CN111000532A - 一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置及方法，其采用中心波长为1310nm的扫频激光器搭建的光纤型迈克尔逊干涉仪硬件系统和相位分辨算法软件系统，可实现生物组织三维结构和微血管血液流速的成像检测。具体实现过程是干涉仪样品臂和参考臂的背向散射光在耦合器处产生干涉信号，用光电平衡探测器对干涉信号进行接收，由12位数据采集卡进行数据采集，采用相位分辨算法进行信息处理，再进行图像重建就可以得到样品结构图像以及微血管的血液流速结果，并将这些信息应用于医生对口腔疾病的临床诊断和后期治疗过程检测，可以实现口腔软组织疾病对其本身的三维结构和微血管血液流速的影响过程监测，从而大大提高口腔疾病的治疗成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种口腔软组织检测装置，具体一种基于多普勒光学相干层析成像技术的口腔软组织检测装置及方法。
背景技术
口腔软组织疾病(如粘膜病，牙龈癌，颚裂等)对应的临床表征(如组织结构溃疡，血液流速，生物力学性质等)是临床上口腔软组织检测的主要对象，通过对口腔软组织检测成像及其对应的相关临床表征参数的采集、检测和分析可以帮助获取口腔软组织疾病的发病机制及影响结果。而疾病影响机制研究是认识、治疗和预防口腔软组织疾病的重要手段，在临床疾病预防、检测、治疗效果监测等方面都有重大意义，因此口腔软组织疾病的非接触无损伤的检测被世界上许多研究人员列为临床医学领域的重要课题。
口腔软组织疾病对组织血管内血液流速的影响缺少相应的研究，也没有相对应的实验验证，但这恰恰是临床上预防疾病和治疗效果监测的重要手段，因为许多疾病对组织细胞水平的影响要先于对结构的影响。临床上的许多疾病在前期并不会表现出对组织结构的破坏，但是内部的血液流速却是因为疾病的出现发生改变。因此，对口腔软组织血液流速的检测能够在疾病发生的最早期发现相关的异常。
另外，临床上对疾病的治疗效果只能通过结构上宏观的检查进行判断，无法从组织病理学的角度给出明确的结果。因此通过对组织内部血液流速的检测以及表面结构的三维成像，可以更精确的获取有关的治疗效果。
发明内容
本发明作为一种口腔软组织检测装置，该方法的具体实现过程是干涉仪样品臂和参考臂的背向散射光在光耦合器处产生干涉信号，然后采用光电平衡探测器对干涉信号进行接收，由计算机驱动的12位数据采集卡进行数据采集，进而基于相位分辨算法对干涉信号进行信息处理和图像重建，就可以同时得到样品的组织结构层析图像以及微血管的血液流速图像，进一步得到不同疾病对口腔组织的影响以及对内部血管血液流速的影响，并将这些信息应用于医生对口腔疾病的临床诊断和后期治疗过程检测，可以实现口腔软组织疾病对其本身的三维结构和微血管血液流速的影响过程监测，从而大大提高口腔疾病的治疗成功率。
基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，包括扫频激光器、一分二90:10光耦合器、光环形器一、三桨偏振控制器一、散射补偿器一、聚焦透镜、介质膜反射镜、光环形器二、三桨偏振控制器二、色散补偿器二、二维扫描振镜、扫描透镜、光电平衡探测器、位数据采集卡、计算机。
具体实现过程是由扫频激光器发出中心波长为1310nm，带宽为100nm的光束，经过一分二的光纤耦合器分为10:90两束光，分别进入光环形器一和光环形器二；其中光环形器一10％的光经过三桨偏振控制器一和散射补偿器一被聚焦透镜聚焦到介质膜反射镜，然后按原光路反射到光环形器一出射，其中经过色散补偿器一和三桨偏振控制器一的调制补偿用以匹配样品光，从而形成本系统的参考光路。另一束90％的光经过光环形器二之后，经三桨偏振控制器二和色散补偿器二，入射到二维扫描振镜后，由计算机驱动扫描，可以实现样品光的横向扫描，而后被扫描透镜聚焦到检测样品处，光与样品发生作用之后，背向散射光被扫描透镜聚焦并沿光路返回，经过散射补偿器二和三桨偏振控制器二，使得样品光和参考光匹配，经光环形器二出射后和参考光的返回光在二分二光耦合器处发生干涉，干涉信号被光电平衡探测器探测接收，由12位数据采集卡进行数据采集，然后经过计算机运行的相位分辨算法进行信息处理和传递，然后进行图像重建，就可以同时得到样品的组织结构层析图像以及微血管的血液流速图像。
本发明的优点在于：采用多普勒光学相干层析成像技术对口腔软组织微血管的血液流速进行检测，非接触、无损伤的研究口腔软组织疾病对血液流速和组织结构的影响，以此来实现临床上对疾病的早期预防和治疗效果监测的目的。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图1所示：扫频激光器(01)、一分二90:10光耦合器(02)、光环形器一(03)、三桨偏振控制器一(04)、散射补偿器一(05)、聚焦透镜(06)、介质膜反射镜(07)、二分二光耦合器(08)、光环形器二(09)、三桨偏振控制器二(10)、色散补偿器二(11)、二维扫描振镜(12)、扫描透镜(13)、光电平衡探测器(14)、12位数据采集卡(15)、计算机(16)。
具体实施方式
基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，具体实现过程是由扫频激光器(01)发出中心波长为1310nm，带宽为100nm的光束，经过一分二的光纤耦合器(03)分为10:90两束光，分别进入光环形器一(03)和光环形器二(09)；其中光环形器一(03)10％的光经过三桨偏振控制器一(04)和散射补偿器一(05)被聚焦透镜(06)聚焦到介质膜反射镜(07)，然后按原光路反射到光环形器一(03)出射，其中经过色散补偿器一(05)和三桨偏振控制器一(04)的调制补偿用以匹配样品光，从而形成本系统的参考光路。另一束90％的光经过光环形器二(09)之后，经三桨偏振控制器二(10)和色散补偿器二(11)，入射到二维扫描振镜(12)后，由计算机(16)驱动扫描，可以实现样品光的横向扫描，而后被扫描透镜(13)聚焦到检测样品处，光与样品发生作用之后，背向散射光被扫描透镜(13)聚焦并沿光路返回，经过散射补偿器二(11)和三桨偏振控制器二(10)，使得样品光和参考光匹配，经光环形器二(09)出射后和参考光的返回光在二分二光耦合器(08)处发生干涉，干涉信号被光电平衡探测器(14)探测接收，由12位数据采集卡(15)进行数据采集，然后经过计算机(16)特定运行的相位分辨算法进行信息处理和传递，然后进行图像重建，就可以同时得到样品的组织结构层析图像以及微血管的血液流速图像。
本发明涉及一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特点是扫频激光器的中心波长为1310nm，扫频速率为50KHz，带宽为110nm。
本发明涉及一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特点是所述扫频激光器(1)具有独立工作模块或者由计算机(16)控制。
本发明涉及一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特点是光电平衡探测器可对系统干涉信号进行补偿探测，最大灵敏度1.0A/W，动态探测范围0.3nm。
光学多普勒成像技术能够对口腔组织进行深度结构层析成像，获得微米级的组织结构信息。
光学多普勒成像技术能够对组织微血管的血液流速进行检测成像，获得局部病变部位的组织血液流速信息。
光学多普勒成像技术能够对口腔组织微血管的血液流速分布进行检测成像，获得病变组织的血管血液分布图像。
本发明涉及一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特点是扫描振镜为运动永磁电机设计，具有更快的响应(±0.2度是400ms)，高精密度(15微弧度)光学反射镜位置探测，最大扫描角±20度，输入输出光束偏移量14.7mm，工作温度范围0-40摄氏度。
本发明涉及一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特点是数据采集为ATS9350采集卡，每通道500MS/s实时采样，1.6GB/s跨1x8总线吞吐量，2个12位分辨率采样通道，外部变频时钟范围是1-500MHz，高达250MHz的全功率带宽，变量输入范围从±4v到±40mv，58.03dB的信噪比。
本发明涉及一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特点是透镜工作距离18mm，波长范围1250-1380nm，最大视野4.7x4.7mm2，视点深度0.27mm，入口瞳孔直径4mm。
Claims (8)
1.一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特征在于，上述装置包括扫频激光器(01)、一分二90:10光耦合器(02)、光环形器一(03)、三桨偏振控制器一(04)、散射补偿器一(05)、聚焦透镜(06)、介质膜反射镜(07)、二分二光耦合器(08)、光环形器二(09)、三桨偏振控制器二(10)、色散补偿器二(11)、二维扫描振镜(12)、扫描透镜(13)、光电平衡探测器(14)、12位数据采集卡(15)、计算机(16)；扫频激光器(01)连接一分二90:10光耦合器(02)，一分二90:10光耦合器(02)分别连接光环形器一(03)和光环形器二(09)，其中光环形器一(03)分别依次连接三桨偏振控制器一(04)、散射补偿器一(05)、聚焦透镜(06)、介质膜反射镜(07)，光环形器二(09)依次连接桨偏振控制器二(10)、色散补偿器二(11)、二维扫描振镜(12)，二维扫描振镜(12)连接计算机(16)，且光环形器一(03)和光环形器二(09)均连接到二分二光耦合器(08)，二分二光耦合器(08)连接光电平衡探测器(14)再到12位数据采集卡(15)，12位数据采集卡(15)连接计算机(16)。
2.如权利要求1所述的基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特征在于：扫频激光器(1)中心波长为1310nm，带宽为100nm，参考光由光偏振调制器来匹配样品光的偏振态。
3.如权利要求1所述的基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特征在于：所述扫频激光器(1)具有独立工作模块或者由计算机(16)控制。
4.如权利要求1所述的基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特征在于：多普勒光学相干层析成像技术的系统成像深度为3毫米，纵向分辨率为5.5微米，横向分辨率为11.5微米，能够进行无辐射、无损伤、非接触式的实时检测成像。
5.如权利要求1所述的基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特征在于：扫描振镜为运动永磁电机设计，密度为15微弧度的光学反射镜位置探测，最大扫描角±20度，输入输出光束偏移量14.7mm，工作温度范围0-40摄氏度。
6.如权利要求1所述的基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特征在于：数据采集为ATS9350采集卡，每通道500MS/s实时采样，1.6GB/s跨1x8总线吞吐量，2个12位分辨率采样通道，外部变频时钟范围是1-500MHz，高达250MHz的全功率带宽，变量输入范围从±4v到±40mv，58.03dB的信噪比。
7.如权利要求1所述的基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置，其特征在于：其特点是透镜工作距离18mm，波长范围1250-1380nm，最大视野4.7x4.7mm2，视点深度0.27mm，入口瞳孔直径4mm。
8.一种基于光学多普勒成像的口腔软组织的检测装置的检测方法，其特征在于，具体实现过程是由扫频激光器(01)发出光束，经过一分二的光纤耦合器(02)分为10:90两束光，分别进入光环形器一(03)和光环形器二(09)；其中光环形器一(03)10％的光经过三桨偏振控制器一(04)和散射补偿器一(05)被聚焦透镜(06)聚焦到介质膜反射镜(07)，然后按原光路反射到光环形器一(03)出射，其中经过色散补偿器一(05)和三桨偏振控制器一(04)的调制补偿用以匹配样品光，从而形成本系统的参考光路；另一束90％的光经过光环形器二(09)之后，经三桨偏振控制器二(10)和色散补偿器二(11)，入射到二维扫描振镜(12)后，由计算机(16)驱动扫描，可以实现样品光的横向扫描，而后被扫描透镜(13)聚焦到检测样品处，光与样品发生作用之后，背向散射光被扫描透镜(13)聚焦并沿光路返回，经过散射补偿器二(11)和三桨偏振控制器二(10)，使得样品光和参考光匹配，经光环形器二(09)出射后和参考光的返回光在二分二光耦合器(08)处发生干涉，干涉信号被光电平衡探测器(14)探测接收，由12位数据采集卡(15)进行数据采集，然后经过计算机(16)特定运行的相位分辨算法进行信息处理和传递，然后进行图像重建，就可以同时得到样品的组织结构层析图像以及微血管的血液流速图像。
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