[发明专利]基于色散调制的无镜像光学频域成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学相干层析成像(OCT)技术，尤其涉及一种基于色散调制的无镜像光学频域成像系统及方法。

背景技术

光学相干层析(Optical Coherence Tomography，简称OCT)成像技术是一种新型的光学成像技术，能够对被测活体样品内部的组织结构与生理功能进行非侵入、非接触、高分辨率在体成像，在疾病的早期诊断和在体活检领域有着广泛应用前景。

光学频域成像系统是光学相干层析成像系统的一种型式，通过采用高速扫频激光光源和点探测器采集样品轴向干涉光谱信号，参考臂由固定的平面镜构成，不需要进行轴向扫描，通过对轴向干涉光谱信号进行傅立叶逆变换即可获得样品的轴向深度信息，具有高速和高灵敏度的特点。但是光学频域成像也存在其固有缺点，在采集携带样品深度信息的干涉信号的同时，也采集到样品各层之间的互干涉信号、样品各层本身的自相干干涉信号、参考光本身的自相干干涉信号等相干噪声。并且由于采集到的是干涉光谱信号的实部，而不是复数干涉光谱信号，对此干涉光谱信号的实部进行傅立叶逆变换得到的结果是厄米共轭的，导致了在图像中产生了叠加在样品实数像上关于零光程位置完全对称的复共轭像。

为了分辨样品的实数像，通常通过调节参考臂光程把零光程点移到样品表面之外，这样可以使实数像和复共轭像在图像上不重叠，但由于零光程附近的条纹可见度最高，即图像灵敏度最高，采用移开零光程的办法导致高灵敏度的图像区域无法得到利用，并且由于零光程位于样品之外，导致了OFDI系统的成像深度仅仅利用了一半。消除傅立叶域OCT的复共轭像，可以更好的利用零光程附近的高灵敏度区域，并且使成像深度拓展一倍，国外很多科研机构都开展了这方面的研究。M.Wojtkowski等人提出利用压电陶瓷驱动器移动参考臂的反射镜的方法，加州大学Irving分校的Zhongping Chen小组提出采用电光相位调制器的方法，杜克大学Izatt小组提出采用3×3光纤耦合器的方法，通过在相邻的轴向干涉光谱信号间引入固定的附加相位，采用复数干涉光谱恢复算法重建出干涉光谱信号的复数形式，再进行傅立叶逆变换，从而消除复共轭像。美国哈佛大学医学院G.J.Tearney小组提出采用声光相位调制器对干涉光谱信号进行载频的方法和偏振编码的方法去除复共轭像。Hofer等人提出采用色散材料提供色散并且用复杂的迭代算法消除复共轭像的方法，S.Witte等人对也采用色散材料进行色散编码并提出简化的消除尖峰算法去除复共轭像。

上述这些方法，都存在其固有缺点，如利用压电陶瓷驱动器进行多步移相方法需要对同一个位置进行多次测量，降低了成像速度，且对相位的稳定性要求高，容易受到各种环境扰动对相位的影响；利用电光相位调制器和声光相位调制器的方法需要引入比较复杂且昂贵的仪器设备，且对系统数据采集速度提出了苛刻的要求；利用3×3光纤耦合器的方法容易受到温度对耦合系数的影响而造成恢复复数干涉光谱的不准确，影响整体的复共轭抑制率；现有提出的利用色散去除复共轭像的方法需要依赖复杂的迭代算法，对算法的简化也降低了复共轭抑制率。因此有必要研究易于实现、且复共轭抑制率高的消镜像方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于色散调制的无镜像光学频域成像系统及方法。在光学频域成像系统的参考臂设置透射式光学扫描延迟线，实现色散调制的同时维持参考臂的光程不变，确保在不同色散状态下样品轴向位置的同一性。通过快速改变透射式光学扫描延迟线中振镜的旋转角，得到两种色散状态下同一样品的两组干涉光谱信号。通过乘以相应的色散补偿因子使对应虚部的色散得到补偿，将色散补偿后的两组干涉光谱相减后再次实施色散补偿，然后进行傅立叶逆变换，便可得到样品的实反射信号，用于样品图像的无镜像重建，使系统成像深度扩展一倍。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：