專利名稱：具有兩個成像模塊的成像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有兩個或更多成像模塊的成像系統、對應的導管、 對應的成像單元、以及對應的方法。
背景技術：
對病人的介入性成像是有前景的發展領域。在心臟血管領域中的 基于導管的治療(如支架放置和動脈瘤治療)每年進行超過幾百萬次 的介入。與開放式手術相比，這些微創技術的好處很多。為了進一步 降低在介入期間病人的風險并且開發新的基于導管的治療，必須進一 步改進患病的心臟血管組織的局部診斷。
動脈硬化(斑塊)形成影響數百萬人的重要疾病。在各種類型的 斑塊中，易損斑塊(有時稱為高風險斑塊)是威脅到生命的形式，其
導致大約70%的致命的急性心肌梗塞和/或突然死亡。因為需要完整的
護理循環，所以在這方面，診斷和治療易損斑塊都是重要的，因此，
沒有機會進行無診斷的治療，反之亦然。
光學技術具有如下獨特的性質，如果將所述光學技術集成在導管
中，則其允許在緊湊并且微創的同時，對組織進行詳細的分子和結構 分析。例如，當檢測到如動脈硬化的疾病時，為能夠選擇最佳的治療， 關于其嚴重性的知識是重要的。這需要對疾病區域的更詳細的知識。 利用現有技術(如傳統的血管造影術、磁共振血管造影術(MRA)或計 算機斷層攝影血管造影術(CTA ))不能適當地執行該詳細的斑塊觀察。 光學技術高度適于獲得詳細的分子和結構信息，并且將改進治療。
盡管存在各種模塊來表征斑塊，但是仍然待開發用于獲得斑塊的 細胞和分子級別的詳細的活體內信息的方法。存在可以在一定程度上 表征易損斑塊的各種模塊(例如，參見Madjid等人的"尸//^//^
Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 24 (2004)pp. 1775-1782.)，
但是它們不能在細胞/分子級別表征活體內的斑塊。
EP 1299711公開了一種具體地利用光學相干斷層攝影(OCT)、檢
6查活體內的采樣的亞表面微觀結構的方法和裝置。來自多個光輻射源 的輻射沿第一光路行進。在第一光路中，設備將來自每個光源的光輻 射聚焦到沿第 一光路上的多個相應的焦點，以提供對于第 一光路的所 選擇的部分的基本連續的覆蓋。然后，沿第一光路的所選擇的部分掃 描所選擇的長度內的第 一光路上的采樣，所選擇的長度延伸到所述采 樣中，并且可以獲得正被檢查的采樣的圖像。這提供了對于由有些復
雜的透鏡系統通過OCT執行快速掃描的問題的解決方案，所述透鏡系 統具有關于彼此步進的多個光纖/通道，參見圖1和圖2。然而，透鏡 幾何圖案是固定的，使得這樣的設備關于成像深度和/或成像技術的改 變是非常不靈活的。以高分辨率僅僅掃描感興趣的區域的另一方面是 所需要的測量時間變得相當長。此外，OCT僅提供組織的僅僅有限的分 子信息。
因此，改進的成像系統將是有利的，具體地，用于活體內成像和 表征的更有效和/或可靠的成像系統將是有利的。
發明內容
因此，優選地，本發明試圖單獨地或以任何組合方式減輕、減緩 或消除一個或多個上述缺點。具體地，本發明一目的可以被認為是提 供一種解決具有不靈活的成像的現有技術的上述問題的成像系統。
通過提供一種成像系統，在本發明的第一方面中獲得該目的和若 干其他目的，所述成像系統包括
導管，具有光學透鏡系統，所述光學透鏡系統位于所述導管的終 端部分，并與用于導引光經過所述導管的光學導引裝置光學連接，所 述光學透鏡系統具有可以在第一數值孔徑(1NA)和第二數值孔徑(2NA) 之間改變的數值孔徑，所述第二數值孔徑高于所述第一數值孔徑；以 及
成像單元，被安排用于與所述導管合作進行光學成像，所述成像 單元包括第一成像模塊(1IM)和第二成像模塊(2IM)，兩個成像模 塊與所述導管的所述光學透鏡系統光學可連接；
其中所述成像系統能夠在以下述方式成像之間進行改變 1)所述光學透鏡系統的所述第一數值孔徑UNA)和所述成像單 元的所述第一成像模塊(1IM);以及2)所述光學透鏡系統的所述第二數值孔徑(2NA)和所述成像單 元的所述第二成像模塊(2IM)。
本發明對于獲得下述成像系統特別有利，但并不僅對于獲得下述 成像系統有利，因為可以非常快速地執行在第一成像模塊和第二成像 模塊之間的改變，并且相應地可以選擇第一成像模塊和第二成像模塊 以便彼此補充，所以所述成像系統可提供快速和/或靈活的成像，以用 于進行活體內成像。具體地，本發明可適用于便利這樣的成像系統， 其中在感興趣的地點執行雙重成像，最初，第一成像模塊可提供感興 趣的地點的概況，隨后，第二成像模塊可提供所選擇的區域和/或地方 的更詳細的成像，可以例如從第一成像模塊指示或選擇所選擇的區域 和/或地方。可順序執行兩次測量，或在一次測量期間執行兩次測量， 在所述一次測量期間，出現第一模式和另一模式之間的恒定切換。
此外，本發明對于獲得具有多個成像模塊的成像系統特別有利， 但并不僅對于獲得所述成像系統有利，盡管是多個成像模塊，但是所 述成像模塊可具有相對簡單的光學和機械構造。現有技術的解決方案 (例如，EP1299711 )使用了多個光學通道，這使得機械和/或光學設
計都更復雜，并且還使得難以將導管設計得小到足夠出于診斷目的訪 問感興趣的微小的組織。因此，小型化是關鍵的參數，特別對于可能 的動脈硬化(斑塊)和類似的疾病的檢查更是如此，因此，具有成像 系統的充分小的導管是重要的。
在本發明的上下文內，導管的定義可以是用于插入到管道、脈管、 通道、或體腔的基本為管狀的醫療設備。此外，導管通常保持通路打 開和/或可允許注入或抽出流體，可特別執行所述操作以用于提供對感 興趣的組織的成像訪問。
在本發明的上下文內，成像模塊可定義為以包括硬件、軟件、固 件或其任何組合的任何適當形式實現的實體，所述實體應用與被成像 的物體進行光學交互的物理原理，所述光學交互導致光學反饋，從所 述光學反饋可獲得表示所述物體的圖像和/或表征。有利地，所述光學 透鏡系統的焦距可隨著所述第一數值孔徑(1NA)和所述第二數值孔徑 (2NA)之間的改變相應地改變。對于透鏡的固定的入射光瞳直徑，在 數值孔徑和焦距之間存在倒數關系。焦距的改變具體地提供深度成像。 然而，本發明還可通過改變入射光瞳直徑(例如，通過光圈)而不改變焦距來實現。可能地，在本發明的上下文內，可應用改變焦距和入 射光瞳直徑兩者的組合。
有利地，導管可包括第一控制裝置，被安排來將所述光學透鏡系
統的所述數值孔徑在所述笫一數值孔徑(1NA)和所述第二數值孔徑
(2NA)之間改變，例如，導管內的專用導線可供電并控制透鏡系統的 可調節部分。類似地，所述成像單元可包括第二控制裝置，被安排來 在用所述成像單元的所述第一成像模塊(1IM)和所述第二成像模塊
(2IM)成像之間進行改變，并且所述第一控制裝置和所述第二控制裝 置還被安排來關于成像的改變(即，成像模式的改變)進行相互作用
(例如，同步)。這可提供導管和成像單元之間的可靠協調。
在一個實施例中，通過有源光學組件提供可在所述第一數值孔徑
(1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑。有源光學 組件可被定義為具有下述光學參數的光學組件，在例如通過電子或聲 學裝置等對組件有外部影響、但不移動所述光學組件時，所述光學參 數可改變。這進一步允許對光學透鏡系統的小型化和有效控制。所述 光學透鏡系統例如可包括液態透鏡，以便提供可以在所述第 一數值孔 徑(1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑，所述液 態透鏡便利數值孔徑的逐漸改變或數值孔徑的快速和/或突然改變。替 代地，所述光學透鏡系統可包括液晶(LC)透鏡，以便提供可以在所 述第一數值孔徑(1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值 孔徑。
在另一實施例中，所述光學透鏡系統可包括沿所述光學透鏡系統 的光軸可相對位移的一組透鏡，以便提供可以在所述第一數值孔徑 (1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑。因此，該
組透鏡可以相對于彼此移動，以提供可改變的數值孔徑。當考慮到導 管內的可用空間時，這提供了非常簡單的設計，盡管與有源光學組件 相比，可用的數值孔徑的動態范圍可能較低。
所述第一數值孔徑(1NA)可低于大約0. 2，優選地低于大約0. 3， 或更優選地低于大約0.4。替代地，所述第一數值孔徑UNA)可低于 大約0. 1或低于大約0. 5。
所述第二數值孔徑(2NA)相應地可高于大約0.4，優選地高于大 約O. 5，或更優選地高于大約0. 6。替代地，所述笫二數值孔徑(2NA)
9可高于大約O. 7，優選地高于大約O. 8,或更優選地高于大約0. 9。
在實施例中，所述光學導引裝置可包括光子晶體纖維(PCF)，這 是因為，所述纖維具有若干光學優點，特別是低散射。
有利地，所述第一成像模塊(1IM)可以是提供對組織的毫米穿透 的光學相干斷層成像(OCT)成像系統。可應用如時域或頻域OCT的任 何適當的OCT變體。對于頻域OCT，可應用時間編碼或空間編碼的頻域。
有利地，所述第二成像模塊可以是多光子顯微(MPM)成像系統。 替代地，所述第二成像模塊可以是共焦顯微(CM)成像系統。具體地， 所述共焦顯微成像系統可適于熒光檢測。
在實施例中，所述笫 一成像模塊(1IM)和所述第二成像模塊(2IM ) 可利用共同的輻射源。所述輻射源可有利地為激光源，更具體地為毫 微微秒激光源。
在第二方面，本發明涉及一種導管，具有光學透鏡系統，所述光 學透鏡系統位于所述導管的終端部分，并與用于導引光經過所述導管 的光學導引裝置光學連接，所述光學透鏡系統具有可以在第一數值孔 徑(1NA)和第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑，所述第二數 值孔徑高于所述第一數值孔徑；
其中所述導管還被適配為與相關聯的成像單元光學連接，所述成 像單元被安排為與所述導管合作進行光學成像，所述成像單元包括第 一成像模塊(1IM)和第二成像模塊(2IM)，兩個成像模塊與所述導 管的所述光學透鏡系統光學可連接。
有利地，所述導管可包括第一控制裝置，被安排來將所述光學透 鏡系統的所述數值孔徑在所述第一數值孔徑(1M)和所述第二數值孔 徑(2M)之間改變，并且所述相關聯的成像單元包括第二控制裝置， 被安排來在用所述成像單元的所述笫一成像模塊(1IM)和所述第二成 像模塊(2IM)成像之間進行改變，所述第一控制裝置和所述第二控制 裝置還被安排來關于成像的改變進行相互作用。
在第三方面，本發明涉及一種成像單元，被安排為與相關聯的導 管(40)合作進行光學成像，所述成像單元包括笫一成像模塊(1IM) 和第二成像模塊(2IM),兩個成像模塊與所述導管的光學透鏡系統光 學可連接，所述相關聯的導管具有光學透鏡系統，所述光學透鏡系統 位于所述導管的終端部分，并與用于導引光經過所述導管的光學導引
10裝置光學連接，所述光學透鏡系統具有可以在第一數值孔徑(1NA)和 第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑，所述第二數值孔徑高于所 述第一數值孔徑，
其中所述成像單元被安排為在以下述方式成像之間進行改變
1) 所述相關聯的導管中的所述光學透鏡系統的所述第一數值孔徑 (1NA)和所述第一成像模塊(1IM);以及
2) 所述相關聯的導管中的所述光學透鏡系統的所述第二數值孔徑 (2NA)和所述第二成像模塊(2IM))。
在笫四方面，本發明涉及一種用于用成像系統成像的方法，所述 方法包括
提供具有光學透鏡系統的導管，所述光學透鏡系統位于所述導管 的終端部分，并與用于導引光經過所述導管的光學導引裝置光學連接， 所述光學透鏡系統具有可以在第一數值孔徑UNA)和第二數值孔徑 (2NA)之間改變的數值孔徑，所述第二數值孔徑高于所述第一數值孔 徑；以及
提供成像單元，被安排用于與所述導管合作進行光學成像，所述 成像單元包括第一成像模塊(1IM)和第二成像模塊(2IM),兩個成 像模塊與所述導管的所述光學透鏡系統光學可連接；
其中，所述方法包括在以下述方式成像之間進行改變
1) 所述光學透鏡系統的所述第一數值孔徑(1NA)和所述成像單 元的所述第一成像模塊(1IM);以及
2) 所述光學透鏡系統的所述第二數值孔徑(2NA)和所述成像單 元的所述第二成像模塊(2IM)。
本發明的第一、第二、第三和第四方面的每個可與任何其他方面 結合。本發明的這些和其他方面將從下述實施例而明顯，并且參照下 述實施例來i兌明。
現在，將參照附圖，僅通過示例說明本發明，附圖中
圖l是根據本發明的成像系統的示意圖2是根據本發明的實施例的示意圖3是具有可改變的數值孔徑的液態透鏡的操作的說明圖；圖4是根據本發明的導管的光學透鏡系統中的兩個光路的示意圖； 圖5是根據本發明如何操作成像系統(特別是導管)的示意以及
圖6是根據本發明的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖l是根據本發明的成像系統1的示意圖。成像系統1包括兩個 主要部分，即，導管40和成像單元5。導管40和成像單元5可以斷開 連接。典型地，可在一次使用后拋棄導管40，但是如果導管40適于充 分的衛生清洗，則也可重用導管40。
導管具有光學透鏡系統50，其位于導管40的終端部分。透鏡系統 50光學連接到用于導引光經過導管40的光學導引裝置15a。光學透鏡 系統50具有可在第一數值孔徑1NA和第二數值孔徑2NA之間改變的數 值孔徑NA,如附圖所示。第二數值孔徑2NA高于第一數值孔徑1NA: 2NA〉1NA。
成像單元5安排來與導管40合作進行光學成像。成像單元5包括 第一成像模塊1IM和第二成像模塊2IM，如附圖所示。成像模塊1IM 和2IM兩者分別通過光學導引裝置15b以及光學導引裝置15b的分支 6a和6b,與導管40的光學透鏡系統50光學連接。光學分支6a和6b 可包括用于控制成像處理的如快門或濾色鏡的關閉裝置(如下)。
成像系統1能夠在以下述方式對采樣IOO進行成像之間改變
1 )光學透鏡系統50的第一數值孔徑1NA和成像單元5的第一成 像模塊1IM;以及
2)光學透鏡系統50的第二數值孔徑2NA和成像單元5的第二成 像模塊2IM。
圖2是根據本發明的實施例的示意圖，其示出同樣具有成像單元5 (左邊)和導管40 (右邊)的成像系統的光路，其中光學透鏡系統50 包括聚焦透鏡53、具有可調節的數值孔徑的液態透鏡52 (參見下面的 圖3)、以及組合透鏡和反射鏡51。
圖2的成像系統1具有作為第一成像模塊1IM的光學相干斷層成 像模塊(OCT)、和作為第二成像模塊2IM的多光子顯微(MPM)模塊。
毫微微秒激光脈沖源(例如，12-fs Ti:具有頻譜帶寬100nm、中心波長800nm的蘭寶石激光器)用作兩個成像模塊IIM和2IM的共同 輻射源30。
輻射源30的輸出經過散射補償元件31 (例如， 一對熔融石英 Brewster棱鏡)。結果，預補償了之后在成像系統1中累積的散射。 光束透過部分光束分離器14，并射向分色鏡24。光的其他部分透射到 致動鏡13，該致動鏡13在第一成像模塊1IM下形成光學相干系統的參 考臂。反射鏡13可在如圖2所示的箭頭A的方向位移。
已經通過分色鏡24透射的光束耦合到導管40的光導引裝置15a (參見圖1 )，該導管40可以是光纖。具體地，導管40的光纖可以是 具有空心的光子晶體纖維，例如參見W. Gobel， Opt. Lett. Vol. 29 (2004)pp. 1285-1287。空心纖維具有光學能量的主要部分在空氣中 傳播的主要優點。這意味著，減少了光學損失，但更重要的，極大減 少了非線性光學效應(二次諧振產生、孤波形成、仿真拉曼和布里淵 散射效應)。纖維的散射在幅度上類似于對于正常的熔融石英的散射， 即，200ps/nm/km。對于例如80nm的帶寬和lm的纖維長度的子20fs 脈沖，這導致16ps的額外的間歇噪音(chirp)。這示出了散射補償 器31的相關性。
耦合到導管40中的光最初退出光纖，然后經過聚焦透鏡53，隨后 經過液態透鏡52，該液態透鏡52能夠對于多光子檢測模式(MPM)聚 焦，并降低OCT檢測模式的數值孔徑。隨著光退出光學導引裝置15a (參見圖l)，這導致依賴于纖維的出口數值孔徑的分叉的光束。該分 叉點源光束然后由固定的準直透鏡53收集，該準直透鏡53將光束轉
換為基本平行的光束。
在液態透鏡52后，存在組合的物鏡和折疊鏡51，其將基本在導管 40的側面的光束聚焦到采樣100中。為了在光軸OA的方向上掃描(表 示為z掃描)，在MPM檢測模式下使用液態透鏡52。對于OCT檢測， 不需要z掃描，因為這由參考臂和反射鏡13負責。因此，OCT模式下 的數值孔徑NA必須足夠低，以具有充足的聚焦深度，從而允許在通過 第一成像模塊1IM的OCT系統的參考臂執行的z掃描期間的足夠的分 辨率。由采樣或組織100發出的或反射回的光通過折疊鏡/物鏡組合51 收集，并經由光纖透射回到導管40和成像單元5。
當成像系統1處于多光子顯微MPM檢測模式下時，分色鏡24通過
13濾色鏡21將熒光反射到熒光檢測器22上。該檢測器耦合到分析單元 23，該分析單元23將信號轉換為MPM數據集，可通過對所述數據集的 適當分析而將該MPM數據集轉換為MPM圖像。
應當注意，必須非常好地平衡在第一成像模塊1IM下的OCT的參 考臂和檢測器臂的散射，以便在所獲得的圖像中沒有任何所謂的鏡像 外觀。這可通過在OCT介入計的兩臂使用相同類型的光纖和光纖長度 來得到。此外，在參考臂中可并入高分辨率頻譜相位成形器，以按照 波長的函數調節相位差。這樣的設備例如在S. Postma等人的Review of Scientific Instruments, 76 (2005) 123105中描述。0CT檢測器然 后耦合到分析單元，該分析單元將信號轉換為OCT數據集和對應的圖 像。
替代上述OCT的時域實現，在移動參考鏡13的情況下，在本發明 中也可采用譜域OCT。在此情況下，在軸向OCT掃描期間不再移動參考 0CT臂，而是通過更復雜的檢測器來替代簡單的0CT檢測器12，該復 雜的檢測器包括散射性元件(如衍射光柵)，其衍射來自參考OCT 臂并回到組織100的光束；透鏡，將該衍射光束透射到CCD相機上。 最后，處理單元將該信號轉換為軸向掃描線。在譜域OCT中，不必再 進行軸向掃描，僅在橫向方向進行掃描。關于時域，譜域OCT具有獲 取速度和靈敏度方面的優點。替代地，可采用快速激光掃描。
對于具有0CT和MPM模塊的光學透鏡系統50的設計，兩個方面是 重要的。對于兩光子成像，通過下式給出兩光子吸光概率Pa:
其中，
S -兩光子截面部分
=平均激光能量 FP -重復頻率激光器 M =數值孔徑物鏡系統 k=波長
巧=普朗克常數
;=兩光子平均因子=1 / (脈沖寬度x重復頻率激光器)=1 /占空比
(參見Handbook of Confocal Microsocopy, chapter 28， editor J. B. Pawley， ISBN 10: 0-387-25921-X， Publisher: Springer)。 關于此點，重要的是，NA應當盡可能地高，這是因為概率依賴于NA4。 典型地，數值孔徑應當為NA>0. 4。
對于0CT，聚焦深度是重要的，因為聚焦深度確定了掃描深度。橫 向分辨率是Ar (=點直徑)，并且通過下式給出
旭 (2)
其中
NA =數值孔徑物鏡系統 入=波長
此外，聚焦深度Az、因此沿光軸的距離(其中，通過衍射限度確
定分辨率(見等式2))通過下式給出
A 2;i
旭2 (3)
最后，軸向分辨率通過激光的相干長度L確定，該相干長度1。然
后根據下面的關系由激光的帶寬A1、以及激光的波長X確定，
,—2(ln 2)"
c _ ;tAA (4)
假設40 m m的橫向分辨率是800nm。這需要NA-0. 038的數值孔徑。 對應的聚焦深度是Az-l. llmm。因此典型地，數值孔徑應當為NA<0. 1， 導致Az〉0. 16pmm的聚焦深度。對于12毫微微秒激光，有帶寬為90nm， 這導致軸向分辨率為1。 /2 = 1.6 um。
圖3是具有可改變數值孔徑NA的液態透鏡52的操作的示意圖。 光束從上面經過可切換液態透鏡，如圖中所示。可切換透鏡可根據在 US 7， 126， 903 (Variable Focus Lens)中描述的原理制作，其通過引用 全文合并于此。在該參考文獻中，描述了如何利用最小可能的外徑制 作可變焦透鏡。這樣的小直徑透鏡通過將兩種不融合的液體放置在短 管中來獲得，該短管具有上恐水涂層52c和隔離層5W。兩種液體具有 不同的折射率，因此，其間的彎液面形成透鏡。通過更改彎液面的曲 率，可變化透鏡的光力。在圖3中，液態透鏡的工作原理在五個部分中圖示。在部分(a)中，透鏡處于關狀態(未施加電壓)，兩種液體 52a (絕緣)和52b (傳導)之間的界面形成半球。在部分(b)，透鏡 在對電極52d施加電壓，并且界面改變曲率。在圖3中，部分(c)、 (d)和(e)示出操作中的液態透鏡的照片。透鏡具有6mm的直徑， 但是低于1mm的直徑是可能的。
從計算得出，液體52a和52b在折射率上應當具有相對大的差別。 適當的組合可以是高折射率的苯醚硅油與水組合(n-1.333 )。這樣的 油的示例是具有折射率1.551的1，1，5，5-四苯基-1, 3， 3， 5-四甲基。 該油是惰性的，并且對人體非常無害。如果需要更強的光力變化，則 可能將透鏡切換得比平坦更進一步，即，具有如圖3(e)所示的反曲 率，或可能使用串聯的兩個液態透鏡。
圖4是在導管40中的光學透鏡系統50內的兩個光路的示意圖。 在圖4的右手部分，光學透鏡系統50配置為第一0CT成像模塊，而在 圖4的左手側，光學透鏡系統50配置為第二MPM成像模塊。
在OCT讀出模式下(圖4的右手部分)，液態透鏡52處于不切換 狀態，其中彎液面形成半球，導致在液態透鏡后的分支的光束，以及 就在物鏡51b后的稍微會聚的光束。在此情況下，圖像空間的數值孔 徑是NA-O. 1，而光束很深地聚焦到組織100中(幾毫米)。在用OCT 參考臂的反射鏡13的OCT掃描期間，液態透鏡52保持在相同切換狀 態。
對于MPM讀出模式，液態透鏡52切換到基本平坦的狀態，導致就 在液態透鏡后的基本平行的光束和在物鏡51b后的很強地會聚的光束。 結果，數值孔徑增加到NA-O. 5，而系統的焦點現在更接近使得光束可 聚焦到組織100的頂層(例如，動脈的內壁)的值。圍繞平坦狀態切 換或逐漸改變液態透鏡52使得能夠聚焦在組織IOO的不同位置。利用 MPM，可以檢查內動脈壁的前幾百微米，提供詳細的形態學以及功能信 息(分子信息)。當例如研究易損斑塊時，這特別令人感興趣。
在OCT成〗象模式下，可以在組織100內成l象高達幾亳米的動脈壁， 給出詳細的形態學和有限延伸的功能信息(在折射率上的多相性)。 OCT和MPM的組合給出關于易損斑塊層的詳細化學知識以及圍繞組織 100的形態學。
圖5是根據本發明可如何操作成像系統1 (具體地，導管40)的示意圖。為了執行導管40的光學透鏡系統50的旋轉掃描，利用耦合 到光纖15a的電動才幾，例如，參見G. Tearney等人的"Scanning single—mode fibre optic catheter—endoscope for optical coherence tomography", Opt. Lett. 21 (1996) pp. 543-545 ,或類 似參考文獻。在導管50的近端(a)，安排電動機M,用于經由一組適當選擇的 齒輪G旋轉導管的光學光導引裝置15a。光學光導引裝置15a與通過光 學連接器15c，與成像單元40的光學光導引裝置15b光學連接，所述 光學連接器15c相對于旋轉導引裝置15a保持固定位置。在導管40的遠端(b)，光學光導引裝置15a被內套管41圍繞， 該內套管41與光學光纖導引裝置15a —起旋轉。導管40包括不與內 套管41 一起旋轉的外套管42，這是因為，外套管42構成導管的最外 表面，該外套管42在活體成像期間與病人接觸。內套管41可包括導 管的第一控制裝置(未示出)，即，電傳導器，用于控制到液態透鏡 52的電壓和/或電流。外套管42具有與光學透鏡系統50的光學通信端口相鄰放置的透 明窗口 43，即，窗口 43應當便利不受擾動的對組合折疊鏡和反射鏡部 分51進行光學訪問。圖6是用于用成像系統1成像的、根據本發明的方法的流程圖， 所述方法包4舌Sl提供具有光學透鏡系統50的導管40，所述光學透鏡系統位于 導管的終端部分，并與用于導引光經過導管的光學導引裝置15a光學 連接，所述光學導引系統具有可以在第一數值孔徑1NA和第二數值孔 徑2NA之間改變的數值孔徑，所述第二數值孔徑高于所述第一數值孔 徑；以及S2提供成像單元5，被安排用于與導管40合作進行光學成像，所 述成像單元包括笫一成像模塊IIM和第二成像模塊2IM,兩個成像模塊 與導管的光學透鏡系統光學可連接；S3所述方法包括在用下述兩個模式進行成像之間改變1. 光學透鏡系統的第一數值孔徑UNA)和成像單元的第一成像 模塊(1IM);以及2. 光學透鏡系統的第二數值孔徑(2NA)和成像單元的第二成像模17塊(2IM)。本發明可以以包括硬件、軟件、固件或其任何組合的任何適當形 式實現。本發明或本發明的一些特征可以實現為在一個或多個數據處 理器和/或數字信號處理器上運行的計算機軟件。本發明實施例的元件 和組件可以以任何適當方式物理地、功能地和邏輯地實現。實際上， 功能可以在單個單元中、多個單元中或作為其他功能單元的一部分實 現。這樣，本發明可以以單個單元實現，或可以在不同單元和處理器 之間物理上和功能上分布。盡管已經關于特定實施例描述了本發明，但是不意在限制為這里 闡述的特定形式。而是，本發明的范圍僅由所附權利要求限制。在權 利要求中，術語"包括，，不排除其他元件或步驟的存在。此外，盡管 在不同的權利要求中可以包括各個特征，但是它們可以有利地組合， 并且不同權利要求中的包括不意味著特征的組合不可行和/或不利。此 外，單數引用不排除復數。因此，對于"一個"、"某個"、"第一"、 "第二，，等的引用不排除復數。此外，權利要求中的參考符號不應被 解釋為限制范圍。
權利要求
1.一種成像系統(1)，包括導管(40)，具有光學透鏡系統(50)，所述光學透鏡系統位于所述導管的終端部分，并與用于導引光經過所述導管的光學導引裝置(15a)光學連接，所述光學透鏡系統具有能在第一數值孔徑(1NA)和第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑，所述第二數值孔徑高于所述第一數值孔徑；以及成像單元(5)，被安排用于與所述導管(40)合作進行光學成像，所述成像單元包括第一成像模塊(1IM，11，12，13)和第二成像模塊(2IM，21，22，23)，兩個成像模塊與所述導管(40)的所述光學透鏡系統(50)光學可連接；其中所述成像系統(1)能夠在以下述方式成像之間進行改變1)所述光學透鏡系統(50)的所述第一數值孔徑(1NA)和所述成像單元(5)的所述第一成像模塊(1IM)；以及2)所述光學透鏡系統(50)的所述第二數值孔徑(2NA)和所述成像單元(5)的所述第二成像模塊(2IM)。
2. 根據權利要求1的成像系統，其中所述光學透鏡系統的焦距與 所述第一數值孔徑UNA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間的改變相 應地改變。
3. 根據權利要求1的成像系統，其中所述導管(40)包括第一控 制裝置，被安排來將所述光學透鏡系統的所述數值孔徑在所述第一數 值孔徑(1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改變，并且所述成像 單元(5)包括第二控制裝置，被安排來在用所述成像單元的所述第一 成像模塊UIM)和所述第二成像模塊(2IM)成像之間進行改變，所 述第一控制裝置和所述第二控制裝置還被安排來關于成像的改變進行 相互作用。
4. 根據權利要求1的成像系統，其中通過有源光學組件(52)提 供能在所述第一數值孔徑(1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改 變的數值孔徑。
5. 根據權利要求4的成像系統，其中所述光學透鏡系統(50)包 括液態透鏡(52)，以便提供能在所述第一數值孔徑(1NA)和所述第 二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑。
6. 根據權利要求4的成像系統，其中所述光學透鏡系統(50)包 括液晶(LC)透鏡，以便提供能在所述第一數值孔徑(1NA)和所述第 二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑。
7. 根據權利要求1的成像系統，其中所述光學透鏡系統(50)包 括沿所述光學透鏡系統的光軸可相對位移的一組透鏡，以便提供能在 所述第一數值孔徑(1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改變的數 值孔徑。
8. 根據權利要求1到4的任一的成像系統，其中所述第一數值孔 徑(1NA)低于大約0.2，優選地低于大約0.3，或更優選地低于大約 0. 4。
9. 根據權利要求1到4的任一的成像系統，其中所述第二數值孔 徑(2NA)高于大約0.4，優選地高于大約0.5，或更優選地高于大約 0. 6。
10. 根據權利要求1的成像系統，其中所述光學導引裝置(15a) 包括光子晶體纖維(PCF)。
11. 根據權利要求1的成像系統，其中所述第一成像模塊(1IM) 是光學相干斷層成像(OCT)成像系統。
12. 根據權利要求1或權利要求11的成像系統，其中所述第二成 像模塊(2IM)是多光子顯微(MPM)成像系統。
13. 根據權利要求1或權利要求11的成像系統，其中所述第二成 像模塊(2IM)是共焦顯微(CM)成像系統。
14. 根據權利要求1或權利要求11的成像系統，其中所述第一成 像模塊(1IM)和所述第二成像模塊(2IM)利用共同的輻射源(30)。
15. —種導管(40),具有光學透鏡系統(50)，所述光學透鏡 系統位于所述導管的終端部分，并與用于導引光經過所述導管的光學 導引裝置(15a)光學連接，所述光學透鏡系統具有能在第一數值孔徑(1NA)和第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑，所述第二數值 孔徑高于所述第一數值孔徑；其中所述導管還被適配為與相關聯的成像單元(5)光學連接，所 述成像單元(5)被安排為與所述導管合作進行光學成像，所述成像單 元包括第一成像模塊(1IM)和第二成像模塊(2IM)，兩個成像模塊 與所述導管的所述光學透鏡系統光學可連接。
16. 根據權利要求15的導管(40)，其中所述導管包括第一控制 裝置，被安排來將所述光學透鏡系統的所述數值孔徑在所述第一數值 孔徑(1NA)和所述第二數值孔徑(2NA)之間改變，并且所述相關聯 的成像單元包括第二控制裝置，被安排來在用所述成像單元的所述第 一成像模塊UIM)和所述第二成像模塊(2IM)成像之間進行改變， 所述第一控制裝置和所述第二控制裝置還被安排來關于成像的改變進 行相互作用。
17. —種成像單元(5)，被安排為與相關聯的導管(40)合作進 行光學成像，所述成像單元包括第一成像模塊(1IM)和第二成像模塊(2IM),兩個成像模塊與所述導管的光學透鏡系統光學可連接，所述 相關聯的導管具有光學透鏡系統(50)，所述光學透鏡系統位于所述 導管的終端部分，并與用于導引光經過所述導管的光學導引裝置(15a) 光學連接，所述光學透鏡系統具有能在第一數值孔徑(1NA)和第二數 值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑，所述第二數值孔徑高于所述第一 數值孔徑，其中所述成像單元被安排為在以下述方式成像之間進行改變1) 所述相關聯的導管中的所述光學透鏡系統的所述第一數值孔徑 (1NA)和所述第一成像模塊(1IM);以及2) 所述相關聯的導管中的所述光學透鏡系統的所述第二數值孔徑 (2NA)和所述第二成像模塊(2IM))。
18. —種用于用成像系統(1 )成像的方法，所述方法包括 提供具有光學透鏡系統(50)的導管(40)，所述光學透鏡系統位于所述導管的終端部分，并與用于導引光經過所述導管的光學導引 裝置(15a )光學連接，所述光學透鏡系統具有能在第一數值孔徑(1NA ) 和第二數值孔徑(2NA)之間改變的數值孔徑，所述第二數值孔徑高于 所述第一數值孔徑；以及提供成像單元(5)，被安排用于與所述導管(40)合作進行光學 成像，所述成像單元包括第一成像模塊(1IM)和第二成像模塊(2IM)， 兩個成像模塊與所述導管的所述光學透鏡系統光學可連接； 其中，所述方法包括在以下述方式成像之間進行改變 1)所述光學透鏡系統的所述第一數值孔徑UNA)和所述成像單 元的所述第一成像模塊(1IM);以及2)所述光學透鏡系統的所述第二數值孔徑(2NA)和所述成像單 元的所述第二成像模塊(2IM)。
全文摘要
本發明涉及具有兩種程式的成像系統1，所述系統包括導管40，具有光學透鏡系統50，所述光學透鏡系統位于所述導管的終端部分，并與光學導引裝置15a光學連接。光學導引系統具有可以在第一數值孔徑1NA和第二數值孔徑2NA之間改變的數值孔徑，2NA大于1NA。所述成像系統還包括成像單元5，被安排用于與導管40合作進行光學成像，第一成像程式1IM和第二成像程式2IM與導管40的光學透鏡系統50光學可連接。所述成像系統能夠在以下述兩種模式成像之間改變(1)光學透鏡系統50的第一數值孔徑1NA和成像單元5的第一成像程式1IM；以及(2)光學透鏡系統50的第二數值孔徑2NA和成像單元5的第二成像程式2IM。因為可非常快速地執行第一和第二成像程式之間的改變，所以本發明可提供快速和靈活的活體內成像，因此，可選擇第一和第二成像程式來彼此補充。
文檔編號G01B9/02GK101568296SQ200780047572
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月17日 優先權日2006年12月22日
發明者B·H·W·亨德里克斯, G·特胡夫特, S·凱珀 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司