[發(fā)明專利]一種用于燒傷皮膚的光學相干層析成像系統

有效

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• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112168144B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設計）人: 許景江;韋贏兆;袁钘;安林;黃燕平;譚海曙;陽婭;秦嘉;藍公仆;別佳奇
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61B5/026
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 葉潔勇

1.一種用于燒傷皮膚的光學相干層析成像系統，其特征在于，所述系統包括：光源、光纖耦合器、第一準直透鏡和第二準直透鏡、色散補償模塊、平面反射鏡、變焦透鏡、掃描振鏡、聚焦透鏡、被測樣品、光探測模塊和計算機系統；光纖耦合器通過光纖和寬帶光源、參考臂、第一準直透鏡、樣品臂、第二準直透鏡和光探測模塊連接；參考臂中，第一準直透鏡、色散補償模塊與平面反射鏡共光軸；樣品臂中，變焦透鏡與掃描振鏡存在夾角，掃描振鏡與聚焦透鏡存在夾角，第二準直透鏡、變焦透鏡和聚焦透鏡共光軸；

所述光源發(fā)出光束進入光纖耦合器，所述光纖耦合器將光束分為兩束；一束進入參考臂，先后通過第一準直透鏡和色散補償模塊后，投射到平面反射鏡，平面反射鏡可進行三維調節(jié)，將光束反射并沿原光路回到光纖耦合器；另一束進入樣品臂，通過第二準直透鏡和變焦透鏡后投射到掃描振鏡，掃描振鏡有角度地將光束反射到聚焦透鏡，聚焦透鏡使光束聚集到被測樣品上，被測樣品的后向散射光沿原光路返回到光纖耦合器；

光纖耦合器中反射回來的參考光與被測樣品的后向散射光發(fā)生干涉，干涉光進入光探測模塊，光探測模塊將干涉光信號進行多次處理，最終轉換為電信號，所述電信號被傳至計算機系統，通過軟件編程處理得到三維結構和血流圖像；

所述光源采用中心波長為1300nm，帶寬為80nm的寬帶光源；所述色散補償模塊采用色散補償器，其中所述色散補償器的增透膜波段為800nm-1400nm，通光直徑為22.8mm；

變焦透鏡采用的是可變焦液體透鏡，用于成像前的對焦微調整，實現靈活的光學聚焦，其中所述可變焦液體透鏡具有20屈光度動態(tài)范圍，1.6mm的數值孔徑；

光探測模塊采用線性波數光譜儀，以在對干涉光處理中進行光譜的線性波數采樣；開始成像前，計算機系統通過Labview平臺提供成像區(qū)域內的深度成像預覽，通過掃描振鏡掃描成像區(qū)域；

通過對所采集的干涉光信號進行逆傅里葉變換，可獲取樣品組織的深度散射信息，逆傅里葉變換如下式表示：

其中F^-1{f(a)}(x)表示函數f(a)關于變量x的逆傅里葉變換，I_OCT(k)表示在k空間中檢測到的原始光譜信號，r_R表示參考臂場的反射率，表示n個同時檢測到的后向散射事件，后向散射事件即散射截面，r_S(z_j)表示從深度為z_j探測到的第j個背散射的樣品臂場反射率，γ[2(z-z_j)]是歸一化的時間自相關函數，

其中γ是歸一化的自相關函數；exp[-i2k₀(z-z_j)]是源于深度z_j的第j個背散射事件相關的相位項，I₀為光照強度，z表示深度，i表示復數單位，k₀表示波數；

對檢測到的k譜進行傅里葉逆變換，經過傅里葉變換的OCT信號包含幅值和相位信息，而得到的深度z編碼的復OCT函數的復數OCT信息，其幅值信息可用于表示結構OCT圖像，A(z)表示幅值，表示相位；

在血流信號動態(tài)提取方面，通過在同一位置重復N次的B掃描，對相鄰B掃描的OCT復數信息進行差分運算，可獲取具有動態(tài)信息特征的生物樣品血流信號，具體運算如下：其中S_i(z)表示第i幅B掃描所得的復數OCT信息，由于使用了重復的B掃描，而重復的B掃描之間存在時間間隔，相鄰的B掃描時間間隔應足夠長從而可觀察到組織血流的動態(tài)變化，并且該差分運算同時利用了OCT的幅值和相位信息，擁有更好的血流靈敏度。

2.根據權利要求1所述的一種用于燒傷皮膚的光學相干層析成像系統，其特征在于，計算機系統通過Labview平臺模擬輸出數據，從而由PCI函數發(fā)生卡控制掃描振鏡的驅動電路，以改變掃描振鏡的掃描角度，采集被測樣品的不同位置信息，每條A線信號的采集由PCIe數據采集卡進行采集；被測樣品為未知燒傷等級的皮膚燒傷樣品，被固定于深度方向為10cm移動范圍的升降裝置。

3.根據權利要求1所述的一種用于燒傷皮膚的光學相干層析成像系統，其特征在于，所述計算機系統通過Labview平臺對所采集的被測樣品的多項信息以“.oct”為后綴的文件形式存儲形成文件，文件包括：振鏡掃描范圍，總采集線數，總采集幀數，每條A線重復采集次數，采集幀速率，采集線速率；成像采集后，計算機系統可通過Labview對成像過程進行回放；計算機系統通過Matlab軟件對所述的“.oct”為后綴的文件進行信息提取，經過背景噪聲處理、傅里葉變換，同時提取OCT幅值和相位信號，最終得到所述被測樣品的多幀結構和血流信息以及三維圖像，其中所述多幀結構和血流信息以“.dcm”為后綴的文件形式存儲。