[发明专利]基于单探测器的偏振频域光学相干层析成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及偏振频域光学相干层析成像（Polarization-sensitive Fourier Domain Optical Coherence Tomography，PS-FD-OCT）系统，尤其是一种基于单探测器的偏振频域光学相干层析成像系统。

背景技术

光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography，OCT）是近二十几年来发展起来的可以对生物组织进行层析成像的技术，具有分辨率高、非侵入等特点。传统OCT中认为样品不同的深度反射回探测器的光的特性是不同的，利用这个原理获得样品内部的结构信息。但很多生物组织中都存在光的偏振现象。当组织中某处发生病变时，该处组织的反射率、双折射率等都会发生变化，从而改变组织内反射光的强度和偏振态。传统OCT对具有双折射性质的生物组织（例如肌肉、牙齿等）所成层析图像的对比度并不理想，无法显示出具有双折射特性的生物组织分层的组织性质。为此，Hee等人发展出偏振OCT（Polarization-Sensitive optical coherence tomography，PS-OCT）技术，特别是近几年发展起来的偏振频域OCT（PS-FD-OCT），具有成像速度快、信噪比高等优点。PS-FD-OCT对生物组织的偏振特性非常敏感，利用偏振光对样品成像，提高系统的实际分辨率和成像对比度，不仅可得到组织的强度图像，也可同时得到组织的延迟图像和快轴图像，为更好的了解样品内部信息提供了更多依据，能够更全面的观测样品的内部结构。

在PS-FD-OCT系统中，宽带光经起偏器变为线偏振光，然后经分束器分为两束，其中一束经过波片、成像物镜等后照射到样品上，另一束经波片、可调衰减片后照射到参考镜上，从样品不同深度处反射回的光和从参考镜反射回的光在分束器处相干叠加，然后该相干光分经偏振分束器后分成水平偏振和垂直偏振两束，分别被两个光谱仪中的光栅分光后经透镜聚焦由探测器记录（参见在先技术[1],E,Baumann B,Pircher M,and Christoph K.Hitzenberger,“Polarization maintaining fiber based ultra-high resolution spectral domain polarization sensitive optical coherence tomography”.Optics Express,2009,17(25):22704.）。使用双探测器的系统复杂，两个光谱仪的探测器硬件和软件触发需要较高要求的同步，否则两探测器间的信号采集会产生时间延迟。Bernhard等人采用把水平偏振和垂直偏振两束光同时入射到光栅上，光线以不同衍射角从光栅出射，用一个线阵CCD的毗邻区域探测这两路信号的方法实现样品的偏振探测（参见在先技术[2]，Bernhard Baumann,ErichMichael Pircher,and Christoph K.Hitzenberger，“Single camera based spectral domain polarization sensitive optical coherence tomography”.Optics Express,2007,15(3):1054.）。光线以Littrow角入射时，衍射效率最高，但为保证两束光以合适的不同的衍射角从光栅出射，这两束光的入射角度都偏离Littrow角一定的角度。OCT信号相对较弱，衍射效率越高系统信噪比越好，光线以偏离Littrow角的角度入射降低了衍射效率，降低了系统信噪比，图像质量下降，为保证水平偏振光和垂直偏振光都有相对较高的衍射效率，偏离角度需要精确计算且不能偏离太大，增加了系统调节的难度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于单探测器的偏振频域光学相干层析成像系统，该系统只采用单一探测器，简化了系统结构，避免了两个探测器采集信号时时间不同步的问题，同时提高了系统的信噪比，提高了图像质量。

本发明的技术解决方案如下：