一种高分辨率OCT成像装置及其成像方法.docx

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1、CN 114305319 A说明书#/9页一种高分辨率OCT成像装置及其成像方法技术领域0001本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种高分辨率OCT成像装置及其成像方法。背景技术0002光学相干断层成像(optical coherence tomography , OCT)技术基于低相干光干涉原理，可对人体组织实时、无损、动态高分辨率成像，且可结合光学相干断层成像血管造影算法，无需注射造影剂，就可实现皮下微循环成像。已被证明是检测和研究皮肤、血管即眼睛疾病的重要工具。在临床需求的推动下，OCT技术迅速转移到临床，现在被视为心血管和眼科护理的标准成像技术。为了更深入地了解病理的发展过程，需要获

2、得分辨率更高的，成像视场更大的，成像深度更深的OCT结构信息乃至血流信息。此外，眼球固有结构使得眼科OCT系统有眼前节OCT与眼后节OCT的区分，如何实现简介有效的全眼OCT系统就非常重要了。另外，由于传统OCT系统中，检测光束为高斯光束，其固有性质容易发生衍射，因此该系统无法对实验样品实现从表面到内部一致的分辨率。所以如何提高OCT的分辨率也是一个非常重要的研究热点。0003申请号为CN110755032A的专利提出一种基于快门切换的眼科测量系统，其利用类似电动位移台装置去插入或者去除样品臂中的透镜，使得眼前节光路和眼底光路实现切换，实现眼睛不同部位的测量成像。然而，该系统光路设计上不够简洁

3、，器件沉重，切换速度很慢，稳定性不好，成像速度不快。0004申请号为CN201910325960.8的专利提出一种频域OCT和时域OCT的组合方案，其利用时域OCT实现了眼轴参数的测量，利用频域OCT实现了眼前节和眼底的成像。但是，该系统在眼底OCT变为眼前节OCT时，光路切换方面仅仅是电机直接移走一个透镜，该方法不能保证光路的稳定性；而且测量速度依旧较慢。发明内容0005为了解决现有技术中存在的OCT测量仪器存在测量性能单一、采集速度慢、成像视场小和分辨率低的问题，本发明提出了一种高分辨率OCT成像装置及其成像方法。0006本发明的一个目的在于提出一种高分辨率OCT成像装置。0007本发明的

4、高分辨率OCT成像装置包括：扫频光源、光纤衰减器、通用光纤耦合器、样品臂、电动延迟线、偏振控制器、均分光纤耦合器、平衡探测器、数据采集模块、计算机和控制模块；其中，扫频光源的输出端通过光纤连接至光纤衰减器的输入端；光纤衰减器的输出端通过光纤连接至通用光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂，通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至电动延迟线的一端，通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至均分光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的分光比例是任意设置的；电动延迟线的另一端通过光纤连接至均分光纤耦合器的第二端口；偏振控制器位于连接电动延迟线和均分光纤耦合器的光纤上；均分光纤耦合

5、器的第三和第四端口分别通过光纤连接至平衡探测器；平衡光电探测器通过射频线缆连接至数据采集模块；数据采集模块通过数据总线连接至计算机；计算机通过信号线连接至控制模块；扫频光源的同步触发信号端通过射频线缆连接至控制模块的信号输入端；控制模块通过射频线缆连接至数据采集卡的触发端口；样品臂包括准直器、光场调制模块、反射镜、角反射镜以及n路样品臂支路；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；采用反射镜和角反射镜的组合，将光束分为n束并传输至n路样品臂支路；角反射镜为三棱柱，三棱柱的上底面为三角形ABC,下底面为三角形A1B1C1, ZCAB是一个540的锐角，并且

6、NCAB的尖端处具有完整的尖端；其中面ACC1A1为高反射面，用于反射成像光束，面BCC1B1和面ABB1A1和面ABC和面A1B1C1为高吸收面，用于抑制杂散光，角反射镜高度大于准直器出射光束的直径；NCAB位于光路中去切分光束，部分光束入射至面ACC1A1被反射，部分光束从角反射镜外部通过并继续沿直线传输，从而光束被分束；控制模块通过信号线连至各路样品臂支路，n为22的自然数；扫频光源发出同步触发信号T1传输至控制模块，作为参考信号；控制模块收到计算机发出的开始信号T3后，发出触发信号T2至数据采集模块，作为同步采集的时钟信号；扫频光源发出一束宽带的激光至光纤衰减器；光纤衰减器调整进入至通

7、用光纤耦合器的激光的光功率；通用光纤耦合器根据设定的光功率比例，将一部分光通过第二端口传输至样品臂；从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束被角反射镜分束后变为n个光场分布不完整的无衍射光束，无衍射光束具有自恢复特征，随着传播距离的增加，n个光场分布不完整的无衍射光束回恢复成n个光场分布完整的无衍射光束，随后n个无衍射光束依次经过n路样品臂支路照射到样品上，不同样品臂支路聚焦至样品的不同位置，照射样品产生散射光;样品产生的散射光经各路样品臂支路返回至通用光纤耦合器的第二端口，通用光纤耦合器将一部分光通过第四端口传输至均分光

8、纤耦合器；通用光纤耦合器将另一部分光通过第三端口传输至电动延迟线；电动延迟线作为参考臂，调整参考臂的光程差，经电动延迟线调整光程后的光作为参考光，传输至均分光纤耦合器；散射光和参考光在均分光纤耦合器处发生干涉，干涉光携带样品信息；通过分别调整各路样品臂支路的光程，使得不同样品臂支路与参考臂的干涉信号的频率在不同的频段范围；并且通过偏振控制器调整参考光的偏振状态以及调整各路样品臂支路的偏振状态，使得样品臂支路的干涉光都达到最强；均分光纤耦合器将干涉光均分后输送至平衡光电探测器；干涉光为光信号，平衡光电探测器将从光信号转换为电信号，从而干涉光转换为干涉信号，传输至数据采集卡，控制整个OCT成像装置

9、的工作时序；数据采集卡根据控制模块发出的触发信号T2采集平衡光电探测器输出的携带有样品信息的干涉信号；数据采集卡将干涉信号传输至计算机；控制模块输出控制信号，控制各路样品臂支路对样品进行同步扫描，一直到完成所有扫描点的数据采集；计算用醛由各路样品臂支路的干涉信号进行拼接，实现高分辨率的大视场拼接成像。0008每路样品臂支路包括：位移台、变焦镜头、扫描镜和成像镜头；其中，沿着光轴方向依次设置变焦镜头、扫描镜和成像镜头；变焦镜头固定在位移台上，能够通过调整位移台实现变焦镜头前后移动；各路样品臂支路能够通过移动位移台去调整各自的光程差要求，使得不同的样品臂支路与参考臂的光程差满足设定的要求，面向不同

10、成像样品可以灵活调22CN 114305319 A说明书5/9 页整，通常要求是不同的样品臂支路与参考臂的光程差不同，达到不同样品臂支路与参考臂的干涉信号频率在不同的频段范围；扫描镜的枢纽点位于成像镜头的一个焦平面上，样品位于成像镜头的另一个焦平面上；控制模块通过信号线连至各路样品臂支路的扫描镜。0009光场调制模块采用空间光调制器、超表面材料相位板或透镜棱镜组，优选是转换效率接近100%的透镜棱镜组；光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束，无衍射光束为贝塞尔光束、马丢光束、余弦光束、抛物线光束或及艾里光束。0010成像镜头根据是否对准直光束起到汇聚光束的效果，采用聚焦成像镜头或4F成像镜头；

11、聚焦成像镜头能够将准直光束汇聚为聚焦光斑，4F成像镜头能够将准直光束扩束/缩束为准直光束；对于不同光学特征的样品，本发明OCT成像装置相应装配不同的成像镜头；如果被成像的样品与成像镜头之间没有类似透镜功能的介质，如外表皮肤、大脑皮层和眼角膜等样品，选用聚焦成像镜头；如果被成像的样品与成像镜头之间具有类似透镜功能的介质，如视网膜，选用4F成像镜头。0011进一步，在样品臂中加入偏振分束器和半波片；从准直器出射的高斯光束至偏振分束器，经过偏振分束器一分为二，P偏振光透射，S偏振光反射；半波片的作用是将P偏振光变为S偏振光，或者将S偏振光变为P偏振光，从而实现不同样品臂支路照射在样品上的光束的偏振态

12、都是可调的，根据需要设定为一样的或者是不一样的。0012 进一步，本发明还包括角度调整模块，能够灵活调整各路样品臂支路的入射光束角度；角度调整模块包括样品臂支撑板、第一导轨、第二导轨和i个镜头滑块；样品臂支撑板为平板，在样品臂支撑板的表面分别开设有第一导轨和第二导轨；第一导轨和第二导轨均为部分圆环形的凹槽导轨，第一导轨和第二导轨所在的圆环同心，样品位于圆环的圆心，且占圆环的比例相同；i个镜头滑块的底端分别嵌入至第一导轨和第二导轨内，能够沿着第一导轨和第二导轨滑动，镜头滑块的方向沿着第一导轨和第二导轨所在圆环的径向；一个镜头滑块上设置一路样品臂支路,i个镜头滑块分别对应i路样品臂支路，i为Wn的

13、自然数；镜头滑块越靠近圆心，横向尺寸越小；相比于长方形滑块，优点是两个镜头滑块能够靠的更近，角度调整的范围更大。镜头滑块的底表面分别设置有圆柱和部分环形柱，圆柱和部分环形柱分别内嵌至第一导轨和第二导轨的凹槽内，部分环形的曲率与所在导轨的曲率一致；圆柱和部分环形柱在第一导轨和第二导轨中滑动实现镜头滑块的滑动，部分环形柱的特点是其前后表面的曲率与所在的第二导轨的凹槽的曲率一样，保证滑动时的流畅和稳定o0013本发明的另一个目的在于提出一种高分辨率OCT成像装置的成像方法。0014本发明的高分辨率OCT成像装置的成像方法，包括以下步骤：1) OCT成像装置连接：扫频光源、光纤衰减器、通用光纤耦合器、

14、样品臂、电动延迟线、偏振控制器、均分光纤耦合器、平衡探测器、数据采集模块、计算机和控制模块；其中，扫频光源的输出端通过光纤连接至光纤衰减器的输入端；光纤衰减器的输出端通过光纤连接至通用光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂，通用光纤耦合器的第三端口通过光纤连接至电动延迟线的一端，通用光纤耦合器的第四端口通过光纤连接至均分光纤耦合器的第一端口，通用光纤耦合器的分光比例是任意设置的；电动延迟线的另一端通过光纤连接至均分光纤耦合器的第二端口；偏振控制器位于连接电动延迟线和均分光纤耦合器的光纤上；均分光纤耦合器的第三和第四端口分别通过光纤连接至平衡探测器；平衡光电探测器通过

15、射频线缆连接至数据采集模块；数据采集模块通过数据总线连接至计算机；计算机通过信号线连接至控制模块；扫频光源的同步触发信号端通过射频线缆连接至控制模块的信号输入端；控制模块通过射频线缆连接至数据采集卡的触发端口；通用光纤耦合器的第二端口通过光纤连接至样品臂的准直器；准直器后设置光场调制模块；采用反射镜和角反射镜的组合，将光束分为n束并传输至n路样品支路；角反射镜为三棱柱；控制模块通过信号线连至各路样品臂支路；2）进行位置校正，并进一步校正不同样品臂支路的图像的位置，保证互相不串扰；3）扫频光源发出同步触发信号T1传输至控制模块，作为参考信号；控制模块收到计算机发出的开始信号T3后，发出触发信号T2至数据采集模块，作为同步采集的时钟信号；4）扫频光源发出一束宽带的激光至光纤衰减器；光纤衰减器调整进入至通用光纤耦合器的激光的光功率；通用光纤耦合器根据设定的光功率比例，将一部分光通过第二端口传输至样品臂；5）从样品臂的准直器出射的光束是高斯光束，高斯光束至光场调制模块，光场调制模块将高斯光束调制为无衍射光束；无衍射光束被角反射镜分束后变为n个光场分布不完整的无衍射光束，无衍射光束具有自恢