[发明专利]一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统

说明书

本发明提供一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，解决了传统扫频光学相干成像系统无法应用于体内，成像模式不灵活、成像质量差的问题，系统，包括光源，两组耦合器，两组偏振控制器，两组环形器，准直器，反射镜，内窥探针系统，平衡探测器，数据采集卡和计算机，本系统利用陀螺仪的三维定位功能，结合光学层析成像技术与插值算法，实现内窥三维层析成像的方法。该方法适用于膀胱系统或食道、肠道等的内窥成像，所成组织像深度大于3mm，成像分辨率为微米量级，成像帧频可到1000fps，本发明具有成像速度快，质量高的优点。

技术领域

本发明属于生物医学成像领域，具体涉及一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统。

背景技术

1991年，MIT的D.Huang等人在Science上首次报道了光学相干层析成像(OCT)技术，并将其成功应用于人体视网膜的二维成像，实现了在活体生物组织内部的高分辨率实时成像。其采用低相干光源，通过光纤耦合器分成物光和参考光两束，通过在参考光一路控制参考镜纵向移动，获得物光一路纵轴方向不同位置的相干信号，并通过横向移动物光实现二维扫描，该成像方式被称为时域光学相干层析成像技术。该技术受到参考镜移动速率的影响，成像速率也受到限制。

1995年，Fercher等人首次提出了谱域光学相干层析成像的概念。它不需要移动参考镜来实现样品的轴向扫描，使得扫描速度增加，同时干涉信号的光谱由光谱仪进行并行探测，成像速度有也了极大的提高，但受到光谱仪速率的限制，成像帧频仍受到限制。

1997年Fujimoto小组搭建了世界上第一台扫频光学相干层析系统，将时域OCT的宽带光源替换为扫频光源，采用单点探测器对包含样品深度信息的干涉信号进行采集。2006年，Huber研究组首次将傅里叶域锁模激光技术应用于扫频OCT成像，经过发展，该技术已经可以实现数MHz量级的高速成像。之后采用商业化的单点探测器和数字采集卡使得SSOCT系统具有了更快的采集速度，也抑制了在成像过程中由于样品运动而带来的伪影。

现有的传统扫频光学相干成像系统无法应用于体内，成像模式不灵活、成像质量较差，导致系统的实用性受到了限制。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供了一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，可应用于肠道、消化道、泌尿系统的内窥成像，尤其对一定深度的组织结构进行实时成像，本系统解决了传统扫频光学相干成像系统无法应用于体内，成像模式不灵活、成像质量差的问题。

本发明所采用的技术方案为：一种基于空间姿态感知的扫频光学层析内窥成像系统，包括光源，两组耦合器，两组偏振控制器，两组环形器，准直器，反射镜，内窥探针系统，平衡探测器，数据采集卡和计算机，光源包括扫频光源和校准光源，数据采集卡与计算机电信号连接，扫频光源与数据采集卡电信号连接，扫频光源分别提供k时钟信号和触发信号于数据采集卡，所述的扫频光源经第一耦合器分成物光和参考光，参考光连接准直器，在空域内被反射镜反射回准直器内；物光连接内窥探针系统，照射样品的不同深度层并反射回来，参考光的返回光经过第一环形器后输入进第二耦合器，物光的返回光经过第二环形器后输入进第二耦合器，在物光和参考光的两路光路上分别连接有两组偏振控制器，使返回光满足干涉条件，干涉信号经第二耦合器输出到平衡探测器，而后被数据采集卡采集，并上传给计算机，由计算机计算完成成像，所述的内窥探针系统的一端安装有陀螺仪，陀螺仪与计算机电信号连接，另外一端为探针窗口，由陀螺仪实时定位探针窗口的三维位置坐标，进而得到探针窗口聚焦点的空间位置和样品深度方向的反射光强度分布，并结合陀螺仪定位的三维空间位置进行深度信息填充，移动内窥探针的同时，实时得到样品特定深度的面扫图像，旋转内窥探针进而得到一个平面的扫描图。

本发明还具有如下技术特征：

1、样品深度的面扫图像的成像方法是，扫频光源在各分立的频谱下，参考光路的返回光波与物光路在各不同深度的反射光干涉，干涉强度满足如下公式：