一种探测深度范围和深度分辨率可调节的频域光学相干层析成像方法及其系统，将变周期光栅用于频域光学相干层析成像，通过调节光栅周期和探测器的横向位置，改变频域干涉信号的光谱探测宽度和光谱探测分辨率，从而实现探测深度范围和深度分辨率可调节的频域光学相干层析成像。本发明专利技术既能配合大谱宽光源的使用，解决谱宽较大时探测器像素阵列长度受限的问题，又能满足使用者希望获得更大探测深度范围或是更高深度分辨率的不同成像需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及频域光学相干层析成像(Fourier Domain Optical CoherenceTomogr即hy，简称FD0CT)，是一种可调节的频域光学相干层析成像方法及其系 统，利用变周期光栅，实现探测深度范围和深度分辨率可调节的频域光学相干层析成像。
技术介绍
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,简称OCT)是近年来发展起 来的一种成像技术。它利用低相干光干涉原理，获得被测物体不同深度层的反射和背向散 射信号，通过对接收信号的处理和成像，得到层析图。非侵入测量是该技术的一个突出优 点，因而常被用于眼科诊断。现在，OCT技术已不局限于此，它被广泛用于医学、生物学、材 料学等方面。 频域光学相干层析成像(FDOCT)技术是在原有时域光学相干层析成像技术基础 上发展而来的，其突出优点是无需深度方向的扫描，可以同时获得被测物体不同深度的结 构信息。相对于时域光学相干层析成像技术，FDOCT技术能获得更大的探测灵敏度和更 快的探测速度(参见在先技术， R丄eitgeb， C. K. Hitzenberger， Adolf F. Fercher， Performance of fourier domain vs. time domain opticalcoherence tomography, Optics Express, Vol. 11， Issue8， 2003， pp. 889-894) 。 Maciej Wojtkowski等人运用频 域光学相干层析成像技术对人的视网膜在体成像进行了研究，显示了频域光学相干层析 成像技术的实用价值(参见在先技术， MaciejWojtkowski， Rainer Leitgeb， Andrzej Kowalczyk， Tomasz Bajraszewski， AdolfF. Fercher， In vivo human retinal imaging by Fourier domain optical coherencetomography， J. Biomed. Opt. ， Vol.7， No. 3，2002， pp. 457-463)。还有在先技术研究了消除FDOCT系统中寄生像的干扰的方法(参见在先技术 ，M. Wojtkowski，A. Kowalczyk，R. Leitgeb，A. F. Fercher，Full range complex spectral opticalcoherence tomography technique in eye imaging, Optics Lerrers， Vol. 27， No. 16， 2002， pp. 1415-1417 ;步鹏，复频域光学相干层析成像技术的研究(博士论文)，中国 科学院上海光学精密机械研究所，2008)。频域光学相干层析成像系统主要由宽光谱光源、 迈克尔逊干涉仪和光谱仪(主要元件包括分光光栅、聚焦透镜和探测器)三部分组成，通过 对被测物体的探测得到层析图。 在FD0CT系统中，当A;t^^^A;iF,时(A A为探测的光谱宽度，A A FWHM为光源的半峰全宽)，频域光学层析成像系统探测的深度分辨率Sz达到理论值，表示为 2!n2 V;zT7 A义j(A。表示FD0CT系统的宽带光源的中心波长，n为被测物体的介质折射率)探测的深度范围z^表示为';^ (N表示探测器用于探测的像素数)。然而，采用FDOCT 技术获得的探测深度范围和深度分辨率为固定的值，当测量对探测深度范围和深度分辨率有多个不同的要求时，采用传统FDOCT技术方法及系统则难以满足要求。不但如此，随着大 谱宽光源的使用，为了获得较高深度分辨率的探测结果，又希望达到一定的探测深度范围， 探测器的像素阵列长度和像素密度(用探测器的单位像素宽度表示)变得难以满足要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服在先技术的不足，提供一种可调节的频域光学相干层析 成像方法及其系统。该方法和系统既能够实现探测深度范围和深度分辨率可调节的频域光 学相干层析成像，从而获得不同探测深度范围及不同深度分辨率的层析图；又能配合大谱 宽光源的使用，通过调节光栅周期和探测器位置，解决谱宽较大时探测器像素阵列长度受 限的问题。 变周期光栅是一种周期可以在一定范围内根据设置而改变的光栅，它是可 调光栅的一种。可调光栅已为光学系统开启了全新的发展方向，光学系统的设计可 以因此更具弹性(见在先技术，微可调变光栅元件，http:〃丽w. itrc.org. tw/ Research/Product/Nano/grating. php ;杨裕胜，周期与闪耀角可调变光栅元件之设计研 发(博士论文)，国立清华大学动力机械工程学系，2009， http:〃ir. lib.nthu. edu. tw/ handle/987654321/1776)。 前文已述，当A义7T21n2A^,时，频域光学层析成像系统探测的深度分辨率S z达到理论值2!n2 A2;但是当光源的谱宽较大，系统受到探测器像素阵列长度和像素密度的限制，A^^:^A^,时，探测的深度分辨率和深度范围受探测的光谱宽度的影响。21n2将频域光学层析成像系统中的分光光栅改为变周期光栅，设入射光与光^ e 。，当光栅周期被调整为d，将探测器移动到如下(1)式所示位置f法线的夹角为 <formula>formula see original document page 4</formula> h (d)表示探测器中心点到光谱仪透镜光轴的垂直距离，探测的深度范围zm 度分辨率S z分别为 <formula>formula see original document page 4</formula> 式中f表示光谱仪透镜的焦距，p表示被探测的分光光栅衍射的光谱级次，L表示 探测器的像素阵列长度，S L表示探测器的单位像素宽度。 由此，可以通过调节光栅周期来调节系统的探测深度范围和深度分辨率，当探测 的侧重点在获得更大的探测深度范围时，使用更小的光栅周期，此时深度分辨率将随之降 低；当探测的侧重点在获得更高的深度分辨率时，使用较大的光栅周期，此时探测深度范围 将随之减小。也可以结合使用，先以小的光栅周期、较大的探测深度范围寻找感兴趣的局部深度范围，再以较大的光栅周期、较高的深度分辨率获得更清晰的层析图。 本专利技术的技术解决方案如下 —种可调节的频域光学相干层析成像方法，特别是探测深度范围和深度分辨率可 调节的方法，特点在于该方法包括下列步骤 ①一台频域光学相干层析成像系统，包括宽带光源、迈克尔逊干涉仪和光谱仪，所 述的光谱仪包括分光光栅、透镜和探测器，将所述的分光光栅改设为变周期光栅装置； ②根据期望的探测深度范围zmax或深度分辨率S z，确定光栅的周期d : 根据期望的探测深度范围zmax或深度分辨率S z利用下列算式计算并确定光栅的 周期d，或由深度范围z^和深度分辨率S z计算光栅的周期d，以获得最接近于期望的深 度范围zmax和深度分辨率S z而确定光栅的周期d : 鹏 2/7<5丄/3i-JTT,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可调节的频域光学相干层析成像方法，特别是探测深度范围和深度分辨率可调节的频域光学相干层析成像方法，特征在于该方法包括下列步骤：①一台频域光学相干层析成像系统，包括宽带光源、迈克尔逊干涉仪和光谱仪，所述的光谱仪包括分光光栅、透镜和探测器，将所述的分光光栅改设为变周期光栅装置；②根据期望的探测深度范围ｚ↓［ｍａｘ］或深度分辨率δｚ，确定光栅的周期ｄ：根据期望的探测深度范围ｚ↓［ｍａｘ］或深度分辨率δｚ利用下列算式计算并确定光栅的周期ｄ，或由深度范围ｚ↓［ｍａｘ］和深度分辨率δｚ计算光栅的周期ｄ，以获得最接近于期望的深度范围ｚ↓［ｍａｘ］和深度分辨率δｚ而确定光栅的周期ｄ：δｚ＝ｐｆ／Ｌ１／＊＊＊（１／λ↓［０］↑［２］－ｐ↑［２］／ｄ↑［２］）ｚ↓［ｍａｘ］＝ｐｆ／２ηδＬ１／＊＊＊（１／λ↓［０］↑［２］－ｐ↑［２］／ｄ↑［２］）式中：ｆ表示光谱仪透镜的焦距，ｐ表示的分光光栅衍射的光谱级次，Ｌ表示探测器的像素阵列长度，δＬ表示探测器的单位像素宽度，η为待测物体的介质折射率，λ↓［０］表示频域光学相干层析成像系统的宽带光源的中心波长；③调整所述的变周期光栅装置的光栅周期为ｄ④利用下式计算并调整所述的探测器的位置，即所述的探测器中心点到光谱仪透镜光轴的垂直距离：ｈ（ｄ）＝ｆｔａｎ［ａｒｃｓｉｎ（ｐλ↓［０］／ｄ）］；⑤利用调整后的频域光学相干层析成像系统对物体成像，即可获得使用者期望的深度范围ｚ↓［ｍａｘ］和深度分辨率δｚ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭昕，步鹏，王向朝，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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