[发明专利]像面形态可调的光学相干层析方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学相干层析方法及其成像系统，特别涉及一种基于光谱译码及色散控制技术，实现像面形态可调的光学相干层析方法及其系统。

背景技术

时域光学相干层析（optical coherence tomography,OCT）技术是一种基于光的低相干特性对生物组织的内部微观结构进行高分辨率断层成像的技术。时域光学相干层析采用迈克尔逊干涉原理完成相干选通，基于低相干干涉原理获得深度方向的层析能力，通过扫描重构生物组织或材料内部结构的二维或三维图像，获得样品内部的形态特征和功能特性。经过数十年的发展，光学相干层析的分辨率和轴向扫描速率等关键指标不断提升，这提高了其在生物医学成像、工业生产、珠宝鉴定等领域的应用能力。

光学相干层析成像技术基于光学干涉的基本原理，在成像系统中构筑样品臂和参考臂，利用样品的后向散射光与参考光发生弱相干以获得样品的轴向信息，获得的像面是样品臂与参考臂构筑的等光程差面。在现有技术中，垂轴方向不同空间位置处的干涉光信号的中心波长是一致的（参见文献：F. I. Feldchtein, G. V. Gelikonov, V. M. Gelikonov, R. V. Kuranov, A. M. Sergeev. Endoscopic applications of optical coherence tomography. OPTICS EXPRESS, 3(6), 257-270，1998），利用干涉原理构筑的像面为与深度方向垂直的平面，如附图1所示，它是现有光学相干层析技术中平面形态的像面示意图。光学相干层析的所有横断像面只能是与光轴垂直的平面，这使其三位视场范围局限为形态规则的立方体。现有光学相干层析方法在横断像面和三维视场两方面的上述局限，给生物医学成像应用带来诸多不便。例如，许多待检部位位于人体腔道周围浅表，传统的光学相干层析内窥成像系统进入腔道后，成像深度方向与腔道方向一致，垂直于深度方向的三维视场难以覆盖腔道周围的待检区域，为此改变探头的位置及方向又易给脆弱的器官和腔道带来损伤。又如，人体的解剖学结构复杂，器官构型一般需由曲率方程描述，单一平面形态的横断像面难以与生物样品表面和浅表纹理相切合，不利于人体的结构和功能信息的采集及提取。综上，光学层析成像像面形态的调节技术是光学层析成像技术自身发展及应用提升的迫切需求。

发明内容

本发明针对现有光学层析成像技术存在的像面形态单一和三维视场形态受限的缺陷，提供一种像面形态可调的光学相干层析方法及系统。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是提供一种像面形态可调的光学相干层析方法，包括如下步骤：

1、将相干光源发出的光信号经耦合器分路后，分别作用于样品臂和参考臂，为样品臂提供照明，在参考臂构建参考光信号；

2、在样品臂，将样品放置于物镜的物方焦平面上，由样品发出的光信号经物镜准直后平行出射至衍射器件，进行光谱译码；得到的光谱译码信号由聚焦镜头聚焦至相位调制器上，经相位调制后输出至耦合器；

3、在参考臂，参考光信号经快速扫描延迟线实现相延迟与群延迟的分离，再经聚焦镜头聚焦至色散控制器件；依据像面形态的种类和参数，采用色散控制器件对分离的相、群延迟信号及各阶色散进行色散控制；再经相位控制器件的相位调制，与样品臂的信号达成相位匹配后输出至耦合器；

4、耦合器对来自样品臂和参考臂的光信号进行干涉处理，将得到的干涉信号输入光谱探测器，经处理，得到各个像面的层析图像。

所述像面形态的种类包括抛物面、球面或椭球面。

实现本发明目的的技术方案还涉及提供一种像面形态可调的光学相干层析系统，包括相干光源、耦合器、样品臂、参考臂、光谱探测器，相干光源发射的光信号经耦合器处理后，向样品臂提供照明光，在参考臂构建参考光信号；所述的样品臂包括：物镜、衍射器件、聚焦镜头、相位调制器；样品置于物镜的物方焦平面处，由样品发出的光信号经物镜准直后得到的平行光束出射至衍射器件进行光谱译码；经光谱译码后的光信号由样品臂中所述的聚焦镜头聚焦至样品臂的相位调制器，调制处理后的信号输入至耦合器；所述的参考臂包括：快速扫描延迟线、聚焦镜头、相位调制器和色散控制器件；所述的快速扫描延迟线对参考光信号实施相延迟与群延迟的分离，分离后的光信号由参考臂中所述的聚焦镜头聚焦于参考臂的相位调制器进行相位调制，再经色散控制器对参考光信号实施色散调制后输入至耦合器；耦合器再对来自样品臂和参考臂的光信号进行干涉处理，将得到的干涉信号输入至光谱探测器。