[发明专利]分光谱频域相干断层成像系统

说明书

本发明公开了一种分光谱频域相干断层成像系统，利用可调滤波器将宽光谱光源输出的光波滤波为若干个带宽较窄的分光谱，分别依次输入一个基于频域光学相干断层成像系统的干涉仪，并依次检测对应的分光谱干涉信号；通过数据后处理，将分光谱干涉信号相位对齐集成为一个合成干涉信号，傅里叶变换得到物体不同深度解析的更高分辨率、更高信噪比的样本断层图像。由于分光谱输出以较低的光强照射样本，该成像系统可以避免样本损伤或对样本造成不适，同时能够通过后续数据处理将若干个较低光强原始信号合成为一个高信噪比的图像，从而提升谱域光学相干断层成像的性能，易于临床转化和应用。

技术领域

本发明涉及光学成像领域，具体涉及一种分光谱频域相干断层成像系统。

背景技术

光学相干断层成像(optical coherence tomography，OCT)是一种基于光干涉原理的断层成像技术，利用参考臂光和样本臂光的干涉检测样本不同深度对光的反射或散射信号，从而获取样本断层结构信息。OCT已在眼科、心血管诊断领域被广泛应用于临床，特别是已经成为了眼科疾病诊断的金标准。目前主流的OCT系统基于傅里叶域OCT(FourierDomain OC T，FDOCT)成像原理。FDOCT主要分为两种类型，一种是谱域(即频域)OCT技术(Spe ctral-Domain OCT，SDOCT)，即在检测端利用光谱仪检测不同波长或波数干涉信号的强度，进一步通过傅里叶变换得到样本断层图像。另一种技术是扫频OCT(Swept-SourceOCT，SS OCT)，利用快速扫频光源变换输入波长，从而检测到不同波长或波数干涉信号的强度，进一步通过傅里叶变换得到样本断层图像。SDOCT和SSOCT是FDOCT不同的两种实现形式，本质上基于的原理是类似的，都通过检测不同波长或波数的干涉信号等价获取了样本不同深度的信息，避免了时域OCT系统参考臂的机械性位置移动，从而显著提升了成像速度以及图像的信噪比。本发明属于SDOCT分支的一项新技术。

OCT多用于生物医学组织成像。一般来说，为了避免对所成像的生物医学组织造成损伤，OCT入射光光强会控制于某一个安全阈值以内。根据不同的应用以及所照射生物组织类型的不同，OCT最大入射光的光强安全阈值也不同。一般来说，希望在安全阈值以内尽可能提高入射光强，因为图像的信噪比与入射光强成直接的正相关关系。然而，对于临床特定的某些应用，例如眼科成像，入射光太强容易造成病人眼睛不适。尽管眼科OCT一般采用近红外波段如830nm或1064nm附件的波段，病人眼睛对近红外光强不敏感；但近些年快速发展的可见光OCT【Xiao Shu et al,‘Designing visible-light optical coherencetomography towards clinics’,Quant Imaging Med Surg 2019；9(5):769-781】成像技术使用了450-700nm之间的可见光波段，在成像时会引起病人眼睛不适。由于OCT成像需要眼睛保持不动，且通过注视某个目标进行焦距定位；利用更加敏感的可见光成像使得病人难以在成像时保持眼睛静止以及处于聚焦状态，在成像过程中可能会伴有眼球移动，显著影响了成像质量。因此从病人舒适度以及避免成像伪差角度考虑，希望入射光强不能太高，但这又与提升图像信噪比和图像质量以获得高清晰图像便于疾病诊断这个临床需求互相矛盾。可见光OCT由于采用的波长更短，相比于当前主流的近红外光OCT分辨率更高，且由于生物体内血液对可见光吸收更为敏感，可见光OCT可以在结构成像的同时获取很多重大疾病诊断所需的血流和血氧信息，因此是目前新兴的、被领域内普遍看好的一项较新的成像技术。然而，由于成像对病眼造成的不适以及提升图像信噪比之间存在的固有矛盾，限制了可见光OCT的临床转化和应用。因此，目前急需要一种新的技术，能够使OCT系统以较低的入射光强获得较高的信噪比图像，不但能够将可见光OCT技术实用化并进一步实现临床转化，也可以用于任何SDOCT现有系统，对图像信噪比和图像质量进行增强。

发明内容