que utiliza datos OCT para realizar mediciones de precisión en tejido ocular humano. El sistema OCT utiliza un campo de visión mejorado que se obtiene cuando los componentes móviles, como una lente, se desplazan hacia delante y hacia atrás en relación con el ojo humano.

Es un objeto de las realizaciones de la presente invención proporcionar una técnica de formación de imágenes OCT que produzca imágenes tridimensionales de una muestra sustancialmente simétrica en la rotación tal como un ojo humano.

Este objeto se consigue mediante un dispositivo de formación de imágenes, un aparato OCT y un método de acuerdo con las reivindicaciones independientes.

Los presentes inventores describen un dispositivo de formación de imágenes que comprende: una base que define un eje de rotación; un ensamblaje de escaneo y enfoque montado y/o acoplado a la base para girar en torno al eje de rotación; y una unidad de direccionamiento para dirigir rotacionalmente el ensamblaje de escaneo y enfoque en torno al eje de rotación; en donde el ensamblaje de escaneo y enfoque incluye un dispositivo de enfoque para enfocar un haz de radiación de formación de imágenes para producir un haz enfocado de radiación de formación de imágenes que tiene un foco y un miembro de escaneo para escanear el haz de radiación de formación de imágenes; y un controlador acoplado a la unidad de direccionamiento y al miembro de escaneo y configurado para controlar la unidad de direccionamiento y/o el miembro de escaneo para provocar el movimiento del foco a lo largo de una trayectoria predeterminada con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque. La trayectoria predeterminada, como se usa en el presente documento, puede entenderse como una trayectoria de escaneo focal (abreviada: trayectoria).

Esto permite la rotación del ensamblaje de barrido y enfoque en su conjunto en torno al eje de rotación de la base. El ensamblaje de escaneo y enfoque puede estar montado para girar con respecto a la base al menos 180 grados y, preferentemente, sustancialmente 360 grados. El ensamblaje de escaneo y enfoque puede girar en cualquier ángulo entre 0° y 180° o 0° y 360°. La rotación del ensamblaje de escaneo y enfoque da lugar a una rotación espacial de la trayectoria con respecto a la base ya que la posición y la orientación de la trayectoria están relacionadas con la posición y la orientación del ensamblaje de escaneo y enfoque. Por lo tanto, durante una rotación completa de aproximadamente, por ejemplo, 360°, la trayectoria describe una figura de escaneo focal rotacionalmente simétrica. Por lo tanto, la presente realización permite generar una figura de escaneo focal rotacionalmente simétrica usando una trayectoria de escaneo focal que puede estar libre de simetría axial.

Además, la trayectoria puede estar libre de cualquier simetría. La trayectoria puede tener una forma tal que una figura de escaneo focal tridimensional resultante de la rotación de la trayectoria tenga superficies separadas que están mutuamente desplazadas a lo largo del eje de rotación. De esta manera, la figura de escaneo focal puede adaptarse a una o más estructuras formadas complejas tales como un ensamblaje de diferentes interfaces de un ojo humano. En particular, estas interfaces pueden referirse a interfaces desplazadas a lo largo del eje óptico del ojo, tal como una superficie de la córnea y una superficie del cristalino humano, correspondientes a diferentes profundidades axiales del ojo.

Como el ensamblaje de escaneo y enfoque es giratorio en su conjunto, el miembro de escaneo puede estar diseñado para el escaneo unidimensional. En otras palabras: el miembro de escaneo puede tener únicamente una capacidad de escaneo unidimensional. No requiere una capacidad de escaneo bidimensional o superior. Por ejemplo, el miembro de escaneo puede ser un espejo de escaneo, en donde, en particular, el espejo de escaneo puede tener un eje de escaneo individual, en torno al cual el espejo es giratorio. Esto permite una reducción del coste del miembro de escaneo y un aumento de la fiabilidad del dispositivo de formación de imágenes, ya que el miembro de escaneo tiene un diseño menos complejo. Una ventaja adicional de esta característica: Los miembros de escaneo comúnmente usados que tienen una unidad de escaneo bidimensional que comprende dos espejos de escaneo espacialmente separados suelen provocar una distorsión óptica, que tiene que ser corregida. Al prescindir de una unidad de escaneo bidimensional, no es necesaria una corrección tal.

Dado que el ensamblaje de escaneo y enfoque puede girar hasta un ángulo de rotación arbitrario, el controlador y el miembro de escaneo pueden estar configurados para escanear el foco del haz enfocado de radiación de formación de imágenes radial o lateralmente fuera del eje de rotación definido por la base. En particular, la trayectoria y el eje de rotación definidos por la base pueden intersecarse. Adicional o alternativamente, la trayectoria y el eje de rotación definidos por la base pueden estar dispuestos de tal manera que la trayectoria describa, durante la rotación, una figura de escaneo focal, cuya geometría se ajuste a las dimensiones físicas de un ojo humano. Esto garantiza que la trayectoria "permanezca" dentro de un ojo para observarse durante el escaneo y durante la rotación del ensamblaje de escaneo y enfoque.

El controlador puede estar configurado para controlar la unidad de direccionamiento para dirigir el ensamblaje de escaneo y enfoque a cada una de una pluralidad de posiciones de rotación diferentes con respecto a la base. La pluralidad de posiciones de rotación diferentes puede distribuirse de forma equidistante o continua entre, por ejemplo, 0° y 180° o 0° y 360°. El controlador puede estar configurado para controlar el miembro de escaneo para mover el foco a lo largo de la trayectoria predeterminada con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque en cada posición de rotación diferente del ensamblaje de escaneo y enfoque. El controlador puede estar configurado para escanear el ángulo de incidencia, bajo el cual el haz de radiación entra en el dispositivo de enfoque. En particular, el controlador puede estar configurado para ajustar una primera posición de rotación del ensamblaje de escaneo y enfoque en una primera etapa, para escanear el ángulo de incidencia en una segunda etapa, para ajustar una segunda posición de rotación del ensamblaje de escaneo y enfoque en una tercera etapa y para escanear de nuevo el ángulo de incidencia en una cuarta etapa. Esto permite un patrón de barrido en forma de estrella para la formación de imágenes tomográficas de la muestra.

El dispositivo de enfoque comprende al menos un espejo radialmente asimétrico y/o al menos una lente radialmente asimétrica. Una lente radialmente asimétrica puede consistir en la mitad de una primera lente radialmente simétrica con una primera distancia focal cortada a lo largo de su eje óptico en dos piezas y en la mitad de una segunda lente radialmente simétrica con una segunda distancia focal diferente de la primera distancia focal cortada a lo largo de su eje óptico en dos trozos. Un espejo radialmente asimétrico puede consistir en la mitad de un primer espejo de enfoque radialmente simétrico con una primera distancia focal cortada a lo largo de su eje óptico en dos piezas y en la mitad de un segundo espejo de enfoque radialmente simétrico con una segunda distancia focal diferente de la primera distancia focal cortada a lo largo de su eje óptico en dos trozos. Los componentes radialmente asimétricos permiten una trayectoria de escaneo focal arbitraria.

La trayectoria comprende una pluralidad de secciones de trayectoria. En particular, el ensamblaje de escaneo y enfoque puede tener propiedades de formación de imágenes de tal manera que el foco del haz enfocado de radiación de formación de imágenes se escanea a lo largo de una trayectoria discontinua y/o discontinuamente diferenciable. El haz de radiación de formación de imágenes que entra en el dispositivo de enfoque en un ángulo de incidencia dentro de un primer intervalo de ángulos puede salir del dispositivo de enfoque desde una primera porción de una superficie de salida y puede enfocarse en una primera sección de trayectoria, en donde el haz de radiación de formación de imágenes que entra en el dispositivo de enfoque bajo un ángulo de incidencia dentro de un segundo intervalo de ángulos puede salir del dispositivo de enfoque desde una segunda parte de la superficie de salida diferente de la primera porción y puede enfocarse en una segunda sección de trayectoria diferente de la primera sección de trayectoria. Esto permite una adaptación de la trayectoria por secciones a estructuras internas diferentes y localmente separadas de la muestra.

Para al menos una de la pluralidad de secciones de trayectoria, una dirección de propagación del haz enfocado de radiación de formación de imágenes es independiente de una posición de salida del haz enfocado de radiación de formación de imágenes del dispositivo de enfoque. En otras palabras: Los haces de radiación de formación de imágenes que salen de la primera parte de la superficie de salida pueden enfocarse en la primera sección de trayectoria de tal manera que las direcciones de propagación de los haces enfocados sean paralelas para todos los ángulos de incidencia dentro del primer intervalo de ángulos. Esto permite la realización de un diseño de formación de imágenes telecéntrico. Un diseño de formación de imágenes telecéntrico puede usarse, entre otras cosas, para determinar la distancia entre el dispositivo de formación de imágenes y la muestra que debe observar el dispositivo de formación de imágenes. Esto, a su vez, evita el uso de espaciadores entre el dispositivo de formación de imágenes y la muestra, tales como un cristal de contacto.

Adicionalmente, para al menos una de las secciones de la trayectoria, un eje del haz del haz de radiación enfocado está orientado perpendicular u ortogonalmente a la trayectoria. En otras palabras: Los haces de radiación de formación de imágenes que salen de la primera parte de la superficie de salida pueden incidir a lo largo de la dirección de propagación de los haces enfocados en la primera sección de trayectoria perpendicularmente. Esta orientación perpendicular tiene la ventaja de aumentar la relación señal-ruido de las imágenes tomográficas de la sección de trayectoria.

Para al menos una primera sección de la pluralidad de secciones de la trayectoria, una dirección de propagación del haz enfocado de radiación de formación de imágenes es independiente de una posición de salida del haz enfocado de radiación de formación de imágenes del dispositivo de enfoque, mientras que para al menos una segunda sección de la pluralidad de secciones de la trayectoria, un eje del haz del haz enfocado de radiación de formación de imágenes está orientado perpendicular u ortogonalmente a la trayectoria. Esto permite la realización de un diseño de formación de imágenes telecéntrico para la primera sección de trayectoria junto con un diseño de formación de imágenes para la segunda sección de trayectoria, en que la orientación de la dirección de propagación es perpendicular a la segunda sección de trayectoria. Un dispositivo de formación de imágenes de este tipo se beneficiaría de las ventajas mencionadas anteriormente en cuanto al uso de un diseño de formación de imágenes telecéntrico y un diseño de formación de imágenes perpendicular.

Todas las secciones de la trayectoria pueden ser lisas/planas. Alternativamente, las partes de las secciones de la trayectoria pueden estar combadas/curvadas, mientras que otra parte de las secciones de la trayectoria puede ser plana. También alternativamente, todas las secciones de la trayectoria pueden estar combadas/curvadas.

Un ángulo de convergencia del haz enfocado de radiación de formación de imágenes puede ser diferente para diferentes de la pluralidad de secciones de trayectoria. En otras palabras: Un ángulo de convergencia de los haces de radiación de formación de imágenes que salen del dispositivo de enfoque desde la primera parte de la superficie de salida puede ser diferente de un ángulo de convergencia de los haces de radiación de formación de imágenes que salen del dispositivo de enfoque desde la segunda parte de la superficie de salida. El ángulo de convergencia de cada sección de la trayectoria puede adaptarse de tal manera que el foco correspondiente tenga un tamaño de punto deseado. Esto permite la realización de diferentes resoluciones laterales de las imágenes para las diferentes secciones de la trayectoria y/o la adaptación de la profundidad de la imagen para las diferentes secciones de la trayectoria. En este último caso, la resolución axial puede mantenerse igual para todos los tramos de trayectoria, ya que la resolución axial depende únicamente de la longitud de coherencia del haz de radiación. Alternativamente, el ángulo de convergencia de los haces enfocados también puede ser constante para la pluralidad de secciones de trayectoria. En este caso, también la resolución lateral se mantiene constante para la pluralidad de secciones de trayectoria.

Una primera ruta óptica, como se usa en el presente documento, puede entenderse como la ruta óptica entre el miembro de escaneo y una primera sección de trayectoria de la trayectoria de escaneo focal. Una segunda ruta óptica puede entenderse como la ruta óptica entre el miembro de escaneo y una segunda sección de trayectoria de la trayectoria de escaneo focal. En otras palabras: La primera y la segunda rutas ópticas del haz de radiación de formación de imágenes pueden asociarse a la primera y la segunda secciones de la trayectoria predeterminada, respectivamente.

El ensamblaje de escaneo y enfoque puede comprender al menos un ajustador de la longitud de la ruta óptica para ajustar una diferencia de longitud de la ruta óptica entre la primera y la segunda rutas ópticas del haz de radiación de formación de imágenes. El ajustador de la longitud de la ruta óptica puede estar dispuesto en la primera ruta óptica y/o en la segunda ruta óptica. Esto permite compensar las diferencias de longitud de la ruta óptica. Alternativa o adicionalmente, el ajustador de la longitud de la ruta óptica puede estar dispuesto en una ruta de referencia de un interferómetro. El interferómetro puede comprender un divisor de haz que define la ruta de referencia y una ruta de muestra y acopla la luz emitida por una fuente de luz en la ruta de referencia y la ruta de muestra y superpone la luz de retorno de la ruta de referencia y la ruta de muestra. El ensamblaje de escaneo y enfoque puede estar dispuesto en la ruta de muestra. Para implementar el ajustador de la longitud de la ruta óptica en el interferómetro, la ruta de referencia puede comprender un espejo de reflexión ajustable, de tal manera que la longitud de la ruta óptica de la ruta de referencia sea ajustable en relación con la longitud de la ruta óptica de la ruta de muestra. El interferómetro puede realizarse mediante una configuración de espacio libre o mediante una configuración basada en fibra. Alternativa o adicionalmente a la realización mediante el uso de un espejo de reflexión ajustable, el ajustador de la longitud de la ruta óptica puede realizarse como un módulo en el brazo de referencia del interferómetro, estando el módulo adaptado para cambiar entre diferentes estados, en donde cada estado corresponde a una longitud de la ruta óptica diferente de la ruta de referencia en relación con la longitud de la ruta óptica de la ruta de muestra.

Adicional o alternativamente, el ensamblaje de escaneo y enfoque puede comprender al menos un ajustador de dispersión para ajustar una dispersión cromática de una primera ruta óptica del haz de radiación de formación de imágenes con respecto a una dispersión cromática de una segunda ruta óptica del haz de radiación de formación de imágenes. El ajustador de la dispersión puede estar dispuesto en la primera ruta óptica y/o en la segunda ruta óptica. Esto permite compensar las diferentes dispersiones cromáticas. El ajuste de la dispersión cromática de una ruta óptica, como se usa en el presente documento, se entiende como el ajuste de la dispersión a la que está sometido el haz durante una propagación de ida y vuelta en esta ruta óptica.

El ensamblaje de barrido y enfoque puede comprender al menos un espejo plegable dispuesto en la primera ruta óptica y/o en la segunda ruta óptica. El espejo plegable puede estar dispuesto en el ensamblaje de barrido y enfoque de tal manera que la primera ruta óptica, la segunda ruta óptica, o tanto la primera ruta óptica como la segunda ruta óptica estén plegadas. Esto permite un diseño compacto del ensamblaje de escaneo y enfoque.

El dispositivo de formación de imágenes puede comprender un acoplador de fibra óptica conectable a una fibra óptica de un divisor de haz de fibra óptica. El acoplador de fibra óptica puede estar configurado para guiar la luz que sale de la fibra óptica hacia el miembro de escaneo. El acoplador de fibra óptica puede estar configurado para colimar la luz que sale de la fibra óptica en un haz colimado de radiación de formación de imágenes.

Los presentes inventores describieron además un aparato de tomografía de coherencia óptica que comprende: una fuente para emitir luz coherente; una base que define un eje de rotación; un divisor de haz que define una ruta de referencia y una ruta de muestra, acoplando el divisor de haz la luz emitida desde la fuente en la ruta de referencia y la ruta de muestra y superponiendo la luz de retorno de la ruta de referencia y la ruta de muestra;

un detector para medir la intensidad de la luz superpuesta; un ensamblaje de barrido y enfoque dispuesto en la ruta de muestra y montado en la base para girar en torno al eje de rotación, incluyendo el ensamblaje de barrido y enfoque un dispositivo de enfoque para enfocar un haz de luz y producir un haz de luz enfocado que tenga un foco y un miembro de barrido para escanear el haz de luz; una unidad de direccionamiento para dirigir rotacionalmente el ensamblaje de barrido y enfoque en torno al eje de rotación; y

un controlador acoplado a la unidad de direccionamiento y al miembro de escaneo y configurado para controlar el miembro de escaneo para provocar el movimiento del foco a lo largo de una trayectoria predeterminada con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque.

La luz puede entenderse como la radiación de formación de imágenes, en particular la radiación de formación de imágenes OCT. El divisor de haces puede montarse en la base.

Los presentes inventores describen generalmente un método de formación de imágenes de un ojo humano mediante tomografía de coherencia óptica que comprende las etapas de proporcionar un ensamblaje de escaneo y enfoque que se soporta para girar en torno a un eje de rotación; enfocar un haz de radiación de formación de imágenes OCT en el ojo usando el ensamblaje de escaneo y enfoque; girar el ensamblaje de escaneo y enfoque a cada una de una pluralidad de posiciones de rotación diferentes; y en cada posición de rotación diferente del ensamblaje de escaneo y enfoque, escanear el haz de radiación de formación de imágenes OCT para mover, de esta manera, un foco del haz de radiación de formación de imágenes OCT a lo largo de una trayectoria predeterminada con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque.

La etapa de escaneo puede consistir en el barrido del haz de radiación de imágenes OCT a lo largo de una ruta de escaneo lineal.

En la medida en que un método o etapas individuales de un método de formación de imágenes se describen en esta descripción, el método o las etapas individuales del método pueden ser ejecutados por un dispositivo de formación de imágenes y/o un aparato OCT configurado adecuadamente. Las observaciones análogas se aplican a la elucidación del modo de funcionamiento de un dispositivo de formación de imágenes y/o aparato OCT que ejecuta etapas del método. En este sentido, las características del aparato y las del método de esta descripción son equivalentes.

Las características, ventajas y efectos técnicos adicionales de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones ilustrativas con referencia a los dibujos adjuntos, en que:

La Figura 1 ilustra de forma esquemática una realización de un aparato OCT;

La Figura 2 ilustra de forma esquemática una primera realización de un dispositivo de formación de imágenes;

Las Figuras 3 a 10 ilustran esquemáticamente diferentes ejemplos de trayectorias de escaneo focal de un dispositivo de formación de imágenes;

La Figura 11 ilustra de forma esquemática una segunda realización de un dispositivo de formación de imágenes;

La Figura 12 ilustra de forma esquemática una tercera realización de un dispositivo de formación de imágenes;

En la Figura 1 se muestra un aparato 10 para la tomografía de coherencia óptica (OCT). El aparato OCT sirve para crear tomogramas tridimensionales (3D) de una muestra 12 mostrada en el caso ilustrativo como un ojo humano. La tomografía de coherencia óptica se basa, por ejemplo, en la OCT en el dominio del tiempo (TD) o en la OCT en el dominio de la frecuencia (FD).

El aparato 10 comprende una fuente de luz 14 para generar luz coherente. La fuente 14 está diseñada, por ejemplo, para el fin de FD OCT como una fuente de luz sintonizable o emite un espectro de luz coherente que es de banda ancha dentro del espacio de frecuencia. La luz emitida desde la fuente 14 se dirige a un divisor de haz 16. El divisor de haz 16 acopla la luz coherente de la fuente 14 a una ruta de referencia 18 y a una ruta de muestra 20.

La luz que se ha ramificado en la ruta de referencia 18 incide en un espejo 22, que refleja la luz de vuelta al divisor del haz 16 de forma colineal. Para el fin de TD OCT el espejo 22 puede ser desplazable a lo largo de la dirección de propagación de la luz en la ruta de referencia 18 (indicada por la flecha doble en la Figura 1). Para este fin, el espejo regulable 22 puede considerarse como un ajustador de la longitud de la ruta óptica 60'. La luz que se ha ramificado en la ruta de muestra 20 incide en la muestra 12, que retrodispersa o refleja la luz en la dirección del divisor del haz 16. El divisor de haz 16 superpone colinealmente la luz que vuelve del trayecto de referencia 18 y del trayecto de muestra 20 para formar un haz de interferencia, cuya intensidad de interferencia es medida por un detector 24. El detector 24 registra la intensidad de la interferencia en función del tiempo, la longitud de onda y/o el número de onda. Para este fin el detector 24 puede ser un fotodiodo o un espectrómetro. La señal detectada se transfiere a una unidad de control 26, que obtiene imágenes OCT a partir de ella. Los componentes 16, 22 y 24 realizan de esta manera un interferómetro. Mediante la correspondiente adaptación de estos componentes 16, 22, 24, el interferómetro puede realizarse como una configuración de espacio libre o una configuración basada en fibra.

En el recorrido de la muestra 20, se dispone un dispositivo de formación de imágenes 28. El dispositivo de formación de imágenes 28 comprende una base 30 que define un eje de rotación 32 y un ensamblaje de escaneo y enfoque 34 que se apoya en la base 30 para poder girar con respecto a la base 30 en torno al eje de rotación 32 (como se muestra, por ejemplo, en la flecha de la Figura 1). La base 30 se entiende como un marco fijo tal como una pared o un soporte.

La luz procedente del divisor de haz 16 es guiada por una fibra óptica 35 dentro de la ruta de muestra 20 y se acopla al dispositivo de formación de imágenes 28 mediante el uso de un acoplador de fibra óptica (no mostrado), que colima la luz que sale de la fibra óptica 35 a un haz colimado 36 de radiación de formación de imágenes, que entra en el ensamblaje de escaneo y enfoque 34. En las Figuras 2, 11 y 12 se muestran diversas realizaciones del ensamblaje de escaneo y enfoque 34. El rayo colimado 36 llega a un miembro de escaneo 38, que desvía el rayo 36 hacia un dispositivo de enfoque 40 para enfocar el rayo 36 y producir un foco 42 de un rayo enfocado 44 de radiación de formación de imágenes.

El ensamblaje de escaneo y enfoque 34 comprende un controlador 45 que controla el miembro de escaneo 38 para escanear el foco 42 del haz enfocado 44 a lo largo de una trayectoria de escaneo focal predeterminada 46 con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque 34. A modo de ejemplo, el controlador 45 del ensamblaje de escaneo y enfoque 34 puede implementarse en la unidad de control 26 como se muestra en la Figura 1. Sin embargo, el controlador 45 también puede ser implementado como un componente separado, que es conectable a la unidad de control 26 del aparato 10 para intercambiar señales de comunicación y/o control.

En las Figuras 3 a 10 se muestran ejemplos cercanos de la trayectoria de escaneo focal 46. Mientras que en las Figuras 3 a 7 se muestra, al menos parcialmente, la muestra examinada 12, se omite en las Figuras 8 a 10 para una ilustración más clara.

El ensamblaje de escaneo y enfoque 34 en conjunto puede girar espacialmente en torno al eje de rotación 32 de la base 30. Esta rotación da lugar a una rotación espacial de la trayectoria de escaneo focal 46 con respecto a la base 30 ya que la posición y orientación de la trayectoria de escaneo focal 46 está relacionada con la posición y orientación del ensamblaje de escaneo y enfoque 34. Por lo tanto, durante una rotación completa de aproximadamente, por ejemplo, 360°, la trayectoria de escaneo focal 46 describe una figura de escaneo focal rotacionalmente simétrica.

Una rotación tal se muestra de forma esquemática en la Figura 7. En esta ilustración, la rotación de la trayectoria de escaneo focal 46 con respecto al eje de rotación 32 está representada por una flecha que da lugar a una figura de escaneo focal ilustrada por la trayectoria de escaneo focal 46 y la trayectoria de escaneo focal rotada 48. Estas figuras de escaneo focal también se muestran en las Figuras 8 a 10. Las realizaciones de la invención permiten por lo tanto generar una figura de barrido focal rotacionalmente simétrica a partir de una trayectoria de barrido focal no necesariamente axialmente simétrica 46. El eje de simetría de rotación de la figura de escaneo focal es el eje de rotación 32.

El controlador 45 controla una unidad de direccionamiento 50 del dispositivo de formación de imágenes 28 para girar el ensamblaje de escaneo y enfoque 34 en torno al eje de rotación 32 a una pluralidad de posiciones de rotación diferentes del ensamblaje de escaneo y enfoque 34 con respecto a la base 30.

Para crear un tomograma 3D de la muestra 12, el controlador 45 controla la unidad de direccionamiento 50 y el miembro de escaneo 38 para escanear el foco 42 del haz enfocado 44 a lo largo de la trayectoria de escaneo focal 46 en cada una de la pluralidad de posiciones rotacionales diferentes del ensamblaje de escaneo y enfoque 34. La señal detectada por el detector 24 durante esta operación se procesa por la unidad de control 26, que a continuación construye un tomograma 3D de la muestra 12 a partir de la señal medida. El tomograma se muestra en una pantalla 51.

El miembro de escaneo 38 sólo debe tener una capacidad de escaneo unidimensional, ya que el ensamblaje de escaneo y enfoque 34 puede girar hasta un ángulo de rotación arbitrario. Basta con que el foco 42 del haz enfocado 44 pueda fijarse a lo largo de una dirección radial por el miembro de escaneo 38, es decir, una dirección lateral con respecto al eje de rotación 32. El diseño de escaneo unidimensional permite reducir el coste del miembro de escaneo 38. Además, la complejidad del miembro de escaneo 38 se reduce, lo que resulta en una mayor fiabilidad del dispositivo de formación de imágenes 28. Una ventaja adicional de esta característica: Los miembros de escaneo comúnmente usados que tienen una unidad de escaneo bidimensional que comprende dos espejos de escaneo espacialmente separados suelen provocar una distorsión óptica, que tiene que ser corregida. Al prescindir de una unidad de escaneo bidimensional, no es necesaria una corrección tal.

Otra ventaja de la capacidad de rotación del dispositivo de escaneo y enfoque 34 es que incluso fuera de trayectorias de escaneo focal discontinuas y/o discontinuamente diferenciables 46 como las mostradas en las Figuras 3 a 10 puede obtenerse una figura de escaneo focal rotacionalmente simétrica mediante la rotación del dispositivo de escaneo y enfoque 34.

Los ejemplos de trayectorias de escaneo focal 46 de las Figuras 3 a 10 comprenden dos secciones de trayectoria separadas 46a y 46b. Esto es: Un haz 36a (véase la Figura 2) desviado hacia el dispositivo de enfoque 40 bajo un ángulo de incidencia dentro de un primer intervalo de ángulos A sale del dispositivo de enfoque 40 desde una primera parte 52a (véase, por ejemplo, la Figura 6) de una superficie de salida 54 y se enfoca en una primera sección de trayectoria 46a. Un haz 36b (véase la Figura 2) desviado hacia el dispositivo de enfoque 40 bajo un ángulo de incidencia dentro de un segundo intervalo de ángulos B sale del dispositivo de enfoque 40 desde una segunda parte 52b (véase, por ejemplo, la Figura 6) de la superficie de salida 54 diferente de la primera parte 52a y se enfoca en una segunda sección de trayectoria 46b diferente de la primera sección de trayectoria 46a.

De acuerdo con los ejemplos mostrados en las Figuras 6 a 9, para la primera sección de trayectoria 46a una dirección de propagación (= eje del haz) 55a del haz enfocado 44a es independiente de una posición de salida del haz enfocado 44a del dispositivo de enfoque 40. Los haces 36a que salen de la primera porción 52a se enfocan por lo tanto en la primera sección de trayectoria 46a de tal manera que las direcciones de propagación (=ejes de los haces) 55a de los haces enfocados 46a son paralelas para todos los ángulos de incidencia dentro del primer intervalo A. Esto representa la realización de un diseño de formación de imágenes telecéntrico.

Como se muestra en las Figuras 6 a 10, para la primera sección de trayectoria 46a el eje del haz 55a del haz enfocado 46a se orienta perpendicular u ortogonalmente a la trayectoria de escaneo focal 46a. Los haces 46a que salen de la primera porción 52a a lo largo de su dirección de propagación 55a inciden en la primera sección de trayectoria 46a perpendicularmente. Un diseño de formación de imágenes tal tiene la ventaja de aumentar la relación señal-ruido de las imágenes de la primera sección de trayectoria 46a.

Ambas secciones de trayectoria 46a, 46b pueden ser llanas/planas, véase, por ejemplo, la Figura 9. Alternativamente, una sección de trayectoria 46a puede estar combada/curvada, mientras que otra sección de trayectoria 46b puede ser lisa/plana, véase, por ejemplo, la Figura 10. Todavía alternativamente, ambas secciones de trayectoria 46a, 46b pueden estar combadas/curvadas (no mostrado).

Como se muestra en la Figura 9, un ángulo de convergencia del haz enfocado 46 es diferente para unos diferentes de la pluralidad de secciones de trayectoria 46a, 46b. El ángulo de convergencia 5a de los haces 44a que salen de la primera parte 52a es mayor que el ángulo de convergencia 5b de los haces 44b que salen de la segunda parte 52b. Los ángulos de convergencia 5a, 5b para cada sección de trayectoria 46a, 46b pueden por lo tanto adaptarse de manera que los respectivos focos 42a, 42b tengan diferentes tamaños de punto. Esto permite la realización de diferentes resoluciones laterales de las imágenes de los diferentes tramos de trayectoria 46a, 46b y/o la adaptación de la profundidad de la imagen Da, Db para las diferentes secciones de trayectoria 46a, 46b como se indica en la Figura 9. La resolución axial puede mantenerse igual para todos los tramos de trayectoria 46a, 46b diferentes, ya que la resolución axial depende únicamente de la longitud de coherencia del haz 36 emitido por la fuente de luz idéntica 14.

Alternativamente, el ángulo de convergencia de los haces enfocados 44 también puede ser constante para la pluralidad de tramos de trayectoria 46a, 46b, véanse, por ejemplo, las Figuras 6, 7, 8 y 10. En este caso, también la resolución lateral se mantiene constante para la pluralidad de secciones de trayectoria 46a, 46b.

Como se muestra en las Figuras 3 a 7, las diferentes secciones de trayectoria 46a, 46b pueden adaptarse a diferentes contornos de las estructuras de la muestra, como, en el caso de un ojo, la córnea, el cristalino humano, el iris o similares, o a diferentes interfaces desplazadas a lo largo del eje óptico del ojo, relacionándose así con diferentes profundidades del mismo. Esto es posible ya que la trayectoria de escaneo focal 46 no debe tener necesariamente ninguna simetría, sino que puede ser arbitrariamente compleja, y la característica de capacidad de rotación del dispositivo de formación de imágenes 28 "restablece" la simetría de rotación para la figura de escaneo focal.

Como se muestra en las realizaciones de las Figuras 2, 11 y 12, el dispositivo de enfoque 40 comprende una lente radialmente asimétrica 56 y un espejo radialmente asimétrico 57 para realizar los diseños mencionados de las trayectorias de escaneo focal 46, 46a, 46b. Además, el dispositivo de enfoque 40 comprende un espejo plegable 58 dispuesto en una primera ruta óptica 59a y una segunda ruta óptica 59b. La primera ruta óptica 59a discurre entre el miembro de escaneo 38 y la primera sección de trayectoria 46a y representa todas las rutas recorridas por los haces 36a dentro del primer intervalo de ángulos A. La segunda ruta óptica 59b discurre entre el miembro de escaneo 38 y la segunda sección de trayectoria 46b y representa todas las rutas recorridas por los haces 36b dentro del segundo intervalo de ángulos B. El espejo plegable 58 permite un diseño compacto del ensamblaje de escaneo y enfoque 34. Esto es: La primera y la segunda rutas ópticas 59a, 59b del haz 36, 44 de radiación de formación de imágenes están asociadas a la primera y la segunda secciones de trayectoria 46a, 46b de la ruta de escaneo focal 46, respectivamente.

Como se muestra en la realización de la Figura 12, el ensamblaje de escaneo y enfoque 34 comprende un ajustador de longitud de ruta óptica 60 dispuesto en la segunda ruta óptica 59a, que ajusta la diferencia de longitud de ruta óptica entre la primera ruta óptica 59a y la segunda ruta óptica 59b. Esto permite compensar las diferencias de longitud de la ruta óptica. Alternativa o adicionalmente, como ya se ha dicho anteriormente, un ajustador de la longitud de la ruta óptica 60' también puede estar dispuesto en la ruta de referencia 18, véase la Figura 1.

Como se muestra en las realizaciones de las Figuras 11 y 12, el ensamblaje de escaneo y enfoque 34 comprende un ajustador de dispersión 62 dispuesto en la primera ruta óptica 59a, que ajusta una dispersión cromática de la primera ruta óptica 59a con respecto a una dispersión cromática de la segunda ruta óptica 59b. Esto permite la compensación de las diferentes dispersiones cromáticas. Alternativa o adicionalmente, puede disponerse un ajustador de dispersión 62' en la ruta de referencia 18, véase la Figura 1.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de formación de imágenes (28) que comprende:

una base (30) que define un eje de rotación (32);

un ensamblaje de escaneo y enfoque (34) acoplado a la base (30) para girar en torno al eje de rotación (32); y una unidad de direccionamiento (50) para dirigir rotacionalmente el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) en torno al eje de rotación (32);

en donde el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) incluye:

un dispositivo de enfoque (40) para enfocar un haz (36, 36a, 36b) de radiación de formación de imágenes para producir un haz enfocado (44, 44a, 44b) de radiación de formación de imágenes que tiene un foco (42, 42a, 42b), en donde el dispositivo de enfoque (40) comprende al menos un espejo radialmente asimétrico (57) y/o al menos una lente radialmente asimétrica (56);

un miembro de escaneo (38) para escanear el haz (36, 36a, 36b) de radiación de formación de imagen; y un controlador (45) acoplado a la unidad de direccionamiento (50) y al miembro de escaneo (38) y configurado para controlar el miembro de escaneo (38) para provocar el movimiento del foco (42) a lo largo de una trayectoria predeterminada (46) con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque (34);

en donde la trayectoria predeterminada (46) comprende una pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), en donde, para al menos una primera sección de la pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), una dirección de propagación del haz enfocado de radiación de formación de imágenes es independiente de una posición de salida del haz enfocado de radiación de formación de imágenes del dispositivo de enfoque (40), mientras que, para al menos una segunda sección de la pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), un eje del haz del haz enfocado de radiación de formación de imágenes está orientado perpendicular u ortogonalmente a la trayectoria.

2. El dispositivo de formación de imágenes (28) de la reivindicación 1, en donde el controlador (45) está configurado para controlar la unidad de direccionamiento (50) para dirigir el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) a cada una de una pluralidad de posiciones rotacionales diferentes con respecto a la base (30) y para controlar el miembro de escaneo (38) para mover el foco (42) a lo largo de la trayectoria predeterminada (46) con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque (34) en cada posición de rotación diferente del ensamblaje de escaneo y enfoque (34).

3. El dispositivo de formación de imágenes (28) de la reivindicación 1 o 2, en donde el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) está montado para girar con respecto a la base (30) al menos 180 grados y, preferentemente, sustancialmente 360 grados.

4. El dispositivo de formación de imágenes (28) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria predeterminada (46) es libre de simetría axial.

5. El dispositivo de formación de imágenes (28) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) está diseñado para el escaneo unidimensional.

6. El dispositivo de formación de imágenes (28) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria predeterminada (46) comprende una pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), en donde, para al menos una de la pluralidad de secciones de trayectoria (46a), un eje del haz (55a) del haz enfocado (46a) de radiación de formación de imágenes está orientado perpendicularmente a la trayectoria (46a).

7. El dispositivo de formación de imágenes (28) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria predeterminada (46) comprende una pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), en donde un ángulo de convergencia (5a, 5b) del haz enfocado (44a, 44b) de radiación de formación de imágenes es diferente para diferentes de la pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b).

8. El dispositivo de formación de imágenes (28) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) incluye un ajustador de la longitud de la ruta óptica (60) para ajustar una diferencia de longitud de la ruta óptica entre la primera y la segunda rutas ópticas (59a, 59b) del haz (36, 36a, 36b) de radiación de formación de imágenes asociado a la primera y la segunda secciones (46a, 46b) de la trayectoria predeterminada (46), respectivamente.

9. El dispositivo de formación de imágenes (28) de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) incluye un ajustador de dispersión (62) para ajustar una dispersión cromática de una primera ruta óptica (59a) del haz (36, 36a) de radiación de formación de imágenes asociado a una primera sección (46a) de la trayectoria predeterminada (46) con respecto a una dispersión cromática de una segunda ruta óptica (59b) del haz (36, 36b) de radiación de formación de imágenes asociado a una segunda sección (46b) de la trayectoria predeterminada (46).

10. Un aparato de tomografía de coherencia óptica (10) que comprende:

una fuente (14) para emitir luz coherente; un dispositivo de formación de imágenes de acuerdo con la reivindicación 1;

un divisor de haz (16) que define una ruta de referencia (18) y una ruta de muestra (20), acoplando el divisor de haz (16) la luz emitida desde la fuente (14) a la ruta de referencia (18) y a la ruta de muestra (20) y superponiendo la luz de retorno de la ruta de referencia (18) y de la ruta de muestra (20); y

un detector (24) para medir una intensidad de la luz superpuesta.

11. Un método de formación de imágenes de un ojo humano (12) usando tomografía de coherencia óptica, comprendiendo el método las etapas de:

proporcionar un ensamblaje de escaneo y enfoque (34) que se soporta para girar en torno a un eje de rotación (32); enfocar un haz (36, 36a, 36b) de radiación de formación de imágenes OCT sobre el ojo (12) usando el ensamblaje de escaneo y enfoque (34), en donde el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) comprende un dispositivo de enfoque (40) con al menos un espejo radialmente asimétrico (57) y/o al menos una lente radialmente asimétrica (56); girar el ensamblaje de escaneo y enfoque (34) a cada una de una pluralidad de posiciones de rotación diferentes; en cada posición de rotación diferente del ensamblaje de escaneo y enfoque (34), escanear el haz (36, 36a, 36b) de radiación de formación de imágenes OCT para mover, de esta manera, un foco (42, 42a, 42b) del haz (36, 36a, 36b) de radiación de formación de imágenes OCT a lo largo de una trayectoria predeterminada (46) con respecto al ensamblaje de escaneo y enfoque (34);

en donde la trayectoria predeterminada (46) comprende una pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), en donde, para al menos una primera sección de la pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), una dirección de propagación del haz enfocado de radiación de formación de imágenes es independiente de una posición de salida del haz enfocado de radiación de formación de imágenes del dispositivo de enfoque (40), mientras que, para al menos una segunda sección de la pluralidad de secciones de trayectoria (46a, 46b), un eje del haz del haz enfocado de radiación de formación de imágenes está orientado perpendicular u ortogonalmente a la trayectoria.

12. El método de la reivindicación 11, en donde la etapa de escaneo consiste en escanear el haz (36, 36a, 36b) de radiación de formación de imágenes OCT a lo largo de una ruta de escaneo lineal.