[发明专利]一种兼容光谱信息分析功能的光学相干层析装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于光电检测结合生物成像技术领域，具体涉及一种兼容光谱信息分析功能的光学相干层析装置。

背景技术

层析成像技术是指对被测物体进行横断面成像，它实际上是一个逆散射问题：利用物体在多角度或多频率波场照射下所接收到的前向透射数据或背向散射数据，通过反演算法，求取物体中散射体的相对位置、几何形状或内在参数。光学相干成像是层析成像技术在光学上的应用。

光学相干层析成像将先进的光学技术和超灵敏探测合为一体，加上现代计算机图像处理，发展成为一门新兴的层析成像诊断技术。它与其他医学成像技术相比，例如X射线层析成像、超声层析成像等，具有以下优越性：

1)无辐射损伤、非侵入性

光学相干层析成像光源的发射功率在1～20mW内，不会对生物组织造成损害。当检测组织表面的时候，可将光源直接照射，扫描探测机构不需要与组织表面严密接触。当诊断体内组织的时候，可结合内窥镜技术探测体内空腔浅表组织，所以避免了对病变组织做病理切片这种具有一定破坏性的方法。

2)高灵敏度

光学相干层析成像可达到很高的探测灵敏度，因为干涉仪测量的是场而不是光的强度。参考信号可有效加强微弱的后向散射光信号。用优化系统设计，可得到近似量子极限探测。典型的光学相干成像系统可达到90dB～100dB的探测灵敏度，要探测来自大多数散射生物组织2～3mm深度的光学信号已足够。

3)高分辨率

光学相干层析成像能提供独立于横向分辨率的近似于微米量级（1～15μm）的轴向分辨率，这主要取决于宽带光源的带宽或可调谐光源的调谐范围。

光谱分析，特别是生物组织的吸收光谱，对于鉴别生物组织的特征和成分具有重要作用。如果将光学相干层析成像对于生物组织病变位置或奇异位置定位和散射信息与光谱分析信息结合，将有利于获得更多的光谱分析信息，有利于医生或科学家找到更多的解决方案。

目前还没有一种光学层析成像技术和光谱分析技术结合的方法。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提出了一种兼容光谱信息分析功能的光学相干层析装置和方法,利用传统光学相干层析方法得到生物组织的层析成像特征，对病变部位或奇异部位再进行多中心波长的光学相干层析成像，得到在不同波长下的生物组织病变部位或奇异部位的散射和吸收信息，即在传统光学相干层析方法上增加了光谱分析功能。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

本发明提供的一种兼容光谱信息分析功能的光学相干层析装置，该装置包括系统光源1、1:99光分束器2、辅助干涉仪15、主干涉仪16和采集装置13，其中：

系统光源1，用于提供由不同中心波长可调谐激光光源组成的光源；

1:99光分束器2，用于将系统光源1的出射光由1:99光分束器2的第一端口进入，并以1:99的比例分别从第二、第三端口分配到辅助干涉仪15和主干涉仪16；

辅助干涉仪15，采用迈克逊干涉仪结构，该结构具体包括第一环行器4、第一50:50耦合器6、第一法拉第转镜7和第二法拉第转镜8、延迟线9和第一平衡光电探测器3，在所述辅助干涉仪15中：从1:99光分束器2的第二端口的出射光进入第一环行器4的第一端口，光从第一环行器4的第二端口射出进入第一50:50耦合器6的第二端口，光从第一50:50耦合器6的第三端口和第四端口分别进入迈克逊干涉仪的两臂，其中一臂设置一个光学延迟线9，其作用是控制辅助干涉仪15输出干涉信号的频率；在迈克逊干涉仪的两臂光经过第一法拉第转镜7和第二法拉第转镜8返回第一50:50耦合器6的第三端口和第四端口，再从第一50:50耦合器6发生干涉，后干涉光从第一50:50耦合器6的第一端口和第二端口射出，第一50:50耦合器6第二端口出射光进入从第一环行器的第二端口，光从第一环行器4的第三端口进入第一平衡光电探测器3；第一50:50耦合器6第一端口出射光也进入第一平衡光电探测器3；第一平衡光电探测器3将光信号转换为电信号，该电信号直接用于产生采集装置13的外部时钟；