CN209220283U - 一种扫频振镜式oct系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种扫频振镜式OCT系统，包括扫频激光发生装置，生成探测光束以及与探测光束相干的参考光束；样品臂，使得探测光束扫描到待扫描的样品上，探测光束照射到样品上发生反射产生反射光束，所述样品臂包括扫描振镜和平场透镜；参考臂，用于调节参考光束的光路；所述参考臂中设置有光学延迟装置，所述光学延迟装置用于调整所述参考臂光程；光束检测装置，使所述反射光束与所述参考光束相互干涉以生成干涉光信号，并对所述干涉光信号进行检测。该系统基于扫频激光、扫描振镜、平场透镜和光学延迟装置，可以用于平面型的组织或样品扫描，实现一次性对平面型对象进行高分辨率扫描成像并得到最佳成像。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种医学成像系统领域，尤其涉及一种光学相干断层扫描成像(OCT,Optical Coherence Tomography)系统。
背景技术
目前，市场上的OCT技术依据成像原理可以分为时域(TD-OCT)和频域(FD-OCT)。时域OCT一般认为是第一代OCT技术，当且仅当从组织中反射回来的光信号与参照反光镜反射回来的光信号的光程完全匹配的情况下才能产生干涉信号。通过参考反射镜反射回来的光信号的扫描，实现样品内部纵向信息(深度方向)的逐点获取，广泛应用于眼前节、冠状动脉等需要大量程的情况。例如用于眼科的OCT系统，通过匹配每个位置的光程差来搜集不同断层的光学密度信息，依次反映眼球的组织结构，此系统适用于各断层有明显的光学性质区别(如玻璃体和晶状体)的组织。频域OCT技术则采用了傅里叶变换技术，将时域的信息转换成频率域的测量。一般而言，对于频域OCT来说，参考臂光程都是固定的，要实现成像则需要保证样品的所有采集点的样品臂光程与参考臂光程的光程差在能够发生干涉的相干长度以内，由于频域OCT所采用的是宽频谱光源，其相干长度一般为20mm，为了更好地匹配参考臂光程和样品臂光程之间的光程差，目前该技术主要用于管状组织的成像。但是，现有的OCT技术对于非管腔的组织则不能得到高分辨率的扫描成像并达到最佳的成像效果。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种扫频振镜式OCT系统，以实现非管腔状组织的成像检测的目的。
本实用新型的目的采用如下技术方案实现：
一种扫频振镜式OCT系统，包括
扫频激光发生装置，生成探测光束以及与探测光束相干的参考光束；
样品臂，使得探测光束扫描到待扫描的样品上，探测光束照射到样品上发生反射产生反射光束，所述样品臂包括扫描振镜和平场透镜；
参考臂，用于调节参考光束的光路；
所述参考臂中包含一个可调的光学延迟装置，用于调节参考臂光程；
光束检测装置，使所述反射光束与所述参考光束相互干涉以生成干涉光信号，并对所述干涉光信号进行检测；
进一步地，所述扫频激光发生装置包括扫频激光器和分光镜，所述分光镜将所述扫频激光束分为所述探测光束和所述参考光束。
进一步地，所述扫频激光器采用线宽为110nm的扫频激光器。
进一步地，所述反射光束与所述参考光束的相干长度为20mm。
进一步地，所述光学延迟装置包括步进电机和设置于参考臂中的反光镜组，所述反光镜组至少有两个反光镜，反光镜之间的相对角度随步进电机的驱动而调整。
进一步地，所述反光镜组将所述参考光束反射至所述光束检测装置。
进一步地，所述光束检测装置包括探测器、光电转换器和数据处理及显示器，所述探测器将所述反射光束和所述参考光束相互干涉形成干涉光信号，所述光电转换器将所述干涉光信号转换为电信号，所示数据处理及显示器将所述电信号转换成样品结构信息的成像。
进一步地，所述扫描振镜和所述数据处理及显示器通过统一的同步信号进行连接。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种扫频振镜式OCT系统，通过扫描激光发生装置和平场透镜的结合，使扫频激光束分光后的探测光束能够聚焦到同一平面上，并且保证样品臂光程和参考臂光程的光程差在能够产生干涉的相干长度范围内，因而可以对皮肤表面等非管腔类平面型样品表面以下的结构进行扫描成像，并且成像的分辨率高，扫描的范围也可以进行调整，光学延迟装置的加入可以不改变成像台和样品之间的距离，而只需要通过调节该光学延迟装置即可调整参考臂光程以更佳地和样品臂光程相匹配，从而达到最佳的成像效果。
附图说明
图1为本实用新型一种扫频振镜式OCT系统的示意图；
图2为扫描振镜改变光束方向实现扫描的原理图；
图3为扫描振镜电路控制示意图；
图中：1、扫频激光器；2、X轴方向电机；3、Y轴方向电机；4、平场透镜；5、样品。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
图1为本实用新型一种扫频振镜式OCT系统的一具体实施例的示意图，包括扫频激光发生装置、样品臂、参考臂、光束检测装置，所述扫频激光发生装置包括扫频激光器和分光镜；所述样品臂包括环形器、扫描振镜和平场透镜；参考臂包括一个可调的光学延迟装置，该光学延迟装置包含步进电机和反光镜组；所述光束检测装置包括探测器、光电转换装置和数据处理及显示器。扫频激光器发出扫频激光束在分光镜被分为探测光束和参考光束，参考光束在参考臂中经反光镜组反射到探测器中，探测光束在样品臂中经扫描振镜调节后进入平场透镜，通过平场透镜的探测光束照射到待检测的样品上反射产生携带扫描样品信息的反射光束，反射光束反向依次通过平场透镜、扫描振镜后经环形器进入探测器，所述反射光束与参考光束在探测器中相互干涉产生干涉光信号，干涉光信号通过光电转换器后转换成电信号，数据处理及显示器处理该电信号并显示最终的样品结构信息。
本实施中，扫频激光器为具有较短的相干长度的激光器，优选地选用线宽为110nm的扫频激光器，更优地，采用该类型扫频激光器通过分光镜生成的探测光束经样品臂照射到待检测的样品后反射产生的反射光束和参考光束相互干涉的干涉长度为20mm。采用该类型的扫频激光器因其相干长度比较短，所以OCT系统扫描成像的分辨率比较高。
样品臂中包括环形器、扫描振镜和平场透镜，所述探测光束从扫描振镜一侧进入扫描振镜，在实际的皮下组织扫描成像工作中实用灵活方便，能够精准控制探测光束描述的角度以及提高扫描的速度，从而提高扫描成像的质量，扫描振镜和数据处理及显示器通过统一的同步信号进行连接，可以实时有效地得到待扫描样品的成像。经过扫描振镜的探测光束通过平场透镜照射到待检测的样品上，球面透镜一般只适用于圆形平面上成像，而平场透镜则能解决该问题，使探测光束的探测成像焦点在同一平面上，平场透镜对于一定的入射光偏转速度对应着一定的扫描速度，因此可用等角速度的入射光实现线性扫描，平场透镜可以保证在同一扫描平面区域内经样品反射的反射光束与参考光束的光程差在相干的长度内，因而可以对平面型组织进行扫描成像。本实用新型采用的扫频激光器和平场透镜较好地解决了由于短相干长度带来的参考臂光路和样品臂光路的限制，同时还有效地保障了平面型组织扫描成像的分辨率。
参考臂中包含一个可调的光学延迟装置，光学延迟装置可用于调整参考臂光程，该光学延迟装置可以为步进电机、迈克尔逊干涉仪、光学延迟光栅等。本实施例优选地，所述光学延迟装置包括步进电机和反光镜组，所述反光镜组至少有两块反光镜，本实施例优选地反光镜的数量为两块，用于调整参考光束的角度，使得参考光束能够进入探测器中。所述步进电机的驱动用于调整反光镜之间的相对距离和相对角度，进而调整参考光束与反射光束的光程差。步进电机设置在参考臂光路中，可以在不改变成像台以及样品之间的距离的条件下，只需要通过调节步进电机驱动调整参考臂光程来匹配样品臂的光程差，从而可以调整扫描成像的质量。优选地，步进电机可以连接到数据处理及显示器，更加精准和及时地调整光程差，提高成像的质量。
实施例探测器优选地选用点探测器，点探测器分时记录反射光束和探测光束产生的低相干干涉信号，所述探测器连接光电转换器，光电转换器用于将光谱信号转化成可以处理的电信号并将该电信号发送至与光电转换器连接的数据处理及显示器，数据处理及显示器通过傅里叶变换处理该电信号，并显示样品结构信息的图像以供医生进行诊断。
理论上，参考光束和反射光束的光场分别表示为和 其中E0，k，r，s，分别为光场的初振幅、波矢、参考光束光程、参考光束初相位、反射光束光程、反射光束初相位。进入探测器的是两者的相干信号
I＝(Er+Es)(Er+Es)*＝ErEr*+EsEs*+ErEs*+EsEr*
其中，前两项为参考光束和反射光束的非相干项，表现为大小不随光程差(r-s)改变，在数值处理中直接倍率出。而后两项为相干项，表现为大小随光程差(r-s)的改变而改变，也是数值处理中携带样品信息的部分，后两项简化为
其中称为相位差，是在激光分束的时候就确定下来的，不会在后续的过程中发生改变，此时相干信号的强度只取决于参考光束和反射光束的光程差(r-s)，而参考光束的光程r是一个固定值，则携带不同断层信息的样品光程s和此时的k是一对决定光信号的参数。由于本技术方案采用了扫频激光，则探测器每个时刻搜集到的光信号对应不同的光频率的信息，即形成了I相干(k,s)，其中k和s是一对傅里叶互变换的关系，即可以通过对I进行相应的傅里叶变换，可以得到样品的断层信息。
图2为本实用新型一种扫频振镜OCT系统的扫描振镜改变光束方向实现扫描的原理图。扫频激光器1发出扫频激光束，扫频激光束通过分光镜后分为探测光束和参考光束，探测光束从一侧进入扫频振镜后，首先通过X轴方向电机2所携带的偏转镜片将探测光束反射至Y轴方向电机3所携带的偏转镜片，Y轴方向电机3所携带的偏转镜片完成对样品5的一次扫描则实现一维的线性扫描，再通过调整X轴方向电机2的偏转角度，实现对样品5的另一行线性扫描，无论X轴方向还是Y轴方向均要通过平场透镜4，并不断以此方式依次扫描，即可实现二维平面的扫描以得到完整的表皮下组织的成像。扫描振镜不仅使用灵活方便，还能够很好地提高探测光束扫描的精准度，有利于提高扫描成像的质量。
图3为本实用新型的一种扫频振镜OCT系统的扫描振镜电路控制图示意图。扫描振镜包括了双轴扫描振镜驱动，双轴扫描振镜驱动包括X轴伺服控制器和Y轴伺服控制器，X轴伺服控制器用于控制X轴电压输入和X轴检测信号输出，从而调整X轴方向电机的偏转角度；Y轴伺服控制器用于控制Y轴电压输入和Y轴检测信号输出，从而调整Y轴方向电机的偏转角度。扫频振镜和数据处理及显示装置通过统一的同步信号进行连接，可以实时得到皮下组织的扫描成像。扫描振镜的伺服控制器能够高速运转，通过控制扫描振镜可以提升扫描成像的速度。
上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种扫频振镜式OCT系统，其特征在于：包括
扫频激光发生装置，生成探测光束以及与探测光束相干的参考光束；
样品臂，使得探测光束扫描到待扫描的样品上，探测光束照射到样品上发生反射产生反射光束，所述样品臂包括扫描振镜和平场透镜；
参考臂，用于调节参考光束的光路；
所述参考臂中包含一个可调的光学延迟装置，用于调节参考臂光程；
光束检测装置，使所述反射光束与所述参考光束相互干涉以生成干涉光信号，并对所述干涉光信号进行检测。
2.如权利要求1所述的扫频振镜式OCT系统，其特征在于：所述扫频激光发生装置包括扫频激光器和分光镜，所述分光镜将所述扫频激光束分为所述探测光束和所述参考光束。
3.如权利要求2所述的扫频振镜式OCT系统，其特征在于：所述扫频激光器采用线宽为110nm的扫频激光器。
4.如权利要求1所述的扫频振镜式OCT系统，其特征在于：所述反射光束与所述参考光束的相干长度为20mm。
5.如权利要求1所述的扫频振镜式OCT系统，其特征在于：所述光学延迟装置包括步进电机和设置于参考臂中的反光镜组，所述反光镜组至少有两个反光镜，反光镜之间的相对角度随步进电机的驱动而调整。
6.如权利要求5所述的扫频振镜式OCT系统，其特征在于：所述反光镜组将所述参考光束反射至所述光束检测装置。
7.如权利要求1所述的扫频振镜式OCT系统，其特征在于：所述光束检测装置包括探测器、光电转换器和数据处理及显示器，所述探测器将所述反射光束和所述参考光束相互干涉形成干涉光信号，所述光电转换器将所述干涉光信号转换为电信号，所示数据处理及显示器将所述电信号转换成样品结构信息的成像。
8.如权利要求7所述的扫频振镜式OCT系统，其特征在于：所述扫描振镜和所述数据处理及显示器通过统一的同步信号进行连接。
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