[發(fā)明專利]正弦相位調(diào)制的并行復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210295824.7
• 申請(qǐng)日: 2012-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN102818786A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃炳杰;王向朝;李中梁;南楠;郭昕;陳艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頻域光學(xué)相干層析成像（Fourier-Domain?Optical?Coherence?Tomography，簡(jiǎn)稱FD-OCT），特別是一種正弦相位調(diào)制的并行復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

光學(xué)相干層析成像（Optical?Coherence?Tomography,簡(jiǎn)稱OCT）是近年來發(fā)展起來的一種光學(xué)層析成像技術(shù)，它能夠?qū)Ω呱⑸浣橘|(zhì)如生物組織內(nèi)部幾個(gè)毫米深度范圍內(nèi)的微小結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨率非侵入成像，在生物組織活體成像和醫(yī)療成像診斷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)（FD-OCT）是一種新型OCT系統(tǒng)，它通過探測(cè)干涉譜并對(duì)其作逆傅里葉變換得到物體的層析圖，相對(duì)于早先的時(shí)域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)（Time-Domain?Optical?Coherence?Tomography，簡(jiǎn)稱TD-OCT）具有無需深度方向掃描、成像速度快和探測(cè)靈敏度高的優(yōu)勢(shì)，能更好地滿足生物組織活體成像以及醫(yī)療成像診斷的實(shí)時(shí)性要求。

頻域光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)主要由低相干光源（寬光譜光源）、邁克爾遜干涉儀和光譜儀（核心元件為分光光柵、聚焦透鏡和CCD探測(cè)器）三部分組成，通過將低相干光源發(fā)出的寬光譜光經(jīng)邁克爾遜干涉儀產(chǎn)生的干涉信號(hào)送入光譜儀，獲取干涉信號(hào)隨波長（λ）變化的強(qiáng)度分布（干涉譜），然后對(duì)其做倒數(shù)變換后得到干涉信號(hào)在頻域（v域，v=1/λ）的強(qiáng)度分布，即頻域干涉條紋。基于待測(cè)物體內(nèi)各層光反射或背向散射界面的深度對(duì)應(yīng)頻域干涉條紋的不同頻率的原理，F(xiàn)D-OCT對(duì)頻域干涉條紋作逆傅里葉變換得到待測(cè)物體沿照明光光軸方向的深度分辨的光反射率或背向散射率分布，即層析圖。但是，F(xiàn)D-OCT獲得的層析圖中包含著若干寄生像，限制了FD-OCT的應(yīng)用。這些寄生像分別是：直流背景，自相干噪聲和復(fù)共軛鏡像。其中，直流背景和自相干噪聲的存在降低了FD-OCT的信噪比，影響了成像質(zhì)量；而復(fù)共軛鏡像的存在，使FD-OCT無法區(qū)分正負(fù)光程差（探測(cè)光路相對(duì)參考光路的光程差），測(cè)量時(shí)待測(cè)物體只能置于零光程差位置的一側(cè)，導(dǎo)致有效探測(cè)深度范圍減少一半。

復(fù)頻域光學(xué)相干層析成像通過重建頻域干涉條紋的復(fù)解析信號(hào)，對(duì)該復(fù)解析頻域干涉條紋信號(hào)作逆傅里葉變換得到物體的層析圖，可以消除傳統(tǒng)FD-OCT重建的層析圖中存在的寄生像，特別是復(fù)共軛鏡像，從而使FD-OCT可以區(qū)分正負(fù)光程差，探測(cè)深度范圍擴(kuò)大為原來的2倍，實(shí)現(xiàn)全深度探測(cè)。目前，已提出的復(fù)頻域OCT方法主要包括基于移相干涉術(shù)和基于外差干涉術(shù)的復(fù)頻域OCT。

1、基于移相干涉（phase-shifting?interferometry）的復(fù)頻域OCT

2002年，A.F.Fercher等人最早基于移相干涉術(shù)重建復(fù)頻域干涉條紋，實(shí)現(xiàn)了復(fù)頻域OCT（參見在先技術(shù)[1]，M.Wojtkowski,A.Kowalczyk,R.Leitgeb?andA.F.Fercher,“Full?range?complex?spectral?optical?coherence?tomography?technique?in?eye?imaging”，Optics?Letters,Vol.27,No.16,1415-1417,2002）。然而，由于該方法需要連續(xù)或步進(jìn)采集至少3幅相互之間具有固定相移量的移相干涉圖，降低了頻域OCT的成像速度，并對(duì)干涉儀和樣品的穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求，因此該方法不適用于生物組織的活體成像。2005年，Joseph?A.Izatt等人提出基于同步移相干涉術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)頻域OCT（參見在先技術(shù)[2],M.V.Sarunic,M.A.Choma,C.Yang?and?J.A.Izatt,“Instantaneous?complex?conjugate?resolved?spectral?domain?and?swept-source?OCT?using?3×3fiber?couplers”,Optics?Express,Vol.13,No.3,957-967,2005）。該方法雖然可以實(shí)現(xiàn)多幅移相干涉條紋的同時(shí)獲取，但需要使用N×N（N≥3）光纖耦合器作為同步移相裝置，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，且移相精度容易受到環(huán)境溫度變化的影響，從而影響復(fù)共軛鏡像的消除效果。

2、基于外差干涉（heterodyne?interferometry）的復(fù)頻域OCT