[实用新型]超高分辨率谱域OCT的超宽带光谱探测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学相干层析成像技术，尤其涉及一种超高分辨率谱域OCT的超宽带光谱探测系统。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是一种新兴的光学成像技术，能实现对活体内部的组织结构与生理功能进行非接触、无损伤、高分辨率成像，在疾病的早期检测和在体活检领域有着广泛应用。

目前的谱域OCT系统通过高速线阵CCD来并行采集干涉信号的光谱分量，无需轴向扫描就可以得到样品的深度信息，具有快速和高灵敏度的特点，其系统核心是探测臂的快速光栅光谱仪。在OCT系统中，系统的轴向分辨率是与光源带宽成反比的，光源带宽越宽，对应的相干长度就越短，轴向分辨率就越高。在眼科、皮肤、肿瘤等学科中，超高分辨率(2-3um)的医学影像图像对临床疾病诊断有着重大意义。因此，谱域OCT必须采用更宽光谱范围的光源，同时探测臂的光栅光谱仪必须探测更宽的光谱成分，才能提高系统的轴向分辨率。国外很多科研机构都开展了这方面的研究，如美国哈佛医学院的N.A.Nassif小组构建了基于890nm中心波长，带宽150nm的SLD(超辐射二极管)光源的超高分辨率谱域OCT系统，轴向分辨率为2.9um；美国麻省理工的J.G.Fujimoto小组构建了基于850nm中心波长，带宽144nm的飞秒激光器的超高分辨率超谱域OCT系统，轴向分辨率为2.1um。在超高分辨率谱域OCT系统的探测臂部分，传统的方法是采用更多像素数的线阵CCD来探测更多的光谱分量，或者基于有限像素数的线阵CCD探测更宽的光谱范围，但牺牲光谱仪的光谱分辨率。由于线阵CCD像素数的增加意味着视场的增大，除非设计更加复杂的光学成像系统，否则在像面上(CCD感光面)不可避免的会出现严重的场曲现象，同时由于光谱范围太宽，色散现象严重，导致不同色光的聚焦位置不同，使得光谱仪无法完全分开各种色光而引入串扰(cross-talk)，探测信噪比下降继而系统轴向分辨率下降，最终降低了成像质量。而降低光谱仪的光谱分辨率意味着谱域OCT成像深度的降低。因此，如何在有限成像视场的情况下使光栅光谱仪高分辨地测量更宽广的光谱范围是超高分辨率谱域OCT系统研制的一大技术难点。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种超高分辨率谱域OCT的光谱探测方法及系统。在超高分辨率的谱域OCT系统的探测臂部分，采用双光栅的结构来实现正交色散，同时通过DMD(数字微镜器件Digital Micromirror Device的简称)来减小成像视场，能在小成像视场的情况下探测更多的光谱分量。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种超高分辨率谱域OCT的光谱探测系统：

从宽带光源出来的低相干光，经第一偏振控制器、光隔离器入射到宽带光纤耦合器，经分光后一路经第二偏振控制器进入扫描探头，另一路经第三偏振控制器进入参考臂，返回的光在宽带光纤耦合器中干涉后，经第四偏振控制器，进入探测臂把干涉信号分解成不同的光谱，最后这些光谱信号传入计算机，在计算机进行处理，通过逆傅立叶变换重建图像。

所述扫描探头：由准直透镜、扫描振镜和聚焦透镜组成；经分光后的光经准直透镜、扫描振镜和聚焦透镜后照射到样品，由原路返回经第二偏振控制器至宽带光纤耦合器。

所述参考臂：由准直透镜、色散补偿器、中性滤光片和平面反射镜组成；经分光后的光经准直透镜、色散补偿器、中性滤光片和平面反射镜，由原路返回经第三偏振控制器至宽带光纤耦合器。

所述探测臂：由光纤、准直透镜、第一衍射光栅、双胶合聚焦透镜、第二衍射光栅、双胶合聚焦透镜、DMD、双胶合聚焦透镜和面阵CCD组成；由扫描探头和参考臂返回的光在宽带光纤耦合器中干涉后，经第四偏振控制器依次进入光纤、准直透镜、第一衍射光栅、双胶合聚焦透镜、第二衍射光栅、双胶合聚焦透镜、DMD、双胶合聚焦透镜和面阵CCD，把干涉信号分解成不同的光谱，最后这些光谱信号传入计算机，在计算机进行处理，通过逆傅立叶变换重建图像。

所述的探测臂中的第一衍射光栅的刻线方向与第二衍射光栅的刻线方向互相垂直，其中衍射光栅的线对数为第二衍射光栅的线对数的1/M，M为大于1的整数，第一衍射光栅双胶合聚焦透镜的前焦面上，DMD位于双胶合聚焦透镜(18)的后焦面上，DMD与面阵CCD满足物像共轭关系，且DMD成缩小的像于面阵CCD上，缩放比例为N∶1，N为大于1的整数。

一种超高分辨率谱域OCT的光谱探测方法：