专利名称：一种基于色散调制的无镜像光学频域成像系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学相干层析成像(OCT)技术，尤其涉及一种基于色散调制的无 镜像光学频域成像系统。
背景技术：
光学相干层析(Optical Coherence Tomography，简称OCT)成像技术是一种新型 的光学成像技术，能够对被测活体样品内部的组织结构与生理功能进行非侵入、非接触、高 分辨率在体成像，在疾病的早期诊断和在体活检领域有着广泛应用前景。光学频域成像系统是光学相干层析成像系统的一种型式，通过采用高速扫频激光 光源和点探测器采集样品轴向干涉光谱信号，参考臂由固定的平面镜构成，不需要进行轴 向扫描，通过对轴向干涉光谱信号进行傅立叶逆变换即可获得样品的轴向深度信息，具有 高速和高灵敏度的特点。但是光学频域成像也存在其固有缺点，在采集携带样品深度信息 的干涉信号的同时，也采集到样品各层之间的互干涉信号、样品各层本身的自相干干涉信 号、参考光本身的自相干干涉信号等相干噪声。并且由于采集到的是干涉光谱信号的实部， 而不是复数干涉光谱信号，对此干涉光谱信号的实部进行傅立叶逆变换得到的结果是厄米 共轭的，导致了在图像中产生了叠加在样品实数像上关于零光程位置完全对称的复共轭 像。为了分辨样品的实数像，通常通过调节参考臂光程把零光程点移到样品表面之 外，这样可以使实数像和复共轭像在图像上不重叠，但由于零光程附近的条纹可见度最高， 即图像灵敏度最高，采用移开零光程的办法导致高灵敏度的图像区域无法得到利用，并且 由于零光程位于样品之外，导致了 OFDI系统的成像深度仅仅利用了一半。消除傅立叶域 OCT的复共轭像，可以更好的利用零光程附近的高灵敏度区域，并且使成像深度拓展一倍， 国外很多科研机构都开展了这方面的研究。M. Wojtkowski等人提出利用压电陶瓷驱动器移 动参考臂的反射镜的方法，加州大学Irving分校的a^ngping Chen小组提出采用电光相 位调制器的方法，杜克大学Izatt小组提出采用3X3光纤耦合器的方法，通过在相邻的轴 向干涉光谱信号间引入固定的附加相位，采用复数干涉光谱恢复算法重建出干涉光谱信号 的复数形式，再进行傅立叶逆变换，从而消除复共轭像。美国哈佛大学医学院G.J. Tearney 小组提出采用声光相位调制器对干涉光谱信号进行载频的方法和偏振编码的方法去除复 共轭像。Hofer等人提出采用色散材料提供色散并且用复杂的迭代算法消除复共轭像的方 法，S. Witte等人对也采用色散材料进行色散编码并提出简化的消除尖峰算法去除复共轭 像。上述这些方法，都存在其固有缺点，如利用压电陶瓷驱动器进行多步移相方法需 要对同一个位置进行多次测量，降低了成像速度，且对相位的稳定性要求高，容易受到各种 环境扰动对相位的影响；利用电光相位调制器和声光相位调制器的方法需要引入比较复杂 且昂贵的仪器设备，且对系统数据采集速度提出了苛刻的要求；利用3X3光纤耦合器的方 法容易受到温度对耦合系数的影响而造成恢复复数干涉光谱的不准确，影响整体的复共轭抑制率；现有提出的利用色散去除复共轭像的方法需要依赖复杂的迭代算法，对算法的简 化也降低了复共轭抑制率。因此有必要研究易于实现、且复共轭抑制率高的消镜像方法。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于色散调制的无镜像光 学频域成像系统。在光学频域成像系统的参考臂设置透射式光学扫描延迟线，实现色散调 制的同时维持参考臂的光程不变，确保在不同色散状态下样品轴向位置的同一性。通过快 速改变透射式光学扫描延迟线中振镜的旋转角，得到两种色散状态下同一样品的两组干涉 光谱信号。通过乘以相应的色散补偿因子使对应虚部的色散得到补偿，将色散补偿后的两 组干涉光谱相减后再次实施色散补偿，然后进行傅立叶逆变换，便可得到样品的实反射信 号，用于样品图像的无镜像重建，使系统成像深度扩展一倍。本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的一种基于色散调制的无镜像光学频域成像系统，它包括扫频光源、第一宽带光纤 耦合器、第二宽带光纤耦合器、样品臂光环行器、参考臂光环行器、样品臂偏振控制器、样品 臂准直镜、参考臂偏振控制器、参考臂准直镜、参考臂聚焦透镜、参考臂平面镜、样品臂扫描 振镜、样品臂聚焦透镜、第三宽带光纤耦合器、透射式光学扫描延迟线、平衡探测器、马赫曾 德尔干涉仪、数据采集卡、计算机。其中，扫频光源和第一宽带光纤耦合器相连；第一宽带光 纤耦合器分别连接第二宽带光纤耦合器和马赫曾德尔干涉仪；第二宽带光纤耦合器分别连 接样品臂光环行器和参考臂光环行器；样品臂光环行器与样品臂偏振控制器、样品臂准直 镜依次相连；样品臂扫描振镜与样品臂准直镜出射的平行光束呈45度放置，折转光束通过 样品臂聚焦透镜照射在样品上；参考臂光环行器与参考臂偏振控制器、参考臂准直镜、参考 臂聚焦透镜、参考臂平面镜依次相连；参考臂光环行器的输出端口又与透射式光学扫描延 迟线连接，透射式光学扫描延迟线和样品臂光环行器的输出端口分别与第三宽带光纤耦 合器相连，第三宽带光纤耦合器的两个输出端口与平衡探测器的两个输入端口相连；平衡 探测器、马赫曾德尔干涉仪的输出端口分别与数据采集卡相连，数据采集卡与计算机相连。与背景技术相比，本实用新型具有如下技术效果1、快速镜像消除算法。在透射式光学扫描延迟线中，通过改变振镜的旋转角，实现 对色散的快速调制，由此得到两种色散状态下同一样品的两组干涉光谱信号。通过对此两 组干涉光谱信号色散补偿，减除共同的复反射信号的虚部，然后对对应实部的干涉光谱信 号的剩余色散进行第二次色散补偿，可以获得复数干涉光谱信号，最后对此复数干涉光谱 信号进行傅立叶逆变换，即得到全范围无镜像的光学相干层析图像。2、能够保证参考臂光程不变的条件下实现色散的快速调制。通过调节透射式光学 扫描延迟线中振镜转轴与傅立叶变换透镜光轴之间的横向偏移量％，可实现在透射式扫描 延迟线中的振镜旋转角改变时保持参考臂光程不变；调节光栅法线与光轴之间的夹角θ g， 可通过改变透射式光学扫描延迟线中振镜的旋转角，实现色散的快速调制，维持参考臂的 光程不变，确保在不同色散状态下样品轴向位置的同一性。通过引入透射式光学扫描延迟 线同时实现零群延迟和色散调制，易于实现，并且保证了光学频域成像系统的紧凑性和可 靠性。
图1是本实用新型所述的基于色散调制的无镜像光学频域成像方法的具体实施例的系统示意图；图2是本实用新型所述的基于色散调制的无镜像光学频域成像系统中的透射式 光学扫描延迟线的结构示意图；图3是本实用新型所述的基于色散调制的无镜像光学频域成像系统的时序控制 图；图4是本实用新型所述的基于色散调制的无镜像光学频域成像系统的算法流程 图；图中1、扫频光源，2、宽带光纤耦合器，3、光环行器，4、偏振控制器，5、样品臂准直 镜，6、样品臂扫描振镜，7、聚焦透镜，8、样品，9、参考臂准直镜，10、聚焦透镜，11、平面反射 镜，12、准直镜，13、闪耀光栅，14、傅立叶变换透镜，15、振镜，16、直角棱镜，17、接收反射镜， 18、接收准直镜，19、平衡探测器，20、马赫曾德尔干涉仪，21、数据采集卡，22、计算机，23、透 射式光学扫描延迟线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，本实用新型的目的和效果 将变得更加明显。图1所示为基于色散调制的无镜像光学频域成像系统的一个具体实施例的结构 图，包括扫频光源1、第一宽带光纤耦合器2、第二宽带光纤耦合器3、样品臂光环行器4、参 考臂光环行器5、样品臂偏振控制器6、样品臂准直镜7、参考臂偏振控制器8、参考臂准直镜 9、参考臂聚焦透镜10、参考臂平面镜11、样品臂扫描振镜19、样品臂聚焦透镜20、样品21、 第三宽带光纤耦合器22、透射式光学扫描延迟线23、平衡探测器M、马赫曾德尔干涉仪25、 数据采集卡洲、计算机27。其中，扫频光源1和第一宽带光纤耦合器2相连；第一宽带光纤耦合器2分别连接 第二宽带光纤耦合器3和马赫曾德尔干涉仪25 ；第二宽带光纤耦合器3分别连接样品臂光 环行器4和参考臂光环行器5 ；样品臂光环行器4与样品臂偏振控制器6、样品臂准直镜7 依次相连；样品臂扫描振镜19与样品臂准直镜7出射的平行光束呈45度放置，折转光束通 过样品臂聚焦透镜20照射在样品21上；参考臂光环行器5与参考臂偏振控制器8、参考臂 准直镜9、参考臂聚焦透镜10、参考臂平面镜11依次相连；参考臂光环行器5的输出端口又 与透射式光学扫描延迟线23连接，透射式光学扫描延迟线23和样品臂光环行器4的输出 端口分别与第三宽带光纤耦合器22相连，第三宽带光纤耦合器22的两个输出端口与平衡 探测器M的两个输入端口相连；平衡探测器对、马赫曾德尔干涉仪25的输出端口分别与 数据采集卡26相连，数据采集卡沈与计算机27相连。如图1所示，从扫频光源1发出的低相干光，经第一宽带光纤耦合器2分别进入标 定光路和主干涉仪光路，进入标定光路的光经过马赫曾德尔干涉仪25产生一路标定信号， 进入主干涉仪光路的光经第二宽带光纤耦合器3分光后分别进入参考臂和样品臂，参考臂 中的光经过准直镜12准直后进入透射式光学扫描延迟线23，传至第三宽带光纤耦合器22 与样品臂返回的样品光汇合后干涉，进入平衡探测器对，形成的OCT干涉光谱信号与马赫 曾德尔干涉仪25产生的标定信号同时被数据采集卡沈采集，最后这些干涉光谱信号传入 计算机27中进行数据处理和图像重建。本实用新型的基于色散调制的无镜像光学频域成像方法，包括以下步骤1、在光学频域成像系统的参考臂中设置透射式光学扫描延迟线，用以提供色散。图1中样品臂中的光所走的光程为一常量，如下公式推导中用Lsam表示，参考臂中 的光所走的光程可分为两部分除透射式光学扫描延迟线23以外的光程用LMf表示，透射 式光学扫描延迟线23中的光程用L_d表示，则干涉光谱信号的相位差可表示为Φ = kLsam-kLref_kLrs。d(1)其中k是光波数且k = 2 π / λ，。光通过透射式光学扫描延迟线23，其相位改变 量可表示为k · Lrsod = Φκ+1 · 1(2)其中，1是透射式光学扫描延迟线23中的振镜旋转角Y和光栅离焦量(L_f)都 为零时的光程。Φ^透射式光学扫描延迟线23中的振镜旋转角γ和光栅离焦量(L-f)不 为零的状态下附加的相位，则此附加相位小^表示式为
权利要求1. 一种基于色散调制的无镜像光学频域成像系统，其特征在于，它包括扫频光源(1)、第一宽带光纤耦合器O)、第二宽带光纤耦合器(3)、样品臂光环行器G)、参考臂光环 行器(5)、样品臂偏振控制器(6)、样品臂准直镜(7)、参考臂偏振控制器(8)、参考臂准直 镜(9)、参考臂聚焦透镜(10)、参考臂平面镜(11)、样品臂扫描振镜(19)、样品臂聚焦透镜 (20)、第三宽带光纤耦合器(22)、透射式光学扫描延迟线(23)、平衡探测器(M)、马赫曾德 尔干涉仪(25)、数据采集卡(沈)、计算机(XT)；其中，扫频光源(1)和第一宽带光纤耦合器(2)相连；第一宽带光纤耦合器( 分别连接第二宽带光纤耦合器C3)和马赫曾德尔干涉 仪0 ；第二宽带光纤耦合器C3)分别连接样品臂光环行器(4)和参考臂光环行器(5)； 样品臂光环行器(4)与样品臂偏振控制器(6)、样品臂准直镜(7)依次相连；样品臂扫描 振镜(19)与样品臂准直镜(7)出射的平行光束呈45度放置，折转光束通过样品臂聚焦透 镜OO)照射在样品(21)上；参考臂光环行器(5)与参考臂偏振控制器(8)、参考臂准直镜 (9)、参考臂聚焦透镜(10)、参考臂平面镜(11)依次相连；参考臂光环行器(5)的输出端口 又与透射式光学扫描延迟线03)连接，透射式光学扫描延迟线03)和样品臂光环行器(4) 的输出端口分别与第三宽带光纤耦合器0 相连，第三宽带光纤耦合器0 的两个输出 端口与平衡探测器04)的两个输入端口相连；平衡探测器(M)、马赫曾德尔干涉仪05) 的输出端口分别与数据采集卡06)相连，数据采集卡06)与计算机07)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种基于色散调制的无镜像光学频域成像系统，在参考臂中设置透射式光学扫描延迟线，用于色散的调制，确保在不同色散状态下样品轴向位置的同一性。通过改变透射式光学扫描延迟线中振镜的旋转角，实现对色散的快速调制，由此得到两种色散状态下同一样品的两组干涉光谱信号。对采集到的两组干涉光谱信号分别乘以相应的色散补偿因子，以使对应傅立叶变换后的虚部色散得到精确补偿。将上述色散补偿后的两组干涉光谱信号相减，则相应复反射信号的虚部消失，而实部仍包含有色散因子。对相减后的干涉光谱信号再次实施色散补偿，然后进行傅立叶逆变换，便可得到样品的实反射信号，以用于样品图像的无镜像重建。
文档编号G01N21/45GK201814557SQ201020120859
公开日2011年5月4日 申请日期2010年3月1日 优先权日2010年3月1日
发明者丁志华, 吴彤, 孟婕, 徐磊, 王凯, 王川, 王玲, 陈明惠 申请人:浙江大学
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