[發明專利]基于單探測器的偏振頻域光學相干層析成像系統

有效

• 申請號: 201410038761.6
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103792192A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 陳艷;李中梁;王向朝;南楠;郭昕;王瑄;張行
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/23
• 分類號: G01N21/23
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及偏振頻域光學相干層析成像（Polarization-sensitive?Fourier?Domain?Optical?Coherence?Tomography，PS-FD-OCT）系統，尤其是一種基于單探測器的偏振頻域光學相干層析成像系統。

背景技術

光學相干層析成像（Optical?Coherence?Tomography，OCT）是近二十幾年來發展起來的可以對生物組織進行層析成像的技術，具有分辨率高、非侵入等特點。傳統OCT中認為樣品不同的深度反射回探測器的光的特性是不同的，利用這個原理獲得樣品內部的結構信息。但很多生物組織中都存在光的偏振現象。當組織中某處發生病變時，該處組織的反射率、雙折射率等都會發生變化，從而改變組織內反射光的強度和偏振態。傳統OCT對具有雙折射性質的生物組織（例如肌肉、牙齒等）所成層析圖像的對比度并不理想，無法顯示出具有雙折射特性的生物組織分層的組織性質。為此，Hee等人發展出偏振OCT（Polarization-Sensitive?optical?coherence?tomography，PS-OCT）技術，特別是近幾年發展起來的偏振頻域OCT（PS-FD-OCT），具有成像速度快、信噪比高等優點。PS-FD-OCT對生物組織的偏振特性非常敏感，利用偏振光對樣品成像，提高系統的實際分辨率和成像對比度，不僅可得到組織的強度圖像，也可同時得到組織的延遲圖像和快軸圖像，為更好的了解樣品內部信息提供了更多依據，能夠更全面的觀測樣品的內部結構。

在PS-FD-OCT系統中，寬帶光經起偏器變為線偏振光，然后經分束器分為兩束，其中一束經過波片、成像物鏡等后照射到樣品上，另一束經波片、可調衰減片后照射到參考鏡上，從樣品不同深度處反射回的光和從參考鏡反射回的光在分束器處相干疊加，然后該相干光分經偏振分束器后分成水平偏振和垂直偏振兩束，分別被兩個光譜儀中的光柵分光后經透鏡聚焦由探測器記錄（參見在先技術[1],E,Baumann?B,Pircher?M,and?Christoph?K.Hitzenberger,“Polarization?maintaining?fiber?based?ultra-high?resolution?spectral?domain?polarization?sensitive?optical?coherence?tomography”.Optics?Express,2009,17(25):22704.）。使用雙探測器的系統復雜，兩個光譜儀的探測器硬件和軟件觸發需要較高要求的同步，否則兩探測器間的信號采集會產生時間延遲。Bernhard等人采用把水平偏振和垂直偏振兩束光同時入射到光柵上，光線以不同衍射角從光柵出射，用一個線陣CCD的毗鄰區域探測這兩路信號的方法實現樣品的偏振探測（參見在先技術[2]，Bernhard?Baumann,ErichMichael?Pircher,and?Christoph?K.Hitzenberger，“Single?camera?based?spectral?domain?polarization?sensitive?optical?coherence?tomography”.Optics?Express,2007,15(3):1054.）。光線以Littrow角入射時，衍射效率最高，但為保證兩束光以合適的不同的衍射角從光柵出射，這兩束光的入射角度都偏離Littrow角一定的角度。OCT信號相對較弱，衍射效率越高系統信噪比越好，光線以偏離Littrow角的角度入射降低了衍射效率，降低了系統信噪比，圖像質量下降，為保證水平偏振光和垂直偏振光都有相對較高的衍射效率，偏離角度需要精確計算且不能偏離太大，增加了系統調節的難度。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于單探測器的偏振頻域光學相干層析成像系統，該系統只采用單一探測器，簡化了系統結構，避免了兩個探測器采集信號時時間不同步的問題，同時提高了系統的信噪比，提高了圖像質量。

本發明的技術解決方案如下：