KR101919957B1 - 순간적 시간 영역 광 간섭 단층 촬영 - Google Patents
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Abstract
순간적 시간 영역 광 간섭 단층 촬영(iTD-OCT)을 위한 방법 및 시스템은 산란 특성을 갖거나 적어도 부분적으로 반사성인 샘플에 대한 축방향으로의 순간적인 광학적 깊이 프로파일을 제공한다. iTD-OCT 기구는 내부 광축 및 검출기 픽셀의 어레이를 갖는 분광분석 검출기를 포함한다. 고정된 광로 길이를 갖는 기준 빔은 샘플로부터 후방 산란된 광자를 포함하는 측정 빔과 광축을 따라 중첩된다. 검출기 픽셀은 기준 빔으로부터의 광자와 측정 빔으로부터의 광자 사이의 광로 길이 차이로 인해 분광분석 검출기 내에서 발생하는 시간 영역 간섭 패턴을 캡쳐한다. iTD-OCT 기구는 가동 부품을 갖지 않는 강인한 고체-상태 장치로서 구현될 수 있다.
Description
본 개시는 분광분석(spectroscopic) 기구 및 방법에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 순간적 시간 영역 광 간섭 단층 촬영(instantaneous time domain optical coherence tomography; iTD-OCT) 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광 간섭 단층 촬영(OCT)은 광에 대해 적어도 부분적으로 반사성인 샘플 재료의 구조적 검사를 위한 간섭 분석 기술이다. OCT에서, 광은 샘플 재료와 상호작용하는 기준 빔(reference beam)과 샘플 빔(sample beam) 사이에서 생기는 광 간섭에 기초하여 거리 및 깊이 프로파일을 측정하는데 사용된다.
샘플 재료는 광 굴절률이 변하는 내부 계면 또는 다른 특징부를 포함하기 때문에, 샘플 빔으로부터의 입사광의 일부분은 재반사되거나 후방 산란되고, 기준 빔과 중첩하여 OCT 기구에서의 간섭 검출에 사용될 수 있다. 샘플 재료는 일반적으로 OCT 기구에 의해 사용된 광 파장에 대한 투명도를 나타내는 임의의 샘플 물체 또는 그 일부분일 수 있다. OCT는 굴절률 변화와 연관된 비교적 복잡한 외부 및 내부 조직을 포함하는 샘플 재료를 분석하는 것이다. 예를 들면, OCT 분석을 위한 샘플 재료는 그 재료들 중에서도 투명한 플라스틱 또는 생체 조직을 포함할 수 있다.
상업적인 진단 및 임상 OCT 기구는 생체 조직의 생체내 이미징 및, 특히 인간 눈 내의 미세 조직의 이미징을 위해 개발되었다. 구체적으로, OCT 기구는 인간 눈의 상이한 섹션의 기하학적 및 광학적 특성을 측정하는데 사용된다. 이와 같은 OCT 분석에 의해 제공된 기하학적 및 광학적 특성은 안과적 건강 상태를 진단하고 적합한 치료 계획을 개발하기 위해 환자 개인 눈의 생체역학적 또는 생리학적 모델링을 가능하게 한다. 환자에 대한 입사광 적용의 용이성뿐만 아니라, 다른 방법에 비하여 OCT에 의해 제공된 비교적 높은 축방향 분해능을 갖는 생체 조직을 산란함에 있어서의 비교적 큰 투과 깊이 때문에, OCT는 안과학에서의 다양한 응용에 대한 유효한 기능적 이미징 기술이다. 특히, OCT는 많은 눈 질환의 발병의 조기 검출에 사용될 수 있다. 예를 들면, 각막은 OCT에 의한 측정 및 분석에 매우 적합하며, OCT는 각막과 연관된 다양한 생체 조직을 분석하는 데 널리 사용되고 있다.
통상의 OCT 기구는 상이한 원리에 따라 작동하는데, 이와 같은 원리 각각은 특정의 기능적 또는 상업적 측면에서 특히 제한될 수 있다. 입사광 빔에 대한 축(Z)방향으로 샘플 재료의 일차원(1D)의 광학적 깊이 프로파일('A-스캔'이라고 칭함)을 얻기 위해 상이한 방법을 사용하여 작동하는 특정 타입의 OCT 기구의 작동이 하기에서 보다 상세하게 제시된다. 다양한 타입의 OCT 기구가 또한, 이차원(2D) 및 삼차원(3D) 이미지 데이터를 얻기 위해 측방향으로(즉, X 및 Y 방향으로) 기계적으로 스캐닝될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
OCT의 하나의 구현예는 광대역 저간섭성 광원이 간섭적으로 중첩되는 기준 빔 및 샘플 빔으로 분할되는 시간 영역 OCT(TD-OCT)이다. TD-OCT에서, 기준 빔의 광로 길이는, 샘플 재료의 광학적 깊이 프로파일을 얻기 위해, 샘플 빔의 입사광의 측정 깊이에 대응하여 축방향으로 일시적으로 변조된다. 따라서, TD-OCT에서, 축방향 깊이 스캐닝은 기준 빔 편광 장치(예를 들면, 기준 빔 미러)의 주기적인 이동을 사용하여 수행되는 한편, 중첩된 기준-변조 빔의 강도(즉, 인터페로그램(interferogram))는 단일-채널 광 강도 검출기(즉, 광검출기(photodetector))를 사용하여 캡쳐된다. 따라서, 비교적 간단하게 구성된 검출기를 갖지만, TD-OCT 기구는 여전히 기준-변조 스캐닝 절차로 작동하며, 이것은 비용 및 복잡성을 부가하고 이미징 목적을 위한 작동을 비교적 느리게 할 수 있다.
OCT 기구의 다른 구현예는 스펙트럼 영역 OCT(SD-OCT) 및 스윕 소스(swept source) OCT(SS-OCT)를 포함하는 주파수 영역 OCT(FD-OCT)(또한 때때로 푸리에 영역 OCT라고도 칭함)를 포함한다. FD-OCT 기구는 상이한 축방향 깊이에서 샘플 재료 내의 물리적 특징부와 샘플 빔의 상호작용(즉, 후방 산란)으로부터 생기는 인터페로그램의 주파수 정보에 기초하여 작동한다. 따라서, 축방향으로의 광학적 깊이 프로파일(즉, A-스캔)을 얻기 위해서, 푸리에 변환은 FD-OCT에서의 인터페로그램 신호에 대해 수행된다. 또한, 기준 광로 길이의 변조가 FD-OCT에서 생략되기 때문에, 고정된 기준 빔을 갖는 FD-OCT 기구는 가동 광학 부품을 생략할 수 있고, 이에 의해 일시적으로 안정한 측정 감도로 A-스캔의 신속한 수집을 가능하게 한다.
SD-OCT에서, 광대역 저간섭성 광원이 전형적으로 이용되는 한편, 검출기는 인터페로그램의 주파수 정보를 분해하는 분광기(spectrometer)를 포함한다. 따라서, SD-OCT 기구는 비교적 신속한 이미징을 가능하게 할 수 있지만, 비교적 높은 비용 및 큰 물리적 치수를 야기하는 정렬-민감성 카메라 장치를 갖는 비교적 고가의 분광기를 포함할 수 있다. SS-OCT에서, 협대역 고간섭성 광원(즉, 조정 가능한 레이저(tunable laser))은 원하는 주파수 대역에 걸쳐서 조정되는 한편, 광검출기는 광원 조정과 협력하여 주파수 대역에 걸쳐서 인터페로그램을 취득하는데 사용된다. 따라서, SS-OCT 기구는 높은 감도 및 비교적 낮은 비용 검출기로 비교적 신속한 이미징을 가능하게 할 수 있지만, 원하는 것보다 열등한 축방향 또는 측방향 이미징 분해능을 가질 수 있다.
일 양태에 있어서, 시간 영역 광 간섭 단층 촬영을 수행하기 위한 개시된 방법은, 샘플 빔 및 기준 빔을 발생시키는 단계, 및 기준 빔을 고정된 광로를 따라 정재파 도파관 분광기(standing waveguide spectrometer)의 광축으로 전파하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 샘플 빔을 샘플로 전파하는 단계를 포함한다. 샘플 빔의 일부분은 샘플에 의해 후방 산란되어 측정 빔이 야기될 수 있다. 상기 방법은 측정 빔을 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파하는 단계, 및 정재파 도파관 분광기로부터 간섭 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 간섭 신호는 정재파 도파관 분광기 내에서의 기준 빔과 측정 빔 사이의 광 간섭을 나타낼 수 있다.
특정 실시예에서, 상기 방법은 샘플의 광학적 깊이 프로파일을 생성하도록 간섭 신호를 처리하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 샘플을 나타내는 이미지 데이터를 생성하도록 샘플을 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 샘플 빔은 샘플에서 상이한 측방향 위치로 지향될 수 있는 반면, 광학적 깊이 프로파일은 각각의 측방향 위치에서 생성된다.
개시된 다른 양태에 있어서, iTD-OCT를 수행하기 위한 측정 기구는 광원, 및 이 광원으로부터의 광을 샘플 빔 및 기준 빔으로 분할하는 빔 스플리터(beam splitter)를 포함한다. 측정 기구는 광축을 갖는 정재파 도파관 분광기를 포함하는 검출기를 포함할 수 있다. 기준 빔은 빔 스플리터로부터 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파될 수 있다. 샘플 빔은 샘플로 전파될 수 있고, 샘플 빔의 일부분은 샘플에 의해 후방 산란되어 측정 빔을 야기한다. 측정 빔은 샘플로부터 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파될 수 있다. 정재파 도파관 분광기는 정재파 도파관 분광기 내에서의 기준 빔과 측정 빔 사이의 광 간섭을 나타내는 간섭 신호를 생성할 수 있다.
특정 실시예에서, 광 간섭은 정재파 도파관 분광기 내에서 제1 폭에 걸쳐서 일어나고, 그에 따라 제1 폭은 샘플 내에의 샘플 빔의 투과 깊이에 선형적으로 대응한다. 측정 빔은 투과 깊이 내에서 샘플에 의해 후방 산란된 광자를 포함할 수 있다. 간섭 신호는 정재파 도파관 분광기 내의 복수의 검출기 픽셀(detector pixel)에 의해 동시에 생성될 수 있고, 검출기 픽셀은 광 간섭에 민감하다.
일부 실시예에서, 측정 기구는 샘플의 광학적 깊이 프로파일을 생성하도록 간섭 신호를 처리하는 신호 처리 모듈을 추가로 포함할 수 있다. 기준 빔의 광로 길이는 간섭 신호가 처리될 때 고정된 채로 유지될 수 있다. 측정 기구는 샘플에서 상이한 측방향 위치로 샘플 빔을 지향시키는 스캐닝 요소를 추가로 포함할 수 있다. 광학적 깊이 프로파일은 각각의 측방향 위치에서 생성될 수 있다.
본 발명과, 그 특징 및 이점의 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부 도면과 함께 취해진 하기의 설명을 참조한다.
도 1은 TD-OCT 기구의 종래 기술의 블록도이고;
도 2는 iTD-OCT 기구의 실시예의 선택된 요소의 블록도이고;
도 3은 iTD-OCT 검출기의 실시예의 선택된 요소의 블록도이고;
도 4는 iTD-OCT를 수행하기 위한 방법의 선택된 요소의 흐름도이다.
도 1은 TD-OCT 기구의 종래 기술의 블록도이고;
도 2는 iTD-OCT 기구의 실시예의 선택된 요소의 블록도이고;
도 3은 iTD-OCT 검출기의 실시예의 선택된 요소의 블록도이고;
도 4는 iTD-OCT를 수행하기 위한 방법의 선택된 요소의 흐름도이다.
하기의 설명에 있어서, 개시된 요지의 설명을 용이하게 하기 위해 상세내용이 예로서 기술된다. 그러나, 당업자에게는, 개시된 실시예는 예시적인 것이고 모든 가능한 실시예를 총망라한 것이 아니라는 것이 명백할 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 참조 부호의 하이픈으로 연결된 형태는 요소의 구체적인 예를 지칭하고, 참조 부호의 하이픈이 붙지 않은 형태는 집합적 요소를 지칭한다. 따라서, 예를 들면, 장치 '12-1'은 장치 '12'로서 집합적으로 지칭될 수 있는 장치 부류의 예를 지칭하고, 이들 중 임의의 하나가 장치 '12'로서 총칭적으로 지칭될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 종래 기술의 도 1은 시간 영역 광 간섭 단층 촬영(TD-OCT) 기구(100)를 도시하는 블록도이다. TD-OCT 기구(100)는 일정한 비율로 도시되어 있지 않고, 개략적으로 표현되어 있다. 도시된 바와 같이, TD-OCT(100)는 인간 눈 및, 특히 인간 눈의 각막을 나타낼 수 있는 샘플(112)을 분석하는데 사용된다. 또한, TD-OCT(100)에서, 좌표계(120)는 샘플 빔(130)이 샘플(112)을 향해 축방향(Z)으로 전파되도록 샘플(112)에 대하여 Z로 축방향, 및 X 및 Y로 측방향을 규정한다.
도시된 바와 같이, TD-OCT(100)는 광원(102)을 포함하며, 이 광원(102)으로부터 저간섭성 소스 빔(123)이 발생되어 소스 광로(122)를 따라 도입된다. 소스 빔(123)은 소스 광로(122)를 따라 빔 스플리터(104)를 향해 전파된다. 빔 스플리터(104)는 기준 광로(124)를 따라 전파되는 기준 빔(134) 및 샘플 광로(128)를 따라 전파되는 샘플 빔(130)을 발생시킨다. 기준 빔(134)은 광로(124)를 따라 빔 스플리터(104)로부터 기준 미러(106)를 향해 전파된 후에, 빔 스플리터(104)로 다시 전파된다. 샘플 빔(130)은 샘플 광로(128)를 따라 스캐닝 미러(108)를 통해 샘플(112)을 향해 전파된다. 측정 빔(132)은 샘플 광로(128)를 따라 샘플(112)로부터 또한 스캐닝 미러(108)를 통해 전파된다.
빔 스플리터(104)로부터, 샘플 빔(130)은 샘플 광로(128)를 따라 전파되고, 스캐닝 미러(108)에서 샘플(112)을 향해 반사된다. 스캐닝 미러(108)는 샘플(112)에의 2D 또는 3D 스캐닝 작동을 위해 측방향(X 및 Y)으로의 스캐닝을 가능하게 하도록 기계적으로 틸팅(tilting)된다. 측정 빔(132)은 샘플(112)에 의해 후방 산란되고 스캐닝 미러(108)에서 반사된 후에 샘플 광로(128)를 따라 빔 스플리터(104)를 향해 다시 이동하는 광자(photon)를 포함한다.
빔 스플리터(104)에서, 기준 빔(134)은 측정 빔(132)과 중첩되고, 중첩된 빔은 검출 광로(126)를 따라 전파된다. 검출 광로(126)는 중첩된 기준 빔(134) 및 측정 빔(132)을 광검출기(110)를 향해 전파한다. 기준 빔(134)에 대한 광로 길이(빔 스플리터(104)로부터 기준 미러(106)로 빔 스플리터(104)로 광검출기(110)로 연장되는 전체 광로 길이)는 기준 미러(106)의 기계적인 변위에 의해 변조될 수 있다. 이와 같은 변조는 광학적 깊이 프로파일(즉, A-스캔)을 얻기 위해 샘플(112)을 축방향(Z)으로 스캐닝하는 것에 대응한다.
광로 길이 차이 때문에, 중첩된 기준 빔(134) 및 측정 빔(132)은 광검출기(110)를 향해 전파하는 검출 광로(126)를 따라 광학적으로 간섭한다. 광검출기(110)는 이 광검출기(110)에서 입사광 강도를 나타내는 전기 신호를 발생시키는 포토다이오드(photodiode) 또는 유사한 장치를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 광검출기(110)는 신호 조절(signal conditioning), 복조(demodulation), 디지털화 및 디지털 신호 처리를 위한 대응 회로를 포함할 수 있는 신호 처리 모듈(114)에 전기 신호를 출력한다. 신호 처리 모듈(114)은 TD-OCT(100)를 사용하여 취득된 1D, 2D 또는 3D 이미지 데이터를 나타낼 수 있는 이미지 데이터(116)를 생성한다.
작동시에, 기준 빔(134)에 대한 광로 길이와, 샘플 빔(130)과 측정 빔(132)을 합산한 광로 길이 사이의 광로 길이 차이는 기준 미러(106)에 의해 정밀하게 변조되고, 그에 따라 간섭 패턴은 검출 광로(126)를 따라, 특히 검출기(110)에서 발생한다. 측정 빔(132)이 샘플(112) 내의 후방 산란 요소로부터 생기기 때문에, 기준 미러(106)의 소정 위치에 대해 광검출기(110)에 도달하고 광검출기(110)에 의해 감지된 간섭 패턴 강도는 샘플(112)에서의 특정 분석 깊이에 정확하게 대응한다. 그러나, 기준 미러(106)의 기계적인 변위는, 특히 2D 및 3D 이미징 응용에 대해 TD-OCT(100)에 의해 달성 가능한 전체 스캐닝 속도를 제한하는 것을 포함하여, TD-OCT(100)의 작동의 다양한 측면에서 제한 요인이다.
이제 도 2를 참조하면, 순간적 시간 영역 광 간섭 단층 촬영(instantaneous time domain optical coherence tomography; iTD-OCT) 기구(200)의 실시예의 선택된 요소의 블록도가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, iTD-OCT 기구(200)는 인간 눈 및, 특히 인간 눈의 각막 또는 수정체를 나타낼 수 있는 샘플(212)을 분석하는 데 사용된다. iTD-OCT 기구(200)에서, 좌표계(220)는 샘플 빔(226)이 샘플(212)을 향해 축방향(Z)으로 전파되도록 샘플(212)에 대하여 Z로 축방향, 및 X 및 Y로 측방향을 규정한다. 상이한 실시예에서, 측방향(X 및 Y)에 대한 상이한 배향이 사용될 수 있다는 것이 주지된다.
도 2에서, iTD-OCT 기구(200)는, 종래 기술의 도 1에 대해 이전에 논의된 TD-OCT 기구(100)와 대조적으로, 기준 미러의 기계적인 변조에 의해 제한되지 않는 광학적 깊이 프로파일(A-스캔)의 초고속 신호 취득을 가능하게 하는 일 타입의 TD-OCT 기구를 나타낸다. 도시된 바와 같이, iTD-OCT 기구(200)는 기준 미러의 기계적인 이동을 제거하는 기준 빔(230)에 대한 고정된 기준 광로(222)를 사용하여 전체 A-스캔의 실질적으로 동시적인 캡쳐 및 측정을 가능하게 한다. A-스캔의 캡쳐 및 취득은 축(Z)방향으로의 전체적인 광학적 깊이 프로파일에 걸쳐서 샘플(212) 내의 모든 후방 산란 요소에 대한 간섭 신호를 순간적으로 캡쳐하는 분광분석 검출기에 의해 가능해진다. 도 2에 도시된 바와 같이, iTD-OCT 기구(200)는 분광분석 검출기를 위한 정재파 도파관 분광기(standing waveguide spectrometer)(210)를 포함한다. 다른 실시예에서, 다른 타입의 분광분석 검출기가 사용될 수 있다. 예를 들면, 정재파 도파관 분광기(210) 대신에, iTD-OCT 기구(200)는 주사 근접장 광학 현미경(scanning near-field optical microscope; SNOM) 센서 어레이와 함께 사용될 수 있다. SNOM 센서 어레이에서, 간섭 패턴과 연관된 소산장(evanescent field)은 매우 작은 직경을 갖는 일련의 광 섬유의 각각의 단부에 결합될 수 있고, 광검출기의 어레이를 사용하여 감지된다.
따라서, iTD-OCT 기구(200)는, 분광기를 갖는 SD-OCT 기구와 유사하게, 내부적으로 교정되고 광학적으로 조정된 채로 유지되는 기계적으로 안정되고 강인한 OCT 기구를 나타낼 수 있다. 또한, 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, iTD-OCT 기구(200)가 시간 영역 간섭에 기초하여 작동하기 때문에, 스펙트럼 정보의 푸리에 변환에 의한 후처리가 생략될 수 있어, 전체 A-스캔을 또한 동시에 취득하는 SD-OCT를 위한 필적하는 신호 처리 모듈에 비하여 신호 처리 모듈(214)을 실질적으로 가속화할 수 있다. 추가적으로, FD-OCT에 의해 수행되는 바와 같이, 파수(wavenumber)(k) 공간 내로의 원 센서 신호(raw sensor signal)의 선형화가 iTD-OCT에 의해 생략될 수 있다. iTD-OCT 기구(200)의 또 다른 이점은 단일의 콤팩트한 고체 상태 유닛(solid state unit) 내로의 다양한 구성요소의 소형화 및 통합화에 의해 실현될 수 있어, 다른 타입의 OCT 기구에 비하여 더욱 비용을 감소시키고 기능성을 향상시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 도 2의 iTD-OCT 기구(200)는 저간섭성 광원인 광원(202)을 포함한다. 광원(202)은 샘플 빔(226) 및 기준 빔(230)을 위한 단일 광원을 나타낸다. 따라서, 샘플 빔(226) 및 기준 빔(230) 모두에 대한 광로 길이는 간섭 목적을 위해 빔 스플리터(204)에서 시작한다. 다시 말해서, 빔 스플리터(204)는 샘플 빔(226) 및 기준 빔(230)에 의해 공유되는 광 개시점(optical start point)이다.
도 2에서, 샘플 빔(226)은 샘플 광로(224-1 및 224-2)를 따라 빔 스플리터(204)로부터 샘플(212)로 전파된다. 측정 빔(228)은 샘플 광로(224-1, 224-2 및 224-3)를 따라 샘플(212)로부터 정재파 도파관 분광기(210)로 전파된다. 샘플 빔(226)은 스캐닝 미러(218)에서 재지향되어 측방향(X 및 Y)으로의 샘플(212)의 스캐닝을 가능하게 한다. 이와 같은 스캐닝은 샘플 빔(226) 및 측정 빔(228) 내의 광자의 각각의 광로 길이를 실질적으로 변화시키지 않는다. 따라서, 샘플 광로(224)는 고정된 경로이다. 도 2에 도시된 예시적인 배열에서, 측정 빔(228)은 샘플(212)에 의해 후방 산란되고 광로(224-2)를 따라 부분 미러(205)를 향해 다시 이동하는 샘플 빔(226)으로부터의 광자를 포함한다. 측정 빔(228)은 광로(224-3)를 따라 부분 미러(205)로부터 정재파 도파관 분광기(210)의 제1 단부(211)로 전파된다.
도 2의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 기준 빔(230)은 기준 광로(222)를 따라 정재파 도파관 분광기(210)의 제2 단부(213)를 향해 전파된다. 기준 광로(222)는 고정된 광로이고, 광로(222-1, 222-2 및 222-3)를 포함한다. 고정 미러(206-1)는 기준 빔(230)을 광로(222-1)로부터 광로(222-2)로 전환시킨다. 고정 미러(206-2)는 기준 빔(230)을 광로(222-2)로부터 광로(222-3)로 전환시킨다. 다른 실시예에서, 기준 광로(222)에 대한 상이한 배열이 사용될 수 있다는 것이 주지된다.
따라서, 측정 빔(228)은 정재파 도파관 분광기(210)의 제1 단부(211)로 입사하고, 기준 빔(230)은 정재파 도파관 분광기(210)의 제2 단부(213)로 입사한다. 정재파 도파관 분광기(210) 내에서는, 기준 빔(230) 및 측정 빔(228)이 도 2에 도시된 예시적인 배열에서 반대 방향으로 전파되면서 중첩된다. 다른 배열에서, 기준 빔(230) 또는 측정 빔(228)에 대한 상이한 전파 방향이 사용될 수 있다.
정재파 도파관 분광기(210) 내에서 중첩된 빔에 대해, 방정식 1에 의해 주어진 광로 길이 등식은 빔들 사이의 광로 길이 차이가 제로일 때의 조건을 규정한다.
LSamp = LRef 방정식 (1)
방정식 1에서, LSamp는 샘플 빔(226) 및 측정 빔(228)에 대한 광로 길이의 합으로 주어진, 샘플 광로(224)에 걸친 전체 광로 길이이다. LRef는 기준 빔(230)의 광로 길이로 주어진, 기준 광로(222)에 걸친 전체 광로 길이이다. 방정식 1은, 방정식 2에 의해 주어진 바와 같이, 도 2에 도시된 광로 길이의 측면에서 기술될 수 있다.
L1 + 2*L2 + L3 = L4 + L5 + L6 방정식 (2)
방정식 2에서, L1은 광로(224-1)를 따라 전파되는 샘플 빔(226)의 광로 길이이다. L2는 광로(224-2)를 따라 전파되는 샘플 빔(226)의 광로 길이이다. L3은 광로(224-3)를 따라 전파되는 측정 빔(228)의 광로 길이이다. L4는 광로(222-1)를 따라 전파되는 기준 빔(230)의 광로 길이이다. L5는 광로(222-2)를 따라 전파되는 기준 빔(230)의 광로 길이이다. L6은 광로(222-3)를 따라 전파되는 기준 빔(230)의 광로 길이이다.
도시된 바와 같이, 광로(224-3 및 222-3)는 정재파 도파관 분광기(210) 내의 공통 종단점에 대해 측정된다. 공통 종단점이 광로 길이 차이에 대한 영점(zero point)인 경우, (예를 들면, 간섭 패턴의 형태에서) 광 간섭은 정재파 도파관 분광기(210) 내의 영점에 인접하게 발생할 수 있다. 광 간섭을 유발하는 광로 길이 차이는 측정 빔(228) 내의 광자에 대한 광로 길이(L3)의 변동으로 인해 발생하고, 이와 같은 변동은 상이한 위치에 있는 샘플(212) 내의 반사 특징부로부터 야기된다. 따라서, 정재파 도파관 분광기(210) 내에서의 광 간섭은 샘플(212)의 반사 특징부에 대한 거리 및 강도 정보를 포함하고, 샘플(212)의 광학적 깊이 프로파일을 얻는데 사용된다.
정재파 도파관 분광기(210)는, 도 3에 대하여 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 광 간섭에 내부적으로 민감하고, 기준 빔(230)과 측정 빔(228) 사이의 광 간섭을 나타내는 간섭 신호를 생성할 수 있다. 간섭 신호는 이미지 데이터(216)를 생성하도록 간섭 신호를 처리하는 신호 처리 모듈(214)에 의해 수신된다. 신호 처리 모듈(214)에 의한 처리는 신호 조절(예를 들면, 증폭, 필터링, 윈도윙(windowing) 등), 복조, 디지털화 및 디지털 신호 처리를 포함할 수 있다. X 및 Y로의 측방향 스캔이 스캐닝 미러(218)와 같은 스캐닝 요소를 사용하여 iTD-OCT 기구(200)에 의해 수행되는 경우, 복수의 광학적 깊이 프로파일이 예를 들어, 샘플(212)의 스캐닝 라인(scanned line)에 걸쳐서 2D 이미지를 생성하도록 취득될 수 있다. 측방향 스캐닝이 복수의 스캐닝 라인에 걸쳐서 수행되는 경우, iTD-OCT 기구(200)는 3D 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 샘플(212)의 이미지 데이터(216)는 1D, 2D 또는 3D일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 신호 처리 모듈(214)이 데이터 처리 기능을 포함하는 경우, 신호 처리 모듈(214)은 프로세서 및 메모리 매체를 포함할 수 있으며, 메모리 매체는 이 메모리 매체에 대한 액세스를 갖는 프로세서에 의해 실행 가능한 명령어(즉, 실행 가능한 코드)를 저장한다. 프로세서는 iTD-OCT 기구(200) 또는 그 일부분이 본원에 설명된 기능 및 작동을 수행하게 하는 명령어를 실행할 수 있다. 본 개시의 목적을 위해, 메모리 매체는 적어도 하나의 기간 동안에 데이터 및 명령어를 저장하는 비일시적 컴퓨터-판독 가능 매체를 포함할 수 있다. 메모리 매체는 영구적 및 휘발성 매체, 고정식 및 제거형 매체, 및 자기 및 반도체 매체를 포함할 수 있다. 메모리 매체는, 제한 없이, 직접 액세스 기억 장치(예를 들면, 하드디스크 드라이브 또는 플로피 디스크), 순차 액세스 기억 장치(예를 들면, 테이프 디스크 드라이브), 콤팩트 디스크(CD), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), CD-ROM, 디지털 다기능 디스크(DVD), 전기적으로 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 비일시적 매체, 및 상기의 다양한 조합과 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.
도 2에서, iTD-OCT 기구(200)는 일정한 비율로 도시되어 있지 않고, 개략적으로 표현되어 있다. 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이 iTD-OCT 기구(200)에 대해 변형, 추가 또는 생략이 이루어질 수 있다. iTD-OCT 기구(200)의 구성요소 및 요소는, 본원에 설명된 바와 같이, 특정 응용에 따라 통합 또는 분리될 수 있다. 또한, iTD-OCT 기구(200)의 작동은 보다 많은 구성요소, 보다 적은 구성요소, 또는 다른 구성요소에 의해 수행될 수 있다.
iTD-OCT 기구(200)의 다양한 실시예 또는 배열에서, 빔의 상이한 구현, 레이아웃 및 전환이 사용될 수 있다는 것이 주지된다. 예를 들면, 광로(222 및 224)의 특정 부분은 광 섬유를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광로(222 및 224)의 특정 부분은 광 도파관을 포함할 수 있다. 광로(222 및 224)의 특정 부분은 진공, 자유 공간, 가스 환경 또는 대기와 같은 매체 내의 광로를 나타낼 수 있다. 주어진 실시예에서, 기준 빔(230) 및 측정 빔(228)은 정재파 도파관 분광기(210)에서 동일한 방향으로 일치할 수 있다. 다른 배열에서, 스캐닝 미러(218)가 생략될 수 있고, 다른 스캐닝 요소가 사용될 수 있다. 스캐닝 미러(218)를 대체하는 스캐닝 요소는 (압전-) 변형 가능 미러, 미세-전자-기계 시스템(micro-electro-mechanical system; MEMS), 디지털 마이크로-미러 장치(DMD), 액정 장치(LCD) 작동 요소, 광학 대물렌즈, 또는 이들의 다양한 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, iTD-OCT 기구(200)와 함께 포함된 광학 구성요소의 적어도 일부분은 소형화되어 비교적 적은 질량 및 외부 치수를 갖는 콤팩트 유닛 내로 조합될 수 있으며, 그에 따라 전체 콤팩트 유닛이 외부 스캐닝 요소에 의해 유지되고 샘플(212)에 대해 이동된다. 예를 들면, iTD-OCT 기구(200)의 특정 부분은 반도체 제조 기술을 사용하여 집적 회로로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 집적 회로는 스캐닝 요소를 포함할 수 있다. 또한, 좌표계(220)의 상이한 배향이 iTD-OCT 기구(200)의 특정 실시예에서 사용될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, iTD-OCT 검출기(300)의 실시예의 선택된 요소의 블록도가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, iTD-OCT 검출기(300)는, 도 2에 대하여 설명된 바와 같이, 정재파 도파관 분광기(210)를 포함한다. 특정 실시예에서, 정재파 도파관 분광기(210)는 정상파 적분형 푸리에 변환 분광기의 일 예이다. 도시된 바와 같이, 정재파 도파관 분광기(210)는 내부 도파관의 경로를 나타내는 광축(312)을 포함하며, 이 광축(312)을 따라 외부 빔이 제1 단부(211) 또는 제2 단부(213)로 도입된다. 광 빔(또는 빔의 중첩부)이 광축(312)을 따라 통과함에 따라, 정재파 도파관 분광기(210) 내에 일정한 간격으로 배치된 나노요소(nanoelement)는 광 빔과 연관된 소산(즉, 근접장)파와 상호작용한다. 소산파(evanescent wave)와 나노요소의 국소적인 상호작용은 광축(312)을 따른 픽셀(pixel)의 선형 어레이로서 도 3에 도시된 검출기 픽셀(310) 중 특정 픽셀에 의해 검출된다. 이와 같은 방식으로, 검출기 픽셀(310)은 정재파 도파관 분광기(210) 내에 생성된 소산파에 민감하다. 나노요소는 나노도트(nanodot)와 같은 나노입자일 수 있다. 검출기 픽셀(310)은 광 간섭 패턴으로부터 생기는 변동을 포함하는 극히 국소적인 광 강도 변동을 기록 및 캡쳐한다. 다양한 실시예에서, 정재파 도파관 분광기(210)는 약 30 ㎜까지의 전체 길이를 가질 수 있고, 서로 이격되어 있는 약 1 ㎛ 미만의 검출기 픽셀(310)의 간격을 가질 수 있다.
도 3에서는, 도 2의 iTD-OCT 기구(200)에 비하여 iTD-OCT의 약간 상이한 배열이 도시되어 있다. 도 3에서 설명의 명확화를 위해, 스캐닝 미러는 제거되어 있고, 광로(224-2)는 스캐닝을 위한 샘플 빔을 전환하지 않지만, 샘플(212)은 광로(224-2)에 수직하게 배열된다. 도 3에 도시된 배열이 외부 스캐닝 요소와 함께 사용된 iTD-OCT 기구(200)의 실시예를 나타낼 수 있다는 것이 주지된다. iTD-OCT 검출기(300)에서, 기준 빔(230)은 광로(222-3)를 따라 전파되고, 광축(312)을 따라 제2 단부(213)로 입사된다. 측정 빔(228)(설명의 명확화를 위해 도 3에 샘플 빔(226) 없이 도시됨)은 샘플(212)로부터의 후방 산란 광자를 포함하고, 광로(224-2) 및 광로(224-3)를 따라 전파된다. 제1 단부(211)에서, 측정 빔(228)은 광축(312)과 일치하고, 기준 빔(230)과 반대 방향으로 전파된다.
도 3에서, 샘플(212)에 대한 추가적인 상세내용이 도시되어 있다. 특히, 샘플(212)로부터의 후방 산란의 잠재적인 소스를 나타내는 예시적인 경계 층(A, B 및 C)이 도시되어 있고, 여기서 광자가 측정 빔(228) 내로 도입된다. 도시된 바와 같이, 경계 층(A 및 B)은 각막의 상부 및 하부 에지(상피(epithelium)(A) 및 내피(endothelium)(B))를 개략적으로 나타낼 수 있는 한편, 경계 층(C)은 수정체낭(lens capsule)의 전면을 개략적으로 나타낼 수 있다. 설명의 명확화를 위해 비교적 거친(coarse) 생체 조직 분해능이 도시되어 있지만, iTD-OCT 검출기(300)가 인간 눈 내의 미세 생체 조직의 분해능에 적합하다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, iTD-OCT 검출기(300)는 눈물막, 상피, 보우만막(Bowman's membrane), 각막기질(stroma), 데스메막(Descement's membrane) 및 내피와 같은 상이한 각막 층을 분해하는데 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, iTD-OCT 검출기(300)는 인간 각막기질 내의 섬유(fibril) 또는 미세섬유(microfibril)와 같은 각막내 층(intra-corneal layer) 생체 조직을 특성화 또는 분석하는 데 사용될 수 있다.
도 3에서, 측정 빔(228)이 입사 샘플 빔으로부터의 후방 산란된(즉, 반사된) 광자로 구성되기 때문에(도 2 참조), 경계 층(B 및 C)으로부터의 광자의 반사에 있어서의 시간 지연이 경계 층(A)에 대해 생긴다. 구체적으로, 경계 층(B)으로부터의 반사는 경계 층(A)에 대해 2*ΔtA-B만큼 지연되는 한편, 경계 층(C)으로부터의 반사는 경계 층(A)에 대해 2*ΔtA-B+2*ΔtB-C만큼 지연되며, 여기서 ΔtA-B는 경계 층(A)으로부터 경계 층(B)으로의 광에 대한 시간 지연에 대응하고, ΔtB-C는 경계 층(B)으로부터 경계 층(C)으로의 광에 대한 시간 지연에 대응한다. 따라서, 측정 빔(228)은, 경계 층(A, B 및 C)이 샘플 빔을 후방 산란하는 정도까지는, 경계 층(A)에 대한 경계 층(B 및 C)에 관하여 설명된 각각의 시간 지연으로 반사된 광자를 포함할 것이다.
도 3에서, 측정 빔(228)과 기준 빔(230)의 중첩 때문에, 기준 빔 광자와 측정 빔 광자 사이의 광로 길이 차이로 인한 광 간섭이 발생할 것이다. 광 간섭은 경계 층(A, B 및 C)에서 기인하는 시간 지연에 대응하는 광축(312)을 따른 정확한 위치에서 발생할 것이다. 또한, 광 간섭은 검출기 픽셀(310)이 검출할 수 있는 점 확산 함수(point-spread function; PSF)의 대상인 간섭 패턴(314)으로서 나타날 수 있다. 도시된 바와 같이, 간섭 패턴(314-A)은 경계 층(A)과 연관되고, 간섭 패턴(314-B)은 경계 층(B)과 연관되며, 간섭 패턴(314-C)은 경계 층(C)과 연관된다. 도시된 바와 같이, 간섭 패턴(314-A 및 314-B)은 광축(312)을 따라 거리(Δz'A -B)만큼 분리되는 한편, 간섭 패턴(314-B 및 314-C)은 광축(312)을 따라 거리(Δz'B -C)만큼 분리되어 있다. 간섭 패턴(314)이 시간 영역 간섭으로 인해 발생하기 때문에, Δz'A-B는 ΔtA -B에 선형적으로 대응할 수 있는 한편, Δz'B -C는 ΔtB -C에 선형적으로 대응할 수 있다. 각각의 PSF는 검출기 픽셀(310) 중 특정 픽셀에 의해 간섭 패턴(314-A, 314-B 및 314-C)에 대한 각각의 강도 값(IA, IB 및 IC)으로서 기록된다. 광축(312)을 따른 검출기 픽셀(310)의 고정된 위치 때문에, 간섭 패턴(314-A, 314-B 및 314-C)은 PSF를 검출하는 검출기 픽셀(310) 중 특정 픽셀을 식별함으로써 Δz'A-B 및 Δz'B -C의 측정을 가능하게 한다. 이와 같은 방식으로, Δz'A -B 및 Δz'B -C와 함께 강도 값(IA, IB 및 IC)이 측정되어 샘플(212)에 대한 광학적 깊이 프로파일을 생성하는 데 사용된다.
iTD-OCT 검출기(300)의 작동시에, 도 3에 도시된 바와 같이, 샘플(212) 내에서의 축(Z)을 선형적으로 나타내는 광축(312)을 따른 축(Z')의 영점은 원하는 대로 조정될 수 있다. 기준 빔(230)이 iTD-OCT 기구(200)의 스캐닝 동안에 고정된 채로 유지되지만, 기준 빔(230) 또는 샘플 빔(226)은, 예를 들어 상이한 분석 깊이를 가능하게 하기 위해, 임의의 원하는 영점으로 교정될 수 있다. 따라서, 간섭하는 빔의 광로 길이가 동등한 축(Z')에 대한 원하는 영점은 정재파 도파관 분광기(210) 내에 있도록 교정될 수 있거나, 정재파 도파관 분광기(210) 외부에 있도록 교정될 수 있다. 축(Z')의 방향(320)이, 정재파 도파관 분광기(210)에 대해서, 기준 빔(230) 및 측정 빔(228) 중 하나의 전파 방향을 역전시킴으로써 역전될 수 있다는 것이 주지된다. 축(Z')의 영점은, iTD-OCT의 특정 응용에서 원하는 바와 같이, 정재파 도파관 분광기(210)의 특정 치수에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 축(Z')의 시간적 또는 공간적 교정이 각각의 검출기 픽셀(310)의 물리적 위치에 의해 결정되기 때문에, 교정은 본질적으로 안정하고, 시간 경과에 따라 일정하게 유지된다.
iTD-OCT 검출기(300)가 일정한 비율로 도시되어 있지 않고, 개략적으로 표현되어 있다는 것이 주지된다. 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이 iTD-OCT 검출기(300)에 대해 변형, 추가 또는 생략이 이루어질 수 있다. iTD-OCT 검출기(300)의 구성요소 및 요소는, 본원에 설명된 바와 같이, 특정 응용에 따라 통합 또는 분리될 수 있다. 또한, iTD-OCT 검출기(300)의 작동은 보다 많은 구성요소, 보다 적은 구성요소, 또는 다른 구성요소에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 특정 실시예에서, 복수의 정재파 도파관 분광기(210)가 병렬로 사용되어 복수의 A-스캔(즉, 라인 스캔)을 동시에 생성하고, 이에 의해 2D 또는 3D 이미지의 측정을 가속화할 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 본원에 설명된 바와 같이, iTD-OCT를 수행하기 위한 방법(400)의 실시예의 선택된 요소의 블록도가 흐름도 형태로 도시되어 있다. 방법(400)은 iTD-OCT 기구(200)(도 2 참조)에 의해 구현될 수 있다. 방법(400)에서 설명되는 특정 작동이 상이한 실시예에서 선택적일 수 있거나, 재배열될 수 있다는 것이 주지된다.
방법(400)은, 단계 402에서, 광원으로부터 샘플 빔 및 기준 빔을 발생시킴으로써 시작한다. 기준 빔은, 단계 404에서, 고정된 광로를 따라 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파된다. 샘플 빔은, 단계 406에서, 샘플로 전파되고, 그에 따라 샘플 빔의 일부분이 샘플에 의해 후방 산란되어, 측정 빔을 야기한다. 간섭 신호는, 단계 408에서, 정재파 도파관 분광기로부터 수신되고, 여기서 간섭 신호는 정재파 도파관 분광기 내에서의 기준 빔과 측정 빔 사이의 광 간섭을 나타낸다. 간섭 신호는, 단계 410에서, 샘플의 광학적 깊이 프로파일을 생성하도록 처리된다. 샘플은, 단계 412에서, 샘플을 나타내는 이미지 데이터를 생성하도록 스캐닝되고, 그에 따라 샘플 빔은 샘플에서 상이한 측방향 위치로 지향되고, 광학적 깊이 프로파일이 각각의 측방향 위치에서 생성된다.
본원에서 설명된 바와 같이, 순간적 시간 영역 광 간섭 단층 촬영(iTD-OCT)을 위한 방법 및 시스템은 산란 특성을 갖거나 적어도 부분적으로 반사성인 샘플에 대한 축방향으로의 순간적인 광학적 깊이 프로파일을 제공한다. iTD-OCT 기구는 내부 광축 및 검출기 픽셀의 어레이를 갖는 분광분석 검출기를 포함한다. 고정된 광로 길이를 갖는 기준 빔은 샘플로부터 후방 산란된 광자를 포함하는 측정 빔과 광축을 따라 중첩된다. 검출기 픽셀은 기준 빔으로부터의 광자와 측정 빔으로부터의 광자 사이의 광로 길이 차이로 인해 분광분석 검출기 내에서 발생하는 시간 영역 간섭 패턴을 캡쳐한다. iTD-OCT 기구는 가동 부품을 갖지 않는 강인한 고체-상태 장치로서 구현될 수 있다.
위에서 설명된 요지는 예시적인 것이고 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 하며, 첨부된 청구범위는 본 개시의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 모든 이와 같은 변형예, 개선예 및 다른 실시예를 커버하도록 의도된다. 따라서, 법에 의해 허용되는 최대 한도 내에서, 본 개시의 범위는 하기의 청구범위 및 그 등가물의 가장 넓게 허용가능한 해석에 의해 결정되어야 하고, 상기의 상세한 설명에 의해 제한되거나 한정되지 않을 것이다.
Claims (15)
- 시간 영역 광 간섭 단층 촬영을 수행하기 위한 방법으로서,
광 개시점을 공유하는 샘플 빔 및 기준 빔을 발생시키는 단계;
상기 기준 빔을 고정된 광로를 따라 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파하는 단계;
상기 샘플 빔을 샘플로 전파하는 단계 ― 상기 샘플 빔의 일부분이 상기 샘플에 의해 후방 산란되어 측정 빔을 야기함 ―;
상기 측정 빔을 상기 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파하는 단계 ― 상기 기준 빔 및 상기 측정 빔은 상기 광축을 따라 반대 방향들로 전파됨 ―; 및
상기 정재파 도파관 분광기로부터 간섭 신호를 수신하는 단계 ― 상기 간섭 신호는 상기 정재파 도파관 분광기 내에서의 상기 기준 빔과 상기 측정 빔 사이의 광 간섭을 나타냄 ― 를 포함하는, 시간 영역 광 간섭 단층 촬영의 수행 방법. - 제1항에 있어서,
상기 광 간섭은 상기 정재파 도파관 분광기 내에서 제1 폭에 걸쳐서 일어나고, 상기 제1 폭은 상기 샘플 내에의 상기 샘플 빔의 투과 깊이에 선형적으로 대응하며, 상기 측정 빔은 상기 투과 깊이 내에서 상기 샘플에 의해 후방 산란된 광자를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 광 개시점에 대한 상기 기준 빔의 광자와 상기 측정 빔의 광자 사이의 광로 길이 차이에 대한 영점은 상기 정재파 도파관 분광기 내에 있는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 간섭 신호는 상기 정재파 도파관 분광기 내의 복수의 검출기 픽셀에 의해 동시에 생성되고, 상기 검출기 픽셀은 상기 광 간섭에 민감한, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 샘플의 광학적 깊이 프로파일을 생성하도록 상기 간섭 신호를 처리하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 샘플을 나타내는 이미지 데이터를 생성하도록 상기 샘플을 스캐닝하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 샘플 빔은 상기 샘플에서 상이한 측방향 위치로 지향되고, 광학적 깊이 프로파일이 각각의 측방향 위치에서 생성되는, 방법. - 시간 영역 광 간섭 단층 촬영을 수행하기 위한 측정 기구로서,
광원으로부터의 광을 샘플 빔 및 기준 빔으로 분할하는 빔 스플리터; 및
광축을 갖는 정재파 도파관 분광기를 포함하는 검출기를 포함하며,
상기 기준 빔은 상기 빔 스플리터로부터 상기 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파되고,
상기 샘플 빔은 샘플로 전파되고, 상기 샘플 빔의 일부분이 상기 샘플에 의해 후방 산란되어 측정 빔을 야기하며, 상기 측정 빔은 상기 샘플로부터 상기 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파되고,
상기 기준 빔 및 상기 측정 빔은 상기 광축을 따라 반대 방향들로 전파되고,
상기 정재파 도파관 분광기는 광 간섭을 나타내는 간섭 신호를 생성하고, 상기 광 간섭은 상기 정재파 도파관 분광기 내에서 상기 기준 빔과 상기 측정 빔 사이에서 일어나는, 측정 기구. - 제7항에 있어서,
상기 광 간섭은 상기 정재파 도파관 분광기 내에서 제1 폭에 걸쳐서 일어나고, 상기 제1 폭은 상기 샘플 내에의 상기 샘플 빔의 투과 깊이에 선형적으로 대응하며, 상기 측정 빔은 상기 투과 깊이 내에서 상기 샘플에 의해 후방 산란된 광자를 포함하며,
상기 간섭 신호는 상기 정재파 도파관 분광기 내의 복수의 검출기 픽셀에 의해 동시에 생성되고, 상기 검출기 픽셀은 상기 광 간섭에 민감한, 측정 기구. - 제7항에 있어서,
상기 샘플의 광학적 깊이 프로파일을 생성하도록 상기 간섭 신호를 처리하는 신호 처리 모듈을 추가로 포함하고, 상기 기준 빔의 광로 길이는 상기 간섭 신호가 처리될 때 고정된 채로 유지되는, 측정 기구. - 제9항에 있어서,
상기 샘플에서 상이한 측방향 위치로 상기 샘플 빔을 지향시키는 스캐닝 요소를 추가로 포함하고, 광학적 깊이 프로파일이 각각의 측방향 위치에서 생성되는, 측정 기구. - 제10항에 있어서,
상기 신호 처리 모듈 및 상기 스캐닝 요소는,
상기 샘플의 스캐닝 라인에 걸쳐서 생성된 복수의 광학적 깊이 프로파일에 대응하는 이차원 이미지를 생성하기 위한 것, 및
복수의 상기 스캐닝 라인에 걸쳐서 생성된 복수의 광학적 깊이 프로파일에 대응하는 삼차원 이미지를 생성하기 위한 것인, 측정 기구. - 제7항에 있어서,
상기 정재파 도파관 분광기는 상기 광 간섭과 연관된 소산파에 민감한, 측정 기구. - 삭제
- 제7항에 있어서,
상기 기준 빔 및 상기 측정 빔은 상기 광축을 따라 동일 방향으로 전파되는, 측정 기구. - 시간 영역 광 간섭 단층 촬영을 수행하기 위한 측정 기구로서,
저간섭성 광을 발생시키는 광원;
상기 광원으로부터의 저간섭성 광을 샘플 빔 및 기준 빔으로 분할하는 빔 스플리터; 및
광축을 갖는 정재파 도파관 분광기를 포함하는 검출기를 포함하며,
상기 기준 빔은 상기 빔 스플리터로부터 상기 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파되고,
상기 샘플 빔은 샘플로 전파되고, 상기 샘플 빔의 일부분이 상기 샘플에 의해 후방 산란되어 측정 빔을 야기하며, 상기 측정 빔은 상기 샘플로부터 상기 정재파 도파관 분광기의 광축으로 전파되고,
상기 기준 빔 및 상기 측정 빔은 상기 광축을 따라 반대 방향들로 전파되고,
상기 정재파 도파관 분광기는 광 간섭을 나타내는 간섭 신호를 생성하고, 상기 광 간섭은 상기 정재파 도파관 분광기 내에서 상기 기준 빔과 상기 측정 빔 사이에서 일어나고,
상기 기준 빔의 광로 길이는 상기 간섭 신호가 생성될 때 고정된 채로 유지되고,
상기 광 간섭은 상기 정재파 도파관 분광기 내에서 제1 폭에 걸쳐서 일어나고, 상기 제1 폭은 상기 샘플 내에의 상기 샘플 빔의 투과 깊이에 선형적으로 대응하며, 상기 측정 빔은 상기 투과 깊이 내에서 상기 샘플에 의해 후방 산란된 광자를 포함하며,
상기 간섭 신호는 상기 정재파 도파관 분광기 내의 복수의 검출기 픽셀에 의해 동시에 생성되고, 상기 검출기 픽셀은 상기 광 간섭과 연관된 소산파에 민감한, 측정 기구.
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| RU205368U1 (ru) * | 2020-12-14 | 2021-07-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ТГТУ») | Устройство интраваскулярного зонда для совместного использования прицельной биопсии и оптической когерентной томографии |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090219543A1 (en) | 2005-08-08 | 2009-09-03 | Etienne Le Coarer | Contra-propagative wave spectograph |
| US20130077046A1 (en) | 2009-11-20 | 2013-03-28 | University Of Pittsburgh- Of The Commonwealth System Of Higher Education | Normalization of retinal nerve fiber layer thickness measurements made by time domain-optical coherence tomography |
| JP5447512B2 (ja) * | 2009-05-28 | 2014-03-19 | コニカミノルタ株式会社 | 光干渉断層画像取得装置及び光干渉断層画像取得装置に用いるプローブ |
| JP2014050761A (ja) * | 2007-05-02 | 2014-03-20 | Canon Inc | 画像形成装置及び画像形成方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2088904C1 (ru) * | 1993-03-10 | 1997-08-27 | Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) | Способ оптической томографии прозрачных материалов |
| RU2148378C1 (ru) * | 1998-03-06 | 2000-05-10 | Геликонов Валентин Михайлович | Устройство для оптической когерентной томографии, оптоволоконное сканирующее устройство и способ диагностики биоткани in vivo |
| DE19820295C1 (de) * | 1998-05-07 | 1999-12-09 | Bosch Gmbh Robert | Optisches Dämpfungsglied, Anordnung optischer Dämpfungsglieder und Verfahren zum Dämpfen der Intensität optischer Signale |
| US7382464B2 (en) * | 2005-01-20 | 2008-06-03 | Carl Zeiss Meditec, Inc. | Apparatus and method for combined optical-coherence-tomographic and confocal detection |
| WO2008115060A1 (en) * | 2007-03-20 | 2008-09-25 | Topcon Europe Medical Bv. | Apparatus and method for observing an eye, as well as oct-module |
| JP5448353B2 (ja) * | 2007-05-02 | 2014-03-19 | キヤノン株式会社 | 光干渉断層計を用いた画像形成方法、及び光干渉断層装置 |
| FR2940448B1 (fr) * | 2008-12-23 | 2011-10-14 | Continental Automotive France | Guide d'onde perfectionne et spectrometre associe embarque dans un vehicule automobile |
| WO2011004807A1 (ja) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 有機光電変換素子、それを用いた太陽電池および光センサアレイ |
| AU2011207444A1 (en) * | 2010-01-22 | 2012-08-09 | Duke University | Multiple window processing schemes for spectroscopic optical coherence tomography (OCT) and fourier domain low coherence interferometry |
| AU2011359149B2 (en) * | 2011-02-15 | 2015-05-14 | Alcon Inc. | Apparatus and method for optical coherence tomography |
| FR2976072B1 (fr) * | 2011-05-31 | 2014-09-12 | Commissariat Energie Atomique | Detecteur spectroscopique et detecteur de gaz incluant au moins un tel detecteur |
| US20130107274A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Tomophase Corporation | Optical imaging and mapping using propagation modes of light |
| CN103090808B (zh) * | 2013-01-22 | 2015-10-28 | 浙江大学 | 一种基于光谱位相的高精度大量程间距测量方法及系统 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090219543A1 (en) | 2005-08-08 | 2009-09-03 | Etienne Le Coarer | Contra-propagative wave spectograph |
| JP2014050761A (ja) * | 2007-05-02 | 2014-03-20 | Canon Inc | 画像形成装置及び画像形成方法 |
| JP5447512B2 (ja) * | 2009-05-28 | 2014-03-19 | コニカミノルタ株式会社 | 光干渉断層画像取得装置及び光干渉断層画像取得装置に用いるプローブ |
| US20130077046A1 (en) | 2009-11-20 | 2013-03-28 | University Of Pittsburgh- Of The Commonwealth System Of Higher Education | Normalization of retinal nerve fiber layer thickness measurements made by time domain-optical coherence tomography |
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