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CN116391147A - 偏振敏感光学相干层析成像的方法和系统 - Google Patents

偏振敏感光学相干层析成像的方法和系统 Download PDF

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CN116391147A
CN116391147A CN202180070027.6A CN202180070027A CN116391147A CN 116391147 A CN116391147 A CN 116391147A CN 202180070027 A CN202180070027 A CN 202180070027A CN 116391147 A CN116391147 A CN 116391147A
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CN
China
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phase modulation
electro
modulation system
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CN202180070027.6A
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L·施梅特累尔
刘欣雨
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Singapore Health Services Pte Ltd
Original Assignee
Singapore Health Services Pte Ltd
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Publication date
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Abstract

一种用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS‑OCT)的系统包括：干涉式布置，其包括参考臂和样本臂，所述样本臂布置成朝向所述样本发射光辐射；相位调制系统，其布置在所述样本臂的输入处；以及检测器，其布置成检测由来自所述参考臂的参考光束与来自所述样本臂的样本光束之间的干涉产生的信号。所述相位调制系统包括：电光调制器；偏振器，其布置成相对于所述电光调制器的快轴成一旋转角度；以及信号发生器，其用于将驱动电压传递到所述电光调制器；其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。

Description

偏振敏感光学相干层析成像的方法和系统
技术领域
本公开大体上涉及例如(但非排他地)眼科领域中用于偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的方法和系统。
背景技术
光学相干层析成像(OCT)是实现半透明组织的高分辨率横截面和三维成像的公认的成像模式。基于强度的OCT是OCT成像的标准方法且不提供组织特定对比度。偏振敏感(PS)OCT经由组织的双折射特性产生对比度。PS-OCT因此是基于光的偏振状态的额外检测，由此提供额外信息。
在眼科中，PS-OCT已用于对眼睛的前段以及后段成像。在青光眼方面，已提出所述技术用于在小梁切除术之后评估滤过泡且用于对小梁网成像。在角膜成像中，已提出圆锥形角膜的早期检测和阶段划分。在后极处，PS-OCT已用于量化视网膜神经纤维层，以用于对比视网膜色素上皮，并且用于量化玻璃膜疣体积和玻璃膜疣面积。近期，PS-OCT还已用于研究动物模型中的巩膜的双折射特性，尤其在眼内压(IOP)的实验性增加期间。
眼睛内部的真实3D组织结构的测量需要明确地知道组织的完整穆勒矩阵，这是因为在角膜-空气界面处发生双向衰减。完整4×4穆勒矩阵具有三个不同的本征值且因此需要三次测量。然而，当前PS-OCT系统限于使用两个偏振状态作为照明光状态。此类系统可提供组织偏振测定特性的对比，但不能够测量组织的真实三维结构。
PS-OCT的一个应用是在对巩膜的成像中，所述巩膜为眼睛的最外层。巩膜保护内部眼结构并且确定球体的最终形状和大小。巩膜主要由胶原蛋白与产生其细胞外基质(ECM)的成纤维细胞构成。在近视的发展和进展过程中，巩膜变薄且变弱，这与胶原蛋白纤维的重新组织相关。近视巩膜中的结构和生物力学变化在文献中有充分记载，包含渐进性薄化、葡糖胺聚糖和胶原蛋白含量的减少以及原纤维组合的结构紊乱。这些结构变化与巩膜的例如蠕变速率等生物力学特性的改变相关联，所述蠕变速率表示当施加恒定或动态负载时，巩膜随时间推移的延伸。
ECM结构主导巩膜的生物力学特性。在过去数十年期间，已经形成了用以检查巩膜的离体工具，包含广角X射线散射、小角度光散射、多光子显微术、偏振光显微术、磁共振成像、扫描电子显微术、透射电子显微术和原子力显微术。这极大地增加了与近视进展的不同阶段相关联的对ECM在多个尺度上的精细结构的理解。然而，所有这些工具需要都取下眼球，这导致潜在组织制备失真。更重要的是，尽管离体研究已展示近视进展中生物力学特性的改变，但缺乏高分辨率的3D成像工具已阻碍患者体内的巩膜变化的临床评估。
目前，缺乏用于近视进展的基于成像的生物标记。已证明，经历较快眼轴生长的儿童随时间推移展现脉络膜的较少增厚，但所述关联太弱而无法被视为真实生物标记。这与临床决策中的多个问题有关。首先，目前未知的是，开始近视的哪些儿童将在未来发展成病理性近视。这在决定开始进行阿托品治疗或其它干预以减缓眼轴生长的进展时尤其重要。
需要解决以上困难中的一个或多个。
发明内容
本公开涉及一种用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的系统，其包括：
干涉式布置，其包括参考臂和样本臂，所述样本臂布置成朝向样本发射光辐射；
相位调制系统，其布置在样本臂的输入处；以及
检测器，其布置成检测由来自参考臂的参考光束与来自样本臂的样本光束之间的干涉产生的信号；
其中相位调制系统包括：
电光调制器；
偏振器，其布置成相对于电光调制器的快轴成一旋转角度；以及
信号发生器，其用于将驱动电压传递到电光调制器；
其中旋转角度和驱动电压经选择以使得相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
旋转角度可在约17.6度与约38.1度之间，且特定地说，可为约27.3678度。
驱动电压可具有锯齿波形，例如3点阶跃驱动波形，其中阶跃对应于-120度、0度和120度的调制深度。
系统可包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成根据由检测器检测到的信号确定样本的穆勒矩阵。在一个实例中，所述至少一个处理器可配置成通过极分解确定穆勒矩阵的双向衰减份额。在另一实例中，所述至少一个处理器配置成基于穆勒矩阵确定样本的双折射。所述至少一个处理器可配置成基于样本的一个或多个结构参数的先验知识对样本的双折射的确定施加约束条件。
本公开还涉及一种用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的相位调制系统，所述相位调制系统可定位在布置成朝向样本发射光辐射的样本臂的输入处，相位调制系统包括：
电光调制器；
偏振器，其布置成相对于电光调制器的快轴成一非零旋转角度；以及
信号发生器，其用于将驱动电压传递到电光调制器；
其中旋转角度和驱动电压经选择以使得相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
本公开进一步涉及一种样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的方法，其包括：
通过样本臂光学器件产生用于照射样本的样本光束；以及
检测由样本光束与参考光束的干涉产生的干涉信号；
其中样本臂光学器件具有布置在其输入处的相位调制系统，所述相位调制系统配置成：
传输输入光束使其穿过布置成相对于电光调制器的快轴成一旋转角度的偏振器；以及
将驱动电压传递到电光调制器；
其中旋转角度和驱动电压经选择以使得相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
旋转角度可在约17.6度与约38.1度之间，且特定地说，约27.3678度。
对于上述系统，驱动电压可具有锯齿波形，例如上文所公开的3点阶跃驱动波形。
方法可包括根据干涉信号确定样本的穆勒矩阵。
在一些实施例中，方法可包括通过极分解确定穆勒矩阵的双向衰减份额。
方法可包括基于穆勒矩阵确定样本的双折射。可基于样本的一个或多个结构参数的先验知识对样本的双折射的确定施加约束条件。
在一些实施例中，样本为眼睛；并且方法可进一步包括产生眼睛的巩膜的纤维各向异性图像和/或纤维定向图像。在此情况下，当确定样本的双折射时，可施加纤维胶原蛋白围绕巩膜上的视神经头为圆周的约束条件。
本公开进一步涉及一种调制用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的样本光束的方法，其包括：
在PS-OCT系统的样本臂光学器件的输入处布置相位调制系统，所述相位调制系统配置成：
传输输入光束使其穿过布置成相对于电光调制器的快轴成一旋转角度的偏振器；以及
将驱动电压传递到电光调制器；
其中旋转角度和驱动电压经选择以使得相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
附图说明
现将仅借助于非限制性实例参考附图来描述根据本发明教示的PS-OCT系统和方法的一些实施例，其中：
图1(a)为符合本公开的实施例的PS-OCT系统的框图；
图1(b)为图1(a)的系统的调制单元的框图；
图1(c)展示示出用于图1(b)的调制单元的斜变电压的调制状态演进的邦加球；
图1(d)展示图1(b)的调制单元的驱动电压与调制深度之间的关系；
图1(e)展示具有调制单元的输出状态的邦加球；
图2展示测量误差对偏振器轴角的相依性；
图3展示图1(a)的PS-OCT系统的组件的一个可能实施方案；
图4展示a)鸡和b)豚鼠模型中的代表性横截面图像；
图5(a)展示从体积扫描切片的OCT图像；
图5(b)展示图5(a)的图像的经重构巩膜各向异性图；
图5(c)展示从现有技术离体成像技术获得的结果；
图5(d)展示使用本公开的实施例导出的胶原蛋白各向异性图；
图6展示离焦鸡模型上的活体巩膜结构的代表性正面图像；
图7展示近视豚鼠模型中不同近视阶段的OCT横截面、插入有眼睛形状草图的3D再现、正面强度、纤维定向和光学各向异性图像；
图8展示活体猴视网膜的图像之间的比较：(a)由本公开的实施例产生的图像；(b)由根据现有技术的偏振深度编码系统产生的图像；以及
图9展示活体猴视网膜的图像之间的比较：(a)使用本公开的实施例产生的图像；(b)使用根据现有技术系统的2点调制系统产生的图像。
具体实施方式
本公开的实施例提供一种用以对活体3D巩膜ECM胶原蛋白结构以高分辨率成像的系统和方法。实施例利用可添加到现有PS-OCT技术的新颖调制设备。尽管实施例是参考其在眼底成像中的用途来描述，但应了解，本公开的技术可适用于其它情形，包含非眼科医学成像和甚至非医学成像。
举例来说，通过将调制设备应用于眼科PS-OCT，可以测量巩膜的完整穆勒特性。利用完整穆勒矩阵，可补偿空气-角膜界面的偏振修改，且可提取去偏振、双向衰减和延迟作为额外对比，且可按微米级分辨率重构巩膜的三维结构。从巩膜体积测量结果(包含后极的胶原蛋白各向异性)导出的度量可以充当用于近视筛选和诊断以及例如青光眼或后巩膜炎等涉及巩膜的其它疾病的新生物标记。
在实施例中，调制设备用于PS-OCT的光输入端口上。调制设备可产生3个本征偏振状态，且使得PS-OCT能够在高速(快于200kHz)下对待检查样本的完整穆勒矩阵进行时间多路复用测量，进而基于计算重构实现双折射和结构信息的提取。
图1(a)为符合本公开的实施例的示例PS-OCT系统100的示意图。PS-OCT系统100包括扫频光源激光器102，所述扫频光源激光器由分光光学器件104分光以馈送参考臂光学器件110和样本臂光学器件112。与常规PS-OCT系统相反，系统100包括调制单元120，所述调制单元定位成从分光光学器件104接收输入光信号、调制输入信号以产生包括三个正交本征态的输出信号，且将输出信号输出到样本臂光学器件112。来自样本臂112和参考臂110的光随后由干涉和检测单元114组合及检测，且由数字化和后处理单元116数字化及分析。数字化和后处理单元可包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器配置成执行各种后处理和图像重构操作，包含确定样本的完整穆勒矩阵，如下文将进一步详细描述。
如图1(b)中所示，调制单元包括偏振器130，所述偏振器放置在由驱动器模块142驱动的电光调制器(EOM)140前方。偏振器130最佳地放置在17.6322°处，或定位成相对于EOM 140的快轴成角度27.3678°。在此角度下，使得EOM 140产生表示在邦加球(Poincarésphere)上在邦加空间中相互垂直或正交的三个向量的三个本征态。在邦加偏振表示中，EOM 140将光状态演变为邦加球上的圆，如图1(c)中所示。在偏振器130放置成17.6322°的情况下，圆的半径被确定为(2/3)的平方根，这意味着此特定圆的三个等分点主要表示三个本征态。
图1(d)展示调制深度与驱动电压之间的关系。当与沿另一慢轴偏振的光比较时，沿快轴偏振的光具有较低折射率。因此，沿快轴偏振的光比沿慢轴偏振的光更快地通过EOM。快轴与慢轴之间的相移是调制深度。对应于120°、0°、-120°的调制深度的三个点用于形成三点阶跃驱动波形。这些对应于相互垂直的本征态。图1(e)展示来自调制单元120的调制输出的邦加球表示。
偏振器130有可能定向成除最佳角度17.6322°外的角度。这在图2中示出，其展示了在不同于这个数字的角度下的测量误差。使用具有已知双折射的体模作为样本以不同定向角度进行实验。随着从最佳角度的偏移增加，测量的差异相应地增加。为了在巩膜测量的情形下维持有意义的测量，在+/-9.7度内的偏移是可接受的，因为测量的差异小于人巩膜的常见双折射(1度/微米)。因此，可以采用特定角度的叙述以在可接受的偏移内包含功能上相当的角度。因此，在实施例中，偏振器最佳地放置成17.6322°且可具有7.9322°到27.3322°范围内的旋转角度，从而产生具有较长波长的较大穿透深度。在一些实施例中，角度可在约16.6到18.6度；或约15.6到19.6度；或约14.6到20.6度；或约13.6到21.6度；或约12.6到22.6度；或约11.6到23.6度；或约10.6到24.6度；或约9.6到25.6度；或约8.6到26.6度的范围内。
现转而参看图3，展示符合图1实例的PS-OCT系统100的代表性但非限制性实例。在系统100中，来自扫频光源激光器102的光在光纤耦合器(FC)处分裂且被引导到参考臂110，且经由调制单元120被引导到样本臂112，且在偏振分集检测单元(PDDU)114处检测并数字化。光被接收在参考臂110中的参考臂光学循环器C1处，所述光从所述参考臂光学循环器传输到准直透镜L3和聚焦透镜L4且聚焦到安装到平移台的镜上。从镜反射的光接着穿过透镜L4和L3传回循环器C1，借此所述光被传输到偏振控制器PC且接着传输到准直透镜L5，且穿过线形偏振器P到PDDU 114。
光经由偏振控制器(PC)和准直透镜L1到达调制单元120，且在如上文所描述调制和发射后，经由聚焦透镜L2传输到样本臂112。在样本臂112处，在样本臂光学循环器C2处接收经调制输出光，由此将所述经调制输出光传输到准直透镜L7，且接着传输到扫描电流计SG，所述扫描电流计实现对样本(在此实例中为眼睛)的xy扫描，在图3中，DM是指双色镜，且AC是指对准摄像机。从样本反向散射的光接着传播回到循环器C2，借此所述光经由准直透镜L6离开样本臂112到达PDDU 114。
确定完整穆勒矩阵
一旦通过PDDU 114检测到来自样本的光的偏振状态，便可分析所述光以确定完整穆勒矩阵，如现在将详细描述。
在不损失一般性的情况下，在通过系统和样本光学器件之前(即，在离开调制单元120之后且在进入样本臂112之前)，可将具有三个正交输入的输入探测光汇集成探测矩阵M探测：
Figure BDA0004174507620000071
在穿过由穆勒矩阵M表示的系统和样本之后，探测光被PDD单元114检测到，所述PDD单元将斯托克斯空间中所接收的光的偏振状态检测为[s0 s1 s2 s3]T。检测器所接收到的原始数据可汇集成检测矩阵M检测：
M检测＝M·M探测，
其中M为全光回路的4×4纯穆勒(琼斯-穆勒)矩阵：
Figure BDA0004174507620000072
因此，可获得检测矩阵：
Figure BDA0004174507620000073
就D和mR而言，M检测可表达为
Figure BDA0004174507620000074
其中D＝[d1 d2 d3]T＝[m01/m00 m02/m00 m03/m00]T。DM定义为
Figure BDA0004174507620000075
上标T表示矩阵转置。
为解出m00，构造辅助矩阵以去除测量中的延迟因素：
Figure BDA0004174507620000076
检测矩阵可表达为：
Figure BDA0004174507620000077
其中a＝m00(d1+1)、b＝m00(d2+1)、c＝m00(d3+1)、a，b，c＞0。
进一步简化Maux：
Figure BDA0004174507620000078
应注意cos2κ＝|D|2，D＝[(a-1)/m00 (b-1)/m00 (c-1)/m00]T，且因此可从Maux和D中的条目得到等式，例如：
Figure BDA0004174507620000081
尽管可得到多于一个等式，但其彼此冗余。m00可求解为：
Figure BDA0004174507620000082
其中ε＝(ab+bc+ac-Maux(1，2)-Maux(1，3)-Maux(2，3))/3。
应注意，m00从具有2个根的2阶多项式方程求解出。仅上文所列的一个是有效的。
一旦解出m00，就可依序重构D、mD，mR，且可随后重构组织的4×4穆勒矩阵M，如下所示。
Figure BDA0004174507620000083
Figure BDA0004174507620000084
Figure BDA0004174507620000085
Figure BDA0004174507620000086
通过所描述的系统记录原始条纹数据。通过优化最大化原始数据的傅里叶变换的量值的对比度的3阶多项式相位校正项来应用分散校准。从校准信号提取来自激光器的相位变化并且补偿到条纹。从依序测量的斯托克斯向量获得样本的完整穆勒矩阵。
就眼科PS—OCT而言，主要由角膜引发的双向衰减项可以通过极分解获得并且从样本穆勒矩阵中去除。深度解析双折射可以通过累积穆勒矩阵M的微分方程的解来解析：
Figure BDA0004174507620000087
Figure BDA0004174507620000088
其中LB为线性双折射，LD为线性双向衰减，CB为圆形双折射，且CD为圆形双向衰减。
求解形式为矩阵指数exp(βx)。3D向量β描述底层样本的纤维结构。具体来说，β的欧几里得长度表示纤维各向异性，且β的方向表示纤维定向。然而，可能无法求解出β，除非基于样本的先验知识添加另一约束条件。因此，为了恢复绝对纤维定向，可使β旋转一因数
Figure BDA0004174507620000089
以满足纤维胶原蛋白围绕巩膜上的视神经头为圆周的先验条件。在一些实施例中，应了解，绝对方向可能不重要，使得不需要施加基于先验知识的约束条件。在此情况下，总体测量将随机偏移相位因数/>
Figure BDA00041745076200000810
但仍可产生展示指示图像内的对象的相对定向的信息的图。
实验结果
根据本发明构造示例系统。研究鸡和豚鼠模型。研究10只鸡和4只豚鼠的群组。通过在实验性眼睛上覆盖散光片来诱导近视，同时使另一个眼睛睁开以用于对照。在成像当天(对于鸡来说为第14天，对于豚鼠来说为第80天)，对眼睛进行活体成像且接着收集以用于轴长测量和组织学验证。初步结果确认可从所测量的巩膜纤维结构信息提取潜在生物标记。
图4分别展示a)鸡和b)豚鼠中的代表性横截面图像。进行组织学验证以验证所关注的巩膜层。对于鸡模型，巩膜具有两层：软骨层和胶原蛋白纤维层。所述两个层可从OCT图像识别出，且展示高各向异性和高度组织定向的独特特征。对于豚鼠模型，巩膜层可以在脉络膜下方清楚地看到并且通过组织学检验。纤维各向异性和定向进一步确认富含胶原蛋白的巩膜结构。可堆叠横截面图像以再现巩膜纤维结构的3D图像。
图5展示来自活体猴的结果。图5(a)展示中央窝的强度成像。图5(b)展示经重构巩膜纤维各向异性。通过体积扫描，可以重构巩膜纤维架构。可从图像看到周向、径向和切向纤维结构。观测结果与基于离体成像技术的先前报告一致(图5(c))。可从本3D测量结果，包含但不限于胶原蛋白几何形状和高分辨率各向异性图导出度量(图5(d))。
图6展示离焦鸡模型上的活体巩膜结构的代表性正面图像。在屈光不正的眼睛中，巩膜(左图)展示重塑，且与对照图像(右图)相比，纤维结构被去组织化。可以从由不均匀分布的各向异性值证明的纤维各向异性图中看到胶原蛋白结构的去组织化。去组织化在纤维定向图像中更显而易见，其中在对照眼睛中看不见屈光不正眼睛中的星形定向图案。
图7展示来自豚鼠的成像结果。在现场饲养一组豚鼠(患顿金哈德莱白化病和呈榆树山(Elm Hill)色)。使用视网膜检影法每周测量每一动物的屈光发展。在培育70天时，选择表示近视的不同阶段的四只豚鼠(对应于图7中的四列)。通过向动物肌肉注射盐酸氯胺酮的混合液使其麻醉，且用PS-OCT系统100成像。通过计算沿深度的巩膜组织的平均值，将巩膜手动分段并产生正面图像。图7中展示不同近视阶段的OCT横截面、插入有眼睛形状草图的3D再现、正面强度、纤维定向和光学各向异性图像。观察到结构变化，包含后巩膜的变薄和曲率变大。还观察到可以根据巩膜胶原蛋白各向异性图的变化筛查近视的进展。发现在近视进展期间，巩膜纤维各向异性增加。这可能是由于后巩膜在眼球的伸长期间的拉伸。所关注的是，巩膜纤维各向异性在葡萄肿情况下降低到较低值，从而区分巩膜病状与非病理性近视眼。
图8(a)展示本公开的实施例的PS-OCT系统之间的比较，且图8(b)展示如PCT公开案WO2010/054097中所描述的偏振深度编码现有技术系统。与此现有技术系统相比，本发明技术在成像深度、灵敏度和穿透方面具有优势。利用相同系统参数，本发明技术的成像深度加倍且灵敏度提高2-5dB(穿透程度提高200-500微米)。在机械上，本发明技术也更紧凑且稳固。
与本公开的三步调制相比，其它现有技术系统使用两步调制。由于完全角膜补偿，本发明所公开的技术在可靠测量方面优于此类现有技术系统。在两步调制的情况下，无法补偿来自角膜的干扰，从而产生有偏差的或甚至误导性的结构性结果。图9中示出了实例。可以看出，PS-OCT系统100准确地重构眼睛的3D结构，如图9(a)中所示，而与真实结构的偏差可见于图9(b)中。
实施例可具有以下特征和/或优点中的一个或多个：
-可在高速下产生3个本征偏振状态的调制设备。此设备使用相对于调制器的快轴以27.3678°的角度定位的电光调制器。偏振器的此特定旋转角度能够产生所有三个本征偏振状态。将3点阶跃驱动波形施加到电光调制器以产生三个本征偏振状态。
-具有增强的测距深度和灵敏度的基于扫频光源的偏振敏感光学相干层析成像成像系统，其能够对深视网膜巩膜成像。
-使用所测量的数据和巩膜架构的先验知识以计算方式重构巩膜胶原蛋白结构信息的完整穆勒矩阵的方法。
-使用消偏振特性根据脉络膜和由深眼眶结构产生的噪声信号将巩膜分段的方法。
-通过白质束成像处理来量化所测量的数据且导出指示受试体巩膜的底层生理状态(即，胶原蛋白各向异性)的度量的方法。
-从巩膜体积测量结果(包含后极的胶原蛋白各向异性)导出的度量可以充当用于近视筛查、诊断、风险分层、治疗监测的新生物标记，且充当临床试验以及包含巩膜的例如青光眼或后巩膜炎等其它疾病的替代结果。
在不脱离本发明的范围的情况下，许多修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。
在整个本说明书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”和变化形式(如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”)应理解为暗示包含所陈述整数或步骤或者整数或步骤的群组，但不排除任何其它整数或步骤或者整数或步骤的群组。
在本说明书中引用的任何先前出版物(或从其衍生的信息)，或已知的任何事项，不是也不应视为认可或承认或任何形式的暗示先前出版物(或从其衍生的信息)或已知事项形成本说明书所涉及的工作领域中的公共常识的一部分。在以下经编号语句中公开本发明的一个或多个实施例。
1.一种用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的系统，其包括：
干涉式布置，其包括参考臂和样本臂，所述样本臂布置成朝向所述样本发射光辐射；
相位调制系统，其布置在所述样本臂的输入处；以及
检测器，其布置成检测由来自所述参考臂的参考光束与来自所述样本臂的样本光束之间的干涉产生的信号；
其中所述相位调制系统包括：
电光调制器；
偏振器，其布置成相对于所述电光调制器的快轴成一旋转角度；以及
信号发生器，其用于将驱动电压传递到所述电光调制器；
其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
2.根据1所述的系统，其中所述旋转角度在约17.6度与约38.1度之间。
3.根据2所述的系统，其中所述旋转角度为27.3678度。
4.根据1至3中任一所述的系统，其中所述驱动电压具有锯齿波形。
5.根据4所述的系统，其中所述锯齿波形为3点阶跃驱动波形，阶跃对应于-120度、0度和120度的调制深度。
6.根据1至5中任一所述的系统，其中所述检测器包括偏振分集检测单元(PDDU)。
7.根据1至6中任一所述的系统，其包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成根据由所述检测器检测到的所述信号确定所述样本的穆勒矩阵。
8.根据7所述的系统，其中所述至少一个处理器配置成通过极分解确定所述穆勒矩阵的双向衰减份额。
9.根据7或8所述的系统，其中所述至少一个处理器配置成基于所述穆勒矩阵确定所述样本的双折射。
10.根据9所述的系统，其中所述至少一个处理器配置成基于所述样本的一个或多个结构参数的先验知识对所述样本的双折射的确定施加约束条件。
11.一种用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的相位调制系统，所述相位调制系统能够定位在布置成朝向所述样本发射光辐射的样本臂的输入处，所述相位调制系统包括：
电光调制器；
偏振器，其布置成相对于所述电光调制器的快轴成一非零旋转角度；以及
信号发生器，其用于将驱动电压传递到所述电光调制器；
其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
12.根据11所述的相位调制系统，其中所述旋转角度在约17.6度与约38.1度之间。
13.根据12所述的相位调制系统，其中所述旋转角度为27.3678度。
14.根据11至13中任一所述的相位调制系统，其中所述驱动电压具有锯齿波形。
15.根据14所述的相位调制系统，其中所述锯齿波形为3点阶跃驱动波形，阶跃对应于-120度、0度和120度的调制深度。
16.一种样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的方法，其包括：
通过样本臂光学器件产生用于照射所述样本的样本光束；以及
检测由所述样本光束与参考光束的干涉产生的干涉信号；
其中所述样本臂光学器件具有布置在其输入处的相位调制系统，所述相位调制系统配置成：
传输输入光束使其穿过布置成相对于电光调制器的快轴成一旋转角度的偏振
器；以及
将驱动电压传递到所述电光调制器；
其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
17.根据16所述的方法，其中所述旋转角度在约17.6度与约38.1度之间。
18.根据17所述的方法，其中所述旋转角度为27.3678度。
19.根据16至18中任一所述的方法，其中所述驱动电压具有锯齿波形。
20.根据19所述的方法，其中所述锯齿波形为3点阶跃驱动波形，阶跃对应于-120度、0度和120度的调制深度。
21.根据16至20中任一所述的方法，其中所述干涉信号由偏振分集检测单元(PDDU)检测。
22.根据16至21中任一所述的方法，其包括从所述干涉信号确定所述样本的穆勒矩阵。
23.根据22所述的方法，其包括通过极分解确定所述穆勒矩阵的双向衰减份额。
24.根据22或23所述的方法，其包括基于所述穆勒矩阵确定所述样本的双折射。
25.根据24所述的方法，其包括基于所述样本的一个或多个结构参数的先验知识对所述样本的双折射的确定施加约束条件。
26.根据16至25中任一所述的方法，其中所述样本为眼睛。
27.根据26所述的方法，其进一步包括产生所述眼睛的巩膜的纤维各向异性图像和/或纤维定向图像。
28.根据27所述的方法，当附加到25时，其中所述约束条件为纤维胶原蛋白围绕所述巩膜上的视神经头为圆周的。
29.一种调制用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的样本光束的方法，其包括：
在PS-OCT系统的样本臂光学器件的输入处布置相位调制系统，所述相位调制系统配置成：
传输输入光束使其穿过布置成相对于电光调制器的快轴成一旋转角度的偏振器；以及
将驱动电压传递到所述电光调制器；
其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
30.根据29所述的方法，其中所述旋转角度在约17.6度与约38.1度之间。
31.根据30所述的方法，其中所述旋转角度为27.3678度。
32.根据29至31中任一所述的方法，其中所述驱动电压具有锯齿波形。
33.根据32所述的方法，其中所述锯齿波形为3点阶跃驱动波形，阶跃对应于-120度、0度和120度的调制深度。

Claims (21)

1.一种用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的系统，其包括：
干涉式布置，其包括参考臂和样本臂，所述样本臂布置成朝向所述样本发射光辐射；
相位调制系统，其布置在所述样本臂的输入处；以及
检测器，其布置成检测由来自所述参考臂的参考光束与来自所述样本臂的样本光束之间的干涉产生的信号；
其中所述相位调制系统包括：
电光调制器；
偏振器，其布置成相对于所述电光调制器的快轴成一旋转角度；以及
信号发生器，其用于将驱动电压传递到所述电光调制器；
其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述旋转角度在约17.6度与约38.1度之间。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述旋转角度为27.3678度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动电压具有锯齿波形。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述锯齿波形为3点阶跃驱动波形，阶跃对应于-120度、0度和120度的调制深度。
6.根据权利要求1所述的系统，其包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成根据由所述检测器检测到的所述信号确定所述样本的穆勒矩阵。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述至少一个处理器配置成基于所述穆勒矩阵确定所述样本的双折射。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个处理器配置成基于所述样本的一个或多个结构参数的先验知识对所述样本的双折射的确定施加约束条件。
9.一种用于样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的相位调制系统，所述相位调制系统能够定位在布置成朝向所述样本发射光辐射的样本臂的输入处，所述相位调制系统包括：
电光调制器；
偏振器，其布置成相对于所述电光调制器的快轴成一非零旋转角度；以及
信号发生器，其用于将驱动电压传递到所述电光调制器；
其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
10.根据权利要求9所述的相位调制系统，其中所述旋转角度在约17.6度与约38.1度之间。
11.根据权利要求10所述的相位调制系统，其中所述旋转角度为27.3678度。
12.一种样本的偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)的方法，其包括：
通过样本臂光学器件产生用于照射所述样本的样本光束；以及
检测由所述样本光束与参考光束的干涉产生的干涉信号；
其中所述样本臂光学器件具有布置在其输入处的相位调制系统，所述相位调制系统配置成：
传输输入光束使其穿过布置成相对于电光调制器的快轴成一旋转角度的偏振器；以及
将驱动电压传递到所述电光调制器；
其中所述旋转角度和所述驱动电压经选择以使得所述相位调制系统产生三个相互正交的偏振状态。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述旋转角度在约17.6度与约38.1度之间。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述旋转角度为27.3678度。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述驱动电压具有锯齿波形。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述锯齿波形为3点阶跃驱动波形，阶跃对应于-120度、0度和120度的调制深度。
17.根据权利要求12所述的方法，其包括根据所述干涉信号确定所述样本的穆勒矩阵。
18.根据权利要求17所述的方法，其包括基于所述穆勒矩阵确定所述样本的双折射。
19.根据权利要求18所述的方法，其包括基于所述样本的一个或多个结构参数的先验知识对所述样本的双折射的确定施加约束条件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述样本为眼睛其中所述方法进一步包括产生所述眼睛的巩膜的纤维各向异性图像和/或纤维定向图像。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述约束条件为纤维胶原蛋白围绕所述巩膜上的视神经头为圆周的。
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