[发明专利]改进型SD-OCT系统

说明书

技术领域

本发明属于医学监测技术领域，涉及一种基于光学相干层析成像技术与原理的用于观测组织的浅层微观形态信息的装置，具体是一种改进型SD-OCT系统。

背景技术

OCT（Optical Coherence Tomography）是最近几年发展起来的结合光谱分析的光学相干层析技术。OCT技术主要利用弹道光和近弹道光所携带的样品信息进行成像。利用干涉门技术可以对样品不同深度的光学特性（折射率等）进行调制，然后对捕获的光学信号进行特定的解调处理就可以得到样品不同深度的断层图像。光谱分析OCT(Spectroscopic OCT，SOCT)不仅分析回射光的强度，同时也分析回射光的光谱。通过这种联合分析，SOCT在获取高分辨率的组织微形态图像的同时，也可以获得相对应的组织成分空间分布。

OCT是基于干涉测量技术来进行深度扫描的，其中在物理实现上最常用的就是迈克尔逊干涉仪，如图1所示。光源发出的单色光射入分光立方体之后被分成两束，一束射向参考臂反射镜，一束射向样品；两束光分别反射回来之后在分光立方体处发生干涉；通过分析干涉信号，由探测器探测到图像信息。

现有的低相干干涉仪LCI，它与单色光迈克尔逊干涉仪光路结构完全一样，但是在LCI系统中采用了宽带光源来取代单色光，从而产生低相干干涉。LCI系统因为使用了宽带光源，其相干长度变得很短。利用这一特性就可以实现对样品反射回来的光信号进行深度筛选。

现有采用光谱仪技术的谱域光学相干层析成像系统(Spectral-Domain Optical Coherence Tomography，简称SD-OCT)，不仅极大地提高了OCT的扫速度，而且在信噪比、灵敏度上都有了显著的提升，SD-OCT中干涉信号分布在频率域，深度信号通过傅里叶变换在频域被解调出来。

在SD-OCT系统中参考臂和样品臂的色散不匹配会造成深度分辨率的严重下降。色散是由光在介质中的传播函数对波长的依赖性造成的。在全光纤SD-OCT系统中，如果参考臂和样品臂的色散没有匹配，问题将变得更加突出。

SOCT存在空间分辨率和谱分辨率之间的权衡，在获得较高空间分辨率的情况下必然后降低系统的谱分辨率，这实际上限制了SOCT技术的应用。

发明内容

本发明针对现有光谱分析OCT(SOCT)在空间分辨率和谱分辨率之间的权衡，使得现有的OCT不可能在获得较高空间分辨率的情况下同时提高谱分辨率的问题，提出了一种改进型SD-OCT系统。本发明改进型SD-OCT系统还可以获取更多图像数据信息，以可获得样品不同深度下的光谱信息。

本发明的改进型SD-OCT系统，包括激光发射器、耦合器、探测器、色散补偿单元以及PC上位机。激光发射器发出的激光经过耦合器分成两束，激光经相同长度的光纤和相同的光纤准直器，分别照射在样本和参考臂反射镜上。从样本和反射镜反射回来的光在耦合器处发生干涉，干涉信号由探测器记录并发送给色散补偿单元。色散补偿单元对输入的干涉信号进行色散补偿，并将色散补偿后得到的图像传入PC上位机进行显示。

所述的色散补偿单元对干涉信号进行色散补偿，将成像深度3.7mm分为n个区域，针对采集的每一帧原始图像进行n次色散补偿处理，每一次补偿使得相应的图像在成像深度1-n个区域处的色散为零，色散补偿产生n幅图像，将n幅图像和原始图像分别加窗后融合为一幅，产生最终图像。n小于N/2，N表示探测器像素数；

所述的改进型SD-OCT系统，利用参考臂方向上的调节，将SD-OCT与TD-OCT的扫描方式进行结合，具体是：将样品分为一个个体素，设每一个体素的高度为Δz，样品成像深度范围内分为M层，M为正整数；参考臂方向上的移动是指反射镜每次沿光程方向上移动步长Δz，随参考臂光程的改变，获取光谱仪第j个采样点的量化结果，当反射镜移动了M步后，获得光谱仪第j个采样点在参考臂方向上的一个完整的M步扫描，利用M个量化结果获取样品不同深度下的光谱信息。

本发明的改进型SD-OCT系统及样本光谱获取方法，其优点和积极效果在于：

（1）通过分层多步色散补偿和预畸变矫正使得图像的分辨率得到了显著提高，实验证明可使得分辨率提高30%；

（2）将SD-OCT与TD-OCT的扫描方式进行结合，从而可以获得更多的数据信息，使得图像空间分辨率和谱分辨率都达到最佳，获取样品不同深度下的光谱信息。

附图说明

图1是迈克尔逊干涉仪的原理示意图；