Система и способ для измерения внутренних размеров объекта с использованием оптической когерентной томографии

Система и способ для измерения внутренних размеров объекта с использованием оптической когерентной томографии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе и способу оптического измерения внутренних размеров объекта посредством оптической когерентной томографии (ОКТ). Исследуемый объект имеет внутренние границы раздела, на которых оптический показатель преломления изменяется, в результате чего часть падающего излучения отражается обратно и/или рассеивается в обратном направлении и может быть детектирована. В общем случае объектом может быть любой выбранный для измерения объект, по меньшей мере в части своего внутреннего объема по меньшей мере частично прозрачный для излучения с длинами волн в интервале, который содержит рабочую длину волны, используемую ОКТ-устройством для измерения внутренних размеров в данном объеме. Объект может содержать относительно сложные наружные и внутренние структуры, соотносящиеся с изменениями показателя преломления. Например, таким объектом может быть изготовленный из прозрачных пластиков объект, сложные внутренние структуры которого выполнены из пластиковых модификаций с различными показателями преломления, или образцы биологической ткани, такие как глаз (в частности человеческий).

Уровень техники

Известны применения ОКТ для оценки геометрических и оптических характеристик, в частности человеческого глаза, например, при его диагностике, в ходе которой измеряют эти характеристики в различных секциях глаза или для глаза в целом. Полученные результаты используют для получения модели индивидуального глаза пациента, на основании которой составляют оптимальную программу воздействия на данный глаз в ходе рефракционной хирургической операции, включая, например, коррекции рефракции посредством лазера. В настоящее время для получения точного диагноза геометрических и оптических характеристик глаза в различных частях, в том числе, например, роговичного и переднего сегментов (РПС) глаза и глаза в целом (к числу таких характеристик относятся осевая длина (далее - длина) глаза и геометрическая структура его задних участков, в частности сетчатки), приходится применять различные диагностические устройства, основанные на разных принципах измерения. Требуемая прецизионность, определяемая продольным разрешением Δz и поперечным разрешением Δх, различна для этих частей глаза. Например, продольное разрешение, характеризующее топографию и толщину РПС, применительно к обычным устройствам, находится в пределах примерно от 5 до 10 мкм, а для оптимального составления программы и априорного расчета коррекционной обработки рефракции желательно разрешение при соответствующих прецизионных измерениях менее 3 мкм, предпочтительно менее 1 мкм. С другой стороны, при оценивании длины глаза (в первую очередь, его осевой длины) и позиций главных границ раздела, изменяющих показатель преломления и распределенных по данной длине, требуемая точность, т.е. разрешение Δz, составляет всего лишь примерно 50 мкм или лучше. Обычно в оптической рефракционной хирургии глаза составление программы обработки основывается на индивидуальных измерениях посредством разных диагностических устройств, в которых могут быть использованы различные принципы измерений и вычислений. Из-за этого возникают проблемы при объединении измеренных данных, полученных от различных устройств, в единую модель индивидуального глаза и во время попыток выработать программу единой интегрированной обработки, например, план рефракционной хирургической операции. Кроме того, применение различных диагностических устройств занимает много времени, поскольку их используют последовательно и для каждого устройства может потребоваться специфическая настройка применительно к обследуемому глазу.

Например, в программах обработки, известных в рефракционной хирургии глаза, могут использоваться поставляемые заявителем данного изобретения различные диагностические устройства, в число которых входят:

- прибор, известный под торговой маркой Allegro Topolyzer, который применяется для получения топографии роговицы и, в первую очередь, ее передней поверхности, а также для оценки согласованности положения радужной оболочки, зрачка, лимба, верхней зоны и поверхностей задней камеры;

- прибор, известный под торговой маркой Allegro Oculyzer, который применяется для получения топографии передней и задней поверхностей роговицы, ее толщины, а также для определения некоторых геометрических параметров передней камеры глаза (например ее глубины);

- прибор, известный под торговой маркой Allegro Analyzer, который применяется для получения данных о совокупном волновом фронте, выявления возмущений глаза как единого целого, возникающих в результате индивидуальных аберраций таких зон, как, например, роговица, хрусталик и стекловидное тело, а также для получения оценки согласованности положения радужной оболочки, зрачка, лимба и кровеносных сосудов,

- прибор Allegro Biograph, предназначенный для определения толщины роговицы, осевой длины глаза как единого целого и размера, отвечающего толщине в других сечениях и элементах глаза (в том числе в передней камере и в хрусталике), а также для оценки согласованности положения зрачка, верхней зоны, радужной оболочки, лимба и кровеносных сосудов, и

- прибор Pachymeter, предназначенный для локального (т.е. точечного) измерения толщины в центре роговицы и определения глубины разрезов и толщины лоскута в связи с проведением операции LASIK (лазерный кератомилез in situ).

Сопоставимые устройства с соответствующими свойствами и ограничениями выпускаются также другими производителями и применяются в настоящее время для диагностики человеческого глаза и для составления программы его обработки (программы коррекции рефракции).

Известные диагностические устройства, предназначенные для проведения прецизионных измерений передней части глаза (в этой части находятся роговица, передняя камера, радужная оболочка, задняя камера и передняя поверхность хрусталика, см. фиг. 8) с требуемой точностью/разрешением, не способны измерять, кроме этого, например, суммарную длину глаза и топографию геометрии задней поверхности хрусталика, хотя эта топография требуется для вычисления суммарной рефракции глаза. Обычно данные, необходимые для такого вычисления, определяют итеративным образом, проводя расчеты на основе общей модели глаза, а затем сопоставляя полученные расчетные результаты с измеренными характеристиками волновых фронтов, распространяющихся по всему глазу и через него.

Примеры высокого качества изображения переднего сегмента, которое получено посредством ОКТ-устройства, формирующего изображение in vivo, описаны в публикациях "Anterior segment imaging with Spectral OCT system using a high-speed CMOS camera" (I. Grulkowski et al., OPTICS EXPRESS, 2009, Vol. 17, №6, p. 4842) и "Extended in vivo anterior eye-segment imaging with full-range complex spectral domain optical coherence tomography" (J. Jungwitrh et al., Journal of Biomedical Optics Letters, 2009, Vol. 14, №5). Еще один пример измерения переднего сегмента приведен в техническом описании устройства CASIA SS-1000, выпускаемого фирмой TOMEY.

Первый пример измерения суммарной осевой длины глаза для построения 3D томографической модели, соответствующий уровню техники, описан в публикациях "Three-dimensional ophthalmic optical coherence tomography with a refraction correction algorithm" (R.J. Zavadzki et al., SPIE proceedings, Vol. 5140) и "Iterative Berechnung von Ablationsprofilen in der Refraktiven Chirurgie" (Dr. H. P. Isell et al., Augenspiegel, 2008, Vol. 20, 07-08).

Приведенное обсуждение современного состояния оптических измерений внутренних размеров исследуемого объекта, имеющего внутренние границы раздела, на которых показатель преломления изменяется, было сосредоточено на конкретных приложениях, относящихся к диагностике глаза, однако, с такими же ограничениями и трудностями сталкиваются оптические исследования объектов других типов, упомянутых выше.

Раскрытие изобретения

С учетом перечисленных проблем, связанных с применением различных известных устройств для получения разных характеристик в разных внутренних объемах (именуемых далее частичными объемами, поскольку они представляют собой части объема объекта, такого как глаз), общая задача изобретения заключается в сокращении времени постановки диагноза и в уменьшении затрат, связанных с применением различающихся между собой диагностических устройств, а конкретной технической задачей является достижение адекватной точности (адекватного разрешения) измерения для различных частей глаза, позволяющей выполнить прецизионную индивидуализированную обработку с целью коррекции зрительной способности глаза пациента.

Согласно изобретению поставленная задача решается, в целом, посредством создания единой системы, позволяющей измерять и получать разные данные в ходе практически одной измерительной операции, например в ходе единственного диагностического обследования. Другими словами, даже если измеряют несколько параметров, пациент подвергается воздействию только одной измерительной процедуры. Изобретение предусматривает объединение различных ОКТ-устройств, предназначенных для решения различных измерительных задач, в том числе для измерения разных внутренних объемов, представляющих собой часть обследуемого объекта, с различными заданными уровнями разрешения/точности как в продольном, так и в поперечном направлениях.

В соответствии с формулой изобретения согласно его первому аспекту предлагается система, предназначенная для оптического измерения внутренних размеров объекта, имеющего внутренние границы раздела, на которых показатель преломления изменяется, в результате чего часть падающего излучения отражается обратно и/или рассеивается в обратном направлении и может быть детектирована. Измерение проводят посредством ОКТ, причем система содержит по меньшей мере одно первое ОКТ-устройство, выполненное с возможностью измерять внутренние размеры в первом частичном объеме.

Отличительной особенностью системы согласно изобретению является наличие по меньшей мере одного второго ОКТ-устройства, выполненного с возможностью измерять внутренние размеры во втором объеме, представляющем собой часть этого же объекта, причем второй объем по меньшей мере частично отличается от первого объема.

Комбинация первого и второго ОКТ-устройств в рамках единой системы позволяет измерять внутренние размеры в разных внутренних объемах исследуемого объекта с выбором различных заданных уровней точности, используемых единой системой, причем за меньший отрезок времени по сравнению с вариантом, в котором в ходе единой измерительной процедуры применяют два раздельных ОКТ-устройства.

Первый частичный объем может быть расположен вблизи передней стороны исследуемого объекта или непосредственно у этой стороны, которая, по существу, может быть обращена к системе. Второй объем может быть расположен вблизи задней стороны исследуемого объекта или непосредственно у этой стороны, причем данный объем может проходить, по существу, от передней стороны объекта до задней. Объектом может быть, в частности глаз, в частности человеческий. Измерение внутренних размеров в разных частичных объемах (конкретно - в частях глаза) посредством одной объединенной системы экономит время и облегчает измерение, а в случае обследования глаза уменьшает испытываемые пациентом болезненные ощущения.

Первое ОКТ-устройство может иметь первый канал сравнения и первый канал образца, а второе ОКТ устройство может иметь второй канал сравнения и второй канал образца, причем по меньшей мере одна из секций (частей) обоих каналов образца ориентирована в сторону указанного объекта. Предпочтительно, чтобы данные секции обоих каналов образца по меньшей мере частично совмещались в пространстве одна с другой. Более предпочтительно направить эти секции обоих каналов образца через общую оптическую систему. Направление обоих каналов образца в сторону одного образца и, в конечном счете, через общую оптическую систему, причем предпочтительно с частичным совмещением их в пространстве между собой, позволяет измерять разные особенности объекта, используя только одну механическую регулировку объекта относительно предлагаемой системы.

Предусмотрена возможность выполнить первое ОКТ-устройство с возможностью измерять первый частичный объем, расположенный вблизи передней стороны объекта или непосредственно у этой стороны. Такой объем может соотноситься, например, с роговичным и передним сегментами (РПС) глаза. Второе ОКТ-устройство можно выполнить с возможностью измерять длину глаза по направлению в глубину, например, длину второго частичного объема, в частности, суммарную длину от передней поверхности роговицы глаза до его сетчатки. Комбинация первого и второго ОКТ-устройств, решающих отличающиеся друг от друга измерительные задачи (измерение разных объемов), позволяет уменьшить затраты, сократить время и понизить объем измерительной работы по сравнению с процессами настройки и применения различающихся между собой измерительных устройств, измеряющих объект последовательно. В добавление к сказанному, комбинированное диагностическое ОКТ-устройство в ходе одной процедуры и с надлежащей точностью обеспечивает получение полного комплекта данных, необходимых для вычисления свойств глаза в целом, определяющих его способность формировать изображения.

Предусмотрена возможность выполнить первое и второе ОКТ-устройства с возможностью испускать соответственно первый и второй пучки, каждый из которых фокусируется соответственно с заданными первым и вторым фокусными расстояниями, из которых первое может быть короче второго. Это позволяет измерять выбранные внутренние объемы, различающиеся между собой и расположенные на разной глубине относительно передней поверхности объекта.

Первое ОКТ-устройство (ОКТ1) выполнено с возможностью испускать первый пучок (В1) первого излучения и имеет первое продольное разрешение (Δz1∞(λ1)²/Δλ1), задаваемое длинами волн первого излучения, находящимися в первом интервале длин волн, заданном первой рабочей длиной волны (λ1) и первой шириной полосы (Δλ1), второе ОКТ-устройство (ОКТ2) выполнено с возможностью испускать второй пучок (В2) второго излучения и имеет второе продольное разрешение (Δz2^∞(λ2)²/Δλ2), задаваемое длинами волн второго излучения, находящимися во втором интервале длин волн, заданном второй рабочей длиной волны (λ2) и второй шириной полосы (Δλ2), причем первое продольное разрешение (Δz1) выше, чем второе продольное разрешение (Δz2). Можно выбрать первое продольное разрешение лучше 5 мкм, а второе продольное разрешение лучше 15 мкм. Желательно, чтобы первая ширина полосы могла быть больше примерно 100 нм, а вторая - меньше примерно 20 нм. Еще более желательна возможность выбрать первую рабочую длину волны в интервале примерно 700-1350 нм, предпочтительно примерно 700-900 нм, более предпочтительно примерно 750-850 нм, конкретно примерно 820 нм, при том что первая ширина полосы может составлять примерно 100-200 нм. Вторую рабочую длину волны можно выбрать в интервале примерно 600-1000 нм, предпочтительно примерно 620-750 нм, в альтернативном варианте примерно 800-1000 нм, а конкретно - примерно 700 нм, при том что вторая ширина полосы может составлять примерно 5-10 нм. Использование различных продольных разрешений при измерении разных внутренних размеров и разных частичных объемов позволяет сократить время измерения, а также уменьшить объемы данных и понизить требования к хранению этих объемов в тех случаях, когда для более мелких размеров требуется более высокое разрешение, тогда как для более крупных размеров достаточно пониженного разрешения. В результате по сравнению с системой, проводящей измерения в обоих объемах с одним и тем же высоким разрешением, обработке подлежит меньшее количество данных.

Первое ОКТ-устройство (ОКТ1) выполнено с возможностью испускать первый пучок (В1) фокусируемого излучения с длинами волн, находящимися в первом интервале длин волн, содержащем первую рабочую длину волны (λ1), и с первой числовой апертурой (NA1) и задавать, тем самым, первое поперечное разрешение (Δх1∞λ1/NA1), второе ОКТ-устройство (ОКТ2) выполнено с возможностью испускать второй пучок (В2) фокусируемого излучения с длинами волн, находящимися во втором интервале длин волн, содержащем вторую рабочую длину волны (А2), и со второй числовой апертурой (NA2) и задавать, тем самым, второе поперечное разрешение (Δх2∞λ2/NA2), при этом первое поперечное разрешение (Δх1) отличается от второго поперечного разрешения (Δх2) и предпочтительно выше него. В еще более предпочтительном варианте можно выбрать первое поперечное разрешение равным приблизительно 10-20 мкм (что еще более предпочтительно в комбинации с продольным разрешением, равным 1-3 мкм), а второе поперечное разрешение -равным примерно 50-200 мкм (что еще более предпочтительно в комбинации с продольным разрешением, равным 10-50 мкм). Использование различающихся между собой поперечных разрешений в разных пучках сфокусированного излучения позволяет адаптировать разрешение к требованиям различных приложений, сократить время измерения, а также уменьшить объемы данных и понизить требования к их хранению.

Первым и вторым ОКТ-устройствами могут быть соответственно устройство для ОКТ в спектральном пространстве и устройство для ОКТ во временном пространстве. В порядке альтернативы как первое, так и второе ОКТ-устройства могут быть устройствами для ОКТ в спектральном пространстве. Еще одной альтернативой может быть выбор обоих этих устройств в виде устройств для ОКТ во временном пространстве. Адаптация типа ОКТ-устройства (для ОКТ в спектральном или временном пространстве) к различающимся между собой объемам, представляющим собой части обследуемого объекта, позволяет оптимизировать точность измерения, свести к минимуму время измерения и адаптировать/оптимизировать скорость обработки данных в соответствии с конкретным назначением обследования объекта.

Первое ОКТ-устройство может иметь первый канал образца, содержащий первую и общую оптические системы, которые установлены на первой оптической оси и в совокупности формируют в данном канале первый участок первого пучка, фокусируемый с первым фокусным расстоянием. Второе ОКТ-устройство может иметь второй канал образца, содержащий третью оптическую систему. Между первой оптической системой и общей оптической системой установлено зеркало, частично и спектрально-селективно отражающее излучение. Посредством этого зеркала второй пучок, проходящий по направлению второй оптический оси через третью оптическую систему, отклоняется в направлении первой оптической оси с проходом через общую оптическую систему. Третья и общая оптические системы в совокупности формируют в данном канале второй участок второго пучка, фокусируемый со вторым фокусным расстоянием. В этой схеме первое фокусное расстояние может отличаться от второго, причем предпочтительно, чтобы оно было меньше второго фокусного расстояния. Фокусным расстоянием задается глубина фокуса (измеряемый интервал). Соответственно, более предпочтительно выбрать глубину второго фокуса достаточно большой, чтобы вторым ОКТ-устройством можно было измерять всю осевую длину глаза. Такие схемы, в которых второй канал образца отклоняется от второго направления, ориентированного вдоль второй оптической оси и отличающегося от направления первой оптической оси первого пучка, после чего перенаправляется в направлении первой оптической оси и, далее, проходит через общую оптическую систему вместе с первым пучком, позволяют выполнить первое ОКТ-устройство отличающимся от второго, например, по своему принципу действия (ОКТ в спектральном пространстве или ОКТ во временном пространстве), продольному и поперечному разрешениям, выбору интервала длин волн излучения, интенсивности излучения, а также по модуляции излучения первого и второго ОКТ-устройств во времени. В альтернативном варианте осуществления, предназначенном, например, для приложений, не связанных с измерениями глаза, второе фокусное расстояние может быть меньше первого.

Первое ОКТ-устройство может содержать первый источник излучения, имеющий первую рабочую длину волны и первую ширину полосы. Второе ОКТ-устройство может содержать второй источник излучения, имеющий вторую рабочую длину волны и вторую ширину полосы. В этой схеме первая ширина полосы может быть больше приблизительно 100 нм, а вторая - меньше приблизительно 20 нм. Предпочтительно выбрать первую рабочую длину волны равной приблизительно 820 нм, первую ширину полосы в интервале приблизительно 100-250 нм (желательно в интервале приблизительно 100-200 нм), вторую рабочую длину волны равной приблизительно 700 нм, а вторую ширину полосы - меньше 20 нм, желательно - в интервале примерно 5-10 нм. Такие спектральные параметры первого и второго ОКТ-устройств позволяют обследовать первый частичный объем с другим продольным разрешением и, предпочтительно, на другой рабочей длине волны по сравнению со вторым частичным объемом.

Первое ОКТ-устройство может иметь первый канал образца, а второе ОКТ-устройство может иметь второй канал образца, по меньшей мере частично совмещенный в пространстве с первым каналом. Оба канала могут проходить через общую бифокальную оптическую систему, у которой имеются первая и вторая фокусирующие зоны, функционирующие соответственно в первом и втором каналах образца и имеющие соответственно первое и второе фокусные расстояния. В этой схеме первое фокусное расстояние может быть меньше второго. В предпочтительной модификации первого варианта осуществления вторая фокусирующая зона представляет собой круглый центральный участок бифокальной оптической системы, а первая фокусирующая зона охватывает вторую в виде кольца. Более предпочтительно, чтобы первая и вторая фокусирующие зоны могли иметь различающиеся характеристики спектрального пропускания, каждая из которых выбрана с возможностью задавать надлежащий интервал длин волн, задаваемый рабочей длиной волны и соответствующей шириной полосы в соответствии с требованиями обследования соответствующих частичных объемов. Такой характеристикой могут быть различающиеся расстояния, характеризующие заглубления в объект, к которым адаптированы соответствующие фокусные расстояния первой и второй фокусирующих зон общей оптической системы. В предпочтительной альтернативной модификации второго варианта осуществления бифокальная оптическая система выполнена в виде надлежащим образом сконструированного дифракционного оптического элемента (ДОЭ), имеющего по меньшей мере две комплементарные зоны, из которых первая выполнена обеспечивающей первое фокусное расстояние, а вторая - второе фокусное расстояние.

Первое и второе ОКТ-устройства могут иметь общий источник излучения. В таком варианте дополнительно понижаются затраты на систему и повышается уровень объединения этих устройств.

Первое ОКТ-устройство может иметь первый канал сравнения, а второе ОКТ-устройство может иметь второй канал сравнения, по меньшей мере частично совмещенный в пространстве с первым каналом сравнения. Первый канал сравнения можно выполнить с оптической длиной пути, по существу, соответствующей оптической длине пути в первом канале образца, и снабдить первым зеркалом и собственной (первой) оптической системой, формирующей участок канала, сфокусированный на первое зеркало. Второй канал сравнения можно выполнить с оптической длиной пути, по существу, соответствующей оптической длине пути во втором канале образца, и снабдить вторым зеркалом, частично отражающим зеркалом второго канала сравнения, расположенным в первом канале сравнения перед его оптической системой, и оптической системой второго канала сравнения, расположенной вне первого канала сравнения, по существу, между частично отражающим зеркалом второго канала сравнения и вторым зеркалом второго канала сравнения.

Посредством частично отражающего зеркала второго канала сравнения пучок излучения, имеющий длину волны во втором интервале длин волн, заданном, например, второй рабочей длиной волны и второй шириной полосы, и проходящий через оптическую систему первого канала сравнения по направлению этого канала, перенаправляется в направлении второго канала сравнения и через его оптическую систему, а данное частично отражающее зеркало второго канала сравнения в совокупности с оптической системой этого же канала формирует участок второго канала сравнения, который фокусируется на второе зеркало. Такая схема позволяет по меньшей мере частично объединить (совместить) первый и второй каналы сравнения обоих ОКТ-устройств, сохраняя, в то же время, соответствие оптической длины пути первого и второго каналов сравнения, по существу, с оптической длиной пути соответствующего (первого или второго) канала образца.

В альтернативном варианте выполнения каналов сравнения первое ОКТ-устройство имеет первый фокусирующий участок, способный функционировать как часть первого канала сравнения и проходящий через первую зону бифокальной оптической системы, общей для каналов сравнения, а второе ОКТ-устройство содержит второй канал сравнения, который по меньшей мере частично совмещен в пространстве с первым каналом сравнения и проходит через вторую фокусирующую зону этой же бифокальной системы. При этом второй фокусирующий участок способен функционировать как часть второго канала сравнения. В таком варианте в первом канале сравнения установлено первое зеркало, которое спектрально-селективно и частично отражает излучение с длинами волн в первом интервале, заданном, например, первой рабочей длиной волны и первой шириной полосы, а во втором канале сравнения установлено второе зеркало, которое спектрально-селективно отражает излучение с длинами волн во втором интервале, заданном, например, второй рабочей длиной волны и второй шириной полосы. Фокусное расстояние первого и второго фокусирующих участков можно подобрать так, чтобы оптическая длина пути первого и второго каналов сравнения, по существу, была равна оптической длине пути соответственно первого или второго канала образца. В общей бифокальной оптической системе каналов сравнения предпочтительно выполнить вторую фокусирующую зону в виде круглого центрального участка, а первую фокусирующую зону - в виде кольца, охватывающего вторую фокусирующую зону. В одной из схем первая и вторая фокусирующие зоны общей бифокальной оптической системы каналов сравнения имеют различающиеся спектральные характеристики, связанные с пропусканием и адаптированные в соответствии с требованиями конкретного использования первого и второго пучков, направленных соответственно в первый и второй частичные объемы. В альтернативной схеме предусмотрена возможность установить за общей бифокальной оптической системой каналов сравнения спектральный фильтр с подобранными спектральными характеристиками, связанными с пропусканием.

В соответствии с формулой изобретения согласно его второму аспекту предлагается способ оптического измерения внутренних размеров объекта, имеющего внутренние границы раздела, на которых оптический показатель преломления изменяется так, что часть падающего излучения отражается обратно и/или рассеивается в обратном направлении и может быть детектирована. Объектом измерения может быть, например, глаз.

Согласно изобретению предлагаемый способ включает стадию измерения внутренних размеров в первом и втором частичных объемах, посредством ОКТ в ходе единой измерительной процедуры, причем второй объем по меньшей мере частично отличается от первого. Способ обеспечивает тот же технический эффект и те же преимущества, как и описанная выше система, которую можно использовать при осуществлении предлагаемого способа.

Краткое описание чертежей

Остальные варианты осуществления, преимущества и технические свойства изобретения станут ясны из последующего подробного описания конкретных вариантов осуществления. Данное описание, которое не следует интерпретировать в ограничительном смысле по отношению к объему изобретения, должно рассматриваться совместно с прилагаемыми чертежами, где:

фиг. 1 иллюстрирует вариант осуществления известного устройства для ОКТ в спектральном пространстве,

фиг. 2 иллюстрирует вариант осуществления известного устройства для ОКТ во временном пространстве,

фиг. 3 иллюстрирует первый вариант осуществления системы согласно изобретению, в которой скомбинированы первое ОКТ-устройство и второе ОКТ-устройство, отличающееся от первого, с совмещением участков первого и второго каналов образца, направленных через общую оптическую систему в сторону одного и того же объекта, подлежащего обследованию,

фиг. 4 иллюстрирует второй вариант осуществления системы согласно изобретению, в которой первое и второе ОКТ-устройства дополнительно объединены с созданием комбинированного общего канала образца,

фиг. 5 иллюстрирует спектр, выбранный для системы согласно изобретению и обеспечивающий наличие излучения с длинами волн в первом интервале, который задан первой рабочей длиной волны и первой шириной полосы, и во втором интервале, который задан второй рабочей длиной волны и второй шириной полосы,

фиг. 6 иллюстрирует третий вариант осуществления системы согласно изобретению, в которой первое и второе ОКТ-устройства представляют собой устройства для ОКТ в спектральном пространстве и имеют частично объединенные каналы сравнения,

фиг. 7 иллюстрирует четвертый вариант осуществления системы согласно изобретению, в которой первое и второе ОКТ-устройства представляют собой устройства для ОКТ в спектральном пространстве, а конструкция канала сравнения отличается от варианта, представленного на фиг. 6,

фиг. 8 иллюстрирует, в сечении, человеческий глаз, подлежащий обследованию, с показом различных частичных объемов и внутренних границ раздела.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 приведен пример известного устройства для ОКТ в спектральном пространстве (СП-ОКТ-устройства). СП-ОКТ-устройство (ОКТ1) 100 содержит предпочтительно широкополосный источник (LS1) 102 излучения, волоконно-оптический кабель 104 источника излучения, разъем 106 волоконно-оптического кабеля (далее - разъем), двунаправленный волоконно-оптический кабель 108, делитель 112 пучка, канал (SA1) образца, содержащий общую (для канала образца и канала сравнения) первую оптическую систему (L1) 110, делитель 112 пучка и вторую оптическую систему (L2) 114 канала образца. В устройстве 100 имеется также канал (RA1) сравнения, содержащий делитель 112 пучка, оптическую систему 116 канала сравнения и зеркало 117 канала сравнения. Далее, в схему устройства 100 входит детектирующий канал, содержащий разъем 106 волоконно-оптического кабеля, волоконно-оптический кабель 118 детектирующего канала, первую, коллимирующую оптическую систему 120, оптическую решетку 122, вторую оптическую систему 124, формирующую изображение спектра, и массив 126 детекторов спектрометра, содержащий множество детекторных ячеек 128-i (с нумерацией от 128-1 до 128-n) для измерения интерферограммы с разрешением по спектру. Дополнительно СП-ОКТ-устройство 100 снабжено вычислительным блоком 132, выполняющим быстрое преобразование Фурье для интерферограммы 130, полученной с разрешением по спектру, чтобы вычислить распределение 134 по глубине границ 14, 14′, 14′′ раздела показателей преломления в обследуемом образце 10.

В процессе функционирования СП-ОКТ-устройства 100 источник 102 излучения генерирует широкополосное оптическое излучение, т.е. излучение с длинами волн, распределенными в относительно широком спектральном интервале. Это излучение проходит по волоконно-оптическому кабелю 104 источника излучения, через разъем 106 и, далее, по двунаправленному волоконно-оптическому кабелю 108. Из дистального конца кабеля 108 оно выходит в виде расходящегося пучка В1 и проходит через первую оптическую систему (L1) 110 канала образца, которая преобразует пучок В1, по существу, в параллельный пучок (см. фиг. 1), проходящий через делитель 112 пучка. В делителе 112 часть параллельного пучка проходит в канал SA1 образца СП-ОКТ-устройства 100 и направляется в сторону второй оптической системы (L2) 114 канала образца, которая фокусирует пучок на объект 10.

В своем внутреннем объеме объект 10 имеет несколько границ 14, 14′, 14′′ раздела, на которых происходит изменение показателя преломления, в результате чего возникает частичное отражение лучей сфокусированного пучка, облучающего объект 10. Излучение, отраженное от нескольких внутренних границ 14, 14′, 14′′ раздела, собирается второй оптической системой 114 канала образца, выходит из нее, по существу, в виде параллельного пучка, проходит через делитель 112 пучка и фокусируется первой оптической системой 110 канала образца на дистальный торец двунаправленного волоконно-оптического кабеля 108.

Другая часть излучения, поступившего из волоконно-оптического кабеля 108 через первую оптическую систему 110 канала образца в форме, по существу, параллельного пучка излучения, отражается, по существу, плоской внутренней поверхностью делителя 112, которая предпочтительно наклонена на угол, составляющий, по существу, 45° по отношению к входящему, по существу, параллельному пучку излучения, и формирует, тем самым, канал RA1 сравнения, ориентированный в сторону оптической системы 116 этого канала. Система 116 фокусирует, по существу, параллельный пучок излучения на неподвижное зеркало 117 канала сравнения, отражающее сфокусированный пучок излучения, в результате чего отраженное расходящееся излучение собирается оптической системой 116 и выводится из канала сравнения в виде, по существу, параллельного пучка. Это излучение, возвращенное из канала RA1 сравнения, направляется внутренней плоской поверхностью делителя 112 пучка в сторону первой оптической системы 110 канала образца, фокусируется этой системой и передается ею далее на дистальный торец двунаправленного волоконно-оптического кабеля 108. Таким образом, по кабелю 108 передается как излучение, возвращаемое из канала SA1 образца после отражения от внутренних границ 14, 14′, 14′′ раздела в объекте 10, так и излучение, возвращаемое из канала RA1 сравнения после отражения от зеркала 117. В результате эти пучки излучения получают возможность интерферировать между собой. Интерферирующее излучение передается по волоконно-оптическому кабелю 108 через разъем 106 в волоконно-оптический кабель 118 детектирующего канала, причем, пройдя через кабель 118 до его дистального торца, оно распространяется далее в виде расходящегося пучка, который собирается и преобразуется первой детектирующей оптической системой 120, превращаясь, по существу, в параллельный пучок, проходящий в сторону оптической решетки 122. При отражении от решетки 122 падающий на нее пучок интерферирующего излучения превращается в множество пучков, состоящих, по существу, из параллельных лучей, имеющих различные углы отражения в соответствии с длинами волн излучения, падающего на решетку 122. Конструкция и принцип действия решетки 122, выполняющей функцию диспергирующего элемента, отражающего падающее излучение под разными углами отражения в зависимости от длины волны, известны специалистам в этой области и в данном описании не рассматриваются.

Множество спектрально разрешенных пучков излучения, отраженных от решетки 122, собираются второй детектирующей оптической системой 124 и фокусируются, в соответствии с углом отражения от решетки 122, на массив детекторов спектрометра. Сфокусированные и спектрально разрешенные пучки падают на соответствующие ячейки, входящие в комплект множества ячеек 128 детектора, и детектируются ими.

Как следствие такого расположения первой детектирующей оптической системы 120, оптической решетки 122, второй детектирующей оптической системы 124 и массива 126 детекторов спектрометра конкретное место в продольном направлении массива 126 и, таким образом, конкретная ячейка 128-i отвечают соответствующей конкретной длине волны интерферирующего излучения, возникающего вследствие интерференции излучения, возвращенного из канала SA1 образца и из канала RA1 сравнения. В результате массив 126 детекторов спектрометра детектирует спектрально разрешенную интерферограмму 130, которая представляет собой, по существу, спектральное распределение интенсивности интерферирующего излучения. Спектральное рас