Un aparato de tomografía de coherencia óptica que comprende: al menos una primera disposición (100,

105, 115, 400, 405) configurada para proporcionar al menos una primera radiación electromagnética a una muestra biológica (130) y al menos una segunda radiación electromagnética a una referencia, en el que la al menos una primera disposición está configurada para hacer que al menos una de la primera y la segunda radiación electromagnética tenga un espectro que cambia con el tiempo y al menos una segunda disposición (401, 415, 410, 420) y configurada para combinar un primer componente de polarización de al menos una tercera radiación proporcionada simultáneamente desde múltiples profundidades de la muestra biológica y asociada a la al menos una primera radiación con un segundo componente de polarización de al menos una cuarta radiación asociada a la al menos una segunda radiación, en el que el primer y el segundo componente de polarización están controlados específicamente para que sean, aproximadamente, ortogonales entre sí, comprendiendo además al menos una tercera disposición (425, 430, 435, 440, 445, 450, 455, 460, 465) configurada para detectar al menos una señal derivada de una interferencia entre el primer y el segundo componente de polarización, en el que la al menos una tercera disposición está configurada además para detectar al menos una señal adicional derivada de una interferencia adicional entre el primer y el segundo componente de polarización, en el que fases de la interferencia y de la interferencia adicional, respectivamente, son sustancialmente diferentes entre sí

Aparato y método para realizar una desmodulación en cuadratura por polarización en tomografía de coherencia óptica.

Referencia a solicitudes relacionadas

Esta solicitud se basa en la Solicitud de Patente estadounidense Nº 60/708.271, presentada el 9 de agosto de 2005, y reivindica el beneficio de prioridad de la misma.

Declaración relativa a investigación subvencionada por el gobierno federal

La investigación que dio lugar a la presente invención fue financiada, al menos en parte, por el Instituto Nacional de la Salud, números de concesión R33 CA110130 y R01 HL076398. Por consiguiente, el gobierno de EEUU puede tener algunos derechos sobre la invención.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para procesar señales procedentes de técnicas de tomografía de coherencia óptica y, más en particular, a una desmodulación de señales de tomografía de coherencia óptica de dominio Fourier que se puede usar para formación de imágenes transversales de alta resolución de muestras turbias, semiturbias y transparentes, que incluyen diversas muestras biológicas.

Antecedentes

Por lo general, las técnicas de tomografía de coherencia óptica ("OCT") proporcionan imágenes transversales de muestras biológicas con una resolución en una escala de varios a decenas de micrómetros. Las técnicas de OCT convencionales, tales como la OCT de dominio temporal ("TD-OCT"), por lo general, pueden usar procedimientos de interferometría de baja coherencia para conseguir mediciones de profundidad dentro de una muestra. Por el contrario, las técnicas de OCT de dominio Fourier ("FD-OCT") pueden usar procedimientos de radar espectral para conseguir mediciones de profundidad dentro de la muestra. Las técnicas de FD-OCT permiten mayores velocidades de formación de imágenes debido a un mayor rendimiento señal/ruido y a una eliminación de un rayo de referencia del interferómetro escaneado mecánicamente. Una implementación estándar de la técnica de medición espectral de los sistemas de FD-OCT no permite discriminar entre objetos en desplazamientos positivos y negativos en relación con la profundidad ajustada a trayectoria interferométrica. Esta posible degradación de profundidad (alternativamente denominada ambigüedad conjugada compleja) puede limitar la profundidad de formación de imágenes dentro de la muestra a profundidades positivas o negativas (lo que puede evitar la ambigüedad de las mediciones de profundidad), reduciendo de manera eficaz la profundidad de formación de imágenes inherente en un factor predeterminado (por ejemplo, un factor de dos).

La degradación de profundidad de los sistemas de FD-OCT puede ser resultado de la detección única del componente real de la franja de interferencia generalmente compleja entre el rayo de muestra y el rayo de referencia. Si se detecta el interferograma complejo, la degradación de profundidad que se ha descrito anteriormente se puede eliminar o al menos reducir. Se han implementado varias técnicas de desmodulación para poder medir el interferograma complejo. Dichas técnicas convencionales incluyen técnicas de desplazamiento de fase, técnicas de desmodulación mediante acopladores 3x3 con fusible y técnicas de desplazamiento de frecuencia. Por lo general, las técnicas de desplazamiento de fase usan un elemento modulador de fase activo del interferómetro para ajustar dinámicamente la fase relativa entre el rayo de muestra y el rayo de referencia. Para producir el interferograma complejo se pueden medir y combinar múltiples interferogramas en distintos desplazamientos de fase. Uno de los inconvenientes de esta técnica convencional es que los interferogramas se miden sucesivamente en el tiempo. Este tipo de medición reduce la velocidad de formación de imágenes del sistema y permite desplazamientos de fase en el interferómetro para degradar la precisión de medición. Los acopladores 3x3 con fusible pueden producir interferogramas en cada uno de los 3 puertos de salida con desplazamiento de fase entre sí. El desplazamiento de fase puede depender del coeficiente de acoplamiento. Por ejemplo, dichas salidas se pueden detectar y recombinar para producir el interferograma complejo si se conocen las relaciones de fase relativa. La alta temperatura, la longitud de onda y la sensibilidad de polarización del acoplador 3x3 con fusible (y en general NxN con fusible) se usa de manera limitada en muchos esquemas de desmodulación interferométrica ya que requiere una desmodulación precisa. Técnicas convencionales de desplazamiento de frecuencia se han aplicado satisfactoriamente a sistemas de formación de imágenes de dominio de frecuencia óptica. No obstante, no se conoce que dichas técnicas se hayan usado en los sistemas de SD-OCT. Uno de los motivos es que dichas técnicas de desplazamiento de frecuencia normalmente utilizan elementos activos y tienen anchos de banda ópticos potencialmente limitados. Además, por lo general, dichas técnicas no son directamente compatibles con la activación no lineal para eliminar alinealidades de barrido de la fuente.

En el documento de Jun Zhang y col.: "Full range polarization-sensitive Fourier Domain Optical Coherency Tomography", Optics Express, vol. 12, Nº 24, de 29 de noviembre de 2009, págs. 6033 a 6039, se describe un sistema de FD-OCT basado en fuente de barrido.

En el documento de Yonghua Zhao y col.: "Real time phase-resolved functional optical coherence tomography by use of optical Hilbert transformation", Optics Letters, vol. 27, Nº 2, de 15 de enero de 2002, págs. 98 a 100, se describe la detección de cuadratura en OCT.

Por consiguiente, existe la necesidad de solucionar las deficiencias que se han descrito anteriormente en este documento.

Objetos y Resumen de las realizaciones de ejemplo

Para abordar y solucionar los problemas y/o deficiencias que se han descrito anteriormente se proporcionan realizaciones de ejemplo de sistemas y procedimientos conforme a la presente invención, según se definen en las reivindicaciones 1 y 12, para realizar una desmodulación en cuadratura, pasiva, totalmente óptica de salidas inteferométricas de la FD-OCT. Se pueden utilizar elementos ópticos concretos para crear ópticamente componentes en cuadratura de un interferograma complejo. La detección y la adecuada recombinación de dichas salidas en cuadratura pueden permitir la medición del interferograma complejo. Como tal, las realizaciones de ejemplo de la presente invención facilitan la eliminación, o al menos una reducción, de las limitaciones de intervalo de imagen debido a la degradación de profundidad.

Cuando se usan en un sistema de formación de imágenes de dominio de frecuencia óptica ("OFDI"), las realizaciones de ejemplo de la presente invención permiten tanto una detección de diversidad de polarización como una detección compensada para una eliminación o una reducción de un ruido de intensidad de fuente. Las realizaciones de ejemplo de la presente invención se pueden combinar con activación no lineal a fin de facilitar, por ejemplo, una reducción sustancial de requisitos de postprocesamiento, que puede ser importante para la formación de imágenes a alta velocidad.

Cuando se usan con el sistema de SD-OCT, las realizaciones de ejemplo de la presente invención facilitan un aumento (por ejemplo, una duplicación) del intervalo de profundidad de formación de imágenes.

Por consiguiente, según una realización de ejemplo de la presente invención, un aparato y un procedimiento que pueden proporcionar al menos una primera radiación electromagnética a una muestra y al menos una segunda radiación electromagnética a una referencia, de tal manera que la primera y/o la segunda radiación electromagnética tienen un espectro que cambia con el tiempo. Además, un primer componente de polarización de al menos una tercera radiación asociada a la primera radiación se combina con un segundo componente de polarización de al menos una cuarta radiación asociada a la segunda radiación. El primer y el segundo componente de polarización se controlan específicamente para que sean al menos, aproximadamente, ortogonales entre sí.

Además, se puede detectar al menos una señal derivada de una interferencia entre el primer y el segundo componente de polarización. La señal y/o la señal adicional se pueden modificar en una primera señal modificada y/o en una segunda señal modificada, respectivamente, a partir de datos predeterminados. Se pueden obtener una...

1. Un aparato de tomografía de coherencia óptica que comprende:

al menos una primera disposición (100, 105, 115, 400, 405) configurada para proporcionar al menos una primera radiación electromagnética a una muestra biológica (130) y al menos una segunda radiación electromagnética a una referencia, en el que la al menos una primera disposición está configurada para hacer que al menos una de la primera y la segunda radiación electromagnética tenga un espectro que cambia con el tiempo y

al menos una segunda disposición (401, 415, 410, 420) y configurada para combinar un primer componente de polarización de al menos una tercera radiación proporcionada simultáneamente desde múltiples profundidades de la muestra biológica y asociada a la al menos una primera radiación con un segundo componente de polarización de al menos una cuarta radiación asociada a la al menos una segunda radiación, en el que el primer y el segundo componente de polarización están controlados específicamente para que sean, aproximadamente, ortogonales entre sí,

comprendiendo además al menos una tercera disposición (425, 430, 435, 440, 445, 450, 455, 460, 465) configurada para detectar al menos una señal derivada de una interferencia entre el primer y el segundo componente de polariza- ción,

en el que la al menos una tercera disposición está configurada además para detectar al menos una señal adicional derivada de una interferencia adicional entre el primer y el segundo componente de polarización,

en el que fases de la interferencia y de la interferencia adicional, respectivamente, son sustancialmente diferentes entre sí.

2. El aparato según la reivindicación 1, en el que la tercera disposición está configurada además para modificar al menos una de la al menos una señal o la al menos una señal adicional en al menos una de una primera señal modificada o una segunda señal modificada, respectivamente, en función de datos predeterminados, en el que la al menos una señal y la al menos una señal adicional son señales de interferencia y en el que la tercera disposición está configurada además para fijar una diferencia de fase en un valor específico entre la al menos una señal y la al menos una señal adicional a partir de los datos predeterminados.

3. El aparato según la reivindicación 2, en el que los datos predeterminados se obtienen a partir de al menos una de una característica o un estado de la tercera disposición.

4. El aparato según la reivindicación 2, en el que la tercera disposición está configurada además para obtener una pluralidad de señales que son al menos una de la al menos una señal o la al menos una señal adicional, determinar características estadísticas de la pluralidad de señales y obtener los datos predeterminados a partir de las características estadísticas.

5. El aparato según la reivindicación 2, en el que una diferencia de una fase de la primera y de la segunda señal modificada se aproxima más a, aproximadamente, nπ + π/2 que una diferencia entre una fase de la al menos una señal o de la al menos una primera señal, en la que n es un número entero y mayor o igual a 0.

6. El aparato según la reivindicación 1, en el que una diferencia de fases de la interferencia y de la interferencia adicional, respectivamente, es sustancialmente nπ + π/2, en la que n es un número entero y mayor o igual a 0.

7. El aparato según la reivindicación 1, en el que la cuarta radiación y al menos una parte de la tercera radiación tienen al menos un retardo una respecto a otra y que comprende además al menos una cuarta disposición capaz de producir una imagen en función del retardo, de la señal y de la señal adicional.

8. El aparato según la reivindicación 7, en el que el al menos un retardo incluye al menos un componente positivo y al menos un componente negativo y en el que la al menos una cuarta disposición es capaz de distinguir entre al menos partes de la imagen que tienen componentes positivos y negativos.

9. El aparato según la reivindicación 8, en el que la al menos una cuarta disposición es capaz de medir el signo y la magnitud del al menos un retardo.

10. Un aparato según una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además:

al menos una disposición birrefringente que tiene una birrefringencia asociada a la misma y configurada para controlar, en función de la birrefringencia, una diferencia de fases de la primera y de la segunda interferencia para excluir nπ, en la que n es un número entero y mayor o igual a 0.

11. El aparato según la reivindicación 10, en el que la al menos una disposición birrefringente incluye un controlador de polarización de fibra y/o una disposición birrefringente de óptica volumétrica.

12. Un procedimiento de tomografía de coherencia óptica que comprende:

proporcionar al menos una primera radiación electromagnética a una muestra biológica (130) y al menos una segunda radiación electromagnética a una referencia, en el que al menos una de la primera y la segunda radiación electromagnética tiene un espectro que cambia con el tiempo y

combinar un primer componente de polarización de al menos una tercera radiación proporcionada desde la muestra biológica y asociada a la al menos una primera radiación con un segundo componente de polarización de al menos una cuarta radiación asociada a la al menos una segunda radiación, en el que el primer y el segundo componente de polarización se controlan específicamente para que sean al menos aproximadamente ortogonales entre sí,

comprendiendo además detectar al menos una señal derivada de una interferencia entre el primer y el segundo componente de polarización,

en el que fases de la interferencia y de la interferencia adicional, respectivamente, son sustancialmente diferentes entre sí,

comprendiendo además detectar al menos una señal adicional derivada de una interferencia adicional entre el primer y el segundo componente de polarización.

13. El procedimiento según la reivindicación 12, que comprende además modificar al menos una de la al menos una señal o la al menos una señal adicional en al menos una de una primera señal modificada o una segunda señal modificada, respectivamente, en función de datos predeterminados, en el que la al menos una señal y la al menos una señal adicional son señales de interferencia y fijar una diferencia de fase en una valor específico entre la al menos una señal y la al menos una señal adicional a partir de los datos predeterminados.

14. El procedimiento según la reivindicación 12, que comprende además obtener una pluralidad de señales que son al menos una de la al menos una señal o la al menos una señal adicional, determinar características estadísticas de las pluralidad de señales y obtener los datos predeterminados a partir de las características estadísticas.

15. El procedimiento según la reivindicación 12, en el que una diferencia de una fase de la primera y de la segunda señal modificada se aproxima más a, aproximadamente, nπ + π/2 que una diferencia entre una fase de la al menos una señal o de la al menos una primera señal, en la que n es un número entero y mayor o igual a 0.

16. El procedimiento según la reivindicación 12, en el que una diferencia de fases de la interferencia y de la interferencia adicional, respectivamente, es sustancialmente nπ + π/2, en la que n es un número entero y mayor o igual a 0.

17. El procedimiento según la reivindicación 12, en el que la cuarta radiación y al menos una parte de la tercera radiación tienen al menos un retardo una respecto a otra y que comprende además producir una imagen en función del retardo, de la señal y de la señal adicional.

18. El procedimiento según la reivindicación 17, en el que el al menos un retardo incluye al menos un componente positivo y al menos un componente negativo y en el que la al menos una cuarta disposición es capaz de distinguir entre al menos partes de la imagen que tienen componentes positivos y negativos.

19. El procedimiento según la reivindicación 18, que comprende además medir el signo y la magnitud del al menos un retardo.

20. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 19, que comprende:

con una disposición que tiene una birrefringencia asociada a la misma controlar específicamente, en función de la birrefringencia, un diferencia de fases de la primera y de la segunda interferencia para excluir nπ, en la que n es un número entero y mayor o igual a 0.