[发明专利]一种宽谱高分辨率光学相干层析成像系统

说明书

本发明公开了一种宽谱高分辨率光学相干层析成像系统，本发明采用光子晶体光纤超连续谱光源，通过衰减片(AS)，功率降为20mW。整个系统在暗室环境下进行，无其它背景光。由超连续谱光纤光源发出的光接入到自由空间光学相干层析成像系统，宽带消色差透镜用于将光会聚到样本上。采用双路平衡探测方法用来消除光源产生的过量噪声。光路中的偏振分束器(PBS)、1/4波片(QWP)和1/2波片(HWP)能够优化系统输出以及提高灵敏度。本发明中，时域OCT系统选取的所有光学元器件适合于400‑1000nm波段范围。利用10Ms/s采样率、16‑bit分辨率的模拟数字转换器得到完整的干涉条纹数字信号。

技术领域

本发明涉及光学相干层析成像领域，涉及一种宽谱高分辨率光学成像方法。

背景技术

光学相干层析技术(Optical Coherence Tomography，OCT)是继超声成像、X射线成像、CT和MRI之后的新一代生物医学成像技术，采用非侵入式光学成像技术，能够检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像。它能对活体组织进行实时、高分辨率断层成像，对活体组织内部机构的生理、病理变化过程进行精确的分析和诊断。OCT可应用在眼科临床诊断，牙齿断层扫描、皮肤病学研究，珍珠层厚度检测等领域，最具诱惑力的应用在于它对人体癌变和心血管疾病的早期准确诊断，这要求OCT的分辨率能够达到细胞水平。

分辨率是衡量OCT性能和技术发展的重要指标，其轴向分辨率由光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定。在探测光束弱聚焦条件下，OCT轴向强度点扩散函数的主瓣宽度将远大于相干门宽度，由于只有当两路光的光程差与光源的相干长度相匹配时才会产生干涉，所以此时的轴向分辨率主要由相干门决定.由于相干门宽度与光源的带宽成反比，与中心波长的平方成反比，在OCT光源中心波长确定的情况下，进一步提高轴向分辨率的方法是基于宽带光源技术。因此这对作为其核心技术的光源性能提出了苛刻要求：需要光源具有较宽的频谱宽度、输出功率高、稳定性好、易于耦合等特点。现今的OCT系统使用的光源主要有超辐射光源SLD和飞秒固体激光器两类。但是前者由于带宽限制难以实现低于微米量级的纵向分辨率，后者因为体积和成本原因难以临床应用。采用PCF超连续谱光源将在以下方面显示出特别突出的优点：谱的宽度大，一般达数百纳米；光谱经过适当整形可以实现对称平坦的谱型；可以利用PCF的特点实现高光束质量(PCF的单模特性)、高稳定性的光谱(在全正常色散区内产生超连续谱的特点)。正因为如此，基于PCF超连续谱的OCT技术逐渐成为当前激光技术的研究热点之一。短短几年中，基于PCF超连续谱的OCT技术已经取得了许多重要进展。尽管基于PCF超连续谱的OCT技术已取得了很大进展，但因起步不久，仍有大量科学技术问题依然亟待研究解决，主要包括：全光纤化且功率稳定的泵浦源。低噪声超连续谱的获取和对称平坦的光谱整形。清晰而又快速的图像获取技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种宽谱高分辨率光学相干层析成像系统；旨在研究发展基于PCF的新型高稳定低相干光源，制备出医用级的高分辨率OCT。

为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：

由五个模块组成：光路模块；光路扫描模块；信号探测模块；信号处理模块；智能控制模块；

光路模块包括有：PCF超连续谱光源、衰减片、1/2波片、偏振分束器A、1/4波片、分束器B、宽带消色差透镜A、宽带消色差透镜B；

光路模块中的PCF超连续谱光源的带宽范围500-2000nm，功率1w，通过使用衰减片，将功率减少到20mW；

宽谱高分辨率光学相干层析成像系统在暗室环境中，并且没有其他背景光；PCF超连续谱光源发出的光通过自由空间进行传播，宽带消色差透镜A将光会聚到参考镜镜面和宽带消色差透镜B将光会聚到样本上，并采用双路平衡探测方法用来消除PCF超连续谱光源产生的过量噪声；