[实用新型]基于光谱编码与正交分光的并行OCT探测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于光学领域，涉及一种基于光谱编码与正交分光的并行OCT探测系统。 

背景技术

光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography，OCT）能够实施活体内部组织结构与生理功能的非接触、无损伤、高分辨率在体成像，在生物医学成像领域有着广泛的应用。 

目前的谱域OCT系统通过高速线阵CCD（或线阵CMOS）来采集干涉信号的光谱分量，无需轴向扫描就可以得到样品的深度信息，具有快速和高灵敏度的特点，但是由于需要横向扫描，因而成像速度仍受到限制，不适合测量需要极短成像时间的运动样品。因此，谱域OCT有必要采用并行探测的方法，在无需轴向扫描和横向扫描的情况下进行二维图像成像。 

国外很多科研机构都开展了这方面的研究，如荷兰阿姆斯特丹自由大学的S. Witte小组构建了基于808nm中心波长，带宽60nm的飞秒激光器的并行谱域OCT系统，1392×1040像素的二维图像成像时间为0.2ms，轴向分辨率为5um；日本筑波大学的Yoshiaki Yasuno小组，构建了基于840nm中心波长，带宽50nm的飞秒激光器的并行谱域OCT系统，同时结合横向扫描，实现了视网膜的三维成像，轴向分辨率为7.4um。以上所述的并行谱域OCT系统，是在样品臂中使用圆柱透镜获得线照明探测光。由于使用相干光源，线照明光中不同位置的光点之间具有较高的相干性，从而散射光将引入相干串扰，导致探测信噪比下降，继而系统横向分辨率下降，最终降低了成像质量。另外，传统的并行谱域OCT系统，样品上不同位置的探测光仅在空间方向上得到分离，因此无法使用光纤系统，而只能使用自由空间系统，这大大增加了系统的体积和复杂度。 

为消除相干光源带来的相干串扰，奥地利维也纳医学院的Branislav Grajciar小组使用热光源进行测试，结果表明光源的光功率不足以进行生物组织的成像，而且宽谱光源的成像深度十分有限。 

日本长冈大学的Tatsutoshi Shioda小组在参考臂中使用了虚像相控阵列分光，避免了相干串扰，但由于探测光没有进行分光，导致了相干对比度的下降，而且同样无法使用光纤系统。 

哈佛医学院的D.Yelin小组提出光谱编码的内窥镜，实现单根光纤的并行成像技术，但由于探测光经光栅分光后光谱带宽变窄，导致了轴向分辨率的下降。 

因此，如何在保证成像分辨率的情况下完成轴向和横向的完全并行测量是并行谱域OCT系统研制的一大技术难点。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于光谱编码与正交分光的并行OCT探测系统。 

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的： 

基于光谱编码与正交分光的并行OCT探测系统，包括宽带光源、光环行器、宽带光纤耦合器、第一光纤准直透镜、第二光纤准直透镜、第三光纤准直透镜、第一柱面聚焦透镜、第二柱面聚焦透镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜、第一虚像相控阵列、第二虚像相控阵列、光栅、样品、平面反射镜、高速面阵CCD或高速面阵CMOS。

从宽带光源出来的低相干光，经光环行器入射到宽带光纤耦合器，经分光后一路光进入样品臂；所述样品臂：经宽带光纤耦合器分光后的光经第一光纤准直透镜入射到第一柱面聚焦透镜的柱面，从第一柱面聚焦透镜的平面出射，出射的光汇聚到第一虚像相控阵列前表面的入射窗，从第一虚像相控阵列的后表面出射，经第一聚焦透镜后照射到样品，从样品反射回来的光经由原路返回至宽带光纤耦合器。 

经宽带光纤耦合器分光后的另一路光进入参考臂。所述参考臂：经宽带光纤耦合器分光后的光经第二光纤准直透镜照射到平面反射镜，从平面反射镜反射回来的光经由原路返回至宽带光纤耦合器。 

从样品臂和参考臂返回的两路光在宽带光纤耦合器中干涉后形成干涉光，经光环行器进入探测臂，由探测臂将干涉光分解为干涉光谱信号。所述探测臂：干涉光经第三光纤准直透镜，入射到第二柱面聚焦透镜的柱面，从第二柱面聚焦透镜的平面出射，出射的光汇聚到第二虚像相控阵列前表面的入射窗，从第二虚像相控阵列的后表面出射，进行空间域上的第一级分光，再入射到光栅，在正交空间方向上进行第二级分光，经第二聚焦透镜成像，采用高速面阵CCD或高速面阵CMOS进行并行探测。最后这些光谱信号转变为电信号传入计算机，并在计算机中实施傅立叶变换等算法处理重建样品图像。 

与背景技术相比，本实用新型具有的有益效果是：