ES2841101T3

ES2841101T3 - Elementos ópticos miniatura para la conformación de haz de fibra óptica y procedimiento de recogida de datos ópticos

Info

Publication number: ES2841101T3
Application number: ES10798218T
Authority: ES
Inventors: Desmond Adler; Stephen Mccartin; Christopher Petersen; Joseph Schmitt
Original assignee: LightLab Imaging Inc
Current assignee: LightLab Imaging Inc
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: CA2794599A1; EP2560542B1; JP2016104151A; US20160018211A1; JP5856605B2; AU2010351572A1; US20140249407A1; CA2794599C; JP2013524930A; CR20120518A; WO2011133187A1; US20160313507A1; US9404731B2; JP6373823B2; US20100253949A1; AU2010351572B2; US9091524B2; JP2021041193A; JP2023029452A; JP2018138173A

Abstract

Un elemento de direccionamiento de haz óptico que comprende: una tapa unitaria alargada (18) que comprende una superficie exterior cilíndrica que tiene un eje longitudinal que comprende, una cara de extremo proximal que define una abertura anular y una cara de extremo distal que comprende una superficie de direccionamiento de haz (25), definiendo la tapa unitaria alargada (18) una sección sólida (20) y una primera sección de cavidad (21) que define un volumen que se extiende hasta un delimitador de la sección sólida (20), el volumen dimensionado para rodear una fibra óptica que tiene una cara de extremo de fibra (23) y recibir la fibra óptica, en el que la superficie de direccionamiento de haz (25) está en ángulo y posicionada relativa a la cara de extremo de fibra (23) de modo que la luz divergente recibida de la cara de extremo de fibra (23) se dirige a una distancia de trabajo D desde la superficie exterior cilíndrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w.

Description

DESCRIPCIÓN

Elementos ópticos miniatura para la conformación de haz de fibra óptica y procedimiento de recogida de datos ópticos

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere en general a elementos ópticos, al diseño y a la fabricación de elementos ópticos y a procedimientos para el uso de los mismos. Además, la invención también se refiere al uso de elementos ópticos para recoger datos con respecto a una muestra de interés.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los procedimientos de análisis óptico, tales como los procedimientos interferométricos, suministran luz a una muestra de interés y además requieren la recogida de una parte de la luz devuelta por la muestra. Debido al tamaño y la complejidad de muchas fuentes de luz y dispositivos de análisis de luz, típicamente se localizan remotamente respecto a la muestra de interés. Esto es especialmente evidente cuando la muestra de interés es una parte interna de un objeto más grande, tal como el tejido biológico dentro de un organismo vivo. Un procedimiento para analizar ópticamente las partes internas es el de guiar la luz desde una fuente de luz remota hasta la muestra usando una fibra óptica delgada que es mínimamente disruptiva para la función normal de la muestra debido a la diminuta sección transversal de la fibra óptica. Un ejemplo de dicho procedimiento es el análisis óptico de un órgano luminal, tal como un vaso sanguíneo, usando un catéter de fibra óptica que está conectado en un extremo a una fuente de luz fuera del cuerpo mientras que el otro extremo se inserta en el vaso.

Una barrera importante para realizar el análisis óptico de regiones internas, tal como el lumen, es el diseño y la fabricación de bajo costo de dispositivos ópticos miniatura para enfocar o colimar la luz. Muchos tipos de análisis ópticos, tales como la formación de imágenes y la espectroscopia, requieren que la luz que incide en la muestra esté enfocada a una distancia determinada o sustancialmente colimada. Dado que la luz que irradia desde la punta de una fibra óptica estándar divergirá rápidamente, se puede acoplar un sistema óptico miniatura a la fibra para proporcionar una función de enfoque o colimación. Adicionalmente, a menudo es deseable analizar una localización de muestra que no esté directamente en línea con el eje óptico de la fibra, tal como el análisis de la pared luminal de un vaso sanguíneo delgado. En estas situaciones, se usa un medio para alterar sustancialmente la dirección de la luz además de un medio para enfocar o colimar la luz que irradia desde la punta de una fibra óptica.

Se han descrito previamente muchos procedimientos para fabricar sistemas ópticos miniatura adecuados para su unión a una fibra óptica que proporcionan algunas de las funcionalidades descritas anteriormente. Estos procedimientos en general proporcionan un medio de enfoque de haz usando uno de tres procedimientos: 1) usando un segmento de fibra de índice en gradiente (GRIN); 2) conformando directamente la punta de fibra como una lente; o 3) usando una lente a granel miniatura. en general, se proporciona un medio de direccionamiento de haz usando uno de cuatro procedimientos: 1) usando la reflexión interna total (TIR) de la luz de la cara de extremo en ángulo de la fibra usando una superficie reflectante en ángulo; 3) usando un espejo a granel miniatura; o 4) usando un recubrimiento reflectante en la punta de fibra. Sin embargo, estos procedimientos tienen numerosas limitaciones inherentes, que incluyen un coste de fabricación excesivo, un tamaño excesivo o una libertad insuficiente para seleccionar el tamaño del punto focal y la distancia focal.

Existen muchos sistemas ópticos miniatura conocidos en la técnica que se pueden usar para el análisis de estructuras luminales internas. Cada sistema óptico se puede dividir conceptualmente en un medio de enfoque de haz y un medio de direccionamiento de haz. La luz pasa desde una fuente de luz externa al lumen interno a través de una o más fibras de iluminación óptica, que pueden ser de naturaleza monomodo o multimodo. La fibra de iluminación está en comunicación con el sistema óptico miniatura, que enfoca y dirige el haz en la pared luminal. La luz se devuelve desde el lumen a un aparato de análisis fuera del cuerpo usando la misma fibra, o usando otras fibras co-localizadas con la fibra de iluminación. En un tipo de diseño de sistema óptico miniatura, el medio de enfoque y el medio de direccionamiento se realizan por elementos ópticos separados. En otro tipo de diseño, el medio de enfoque y el medio de direccionamiento se realizan por el mismo elemento.

Varios rasgos característicos de los sistemas ópticos existentes son indeseables. Por ejemplo, en algunos dispositivos, todos los elementos ópticos deben tener un diámetro similar al de la fibra óptica (siendo el diámetro a menudo similar a 125 pm) para minimizar el tamaño de sistema global. Esto reduce en gran medida las opciones disponibles para seleccionar el elemento de enfoque, el expansor de haz y el director de haz y, por lo tanto, limita el intervalo de tamaños de punto focal y distancias de trabajo que el diseño puede lograr. Adicionalmente, estos elementos extremadamente pequeños son frágiles, difíciles de manipular y propensos a romperse durante la fabricación y el funcionamiento. En tercer lugar, en muchos modos de realización se debe proporcionar un hueco de aire para usar TIR para el redireccionamiento de haz. Esto requiere que se mantenga un sello hermético entre la fibra y el otro elemento para mantener el hueco de aire. Esto puede resultar problemático cuando el dispositivo se sumerge en agua, sangre o ácido del estómago, o cuando el dispositivo se gira o traslada a alta velocidad para formar una imagen. En cuarto lugar, los elementos de enfoque GRIN tienen perfiles de índice de refracción que son simétricos rotacionalmente, lo que hace imposible corregir las aberraciones cilíndricas inducidas en el haz. El efecto global de estos inconvenientes es que determinados sistemas ópticos miniatura son costosos, difíciles de fabricar, propensos a dañarse y no producen una salida circular en el plano focal.

Además de los inconvenientes enumerados anteriormente, las superficies con lentes convencionales solo pueden proporcionar pequeños radios de curvatura y están limitadas en gran medida a geometrías esféricas. Adicionalmente, el haz no se puede expandir a un tamaño significativamente mayor que el diámetro de la fibra monomodo (a menudo 125 p iq ) en cualquier punto del sistema óptico. Estas limitaciones dan como resultado un sistema de lentes con una distancia de trabajo limitada y aberraciones esféricas significativas. La publicación de patente estadounidense n° US 2002/166946 describe un dispositivo de sonda de exploración óptica que usa luz de baja coherencia.

Como se describe anteriormente, existen limitaciones significativas para los sistemas ópticos miniatura conocidos actualmente usados para realizar análisis ópticos o formación de imágenes.

En consecuencia, existe una necesidad de elementos ópticos que superen la limitación de los dispositivos ópticos existentes.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

En parte, la presente invención proporciona un elemento óptico unitario (o tapa) que tiene una cavidad interna que se desliza sobre el extremo de una fibra óptica para el análisis interno o externo de una muestra. La tapa incluye rasgos característicos de superficie integrados para alterar la dirección del haz, así como enfocar o colimar la luz a un ancho prescrito a una distancia prescrita apartada de la tapa. La tapa es lo suficientemente pequeña para evitar la alteración o daño de muestras sensibles, tales como tejido corporal interno u órganos luminales. Dado que la tapa es un único elemento monolítico en un modo de realización, se puede fabricar usando procedimientos de bajo coste tal como el moldeo por inyección. Se consigue una significativa ventaja de costes y mejora en la repetibilidad de fabricación en comparación con los procedimientos descritos anteriormente.

Un modo de realización de la invención proporciona un elemento óptico tal como una tapa, una cubierta o un miembro alargado con una cara o superficie de extremo curvada distal. El elemento óptico se puede fabricar a partir de una única pieza de material que se puede fijar a y recibir una sección de fibra óptica. Específicamente, la tapa tiene un extremo abierto que recibe la fibra, una longitud de material sólido que se selecciona para ser sustancialmente transparente ópticamente y un extremo cerrado con una superficie de extremo reflectante curvada que actúa tanto como lente como como espejo. En un modo de realización, la superficie reflectante curvada está conformada para tener las propiedades de enfoque de una lente y se recubre para reflejar (o reflejar parcialmente) la luz incidente.

La luz irradia desde la fibra óptica, viaja a través del material sólido e incide en la superficie de extremo reflectante curvada. La curvatura de la superficie con lente se puede diseñar para enfocar o colimar sustancialmente la luz incidente. La superficie con lente también se puede inclinar con respecto a la dirección de propagación de la luz que irradia desde la punta de la fibra. El ángulo de inclinación se selecciona para reflejar la luz de modo que salga de la tapa a través de una cara lateral y alcance un foco a una distancia deseada apartada de la cara lateral.

La propiedad reflectante de la superficie distal se obtiene recubriendo el exterior de la superficie de extremo curvada con un material reflectante tal como metal o un material dieléctrico. Adicionalmente, la curvatura de la superficie con lente puede ser diferente a lo largo de cada uno de los dos ejes ortogonales. Además, la curvatura de un eje se puede ajustar independientemente para compensar las distorsiones ópticas impartidas a la luz cuando sale a través de la cara lateral sustancialmente cilíndrica de la tapa. La construcción en una única pieza de la tapa lo hace apto para la fabricación mediante procedimientos de bajo coste, tal como el moldeo por inyección.

En un modo de realización, la invención se refiere a un elemento de direccionamiento de haz óptico. El elemento de direccionamiento de haz óptico incluye una tapa unitaria alargada que comprende una superficie exterior cilíndrica que tiene un eje longitudinal que comprende, una cara de extremo proximal que define una abertura anular y una cara de extremo distal que comprende una superficie de direccionamiento de haz, definiendo la tapa unitaria alargada una sección sólida y una primera sección de cavidad que define un volumen que se extiende hasta un delimitador de la sección sólida, el volumen dimensionado para rodear una fibra óptica que tiene una cara de extremo de fibra y recibir la fibra óptica, en el que la superficie de direccionamiento de haz está en ángulo y posicionada relativa a la cara de extremo de fibra de modo que la luz divergente recibida de la cara de extremo de fibra se dirige a una distancia de trabajo D desde la superficie exterior cilíndrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w.

En un modo de realización, la tapa unitaria alargada se forma a partir de un material seleccionado del grupo que consiste en acrílico, policarbonato, poliestireno, polieterimida, polimetilpenteno y vidrio. D puede variar desde aproximadamente 0 pm a aproximadamente 30 mm. En un modo de realización, w varía desde aproximadamente 3 pm a aproximadamente 100 pm. El elemento de direccionamiento de haz puede incluir además una funda estacionaria y una fibra óptica dispuesta fijamente dentro del volumen, dispuestas la fibra óptica y la tapa unitaria alargada para girar dentro de la funda estacionaria. En un modo de realización, al menos una parte de la superficie de direccionamiento de haz está recubierta con un recubrimiento reflectante. El elemento de direccionamiento de haz puede incluir además una superficie con lente dispuesta dentro de la superficie exterior cilindrica y formada a partir del delimitador. En un modo de realización, la superficie de direccionamiento de haz es sustancialmente plana. El recubrimiento reflectante puede incluir un recubrimiento parcialmente transmisivo.

En un modo de realización, el recubrimiento parcialmente transmisivo divide la luz de la cara de extremo de fibra en un primer haz dirigido a la distancia de trabajo D desde la superficie exterior cilindrica para formar el punto focal que tiene un diámetro w y un segundo haz dirigido a una distancia de trabajo D' desde la superficie exterior cilindrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w'. Además, un haz incidente desde la cara de extremo de fibra se puede dividir en base a la intensidad del haz incidente o la longitud de onda del haz incidente. En un modo de realización, se dispone un recubrimiento parcialmente reflectante en una sección distal de la superficie exterior cilindrica en una posición tal que un haz dirigido desde la superficie de formación de haz pasa a través del recubrimiento parcialmente reflectante y se refleja de vuelta. Se puede disponer un recubrimiento parcialmente reflectante dentro del volumen a lo largo de una parte del delimitador. En un modo de realización, la superficie de direccionamiento de haz se coloca dentro del volumen o la sección sólida. Se puede definir una segunda sección de cavidad dentro de la sección sólida de modo que la superficie de direccionamiento de haz esté parcialmente protegida por una parte de la superficie exterior cilindrica que rodea la segunda sección de cavidad. Además, la superficie de direccionamiento de haz está configurada para eliminar sustancialmente la distorsión óptica cilindrica inducida por la luz que se propaga desde la superficie de direccionamiento de haz a través de la superficie exterior cilindrica y la funda estacionaria. En un modo de realización, la superficie de direccionamiento de haz se selecciona del grupo que consiste en asfera bicónica, asfera, Zernike bicónica, Fresnel y B-spline racional no uniforme.

En un aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para recoger datos ópticos de una muestra de prueba in situ. El procedimiento incluye las etapas de proporcionar una fibra óptica que incluye un núcleo, estando adaptada la fibra óptica para transportar un haz óptico en un primer diámetro; proporcionar una tapa unitaria alargada que comprende una superficie exterior cilindrica y una abertura anular que está acoplada fija y ópticamente a la fibra óptica recibiendo y cercando una longitud de la fibra óptica dentro de una cavidad definida dentro de la tapa; y transmitir el haz óptico a una superficie de direccionamiento de haz de modo que un primer haz óptico se dirija a una distancia de trabajo D desde la superficie exterior cilindrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w. En un modo de realización, el procedimiento incluye además la etapa de dividir el haz óptico de modo que un segundo haz óptico se dirija a una distancia de trabajo D' desde la superficie exterior cilindrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w'. En un modo de realización, el procedimiento incluye además la etapa de recoger datos de tomografia de coherencia óptica usando el primer haz óptico. En un modo de realización, el procedimiento incluye además la etapa de generar una de una señal de referencia en respuesta a un elemento reflectante dispuesto dentro de la tapa unitaria, actuando el elemento reflectante como un brazo de interferómetro en un sistema de formación de imágenes por tomografia de coherencia óptica. En un modo de realización, el procedimiento incluye además la etapa de generar una de una señal de calibración en respuesta a un elemento reflectante dispuesto dentro de la tapa unitaria, usándose la señal de calibración para ajustar la longitud de trayectoria de brazo de referencia para que coincida con la longitud de trayectoria de brazo de muestra en un sistema de formación de imágenes por tomografia de coherencia óptica.

Sumario de los modos de realización del reflector de referencia / elemento de dispersión

En un aspecto, la invención se refiere a una sonda de formación de imágenes de fibra óptica que tiene una sección alargada y un extremo proximal y uno distal, comprendiendo la sonda un material de dispersión óptica controlado delgado aplicado al extremo distal.

En otro aspecto, la invención se refiere a un elemento óptico. El elemento óptico incluye una membrana o cubierta que tiene una primera superficie y una segunda superficie. La membrana incluye un polimero y al menos un elemento de retrodispersión para la retrodispersión óptica controlada dispuesto en la misma. Además, la membrana permite la transmisión de luz de formación de imágenes sustancialmente no distorsionada.

Los aspectos de la invención descritos en el presente documento pueden incluir otros modos de realización. Por ejemplo, el elemento óptico puede incluir además una pluralidad de elementos de retrodispersión en los que el al menos un elemento de retrodispersión y cada uno de la pluralidad de elementos de retrodispersión es una particula que tiene una dimensión de particula, dispuesta la pluralidad de elementos de retrodispersión dentro del polimero. En un modo de realización, la membrana está conformada para formar una superficie curvada adecuada para abarcar, rodear, envolver o cubrir de otro modo un extremo de fibra óptica o microlente.

La dimensión de particula, en algunos modos de realización preferentes, es menos que aproximadamente 1,5 pm. Además, las particulas pueden incluir titanio, zinc, aluminio y/u otros materiales adecuados para dispersar la luz. La pluralidad de elementos de dispersión puede tener una concentración de aproximadamente 0,1 % de concentración de dopaje en volumen. El elemento óptico puede incluir además un miembro alargado, en el que la membrana está conformada para formar una funda dentro de la cual el miembro alargado está dispuesto para formar una parte de una punta de sonda.

En un aspecto, la invención se refiere a un elemento óptico. El elemento óptico incluye una cubierta curvada que tiene una primera superficie y una segunda superficie, formando la cubierta una parte de una sonda de formación de imágenes, comprendiendo la cubierta un polímero y al menos un elemento de retrodispersión para retrodispersión óptica controlada dispuesto en la misma de modo que se genera un punto de referencia para un sistema de formación de imágenes a partir de la retrodispersión óptica, permitiendo la cubierta la transmisión de luz de formación de imágenes sustancialmente no distorsionada.

En otro aspecto, la invención se refiere a una sonda de formación de imágenes. La sonda incluye una sección alargada que tiene un primer extremo y un segundo extremo; formando el segundo extremo una punta de sonda capaz de la formación de imágenes dentro del lumen, comprendiendo la punta de sonda un material de dispersión, la sección alargada adaptada para transmitir la luz reflejada por el material de dispersión al primer extremo de la sección alargada.

En un modo de realización, la sección alargada es una fibra óptica. La sección alargada puede ser una funda. Además, la sonda puede incluir además una fibra óptica dispuesta dentro de la funda. El material de dispersión puede incluir una pluralidad de partículas de dispersión de luz dispersas en una matriz. Las partículas de dispersión pueden incluir titanio y/u otros materiales conocidos por dispersar la luz. Además, la matriz puede incluir tereftalato de polietileno y/u otros polímeros tales como derivados de uretano.

En un modo de realización de un aspecto de la invención, la cantidad controlada de retrodispersión es una cantidad de luz al menos suficiente para generar un punto de referencia en un sistema de formación de imágenes para la calibración de al menos un parámetro de sistema de formación de imágenes. La película sustancialmente transparente también puede incluir una pluralidad de partículas de dispersión.

En otro aspecto más, la invención se refiere a un procedimiento para calibrar un sistema de tomografía de coherencia óptica. El procedimiento incluye generar datos de exploración en respuesta a la luz reflejada de una muestra, pasando la luz reflejada a través de un elemento óptico bidireccional sustancialmente transparente; generar datos de referencia en respuesta a la luz dispersa reflejada desde un elemento de dispersión dispuesto dentro del elemento óptico bidireccional sustancialmente transparente; y calibrar el sistema de tomografía de coherencia óptica para determinar la posición longitudinal relativa del elemento de dispersión.

En un aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para fabricar un elemento óptico. El procedimiento incluye las etapas de seleccionar un material adecuado para uso intraluminal en un animal; seleccionar un dopante adecuado para la dispersión en el material, adaptado el dopante para dispersar la luz en respuesta a una fuente óptica; determinar una concentración de volumen de dopante de modo que una exploración radial de un material dopado genere una retrodispersión definida.

Un modo de realización de la invención proporciona una tapa óptica que se puede fijar a un extremo de una sección de fibra óptica, teniendo la tapa un extremo abierto que recibe la fibra, una superficie curva interna en línea con la fibra óptica que actúa como una lente, una longitud de material sólido y un extremo cerrado con una superficie de extremo reflectante plana que actúa como un espejo. En algunos modos de realización, la superficie de extremo reflectante está recubierta y en otros modos de realización no está recubierta. La curvatura de la superficie interna con lente se elige para enfocar o colimar sustancialmente la luz que irradia desde el extremo de la fibra óptica. La superficie de extremo reflectante está hecha para ser reflectante recubriendo el exterior de la cara de extremo con metal o un material dieléctrico. En un modo de realización, el ángulo de inclinación theta entre la cara de extremo y el eje de la fibra será en general de aproximadamente 45 grados /aproximadamente 20 grados.

Otro modo de realización de la invención proporciona una tapa óptica que se puede fijar a un extremo de una sección de fibra óptica, teniendo la tapa un extremo abierto que recibe la fibra, una superficie curvada interna en línea con la fibra óptica que actúa como una lente, una longitud de material sólido y un extremo cerrado con una superficie de extremo reflectante curvada que actúa como una segunda lente y un espejo. La superficie interna con lente se curva a lo largo de uno o dos ejes ortogonales para proporcionar un primer medio de enfoque que actúa sobre la luz que irradia desde la punta de la fibra. La superficie de extremo también se curva a lo largo de uno o dos ejes ortogonales para proporcionar un segundo medio de enfoque que actúa sobre la luz transmitida desde la primera superficie con lente y a través de la longitud del material sólido. En un modo de realización, la superficie de extremo se hace reflectante recubriéndola con un material reflectante. En un modo de realización, el material reflectante puede ser un metal o un material dieléctrico. En un modo de realización, la tapa óptica es una tapa unitaria. Además, la tapa óptica puede estar hecha de una o más piezas de material en algunos modos de realización.

Otro modo de realización más de la invención proporciona una tapa óptica que se puede fijar a un extremo de una sección de fibra óptica, teniendo la tapa un extremo abierto que recibe la fibra, una longitud de material sólido y un extremo cerrado con una superficie curvada parcialmente reflectante. La luz irradia desde la punta de la fibra, viaja a través del material sólido e incide en la superficie parcialmente reflectante. Una parte de la luz se enfoca por medio de la curvatura de la superficie, se refleja y sale a través de una cara lateral de la tapa. Otra parte de la luz se refracta y se transmite a través de la cara de extremo de la tapa. De esta manera, las mediciones ópticas se pueden realizar simultáneamente a lo largo de dos ejes diferentes. La cara de extremo se hace parcialmente reflectante recubriendo la superficie con una capa delgada de metal, una capa estampada de metal, o recubriéndola con una película dieléctrica delgada que está diseñada para transmitir luz parcialmente.

Un modo de realización adicional de la invención proporciona una tapa óptica que se puede fijar a un extremo de una sección de fibra óptica, teniendo la tapa un extremo abierto que recibe la fibra, una longitud de material sólido, un extremo cerrado con una superficie reflectante curvada, y una cara lateral con un recubrimiento parcialmente reflectante o de retrodispersión. La luz irradia desde la punta de la fibra, viaja a través del material sólido e incide en la superficie reflectante. La luz se enfoca por medio de la curvatura de la superficie, se refleja e incide en la cara lateral recubierta de la tapa. Una parte de esta luz es transmitida por el recubrimiento y alcanza un punto focal a una distancia deseada apartada de la tapa. Otra parte de la luz es directamente retroreflejada o retrodispersada por el recubrimiento y viaja internamente de vuelta hacia la cara de extremo curvada. La luz se refleja nuevamente en la cara de extremo, se reenfoca y se vuelve a acoplar parcialmente en la punta de extremo de la fibra óptica.

De esta manera, se puede generar una cantidad controlada de luz reflejada o retrodispersada a una distancia conocida del punto focal, lo que es ventajoso para su uso como señal de calibración o campo de referencia interferométrico en técnicas de análisis tal como la tomografía de coherencia óptica. La cara de extremo se hace reflectante recubriéndola con metal o un material dieléctrico. La cara lateral se hace parcialmente reflectante recubriéndola parcialmente con un material tal como el oro, aluminio u otros metales, o recubriéndola con una película dieléctrica delgada diseñada para transmitir parcialmente la luz, o recubriéndola con una capa de pequeñas partículas de retrodispersión. De forma alternativa, la propiedad parcialmente reflectante se puede proporcionar por un tubo de polímero delgado que está impregnado con partículas de retrodispersión, estando fijado el tubo de polímero delgado sobre el exterior de la tapa óptica. El tubo de polímero delgado puede ser tereftalato de polietileno (PET) y las partículas de retrodispersión pueden ser dióxido de titanio. El recubrimiento reflectante también se puede seleccionar de entre recubrimientos reflectantes dieléctricos adecuados. Estos recubrimientos reflectantes dieléctricos pueden incluir múltiples capas de material dieléctrico. Por ejemplo, se pueden usar capas alternativas de TiO2 y SiO2 en algunos modos de realización para formar un recubrimiento reflectante.

Otro modo de realización más de la invención proporciona una tapa óptica que se puede fijar a un extremo de una sección de fibra óptica, la tapa tiene un extremo abierto que recibe la fibra, una superficie interna con un recubrimiento parcialmente reflectante en línea con la fibra óptica, una longitud de material sólido, un extremo cerrado con una superficie reflectante curvada y una cara lateral con un recubrimiento parcialmente reflectante. La luz irradia desde la punta de la fibra e incide en la superficie interna parcialmente reflectante. Una parte de la luz se refleja o se retrodispersa de nuevo en la fibra mientras que otra parte de la luz se transmite y viaja a través del material sólido. De esta manera, se puede generar una primera cantidad de luz reflejada o retrodispersada a una distancia conocida del punto focal. La parte transmitida de la luz incide a continuación en la superficie reflectante. La luz se enfoca por medio de la curvatura de la superficie, se refleja e incide en la cara lateral recubierta de la tapa.

Con respecto a este modo de realización, una parte de esta luz es transmitida por el recubrimiento y alcanza un punto focal a una distancia deseada apartada de la tapa. Otra parte de la luz es directamente retroreflejada o retrodispersada por el recubrimiento y viaja internamente de vuelta hacia la cara de extremo curvada. La luz se refleja nuevamente en la cara de extremo, se reenfoca y se vuelve a acoplar parcialmente en la punta de extremo de la fibra óptica. De esta manera, se puede generar una segunda cantidad de luz reflejada o retrodispersada a una distancia conocida del punto focal y a una distancia conocida de la superficie interna parcialmente reflectante, lo cual es ventajoso para su uso como señal de calibración o campo de referencia interferométrico en técnicas de análisis tal como la tomografía de coherencia óptica. La cara de extremo se hace reflectante recubriéndola con metal o un material dieléctrico. La cara lateral y la cara interna se hacen parcialmente reflectantes o de retrodispersión recubriéndolas parcialmente con un material de metal, o recubriéndolas con una película dieléctrica delgada que está diseñada para transmitir parcialmente la luz, o recubriéndolas con una capa de pequeñas partículas de retrodispersión.

En otro modo de realización, la invención también proporciona un procedimiento para usar las diversos modos de realización de la tapa óptica como un componente en un catéter de formación de imágenes de fibra óptica, insertándose el catéter de formación de imágenes de fibra óptica en una estructura luminal de un cuerpo vivo y conectado a un sistema de tomografía de coherencia óptica. para obtener imágenes de alta resolución de la estructura luminal.

Otro modo de realización más proporciona un medio para proteger la superficie con lente de la tapa óptica localizándola parcial o completamente dentro del cuerpo de la tapa. La tapa puede tener cualquier geometría adecuada y no se limita a tapas de conformación cilíndrica. Se puede obtener una protección parcial de la superficie con lente incluyendo una extensión del cuerpo cilindrico ligeramente proximal respecto a la superficie con lente. En un modo de realización, se puede obtener una protección parcial de la superficie con lente localizando la superficie con lente completamente dentro de la cavidad que recibe la fibra óptica. Se entiende que cualquiera de los modos de realización descritas anteriormente se puede modificar para incluir una protección parcial o completa de la superficie con lente. Estos modos de realización de la invención no se limitan a rasgos característicos relacionados con la protección. Por ejemplo, rebajar la superficie con lente puede facilitar el guiado distal de la tapa en algunos modos de realización.

Las diversos modos de realización descritos en el presente documento se refieren a subsistemas para transmitir y recibir diversos tipos de radiación electromagnética que se pueden dirigir a través de una fibra óptica o guía de ondas similar. En consecuencia, aunque se puede hacer referencia a radiación, radiación óptica, luz u otros tipos de radiación electromagnética, estos términos no pretenden limitar el alcance de la invención y en su lugar engloban cualquier tipo de luz o radiación electromagnética que se pueda enviar o recibir por una lente o fibra óptica o guía de ondas similar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los objetivos y rasgos característicos de la invención se pueden entender mejor con referencia a los dibujos que se describen a continuación y las reivindicaciones. Los dibujos no son necesariamente a escala, sino que, en general, la atención se centra en los principios ilustrativos de la invención. En los dibujos, se usan números iguales para indicar partes iguales a lo largo de las diversas vistas. Los dibujos asociados con la divulgación se tratan de forma individual dentro de la divulgación a medida que se introducen.

La FIG. 1 es un diagrama esquemático en sección transversal bidimensional que representa un subsistema óptico para dirigir un haz de luz a lo largo de una fibra óptica y a través de un miembro alargado que define una cavidad de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

Las FIGS. 2A-B son diagramas tridimensionales que muestran una superficie de extremo con lente reflectante y un elemento óptico o tapa, respectivamente, de acuerdo con modos de realización ilustrativos de la invención.

La FIG. 3 muestra una tapa óptica que rodea una fibra óptica, de modo que la tapa está dentro de una funda transparente de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 4 muestra un intervalo ejemplar de tamaños de punto focal y distancias de trabajo para tres longitudes diferentes de material sólido entre una punta de fibra óptica y una superficie reflectante con lente de una tapa óptica de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

Las FIGS. 5 y 6 muestran una tapa óptica que incluye una superficie interna con lente transmisiva y una superficie de extremo reflectante en ángulo para dirigir un haz a través de una cara lateral de una tapa y generar un punto focal a una distancia deseada de la tapa, de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 7 muestra una tapa óptica que incluye una superficie de extremo con lente parcialmente reflectante curvada para generar dos haces enfocados dirigidos a través de una cara lateral y una cara de extremo de la tapa, de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 8 muestra una tapa óptica que incluye una superficie de extremo con lente reflectante curvada para dirigir el haz fuera de una cara lateral de la tapa a través de un recubrimiento dispuesto sobre la superficie cilíndrica exterior de la tapa de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 9 muestra una tapa óptica que incluye superficies reflectantes o parcialmente reflectantes además de una superficie curvada y reflectante con lente de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 10 muestra una tapa óptica en la que la superficie reflectante con lente está protegida contra daños localizándola dentro de un volumen definido dentro de la tapa, de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 11 muestra una tapa óptica en la que la superficie reflectante con lente está parcialmente protegida contra daños localizándola parcialmente dentro de un cuerpo de la tapa, de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 12 muestra un aparato para realizar la recogida de datos de tomografía de coherencia óptica de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 13 muestra un segundo aparato para realizar la recogida de datos de tomografía de coherencia óptica de acuerdo con un modo de realización ilustrativo de la invención.

La FIG. 14A muestra un molde para fabricar un modo de realización de la invención.

La FIG. 14B muestra un modo de realización de la invención fabricado usando el molde representado en la FIG. 14A.

La FIG. 15A muestra un molde para fabricar un modo de realización de la invención.

La FIG. 15B muestra un modo de realización de la invención fabricado usando el molde representado en la FIG. 15A.

La FIG. 16 es un diagrama esquemático de la punta de fibra óptica, con micro lente y cubierta protectora. La FIG. 17 representa una imagen tomada con una cubierta de lente de plástico dopada.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La siguiente descripción se refiere a los dibujos adjuntos que ilustran determinados modos de realización de la presente invención. Por lo tanto, la siguiente descripción detallada no pretende limitar la presente invención, sino que el alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones.

El uso de secciones y títulos en la solicitud no pretende limitar la invención; cada sección o título se puede aplicar a cualquier aspecto, modo de realización o rasgo característico de la invención.

Se debe comprender que el orden de las etapas de los procedimientos de la invención es irrelevante siempre que la invención permanezca operable. Además, se pueden realizar dos o más etapas simultáneamente o en un orden diferente al que se menciona en el presente documento, a menos que se especifique de otro modo.

Cuando se proporciona un intervalo o lista de valores, cada valor intermedio entre los límites superior e inferior de ese intervalo o lista de valores se contempla individualmente y se engloba dentro de la invención como si cada valor se enumerara específicamente en el presente documento. Asimismo, se contemplan y se engloban dentro de la invención intervalos más pequeños entre e incluyendo los límites superior e inferior de un intervalo dado. El listado de valores o intervalos ejemplares no es una renuncia de otros valores o intervalos entre e incluyendo los límites superior e inferior de un intervalo dado.

Se debe entender que los términos "un", "una" y "el", "la" significan "uno o más", a menos que se especifique expresamente de otro modo.

Lo anterior y otros rasgos característicos y ventajas de la invención, así como la propia invención, se entenderán más completamente a partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones.

El desarrollo de procedimientos avanzados de análisis óptico o de formación de imágenes, tales como la microscopía confocal, la formación de imágenes de fluorescencia de fotón único y multifotón, la formación de imágenes armónicas, la espectroscopía óptica y la tomografía de coherencia óptica (OCT), ha tenido un impacto tremendo en la inspección industrial, los estudios de biología fundamental y la formación de imágenes in vivo de animales y seres humanos. Aunque estos procedimientos son diferentes en muchos aspectos, comparten una característica de diseño común: la luz incidente usada para iluminar la muestra de interés se enfoca o colima. La luz enfocada proporciona muchas ventajas sobre la luz desenfocada, incluyendo la localización mejorada de la luz incidente para obtener una mejor resolución espacial, y una mayor densidad de potencia óptica para generar niveles de señal incrementadas.

Un haz enfocado o colimado se genera dirigiendo la salida de una fuente de luz a través de una serie de elementos ópticos que juntos forman un sistema óptico. Los elementos del sistema óptico se seleccionan para lograr un tamaño de punto focal deseado, que se produce a una distancia deseada, denominada "distancia de trabajo", apartada del último elemento en el sistema óptico. La distancia de trabajo se muestra en ángulo en las figuras. Esta es la forma preferente de definir la distancia de trabajo (paralela a la dirección de propagación del haz). Un modo de realización preferente usará un haz que sale por el lado de la tapa en un ángulo de avance de ~10 grados. Cada aplicación de análisis óptico específica tendrá su propio tamaño de punto y distancia de trabajo óptimos. La microscopía confocal, por ejemplo, requiere pequeños tamaños de puntos cercanos a 1 pm. La OCT, por otro lado, requiere tamaños de punto moderados de aproximadamente 5 a aproximadamente 100 pm.

Aunque es posible obtener un amplia intervalo de tamaños de puntos y distancias de trabajo usando sistemas ópticos compuestos por lentes a granel convencionales, muchas aplicaciones requieren sistemas ópticos flexibles y miniaturizados para analizar muestras localizadas dentro de un objeto más grande. La biomedicina es un ejemplo de un campo donde a menudo se encuentra este requisito. El análisis óptico de estructuras luminales tales como el esófago, los intestinos, el tracto urinario, las vías respiratorias, los pulmones y los vasos sanguíneos puede usar luz de una fuente de luz externa que se transmite por medio de una sonda flexible, se enfoca con un sistema óptico miniatura y se devuelve a través de la sonda flexible a un sistema de análisis de datos fuera del cuerpo.

Además, a menudo es deseable analizar la pared luminal en lugar del contenido del lumen, por ejemplo, formando imágenes de la íntima y media de la pared de un vaso sanguíneo usando OCT en lugar de formar imágenes de la sangre contenida en el vaso. Esto da como resultado un objetivo de diseño adicional de dirigir el haz apartado del eje longitudinal del sistema óptico o a lo largo de otra direccion preferente (o intervalo de direcciones). Estos tipos de sondas ópticas a menudo se denominan "de disparo lateral", "dirigidas lateralmente", "de formación de imágenes laterales" o "mirando hacia los lados". El tamaño de estos lúmenes puede ser tan pequeño como varios milímetros, como en los vasos sanguíneos, lo que hace que el diseño del sistema óptico miniatura sea bastante desafiante. Además, los modos de realización descritos en el presente documento también son adecuados para su uso con diversos modos de realización de múltiples fibras o haces de fibras. Las diversos modos de realización descritos a continuación abordan estas necesidades y otras asociadas con los componentes de la sonda y la formación del haz.

Visión general

En general, la invención se refiere a un elemento óptico que tiene una conformación tridimensional alargada, tal como una tapa. El elemento óptico define una cavidad o canal. El elemento óptico se puede dimensionar para recibir una parte de fibra óptica y dirigir y enfocar la luz operativamente. El elemento óptico se puede fijar a una fibra óptica y usar tanto para redirigir como para enfocar la luz fuera de la tapa y recibir luz de una muestra de interés. La presente invención proporciona procedimientos para usar la tapa y fibra óptica miniatura como parte de una sonda insertable, que a su vez se puede usar para realizar un análisis óptico de una estructura luminal dentro de un cuerpo vivo. Otros modos de realización de la invención también se refieren al diseño, fabricación y uso de dichos dispositivos para suministrar luz enfocada o sustancialmente colimada a una muestra, y devolver una parte de la luz de la muestra para su procesamiento con sistemas de recogida de datos o de formación de imágenes. Un ejemplo no limitatante ejemplar de dicho sistema es un sistema de tomografía de coherencia óptica (OCT).

Elementos formadores de haz

La FIG. 1 muestra un modo de realización de la invención adecuado para formar un haz en una localización predeterminada. Específicamente, se muestra un sistema óptico 10 adecuado para dirigir y recoger luz o recoger datos de otro modo con respecto a una muestra de interés. En el ejemplo mostrado, una fibra óptica está conectada en su extremo proximal a una fuente de luz (no mostrada). La fibra óptica incluye una región recubierta 12 y un núcleo de guiado de luz con una región de revestimiento 14. En un modo de realización, la región recubierta 12 incluye un material de poliimida. Como se muestra en la Fig. 1, el recubrimiento se ha eliminado parcialmente para exponer una parte del núcleo y el revestimiento distal a la región recubierta 12. Un material protector 16 tal como un adhesivo también rodea el núcleo y el revestimiento 14 y/o la región recubierta 12 como se muestra en la Fig. 1. La fibra óptica guía la radiación óptica desde una fuente de luz hasta el segmento de fibra distal, donde se ha eliminado una parte del recubrimiento mediante arrastre mecánico o químico. La cara de extremo de fibra (alternativamente, la punta de fibra) puede ser plana o, para evitar aberraciones y retroreflexiones no deseadas, se puede cortar en un ángulo pequeño, típicamente entre aproximadamente 8° y aproximadamente 15°. Esta operación de corte se puede realizar con una cortadora de fibras. En un modo de realización, dado que dicha operación de corte es rápida y consecuente, ofrece ahorros de costes y ventajas de fabricación.

En general, en parte, la invención se refiere a un elemento óptico unitario (de forma alternativa, un elemento de sonda óptico o tapa) 18 formado a partir de un material transmisivo. En un modo de realización, el elemento óptico unitario o tapa tiene forma alargada. En otros modos de realización, el elemento óptico o tapa es esférico o semiesférico. Por ejemplo, en un modo de realización, la tapa es una esfera o una esfera parcialmente aplanada con un orificio aceptor de fibra formado en una dirección no diametral, específicamente 1/2 radio hacia abajo desde el centro de la esfera. Sin embargo, es posible cualquier geometría de tapa adecuada. El elemento óptico define un orificio o un canal que se extiende a través de una parte del elemento óptico 18 antes de terminar en una pared o región 19 formada a partir del material transmisivo. Como se muestra, el núcleo de fibra y el revestimiento 14 y la región recubierta 12 están dispuestos dentro de un volumen definido en la tapa 18 y entran en la tapa 18 a través de la abertura anular 17 mostrada en el lado izquierdo de la figura. Aunque la invención se refiere a diversos tipos y formas de dichos elementos ópticos que definen un canal, cavidad o taladro que circunda o rodea parcialmente una fibra óptica, los términos "tapa", "cubierta", "conjunto óptico", "formador de haz", "conjunto de lentes" u otra terminología se puede usar de manera no limitante en el presente documento.

Por tanto, en un modo de realización, la tapa óptica (de forma alternativa, un elemento óptico) 18 incluye una sección 20 que contiene fibra y una sección 21 formadora de haz (o sólida). Dado que se usa típicamente un material unitario continuo, un delimitador conceptual mostrado por una línea de puntos o delimitador 22 delimita la primera sección 20 de la segunda sección 21. Se puede imaginar que el delimitador 22 de la tapa óptica 18 define un plano situado distal al adhesivo o material protector 16 que rellena el vacío entre el núcleo 14 y la tapa óptica 18. Como se muestra, en un modo de realización existe un hueco entre la cara de extremo de fibra 23 (que se puede inclinar desde aproximadamente 8° hasta aproximadamente 15°) y la pared de cavidad 19. Además, como se muestra, el adhesivo o material protector 16 rellena la cavidad que incluye la región recubierta 12 y el núcleo con el revestimiento 14. El elemento óptico tiene una superficie curvada 25 que está distal al núcleo de fibra con revestimiento 14. La cara distal cerrada/cara de extremo curvada 25 puede incluir uno o más recubrimientos, tales como recubrimientos reflectantes o parcialmente reflectantes. Además, el elemento óptico y el conjunto de fibra se disponen típicamente dentro de una funda 28. En un modo de realización, el elemento óptico 18 y los otros elementos conectados o fusionados al mismo giran juntos con respecto a la funda. En otro modo de realización, tanto la funda 28 como el elemento óptico 18 giran. En otro modo de realización, la funda y el elemento óptico 18 están fijos y no giran. Además, la región entre la funda y el elemento óptico se puede rellenar con fluido.

En un modo de realización preferente, el elemento óptico es un material monolítico o unitario. Aunque se pueden usar combinaciones de materiales para fabricar el elemento óptico, tales como mezclas de polímeros o vidrios, en general la composición del elemento está diseñada para ser sustancialmente la misma en toda ella en un modo de realización. Se pueden aplicar a, fusionar con o acoplar o conectar de otro modo recubrimientos u otros materiales al elemento óptico unitario.

Como se muestra en el modo de realización de la Fig. 1, el núcleo de fibra óptica con el revestimiento 14 y la región recubierta 12 se inserta en una cavidad en el lado proximal del elemento óptico 18. Proximal y distal se refieren a la localización relativa al extremo de la fibra que está conectada a la instrumentación fuera del cuerpo. La cavidad (de forma alternativa, la cámara receptora de fibra del elemento óptico) definida por la pared 19 se puede rellenar con un material protector o adhesivo 16 como se muestra. El adhesivo 16 se selecciona para que sea sustancialmente ópticamente transparente y se puede curar usando luz ultravioleta, calor, exposición al aire o cualquier otro procedimiento de curado. Para reducir la posibilidad de formación de burbujas entre la cara de extremo de fibra 23 y la pared de cavidad 19, la aplicación del adhesivo 16 se puede realizar bajo un vacío parcial. El material o adhesivo 16 se puede elegir para que tenga un índice de refracción próximo al de la fibra 14 y el elemento óptico 18 para reducir las retroreflexiones. De forma alternativa, el material o adhesivo 16 se puede elegir para que tenga un índice de refracción diferente al de la fibra 14 y el elemento óptico 18 para producir retroreflexiones con una amplitud controlada. En un modo de realización, el adhesivo es un adhesivo de base acrílica. En un modo de realización, se usa un adhesivo curable por luz ultravioleta.

En un modo de realización, el tamaño de la cavidad se elige para que sea muy cercano al tamaño de la fibra para evitar problemas de inclinación. La cara de extremo de la fibra se coloca en contacto con el extremo de la cavidad para evitar problemas de alineación longitudinal. En un modo de realización, este material 16 es un adhesivo que tiene un índice de refracción similar al del núcleo de fibra óptica y el material usado para formar el elemento 18, de modo que se reducen aún más las retroreflexiones de la punta de fibra 23.

Cuando el adhesivo se cura (por ejemplo, por exposición al calor, la luz o la radiación ultravioleta), la fibra se fija a la tapa en el volumen o cavidad que se muestra. De forma alternativa, la tapa se puede formar en su lugar sobre la parte superior del núcleo de fibra óptica con el revestimiento 14 y la parte recubierta 12 usando un proceso tal como el moldeo por inyección. Moldear la tapa directamente sobre la fibra elimina la etapa de pegado y puede dar como resultado costes de fabricación reducidos. Por tanto, en algunos modos de realización, la región 16 comprende la misma región 18 de rellenado de material. Es decir, cuando no se usa adhesivo 16, la región definida en la Fig. 1 se elimina y la tapa está en contacto directo con la fibra.

La tapa tiene la forma general de un tubo cilíndrico con una cara distal cerrada. El diámetro exterior del elemento óptico 18 es típicamente del orden de 2x el diámetro de la fibra óptica, dando un intervalo de diámetro exterior de aproximadamente 160 pm a aproximadamente 500 pm. A su vez, el diámetro interior del elemento óptico 18 puede variar entre aproximadamente 80 pm a aproximadamente 250 pm.

En un modo de realización, la tapa 18 está hecha de una única pieza de material, elegida para ser ópticamente transparente en la banda espectral usada para la aplicación de análisis o formación de imágenes en particular. En general, los elementos ópticos o tapas descritos en el presente documento son adecuados para su uso con aplicaciones de formación de imágenes que usan longitudes de onda de radiación electromagnética que varían desde aproximadamente 350 nm a aproximadamente 2000 pm. Para facilitar la fabricación de bajo coste y alto volumen, el material puede ser una resina o un polímero en lugar de un vidrio. Si se desean niveles bajos de aberración y alta transmisión para una aplicación dada, la tapa también se puede formar con vidrio. Los materiales preferentes incluyen acrílico, policarbonato, poliestireno, polieterimida o polimetilpenteno. Estos materiales se pueden moldear por inyección en piezas en la escala de tamaño de la tapa óptica usando procedimientos conocidos en el campo del micromoldeo. Además, estos materiales son adecuados para formar una tapa unitaria. En general, algunos modos de realización de la tapa unitaria alargada incluyen un material ópticamente transmisivo. Como se usa en el presente documento, material ópticamente transmisivo significa un material con baja absorción y dispersión en la banda espectral usada para la aplicación específica, de modo que se transmite una fracción sustancial de la luz que irradia desde la fibra óptica.

En un modo de realización, una parte moldeada en una sola pieza proporciona una reducción significativa en el coste y el tiempo de fabricación, y una mejora en la uniformidad entre partes, en comparación con los sistemas ópticos miniatura ya conocidos en la técnica como se describe anteriormente. En un modo de realización, la longitud de la tapa óptica varía entre aproximadamente 0,25 mm a aproximadamente 5 mm. El hueco entre la pared 19 y la cara de extremo 23 varía entre aproximadamente 0 pm a aproximadamente 1000 pm.

La luz que viaja a lo largo de la fibra óptica sale de la cara de extremo de fibra 23 y la pared de cavidad 19 y se propaga una longitud L en el material sólido de la segunda sección 21 del elemento óptico 18. La longitud L es igual a la distancia desde la pared de cavidad 19 hasta el centro de la superficie distal 25 cerrada. A medida que la luz viaja, divergerá como se muestra por el primer conjunto de líneas discontinuas. Al llegar a la superficie distal cerrada 25, la luz interactúa con un recubrimiento depositado sobre la superficie exterior de la cara distal.

El recubrimiento está diseñado para ser altamente reflectante en la banda espectral usada para la aplicación de análisis o formación de imágenes particular. El recubrimiento puede ser un metal, una única capa dieléctrica o un apilamiento dieléctrico multicapa. Se puede depositar una capa no funcional ópticamente entre la cara distal y el recubrimiento reflectante para mejorar la adhesión. Por ejemplo, dicha capa puede incluir cromo, titanio o un dieléctrico. Se puede depositar una capa adicional no funcional ópticamente sobre el recubrimiento reflectante para proteger el recubrimiento de la oxidación, desprendimiento u otros daños.

Una perpendicular al centro de la cara distal 25 está orientada en un ángulo de inclinación 0 con respecto al eje longitudinal de la tapa, de modo que la luz reflejada se dirige en un ángulo 20 con respecto a la luz incidente (véanse las Figs. 2A y 3). La cara distal 25 se curva adicionalmente para formar una superficie de enfoque, cuyos detalles específicos se describen a continuación. La luz comienza a converger o se colima después de interactuar con la cara distal 25 y el recubrimiento reflectante. Cuando la luz pasa a través de la cara lateral de la tapa 29 y la funda 28, se ve afectada por la distorsión cilíndrica debido a la conformación cilíndrica verificada de la tapa y la funda. Esta distorsión hace que el haz se vuelva ovular en sección transversal en lugar de circular, y crea un plano focal diferente para cada uno de los dos ejes principales del haz. Estos dos planos focales están separados en el espacio a lo largo de la dirección de propagación del haz.

La distorsión cilíndrica es perjudicial para muchas aplicaciones de análisis óptico, ya que da lugar a una resolución lateral anisotrópica, una densidad de potencia incidente pico disminuida y una resolución axial degradada. Sin embargo, la curvatura de la cara distal 25 puede ser diferente en los dos ejes ortogonales situados en el plano de la cara distal, lo que permite optimizar la lente para compensar previamente la distorsión cilíndrica antes de que se produzca. De esta manera se puede obtener un haz circularmente simétrico fuera de la tapa y se pueden evitar los efectos indeseables de la distorsión cilíndrica. Los detalles de la geometría de la cara distal 25 se describen completamente a continuación.

Una vez que la luz sale de la tapa, continúa convergiendo hasta que alcanza un plano focal o un punto focal a una distancia de trabajo D apartada del borde más cercano del elemento óptico 18. Cuando la fibra es una fibra monomodo, el haz es gaussiano y su tamaño en el plano focal está definido por el diámetro focal w que es igual al doble del radio del perfil gaussiano del haz. En un modo de realización, la longitud L y la geometría de la cara distal se pueden seleccionar para dar una amplio intervalo de tamaños de punto focal y distancias de trabajo. En un modo de realización, D se mide como la distancia desde el lado de la tapa al plano focal, a lo largo de la dirección de propagación de haz (no necesariamente normal a la tapa). Este enfoque es consecuente con la forma D que se ilustra en la Fig. 1.

Si se desea una distancia de trabajo larga para una aplicación particular, la longitud L se puede incrementar para permitir que el haz se expanda a un diámetro mayor antes de golpear la cara distal 25. El haz se puede expandir hasta un diámetro máximo igual al diámetro exterior de la tapa, que puede variar entre aproximadamente 160 pm a aproximadamente 500 pm. La expansión de haz incrementada en la cara distal equivale a incrementar la apertura del sistema óptico, lo que permite incrementar la distancia de trabajo D para un diámetro focal w dado. Si se desea un diámetro focal pequeño w para una aplicación particular, se puede disminuir el radio de curvatura de la cara distal. Esto incrementa eficazmente la potencia focal del sistema óptico.

Geometría de cara de extremo

La FIG. 2A muestra una perspectiva tridimensional de dibujo de la superficie con lente 40 (véase la superficie 25 en la FIG. 1) con un primer punto focal F 1 y un segundo punto focal F 2. La FIG. 2B muestra un dibujo en perspectiva tridimensional de todo el elemento óptico o tapa óptica miniatura 50, que tiene un diámetro exterior A, un diámetro interior Di y una longitud global B. Como se muestra, la tapa incluye una abertura anular 17 dimensionada para recibir y acoplarse fijamente a una fibra óptica. La superficie de formación de haz o de enfoque 40 de la FIG. 2A se implementa como la superficie 52 de la Fig. 2B en un modo de realización.

En general, en un modo de realización, los elementos ópticos están diseñados para formar o dirigir un haz simétrico sustancialmente circular sustancialmente libre de distorsiones fuera del elemento óptico o tapa. Para facilitar este rasgo característico de diseño, la superficie de la cara distal se elige para tener diferentes curvaturas a lo largo de los arcos trazados por los rayos Ax y Ay que corresponden a las curvas C1 y C2, respectivamente, en la superficie 40. Ax y Ay se originan en diferentes puntos focales F1 y F2, respectivamente. Múltiples geometrías de superficie 25, 40 son adecuadas para los elementos ópticos/tapas descritos en el presente documento, incluyendo asfera bicónica, Zernike bicónica, Fresnel o B-spline racional no uniforme. Una superficie de asfera bicónica es en general adecuada para aplicaciones que requieren tamaños de punto focal de aproximadamente 3 pm a aproximadamente 100 pm y distancias de trabajo de aproximadamente 0 pm a aproximadamente 30 mm, y donde se desea corregir las distorsiones cilindricas causadas por la cara lateral de la tapa y otros materiales localizados entre la tapa y el plano focal.

Volviendo a la Fig. 2A, la desviación z de la superficie con lente apartada de un plano plano, tal como los planos x-y, comúnmente denominada la catenaria de superficie, se define mediante la siguiente ecuación, para una asfera bicónica:

Cuando se representa en gráfico, esta ecuación traza la conformación de la superficie curvada de la lente y los valores z individuales corresponden a la catenaria de superficie variada en relación con el plano x-y.

En esta ecuación, x, y y z son coordenadas locales que tienen un origen O en el centro de la superficie. Rx y Ry son los radios de curvatura esféricos a lo largo de los ejes x e y, respectivamente. En el modo de realización de la FIG. 2A, Ax y Ay son ejemplos de Rx y Ry. Adicionalmente, k x y k y son constantes cónicas a lo largo de los ejes x e y, respectivamente, dando un total de cuatro parámetros libres para la catenaria de superficie z. La superficie 40 también se gira alrededor del eje x en un ángulo 0, para dirigir el haz de la superficie en un ángulo 20. La superficie también puede estar desplazada en la dirección y en una cantidad y otr para reducir aún más las aberraciones en el sistema óptico.

Optimización de parámetros de diseño

De acuerdo con la FIG. 3, se muestra un sistema óptico 70 que incluye una superficie de direccionamiento de haz 72 para dirigir el haz fuera de una cara lateral de la tapa 75 y generar un punto focal a una distancia deseada de la superficie exterior de la funda 76. Por tanto, en algunos modos de realización, la superficie de direccionamiento de haz dirige y enfoca un haz de luz u otra radiación. Adicionalmente, la curvatura de la superficie con lente 72 se puede ajustar para compensar las distorsiones causadas por la transmisión a través de la funda 76 y la superficie cilindrica exterior de la tapa 75. La siguiente sección describe un proceso para diseñar una tapa óptica miniatura del tipo mostrado en la f Ig .3 para lograr el tamaño de punto focal deseado y la distancia de trabajo optimizada para una aplicación de análisis óptico especifica. La aplicación de análisis óptico elegida para este ejemplo ilustrativo es la formación de imágenes OCT de los vasos sanguíneos coronarios, que requiere que la fibra óptica y la tapa óptica miniatura giren y se trasladen longitudinalmente. Este enfoque ofrece numerosas ventajas. Estas ventajas incluyen:

- Ahorro de costes debido al tiempo de fabricación reducido y la eliminación de la necesidad de empalmes por fusión

- Capacidad para proporcionar una conformación de lente no simétrica rotacionalmente para compensar la distorsión cilindrica

- Repetibilidad potencialmente mejorada en el tamaño de punto focal y la distancia de trabajo

La FIG. 3 muestra una tapa óptica miniatura 75 encerrada dentro de una funda 76 transparente flexible que tiene un diámetro interior M y un grosor de pared T. El núcleo de fibra con revestimiento 14, región recubierta 12 y tapa 75 giran y se trasladan dentro de la funda por medio de un accionador externo, mientras que la funda 76 permanece estacionaria en el vaso sanguineo para evitar daños en la pared del vaso.

En este ejemplo ilustrativo, el diámetro deseado de punto focal w es de aproximadamente 30 pm. Se desea que el haz alcance un plano focal a una distancia D' apartada de la cara lateral de la funda 76 y una distancia D apartada de la tapa, donde D' es aproximadamente 1,6 mm y D es aproximadamente 1,857 mm. El grosor de la pared de la funda T es de aproximadamente 102 pm y el diámetro interior M es de aproximadamente 710 pm. Para permitir un espacio libre suficiente entre la tapa y la superficie interior 77 de la funda, se elige que el diámetro exterior A de la tapa sea de aproximadamente 400 pm. En un modo de realización, se elige acrilico como material de la tapa, ya que este material es ópticamente transparente en una longitud de onda de interés de aproximadamente 1310 nm. En este ejemplo, para evitar retroreflexiones especulares no deseadas desde la superficie interior 77 de la funda 76, el ángulo de inclinación 0 de la cara distal se elige para que sea de aproximadamente 50° de modo que la luz incidente que incide sobre la cara distal se redirija en un ángulo de aproximadamente 100° con respecto al eje longitudinal de la fibra. El ángulo 0 se muestra formado entre el eje longitudinal de la fibra y un vector normal a la superficie 72. Por lo tanto, la luz golpea sobre la superficie interior de la funda 77 en un ángulo fuera de la incidencia normal en aproximadamente 10° y se evitan las retroreflexiones especulares. En un modo de realización, el lumen 78 entre la tapa y la funda está relleno de fluido de contraste radiopaco que tiene un índice de refracción de aproximadamente 1,449. Además, en un modo de realización, el lumen entre la funda 76 y la pared del vaso sanguíneo se rellena con el mismo material de contraste o solución salina. El material de contraste se puede proporcionar mediante un mecanismo de lavado proximal para desplazar temporalmente la sangre del vaso y permitir una imagen OCT clara.

Los parámetros de diseño que restan por optimizar son la distancia L de la punta de fibra a la superficie con lente, los parámetros de la catenaria de superficie Rx, Ry, k x y ky, y el desplazamiento yyoff (si existe). Se puede usar una herramienta de simulación óptica, tal como ZEMAX (ZEMAX Development Corporation, Bellevue, WA) o una herramienta equivalente para encontrar la combinación óptima de los parámetros de diseño restantes para producir el diámetro de punto focal deseado de aproximadamente 20 pm a una distancia de aproximadamente 1,4 mm de la funda. Este programa informático también se puede usar para garantizar que el haz resultante que golpea en la pared de los vasos sanguíneos sea circular y esté libre de aberraciones. Para lograr esto, se emplea un algoritmo de optimización iterativo que busca la mejor combinación de parámetros libres para minimizar el valor de una función de error definida por el usuario.

La función de error mide varias propiedades del haz simulado en el plano focal a lo largo de los ejes locales x' e y (véase la FIG. 3). Los valores medidos se comparan con los valores deseados y se genera una suma ponderada de la diferencia entre los valores medidos y deseados para dar el valor de la función de error. La función de error incorpora valores simulados del radio de haz al nivel de intensidad del 13,5 % (correspondiente al radio característico, W0, del haz) a lo largo de los ejes x' e y' (Rx y Ry) correspondiente a la cintura característica de haz W0, ajuste gaussiano a lo largo de los ejes x' e y' (Gx y Gy), y distancia entre el plano focal deseado y el plano focal real a lo largo de los ejes x' e y (Fx y Fy). La función de error se construye para dar un valor cero cuando los diámetros del haz a lo largo de los ejes x' e y son iguales, se logra el ajuste gaussiano y la distancia entre el plano focal deseado y el plano focal real a lo largo de los ejes x' e y es igual a cero. Cuando los diámetros de haz a lo largo de los ejes x' e y son iguales, el haz es circularmente simétrico, lo que es deseable para producir un punto focal isotrópico. Cuando se logra un ajuste gaussiano a lo largo de los ejes x' e y, el sistema tiene una distorsión mínima que es deseable para maximizar la calidad de la imagen y optimizar la cantidad de potencia óptica devuelta al sistema para su análisis. Cuando se cumplen estas condiciones, el haz está sustancialmente libre de aberraciones y tiene el tamaño de punto focal deseado w a la distancia de trabajo deseada D.

En este ejemplo ilustrativo, la función de error E se puede elegir para incorporar seis parámetros, incluyendo Rx, Ry, Gx, Gy, Fx y Fy. A cada parámetro se le asigna adicionalmente un peso W1 a W6, para controlar la importancia relativa de cada parámetro en la función de error E. A cada parámetro también se le asigna un valor objetivo Rxt, Ryt, Gxt, Gyt, Fxt y Fyt. Rx, Ry, Rxt, Ryt, Fx, Fy, Fxt y Fyt que se pueden medir en unidades de milímetros. Gx, Gy, Gxt y Gyt son parámetros sin unidades que se encuentran dentro del intervalo de 0 a 1, donde 1 representa un ajuste gaussiano perfecto. La función de error E se define como la suma ponderada de cada parámetro menos su valor objetivo correspondiente, de modo que E = W1(Rx - Rxt) W2(Ry - Ryt) W3(Gx - Gxt) W4(Gy - Gyt) W5(Fx - Fxt) W6(Fy - Fyt).

En este ejemplo ilustrativo, Rxt y Ryt pueden ser de 0,017 mm, lo que corresponde a un diámetro de haz de anchura a media altura de 0,020 mm. Gxt y Gyt pueden ser 1. Fxt y Fyt pueden ser 0. W1 y W2 pueden ser 50, W3 y W4 pueden ser 0,1 y W5 y W6 pueden ser 1. Cada elección de valores de diseño óptico L, Rx, Ry, kx, ky e y off da como resultado un conjunto de parámetros de haz Rx, Ry, Gx, Gy, Fx y Fy que a su vez dan como resultado un valor particular para la función de error E. Con los objetivos y pesos de los parámetros seleccionados, se pueden usar uno o más enfoques para determinar la combinación de valores de diseño óptico L, Rx, Ry, kx, ky e yoff que da como resultado un función de error mínimo. Esto se puede lograr encontrando un mínimo local en la función de error o un mínimo global en la función de error. Muchos paquetes de diseño óptico, tal como ZEMAX, contienen algoritmos de optimización integrados que son adecuados para realizar esta etapa.

En este ejemplo ilustrativo, los resultados del proceso de optimización dan un valor para L de aproximadamente 721 pm, R x de aproximadamente -772 pm, R y de aproximadamente -1675 pm, k x de aproximadamente -3797 pm, k y de - aproximadamente 15.970 pm, e y off de aproximadamente -23 pm. Con estos valores implementados en un modo de realización de tapa de fibra óptica, se puede formar un tamaño de punto focal de aproximadamente 29,6 pm de diámetro a una distancia D' de aproximadamente 1600 pm. Dicho tamaño de punto focal es adecuado para la formación de imágenes OCT y recogida de datos en los vasos sanguíneos coronarios.

Tamaños de punto focal y distancias de trabajo ejemplares

Los modos de realización de los componentes ópticos, tales como las tapas o los elementos de formación de haz descritos en el presente documento, permiten un amplio intervalo de tamaños de punto focal y distancias de trabajo mediante la construcción de tapas ópticas miniatura con diferentes geometrías de superficie de cara distal y diferentes distancias L (Li, L²y L³) entre la punta de fibra y la cara distal. L 1, L2 y L3 se eligen con propósitos ilustrativos y no limitan el alcance de la invención. En un modo de realización, se eligió L2 para ser la mitad de L1 y L3 es la mitad de L2. Como ejemplo ilustrativo, se usa una tapa acrílica con un diámetro exterior de aproximadamente 400 pm para representar diversos puntos de datos como se muestra en la FIG. 4. Específicamente, la FIG. 4 ilustra un subconjunto de los parámetros de diseño disponibles para una tapa acrílica como se analiza anteriormente, donde la distancia L desde la punta de la fibra hasta la cara de extremo distal se elige entre aproximadamente 2,10 mm, aproximadamente 1,05 mm o aproximadamente 0,56 mm, respectivamente. Estos valores particulares de L se eligen únicamente con propósitos ilustrativos y no limitan el alcance de la invención. En cada punto de cada curva, la geometría de cara de extremo se optimizó de acuerdo con el procedimiento descrito anteriormente, usando una función de error como se describe anteriormente, para obtener un punto focal a una distancia de trabajo dada.

La FIG. 4 muestra que para este tipo particular de tapón de extremo, se pueden conseguir tamaños de punto focal de aproximadamente 4,3 pm a aproximadamente 110 pm a distancias de trabajo de aproximadamente 0 mm a aproximadamente 11 mm. Para cualquier longitud L dada, la distancia máxima de trabajo D' se produce cuando el tamaño de punto focal se aproxima al tamaño del haz incidente en la cara de extremo distal. Bajo esta condición, la potencia de enfoque del sistema óptico es débil y la distancia de trabajo no se puede extender más.

Superficie interna con lente

La FIG. 5 muestra otro subsistema óptico 80 de la presente invención, donde el enfoque de haz es proporcionado por una superficie interna con lente 83 en el extremo de la cavidad en lugar de por la cara de extremo distal. La tapa 85 tiene una conformación de cavidad diferente debido a la superficie con lente 83 adicional. La superficie 83 puede ser cóncava o convexa, pueden tener diferentes radios de curvatura en los ejes x e y, puede ser esférica o asférica o cualquier otro tipo de superficie en general conocido en la técnica de diseño de lentes. La superficie 83 permite la colimación de haz o el enfoque de haz y otros rasgos característicos. En general, la conformación de la superficie 83 puede tener la misma forma que la conformación mostrada en la Fig. 2A. La superficie 83 puede ser cualquier tipo de superficie de lente. La superficie 83 puede tener la misma forma que la conformación mostrada en la Fig. 2A, donde el ángulo de inclinación theta puede ser tan pequeño como cero grados. Esta superficie 83 sirve como un delimitador entre la cavidad y las secciones de formación de haz de la tapa 85 similar al delimitador 19 en la Fig. 1. La dirección de haz todavía la proporciona la cara de extremo distal 25', aunque en este modo de realización la cara de extremo está en ángulo y es plana.

En un modo de realización, la cara extrema 25' se hace reflectante recubriéndola con un material reflectante tal como metal o un recubrimiento dieléctrico. En este modo de realización, la luz que irradia desde la punta de fibra se expande en un hueco G. El hueco se puede rellenar con un adhesivo óptico para unir la fibra 14 a la tapa 85, o de forma alternativa se puede rellenar con aire para permitir una expansión de haz más rápida. La longitud del hueco G se establece por la longitud S de la fibra donde se ha eliminado el recubrimiento protector, y por la longitud de la cavidad S+G.

En un modo de realización, un ahusamiento 87 en el lado proximal de la cavidad actúa como un tope contra la parte recubierta de la fibra, de modo que la longitud de inserción de la fibra se puede controlar con precisión. De forma alternativa, se puede usar un tope cilíndrico en lugar de un ahusamiento, aunque en general se prefieren los rasgos característicos ahusados para los procesos de fabricación de micromoldeo. En los procesos de micromoldeo, los bordes afilados son difíciles de fabricar. La longitud de hueco G y la catenaria de superficie de la superficie interna se pueden optimizar de una manera análoga a la descrita anteriormente usando una función de error. Si la tapa 85 se va a colocar dentro de una funda (no mostrada), se entiende que la longitud de hueco G y la catenaria de superficie para la superficie 83 se pueden optimizar aún más para corregir las distorsiones causadas por la transmisión a través de la funda.

Este modo de realización de la tapa 85 proporciona varios beneficios además de los descritos anteriormente para el diseño de tapa que se muestra en la FIG. 3. En primer lugar, la superficie con lente 83 está localizada dentro de una cavidad, protegiéndola de daños accidentales durante la manipulación o el funcionamiento. En segundo lugar, el área de la superficie interna con lente 83 es más pequeña que la de la cara de extremo distal 25', lo que simplifica el diseño de la herramienta usada para fabricar la tapa. En tercer lugar, debido a que la cara de extremo distal 25' es plana en lugar de curvada, se simplifica la consecución de un grosor de capa de recubrimiento uniforme. La adhesión del recubrimiento también se puede mejorar debido a la planitud de la cara de extremo.

Superficies con lente dobles

La FIG. 6 muestra otro subsistema óptico 90 con un modo de realización de tapa 95, donde el enfoque de haz se proporciona mediante una combinación de una superficie interna con lente 96 en el extremo de la cavidad y una superficie reflectante con lente 97 formada en la cara de extremo distal. La dirección de haz todavía se proporciona haciendo que la cara de extremo 97 sea reflectante recubriéndola con un material reflectante tal como metal o un recubrimiento dieléctrico. En este modo de realización, la luz que irradia desde la punta de fibra 23' se expande en un hueco G. La luz se refracta al interactuar con la superficie interna con lente 96 y se propaga a través de una longitud L' de material sólido. A continuación, la luz incide en la cara de extremo distal 97, donde se enfoca más y se redirige fuera de una cara lateral de la tapa. La longitud de hueco G, la longitud del material sólido L' y las catenarias de superficie de la superficie interna 96 y la cara de extremo distal 97 se pueden optimizar de una manera análoga a la descrita anteriormente usando una función de error. Si la tapa 95 se va a colocar dentro de una funda, se entiende que la longitud de hueco G y la catenaria de superficie tanto de la superficie 96 como de la superficie 97 se pueden optimizar más para corregir las distorsiones causadas por la transmisión a través de la funda.

Este modo de realización de la tapa 95 proporciona varios beneficios además de los descritos anteriormente para los diseños de tapa mostrados en la FIG. 3 y FIG. 5. En primer lugar, el uso de dos superficies con lente 96, 97 proporciona parámetros de diseño más libres y permite obtener un intervalo más amplio de tamaños de punto focal w y distancias de trabajo D. En segundo lugar, el uso de dos superficies con lente da como resultado menos aberraciones geométricas que un diseño comparable que usa una única superficie con lente, mejorando la calidad óptica del haz resultante. En tercer lugar, la superficie interna con lente 96 y el hueco G se pueden configurar de manera que la luz transmitida a la longitud L' del material sólido esté sustancialmente colimada. De esta manera, el valor exacto de L' se vuelve menos crítico para el rendimiento óptico global del sistema, mejorando de este modo la tolerancia del diseño a los errores de fabricación. En determinadas condiciones de fabricación, los modos de realización mostrados en las Fig. 3, 8 u 11 son modos de realización preferentes.

Cara de extremo parcialmente reflectante para exploración de doble haz

La FIG. 7 muestra otro modo de realización del sistema 100 de la presente invención que usa una tapa 105, donde la luz que irradia desde la punta 23 de la fibra se divide en dos haces enfocados B1, B2 por un recubrimiento parcialmente reflectante en la cara de extremo distal 107 de la tapa óptica miniatura 105. En este modo de realización, la luz que irradia desde la punta de fibra 23 se expande en una longitud L de material sólido. La luz incide en la cara de extremo distal 107, donde interactúa con un recubrimiento parcialmente reflectante que transmite una parte de la luz a través de la cara de extremo y refleja otra parte de la luz a través de la cara lateral de la tapa. La parte reflejada de la luz B1 alcanza un plano focal en una primera distancia de trabajo D con un tamaño de punto focal w. La parte transmitida de la luz B2 alcanza un segundo plano focal a una segunda distancia de trabajo D" con un segundo tamaño de punto focal w". Si la tapa se va a colocar dentro de una funda, se entiende que la longitud sólida L y la catenaria de superficie de la cara de extremo distal se pueden optimizar más para corregir las distorsiones causadas por la transmisión a través de la funda.

El recubrimiento parcialmente reflectante mencionado anteriormente se puede formar de varias formas. En primer lugar, se puede aplicar un material altamente reflectante, como el metal, en un patrón en la cara de extremo distal, de modo que el metal cubra menos del 100 % del área de la cara de extremo expuesta por el haz. El patrón puede incluir un patrón de tablero de ajedrez, anillo, anillos concéntricos o cualquier otro patrón. En segundo lugar, se puede aplicar un recubrimiento dieléctrico sobre una parte continua del área de la cara de extremo. Las propiedades del material dieléctrico se pueden seleccionar para reflejar parcialmente una fracción fija de la potencia óptica incidente. De forma alternativa, el recubrimiento dieléctrico se puede seleccionar para reflejar sustancialmente una banda de longitud de onda y transmitir sustancialmente una segunda banda de longitud de onda. Este tipo de recubrimiento se denomina comúnmente recubrimiento "dicroico" o "de espejo dicroico".

El modo de realización de la FIG. 7 proporciona varios beneficios además de los descritos anteriormente para los diseños de tapa mostrados en la FIG. 3, la FIG. 5 y la FIG. 6. En primer lugar, la generación de dos haces B1, B2 a lo largo de ejes diferentes permite el análisis simultáneo de dos localizaciones de muestra diferentes. Esto facilita el examen de las estructuras luminales dentro del cuerpo. Un ejemplo ilustrativo es la formación de imágenes OCT de un vaso sanguíneo que contiene una lesión oclusiva. Usando este modo de realización, se pueden obtener imágenes anulares mirando hacia adelante al mismo tiempo que imágenes radiales mirando hacia los lados girando el catéter alrededor del eje de la fibra. De esta manera, se pueden obtener imágenes OCT desde delante del catéter a medida que avanza en la lesión para analizar la composición de la lesión.

De manera más en general, la formación de imágenes hacia adelante es útil para guiar la colocación de un catéter de formación de imágenes para evitar perforar una pared luminal. Si se emplea un recubrimiento dicroico, un beneficio adicional es la capacidad de realizar análisis óptico de una muestra delante de la tapa usando un grupo de longitudes de onda y análisis óptico de una muestra al lado de la tapa usando un segundo grupo de longitudes de onda. Por tanto, usando un enfoque de este tipo, es posible realizar imágenes multimodales de una estructura luminal. La formación de imágenes OCT se puede realizar usando luz de aproximadamente 1310 nm dirigida a través del lado de la tapa, mientras que la formación de imágenes de fluorescencia confocal se pueden realizar usando luz de aproximadamente 800 nm dirigida a través de la parte delantera de la tapa.

Superficies de reflexión fija

En varias aplicaciones de recogida de datos y análisis óptico, incluida la formación de imágenes OCT, es deseable incluir una o más superficies que generen reflexiones de intensidad conocida en posiciones conocidas en relación con el plano focal. Esto facilita la calibración y el cálculo del interferómetro en algunos modos de realización. Se puede usar una reflexión fija en aplicaciones OCT para generar una señal de calibración para ajustar la longitud de brazo de referencia para que coincida con la longitud de brazo de muestra (véase la publicación de solicitud de patente estadounidense n.° 2009/0122320, Petersen et al.). También se puede usar una reflexión fija para generar un campo de referencia que interfiera con la luz que devuelve la muestra en las aplicaciones OCT. Como resultado, esto forma un interferómetro de trayectoria común dentro del catéter de formación de imágenes y evita la necesidad de un brazo de referencia separado.

En parte, la presente invención permite la generación de reflexiones fijas que incluyen solo una señal de calibración, solo un campo de referencia o tanto una señal de calibración como un campo de referencia. La FIG. 8 muestra un modo de realización del sistema 110 de la invención en el que se aplica un recubrimiento 111 a una región de la cara lateral de la tapa óptica miniatura 113. Típicamente, se aplica un recubrimiento 111 parcialmente reflectante o de retrodispersión a una parte de la cara lateral de la tapa óptica para generar una reflexión controlada a una distancia conocida del punto focal. Como se muestra, el recubrimiento 111 se superpone a la región de la cara lateral donde el haz sale de la tapa 113. El recubrimiento 111 se elige para que sea parcialmente transmisivo, lo que se puede conseguir usando un recubrimiento de metal estampado, un apilamiento dieléctrico de película delgada o pequeñas partículas de retrodispersión. Al usar el recubrimiento 111, una parte fija de luz será reflejada por la parte recubierta de la cara lateral. Esta luz reflejada incide de nuevo en la cara distal curvada 115 y se vuelve a acoplar a la fibra óptica 14.

La cantidad de luz reflejada que se desea volver a acoplar a la fibra 14 depende de si la reflexión fija se usará para generar una señal de calibración o un campo de referencia. Si se desea una señal de calibración o Ct , la intensidad de la luz acoplada de vuelta a la fibra 14 desde el reflector fijo 115 debe ser similar a la intensidad de la luz devuelta desde la muestra para evitar la saturación del sistema de detección.

Si se desea un campo de referencia OCT, la intensidad de la luz acoplada de vuelta a la fibra 14 desde el reflector fijo 115 debe ser varios órdenes de magnitud mayor que la intensidad de la luz devuelta desde la muestra. Esto proporciona suficiente ganancia heterodina a la luz de la muestra y, de este modo obtiene suficientes sensibilidades de detección para la formación de imágenes en tejido de dispersión. Sin embargo, dado que el recubrimiento 111 no está localizado en el plano focal del sistema óptico, y dado que está colocado en la cara lateral curvada cilindricamente de la tapa, la luz retroreflejada no se acoplará perfectamente a la fibra. Por lo tanto, la reflectividad o la fracción de retrodispersión del recubrimiento se selecciona típicamente de modo que sea lo suficientemente alta para compensar estas pérdidas de acoplamiento de fibra, que se pueden calcular con herramientas de diseño óptico comúnmente usadas en el campo.

La figura 9 muestra otro modo de realización del sistema 120 en el que dos recubrimientos proporcionan dos reflexiones fijas. Específicamente, en un modo de realización, se aplican recubrimientos parcialmente reflectantes o de retrodispersión a una parte de la cara lateral y una cara interna de la tapa óptica 121 para generar dos reflexiones controladas a distancias conocidas desde el punto focal. Un recubrimiento 123 está localizado en una parte de la cara lateral de la tapa, y el otro recubrimiento 124 está localizado en una parte de la superficie interna de la cavidad que recibe la fibra óptica 14. Al generar dos reflexiones fijas, la tapa óptica miniatura 14 puede proporcionar una señal de calibración y un campo de referencia. De forma alternativa, se pueden proporcionar dos señales de calibración o se pueden proporcionar dos señales de referencia.

Diseños de punta distal para protección de superficie óptica

Para algunas aplicaciones de análisis, es deseable proteger las superficies ópticas de la tapa de extremo miniatura contra daños que se pueden producir durante el montaje del catéter o durante el uso operativo del dispositivo. La FIG. 10 ilustra un sistema 130 que protege la superficie óptica 131 disponiéndola dentro del elemento óptico o tapa 133. El enfoque de haz es proporcionado por una superficie interna con lente en el extremo de la cavidad que recibe la fibra. La dirección de haz la proporciona la misma superficie interna inclinando la superficie con respecto al eje longitudinal de la fibra. La superficie interna se hace reflectante recubriéndola con un material reflectante, tal como metal o un recubrimiento dieléctrico.

La FIG. 11 muestra un sistema 140 con un elemento óptico 141 que proporciona una protección parcial de la superficie óptica 142, que puede ser suficiente para evitar daños en muchas aplicaciones. En este modo de realización, la superficie óptica 142 está localizada dentro de un rebajo formado al extender la pared cilíndrica 144 de la tapa distalmente más allá de la cara de extremo. En este modo de realización, la fibra 14 reside en una primera cavidad formada en el elemento óptico o tapa 141 y la superficie de direccionamiento de luz 142 se forma en una segunda cavidad formada en el extremo distal de la tapa 141.

Formación de imágenes por tomografía de coherencia óptica

Las diversos modos de realización de tapas ópticas miniatura descritas aquí son muy adecuadas para realizar formación de imágenes OCT de estructuras luminales internas. Se puede construir un catéter de formación de imágenes OCT flexible encerrando la tapa óptica y la fibra dentro de una funda transparente que cubre la longitud del catéter. A continuación, la fibra y la tapa se pueden girar alrededor del eje longitudinal de la fibra para realizar la formación de imágenes en espiral dirigida lateralmente. El movimiento de rotación se puede acoplar desde un motor fuera del cuerpo mediante el uso de un cable de torsión. Estas diversas combinaciones de elementos pueden funcionar como una sonda de recogida de datos como se muestra en los modos de realización del sistema de las figuras aplicables. También se pueden obtener imágenes anulares dirigidas hacia adelante si la tapa está configurada para generar un haz mirando hacia adelante además del haz mirando hacia los lados, como se muestra en la FIG. 11.

La FIG. 12 muestra un sistema de recogida de datos 150 para realizar formación de imágenes OCT con un catéter flexible que incluye una tapa óptica miniatura 155 en su punta distal. La tapa óptica 155 está fijada a una fibra óptica flexible 153 para formar un catéter de formación de imágenes insertable, que dirige la luz sobre una muestra 157 y devuelve la luz de brazo de muestra al interferómetro OCT. Una fuente de luz está en comunicación óptica con un interferómetro OCT, que puede ser un interferómetro de Michelson o cualquier variante del mismo que se conozca en el campo. La fuente de luz puede ser un diodo superluminiscente de banda ancha, un láser sintonizable con un ancho de línea instantáneo estrecho y un amplio intervalo de sintonización, una fuente supercontinua o cualquier fuente de radiación óptica de baja coherencia. El interferómetro OCT está en comunicación óptica con un brazo de referencia, que genera un campo de referencia que interfiere con la luz de muestra devuelta por el brazo de muestra.

El brazo de muestra comprende un acoplador óptico y un catéter de formación de imágenes flexible. El acoplador óptico se conecta al extremo proximal del catéter, dirigiendo una parte de la radiación desde la fuente de luz al interior del catéter. El acoplador óptico también proporciona un movimiento de rotación y traslación, que se traslada a la punta distal del catéter y la tapa óptica miniatura. La luz es guiada por la fibra, enfocada y redirigida por la tapa óptica miniatura 155, e incide en la muestra. Como se muestra, la combinación de fibra y tapa puede girar. La luz retrodispersada y retroreflejada de la muestra es recogida por la tapa óptica miniatura y transmitida de nuevo a la fibra, a través del acoplador óptico y al interferómetro OCT. La luz de brazo de muestra y de referencia interfiere y a continuación es detectada, procesada y mostrada por un sistema de adquisición y visualización de datos.

La FIG. 13 muestra otro sistema 170 para realizar formación de imágenes OCT con un catéter flexible que incluye una tapa óptica miniatura 173 en su punta distal, teniendo la tapa óptica al menos una superficie reflectante fija como se muestra en la FIG. 8 o FIG. 9. La tapa óptica se fija a una fibra óptica flexible 175 para formar un catéter de formación de imágenes insertable, que dirige la luz sobre una muestra y devuelve la luz de brazo de muestra al interferómetro OCT. Adicionalmente, la tapa óptica 173 genera una reflexión de referencia fija en una posición conocida con respecto al plano focal. La reflexión de referencia actúa como un campo de referencia interferométrico e interfiere con la luz de muestra para formar líneas de imagen de tomografía de coherencia óptica. Esta configuración se conoce como interferómetro de "trayectoria común" en el campo de la formación de imágenes OCT. Los modos de realización de los interferómetros de trayectoria común ofrecen la ventaja de hacer coincidir aberraciones ópticas, tales como dispersiones cromáticas e inducidas por polarización en los brazos de muestra y de referencia, ya que son de modo común (los campos de muestra y de referencia se generan después de viajar a través de una trayectoria física que es sustancialmente la misma). A su vez, hacer coincidir estos tipos de aberraciones mejora la resolución y el contraste de la imagen. Sin embargo, determinados tipos de ruido de modo común ya no se pueden cancelar. En general, los beneficios de un interferómetro de trayectoria común a menudo superan las desventajas, una vez que se ha establecido un procedimiento práctico para construir el diseño de trayectoria común.

En este caso, la superficie reflectante fija está configurada para producir un campo de referencia que interfiere con la luz de muestra devuelta por la muestra. Por lo tanto, el acoplador óptico y el catéter flexible comprenden un brazo de referencia y un brazo de muestra integrados. Esta disposición tiene muchos beneficios en comparación con el aparato mostrado en la FIG. 12. En primer lugar, dado que no existe un brazo de referencia separado, se reduce el coste y la complejidad del sistema. En un interferómetro OCT tradicional, se requiere un brazo de referencia que tenga la misma longitud que el brazo de muestra. En este modo de realización, el campo de referencia se genera muy cerca de la muestra y, por lo tanto, la longitud de la trayectoria del brazo de referencia coincide inherentemente con la longitud de la trayectoria del brazo de la muestra.

Modos de realización del proceso de fabricación y del molde

Cualquiera de los modos de realización de la presente invención se puede fabricar a partir de una única pieza de material en una etapa o en múltiples etapas, seguido de la aplicación de recubrimientos en las etapas posteriores. De forma alternativa, se pueden unir múltiples piezas de material en una o múltiples etapas. Para lograr un coste de fabricación pequeña y un tiempo de fabricación rápido, el proceso de fabricación puede ser de cualquier tipo de moldeo, incluyendo el moldeo por inyección, el moldeo por compresión o un tipo especializado de moldeo por inyección conocido como micromoldeo. La FIG. 14A muestra un molde 200 que contiene cuatro componentes usado para producir un modo de realización de la presente invención con un proceso de moldeo. Se puede usar un molde de tipo concha de dos partes para formar la conformación cilíndrica alargada de la tapa. Una primera clavija de núcleo, con un cambio gradual de diámetro desde aproximadamente el diámetro exterior de la región de fibra recubierta hasta el diámetro exterior del núcleo y la región de revestimiento, se puede usar para formar la cavidad que recibe la fibra óptica. Se puede usar una segunda clavija de núcleo, con un diámetro aproximadamente igual al diámetro de la cara de extremo cerrado de la tapa, para formar la superficie óptica en el extremo de la tapa. Esencialmente, las clavijas de núcleo están dispuestas en el molde y el material que formará la pieza moldeada final fluye y se solidifica alrededor de las clavijas y la FIG. 14B muestra una pieza moldeada 205 que se puede obtener usando la herramienta de molde 200 mostrada en la FIG. 14A.

Se pueden lograr acabados de superficie de calidad óptica torneando con diamante los extremos de las clavijas de núcleo. Este proceso reduce las aberraciones de la rugosidad de la superficie y, de este modo, mejora la calidad de la imagen. Además, el uso de clavijas de núcleo permite que las superficies ópticas se formen a partir de una sola pieza moldeada, en lugar de mecanizar la mitad de la superficie óptica en cada una de las dos piezas de molde de concha que forman el cuerpo cilíndrico de la tapa. De forma alternativa, la primera clavija de núcleo se puede reemplazar en el proceso de micromoldeo por la propia fibra óptica. Esta disposición, conocida en el campo como "moldeado in situ" o "sobremoldeo", coloca la fibra óptica en medias cavidades formadas en los dos componentes de concha del molde.

La FIG. 15A muestra un molde 210 que contiene tres componentes usado para producir un modo de realización de la presente invención con un proceso de sobremoldeo. En un proceso de sobremoldeo, la fibra óptica ocupa el lugar de la clavija de núcleo que habría formado la cavidad que recibe la fibra óptica. Durante el proceso de moldeo, el polímero fundido fluye directamente sobre la fibra y se endurece en su lugar, formando la parte moldeada directamente sobre la fibra. Dado que este proceso incorpora la fibra en la pieza moldeada, excluye la necesidad de pegar o unir por separado la fibra en la cavidad de la pieza moldeada durante las etapas de montaje posteriores. La FIG. 15B muestra una pieza moldeada 215 que se puede obtener usando la herramienta de molde mostrada en la FIG. 15A, donde la fibra óptica se une a la tapa alargada directamente durante el proceso de sobremoldeo.

Modos de realización de reflector de referencia integrado y partícula de dispersión

La figura 16 representa un modo de realización de la punta de alambre de imagen de la sonda. La fibra óptica 270 termina en un conjunto de microlente 326 que enfoca la luz a una distancia del conjunto de microlente 326. La luz emitida desde el conjunto de microlente 326 es reflejada por un deflector de haz 330 de manera que pase sustancialmente en ángulos rectos al eje óptico de la fibra 270. Todo el conjunto de fibra está cubierto por una funda protectora transparente 334 que ha sido dopada con una pequeña cantidad de material de dispersión para proporcionar una reflexión de referencia correspondiente a la longitud de trayectoria de brazo de muestra. Esta reflexión es más útil en interferómetros de trayectoria no común (el tipo más típico), ya que las trayectorias ópticas de muestra y de referencia son físicamente distintas, pero deben coincidir en longitud de trayectoria para crear la señal de interferencia requerida.

Existen varios materiales como dopantes adecuados. En particular el dióxido de titanio (TiO2) es ventajoso. El TiO2 se usa en muchas formulaciones de pintura debido a sus excelentes propiedades de dispersión de luz. Además, es inerte y se puede fabricar a granel. El tamaño de partícula se puede hacer mucho más pequeño que las longitudes de onda ópticas de interés (nominalmente 1,3 pm), lo que hace que la dispersión sea de naturaleza 'Rayleigh'. Por tanto, los frentes de onda de luz de salida y de retorno no se perturban apreciablemente, minimizando de este modo cualquier degradación potencial de la imagen a concentraciones suficientemente bajas de dopante.

Además, debido a que las imágenes de OCT tienen una sensibilidad tremenda y un gran intervalo dinámico (típicamente, se pueden lograr 100 dB de sensibilidad y >60 dB de intervalo dinámico en instrumentos prácticos) se debe tener cuidado para calcular y a continuación lograr el nivel de dopaje óptimo de TiO2 en el material.

La teoría básica de la dispersión se puede usar para llegar a una concentración de dopaje en el material. En una imagen de OCT típica en las arterias coronarias, el ruido mínimo en el instrumento es de aproximadamente -100 dB. Es decir, aproximadamente 1 diez mil millonésima parte de la potencia de salida óptica aplicada al objeto de interés y una imagen típica tiene aproximadamente 40 dB de intervalo dinámico útil. La electrónica y programas informáticos de procesamiento de imágenes están optimizados para este intervalo, por lo que el elemento reflector de la sonda se debe optimizar para estar cerca del pico máximo detectable de la intensidad de la imagen, que es aproximadamente -60dB (-100 40). Esto significa que el reflector de la sonda debe ser el objeto más brillante de la imagen.

Como se describe en el presente documento, el elemento reflector de la sonda puede incluir, pero no se limita a, una membrana, una película, una tapa, una cubierta u otro material. En algunos modos de realización, el elemento reflector es flexible o inflexible. El elemento reflector se puede configurar en diversas geometrías, de modo que partes del reflector sean curvadas, planas o sustancialmente planas.

La teoría básica de la dispersión de partículas y la teoría clásica de la sección transversal de radar estima que la fracción de luz reflejada por una única partícula de TiO2 viene dada por la expresión:

Lr = 3 / AQ

V.

donde Lr es la fracción de luz de retorno, o b es la sección transversal de dispersión (calculada a partir de la teoría MIE estándar), V / es el volumen de la partícula, l c es la longitud de interacción (de la teoría Radar), en este caso la longitud de coherencia de la luz OCT, y AQ es el ángulo de aceptación (ángulo sólido) de la microlente. Por tanto, para un tamaño de partícula de aproximadamente 45 nm con una sección transversal de dispersión de aproximadamente 4,26 x 107 pm 2, y teniendo la luz una longitud de coherencia de aproximadamente 15 pm que irradia la partícula a través de una microlente que tiene un ángulo sólido de -0,004, la fracción de luz reflejada, Lr, es de aproximadamente 0,006 o -32 dB.

Por lo tanto, la luz total devuelta por el material del elemento reflector de referencia de la sonda debe ser igual a la fracción de luz de una única partícula multiplicada por la fracción de volumen (concentración de dopaje). Debido a que esto debería ser igual a aproximadamente -60 dB (arriba), se requiere una reducción de -30 dB (o 0,001). Por lo tanto, la fracción de volumen debe ser aproximadamente 0,001, o aproximadamente 0,1 % de concentración de dopaje por volumen. Esto debería dar como resultado una reflexión de referencia fuerte, pero no excesiva, por las partículas de TiÜ2, como se muestra en la Figura 17.

Habiendo descrito por tanto determinados modos de realización de la presente invención, para los expertos en la técnica serán evidentes diversas alteraciones, modificaciones y mejoras. En consecuencia, la descripción anterior es solo a modo de ejemplo y no pretende ser limitante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un elemento de direccionamiento de haz óptico que comprende:

una tapa unitaria alargada (18) que comprende una superficie exterior cilíndrica que tiene un eje longitudinal que comprende,

una cara de extremo proximal que define una abertura anular y una cara de extremo distal que comprende una superficie de direccionamiento de haz (25), definiendo la tapa unitaria alargada (18) una sección sólida (20) y una primera sección de cavidad (21) que define un volumen que se extiende hasta un delimitador de la sección sólida (20), el volumen dimensionado para rodear una fibra óptica que tiene una cara de extremo de fibra (23) y recibir la fibra óptica, en el que la superficie de direccionamiento de haz (25) está en ángulo y posicionada relativa a la cara de extremo de fibra (23) de modo que la luz divergente recibida de la cara de extremo de fibra (23) se dirige a una distancia de trabajo D desde la superficie exterior cilíndrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w.

2. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 1, en el que la tapa unitaria alargada está formada por un material seleccionado del grupo que consiste en acrílico, policarbonato, poliestireno, polieterimida, polimetilpenteno y vidrio.

3. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 1, en el que D varía desde aproximadamente 0 pm a aproximadamente 30 mm y/o en el que w varía desde aproximadamente 3 pm a aproximadamente 100 pm.

4. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 1, que comprende además una funda estacionaria (28) y una fibra óptica dispuesta fijamente dentro del volumen, la fibra óptica y la tapa unitaria alargada (18) dispuestas para girar dentro de la funda estacionaria (28), y/o en el que al menos una parte de la superficie de direccionamiento de haz (25) está recubierta con un recubrimiento reflectante.

5. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 4, que comprende además una superficie con lente dispuesta dentro de la superficie exterior cilíndrica y formada a partir del delimitador.

6. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 5, en el que la superficie de direccionamiento de haz (25) es sustancialmente plana.

7. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 4, en el que el recubrimiento reflectante es un recubrimiento parcialmente transmisivo.

8. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 7, en el que el recubrimiento parcialmente transmisivo divide la luz de la cara de extremo de fibra (23) en un primer haz dirigido a la distancia de trabajo D desde la superficie exterior cilíndrica para formar el punto focal que tiene un diámetro w y un segundo haz dirigido a una distancia de trabajo D' desde la superficie exterior cilíndrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w', y/o en el que el haz incidente desde la cara de extremo de fibra (23) se divide en base a la intensidad del haz incidente o la longitud de onda del haz incidente.

9. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 1, en el que un recubrimiento parcialmente reflectante está dispuesto en una sección distal de la superficie exterior cilíndrica en una posición de modo que un haz dirigido desde la superficie de formación de haz pasa a través del recubrimiento parcialmente reflectante y se refleja de vuelta, y/o en el que se dispone un recubrimiento parcialmente reflectante dentro del volumen a lo largo de una parte del delimitador, y/o en el que la superficie de direccionamiento de haz se sitúa dentro del volumen o la sección sólida, y/o en el que se define una segunda sección de cavidad dentro de la sección sólida de modo que la superficie de direccionamiento de haz (25) está parcialmente protegida por una parte de la superficie exterior cilíndrica que rodea la segunda sección de cavidad.

10. El elemento de direccionamiento de haz óptico de la reivindicación 4, en el que la superficie de direccionamiento de haz (25) está conformada para eliminar sustancialmente la distorsión óptica cilíndrica inducida por la luz que se propaga desde la superficie de direccionamiento de haz (25) a través de la superficie exterior cilíndrica y la funda fija (28), y/o en el que la superficie de direccionamiento de haz (25) se selecciona del grupo que consiste en asfera bicónica, asfera, Zernike bicónica, Fresnel y B-spline racional no uniforme.

11. Un procedimiento de recogida de datos ópticos de una muestra de prueba in situ, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

proporcionar una fibra óptica que incluye un núcleo y un extremo de fibra, estando adaptada la fibra óptica para transportar un haz óptico en un primer diámetro;

proporcionar una tapa unitaria alargada que comprende una superficie exterior cilindrica y una abertura anular que está acoplada fija y ópticamente a la fibra óptica recibiendo y cercando una longitud de la fibra óptica y la cara de extremo de fibra dentro de una cavidad definida dentro de la tapa; y

transmitir luz divergente desde la cara de extremo de fibra a una superficie de direccionamiento de haz de modo que un primer haz óptico se dirija a una distancia de trabajo D desde la superficie exterior cilíndrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además la etapa de dividir el haz óptico de modo que un segundo haz óptico se dirija a una distancia de trabajo D' desde la superficie exterior cilíndrica para formar un punto focal que tiene un diámetro w'.

13. El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además la etapa de recoger datos de tomografía de coherencia óptica usando el primer haz óptico.

14. El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además la etapa de generar una de una señal de referencia en respuesta a un elemento reflectante dispuesto dentro de la tapa unitaria, actuando el elemento reflectante como un brazo de interferómetro en un sistema de formación de imágenes por tomografía de coherencia óptica.

15. El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además la etapa de generar una de una señal de calibración en respuesta a un elemento reflectante dispuesto dentro de la tapa unitaria, usándose la señal de calibración para ajustar la longitud de trayectoria de brazo de referencia para que coincida con la longitud de trayectoria de brazo de muestra en un sistema de formación de imágenes por tomografía de coherencia óptica.