基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的方法与系统。在傅里叶域OCT系统中设置两个具有不同光程的参考臂，分别与不同深度位置的样品光信号发生干涉。在两个参考臂中各自设置一套扫描振镜系统，使两个参考臂中的光束在扫描振镜上的入射位置相对于扫描振镜的旋转轴具有不同的偏移量。通过同步控制电路使样品臂和两参考臂中的扫描振镜同步扫描。由于两参考臂中扫描振镜的空间相位调制作用，使对应于样品两个深度位置的干涉光谱信号分别被加载到不同的横向空间频谱频带。通过计算机对探测到的调制干涉光谱信号进行解调处理，获取两帧对应于样品不同深度位置的OCT图像，继而通过简单拼接即可实现OCT成像深度的成倍拓展。

【技术实现步骤摘要】
基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的方法与系统
本专利技术涉及光学相干层析成像技术，尤其涉及一种基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的方法和系统。
技术介绍
光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography，简称OCT)是一种新兴的生物医学光学成像技术，能实现对生物组织的结构与生理功能进行非接触、无损伤、高分辨率成像，在疾病的早期检测和在体活检领域有着广阔的应用前景。OCT最初用于人类视网膜的成像，在临床眼科医学中具有广泛应用，尤其对有些疾病如糖料病性视网膜病变、青光眼等疾病的前期预防、诊断有突出的效果。在许多OCT医学应用中，一个大成像深度是非常可取的。比如在内窥镜应用中，探针和组织表面不能被精确的控制，一个大成像深度就变得非常有必要了。在整个眼科应用中，整个眼睛前房，甚至整个前和后段(视网膜)眼睛的成像都需要扩展成像范围。而目前它的应用范围已经延伸到各种各样的组织和非生物组织的成像。OCT可以非接触地提供静止或者运动状态下的样品结构图像，而且不需要通过刺激调节来间接观察被观察眼的相应变化，成为了测量和分析组织和结构的理想工具，与其他技术(超声波、磁性共振成像等)相比有着相当大的优点。OCT系统的成像深度基本上由光谱仪中各元件参数决定，主要被光源的中心波长以及光谱分辨率限制，但还有其他一些因素会影响成像深度，比如灵敏度降低、复共轭镜像混叠以及有限的景深等等。灵敏度会影响成像深度是由于线性像素阵列的像素几何尺寸和光谱仪的光斑大小，使得灵敏度下降在成像范围内。复共轭镜像混叠会影响成像深度是由于电子接收器不能区分正面和负面的频率，频域肆虐患有深度退化，通常限制了深度范围为相干长度的一半。有限的景深会影响成像深度是由于信号强度从浅层组织和深层组织不能同时保持足够的横向分辨率。谱域OCT系统在空气中对人眼的成像深度在8mm左右，因而不能够测量全景眼前节的深度(12～14mm)。在常见的谱域OCT系统中，实现大深度成像的方法主要有三种：通过消除镜像增加一倍成像深度、通过切换参考臂成像拼接、利用两套光谱仪同时成像以及分段光谱扩展成像，但这些方法都有其弊端。消除镜像的方法主要有B-M-mode，使用此方法时会有因为横向灵敏度下降而造成成像质量的下降的问题，同时也容易带入环境干扰。通过切换参考臂成像拼接技术通常利用振镜切换实现，但是切换过程会带来时间差，导致后期拼接是不同时段、不同状态的样品的成像，不能达到同时成像的要求。利用两套光谱仪同时成像会增加实验仪器和费用，同时也会增加整套装置的复杂度。分段光谱扩展成像通过设置一个二色向镜，将光源分成两个部分并分别利用，虽然能够扩展成像深度并且是同步不需要切换期间，但是所得的图像分辨率会损失一半。
技术实现思路
本专利技术提供基于双空间载频的谱域OCT成像系统和方法，其能够通过获取无混叠的对应于两个深度位置处的样品OCT图像实现谱域OCT对眼前节的全景成像。本专利技术的通过如下技术方案实现：本专利技术一种基于双空间载频的谱域OCT成像系统，包括宽带光源。光隔离器、宽带光纤耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、样品臂、参考臂、探测臂；所述的样品臂由第一偏振控制器、第一光纤准直镜、第一扫描振镜和第一聚焦物镜组成；所述的参考臂由第二偏振控制器、第二光纤准直镜、分光棱镜、第二扫描振镜、第二聚焦物镜、第一平面反射镜、第三扫描振镜、第三聚焦物镜和第二平面反射镜组成。所述的宽带光源经光纤隔离器与宽带光纤耦合器的第一输入端口连接，宽带光纤耦合器的第二输出端口经第一偏振控制器与第一光纤准直镜连接，在第一光纤准直镜之后对准放置第一扫描振镜，在第一扫描振镜之后对准放置第一聚焦物镜，在第一聚焦物镜的焦平面处对准放置被观测的样品；宽带光纤耦合器的第三输出端口经第二偏振控制器与第二光纤准直镜连接，在第二光纤准直镜之后对准放置分光棱镜，在分光棱镜的透射面之后放置第二扫描振镜，且入射光束中心线与第二扫描振镜的旋转轴设置偏移量d1，在第二扫描振镜之后对准放置第二聚焦物镜，在第二聚焦物镜之后的焦平面处对准放置第一平面反射镜；在分光棱镜的反射面之后放置第三扫描振镜，且入射光束中心线与第三扫描振镜的旋转轴设置偏移量d2，在第三扫描振镜之后对准放置第三聚焦物镜，在第三聚焦物镜之后的焦平面处对准放置第二平面反射镜。宽带光纤耦合器的第四输出端口与光谱仪连接，光谱仪连接计算机。从宽带光源发出的宽带激光经光隔离器和宽带光纤耦合器之后，分为两部分；其中一部分经过第一偏振控制器进入样品臂，另一部分经过第二偏振控制器进入参考臂；进入样品臂的这部分光依次通过第一偏振控制器、第一光纤准直镜、第一扫描振镜和第一聚焦物镜照射在被测样品上，从样品反射和散射返回的光沿原路返回宽带光纤耦合器；进入参考臂的这部分光依次通过第二偏振控制器、第二光纤准直镜到达分光棱镜，分光棱镜将这部分光分为透射光和反射光这两部分；其中透射光依次经过第二扫描振镜、第二聚焦物镜聚焦在第一平面反射镜上，从第一平面反射镜反射的光沿原路返回至宽带光纤耦合器；从分光棱镜反射出的光依次经过第三扫描振镜、第三聚焦物镜聚焦在第二平面反射镜上，从第二平面反射镜反射的光沿原路返回至宽带光纤耦合器；此时，在宽带光纤耦合器处这三部分返回光混合进行干涉，其中从第一平面反射镜反射返回的光与被测样品的第一深度段产生有效干涉信号，从第二平面反射镜反射返回的光与被测样品的第二深度段产生有效干涉信号；这两部分有效干涉信号经光谱仪探测产生对应于以上两个有效干涉信号的光谱信号，再传入计算机进行数据处理、图像显示。一种基于双空间载频的谱域OCT成像方法，该方法具体包括以下步骤：1).在传统谱域OCT系统的基础上，保证样品臂和探测臂不变，在参考臂的出射光处添加一个分光棱镜、两个扫描振镜、两个聚焦透镜和两个平面反射镜；2).光源出射后经过宽带光纤耦合器，进入参考臂和样品臂，进入参考臂的光经过准直镜后变为空间准直平行光束，照射在50/50的分光棱镜上，此分光棱镜能将入射光分为完全相同的两部分，一部分透过分光棱镜出射，另一部分经分光棱镜反射出射；3).在参考臂中经分光棱镜透射的这一部分光称为第一参考光，第一参考光经第二扫描振镜反射照射在第一平面镜上；参考臂经分光棱镜反射这一部分光称为第二参考光，第二参考光经第三扫描振镜反射照射在第二平面镜上。遮蔽第二参考光路，调整第一平面反射镜的位置，使得其同样品内部第一目标位置相对应，并调出干涉信号；4).保证其他部件不动，使第二参考光路通光，调整第二平面反射镜的位置，使得其与样品中第二位置相对应，并调出反射信号；5).由两平面反射镜和样品干涉产生的两组干涉信号同时进入探测臂中的光谱仪，探测得到干涉光谱信号，且探测器CCD会并行记录两部分对应于样品中两个深度位置处的干涉光谱信号；被探测的信号最后传入计算机，通过傅里叶变换重建图像。由于参考臂中两面平面反射镜相对于宽带光纤耦合器的光程不同，则对应于样品臂就会产生两个零光程位置，且通过调整量平面反射镜的位置，便能对应得到在样品中需要探测的目标深度位置的信息。由于传统的谱域OCT装置中只存在一个参考臂，对应的就只能有一个零光程位置，而系统灵敏度随深度增加存在一个下降的趋势，即远离零光程位置，则能较好地应对传统系统中所存本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的系统，包括宽带光源(1)、光隔离器(2)、宽带光纤耦合器(3)、样品臂(18)、参考臂(19)、光谱仪(21)、计算机(22)；所述的样品臂(18)包括第一偏振控制器(4)、第一光纤准直镜(5)、第一扫描振镜(6)和第一聚焦物镜(7)；所述的参考臂(19)包括第二偏振控制器(9)、第二光纤准直镜(10)、分光棱镜(11)、第二扫描振镜(15)、第二聚焦物镜(16)、第一平面反射镜(17)、第三扫描振镜(12)、第三聚焦物镜(13)和第二平面反射镜(14)。

【技术特征摘要】
1.基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的系统，包括宽带光源(1)、光隔离器(2)、宽带光纤耦合器(3)、样品臂(18)、参考臂(19)、光谱仪(21)、计算机(22)；其特征在于：所述的样品臂(18)包括第一偏振控制器(4)、第一光纤准直镜(5)、第一扫描振镜(6)和第一聚焦物镜(7)；所述的参考臂(19)包括第二偏振控制器(9)、第二光纤准直镜(10)、分光棱镜(11)、第二扫描振镜(15)、第二聚焦物镜(16)、第一平面反射镜(17)、第三扫描振镜(12)、第三聚焦物镜(13)和第二平面反射镜(14)；宽带光纤耦合器(3)的第三输出端口经第二偏振控制器(9)与第二光纤准直镜(10)连接，在第二光纤准直镜(10)之后对准放置分光棱镜(11)，在分光棱镜(11)的分光面之后放置第二扫描振镜(15)，且入射光束中心线与第二扫描振镜(15)的旋转轴设置偏移量d1，在第二扫描振镜(15)之后对准放置第二聚焦物镜(16)，在第二聚焦物镜(16)之后的焦平面处对准放置第一平面反射镜(17)；在分光棱镜(11)的反射面之后放置第三扫描振镜(12)，且入射光束中心线与第三扫描振镜(12)的旋转轴设置偏移量d2，在第三扫描振镜(12)之后对准放置第三聚焦物镜(13)，在第三聚焦物镜(13)之后的焦平面处对准放置第二平面反射镜(14)；宽带光纤耦合器(3)的第四输出端口与光谱仪连接，光谱仪连接计算机。2.根据权利要求1所述的基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的系统，其特征在于：宽带光源(1)经光隔离器(2)与宽带光纤耦合器(3)的第一输入端口连接，宽带光纤耦合器(3)的第二输出端口经第一偏振控制器(4)与第一光纤准直镜(5)连接，在第一光纤准直镜(5)之后对准放置第一扫描振镜(6)，在第一扫描振镜(6)之后对准放置第一聚焦物镜(7)，在第一聚焦物镜(7)的焦平面处对准放置被观测的样品。3.根据权利要求1所述的基于双空间载频技术拓展OCT成像深度的系统，其特征在于：从宽带光源(1)发出的宽带激光经光隔离器(2)和宽带光纤耦合器(3)之后，分为两部分；其中一部分经过第一偏振控制器(4)进入样品臂(18)，另一部分经过第二偏振控制器(9)进入参考臂(19)；进入样品臂(18)的这部分光依次通过第一偏振控制器(4)、第一光纤准直镜(5)、第一扫描振镜(6)和第一聚焦物镜(7)照射在被测样品上，从样品反射和散射返回的光沿原路返回宽带光纤耦合器(3)；进入参考臂(19)的这部分光依次通过第二偏振控制器(9)、第二光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴彤，吴春洲，王青青，刘友文，李艳，赫崇君，王吉明，顾晓蓉，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32