[实用新型]一种基于干涉光谱相位信息的光谱标定系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学相干层析成像技术和扫频光学相干层析成像技术，尤其涉及一种基于干涉光谱相位信息的光谱标定系统。

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。

傅立叶域光学相干层析成像系统包括谱域光学相干层析系统和扫频光学相干层析系统两种型式。谱域OCT系统采用宽带光源和快速多通道光谱仪的结构，扫频OCT系统采用快速可调谐激光器和点探测器的结构。通过快速采集干涉光谱信号，不需要进行轴向扫描，通过对干涉光谱信号进行快速傅立叶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。然而在扫频OCT系统中扫频光源输出光的波长随时间连续变化，由数据采集卡采集到的干涉光谱信号的各个采样点之间是等时间间隔分布的，而扫频光源输出光的波数通常并不是随时间线性变化的，对采集到的非等间隔波数分布的干涉光谱信号采样点数据直接进行傅立叶变换将会导致轴向分辨率和测量精度的下降。因此在对干涉光谱信号进行基于快速傅立叶变换的图像重建算法之前，必须先得到各个采样点平均分布于波数空间的干涉光谱信号，此过程即为光谱标定。

为了使扫频OCT的干涉光谱信号采样点平均分布于波数空间，国外科研机构提出了很多方法。美国哈佛大学医学院G. J. Tearney小组提出采用一个窄带固定波长滤波器（如光纤布拉格光栅）来标定扫频输出光的起始点，并且认为波长随时间线性分布，以对干涉光谱信号进行插值的方法，得到等波数间隔分布的干涉光谱采样点。加州大学Irving分校的Zhongping Chen小组和杜克大学Izatt小组提出在扫频OCT系统中引入一个固定的光纤法布里-珀罗干涉仪(FFPI)，每当扫频光源输出的扫频光谱覆盖FFPI的自由光谱范围时，FFPI就产生一个尖峰信号，触发采集卡采集一个采样点，由于这些尖峰信号形成的梳状信号是等波数间隔分布的，采集到的干涉光谱采样点也是等波数间隔分布。美国麻省理工大学的J. G. Fujimoto小组提出利用光纤法布里-珀罗干涉仪产生的梳状信号经过带通滤波器得到与FFPI梳状信号同频率的正弦信号，与OCT干涉光谱信号同步采集，通过最近邻域比较算法得到等波数间隔分布的采样点。在此基础上，美国麻省理工大学的J. G. Fujimoto小组又提出利用马赫曾德干涉仪代替光纤法布里-珀罗干涉仪，直接产生正弦的标定信号，结合最近邻域比较算法得到等波数间隔采样点。美国哈佛大学医学院M. E. Brezinski小组针对马赫曾德干涉仪采样点找到的峰谷值的不精确性，对马赫曾德干涉信号采用遗传算法和插值相结合的算法插值出准确的峰谷值对应的采样点，在一定程度上提高了轴向分辨率和灵敏度。美国约翰霍普金斯大学的Xingde Li小组采用马赫曾德干涉仪结合过零点探测电路得到等波数间隔采样时钟，触发采集卡对OCT干涉信号进行等波数间隔采集，降低了数据采集卡的采集要求。

上述这些方法，都存在其固有缺点，如采用窄带固定波长滤波器（如光纤布拉格光栅）来标定扫频输出光的方法，只能标定起始点的波长固定于一点，不能校正扫频输出光谱变化对分辨率带来的影响；利用光纤法布里-珀罗干涉仪产生的梳状信号对干涉信号进行标定的方法，需要引入较复杂的器件，且只能产生有限多的采样点对干涉信号进行插值，降低了插值精度及系统灵敏度；利用马赫曾德干涉仪同步探测OCT干涉信号结合最近邻域比较算法进行标定的方法，虽然不用引入额外复杂的器件，对分辨率的提高效果也比较好，但是仍然只能产生有限多的等波数间隔采样点，使插值精度及灵敏度降低，且由于奈奎斯特采样定理的限制，使得对于标定大光程差处的干涉信号需要产生更大光程差的马赫曾德干涉信号，降低了算法的标定精度，也增大了采集卡的负担。因此有必要研究易于实现、标定分辨率高、且使信号灵敏度高的光谱标定方法。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于干涉光谱相位信息的光谱标定系统。在扫频光学相干层析成像系统的标定臂中设置马赫曾德干涉仪，通过计算马赫曾德干涉仪的干涉光谱相位信息对扫频OCT干涉信号进行等波数间隔标定。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一、一种基于干涉光谱相位信息的光谱标定方法：

在扫频光学相干层析成像系统中，利用马赫曾德干涉仪产生的马赫曾德干涉仪干涉光谱信号的光谱相位，得到等波数间隔分布的光学相干层析信号采样点；该方法的具体步骤如下：