[实用新型]一种实现光学相干层析成像轴向超分辨的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学相干层析成像(OCT)技术和光学超分辨技术，尤其涉及一种利用光瞳滤波器实现光学相干层析成像轴向超分辨的系统。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是一种新兴的光学成像技术，相对于传统的临床成像手段来说，具有分辨率高、成像速度快、无辐射损伤、价格适中、结构紧凑等优点，是基础医学研究和临床诊断应用的重要潜在工具。

分辨率是OCT技术发展的重要指标。OCT的轴向分辨率由光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定。在探测光束弱聚焦条件下，相应的轴向响应函数的主瓣宽度远远大于相干门宽度，此时的轴向分辨率主要由相干门决定。光源带宽越宽，相干门宽度就越窄。相干门宽度越窄，轴向分辨率就越高。因此，目前用来提高OCT轴向分辨率的主要途径包括短脉冲激光技术、非线性超连续谱产生技术、组合光源光谱合成技术等。但这些宽带光源技术存在以下局限性：1)对成像透镜等光学元件的消色差要求大大提高；2)超宽带高效率单模光纤器件不易获得；3)超短脉冲激光器价格昂贵，操作不便，小型化和商业化存在一定难度。所以，采用宽带光源技术来提高OCT的轴向分辨率，往往价格昂贵，系统复杂，而且存在器件上的瓶颈，很难在现有基础上继续提高。光谱整形技术也可在某种程度上改善OCT的轴向分辨率，如抑制中间谱分量使光谱形状趋于平坦，实现相对意义上的光谱拓宽，进而提高OCT的轴向分辨率。

在探测光束强聚焦条件下，其轴向响应函数的主瓣宽度已与相干门接近。光源带宽和轴向响应函数的主瓣宽度都与OCT的轴向分辨率直接相关。在此情形下，压缩轴向响应函数的主瓣宽度是提高OCT轴向分辨率的另一途径。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种实现光学相干层析成像轴向超分辨的系统，该系统通过插入适当形式的光瞳滤波器，将轴向响应函数的主瓣宽度缩小到相干门之内，从而实现OCT的轴向超分辨；同时，由超分辨光瞳滤波器导致的旁瓣则由相干门来抑制，不对OCT相干成像产生有效贡献，从而确保成像对比度不因轴向超分辨而下降。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一、一种实现光学相干层析成像轴向超分辨的方法

在光学相干层析成像样品臂的准直镜和探测物镜之间插入光瞳滤波器，使轴向响应函数的主瓣宽度缩小到相干门之内，从而实现光学相干层析成像的轴向超分辨；其具体步骤如下：

1)从光纤耦合器一个端口发出的光先由准直镜准直，然后通过光瞳滤波器，再由探测物镜聚焦于样品，此时的照明点扩散函数的轴向主瓣宽度因光瞳滤波器的作用而得到压缩；

2)从样品返回的反射光和散射光经由探测物镜收集，再次通过光瞳滤波器和准直镜，然后返回光纤耦合器，与来自参考臂的参考光汇合并发生干涉；此时的接收点扩散函数和照明点扩散函数一致，由二者共同决定的轴向响应函数的主瓣宽度小于相干门宽度。

所述的光瞳滤波器由N个同心圆环构成，其中N为大于2的实数，具体值根据不同光学系统的分辨率要求确定。

P(ρ，)为光瞳滤波器的光瞳函数，(ρ，)为光瞳函数的极坐标。其中k_i表示第i个圆环的振幅透过率，0≤k_i≤1。_i表示第i个圆环的位相延迟，0≤_i≤2π。r_i-1和r_i表示第i环归一化内外半径。当只有参数k_i变化时，此表达式对应于振幅型光瞳滤波器；当只有参数_i变化时，此表达式对应于相位型光瞳滤波器；当参数k_i和_i都变化时，此表达式对应于复振幅型光瞳滤波器。

二、一种实现光学相干层析成像轴向超分辨的系统

包括宽带光源、2×2光纤耦合器、探测器、数据采集卡、计算机、参考臂(10)以及依次由准直镜、探测物镜和样品组成的样品臂。样品臂的准直镜和探测物镜光路之间插入光瞳滤波器。

所述的光瞳滤波器为振幅型光瞳滤波器或位相型光瞳滤波器，光瞳滤波器由N个同心圆环构成，其中N为大于2的实数，具体值根据不同光学系统的分辨率要求确定。