本发明专利技术提供一种OCT内窥扫描成像系统中使用的光学时钟模块及其信号发生方法，所述光学时钟模块包括：干涉模块、探测器模块和光学时钟转化电路模块，所述光学时钟转化电路模块包括宽频90度移相器、过零比较器以及异或门、或门组成的电路以及光学时钟信号输出模块。本发明专利技术还提供包括所述光学时钟模块的OCT内窥扫描成像系统。本发明专利技术实现了从MZI光学干涉信号到频域上均匀、时域上变频率的光学时钟信号的转换，降低了对采样与处理系统的要求，并减少冗余信息的采集，减轻存储系统的负担，从而提高整个OCT系统的集成度，降低系统成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及扫频激光
和光学相干层析扫描成像领域，尤其涉及一种应用 于使用扫频激光器的光学相干层析扫描成像系统，提供一种可有效减少总采样数据量、简 化后续数字信号处理要求的光学时钟信号发生系统和方法。
技术介绍
光学相干层析扫描成像（OpticalCoherenceTomography，简称OCT)，已广泛应用 在眼科诊断领域，这项技术是建立在光学、电子学以及计算机技术科学的基础上，是集光电 及高速数据采集和图像处理等多项前沿学科为一体的新型成像技术，OCT凭借其具有高分 辨率、高速成像等优点而备受人们的关注，并在生物医学与临床诊断领域开始得到重视和 应用。 与现有的CT、超声、MRI等其他成像方式相比，OCT具有极高的分辨率，与传统的激 光共聚焦显微镜相比，OCT的成像深度具有明显的优势。传统光学探头的核心技术大多采 用光纤束进行光传导并进行成像，或者采用CCD技术进行成像，此类内窥式探头仅能探测 组织表面的病变，然而早期癌症的症状发生在表皮以下1-3毫米的深度，因此传统光学内 窥探头就显得力不从心。目前也有通过超声原理进行医学成像的内窥探头，虽然可获得生 物组织表层以下较深的组织信息，但分辨率仅为毫米量级，对早期的癌症易造成漏诊。 内窥式OCT技术是近十年伴随OCT技术发展而诞生并蓬勃发展的一项OCT分支技 术，其核心目标是在不降低分辨率的前提下将OCT光学成像设备微型化，提供人体内部脏 器管腔的高分辨率OCT图像。这项技术极大的扩展了OCT技术的应用领域，使得OCT检查 对象由体表器官或活检样品发展到人体内脏，如血管、消化道以及呼吸道等。目前在临床方 面，OCT内窥镜技术已经在检查动脉粥样硬化以及检查血管支架安放情况等方面有了初步 的应用。 传统的OCT系统为时域OCT系统（TD-OCT)，而时域OCT系统的扫描速度一般无法 超过每秒2000线，从而限制了成像速度。近几年，第二代频域OCT(FD-OCT)由于其扫描速 度快，探测灵敏度高等优点，得到了越来越普遍的重视。而在频域OCT中，采用高速扫频激 光器的扫频OCT(SS-OCT)则具有探测光路简单、探测灵敏度衰减小等优点，被广泛使用。 在FD-OCT中，为获得深度图像信息，图像信号需要在进行傅立叶变换前在频域上 均匀分布。而在SS-OCT中，由于扫频激光器的扫描特性，直接由高速模数采集卡获取的在 时域上均匀采样的原始图像信号并不满足这一条件，这就要求对原始图像信号进行过采 样，而后利用数字信号处理的方式对其进行数字重采样，从而使得图像信号在频域上均匀 分布。这样的采样与信号处理方法对于采样系统与数字信号处理系统的要求都很高，也会 获取很多冗余信息，从而增加存储系统的负担。此外，数字重采样还会造成信号信噪比的降 低，并导致探测灵敏度衰减变大，导致图像清晰程度降低。 因此，既能够实现高速模数采集卡采集后的信号在频域均匀分布，又能够降低对 于采样系统与数字信号处理系统的要求，降低成本并保证图像清晰，是内窥式OCT系统更 好的应用于血管、消化道以及呼吸道等领域，并获得深度图像信息的关键。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种在OCT内窥 扫描成像系统中使用的光学时钟模块，所述光学时钟模块包括干涉模块、探测器模块和光 学时钟转化电路模块，其中，所述干涉模块可采用光纤式马赫一曾德尔干涉仪（MZI)或光 纤式迈克尔逊（Michelson)干涉仪结构。其中马赫一曾德尔干涉仪结构主要由两个光纤 耦合器、两个光纤环形器以及两个光纤偏振控制器组成，其中第一个光纤耦合器一般采用 非对称式光纤耦合器，将大部分激光输出至样品臂的微探头；在参考臂与样品臂中均放置 一个光纤环形器以收集从两个臂反射或散射回的光学信号；第二个光纤耦合器可采用对称 式2X2光纤耦合器（即分光比为50/50)以产生光学干涉信号并降低直流共模信号，光纤 偏振控制器被对称的放置在参考臂与样品臂中，用于调整两个臂的偏振状态以获得最佳的 光学干涉信号。迈克尔逊干涉仪结构则由一个对称式2X2光纤耦合器、一个光纤环形器以 及两个光学偏振控制器组成，扫频激光首先经过光纤环形器后在进入光纤耦合器，从参考 臂与样品臂反射或散射回的光学信号在经过同一个光纤耦合器产生干涉信号，光纤偏振控 制器被对称的放置在参考臂与样品臂中，用于调整两个臂的偏振状态以获得最佳的光学干 涉信号。马赫一曾德尔干涉仪（MZI)的优点在于结构对称、色散管理简单、探测灵敏度高。 迈克尔逊（Michelson)干涉仪的优点在于结构简单、且不会引入偏正模色散（PMD)，两者的 共同之处在于两个臂中间的光程差决定了发生光学时钟的自由光谱区（FSR)，也最终决定 了OCT图像的最大成像深度；探测器模块可采用高速平衡光电探测器，主要用于将从干涉 模块输出的干涉光学信号转换成电学信号。从MZI产生的光学干涉信号由一个平衡光电探 测器转换为电学信号后，经过光学时钟转化电路模块，即依次经过宽频90度移相器、过零 比较器、异或门、或门以及光学时钟信号输出模块而转换为在频域上均匀、在时域上变频率 的光学时钟信号。其中，宽频90度移相器主要用于将MZI电学信号的相位移动90度，过零 比较器主要用于对原始MZI电学信号和移相后的MZI电学信号进行过零比较以转换为数字 信号，而MZI信号的零点在频域上均匀分布，因此过零比较后产生的数字信号的上升沿或 下降沿也在频域上均匀分布，异或门主要用于将两个数字时钟信号进行合并，以获得在一 个自由光谱区（FSR)中产生两个时钟信号，这样在不增加FSR前提下增加了OCT最大成像 深度，减少了由光学信号产生的抖动（jitter)。而且由于扫频激光器在两个相邻扫描之间 总是存在一些空闲时间，光学时钟信号还需要通过一个或门在空白处填入一些假的时钟信 号以保证高速模数采集卡可以正常工作，或门实现了将真实光学时钟信号与假的时钟信号 合并的功能，光学时钟信号输出模块主要用于将合并后的真实光学时钟信号与假的时钟信 号输送到数据采集模块。 本专利技术的另一目的是提供一种在OCT内窥扫描成像系统中使用的光学时钟信号 发生方法，包括以下步骤：a，干涉模块对进入的激光进行分光干涉、耦合，并将其传输到探 测器模块；b，所述探测器模块将从干涉模块输出的干涉光学信号转换成电学信号，并输出 到光学时钟转化电路；c，经过光学时钟转化电路处理，从而得到频域上均匀、时域上变频率 的光学时钟信号；d，光学时钟输出模块实现频域上均匀、时域上变频率的光学时钟信号。其 中，所述光学时钟转化电路处理过程包括以下步骤：第一步，经探测器模块转换的MZI电学 信号一部分直接经宽频90度移相器转入过零比较器，另一部分MZI电学信号直接转入过零 比较器；第二步，所述宽频90度移相器使转入宽频90度移相器的电学信号的相位移动90 度；第三步所述过零比较器对发生相位移动和未发生相位移动的MZI电学信号进行过零比 较并转换为数字信号，然后将所述数字信号转入异或门；第四步，所述异或门将经过零比较 器转换后的两个数字时钟信号合并为真实光学时钟信号再转入或门；第五步，所述或门将 所述真实光学时钟信号与假的光学时钟信号合并再转入光学时钟输本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在OCT内窥扫描成像系统中使用的光学时钟模块，所述光学时钟模块包括干涉模块、探测器模块和光学时钟转化电路模块，其中，所述干涉模块主要对进入的激光进行分光干涉并耦合；所述探测器模块主要用于将干涉模块输出的干涉光学信号转换成电学信号；所述光学时钟转化电路模块包括依次连接的宽频90度移相器、过零比较器、异或门、或门以及光学时钟信号输出模块，其将经过所述探测器模块转换后的电学信号转换为在频域上均匀、在时域上变频率的光学时钟信号，其中，所述宽频90度移相器使部分MZI电学信号的相位移动90度；所述过零比较器对原始MZI电学信号和发生相位移动后的MZI电学信号进行过零比较并转换为数字信号，经转换后的数字信号在频域上分布均匀；所述异或门主要用于将经过零比较器转换后的两个数字时钟信号进行合并；所述或门主要用于将真实光学时钟信号与假的时钟信号合并；所述光学时钟信号输出模块主要用于将合并后的真实光学时钟信号与假的光学时钟信号输送到数据采集模块。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：奚杰峰，李常青，冷德嵘，
申请(专利权)人：南京微创医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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