CN104568754A - 基于多谱段led光源的oct系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多谱段LED光源的OCT系统，其包括干涉系统、干涉谱采集系统、控制单元以及向干涉系统提供光的光源，该光源为LED光源，其包括多个LED芯片，该LED芯片所具有的波段中包含了多种不同中心波长的波段，其种类数量等于或低于LED芯片的数量，该LED芯片还设置于线路层上，该线路层设置于基板上，该线路层还具有与LED芯片的数量对应的多个引脚，该LED芯片的一端电极串联和/或并联连接、相对的另一端电极由引脚引出。本发明与现有技术相比，其不仅降低了成本，更为重要的是，还实现了对一套光源上可根据需要调节出不同波长的光源的目的，从而扩展了荧光显微镜上光源在使用上的多变性，使得OCT系统可以实现对光源的中心波长的大范围扫描。

Description

基于多谱段LED光源的OCT系统
技术领域
本发明涉及一种荧光显微镜，具体涉及一种基于多谱段LED光源的OCT系统。
背景技术
光学相干层析技术(OCT，Optical Coherence Tomography)是近十几年来出现的一种新兴技术，其理论基础是早期的白光干涉测量法，起源于最初用于网络故障检测的光学相干域反射测量技术。OCT技术是将低相干干涉仪与共焦扫描显微镜技术相结合，利用近红外弱相干光照射到待测组织，依据光的相干性产生干涉，采用超外差探测技术，测量反射回来的光强，用于组织浅表层成像，具有高分辨率，且能实时进行三维成像，已经成为医学、工业、卫生等领域一个重要的影像成像技术。
目前OCT系统，主要分为时域OCT和频域OCT两种，两种系统的核心都是一个采用宽带光源的迈克尔逊干涉仪。微弱的弹道光信号从多层组织样品内部反射回来，并与大功率的相干参考光束混合，然后使用高灵敏度锁相放大器探测干涉结果。
如图1所示，时域OCT系统中，低相干光源发出的相干光经分束器分束，分别进入样品臂与参考臂，参考臂是作精密扫描的参考反射镜，用以产生参考光；样品臂放置待检测组织样品，照在样品上的光进入样品组织内部，经过样品反射回来的光与反射镜反射回来的参考光经光纤耦合器汇合到探测器处，由于光源的弱相干性，只有来自样品某一特定深度的反射光才能与参考光相干，而来自样品不同深度的反射光具有不同的相位延迟，随着时延的增大，干涉信号急剧下降。对应参考臂的某一位置，只有当反射镜反射回的参考光和生物样品反射的信号光的光程差匹配时才一能产生干涉，而与参考臂光程相差一个相干长度的信号光就不能与参考光发生干涉。由于样品反射回来的光的强弱与样品的组织密切相关，光信号包含有组织的散射系数和吸收系数等信息，信号的强度反映了样品的反射强度，因此，产生的干涉信号被光电探测器探测，经探测器把干涉后的光转换成电信号经过数据采集和处理系统收集，并在计算机上进行分析。
如图2所示，频域OCT中，宽带光源发出的光被分束器按振幅分束，被参考臂上的反射镜和样品臂上的样品分别反射与背向散射之后，又重新在分束器上相遇，参考光波与样品光波之间的光程差导致相同波长的光之间发生干涉，干涉光谱被光栅分光，线阵CCD探测器检测，即频域OCT对干涉信号光谱进行分析，样品一个轴向深度的图像信息都包含在干涉光谱上，通过其傅里叶逆变换可获得样品一个轴向深度图像，所以省去了时域OCT法中非常费时的光学延时扫描机构，只需一个横向扫描机构，提高了成像速度。
目前的OCT系统，大多采用价格昂贵的SLED或者扫频激光，为了提高分辨率，甚至有科研人员采用价格更加昂贵的飞秒激光宽带光源，不仅成本高、体积庞大、维护难度大，而且在后续使用中无法根据需要去控制和调节激发光源的波长，从而无法实现对光源的波长的大范围扫描。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低成本、且光源波长可调并可实现大范围扫描的基于多谱段LED光源的OCT系统。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
基于多谱段LED光源的OCT系统，其包括干涉系统、干涉谱采集系统、控制单元以及向干涉系统提供光的光源，该光源为LED光源，其包括多个LED芯片和/或LED芯片组，该LED芯片和/或LED芯片组所具有的波段中包含了多种不同中心波长的波段，其种类数量等于或低于LED芯片和/或LED芯片组的数量，该LED芯片和/或LED芯片组还设置于线路层上，该线路层设置于基板上，该线路层还具有与LED芯片和/或LED芯片组的数量对应的多个引脚，该LED芯片和/或LED芯片组的一端电极串联和/或并联连接、相对的另一端电极由引脚引出。
本发明对基于多谱段LED光源的OCT系统的光源作出了改进，首先以LED光源替代了现有技术中的飞秒激光宽带光源等激发光源，降低了光源使用上的成本；其次，多个LED芯片和/或LED芯片组中，其具有了多种不同中心波长的波段，每个具有不同中心波长的LED芯片或LED芯片组通过设于线路层上的与LED芯片或LED芯片组相对于的独立引脚引出，通过该引脚可以在某一时间接通一个或多个LED芯片或LED芯片组，未被接通的其余LED芯片或LED芯片组处于关闭状态，此时，整个LED光源输出的光由这些接通电源的LED芯片或LED芯片组发出的光进行合成，需要什么波长的光源只需要接通相应的具有具有不同中心波长的LED芯片或LED芯片组即可，实现了对光源的中心波长的调节控制，从而依靠对LED芯片或LED芯片组的独立的电流通断实现了对光源的中心波长的大范围扫描。
因此，本发明与现有技术相比，其不仅降低了成本，更为重要的是，还实现了对一套光源上可根据需要调节出不同波长的光源的目的，从而扩展了荧光显微镜上光源在使用上的多变性，使得OCT系统可以实现对光源的中心波长的大范围扫描。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进：
作为优选的方案，上述的LED芯片和/或LED芯片组以阵列形式排布。
采用上述优选的方案，将LED芯片和/或LED芯片组以阵列形式排布，使得光源的出光可以更为均匀。
作为优选的方案，上述的LED芯片和/或LED芯片组的一端电极为共阳极连接，多个引脚为共阴极连接；或者LED芯片和/或LED芯片组的一端电极为共阴极连接，多个引脚为共阳极连接。
采用上述优选的方案，可以形成LED芯片和/或LED芯片组的两种可选的电连接方案。
作为优选的方案，上述的LED芯片和/或LED芯片组为红外LED芯片和/或红外LED芯片组。
采用上述优选的方案，红外LED芯片发射的红外光，大部分光能量处于人眼视觉细胞不能感受到的红外波段(＞840nm)，相同光能量密度下，比可见光对人眼的光刺激低数倍，更容易被患者接受，对人眼细胞无损，更安全。
作为优选的方案，上述的LED芯片和/或LED芯片组中，具有相同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组并联或串联连接，具有不同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组仅并联连接。
采用上述优选的方案，相同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组的接通放在一起一次接通或者分次接通，不同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组分次接通，从而可以便于将相同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组、和不同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组的接通区分开来。
作为优选的方案，上述的光源还设置有控制电路，其一次控制一个LED芯片或LED芯片组的电路通断，或一个控制多个LED芯片和/或LED芯片组的电路通断。
采用上述优选的方案，可以通过控制电路来自动控制LED芯片和/或LED芯片组的接通，该控制电路可以是独立的电路，也可以是由微电脑控制的集成电路，每个不同中心波长的LED芯片或LED芯片组通过设于线路层上的独立的引脚连接于控制电路不同的输出引脚上，以此来实现对不同LED芯片或LED芯片组的实时独立的控制，可在某一时间接通一个或多个LED芯片或LED芯片组，其余的LED芯片或LED芯片组处于关闭状态。
作为优选的方案，上述的控制电路还用于控制LED芯片和/或LED芯片组的通电电流大小。
采用上述优选的方案，可以实现对LED芯片和/或LED芯片组的中心波长的小范围扫描。
作为优选的方案，上述的线路层和基板之间设置有绝缘层。
采用上述优选的方案，可以形成线路层和基板之间的绝缘。
附图说明
图1为传统的时域OCT系统的结构示意图。
图2为传统的频域OCT系统的结构示意图。
图3本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的结构示意图。
图4本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统中所涉及的光源在1310nm中心波长下的光谱图。
图5本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统中所涉及的光源在不同中心波长覆盖范围下的光谱图。
图6本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统中所涉及的光源的结构示意图。
图7为为本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统中所涉及的LED光源的电路图。
其中，1.光源  11.LED芯片  12.引脚  13.共阴极  14.基板  15.线路层  16.绝缘层  21.光纤耦合器  22.反射镜  23.光纤参考臂  24.光纤内窥成像探头  31.光栅  32.透镜组  33.线阵CCD探测器  4.控制单元。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，如图3-6所示，在本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的一些实施方式中，其包括干涉系统、干涉谱采集系统、控制单元4以及向干涉系统提供光的光源1，该干涉系统包括光纤耦合器21、反射镜22和光纤参考臂23，该干涉谱采集系统包括光栅31、透镜组32和线阵CCD探测器33，在一些实施中，干涉系统和干涉谱采集系统的结构也会与此存在差别，此处仅给出一种结构的干涉系统和干涉谱采集系统，其与可以从现有技术中获知，在此不再一一列举；作为改进，该光源1包括九个LED芯片11，该九个LED芯片11所具有的波段中包含了九种或着少于九种不同中心波长的波段，九个LED芯片11的中心波长范围一般在700-1500nm之间，该LED芯片11还设置于线路层15上，该线路层15设置于基板14上，该线路层15还具有与LED芯片11的数量对应的九个引脚12，该LED芯片11的一端电极串联或并联连接，也可以串联和并联连接并存实施，该LED芯片11上相对的另一端电极由引脚12引出。
光源1发出的光通过干涉系统分成两路，一路进入干涉系统的光纤参考臂23，一路进入光纤内窥成像探头24对样品进行扫描；光纤内窥成像探头与宽带LED的光源1和干涉系统连接，被控制单元4输出的驱动信号驱动，该控制单元4可以是高速数据采集卡，用于获取包含样品信息的光信号，将光信号输出到干涉系统中；光通过光纤耦合器21分成两路，一路进入光纤参考臂23经过反射镜22反射回来，另一路进入光纤内窥成像探头24对样品进行扫描，两路光信号返回后发生干涉产生信号，干涉谱采集系统用于宽谱光信号分离与干涉信号获取，干涉信号经过光栅31分光，被线阵CCD探测器33接收，控制单元4与线阵CCD探测器33相连接，用于接收控制系统输入的同步信号和干涉信号，接收来自线阵CCD探测器33的干涉谱采集系统的信号，采集到的干涉信号经过傅里叶变换，获得样品一个轴向深度图像信息。
本基于多谱段LED光源的OCT系统对其光源作出了改进，首先以LED光源替代了现有技术中的飞秒激光宽带光源等激发光源，降低了光源使用上的成本；其次，多个LED芯片和/或LED芯片组中，其具有了多种不同中心波长的波段，每个具有不同中心波长的LED芯片或LED芯片组通过设于线路层上的与LED芯片或LED芯片组相对于的独立引脚引出，通过该引脚可以在某一时间接通一个或多个LED芯片或LED芯片组，未被接通的其余LED芯片或LED芯片组处于关闭状态，此时，整个LED光源输出的光由这些接通电源的LED芯片或LED芯片组发出的光进行合成，需要什么波长的光源只需要接通相应的具有具有不同中心波长的LED芯片或LED芯片组即可，实现了对光源的中心波长的调节控制，从而依靠对LED芯片或LED芯片组的独立的电流通断实现了对光源的中心波长的大范围扫描。因此，本OCT系统与现有技术相比，其不仅降低了成本，更为重要的是，还实现了对一套光源上可根据需要调节出不同波长的光源的目的，从而扩展了荧光显微镜上光源在使用上的多变性，使得OCT系统可以实现对光源的中心波长的大范围扫描，如图4所示，大范围内不同中心波长的光谱为不同中心波长的LED芯片发射，通过芯片电流通断，实现LED中心波长的大范围扫描。
为了进一步地优化本发明的实施效果，如图6所示，在本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的另一些实施方式中，在前述内容的基础上，上述的LED芯片11以阵列形式排布。采用该实施方式的方案，将LED芯片以阵列形式排布，使得光源的出光可以更为均匀。
为了进一步地优化本发明的实施效果，如图6所示，在本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的另一些实施方式中，在前述内容的基础上，上述的LED芯片11的一端电极为共阳极连接，多个引脚12通过共阴极13连接。作为替代方式，LED芯片11的一端电极可以为共阴极连接，多个引脚12可以为共阳极连接。采用该实施方式的方案，可以形成LED芯片的两种可选的电连接方案。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的另一些实施方式中，在前述内容的基础上，上述的LED芯片为红外LED芯片，该红外LED芯片可以为荧光粉激发的红外光，或者是多个波长的复合红外光。
采用上述优选的方案，红外LED芯片发射的红外光，大部分光能量处于人眼视觉细胞不能感受到的红外波段(＞840nm)，相同光能量密度下，比可见光对人眼的光刺激低数倍，更容易被患者接受，对人眼细胞无损，更安全。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的另一些实施方式中，在前述内容的基础上，上述的LED芯片中，具有相同中心波长的LED芯片并联或串联连接，具有不同中心波长的LED芯片仅并联连接。采用该实施方式的方案，相同中心波长的LED芯片的接通放在一起一次接通或者分次接通，不同中心波长的LED芯片分次接通，从而可以便于将相同中心波长的LED芯片和不同中心波长的LED芯片的接通区分开来。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的另一些实施方式中，在前述内容的基础上，上述的光源还设置有控制电路，其一次控制一个LED芯片的电路通断，或一次控制多个LED芯片的电路通断，即控制电路具有控制通断的开关电路。采用该实施方式的方案，可以通过控制电路来自动控制LED芯片的接通，该控制电路可以是独立的电路，也可以是由微电脑控制的集成电路，每个不同中心波长的LED芯片通过设于线路层上的独立的引脚连接于控制电路不同的输出引脚上，以此来实现对不同LED芯片的实时独立的控制，可在某一时间接通一个或多个LED芯片，其余的LED芯片处于关闭状态。
为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的基于多谱段LED光源的OCT系统的另一些实施方式中，在前述内容的基础上，上述的控制电路还用于控制LED芯片的通电电流大小。采用该实施方式的方案，可以实现对LED芯片和/或LED芯片组的中心波长的小范围扫描。不同中心波长的LED芯片，在不同电流下工作时，中心波长是不同的，通过调节工作电流大小可以实现LED中心波长的小范围扫描，如图3所示，为典型的1310nm中心波长的LED芯片发光谱线图，当LED芯片电流变化时，芯片发光波长相应变化，如虚线和点线所示的光谱形状，从而实现LED中心波长的小范围扫描。
为了进一步地优化本发明的实施效果，如图6所示，在本发明的基于多谱段LED光源的荧光显微镜的另一些实施方式中，在前述内容的基础上，上述的线路层15和基板14之间设置有绝缘层16。采用该实施方式的方案，可以形成线路层和基板之间的绝缘。
上述的实施方式中，基板14可以采用高导热的基板；LED芯片11的数量还可以根据需要设置为最少两个或多于九个等，并且LED芯片11中，部分或者全部还可以以LED芯片组替代，该LED芯片组可以进一步地包括一个或多个LED芯片，通过集成不同组数的LED芯片，可以实现不同调整级数，多个LED芯片可以串联或者并联连接成一个组。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于多谱段LED光源的OCT系统，其包括干涉系统、干涉谱采集系统、控制单元以及向所述干涉系统提供光的光源，其特征在于，所述光源为LED光源，其包括多个LED芯片和/或LED芯片组，所述LED芯片和/或LED芯片组所具有的波段中包含了多种不同中心波长的波段，其种类数量等于或低于所述LED芯片和/或LED芯片组的数量，所述LED芯片和/或LED芯片组还设置于线路层上，所述线路层设置于基板上，所述线路层还具有与所述LED芯片和/或LED芯片组的数量对应的多个引脚，所述LED芯片和/或LED芯片组的一端电极串联和/或并联连接、相对的另一端电极由所述引脚引出。
2.根据权利要求1所述的基于多谱段LED光源的OCT系统，其特征在于，所述LED芯片和/或LED芯片组以阵列形式排布。
3.根据权利要求1或2所述的基于多谱段LED光源的OCT系统，其特征在于，所述LED芯片和/或LED芯片组的所述一端电极为共阳极连接，所述多个引脚为共阴极连接；或者所述LED芯片和/或LED芯片组的所述一端电极为共阴极连接，所述多个引脚为共阳极连接。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于多谱段LED光源的OCT系统，其特征在于，所述LED芯片和/或LED芯片组为红外LED芯片和/或红外LED芯片组。
5.根据权利要求1所述的基于多谱段LED光源的OCT系统，其特征在于，所述LED芯片和/或LED芯片组中，具有相同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组并联或串联连接，具有不同中心波长的LED芯片和/或LED芯片组仅并联连接。
6.根据权利要求1所述的基于多谱段LED光源的OCT系统，其特征在于，所述光源还设置有控制电路，其一次控制一个所述LED芯片或LED芯片组的电路通断，或一个控制多个所述LED芯片和/或LED芯片组的电路通断。
7.根据权利要求6所述的基于多谱段LED光源的OCT系统，其特征在于，所述控制电路还用于控制所述LED芯片和/或LED芯片组的通电电流大小。
8.根据权利要求1所述的基于多谱段LED光源的OCT系统，其特征在于，所述线路层和所述基板之间设置有绝缘层。
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