[发明专利]基于超宽带光源谱域光学相干层析系统及光谱标定方法

说明书

本发明公开了一种基于超宽带光源谱域光学相干层析系统及光谱标定方法，在谱域光学相干层析系统的样品臂放置一块平面反射镜，利用小型化的电动位移平台整体匀速运动来获取一系列运动中的相干光谱；利用在系统成像深度范围内等时间间隔采集到的光谱组进行光谱标定；在时间轴方向进行傅里叶变换处理可以获取多普勒频移分量，首先进行波数均匀化，再精确标定CCD上每个像素所对应的波长。本发明利用小型化的成像系统整体运动代替样品臂平面镜的运动，解决了小型系统样品臂空间不足的问题，结构装置简单，操作方便，标定精度高。

技术领域

本发明涉及谱域光学相干层析系统成像技术，尤其涉及一种基于超宽带光源谱域光学相干层析系统及光谱标定方法。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography)是一种非侵入式，高分辨率的生物组织成像技术。自上世纪90年代初应用于临床医学以来，在活体病理成像如眼组织病灶成像方面获得了突破，提高了我们对一些疾病发展过程的认识。但其成像速度是限制该技术发展的一个重要因素。近年来，谱域相干层析成像(Spectral Domain OCT)的发展弥补了这一不足。相比于传统的时域相干层析成像(Time Domain OCT)，SDOCT通过对相干光谱的傅里叶分析获取深度方向的信息，避免了深度方向的扫描，大大缩短了成像时间，提高了成像速度。SDOCT成像过程中所获得的相干光谱在光谱仪的线阵CCD上按波长均匀分布，但被测样品深度信息是与波数之间由傅里叶变换相联系。因此，需要先对相干光谱在波数域均匀化后，再进行傅里叶逆变换以获得样品深度信息。

对所获光谱在波数域均匀化的方法可以分为两种。其中一种是对光谱仪本身进行改进，即通过改变光谱仪硬件构造使得相干光通过光谱仪后直接按波数k在CCD上均匀分布。Hu等人在普通光栅光谱仪中增加了一块特制的棱镜，使光谱在CCD上能够直接按波数均匀分布，类似的方法还有Ning等人提出利用菲涅耳波带片(FZP)代替光栅作为分光和聚焦光学元件，由于FZP的焦距和波数之间的关系，也能够使光谱直接在波数域均匀分布。这种改变光谱仪结构的方法简单直接但设计以及调校难度大，同时也增加了整个系统的复杂性和不稳定性。另一种方法是先确定CCD上波长分布的位置，再通过插值重采样的方法实现波数均匀化。其中Wang等人在宽带光源中，耦合了小部分670nm的单色光用于视觉引导，通过标准光谱分析仪(OSA)与实际CCD上的光谱进行拟合来确定波长分布的位置，该方法需要额外的单色光源。Ding等人在此基础上进一步改进该方法，通过OSA和CCD上光谱干涉图的迭代映射，得到多组校准系数。再通过比较这些系数对提高轴向点扩散函数(PSF)幅度的影响，得到最佳系数。成功避免的额外光源的使用，但随之而来的是计算量的成倍增加。随着相位解包裹算法的提出，Wang等人成功通过在样品臂放置平面镜，再改变光程差获取两幅干涉图，分别进行希尔伯特变换得到相位并解包裹，通过相减消除色散影响后利用相位与波长的关系来确定波长与CCD像素点的位置。该方法能够实现的前提是光谱起始波长已知，实际实验中光谱的起始波长往往是一个未知量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超宽带光源谱域光学相干层析系统及光谱标定方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于超宽带光源谱域光学相干层析系统，所述系统包括宽带光源、光纤耦合器、迈克尔逊干涉光路和探测臂；其中迈克尔逊干涉光路包括准直透镜、平面分束镜第一会聚透镜、第二会聚透镜、反射镜、振镜，平面分束镜、第一会聚透镜、反射镜组成参考臂，平面分束镜、振镜、第二会聚透镜组成样品臂；所述探测臂包括准直透镜、光栅、会聚透镜以及线阵CCD，所述光栅、会聚透镜以及线阵CCD组成光谱仪；

宽带光源发出的光通过光纤经耦合器分为两路，一路光弃用，另一路进入迈克尔逊干涉光路中，在平面分束镜处，一半的光被反射进入参考臂，通过会聚透镜会聚在反射镜表面，另一半的光则透过平面分束镜进入样品臂，通过会聚透镜后会聚在样品表面，参考光和样品后向散射光形成相干光束传输到探测臂中，由光谱仪按波长进行分光并聚焦到线阵CCD上。