[實用新型]一種基于級聯馬赫曾德干涉儀的光譜相位校準系統

有效

• 申請號: 201320028638.7
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN203016921U
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 王玲;丁志華;沈毅;顏楊志;吳開華
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型涉及光學相干層析成像（OCT）技術和相位敏感的掃頻光學相干層析技術，尤其涉及一種基于級聯馬赫曾德干涉儀的光譜相位校準系統。

背景技術

光學相干層析（Optical?Coherence?Tomography，簡稱OCT）成像技術是一種新型的光學成像技術，能夠對被測活體樣品內部的組織結構與生理功能進行非侵入、非接觸、高分辨率在體成像，在疾病的早期診斷和在體活檢領域有著廣泛應用前景。

相位敏感的OCT技術能夠同時測量后向散射光的幅度和相位，通過測量組織對外部刺激產生的nm級位移，相對傳統的OCT技術能夠提供相位相關的功能對比信息，在定量相位顯微、光熱OCT、多普勒OCT、磁調制OCT等方面應用廣泛。相位敏感的OCT技術根據探測方式的不同可分為相位敏感的時域OCT技術和相位敏感的頻域OCT技術。相位敏感的時域OCT系統的采樣率較低（50-250A-scans/s）并且位移探測靈敏度有限（DS＝17000pm）；相位敏感的頻域OCT在位移探測靈敏度（DS＝5000pm）和采樣率（10k?A-scans/s）上都大為提高，相位敏感的頻域OCT技術包括基于光譜儀探測的譜域OCT和基于掃頻光源的掃頻OCT。相位敏感的譜域OCT采用線陣探測，很難采用平衡探測方式，相比點探測其動態范圍和信噪比受到限制，此外長波響應的CCD技術受限，探測長波的InGaAs?CCD靈敏度不高且價格昂貴，目前相位敏感的譜域OCT主要應用在800nm波段范圍；相位敏感的掃頻OCT由于瞬時線寬掃頻光源和點探測方式的聯合可以避免這些問題，并且由于長波相比短波的光在生物組織中散射和吸收較少，有更好的穿透深度，在1060nm和1310nm波段有很大的優勢。但是掃頻干涉光譜在k空間采樣的非線性嚴重影響了成像的分辨率和信噪比，此外掃頻光源光譜掃描的穩定性對位相探測的靈敏度和穩定性帶來極大挑戰。

使掃頻OCT的干涉光譜信號采樣點平均分布于波數空間的方法，即干涉光譜k空間均勻采樣的實時標定方法，國內外的研究機構已經提出了很多有效的解決方案，如基于MZI的實時均勻頻率時鐘方法，基于MZI的干涉光譜相位標定方法等，這里不再贅述。本實用新型專利重點關注掃頻光源光譜相位的校準問題。

在掃頻OCT系統中，掃頻光源的光譜不穩定表現在相鄰A-scan的波數跳變，波數跳變來自兩個方面，一個是每個A-scan的觸發并不是與某一個固定的波數相關，另一個是采樣時鐘和觸發信號間時間延遲的非確定性；這兩種波數跳變引起的相位跳變均與深度成線性關系，前者引起的相位跳變在最大成像深度處可能超過2π，而后者引起的相位跳變在最大成像深度處不會超過π。

為了提高相位敏感的掃頻OCT技術的相位探測靈敏度，國外很多研究機構提出很多解決方案。

美國麻省理工大學的J.G.Fujimoto研究小組采用緩沖傅立葉域鎖模（buffered?Fourier?domain?mode-locked,FDML）掃頻激光光源來提高光源的光譜穩定性從而保證系統的相位探測靈敏度，但是FDML激光腔內數千米長光纖環的偏振模色散和光程浮動對位相測量的穩定性產生極大挑戰。

基于光學的方法產生采樣時鐘可以提高掃頻光源和數據采集卡間的同步，降低時間延遲引起的相位跳變，Duck大學的J.A.Izatt小組將光源輸出的小部分光送入一個周期性光濾波器，產生光時鐘信號并將其轉化成合適的TTL采樣時鐘信號，由于掃頻激光在k空間并不是線性掃描的，從而產生的采樣時鐘容易發生頻率啁啾，在一個掃頻周期的結束和下個掃頻周期開始間采樣時鐘頻率任意變化，所以在光產生時鐘和高速數據采集卡間存在兼容問題，需要在外置的采樣時鐘輸入上插入鎖相環電路。

哈佛醫學院的B.J.Vokoc等人通過一個光程差接近最大成像深度的額外校準鏡產生校準干涉信號，并測量校準干涉信號相鄰A-scan間的相位變化，從測得的樣品信號的相位差中按深度比例減去測得的校準信號的相位差得到校正好的實際相位差，但是當起始波數變化較大，引起最大成像深度處的相位跳變超過2π時，該方法產生的光譜相位校準可能產生錯誤，因而一般僅用來校準采樣時鐘和觸發信號間時間延遲的不確定性引起的相位噪聲。