[发明专利]一种非线性采样的多光束光学相干弹性测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种非线性采样的多光束光学相干弹性测量系统及方法，所述系统包括角膜定位子系统、载荷激励子系统和OCT探测子系统；OCT探测子系统包括非线性微透镜阵列，非线性微透镜阵列包括在各方位上设置的多个非线性微透镜单元，相邻两个非线性微透镜单元之间的距离不同，非线性微透镜单元与前一个非线性微透镜单元的距离随着非线性微透镜单元与激励点的距离的增大而增大；各个非线性微透镜单元的透镜口径大小不同，透镜口径大小随着非线性微透镜单元与激励点的距离的增大而增大。非线性采样得到的信息更能反映软组织生物力学特性，并且更有效收集返回的光能，避免探测光到达测量点时离焦。

技术领域

本发明涉及生物医学弹性成像领域，尤其涉及一种非线性采样的多光束光学相干弹性测量系统及方法。

背景技术

光学相干弹性成像(OCE)是一种新兴的量化软组织生物力学特性的光学技术，为软组织生物力学性能评估提供了新方法，在现代医学上被广泛应用。当OCE应用于医学时，系统通常需要载荷来激发组织产出一定的变形，并采用时域或者频域光学相干断层扫描系统对变形进行测量，然后对组织力学性能进行重建。这是一个将成像、弹性成像和计算建模相结合以构建软组织力学特性图的过程。

在专利(公开号CN109620131A)共光路微透镜阵列多光束光学相干弹性测量系统及方法中提到了建立求解探测光矩阵的空间线性采样和光程线性排布的数学模型。一般来说，软组织是粘弹性的、各向异性的和不可压缩的，故生物软组织并不能真正显示其弹性响应，采用线性采样得到的信息并不能反映软组织生物力学特性。

发明内容

本发明提供一种非线性采样的多光束光学相干弹性测量系统及方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

第一方面，本发明实施例提供了一种非线性采样的多光束光学相干弹性测量系统，包括角膜定位子系统、载荷激励子系统和OCT探测子系统；

角膜定位子系统，用于对角膜进行定位；

载荷激励子系统，用于刺激角膜以使角膜产生机械波和形变；

OCT探测子系统，用于对角膜的弹性响应进行测量，其中OCT探测子系统包括宽光谱光源、光纤耦合器、光开关、样品臂、参考臂和光谱探测器；宽光谱光源和光谱探测器分别通过光纤耦合器连接光开关的一端，宽光谱光源发出的光经过光纤耦合器分光，一路通向参考臂，另一路由光开关控制通向样品臂，所述光开关的另一端分别连接样品臂的对应光路，各光路分别对应相应的探测方位，所述样品臂的每条光路均依次设置有相互配合的准直镜和柱面镜；

样品臂位于角膜前的位置还设置非线性微透镜阵列，所述非线性微透镜阵列包括在各方位上设置的多个非线性微透镜单元，非线性微透镜阵列的中间设有激励孔，各方位探测光经非线性微透镜阵列聚焦在角膜的各测量点，角膜的各测量点反射回的探测光束和参考臂反射回的参考光束发生干涉，其干涉光谱由光谱探测器进行探测；

每个方位上的多个非线性微透镜单元在径向方向上的排列满足：相邻两个非线性微透镜单元之间的距离不同，非线性微透镜单元与前一个非线性微透镜单元的距离随着非线性微透镜单元与激励点的距离的增大而增大；

每个方位上的多个非线性微透镜单元的透镜口径大小满足：各个非线性微透镜单元的透镜口径大小不同，透镜口径大小随着非线性微透镜单元与激励点的距离的增大而增大。

进一步，每个方位上设置m个非线性微透镜单元，非线性微透镜单元与前一个非线性微透镜单元的距离随着非线性微透镜单元与激励点的距离的增大而增大指多个非线性微透镜单元与激励点的距离呈指数增大，具体为：m个非线性微透镜单元在径向方向上排列，并且m个非线性微透镜单元的光心与激励孔的距离的关系为：