CN105411530A - 新型光学相干层析装置 - Google Patents

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Abstract

新型光学相干层析装置，包括光源、干涉仪、导管探头、控制装置、采集装置和计算机，由可调谐激光光源的触发信号作为外部时钟信号，同步采集干涉图像，采集装置包括数字采集卡和图像采集卡，数字采集卡同步采集干涉仪中光电平衡探测器输出的电信号，图像采集卡经过采样、量化以后转换为数字图像并输入到帧存储器，实现高速采集，再进入计算机。本发明分辨率可达10μm～20μm，能观察到血管壁的内、中、外膜，精确显示血管内超微结构，是一种具有高分辨率的实时动脉成像技术，可获得显微水平的血管内断层影像，辅助医生识别不稳定的冠脉粥样硬化斑块和血栓、在冠状动脉介入治疗中起到指导作用。

Description

新型光学相干层析装置
技术领域
本发明属于光电成像、生物成像技术领域，具体涉及新型光学相干层析装置
背景技术
层析成像技术是指对被测物体进行横断面成像，它实际上是一个逆散射问题：利用物体在多角度或多频率波场照射下所接收到的前向透射数据或背向散射数据，通过反演算法，求取物体中散射体的相对位置、几何形状或内在参数。光学相干成像是层析成像技术在光学上的应用。
光学相干层析成像将先进的光学技术和超灵敏探测合为一体，加上现代计算机图像处理，发展成为一门新兴的层析成像诊断技术。它与其他医学成像技术相比，例如X射线层析成像、超声层析成像等，具有以下优越性：
1)无辐射损伤、非侵入性
光学相干层析成像光源的发射功率在1～20mW内，不会对生物组织造成损害。当检测组织表面的时候，可将光源直接照射，扫描探测机构不需要与组织表面严密接触。当诊断体内组织的时候，可结合内窥镜技术探测体内空腔浅表组织，所以避免了对病变组织做病理切片这种具有一定破坏性的方法。
2)高灵敏度
光学相干层析成像可达到很高的探测灵敏度，因为干涉仪测量的是场而不是光的强度。参考信号可有效加强微弱的后向散射光信号。用优化系统设计，可得到近似量子极限探测。典型的光学相干成像系统可达到90dB～100dB的探测灵敏度，要探测来自大多数散射生物组织2～3mm深度的光学信号已足够。
3)高分辨率
光学相干层析成像能提供独立于横向分辨率的近似于微米量级(1～15μm)的轴向分辨率，这主要取决于宽带光源的带宽或可调谐光源的调谐范围。
OCT通过与超灵敏的导管状探测头结合，发展成为基于导管系统的血管内OCT成像系统，是继血管造影、血管内超声之后，能更为精确地获得血管内显微结构层析图像的一种手段，用以分辨动脉粥样斑块以及识别易损斑块，并且能够为介入治疗提供决策依据，具有巨大的发展前景。
发明内容
为解决上述现有技术的不足，本发明提供一种控制精确、效果突出的新型光学相干层析装置，
本发明的技术方案包括：
可调谐激光光源：用于为血管内成像的光学相干层析装置提供光源，光源是中心波长为1310nm的可调谐激光光源，为迈克尔逊干涉仪提供近红外波段的光源，光源的触发信号作为采集装置、探头控制装置的外部时钟信号；
干涉仪：干涉仪为全光纤迈克尔逊结构，用于产生样品光与参考光干涉信号，包括80：20光纤耦合器、第一环形器、第二环形器、法拉第旋转镜、光纤延迟线、50：50光纤耦合器和光电平衡探测器；
导管探头：导管探头将红外光汇聚在目标血管壁上，再将目标血管壁不同层的反射光收集并传输回迈克尔逊干涉仪样品臂；
采集装置：由可调谐激光光源的触发信号作为外部时钟信号，同步采集干涉图像，采集装置包括数字采集卡和图像采集卡，数字采集卡同步采集干涉仪中光电平衡探测器输出的电信号，图像采集卡经过采样、量化以后转换为数字图像并输入到帧存储器，实现高速采集，再进入计算机；
计算机：对采集装置输出的数字图像信号进行数据处理，包括干涉信号的傅里叶变换、极坐标变换、图像增强处理等。
可调谐激光光源的出射光由80：20光纤耦合器第一端口进入，并以80:20的比例分别从第二、第三端口分配到参考臂和样品臂。80：20光纤耦合器第二端口的出射光进入样品臂，进入样品臂的光束入射到第一环行器的第一端口，光从第一环行器的第二端射出进入探头控制装置继而入射到导管探头中，光从导管探头入射到样品上，样品的背向散射光返回第一环形器，并从第一环形器第三端口进入50：50光纤耦合器的第一端口。80：20光纤耦合器第三端口的出射光进入参考臂，进入参考臂的光束入射到第二环行器的第一端口，光从第二环行器的第二端射出进入光纤延迟线，光纤延迟线的作用是调节参考臂光程，使参考臂与样品臂光程匹配，光纤延迟线的出射光入射到法拉第旋转镜，法拉第旋转镜的作用为消除偏振态随机变化对干涉信号的影响，法拉第旋转镜反射回来的光回到第二环形器，再从第二环形器的第三端进入50：50光纤耦合器的第二端口。参考光与样品光在50：50光纤耦合器中发生干涉，干涉光从50：50光纤耦合器的输出端口3和端口4进入光电平衡探测器。光电平衡探测器将干涉信号转换为电信号，电信号再进入采集装置。
本发明的优点和积极效果：
本血管内成像的光学相干层析装置为分辨率最高的血管内成像技术，分辨率可达10μm～20μm，能观察到血管壁的内、中、外膜，精确显示血管内超微结构，是一种具有高分辨率的实时动脉成像技术，可获得显微水平的血管内断层影像，辅助医生识别不稳定的冠脉粥样硬化斑块和血栓、在冠状动脉介入治疗中起到指导作用。
附图说明
图1是本发明的新型光学相干层析装置的示意图
具体实施方式
实施例1、新型光学相干层析装置
1新型光学相干层析装置，该装置包括：
可调谐激光光源1：用于为血管内成像的光学相干层析装置提供光源，光源是中心波长为1310nm的可调谐激光光源，为干涉仪17提供近红外波段的光源，光源的触发信号作为采集装置18、探头控制装置7的外部时钟信号。
干涉仪17：干涉仪17为全光纤迈克尔逊结构，用于产生样品光与参考光干涉信号；包括80：20光纤耦合器2、第一环形器3、第二环形器4、光纤延迟线5、法拉第旋转镜6、50：50光纤耦合器9和光电平衡探测器10；
可调谐激光光源1的出射光由80：20光纤耦合器2第一端口进入，并以80:20的比例分别从第二、第三端口分配到参考臂和样品臂。80：20光纤耦合器1第二端口的出射光进入样品臂，进入样品臂的光束入射到第一环行器3的第一端口，光从第一环行器3的第二端射出进入探头控制装置7继而入射到导管探头8中，光从导管探头8入射到样品上，样品的背向散射光返回第一环形器3，并从第一环形器3第三端口进入50：50光纤耦合器9的第一端口。80：20光纤耦合器1第三端口的出射光进入参考臂，进入参考臂的光束入射到第二环行器4的第一端口，光从第二环行器4的第二端射出进入光纤延迟线5，光纤延迟线5的作用是调节参考臂光程，使参考臂与样品臂光程匹配，光纤延迟线5的出射光入射到法拉第旋转镜6，法拉第旋转镜6的作用为消除偏振态随机变化对干涉信号的影响，法拉第旋转镜6反射回来的光回到第二环形器4，再从第二环形器4的第三端进入50：50光纤耦合器9的第二端口，参考光与样品光在50：50光纤耦合器9中发生干涉，干涉光从50：50光纤耦合器9的输出端口3和端口4进入光电平衡探测器10。光电平衡探测器10将干涉信号转换为电信号，电信号再进入采集装置18；
探头控制装置7：探头控制装置7实现光纤在导管探头8中的旋转和直线运动，包括直线电机13、旋转电机11和光纤旋转连接器12等组成。光纤旋转连接器12实现将光纤作为传输媒介使信号在一个旋转的平台和另一个静止平台之间进行传输，完成光纤信号的旋转传输，通过控制直线电机13和旋转电机11分别实现周向扫描和回撤。
导管探头8：导管探头8将红外光汇聚在目标血管壁上，再将目标血管壁不同层的反射光收集并传输回干涉仪17的样品臂。
采集装置18：由可调谐激光光源1的触发信号作为外部时钟信号，同步采集干涉图像，采集装置18包括数字采集卡14和图像采集卡15，数字采集卡14同步采集干涉仪17中光电平衡探测器10输出的电信号，图像采集卡15经过采样、量化以后转换为数字图像并输入到帧存储器，实现高速采集，再进入计算机16。
计算机16：对采集装置18输出的数字图像信号进行数据处理，包括干涉信号的傅里叶变换、极坐标变换、图像增强处理等。

Claims (1)

1.新型光学相干层析装置，其特征在于该装置包括：
可调谐激光光源：用于为血管内成像的光学相干层析装置提供光源，光源是中心波长为1310nm的可调谐激光光源，为迈克尔逊干涉仪提供近红外波段的光源，光源的触发信号作为采集装置、探头控制装置的外部时钟信号；
干涉仪：干涉仪为全光纤迈克尔逊结构，用于产生样品光与参考光干涉信号，包括80：20光纤耦合器、第一环形器、第二环形器、法拉第旋转镜、光纤延迟线、50：50光纤耦合器和光电平衡探测器；
导管探头：导管探头将红外光汇聚在目标血管壁上，再将目标血管壁不同层的反射光收集并传输回迈克尔逊干涉仪样品臂；
采集装置：由可调谐激光光源的触发信号作为外部时钟信号，同步采集干涉图像，采集装置包括数字采集卡和图像采集卡，数字采集卡同步采集干涉仪中光电平衡探测器输出的电信号，图像采集卡经过采样、量化以后转换为数字图像并输入到帧存储器，实现高速采集，再进入计算机；
计算机：对采集装置输出的数字图像信号进行数据处理，包括干涉信号的傅里叶变换、极坐标变换、图像增强处理等；
所述可调谐激光光源的出射光由80：20光纤耦合器第一端口进入，并以80:20的比例分别从第二、第三端口分配到参考臂和样品臂。80：20光纤耦合器第二端口的出射光进入样品臂，进入样品臂的光束入射到第一环行器的第一端口，光从第一环行器的第二端射出进入探头控制装置继而入射到导管探头中，光从导管探头入射到样品上，样品的背向散射光返回第一环形器，并从第一环形器第三端口进入50：50光纤耦合器的第一端口。80：20光纤耦合器第三端口的出射光进入参考臂，进入参考臂的光束入射到第二环行器的第一端口，光从第二环行器的第二端射出进入光纤延迟线，光纤延迟线的作用是调节参考臂光程，使参考臂与样品臂光程匹配，光纤延迟线的出射光入射到法拉第旋转镜，法拉第旋转镜的作用为消除偏振态随机变化对干涉信号的影响，法拉第旋转镜反射回来的光回到第二环形器，再从第二环形器的第三端进入50：50光纤耦合器的第二端口。参考光与样品光在50：50光纤耦合器中发生干涉，干涉光从50：50光纤耦合器的输出端口3和端口4进入光电平衡探测器；光电平衡探测器将干涉信号转换为电信号，电信号再进入采集装置。
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