[發明專利]基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統及光譜標定方法

在審

• 申請號: 202010044423.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111134612A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 高萬榮;曹文娟;王昌明;史偉松;常穎;劉思雨;張蘭蘭;張越;劉浩;張欣萌;張玉榮;劉曉淵;唐逸楓
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: A61B3/10
• 分類號: A61B3/10;A61B3/12;A61B5/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統及光譜標定方法，在譜域光學相干層析系統的樣品臂放置一塊平面反射鏡，利用小型化的電動位移平臺整體勻速運動來獲取一系列運動中的相干光譜；利用在系統成像深度范圍內等時間間隔采集到的光譜組進行光譜標定；在時間軸方向進行傅里葉變換處理可以獲取多普勒頻移分量，首先進行波數均勻化，再精確標定CCD上每個像素所對應的波長。本發明利用小型化的成像系統整體運動代替樣品臂平面鏡的運動，解決了小型系統樣品臂空間不足的問題，結構裝置簡單，操作方便，標定精度高。

技術領域

本發明涉及譜域光學相干層析系統成像技術，尤其涉及一種基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統及光譜標定方法。

背景技術

光學相干層析成像(Optical Coherence Tomography)是一種非侵入式，高分辨率的生物組織成像技術。自上世紀90年代初應用于臨床醫學以來，在活體病理成像如眼組織病灶成像方面獲得了突破，提高了我們對一些疾病發展過程的認識。但其成像速度是限制該技術發展的一個重要因素。近年來，譜域相干層析成像(Spectral Domain OCT)的發展彌補了這一不足。相比于傳統的時域相干層析成像(Time Domain OCT)，SDOCT通過對相干光譜的傅里葉分析獲取深度方向的信息，避免了深度方向的掃描，大大縮短了成像時間，提高了成像速度。SDOCT成像過程中所獲得的相干光譜在光譜儀的線陣CCD上按波長均勻分布，但被測樣品深度信息是與波數之間由傅里葉變換相聯系。因此，需要先對相干光譜在波數域均勻化后，再進行傅里葉逆變換以獲得樣品深度信息。

對所獲光譜在波數域均勻化的方法可以分為兩種。其中一種是對光譜儀本身進行改進，即通過改變光譜儀硬件構造使得相干光通過光譜儀后直接按波數k在CCD上均勻分布。Hu等人在普通光柵光譜儀中增加了一塊特制的棱鏡，使光譜在CCD上能夠直接按波數均勻分布，類似的方法還有Ning等人提出利用菲涅耳波帶片(FZP)代替光柵作為分光和聚焦光學元件，由于FZP的焦距和波數之間的關系，也能夠使光譜直接在波數域均勻分布。這種改變光譜儀結構的方法簡單直接但設計以及調校難度大，同時也增加了整個系統的復雜性和不穩定性。另一種方法是先確定CCD上波長分布的位置，再通過插值重采樣的方法實現波數均勻化。其中Wang等人在寬帶光源中，耦合了小部分670nm的單色光用于視覺引導，通過標準光譜分析儀(OSA)與實際CCD上的光譜進行擬合來確定波長分布的位置，該方法需要額外的單色光源。Ding等人在此基礎上進一步改進該方法，通過OSA和CCD上光譜干涉圖的迭代映射，得到多組校準系數。再通過比較這些系數對提高軸向點擴散函數(PSF)幅度的影響，得到最佳系數。成功避免的額外光源的使用，但隨之而來的是計算量的成倍增加。隨著相位解包裹算法的提出，Wang等人成功通過在樣品臂放置平面鏡，再改變光程差獲取兩幅干涉圖，分別進行希爾伯特變換得到相位并解包裹，通過相減消除色散影響后利用相位與波長的關系來確定波長與CCD像素點的位置。該方法能夠實現的前提是光譜起始波長已知，實際實驗中光譜的起始波長往往是一個未知量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統及光譜標定方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于超寬帶光源譜域光學相干層析系統，所述系統包括寬帶光源、光纖耦合器、邁克爾遜干涉光路和探測臂；其中邁克爾遜干涉光路包括準直透鏡、平面分束鏡第一會聚透鏡、第二會聚透鏡、反射鏡、振鏡，平面分束鏡、第一會聚透鏡、反射鏡組成參考臂，平面分束鏡、振鏡、第二會聚透鏡組成樣品臂；所述探測臂包括準直透鏡、光柵、會聚透鏡以及線陣CCD，所述光柵、會聚透鏡以及線陣CCD組成光譜儀；

寬帶光源發出的光通過光纖經耦合器分為兩路，一路光棄用，另一路進入邁克爾遜干涉光路中，在平面分束鏡處，一半的光被反射進入參考臂，通過會聚透鏡會聚在反射鏡表面，另一半的光則透過平面分束鏡進入樣品臂，通過會聚透鏡后會聚在樣品表面，參考光和樣品后向散射光形成相干光束傳輸到探測臂中，由光譜儀按波長進行分光并聚焦到線陣CCD上。