[發明專利]一種光學相干斷層掃描成像系統

有效

• 申請號: 201710904860.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107495921B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 衛星;黃炳杰;陳軍;彭先兆
• 申請（專利權）人: 視微影像(河南)科技有限公司
• 主分類號: A61B3/10
• 分類號: A61B3/10;A61B5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 呂朦

本發明公開了一種光學相干斷層掃描成像系統，包括掃頻激光器、馬赫?曾德式干涉儀、平衡探測器；干涉儀包括第一光纖耦合器、第二光纖耦合器、樣品臂和參考臂；參考臂包括參考臂前段、參考臂后段及延遲臂；參考臂前段的末端通過延遲臂與參考臂后段連接；第一光纖耦合器用于將掃頻光源的輸出光分為樣品光和參考光，并將返回的樣品光分配至第二光纖耦合器；所述延遲臂的寄生反射信號到達第二光纖耦合器的光程與樣品光光程的差值大于掃頻激光器腔長的8倍。本發明可以抑制相干重現偽像，可以實現足夠的光譜寬度，結構簡單，成本較低，不會引起額外的光損耗和偏振色散，可以保證系統的靈敏度。

技術領域

本發明涉及三維成像技術，尤其涉及一種掃頻源光學相干斷層掃描成像(OCT，Optical Coherence Tomography)系統。

背景技術

光學相干斷層掃描成像(OCT)是一種三維成像技術，它具有廣泛的應用領域，特別是生物醫學成像。OCT技術具有高分辨率、成像速度快和靈敏度高等優點。自從1996年第一臺商用OCT成像設備問世以來，OCT技術極大的推動了眼科診斷學的發展。近二十年來，隨著技術不斷的更新，OCT技術的成像速度、靈敏度、分辨率和成像深度也在不斷進步。

目前，最先進的OCT技術是掃頻源(Swept Source)OCT，也被稱為SS-OCT。SS-OCT采用快速掃頻激光器作為光源。2016年，商用眼科SS-OCT設備(卡爾蔡司，PLEX Elite 9000)通過了美國食品藥品管理局(FDA)的認證審核。由于SS-OCT高昂的價格和復雜的系統設計，SS-OCT設備還沒有在眼科診斷領域廣泛使用。目前，眼科診斷領域最常用的OCT設備是基于頻域技術的OCT，被稱為頻域OCT或者SD-OCT。

圖1是SD-OCT的系統示意圖，圖2是SS-OCT的系統示意圖。SD-OCT和SS-OCT的核心都是一個光學干涉系統，均包含樣品臂(圖中簡寫為SMP)和參考臂(圖中簡寫為REF)，并記錄干涉光頻信號。通常，參考臂中包含一個可調的光學延遲臂，用于調節參考臂的光程，使之與樣品臂的光程匹配。

SD-OCT和SS-OCT最主要的區別在于：SD-OCT采用低相干光源(Low CoherenceSource，圖1中簡寫為LCS)，并采用光譜儀(一般由衍射光柵和一維線掃描相機組成)采集干涉光譜信號；而SS-OCT采用掃頻光源，并采用高速光電探測器采集干涉光譜信號。二者均采用數字信號處理單元(DSP)處理光譜信號和重建OCT結構圖像。

作為示意說明，圖1和圖2中采用的干涉系統是邁克爾遜干涉儀。圖3采用了馬赫-曾德干涉儀系統。圖3中，Coupler 1是第一耦合器，Coupler 2是第二耦合器，Sample Arm表示樣品臂，Reference Arm表示參考臂，A’方向為樣品臂的返回光，B’方向為參考臂的返回光，樣品臂的返回光和參考臂的返回光在第二耦合器Coupler 2處干涉，并被平衡探測器Balanced Detector檢測。為了簡化示意圖，圖3省略了樣品臂中對被測樣品的掃描裝置。作為示例，圖3中被測樣品是眼睛，但這里的描述不僅限于眼科醫學的應用。

SD-OCT和SS-OCT的成像深度受到不同系統參數的限制。SD-OCT的成像深度由光譜儀分辨率決定，在空氣介質中大約為幾毫米；SS-OCT成像深度由掃頻光源的相干長度、光譜信號探測器帶寬以及采樣頻率決定，成像深度通常為幾毫米，最深可達上百毫米。

近十年來，SD-OCT的技術越來越成熟。目前，SD-OCT采用的低相干光源大多為超輻射發光二極管(SLD)。SLD具有穩定性高、價格低廉的特點。SS-OCT具有成像速度更快，更深和靈敏度更高等優點，很有可能會取代SD-OCT。

按輸出模式來分，掃頻源有單縱模輸出激光與多縱模輸出激光兩種。從理論上講，光頻連續可調的單縱模激光對SS-OCT更為理想。但是當前市場上技術成熟并已商業化的掃頻源以多縱模為主。對于多縱模激光而言，雖然輸出的光譜包絡看起來是連續的，但實際上光譜包絡中會由于多種縱模的存在而出現梳狀光譜線。相鄰兩個縱模的差頻由掃頻光源內的激光腔長決定。