CN115024696B - 一种oct成像方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种OCT成像方法、系统及设备，涉及OCT扫描和成像技术领域，本申请在实际应用中，通过第一准直器对接收到的带有样品信息的单个激光点干涉信号进行准直、扩束，经光栅分光会聚后将不同波长的光信号聚焦到面阵相机的一列像元上，扫描系统中X轴对激光点信号在样品上进行快速的线扫描，扫描镜与扫描系统中的X轴同步扫描，对激光点反射回来的样品信号按列的形式同步排列到面阵相机，通过面阵相机一次曝光，得到一次完整的线扫描二维干涉信号，对二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，最终得到样品表面一个断层面的所有信息。采用本申请的技术方案，可以有效地提高系统成像速度，极大程度的降低设备成本。

Description

一种OCT成像方法、系统及设备

技术领域

本发明涉及OCT扫描和成像技术领域，尤其涉及一种OCT成像方法、系统及设备。

背景技术

OCT技术利用生物结构的透光性，利用光电探测器探测生物组织的反射、散射等信号，并将其转换成电信号，通过计算机重构出生物组织图像结构。整个成像过程是无损伤、非侵入的，且价格低、成像速度快。OCT系统的光路运行通常按照以下方式进行：OCT光源发出的光通过光纤耦合器按照一定的功率比例分为两路，一路照射到反射镜上后，发射光原路返回，另一路光照射到样品上，带有样品信息的反射光原路返回。两束返回的光经由光纤耦合器进入光谱仪，光谱仪中的光栅将干涉光以不同的出射角度分散成不同波长的光，这些分散的光被线阵相机捕捉，形成像元。

线阵相机和面阵相机是机器视觉系统非常重要的核心组件。线阵相机的优点是结构简单，可以实现动态测量，其单列像元的数目可以做得很多，在同等测量精度下，可具有较大的测量范围。面阵相机以面为单位进行图像采集，可以一次性获取完整的二维目标图像信息，并能及时进行图像采集。

OCT系统中用来探测干涉信号的光谱仪系统使用线阵相机作为成像元件，成像速率受到线阵相机的成像速率影响。在现有技术中，OCT系统的扫描速率可以得到大幅度提升，但想要提高OCT系统的成像速率首先要提高线阵相机的成像速率，线阵相机的成像速率通常在100帧范围内，在现有技术的基础上，线阵相机的成像速率很难得到提升，即便提升也需要花费极大的成本。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种OCT成像系统，以解决在现有技术中OCT系统的成像速度慢，提升成像速度导致设备成本高的技术问题。

为说明OCT成像系统原理，现以最简单的OCT光路技术为例进行介绍，在实际应用过程中使用的OCT光路技术包括但不限于本发明中所述光路。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，

本申请提供一种OCT成像系统，包括：

OCT系统，及，依次设置在所述OCT系统干涉光出光方向上的第一准直器、扫描镜、扩束器、光栅和面阵相机；其中，

所述第一准直器用于接收所述OCT系统发出的干涉光，并将所述干涉光进行准直，变为平行光后进入所述扫描镜；

所述扫描镜用于扫描所述第一准直器发出的光信号，并送入所述扩束器进行扩束；

所述扫描镜在运行方向上与所述OCT系统中扫描系统在X轴的扫描方向上相互垂直；

所述扫描镜在运行方式上与所述OCT系统中扫描系统的的X轴同步运行；

所述扩束器用于对接收的光束进行扩束；

所述光栅用于对扩束后的光信号进行分光并会聚，以使不同波长的光信号聚焦到所述面阵相机的一列像元上；

所述面阵相机用于将光栅分光后的光信号转为电信号。

进一步地，所述OCT系统，包括：

光源；

耦合器，设置在所述光源的出光方向，内部分为两个通道，分别为第一通道和第二通道，第一通道用来接收参考臂的反射光和样品臂带有样品信息的后向散射光，第二通道用来接收所述光源发出的光，并按预设功率比例，将光源发出的光进行分束，分束为第一束光和第二束光；

参考臂，设置在所述耦合器的第一束光的出光分路上，参考臂接收耦合器发出的第一束光并将光束反射回所述耦合器；

样品臂，设置在所述耦合器的第二束光的出光分路上，用于将接收到的光束照射到样品上，带有样品信息的后向散射光原路返回到所述耦合器中；

所述耦合器，还用于接收所述参考臂的反射光和样品臂带有样品信息的后向散射光，两束光在第一通道内相互干涉，形成干涉光。

进一步地，所述参考臂，包括：

第二准直器，设置在所述耦合器的第一束光的出光分路上，用于接收所述耦合器发出的第一束光，并将所述第一束光进行准直，变为平行光；

反射镜，设置在所述第二准直器的出光方向上，用于将接收到的光反射回所述第二准直器；

所述第二准直器，还用于将接收到的反射光输送至所述耦合器第一通道中。

进一步地，所述样品臂，包括：

第三准直器，设置在所述耦合器的第二束光的出光分路上，用于接收所述耦合器发出的第二束光，并将所述第二束光进行准直，变为平行光；

扫描系统，为X、Y双轴扫描系统，用于接收所述第三准直器发出的光，并将接收到的光通过扫描镜头照射到样品上；

扫描镜头，用于接收所述扫描系统发出的光，并将接收到的光照射到所述样品上；

所述扫描镜头，还用于接收所述带有样品信息的后向散射光；

所述扫描系统，还用于接收通过所述扫描镜头传输过来的所述带有样品信息的后向散射光，并将所述样品的反射光通过所述第三准直器传输回所述耦合器的第一通道中；

所述第三准直器，还用于接收所述扫描系统发出的光，即带有样品信息的后向散射光通过所述扫描镜头、所述扫描系统后进入所述第三准直器，所述第三准直器将接收到的光发射向所述耦合器第一通道。

进一步地，所述光源为宽光谱光源。

第二方面，

本申请提供一种OCT成像方法，包括以下步骤：

接收OCT系统发出的干涉光，将所述干涉光进行准直、扩束后，经光栅分光并会聚，不同波长的光信号聚焦到面阵相机的一列像元上；

扫描系统在X轴的扫描方向上控制激光点在样品上进行线扫描，扫描镜与所述扫描系统的X轴同步扫描，对所述激光点反射回来的样品信号按列的形式同步排列到所述面阵相机；

通过所述面阵相机一次曝光，得到一次完整的线扫描二维干涉信号，对所述二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，最终得到样品表面一个断层面的所有信息。

第三方面，

本申请提供一种OCT成像设备，包括：

OCT成像系统。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请在实际应用中，通过OCT系统和面阵相机相结合的方式，通过第一准直器对接收到的带有样品信息的单个激光点干涉信号进行准直、扩束，经光栅分光会聚后，不同波长的光信号聚焦到面阵相机的一列像元上，扫描系统在X轴的扫描方向上控制激光点信号在样品上进行快速的线扫描，扫描镜与扫描系统中的X轴同步扫描，对激光点反射回来的样品信号按列的形式同步排列到面阵相机，通过面阵相机一次曝光，得到一次完整的线扫描二维干涉信号，对二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，最终得到样品表面一个断层面的所有信息。采用本申请的技术方案，可以有效地提高系统成像速度，极大程度的降低了设备成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种OCT系统与面阵相机相结合的系统光路图；

图2是根据一示例性实施例示出的OCT系统及OCT系统与面阵相机结合成像原理图；

图中，1、光源；2、耦合器；3、第二准直器；4、反射镜；5、第三准直器；6、扫描系统；7、扫描镜头；8、样品；9、第一准直器；10、扫描镜；11、扩束器；12、光栅；13、面阵相机；14、光；15、连续光谱；16、段状光谱；17、线性图像；18、光谱平面；19、二维平面图像。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种OCT系统与面阵相机相结合的系统光路图，如图1所示，该光路图的成像过程具体如下：

OCT系统中，宽光谱光源1照射到耦合器2上，耦合器2将其分成两束光，分别进入了参考臂和样品臂中，参考臂上的光通过第二准直器3照射到反射镜4上，反射镜4位置不变，直接将光反射后通过第二准直器3返回至耦合器2的通道中。样品臂上的光通过第三准直器5照射到扫描系统6上，扫描系统6将光通过扫描镜头7照射到样品8上，带有样品8信息的后向散射光依次通过扫描镜头7、扫描系统6、第三准直器5后返回至耦合器2的通道中。

其中，耦合器2中的通道分为第一通道和第二通道，第一通道接收参考臂的反射光和样品臂带有样品信息的后向射光，第二通道接收宽光谱光源1发出的光，并按预设功率比例，将宽光谱光源1发出的光进行分束，分束为第一束光和第二束光。

第二准直器3接收耦合器2发出的第一束光，并将第一束光进行准直，变为平行光，然后照射到反射镜4上，通过反射镜4反射回第二准直器3，第二准直器3将接收到的反射光输送至耦合器2第一通道中。

第三准直器5接收耦合器2发出的第二束光，并将第二束光进行准直，变为平行光，扫描系统6接收第三准直器5发出的光，并将接收到的光通过扫描镜头7照射到样品8上，带有样品8信息的后向散射光依次通过扫描镜头7、扫描系统6和第三准直器5传输至耦合器2的第一通道中，两束光在耦合器2的第一通道中相互干渉，形成干涉光。

其中，扫描系统6为X、Y双轴扫描系统。

上述干涉光被第一准直器9接收，扫描镜10对第一准直器9发出的光进行快速扫描，扫描后的光传送至扩束器11中进行扩束，扩束后的光进入光栅12后发生分光并会聚后，不同波长的光信号聚焦到面阵相机的一列像元上，扫描镜10的与扫描系统6中的X扫描在相互垂直的方向上同步扫描，激光点反射回来的样品信号按列的形式排列到面阵相机13上，面阵相机13一次曝光，得到一次完整的二维干涉信号。

在一个实施例中，所述OCT成像系统中的OCT成像方法，具体为：

带有样品信息的单个激光点干涉信号进行准直、扩束后，经光栅分光并会聚，不同波长的光信号聚焦到所述面阵相机的一列像元上；

所述扫描系统在X轴的扫描方向上控制所述激光点信号在所述样品上进行快速的线扫描，所述扫描镜与所述扫描系统的X轴同步扫描，对所述激光点反射回来的样品信号按列的形式同步排列到所述面阵相机；

通过所述面阵相机一次曝光，得到一次完整的线扫描二维干涉信号，对所述二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，最终得到样品表面一个断层面的所有信息。

请参阅图2，图2是根据一示例性实施例示出的一种OCT系统及OCT系统与面阵相机结合成像原理图。

如图2所示，将光14照射到样品8上，形成带有样品信息的后向散射光，与参考臂的反射光在同一通道中相互干涉，生成干涉光。

现有的OCT系统中没有扫描镜10，耦合器2将产生的干涉光直接照射向扩束器11，经过扩束的干涉光在光栅12处发生分光，生成连续光谱15，线阵相机曝光过程中将连续光谱15分为以λ1、λ2……λn为标记的段状光谱16，线阵相机对光谱进行一次曝光，形成一行线性图像17，光14在样品上进行一次X轴快速扫描，线阵相机同步曝光，形成数条以λ1、λ2……λn的光谱组成的光谱平面18，通过OCT相关信号处理，得到相应的二维平面图像19。

本申请的OCT成像系统，耦合器2发射出来的干涉光经过第一准直器9后被扫描镜10扫描，扫描后的光信号经过扩束器11在光栅12处发生分光会聚后，不同波长的光信号聚焦到面阵相机的一列像元上，当系统开始运行时，扫描系统6中的X轴以点扫描的方式对样品进行横向快速扫描，当扫描系统6中的X轴开始运行时，扫描镜10在与X轴垂直的方向上同步扫描，激光点反射回来的样品信号按列的形式排列到面阵相机13上，面阵相机13一次曝光，得到一次完整的二维干涉信号，即一个光谱平面18，对二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，得到相应地二维平面图像19。

本申请中，通过一种OCT成像系统，利用OCT系统和面阵相机相结合的方式，通过第一准直器对接收到的带有样品信息的单个激光点干涉信号进行准直、扩束，经光栅分光会聚后，不同波长的光信号聚焦到面阵相机的一列像元上，扫描系统在X轴的扫描方向上控制激光点信号在样品上进行快速的线扫描，扫描镜与扫描系统的X轴同步扫描，对激光点反射回来的样品信号按列的形式同步排列到面阵相机，通过面阵相机一次曝光，得到一次完整的线扫描二维干涉信号，对二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，最终得到样品表面一个断层面的所有信息。采用本申请的技术方案，可以有效地提高系统成像速度，采用频谱OCT和面阵相机相结合的方式，极大程度的降低了设备成本。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”、“多”的含义是指至少两个。

应该理解，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件；当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件,此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接；使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为：表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种OCT成像系统，其特征在于，包括：

OCT系统，及，依次设置在所述OCT系统干涉光出光方向上的第一准直器、扫描镜、扩束器、光栅和面阵相机；其中，

所述第一准直器用于接收所述OCT系统发出的干涉光，并将所述干涉光进行准直，变为平行光后进入所述扫描镜；

所述扫描镜用于扫描所述第一准直器发出的光信号，并送入所述扩束器进行扩束；

所述扫描镜在运行方向上与所述OCT系统中扫描系统在X轴的扫描方向上相互垂直；

所述扫描镜在运行方式上与所述OCT系统中扫描系统的X轴同步扫描；

所述扩束器用于对接收的光束进行扩束；

所述光栅用于对扩束后的光信号进行分光并会聚，以使不同波长的光信号聚焦到所述面阵相机的一列像元上；

所述面阵相机用于将光栅分光后的光信号转为电信号；

扫描系统在X轴的扫描方向上控制激光点在样品上进行线扫描，所述扫描镜与所述扫描系统的X轴同步扫描，对所述激光点反射回来的样品信号按列的形式同步排列到所述面阵相机；

通过所述面阵相机一次曝光，得到一次完整的线扫描二维干涉信号，对所述二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，最终得到样品表面一个断层面的所有信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述OCT系统，包括：

光源；

耦合器，设置在所述光源的出光方向，内部分为两个通道，分别为第一通道和第二通道，第一通道用来接收参考臂的反射光和样品臂带有样品信息的后向散射光，第二通道用来接收所述光源发出的光，并按预设功率比例，将光源发出的光进行分束，分束为第一束光和第二束光；

参考臂，设置在所述耦合器的第一束光的出光分路上，参考臂接收耦合器发出的第一束光并将光束反射回所述耦合器；

样品臂，设置在所述耦合器的第二束光的出光分路上，用于将接收到的光束照射到样品上，带有样品信息的后向散射光原路返回到所述耦合器中；

所述耦合器，还用于接收所述参考臂的反射光和样品臂带有样品信息的后向散射光，两束光在第一通道内相互干涉，形成干涉光。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述参考臂，包括：

第二准直器，设置在所述耦合器的第一束光的出光分路上，用于接收所述耦合器发出的第一束光，并将所述第一束光进行准直，变为平行光；

反射镜，设置在所述第二准直器的出光方向上，用于将接收到的光反射回所述第二准直器；

所述第二准直器，还用于将接收到的反射光输送至所述耦合器第一通道中。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述样品臂，包括：

第三准直器，设置在所述耦合器的第二束光的出光分路上，用于接收所述耦合器发出的第二束光，并将所述第二束光进行准直，变为平行光；

扫描系统，为X、Y双轴扫描系统，用于接收所述第三准直器发出的光，并将接收到的光通过扫描镜头照射到样品上；

扫描镜头，用于接收所述扫描系统发出的光，并将接收到的光照射到所述样品上；

所述扫描镜头，还用于接收所述带有样品信息的后向散射光；

所述扫描系统，还用于接收通过所述扫描镜头传输过来的所述带有样品信息的后向散射光，并将所述带有样品信息的后向散射光通过所述第三准直器传输回所述耦合器的第一通道中；

所述第三准直器，还用于接收所述扫描系统发出的光，即带有样品信息的后向散射光通过所述扫描镜头、所述扫描系统后进入所述第三准直器，所述第三准直器将接收到的光发射向所述耦合器第一通道。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光源为宽光谱光源。

6.一种OCT成像方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的OCT成像系统，其特征在于，包括：

接收OCT系统发出的干涉光，将所述干涉光进行准直、扩束后，经光栅分光并会聚，不同波长的光信号聚焦到面阵相机的一列像元上；

扫描系统在X轴的扫描方向上控制激光点在样品上进行线扫描，扫描镜与所述扫描系统的X轴同步扫描，对所述激光点反射回来的样品信号按列的形式同步排列到所述面阵相机；

通过所述面阵相机一次曝光，得到一次完整的线扫描二维干涉信号，对所述二维干涉信号统一进行OCT相关算法的解算，最终得到样品表面一个断层面的所有信息。

7.一种OCT成像设备，其包括：如权利要求1-5中任一项所述的OCT成像系统。

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