[实用新型]一种OCT中基于时空分光的宽光谱高分辨探测系统

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，尤其涉及一种OCT中基于时空分光的宽光谱高分辨探测系统。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)能实施活体内部组织结构与生理功能的非接触、无损伤、高分辨率在体成像，在生物医学成像领域有着广泛的应用。

目前的谱域OCT系统通过高速线阵CCD来并行采集干涉信号的光谱分量，无需轴向扫描就可以得到样品的深度信息，具有快速和高灵敏度的特点，其系统核心是探测臂中的快速光谱仪。在OCT系统中，系统的轴向分辨率是与光源带宽成反比，光源带宽越宽，对应的相干长度就越短，轴向分辨率就越高。在眼科、皮肤、肿瘤等学科中，超高分辨率(2-3um)的医学图像对临床疾病诊断有着重要意义。因此，谱域OCT必须采用更宽光谱范围的光源，同时探测臂的光栅光谱仪必须探测更宽的光谱成分，才能提高系统的轴向分辨率。国外很多科研机构都开展了这方面的研究，如美国哈佛医学院的N.A.Nassif小组构建了基于890nm中心波长，带宽150nm的SLD(超辐射二极管)光源的超高分辨率谱域OCT系统，轴向分辨率为2.9um；美国麻省理工的J.G.Fujimoto小组构建了基于850nm中心波长，带宽144nm的飞秒激光器的超高分辨率超谱域OCT系统，轴向分辨率为2.1um。在超高分辨率谱域OCT系统的探测臂部分，传统的方法是采用更多像素数的线阵CCD来探测更多的光谱分量，或者基于有限像素数的线阵CCD探测更宽的光谱范围，但牺牲光谱仪的光谱分辨率。由于线阵CCD像素数的增加意味着视场的增大，除非设计更加复杂的光学成像系统，否则在像面上(CCD感光面)不可避免的会出现严重的场曲现象，同时由于光谱范围太宽，色散现象严重，导致不同色光的聚焦位置不同，使得光谱仪无法完全分开各种色光而引入串扰(cross-talk)，探测信噪比下降继而系统轴向分辨率下降，最终降低了成像质量。而降低光谱仪的光谱分辨率意味着谱域OCT成像深度的降低。因此，如何在有限成像视场的情况下使光栅光谱仪高分辨地测量更宽广的光谱范围是超高分辨率谱域OCT系统研制的一大技术难点。

发明内容

为了克服上述技术难点的不足，本实用新型的目的在于提供了一种OCT中基于时空分光的宽光谱高分辨探测系统，在超高分辨率的谱域OCT系统的探测臂部分，采用时间域和空间域两级分光的结构来实现高光谱分辨率的超宽带光谱探测。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一、一种OCT中基于时空分光的宽光谱高分辨探测方法：

在谱域OCT系统的探测臂采用时间域和空间域两级分光，实现谱域OCT的宽带光谱高分辨率探测；其具体步骤如下：

1)在谱域OCT系统的探测臂中，先通过自由光谱范围大、光谱分辨率低的声光调制器(acousto-optic tunable filter，AOTF)作为一级分光器件进行时间域上的第一级分光，将宽带光谱在时间上分成序列窄带光谱依次输出；

2)在谱域OCT系统的探测臂中，在一级分光器件之后，再通过光谱分辨率高、自由光谱范围窄的空间域分光器件进行第二级分光，将来自声光调制器的序列窄带光谱在空间域上实施进一步的分光；空间域分光器件虚像相控阵列(Virtual Imaged Phased Array，VIPA)的自由光谱范围大于声光调制器的光谱分辨率；

3)在谱域OCT系统的探测臂中，利用两级分光器件时空分光后的光谱，通过由聚焦透镜和高速线阵CCD组成的光谱成像系统实施光谱成像和并行探测。

二、一种OCT中基于时空分光的宽光谱高分辨探测系统：

本实用新型包括宽带光源、光隔离器、宽带光纤耦合器、四个偏振控制器、参考臂、扫描探头和探测臂；从宽带光源出来的低相干光，经第一偏振控制器、光隔离器入射到宽带光纤耦合器，经分光后一路经第二偏振控制器进入扫描探头，另一路经第三偏振控制器进入参考臂，返回的光在宽带光纤耦合器中干涉后，经第四偏振控制器，进入探测臂把干涉信号分解成光谱信号，最后这些光谱信号传入计算机，在计算机进行处理，通过逆傅立叶变换重建图像。所述探测臂：包括声光调制器、准直透镜、柱面聚焦透镜、虚像相控阵列、聚焦透镜和高速线阵CCD组成；干涉光先通过自由光谱范围大、光谱分辨率低的声光调制器后，经准直透镜和柱面聚焦透镜，入射到一个光谱分辨率高、自由光谱范围窄的虚像相控阵列，再由聚焦透镜成像和高速线阵CCD进行并行探测，实现谱域OCT的宽光谱高分辨测量。