[发明专利]一种基于光程编码的高分辨长焦深OCT成像系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于光程编码的高分辨长焦深OCT成像系统和方法。本发明首先利用光程编码器把光源输出光束编码成多个光程不同的光束，这些光束被光学系统聚焦在样品的不同深度用于OCT成像；然后提取OCT图像中被每个光束焦深范围内的光照射所得的样品图像并拼接，即可得到大深度范围内高分辨率的样品图像。由于光程编码会损失部分成像量程，因此在探测臂上使用具有超高光谱分辨率的正交色散光谱仪进行探测，光谱仪所得干涉光谱信号最终传入计算机，在计算机上实现样品高分辨长焦深图像的快速重建。本发明利用正交色散光谱仪超长的测量量程区分不同编码光程下、聚焦在不同深度的光束所得到的样品信息，可以大幅提高焦深。

技术领域

本发明属于光学相干层析成像技术、光学显微成像技术技术领域，具体涉及一种基于光程编码的高分辨长焦深OCT成像系统和方法。

背景技术

焦深(depth of focus,DOF)是影响光学系统成像质量的一个重要参数，扩展焦深是保证成像光学系统在较大的范围内有较好的成像质量的重要技术之一。焦深DOF与横向分辨率Δx的关系可以表示为：DOF＝πΔx²/2λ₀，其中λ₀是光源的中心波长。可见焦深随着横向分辨率的提高而减小，采用数值孔径更大的聚焦物镜，可以提高系统的横向分辨率，但是同时也减小了焦深，导致了在焦深外的区域横向分辨率会迅速下降。

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)能实现对非透明高散射介质内部的组织结构与生理功能进行非接触、无损伤、高分辨率成像。光束离焦条件下得到的OCT图像相比于光束焦深范围内得到的OCT图像在分辨率和对比度上有较大衰减，因此，为了获得质量好的OCT图像，光斑需要在较长范围内保持不变，但是长焦深也意味着限制了成像的分辨率。为了拓展OCT系统的焦深，Schmitt等人提出了将参考镜固定到样品臂成像物镜的位移台的方法实现动态聚焦，或者通过改变MEMS变形镜的形状，实时控制焦点位置实现动态聚焦，但是该方法的结构比较复杂，限制了扫描速度。Z.Ding提出了基于轴锥镜的OCT系统来实现大景深高横向分辨成像，在6mm的焦深范围内，横向分辨率维持在10μm左右。但轴锥镜能量利用效率比较低，且焦深拓展倍数越高，能量利用效率越低，不适用于对功率敏感的生物样品。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于光程编码的高分辨长焦深OCT成像系统和方法。本发明通过对样品不同深度位置的并行聚焦照明，在探测臂上使用具有超长探测量程的正交色散光谱仪进行光谱探测以区分被光程编码的多个光束所得图像，能够实现样品的高分辨率长焦深OCT成像。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于光程编码的高分辨长焦深OCT成像系统，包括宽带光源、带通滤波片、第一反射镜、第一宽带光分束器、第二宽带光分束器、第一聚焦透镜、光程编码器、第三宽带光分束器、二维扫描振镜、第二聚焦透镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、一维精密平移台、正交色散光谱仪和计算机；

宽带光源发出的空间光经过带通滤波片后，被第一反射镜反射到第一宽带光分束器上，被第一宽带光分束器反射的光形成样品光路，被第一宽带光分束器透射的光形成参考光路。

所述样品光路：经过第二宽带光分束器的透射光被第一聚焦透镜聚焦在光程编码器上。光程编码器为一两面镀膜的玻璃板，光束入射面为高反射膜，另一面为全反射膜。返回的光程编码光被第二宽带光分束器反射后透射过第三宽带光分束器，再经过二维扫描振镜和第二聚焦透镜后照射到待测样品上。返回的样品信号光经过第二宽带光分束器反射后传输到正交色散光谱仪中。

所述参考光路：经过第一宽带光分束器的透射光被第二反射镜反射后相继被第三反射镜和第四反射镜反射，再经第三宽带光分束器透射后传输到正交色散光谱仪中。第三反射镜和第四反射镜放置在一维精密平移台上，移动该平移台即可调节样品光路和参考光路的光程差。