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来自光相干的光学成像的制作方法

来自光相干的光学成像
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术案主张2020年6月18日申请的美国申请案第16/904,572号的权利及优先权，所述美国申请案第16/904,572号主张2020年4月27日申请的美国临时申请案第63/016,011号的优先权，所述两个申请案特此以引用的方式并入。

背景技术：

3.成像装置用于例如医疗保健、导航及安全等的背景内容中。成像系统经常测量无线电波或光波以促进成像。测量被物体散射的光的成像特别具有挑战性，且寻求用以改进光学成像的装置、系统及方法的进展以增加速度、增加分辨率、减小尺寸及/或降低成本。
附图说明
4.参考以下图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中相似参考数字指代贯穿各种视图的相似部件，除非另外指定。
5.图1说明根据本公开的方面的经配置以确定组织样本的血液特性的成像系统。
6.图2说明根据本公开的方面的实例光检测器，其具有经配置以对由参考光束与测量光束干涉产生的干涉图案成像的图像传感器。
7.图3说明根据本公开的方面的包含分束器的光检测器的实例配置。
8.图4a到4d说明根据本公开的方面的可被并入到数据模型中的血液特性的实例曲线图。
9.图5a到5b说明根据本公开的方面的耦合到经配置以产生合成图像的处理逻辑的图像像素阵列。
10.图6说明根据本公开的方面的包含经配置以确定血液特性的光检测器网络的成像系统。
11.图7说明根据本公开的方面的应用于人类头部并经配置以确定血液特性的成像系统。
12.图8说明根据本公开的方面的血液特性值的合成图像的显示。
13.图9说明根据本公开的方面的用于从相干光干涉图案确定血液特性的过程的流程图。
14.图10说明根据本公开的方面的用于从相干光干涉图案确定血液特性的过程的流程图。
具体实施方式
15.本文描述具有光相干的光学成像的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。但是，所属领域的技术人员将认识到本文描述的技术可在没有一或多个特定细节的情况下或用其它方法、组件、材料等实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。
16.贯穿此说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性被包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书在各处出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合于一或多个实施例中。
17.在本公开的方面中，可见光可被定义为具有约380nm到700nm的波长范围。非可见光可被定义为具有在可见光范围之外的波长的光，例如紫外光及红外光。具有约700nm到1mm的波长范围的红外光包含近红外光。在本公开的方面中，近红外光可被定义为具有约700nm到1.4μm的波长范围。
18.本公开将大致上描述在医学背景内容中的人体组织的背景内容下对漫射介质成像。然而，本公开的内容可应用于医学成像、导航、安全、科学研究或对漫射介质或对象成像的其它背景内容。
19.人类组织对红外光是透明的，不过人体的不同部分(例如，皮肤、血液、骨骼)展现不同的吸收及散射系数。研究者已尝试将红外光的性质用于医学成像目的，但尺寸及成本约束已限制大规模采用。出于成像目的用近红外光照明组织及其它漫射介质有时被称为漫射光学断层摄影术。在一种光学技术中，激光散斑成像可用来检测主要在样本的表面附近反射的光，严重缺乏测量深度。在另一漫射光学断层摄影术技术中，漫射相关光谱法使用雪崩光电二极管来通过随时间观察单个散斑来测量相干。然而，单个散斑提供关于样本内的流体的运动的有限信息。
20.与激光散斑成像及漫射相关光谱法相比，本公开的一些实施例可包含成像系统，所述成像系统可经配置以通过第一光纤将激光发射到组织样本中，通过第二光纤检测来自组织样本的漫射光，捕获漫射光的图像，并至少部分地基于图像中的相干光干涉图案确定组织样本内的血流数据。成像系统可使用具有耦合到一或多个相干光源的一或多个光纤的一或多个相干光源发射激光。成像系统可使用具有耦合到一或多个图像传感器的一或多个光纤的一或多个光检测器来检测漫射光。成像系统可通过使用耦合到光源及光检测器的处理逻辑基于图像确定血液特性。
21.处理逻辑可使用图像中表示的相干光干涉来确定血液特性。相干光包含但不限于具有相同频率、相位及偏振的光波或光子。图像中的相干光干涉可表现为散斑或捕获为散斑，所述散斑包含图像中一或多个像素的亮点及暗点。暗像素是具有比周围像素低的像素值及/或比图像的平均像素值低的像素。亮像素是具有比周围像素高的像素值及/或比图像的平均像素值高的像素。可使用图像的所有像素的标准差来检测图像中散斑的数量，并因此检测相干光干涉。更具体地说，散斑对比度可通过将图像的像素值的标准差除以图像的像素值的平均值(即，标准差/平均值)来确定。在实施例中，将图像的散斑对比度与将散斑对比度映射到流过组织样本的血液量的一或多个数据模型进行比较。血液特性可包含流过一个区域的血液量、血液速度，且也可包含血红蛋白的浓度及氧合水平。一些血液特性是血流特性，且血流特性可包含流过组织区的血液量及流过组织区的血液速度。一些血液特性可独立于或较少依赖于血流量，且这些血液特性可包含血红蛋白的浓度及氧合水平。
22.为了改进将散斑对比度映射到血液特性(例如，血流特性)，可操纵图像传感器对相干光的曝光。在一个实施例中，激光器提供具有在10μs到1000μs(例如，10μs、20μs、40μs及/或80μs)范围内的持续时间的脉冲的相干光。在一个实施例中，图像传感器的曝光时间
(例如，像素读取之间的时间)被设置为例如10μs、20μs或10μs到1000μs范围内的某一持续时间。
23.本公开的成像系统的实施例可包含各种配置。成像系统可包含多个光源、多个光纤、多个激光器、连续波激光器、脉冲激光器及/或经调制或斩波的连续波激光。成像系统可包含从光纤直接捕获图像数据，或可包含与参考光源光学组合的经捕获光。成像系统可使用散斑对比度、与参考光束干涉及/或光学衰减来确定组织样本内的血液特性。可采用各种类型的数据模型来破译来自图像的含义(例如，散斑对比度)。
24.将参考图1到10更详细地描述这些实施例及其它实施例。
25.图1说明根据本公开的方面的成像系统100，其经配置以至少部分地基于在图像中捕获的漫射光的相干来确定组织样本102中的血液特性。在经捕获的图像中的漫射光的相干在图像中表现为相干光干涉图案或散斑。可通过确定出射组织样本102的漫射光的图像的散斑对比度来量化相干光干涉(或干涉图案)。散斑对比度值可与血液流速及其它血液特性相关或映射到血液流速及其它血液特性。因此，散斑对比度值可用于识别血管阻塞，这可指示健康问题。成像系统100可包含光源104、光检测器106及处理逻辑108，其经配置以测量组织样本102中的血液特性。下文进一步详细描述成像系统100的各种特征。
26.光源104经配置以将光110发射到组织样本102中。光源104包含源光纤112及耦合到源光纤112的光产生器114。源光纤112抵靠组织样本102定位以提供光子在光产生器114与组织样本102之间行进的路径。光产生器114经配置以产生窄带频率的相干光。光产生器114可为经配置以发射近红外激光的激光源。在一个实施例中，近红外激光具有在700nm与1000nm之间的波长。在一个实施例中，激光具有600nm到900nm的波长。例如，激光可提供约850nm的窄带相干光。激光器可为连续波(cw)激光器。激光器的输出可经脉冲化、斩波或调制以提供相干光的脉冲。根据不同的实施方案，脉冲可具有10μs、20μs的持续时间，或从10μs到1000μs的某一其它持续时间。
27.光检测器106经配置以检测来自测量光束110的相干光，所述相干光由通过光源104漫射到组织样本102中的相干光形成。光检测器106可包含耦合到图像传感器118的检测器光纤116。检测器光纤116可为具有50μm、60μm的芯直径或大于约10μm的某一直径的多模光纤。源光纤112可为具有9μm或更小的直径的单模光纤。
28.检测器光纤116捕获来自组织样本102的漫射光(即，出射信号)，并将来自测量光束110的漫射光传输到图像传感器118。图像传感器118可为互补金属氧化物半导体(“cmos”)图像传感器或电荷耦合装置(“ccd”)图像传感器。图像传感器118包含像素阵列，每个像素响应于通过检测器光纤116从测量光束110接收的光子。图像传感器118中的像素以在图像中表现为散斑的暗像素值及亮像素值响应于相干光干涉。然后使用散斑对比度来确定组织样本102内的血管的血液特性。在一个实施例中，图像传感器118具有图像传感器像素，所述图像传感器像素具有一微米或更小的像素间距。图像传感器118的像素分辨率可取决于应用而变化。在一个实施例中，图像传感器118是1920像素
×
1080像素。在一个实施例中，图像传感器118是4000万像素或更大的图像传感器。
29.在实施例中，光转换器120定位于检测器光纤116与图像传感器118之间以促进光检测光纤116与图像传感器118之间的光传输。在实施例中，光转换器120可经实施为透镜、滤波器及光学开关中的一或多者。光转换器120可包含带通滤波器。光转换器120可为滤除
环境光波长的高通滤波器。
30.根据实施例，处理逻辑108耦合到光源104及光检测器106以支持成像系统100的操作。处理逻辑108使用通道x1来向光源104发送控制信号以操作光源104。操作光源104的实例包含开启及关闭光产生器114且包含对光产生器114的输出进行斩波。
31.在实施例中，处理逻辑108使用通道x2来向图像传感器118发送控制信号。处理逻辑108可配置图像传感器118的曝光时间。曝光时间的实例包含10μs、20μs、30μs或10μs到1000μs范围内的各种增量。散斑对比度信号的强度可随着曝光时间的增加而降低，例如大于100μs。因此，在一些实施方案中，图像传感器118的曝光时间经配置以小于100μs。
32.在实施例中，处理逻辑108使用通道x2来从图像传感器118接收图像数据122。图像数据122可包含表示图像传感器118的像素阵列对来自测量光束110的光子的曝光的像素值阵列。测量光束110是由光源104发射的、出射到光检测器106中的光的部分。测量光束110的出射组织样本102到光检测器106中的部分可被称为出射信号。当光源104是激光器时，测量光束110包含由光源104发射到光组织样本102中的激光，其至少部分传播到光检测器106。测量光束110的漫射光可采取比图1中说明的更迂回的光学路径。处理逻辑108可使用通道x2来接收图像数据122用于散斑对比度分析。
33.在实施例中，处理逻辑108经配置以对图像数据122执行散斑对比度分析以识别组织样本102内的血液特性。处理逻辑108可通过计算图像的像素的标准差、计算图像的像素的平均值以及将散斑对比度值识别为标准差除以图像的像素的平均值来对图像数据122执行散斑对比度分析。
34.散斑对比度可用于提供组织样本102中的血液特性。散斑对比度值基于行进通过血管124的血量而变化。血管124可包含较大的血管124a及较小的血管124b。较大的血管124a可包含小动脉、小动脉分支、直捷通路及小静脉。较小的血管124b可包含毛细血管。较小的血管124b可比较大的血管124a更显著地贡献于散斑对比度值。散斑对比度可经映射或建模为与行进通过血管124的血量成反比。散斑对比度随着行进通过血管124的血量的增加而减小。散斑对比度随着行进通过血管124的血量的减少而增加。可将散斑对比度值与经建模的血液特性进行比较以识别行进通过血管124的血流量的减少(例如，由血凝块或其它血管阻塞引起)。因此，可特性化与身体的部分中(例如，大脑内)的血量减少相关联的健康问题。
35.处理逻辑108将散斑对比度值与相关联于组织样本102的血液特性的数据模型进行比较。数据模型可基于组织样本102的类型及/或基于测试主体的特性而变化。组织样本102内的血液特性对于身体的各个部分(例如，手臂、腿、乳房、大脑、前列腺、心脏等)可不同。组织样本102内的血液特性可基于测试主体的特性(例如，体重指数“bmi”、性别、年龄、身高、健康水平、遗传、健康等)而不同。因此，处理逻辑108可接收测试主体的特性，并将散斑对比度值与一或多个特定数据模型(来自多个数据模型)进行比较，以从经测量及/或计算的散斑对比度值确定血液特性。处理逻辑108可经配置以比较组织样本102中的不同位置之间的血液特性或吹流特性。
36.根据实施例，处理逻辑108可经配置以使用强度值来确定血液特性。例如，处理逻辑108可通过计算图像数据122的像素值的平均值来确定图像数据122的强度值。各种强度可与光学衰减系数映射或相关，所述光学衰减系数可随血流变化而变化。
37.图2说明根据本公开的方面的经配置以捕获相干光干涉图案以确定血液特性的光检测器220。光检测器220是光检测器106的一部分(例如，图像传感器118及/或光转换器120)的实例实施方案。光检测器220可包含图像传感器295，所述图像传感器295经配置以对由参考光束257与测量光束110干涉产生的干涉图案成像。光检测器220经配置以接收测量光束110。在一些实施例中，参考光束257与由光源104的光产生器114发射的激光的波长相同。参考光束257可通过从光产生器114接收(例如)激光的光纤245提供到光检测器220的光学输入293，以确保参考光束257的波长与测量光束110的波长相同。在图2的说明中，参考光学元件255经配置以引导参考光束257照明图像传感器295。参考光学元件255可包含表面浮雕光栅、布拉格光栅及/或全息光学元件，其经耦合以接收来自光学输入293的参考光束并将参考光束257引导到图像传感器295。在一些实施例中，参考光学元件255经配置以引导参考光束257变为以稍微偏离垂直于图像传感器295的成像平面的角度的角度入射到图像传感器295上。
38.光检测器220经配置以捕获由测量光束110与参考光束257干涉产生的干涉图案的图像数据291。处理逻辑108(在图1中展示)可经配置以经由通信信道x2起始由图像传感器295进行的图像捕获。可使用本文公开的技术来分析由光检测器220的图像传感器295捕获的干涉图案的强度以确定血液特性(例如，血液流速、血红蛋白氧合水平等)。例如，来自漫射光及参考光束的干涉图案可包含图像数据291中的条纹，且图像数据291中的条纹图案之间的对比度可用于确定血液特性(例如，血流特性)。
39.图3说明根据本公开的方面的经配置以捕获相干光干涉图案以确定组织样本中的血液特性的光检测器320。光检测器320是光检测器106(图1中展示)的实例实施方案。光检测器320经配置以接收测量光束110。光检测器320包含图像传感器395，所述图像传感器395经配置以捕获测量光束110与参考光束357之间的干涉的图像数据391。测量光束110的至少一部分传播通过分束器353以干涉被反射回朝向图像传感器395的参考光束357的部分。因此，由图像传感器395产生的图像数据391表示参考光束357与测量光束110的干涉。
40.参考波前产生器355产生参考光束357，所述参考光束357可为近红外参考光束或可见光参考光束。参考波前产生器355可包含一或多个激光器及对应的光学器件，以产生参考光束357的大体上均匀的波前。在一些实施例中，参考波前产生器355可从为光源104提供光的同一光产生器(例如，图1中展示的光产生器114)接收光。参考光束357可为与从光源104发射的光相同的波长。或，在一些实施方案中，参考光束357可为与测量光束110的(多普勒)波长偏移部分相同的波长。
41.在一个实施例中，参考波前产生器355经安置以依与图像传感器395的像素平面成角度来实现参考光束357到图像传感器395的递送。图像传感器395可包含安置成界定图像传感器395的像素平面的二维行及列的图像像素。处理逻辑108可经配置以经由通信信道x2起始由图像传感器395进行的图像捕获。
42.图4a、4b、4c及4d说明根据本公开的实施例的血液特性的图形表示，所述血液特性可被并入到一或多个数据模型以从相干光干涉图案确定血流指数及/或血液流速。
43.图4a说明根据本公开的实施例的散斑对比度曲线图400，其示范图像数据(例如，图1的图像数据122、图2的图像数据291、图3的图像数据391等)的散斑对比度值可如何基于血液特性而变化。散斑对比度曲线图400包含x轴及y轴。x轴包含以秒为单位的时间，且y轴
包含散斑对比度值，所述散斑对比度值可被定义为图像的像素值(例如，全部或子区段)的标准差除以图像的像素值(例如，全部或子区段)的平均值。散斑对比度曲线图400包含数据线402，所述数据线402展示当血流(或模拟血流)至少部分收缩、释放及至少部分收缩时，散斑对比度值相对于时间变化的实例。数据线402表示由定位在离光源10mm处的光检测器捕获的测量值。数据线404类似于数据线402，但是数据线404表示由定位在离光源20mm处的光检测器捕获的测量值。数据线406类似于数据线402，但是数据线406表示由定位在离光源30mm处的光检测器捕获的测量值。根据本公开的实施例，在用具有在约600nm到1000nm范围内的波长的光照射组织的同时，散斑对比度值在血流量增加时降低。值得注意的是，散斑对比度值随着光源与光检测器之间的距离变化而变化，且散斑对比度值随着组织样本对相干光的曝光时间的变化而变化。
44.图4b说明根据本公开的实施例的血流指数曲线图420，其示范数据模型可如何针对特定血流指数值对距离映射散斑对比度值。血流指数曲线图420包含x轴及y轴。x轴包含光源与光检测器之间以毫米为单位的距离，且y轴包含散斑对比度值。血流指数曲线图420包含数据线422，所述数据线422建模在散斑对比度值随光源与光检测器之间的距离变化时的说明性散斑对比度值。数据线422是可针对特定血流指数建模的值的实例(例如5.88x 10-6
mm2/s)。数据点424a、424b及424c表示在10mm、20mm及30mm进行的测试测量，其相对好地拟合实例数据模型。根据实施例，数据线422是非线性的，指示在散斑对比度值与源光纤同检测器光纤之间的距离之间存在非线性关系。
45.图4c说明根据本公开的实施例的血流指数曲线图440，其示范血流指数值可如何基于血液特性相对于时间而变化。血流指数曲线图440包含x轴及y轴。x轴包含以秒为单位的时间，且y轴包含以平方毫米/秒(mm2/s)为单位的血流指数值。血流指数值表示每秒流过二维横截面的血液量，而不考虑血管的直径。血流指数可通过将移动的散射体的分数(例如，血细胞及/或血红蛋白)乘以散射体的漫射系数来确定。在y轴描述符中，移动的散射体的分数被表示为“α(alpha)”，且散射体的漫射系数被表示为“db”。漫射系数可为用于对经历布朗运动的散射体建模的有效布朗漫射系数。血流指数曲线图440包含说明响应于血管去收缩(例如，在时间40s)的例如从5.25x 10-6
mm2/s到6.75x10-6
mm2/s的血流增加的数据线442。血流指数曲线图440包含说明响应于血管收缩(例如，在时间90s)的例如从6.75x 10-6
mm2/s到5.4x 10-6
mm2/s的血流指数降低的数据线442。
46.图4d说明根据本公开的实施例的血流指数曲线图460，其示范数据模型可如何对血流速度映射血流指数值。x轴包含以毫米/秒为单位的血流速度。y轴包含以平方毫米/秒为单位的血流指数值，比例为10-6
(即，10-6
mm2/s)。血流指数曲线图460包含展示对血流指数值对血流速度的映射进行建模的数据的实例的数据线462。作为实例，数据线462可对定位于离皮肤表面约15mm处的4mm直径血管的测量进行建模。血流指数曲线图460及图4a到4c的所述曲线图是数据可能看起来像什么的说明性实例，且仅代表散斑对比度可如何建模以及散斑对比度值可如何代表各种血液特性。
47.其它血液特性可经建模、测量，并用于获得关于组织样本内的血流的信息。例如，可针对每个图像确定图像的平均值以量化图像的强度。经捕获图像的强度可用于产生强度对比光源与光检测器之间的距离(例如，以毫米为单位)的数据模型。可构建数据模型以包含各种光学衰减系数的值，所述光学衰减系数可被表示为μ或μ_eff。光学衰减系数(μ_eff)
的单位可为mm-1
或者每毫米。光学衰减系数可随着时间而被捕获，且当血流收缩(例如，经过凝块或其它阻塞)时可具有对比自由流动的不同值。在实施例中，确定光学衰减系数以对组织样本中的血液特性进行分类。
48.图5a说明根据本公开的实施例的处理逻辑系统500，其可为用以处理来自图像传感器(例如，图2的图像传感器295、图3的图像数据395等)的图像数据(例如，图2的图像数据291、图3的图像数据391等)的处理逻辑(例如，图1的处理逻辑108)的实施方案。处理逻辑系统500包含耦合到处理逻辑508的图像像素阵列512。图像像素阵列512表示可被包含在图像传感器(例如，图像传感器118、295、395)中的像素阵列。根据本公开的实施例，处理逻辑508包含可被包含在处理逻辑108中的特征。图像像素阵列512包含以整数x个列(c1到cx)及整数y个行(r1到ry)布置的图像像素517。读出电路系统514经耦合以经由位线519从每个图像像素517读取信号值。处理逻辑508中的变换引擎551经耦合以从读出电路系统514接收图像591。图像591可为图像数据122的实例。变换引擎551通过对从读出电路系统514接收的图像591执行变换操作来产生频域图像561。在一个实施例中，变换操作包含逆傅立叶变换。在一个实施例中，变换操作包含离散余弦变换。
49.频率滤波引擎553经耦合以从变换引擎551接收频域图像561，且也经耦合以接收掩码562。在图5a的所说明实施例中，频率滤波引擎553经配置以将频域图像561与掩码562相乘以产生经滤波的频域图像563。掩码562经设计以隔离样本光束与参考光束之间的干涉信号。掩码562可包含矩阵，所述矩阵包含频域图像561的对应于测量光束110与参考光束的干涉的部分的
‘1’
值，以及频域图像561中的背景信号的
‘0’
值。在一个实施例中，掩码562是二维高斯滤波器。
50.强度提取引擎557经耦合以接收经滤波的频域图像563，并经配置以从经滤波的频域图像563提取强度数据567。在一个实施例中，产生强度数据567包含平均化经滤波的频域图像563的强度值。在其中在变换引擎551中使用傅立叶变换作为变换操作的实施例中，从经滤波的频域图像563提取傅立叶系数，并计算傅立叶系数的绝对值的对数的和。然后将所述和用作强度数据567。在一些实施方案中，强度提取引擎557可将傅立叶系数的绝对值的对数的和与入射到图像像素阵列512上的在没有组织样本存在的情况下捕获的测量光束110的基线图像中的基线干涉图案进行比较，以产生强度数据567。在实施例中，从经滤波的频域图像563的傅立叶系数的绝对值的对数的和减去基线强度值，以产生强度数据567，作为用于特定测量的合成图像569的体素值。
51.处理逻辑508将强度数据567作为体素值并入到合成图像569中。合成图像569在图5a中被说明为三维图像，且可为例如组织样本102(图1中展示)的漫射介质的三维图像。在一个实施例中，成像系统(例如，图1的成像系统100、图6的成像系统600等)可采用光源及光检测器的网络来从组织样本的不同位置及深度收集血液特性，以通过产生对应于组织样本的不同体素的多个图像数据来产生漫射介质或组织样本的3d合成图像。
52.图5b说明根据本公开的实施例的处理逻辑系统580，其可为用以处理来自图像传感器(例如，图1的图像传感器118)的图像数据的处理逻辑108(图1中展示)的实施方案。处理逻辑系统580包含耦合到处理逻辑582的图像像素阵列512(图5a中展示)。根据本公开的实施例，处理逻辑582包含可被包含在处理逻辑108中以从相干光干涉图案确定血流指数值的特征。
53.根据本公开的实施例，处理逻辑582可包含用于从图像591确定血液特性的散斑对比度算法584及血流指数数据模型586。散斑对比度算法584经配置以确定像素值的标准差并确定像素值的平均值。散斑对比度算法584可通过将标准差除以像素值的平均值来产生散斑对比度值588。许多因素可被并入到散斑对比度计算中，包含归一化电场自相关函数、高斯矩定理、像素尺寸、偏振纯度、曝光时间、功率谱密度及光带宽。处理逻辑582可将散斑对比度值应用于血流指数数据模型586以确定血流指数值590。处理逻辑582可包含将血流指数值格式化为经格式化血流指数值594的操作592。处理逻辑582然后可在身体或身体部分的(2d或3d)合成图像596上显示多个经格式化的血流指数值594a到594e(统称为(若干)经格式化的血流指数值594)，以促进对例如测试主体的各种组织样本的血流性质的理解。
54.图6说明根据本公开的实施例的成像系统600，其包含光检测器及光源的网络，以执行比较性血流分析及/或产生用于合成图像(例如，图5a及5b的图像569及596)的数据。成像系统600应用于组织样本602，且包含多个光源604(个别地光源604a及604b)、多个光检测器606(个别地光检测器606a、606b、606c、606d、606e、606f)及处理逻辑608。在实施例中，组织样本602可包含图1的组织样本102的特征，每个光源604可包含图1的光源104的特征，每个光检测器606可包含图1的光检测器106的特征，且处理逻辑608可包含图1的处理逻辑108的特征。
55.如说明，成像系统600可具有分布在组织样本602周围的各种位置的光检测器606，以从组织样本602内的各种位置确定血液特性。每个光检测器606可由处理逻辑608控制并通过通信信道x2a到f(统称为通信信道x2)与处理逻辑608通信。例如，光检测器606捕获测量光束610a到f的光及图像。定位于组织样本602的第一侧630上的光检测器606b、606c、606d及定位于组织样本602的第二侧632上的光检测器606a、606e、606f可使处理逻辑608能够执行组织样本602内的血管624的血液特性的比较性分析。血管624可包含较大的血管624a(例如，小动脉、小动脉分支、直捷通路及小静脉)及较小的血管624b(例如，毛细血管)。
56.光检测器606可包含光纤612a到f、图像传感器614a到f(例如，cmos、ccd等)及光转换器616a到f(例如，光学开关、透镜等)。
57.每个光源604可包含光纤618及光产生器620。光纤618可为具有50μm、62.5μm的芯直径或大于10μm的某一其它直径的多模光纤。在一些实施方案中，光纤618是具有1mm或更大的芯直径的多模光纤。光产生器620可为连续波激光器，其被选择性地斩波或操作以在组织样本602内提供预定持续时间的照明。每个光源604可由处理逻辑608控制并通过通信信道x1a到b(统称为通信信道x1)与处理逻辑608通信。成像系统600可用单个光源604a来实施，且可用一或多个额外光源(例如光源604b)来实施。任选光源604b可使用与光源604a相同的光产生器620a，或可具有不同的光产生器620b。在实施例中，光产生器620b可为与光产生器620a的波长不同的光的波长。
58.图7说明根据本公开的实施例的与人类头部相关的成像系统600(图6中所展示)的组件的实例放置。图7是人类头部702的自上而下视图。光源604a可经定位以提供在人类头部702内漫射的光。漫射光的部分(例如测量光束610a到f)可由光检测器606a到f在人类头部702周围的各种位置捕获。在一些实施例中，可穿戴帽子或其它传感器携带装置可包含系统600，使得系统600可作为可穿戴物被穿戴。其它可穿戴物还可包含系统600的全部或部分。
59.图8说明根据本公开的实施例的实例显示器800，其包含人类头部804的合成图像802，以提供易于查看/读取的血液特性。合成图像802可包含多个显示值806(个别地806a、806b、806c、806d、806e、806f、806g、806h、806i、806j)。显示值806a到e可经配置以显示血流(bf)指数、速率或量。显示值806f到j可经配置以显示血红蛋白(hg)氧合值或速率。显示值806可另外或替代地配置为显示强度及/或光学衰减系数，以指示例如通过人类头部804的一部分的绝对或相对血流。
60.图9说明根据本公开的实施例的用于从相干光干涉图案确定血液特性的过程900。根据各种实施例，过程900的操作可以所描述的顺序或以另一顺序执行。
61.在操作902，根据实施例，过程900包含通过一或多个源光纤在组织样本中提供相干光。相干光的实例包含激光，其中经发射的辐射包含以相同相位、相同振幅及相同波长振动的波。在实施例中，激光以600到900nm的波长发射。在实施例中，激光经配置以依850nm发射。在实施例中，激光具备包含10μs到100μs范围的脉冲持续时间。在实施例中，激光以多个不同脉冲宽度中的一或多者提供，包含10μs、20μs、40μs及80μs。
62.在操作904，根据实施例，过程900包含使用一或多个检测器光纤及图像传感器捕获相干光干涉图案的图像。一或多个检测器光纤是多模光纤，例如，具有大于10μm的芯直径。多模光纤的实例包含具有50μm、62.5μm、200μm、1mm或类似者的芯直径的(例如玻璃或塑料)光纤。在一个实施例中，一或多个检测器光纤是例如具有9μm或更小的芯直径的单模光纤。图像传感器可为cmos或ccd图像传感器。
63.在操作906，根据实施例，过程900包含至少部分地基于相干光干涉图案来确定血液特性。在实施例中，通过确定图像的散斑对比度，例如，通过将图像的像素的标准差除以图像的像素的平均值，来分析相干光干涉图案。
64.在操作908，根据实施例，过程900包含基于血液特性产生组织样本的合成图像。合成图像可包含来自组合成单个图像的多个图像的信息。在一个实施方案中，合成图像是体素的3d图像。在另一实施方案中，合成图像是2d或3d图像，其说明散斑对比度、血流指数、血红蛋白氧合及/或类似血液特性中的一或多者的数值。将这些技术应用于身体的特定部分可促进诊断与身体的一或多个区域中的减少血流相关联的健康问题。
65.图10说明根据本公开的实施例的用于从相干光干涉图案确定血液特性的过程1000。根据各种实施例，过程1000的操作可以所描述的顺序或以另一顺序执行。
66.在操作1002，根据实施例，过程1000包含发射相干光到组织样本中。相干光的实例包含激光，其中经发射的辐射包含以相同相位、相同振幅及相同波长振动的波。在实施例中，激光以600到900nm的波长发射。在实施例中，激光经配置以依850nm发射。在实施例中，激光具备包含1μs到30μs范围的持续时间。在实施例中，激光以多个不同脉冲宽度(包含10μs、20μs、40μs及80μs)中的一或多者提供。
67.在操作1004，根据实施例，过程1000包含捕获出射组织样本的相干光的出射信号的图像。可使用一或多个检测器光纤捕获出射信号，所述检测器光纤是具有例如大于10μm的芯直径的多模光纤。多模光纤的实例包含具有50μs、62.5μs、200μs、1mm或类似者的芯直径的(例如玻璃或塑料)光纤。在一个实施例中，一或多个检测器光纤是例如具有9μs或更小的芯直径的单模光纤。
68.在操作1006，根据实施例，过程1000包含确定图像的相干值。相干值可对应于相干
光干涉图案，在实施例中，可通过确定图像的散斑对比度，例如，通过将图像的像素的标准差除以图像的像素的平均值来分析所述相干光干涉图案。
69.在操作1008，根据实施例，过程1000包含将相干值并入到组织样本的合成图像中。合成图像可包含来自组合成单个图像的多个图像的信息。在一个实施方案中，合成图像是体素的3d图像。在另一实施方案中，合成图像是2d或3d图像，其说明散斑对比度、血流指数、血红蛋白氧合及/或类似血液特性中的一或多者的数值。将这些技术应用于身体的特定部分可促进诊断与身体的一或多个区域中的减少血流相关的健康问题。
70.本公开中的术语“处理逻辑”(例如，处理逻辑108或608)可包含一或多个处理器、微处理器、多核处理器、专用集成电路(asic)及/或现场可编程门阵列(fpga)，以执行本文公开的操作。在一些实施例中，存储器(未说明)被集成到处理逻辑中以存储执行操作及/或存储数据的指令。根据本公开的实施例，处理逻辑也可包含用以执行操作的模拟或数字电路系统。
71.本公开中描述的“存储器”或“若干存储器”可包含一或多个易失性或非易失性存储器架构。“存储器”或“若干存储器”可为实施于任何方法或技术中用于信息(例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据)的存储的可卸除式及非可卸除式媒体。实例存储器技术可包含ram、rom、eeprom、快闪存储器、cd-rom、数字多功能光盘(dvd)、高清晰度多媒体/数据存储盘、或其它光学存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其它磁性存储装置、或可用于存储供计算装置存取的信息的任何其它非传输媒体。
72.通信信道可包含利用ieee 802.11协议、蓝牙、spi(串行外围接口)、i2c(内部集成电路)、usb(通用串行端口)、can(控制器局域网)、蜂窝数据协议(例如3g、4g、lte、5g)、光学通信网络、互联网服务提供商(isp)、对等网络、局域网(lan)、广域网(wan)、公共网络(例如“互联网”)、专用网络、卫星网络或其它的一或多个有线或无线通信或通过其路由。
73.计算装置可包含台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、平板手机、智能手机、功能手机、智能手表、服务器计算机或其它。服务器计算机可远程定位于数据中心中或存储在本地。
74.上文解释的过程依据计算机软件及硬件描述。所描述的技术可构成在有形或非暂时性机器(例如，计算机)可读存储媒体内体现的机器可执行指令，当由机器执行时，所述机器可执行指令将使机器执行所描述的操作。另外，所述过程可在硬件内体现，例如专用集成电路(“asic”)或其它。
75.有形非暂时性机器可读存储媒体包含提供(即，存储)呈可由机器(例如，计算机、网络装置、个人数字助理、制造工具、具有一组一或多个处理器的任何装置等)存取的形式的信息的任何机构。举例来说，机器可读存储媒体包含可录式/非可录式媒体(例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁盘存储媒体、光学存储媒体、快闪存储器装置等)。
76.本发明的所说明的实施例的上文描述(包含说明书摘要中描述的内容)不希望是详尽的或将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然本文出于说明性目的描述本发明的具体实施例及实例，但如相关领域的技术人员应认识到，各种修改在本发明的范围内是可能的。
77.鉴于上文详细描述，可对本发明的实例做出这些修改。下列权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中揭示的具体实施例。事实上，完全通过下列权利要求确定本发明的范围，其应根据权利要求解释的既定原则来解释。

技术特征：

1.一种成像系统，其包括：激光器，其经配置以发射激光；源光纤，其耦合到所述激光器并经配置以将所述激光递送到组织样本中；检测器光纤，其经配置以接收来自出射所述组织样本的所述激光的部分的漫射激光；图像传感器，其耦合到所述检测器光纤并经配置以捕获出射所述组织样本的所述漫射激光的图像；及处理逻辑，其经配置以：从所述图像传感器接收所述图像；确定所述图像中的所述漫射激光的相干值；及至少部分地基于所述相干值确定所述组织样本的血液特性。2.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包括：其中所述检测器光纤是多模光纤。3.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述激光是近红外激光，且其中所述图像传感器包含用以阻挡在所述激光的线宽之外的光的滤波器。4.根据权利要求1所述的成像系统，其进一步包括：第二图像传感器，其经配置以捕获出射所述组织样本的第二漫射激光的第二图像，其中所述图像传感器安置在所述组织样本的第一出射位置处，且所述第二图像传感器安置在所述组织样本的第二出射位置处，其中所述处理逻辑经配置以从所述第二图像传感器接收所述第二图像，其中同时捕获所述图像及所述第二图像。5.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述图像中的所述漫射激光的所述相干值被确定为散斑对比度值，所述散斑对比度值被确定为所述图像的像素值的标准差除以所述图像的所述像素值的平均值。6.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述图像传感器经配置以用所述漫射激光捕获参考光束激光，其中所述处理逻辑进一步经配置以通过确定所述图像中的条纹图案之间的对比度值来确定所述图像中的所述漫射激光的所述相干值。7.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述处理逻辑进一步经配置以从所述相干值的多个捕获产生合成图像，其中所述合成图像表示所述组织样本中的血流，其中所述相干值随着血流减少而增加。8.一种成像方法，其包括：发射相干光到组织样本中；捕获出射所述组织样本的所述相干光的出射信号的图像；确定所述图像的相干值；及将所述相干值并入到所述组织样本的合成图像中。9.根据权利要求8所述的成像方法，其中所述相干光是具有在600到900nm范围内的波长的激光。10.根据权利要求8所述的成像方法，其中捕获所述图像包含使用1μs到30μs范围内的曝光时间。11.根据权利要求8所述的成像方法，其中所述出射信号的至少一部分先前被传播到所
述组织样本中的深度超过两厘米。12.根据权利要求8所述的成像方法，其中确定所述相干值包含确定所述图像的散斑对比度值，其中所述散斑对比度值是所述图像中的像素值的标准差除以所述图像中的所述像素值的平均强度。13.根据权利要求8所述的成像方法，其中所述合成图像包含身体部分的二维或三维图像，其中一或多个相干值表示在所述身体部分的所述图像上。14.根据权利要求8所述的成像方法，其进一步包括：发射相干光的参考光束，其中捕获所述图像包含用所述图像中的所述出射信号捕获所述参考光束，其中确定所述图像的所述相干值包含确定所述图像中的条纹图案之间的对比度值。15.一种成像方法，其包括：通过一或多个第一光纤在组织样本中提供相干光；使用一或多个第二光纤及图像传感器捕获相干光干涉图案的图像；及至少部分地基于所述相干光干涉图案确定血液特性。16.根据权利要求15所述的成像方法，其进一步包括：基于所述血液特性产生所述组织样本的合成图像。17.根据权利要求15所述的成像方法，其中所述血液特性包含流过所述组织样本的一部分的血液量。18.根据权利要求15所述的成像方法，其中提供所述相干光包含提供具有10μs到100μs的持续时间的相干光的脉冲。19.根据权利要求15所述的成像方法，其中捕获所述图像包含将所述图像传感器的曝光时间限制到约10μs的窗口。20.根据权利要求15所述的成像方法，其中确定所述血液特性包含确定所述图像的像素的散斑对比度值。

技术总结

相干光(例如，激光)通过光纤发射到组织样本中。所述组织样本漫射所述相干光。不同的血流量产生不同的相干光干涉图案。用耦合到光纤的图像传感器捕获相干光干涉图案的图像。所述图像的散斑对比度量化相干光干涉图案。使用一或多个数据模型确定所述散斑对比度并将其映射到血流量。至少部分地基于所述经捕获图像的所述散斑对比度值来识别组织样本中的血流量。所述散斑对比度值来识别组织样本中的血流量。所述散斑对比度值来识别组织样本中的血流量。