CN107485369A - 一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，包括OCT核心部件、样品臂和参考臂，所述OCT核心部件的样品端光纤与样品臂内的第一光纤准直器连接，且OCT核心部件的参考端光纤与参考臂内的第二光纤准直器连接；所述样品臂的内部从上到下依次设置有第一光束扫描振镜、第一聚焦透镜、第一焦距错移波片和样品；该参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，有效地拓宽光学相干层析成像系统针对管状结构的成像视角数，从上、左、右三个方向对样品进行成像，从而可以通过图像拼接的方式来提高系统的成像深度，为血管类等管状结构的全面清晰成像提供了很好的技术解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及医疗成像设备技术领域，具体为一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统。
背景技术
光学相干层析成像技术（optical coherence tomography, 简称OCT）是20世纪90年代由MIT的研究人员发明的一种高分辨率高速无损伤的光学成像技术，能够为生物组织提供三维结构成像。从发明以来在生物医学研究和临床方面得到了非常广泛的应用，比如组织形态学研究和眼科临床手术实时导航等。
作为光学相干层析成像系统的一个独特应用，血管缝合手术的术中血流流速测量、血栓三维结构评估以及血管内斑块去除手术的手术导航，在血管类疾病的诊断、监控以及治疗过程中，OCT技术具有非常重要的应用价值和巨大的应用前景。
然而血管内的血液对光信号存在着很强的散射和吸收现象，导致单方向的OCT成像的深度往往不能够涵盖整个血管。这种问题随着血管直径的变大变得更加突出，比如直径大于1mm的血管。通过对血管或其他管状结构的上方、左方和右方三个方向协同成像，OCT系统可成功绕过血液的影响，提高整体的成像深度。然而基于光学相干层析成像系统自身的特点，需要一种三方向成像光程匹配的方法。
发明内容
本发明提出了一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，有效地拓宽光学相干层析成像系统针对管状结构的成像视角数，从上、左、右三个方向对样品进行成像，从而可以通过图像拼接的方式来提高系统的成像深度，为血管类等管状结构的全面清晰成像提供了很好的技术解决方案。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，包括OCT核心部件、样品臂和参考臂，所述OCT核心部件的样品端光纤与样品臂内的第一光纤准直器连接，且OCT核心部件的参考端光纤与参考臂内的第二光纤准直器连接；所述样品臂的内部从上到下依次设置有第一光束扫描振镜、第一聚焦透镜、第一焦距错移波片和样品；且第一光束扫描振镜与第一光纤准直器处于同一水平线上；所述样品的两侧均倾斜设置有第一样品臂平面镜和第二样品臂平面镜；所述参考臂的内部从上到下依次设置有第二光束扫描振镜、第二聚焦透镜、第二焦距错移波片和参考臂中心小平面镜，且第二光束扫描振镜与第二光纤准直器处于同一水平线上；所述参考臂中心小平面镜的底部设置有参考臂平面镜。
作为本发明的一种优选技术方案，所述OCT核心部件包括谱域OCT核心部件或扫频OCT核心部件。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一焦距错移波片和第二焦距错移波片均为中空的圆形波片。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一样品臂平面镜和第二样品臂平面镜与水平面的夹角为40°-45°。
作为本发明的一种优选技术方案，所述参考臂采用相同的光学结构和透镜组来满足光的色散得到补偿。
作为本发明的一种优选技术方案，所述参考臂采用高度错位的参考臂中心小平面镜和参考臂平面镜来实现样品臂扫描焦距错位，两个焦面处的等光程匹配以及最优成像。
与现有技术相比，该参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统的有益效果是：
（1）有效地拓宽光学相干层析成像系统针对管状结构的成像视角数，从上、左、右三个方向对样品进行成像，从而可以通过图像拼接的方式来提高系统的成像深度，为血管类等管状结构的全面清晰成像提供了很好的技术解决方案。
（2）本方面对于成像样品管状结构的直径具有很好的适应性，可以通过调节样品臂端的平面镜位置进行有效适配。
（3）将参考臂与样品臂进行同步扫描控制可以解决由于引入三个视角导致样品臂中心和两边区域成像光束光程不匹配的问题。
（4）本方面可以结合光学相干层析成像复共轭消除技术，进一步提高OCT系统的成像深度。
（5）本发明适用于任何光学相干层析成像系统，具有普适性。不限于台式系统还是便携式手持系统，不限于是基于光谱仪的谱域OCT系统还是基于扫描激光器的扫频OCT系统；实用性强，易于推广使用。
附图说明
图1本发明的系统整体结构示意图；
图2本发明的第一焦距错移波片俯视图；
图3本发明的第一焦距错移波片整体结构示意图；
图4本发明的谱域OCT系统核心图；
图5本发明的扫频OCT系统核心图；
图中：1-第一光纤准直器、2-第二光纤准直器、3-第一光束扫描振镜、4-第一聚焦透镜、5-第一焦距错移波片、6-样品、7-第一样品臂平面镜、8-第二样品臂平面镜、9-第二光束扫描振镜、10-第二聚焦透镜、11-第二焦距错移波片、12-参考臂中心小平面镜、13-参考臂平面镜、14-第一光纤A、15-第一光纤B、16-光源、17-第一光纤耦合器、18-光谱仪、19-第一计算机、20-第一数据采集卡、21-第一信号控制卡、22-第二光纤A、23-第二光纤B、24-第一光纤环形器、25-第二光纤环形器、26-第二光纤耦合器、27-第三光纤耦合器、28-扫频激光器、29-平衡探测器、30-第二计算机、31-第二数据采集卡、32-第二信号控制卡。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1、图2、图3和图4，一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，包括OCT核心部件、样品臂和参考臂，所述OCT核心部件为谱域OCT核心部件；所述OCT核心部件的样品端光纤与样品臂内的第一光纤准直器1连接，且OCT核心部件的参考端光纤与参考臂内的第二光纤准直器2连接；所述样品臂的内部从上到下依次设置有第一光束扫描振镜3、第一聚焦透镜4、第一焦距错移波片5和样品6；且第一光束扫描振镜3与第一光纤准直器1处于同一水平线上；所述样品6的两侧均倾斜设置有第一样品臂平面镜7和第二样品臂平面镜8；所述参考臂的内部从上到下依次设置有第二光束扫描振镜9、第二聚焦透镜10、第二焦距错移波片11和参考臂中心小平面镜12，且第二光束扫描振镜9与第二光纤准直器2处于同一水平线上；所述参考臂中心小平面镜12的底部设置有参考臂平面镜13；所述第一焦距错移波片5和第二焦距错移波片11均为中空的圆形波片；所述第一样品臂平面镜7和第二样品臂平面镜8与水平面的夹角为40°-45°；所述参考臂采用相同的光学结构和透镜组来满足光的色散得到补偿；所述参考臂采用高度错位的参考臂中心小平面镜12和参考臂平面镜13来实现样品臂扫描焦距错位，两个焦面处的等光程匹配以及最优成像。
在谱域OCT实验中，第一光纤A14、第一光纤B15和光源16分别与第一光纤耦合器17输入端口连接，且第一光纤耦合器17的输出端口与光谱仪18的输入端口连接；所述光谱仪18输出端口与第一计算机19第一数据采集卡20的输入端口连接，且第一数据采集卡20的输入端口与第一信号控制卡21的输出端口连接，所述第一信号控制卡21通过第一光纤准直器1与第一光束扫描振镜3连接，从而形成一个完整的检测系统；第一样品臂平面镜7、第二样品臂平面镜8在空间的位置可以进行上下和左右的调节，以满足对不同大小样品的适应性。后面对应的也需要改。
实施例二
请参阅图1、图2、图3和图5一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，包括OCT核心部件、样品臂和参考臂，所述OCT核心部件为扫频OCT核心部件；所述OCT核心部件的样品端光纤与样品臂内的第一光纤准直器1连接，且OCT核心部件的参考端光纤与参考臂内的第二光纤准直器2连接；所述样品臂的内部从上到下依次设置有第一光束扫描振镜3、第一聚焦透镜4、第一焦距错移波片5和样品6；且第一光束扫描振镜3与第一光纤准直器1处于同一水平线上；所述样品6的两侧均倾斜设置有第一样品臂平面镜7和第二样品臂平面镜8；所述参考臂的内部从上到下依次设置有第二光束扫描振镜9、第二聚焦透镜10、第二焦距错移波片11和参考臂中心小平面镜12，且第二光束扫描振镜9与第二光纤准直器2处于同一水平线上；所述参考臂中心小平面镜12的底部设置有参考臂平面镜13；所述第一焦距错移波片5和第二焦距错移波片11均为中空的圆形波片；所述第一样品臂平面镜7和第二样品臂平面镜8与水平面的夹角为40°-45°；所述参考臂采用相同的光学结构和透镜组来满足光的色散得到补偿；所述参考臂采用高度错位的参考臂中心小平面镜12和参考臂平面镜13来实现样品臂扫描焦距错位，两个焦面处的等光程匹配以及最优成像。
在在扫频OCT实验中，第二光纤A22和第二光纤B23分别与第一光纤环形器24和第二光纤环形器25连接，且第一光纤环形器24和第二光纤环形器25的输出端口分别与第二光纤耦合器26和第三光纤耦合器27的输入端口连接；所述第二光纤耦合器26和第三光纤耦合器27的输出端端口分别与扫频激光器28和平衡探测器29的输入端口连接，且扫频激光器28和平衡探测器29的输出端口均与第二计算机30内的第二数据采集卡31输入端口连接；所述第二数据采集卡31的输出端口与第二信号控制卡32的输入端口连接，且第二信号控制卡32的输出端通过第一光纤准直器1与第一光束扫描振镜3连接，从而形成一个完整的检测系统；所述第一光纤环形器24和第二光纤环形器25与第二光纤耦合器26和第三光纤耦合器27之间均设置有偏振控制器，第一样品臂平面镜7、第二样品臂平面镜8在空间的位置可以进行上下和左右的调节，以满足对不同大小样品的适应性。后面对应的也需要改。
本发明使用的用于将扫描光线焦点在两侧区域后移的波片结构如图2所示，其中波片的材料、波片的高度、波片的直径以及波片中心矩形局域的大小，可以根据具体系统的成像波段、使用的透镜焦距、需要达到的中心两边焦点错移量等参数进行配合设计。
在样品臂端，从光纤出来的光通过光纤接头与第一光纤准直器相连接后，成为平行光束进入第一光束扫描振镜3，第一光束扫描振镜3通过改变光束的空间角实现光线的扫描，经过第一聚焦透镜4后光线开始汇聚，汇聚光束将经过中心方孔第一焦距错移波片5，第一焦距错移波片5会使得两边的光束的焦点后移，而中心光束的焦点位置不变；在两侧发生焦点后移的光束通过一个45度角的第一样品臂平面镜7和第二样品臂平面镜8反射发生偏向，从而从左右两面照射样品6；第一样品臂平面镜7和第二样品臂平面镜8可以有上下和左右的平移自由度来进一步调节光束焦点相对于样品6的位置。
在参考臂端，从光纤出来的光通过光纤接头与第二光纤准直器2相连接后，成为平行光束进入第二光束扫描振镜9，第二光束扫描振镜9通过改变光束的空间角实现光线的扫描，经过第二聚焦透镜10后光线开始汇聚，汇聚光束将经过中心方孔第二焦距错移波片11，第二焦距错移波片11会使得两边的光束的焦点后移，而中心光束的焦点位置不变；随后中心光束将会照射到参考臂中心小平面镜12上，两侧光束将会照射到参考臂平面镜13上；参考臂平面镜13的位置以及参考臂中心小平面镜12相对于参考臂平面镜13的位置都可以调节以实现与样品臂端焦点错移量的匹配。
在系统成像的过程中，只需要将样品臂端的第一光束扫描振镜3的控制信号复制给参考臂的第二光束扫描振镜9即可。此外通过添加参考臂光纤准直器相对于两位光束扫描系统的位移，本系统可以兼容光学相干层析成像复共轭消除技术，进一步提高OCT系统的成像深度，该技术已有其他文献和专利阐述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，包括OCT核心部件、样品臂和参考臂，其特征在于：所述OCT核心部件的样品端光纤与样品臂内的第一光纤准直器（1）连接，且OCT核心部件的参考端光纤与参考臂内的第二光纤准直器（2）连接；所述样品臂的内部从上到下依次设置有第一光束扫描振镜（3）、第一聚焦透镜（4）、第一焦距错移波片（5）和样品（6）；且第一光束扫描振镜（3）与第一光纤准直器（1）处于同一水平线上；所述样品（6）的两侧均倾斜设置有第一样品臂平面镜（7）和第二样品臂平面镜（8）；所述参考臂的内部从上到下依次设置有第二光束扫描振镜（9）、第二聚焦透镜（10）、第二焦距错移波片（11）和参考臂中心小平面镜（12），且第二光束扫描振镜（9）与第二光纤准直器（2）处于同一水平线上；所述参考臂中心小平面镜（12）的底部设置有参考臂平面镜（13）。
2.如权利要求1所述的一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，其特征在于：所述OCT核心部件包括谱域OCT核心部件或扫频OCT核心部件。
3.如权利要求1所述的一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，其特征在于：所述第一焦距错移波片（5）和第二焦距错移波片（11）均为中空的圆形波片。
4.如权利要求1所述的一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，其特征在于：所述第一样品臂平面镜（7）和第二样品臂平面镜（8）与水平面的夹角为40°-45°。
5.如权利要求1所述的一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，其特征在于：所述参考臂采用相同的光学结构和透镜组来满足光的色散得到补偿。
6.如权利要求1所述的一种参考臂同步扫描三视角成像的光学相干层析系统，其特征在于：所述参考臂采用高度错位的参考臂中心小平面镜（12）和参考臂平面镜（13）来实现样品臂扫描焦距错位，两个焦面处的等光程匹配以及最优成像。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171219 |
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