扫频光学相干层析成像系统的光谱标定方法技术方案

一种扫频光学相干层析成像系统的光谱标定方法，在扫频光学相干层析成像系统的参考臂中放置一个透明薄片，利用该透明薄片可以获得光程差为2nd的固定光程差干涉信号。通过密集采样采集系统的干涉信号，该信号包含薄片的干涉信号和样品干涉信号，利用薄片的干涉信号进行光谱标定，获得波数等间隔的样品干涉信号，再进行逆傅里叶变换的数据处理和图像重建算法，即可获得样品的层析结构图像。本发明专利技术利用一个透明薄片实现系统干涉信号的实时标定，结构简单，使用方便，避免了使用马赫‑曾德(MZI)干涉仪等额外的器件，降低了系统成本和复杂性。

Spectral calibration method for frequency swept optical coherence tomography system

A method of spectral sweep optical coherence tomography system calibration, placing a transparent sheet in the reference arm sweep optical coherence tomography system, obtain the optical path difference is fixed optical path difference of 2nd interference signal can use the transparent sheet. Through the dense sampling interference signal acquisition system, the signal containing sheet and interference signal to interference signal, the spectral calibration using interference signal slice, obtain wavenumber interval of interference signal, and then the inverse Fourier transform of the data processing and image reconstruction algorithm can obtain tomographic image of the sample structure. Real time calibration, the invention uses a transparent sheet system interference signal has the advantages of simple structure, convenient use, avoiding the use of Maher Ceng De (MZI) interference device instrument additional, reduces system cost and complexity.

【技术实现步骤摘要】
扫频光学相干层析成像系统的光谱标定方法
本专利技术涉及扫频光学相干层析成像(SweptsourceOpticalCoherenceTomography，简称SS-OCT)，特别是一种用于SS-OCT的光谱标定方法。
技术介绍
光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography，以下简称为OCT)是一种通过探测样品背向散射光的强度来获取样品不同深度结构信息的生物医学光学成像技术，具有非侵入、分辨率高、可在体检测生物组织内部微结构信息等特点。1991年，美国麻省理工学院的J.G.Fujimoto和D.Huang等人首先提出了此概念，并对视网膜和冠状动脉进行了离体成像。目前OCT技术已被广泛应用于眼科、皮肤科、心血管等领域的临床诊断和研究。OCT可分为时域OCT(TimeDomainOCT，TD-OCT)和频域OCT(FourierDomainOCT，FD-OCT)，而频域OCT又可分为基于光谱仪的频域OCT(SpectralDomainOCT，SD-OCT)和基于扫频光源的频域OCT(又称扫频光学相干层析成像，SweptsourceOCT，SS-OCT)。扫频光学相干层析成像系统主要包括扫频光源1、迈克尔逊干涉仪2、平衡探测器3和数据采集卡4。扫频光源发出的光经迈克尔逊干涉仪产生干涉信号，由平衡探测器3探测，数据采集卡采集获得干涉信号随波长变化的强度分布(干涉谱)，然后对其做倒数变换后得到干涉信号在频域的强度分布，即频域干涉条纹。基于待测物体内各层光反射或背向散射界面的深度对应频域干涉条纹的不同频域的原理，SS-OCT对频域干涉条纹作逆傅里叶变换得到待测物体沿照明光光轴方向的深度分辨的反射率或背向散射率分布，即层析图。在SS-OCT中，样品深度和光源波数是一对傅里叶变换对，将采集的干涉信号沿波数K进行傅里叶变换(简称为FFT)，获得样品的层析结构图像。对非波数等间隔的干涉信号直接进行FFT会产生一个展宽因子，导致系统的轴向分辨率和测量精度降低，影响图像质量。通过光谱标定，可以获得波数等间隔的干涉信号。因此，光谱标定在频域OCT系统中具有重要的作用。扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统中，数据采集卡密集采样时采集到的干涉信号是时间等间隔分布，而扫频光源输出光的波数通常并不是随时间线性变化的，因此需要在傅里叶变换之前获得波数等间隔的干涉信号。目前主要有硬件和软件两种方式获得波数等间隔的干涉信号。硬件的方式主要有：1)采用一个窄带固定波长滤波器(如光纤布拉格光栅)来标定扫频输出光的起始点，并且认为波长随时间线性分布，对干涉光谱信号进行插值，得到波数等间隔分布的干涉光谱采样点(参见在先技术[1]，B.J.Vakoc,S.H.Yun,J.F.deBoer,G.J.Tearney,andB.E.Bouma，“Phase-resolvedopticalfrequencydomainimaging”，Opt.Express，Vol.13,No.14，5483–5493，2005)；2)在扫频OCT系统中，将光源的一部分输出光引入到光纤法布里-珀罗干涉仪(FFPI)，当扫频光源的输出光谱覆盖FFPI的自由光谱范围时，产生一个尖峰信号，触发采集卡采集一个采样点，获得波数等间隔的干涉信号(参见在先技术[2]，MichaelA.Choma,KevinHsuandJosephA.Izatt，“Sweptsourceopticalcoherencetomographyusinganall-fiber1300-nmringlasersource”，JournalofBiomedicalOptics，Vol.10，No.4，044009，2005)；3)J.G.Fujimoto等人用马赫曾德干涉仪(MZI)代替FFPI，产生具有固定光程差的正弦干涉信号。通过最近邻域比较算法、遗传算法和插值相结合等方法得到等波数间隔采样点，同步触发数据采集卡，获得波数等间隔的干涉信号(参见在先技术[3]，R.Huber,M.WojtkowskiandJ.G.Fujimoto，“Three-dimensionalandC-modeOCTimagingwithacompact,frequencysweptlasersourceat1300nm”，Opt.Express，Vol.13,No.25，10523–10538，2005)。4)另外，XingdeLi等人采用马赫曾德干涉仪结合过零点探测电路得到等波数间隔采样时钟，同步触发数据采集卡，获得波数等间隔的干涉信号(参见在先技术[4]，JiefengXi,LiHuo,JiasongLiandXingdeLi，“Genericreal-timeuniformK-spacesamplingmethodforhigh-speedswept-Sourceopticalcoherencetomography”,Opt.ExpressVol.18,No.9，9511-9517，2010)。上述基于硬件方法的精度与采样点数受到触发同步硬件性能的限制，如采用窄带固定波长滤波器只能将标定起始点的波长固定于一点，FFPI只能产生有限多的采样点，而MZI干涉仪的光程差限制了系统的波数等间隔采样点数。此外，硬件的方法需要引入额外器件，增加了系统的复杂性。软件的方式有两种：1)ZhihuaDing等提出的基于非均匀离散傅里叶变换的方法，直接对采集的波长等间隔的干涉信号进行非均匀离散傅里叶变换，但该方法数据处理量大、耗时，不适用于实时显示(参见在先技术[5]，TongWu，ZhihuaDing，KaiWang，ChuanWang，“Sweptsourceopticalcoherencetomographybasedonnon-uniformdiscretefouriertransform”,中国光学快报(英文版),Vol.7,No.10，941-944，2009)；2)Y.Yasuno等提出的基于反射镜干涉信号的校正方法，该方法先用反射镜作为样品获得干涉信号，再利用该干涉信号的相位信息进行光谱校准，但是需要已知光源波长随时间的变化关系，同时认为光源至少在数个月内保持稳定，且不能实时校准采集的样品干涉信号(参见在先技术[6]，Y.Yasuno,V.D.Madjarova,S.Makita,M.Akiba,A.Morosawa,C.Chong,T.Sakai,K.P.Chan,M.Itoh,andT.Yatagai,“Three-dimensionalandhigh-speedswept-sourceopticalcoherencetomographyforinvivoinvestigationofhumananterioreyesegments,”Opt.ExpressVol.13,No.2510652–106642005)。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述在先技术的不足，提供一种扫频光学相干层析成像系统的光谱标定方法。在扫频光学相干层析成像系统的参考臂中放置一个折射率为n、厚度为d的透明薄片，利用该透明薄片的可以获得具有固定光程差的干涉信号，再获得该干涉信号的相位信息，从而实现对样品干涉信号的光谱标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扫频光学相干层析成像系统的光谱标定方法，该扫频光学相干层析成像系统中扫频光源的输出端口与第一耦合器的第一端口相连，第二端口连接至第二耦合器的第一端口，第一耦合器将光分为两路，分别连接至样品光路和参考光路，其中样品光路中，第一耦合器的第三端口连接至第一准直透镜，准直后的光出射方向顺序放置二维扫描振镜、聚焦透镜和待测样品；参考光路中，输出光的出射方向顺序放置第二光束准直器、色散补偿快和第三准直透镜，输出端口连接至第二耦合器的第二端口，第二耦合器的两个输出端口和连接至平衡探测器，再通过数据采集卡与计算机相连，其特征在于，该光谱标定法包括以下步骤：①在所述的参考光路中第二光束准直器和第三准直透镜之间放置一个透明薄片(232)，该透明薄片(232)的前后表面能够产生光程差为2nd的干涉信号：当参考光路是透射式结构的参考臂，则所述的透明薄片(232)的折射率为n，厚度为d；当参考光路是反射式结构的参考臂，则所述的透明薄片(232)的折射率为n，厚度为d/2；②启动扫频光学相干层析成像系统，所述的透明薄片(232)产生光程差为2nd的透明薄片干涉信号阵列I

【技术特征摘要】
1.一种扫频光学相干层析成像系统的光谱标定方法，该扫频光学相干层析成像系统中扫频光源的输出端口与第一耦合器的第一端口相连，第二端口连接至第二耦合器的第一端口，第一耦合器将光分为两路，分别连接至样品光路和参考光路，其中样品光路中，第一耦合器的第三端口连接至第一准直透镜，准直后的光出射方向顺序放置二维扫描振镜、聚焦透镜和待测样品；参考光路中，输出光的出射方向顺序放置第二光束准直器、色散补偿快和第三准直透镜，输出端口连接至第二耦合器的第二端口，第二耦合器的两个输出端口和连接至平衡探测器，再通过数据采集卡与计算机相连，其特征在于，该光谱标定法包括以下步骤：①在所述的参考光路中第二光束准直器和第三准直透镜之间放置一个透明薄片(232)，该透明薄片(232)的前后表面能够产生光程差为2nd的干涉信号：当参考光路是透射式结构的参考臂，则所述的透明薄片(232)的折射率为n，厚度为d；当参考光路是反射式结构的参考臂，则所述的透明薄片(232)的折射率为n，厚度为d/2；②启动扫频光学相干层析成像系统，所述的透明薄片(232)产生光程差为2nd的透明薄片干涉信号阵列Is，同时参考臂的光和样品臂的光在第二个耦合器(24)发生干涉，得到样品干涉信号阵列Irs，透明薄片干涉信号阵列Is和样品干涉信号阵列Irs对应点的数值叠加得到信号阵列I，经探测器(3)探测后通过数据采集卡(4)传输到计算机(5)；所述的透明薄片干涉信号阵列Is、样品干涉信号阵列Irs和信号阵列I均是含有m*p个采样点数的阵列，m表示深度方向的采样点数，p表示每帧包含的横向扫描点数，其中干涉信号阵列Is沿横向扫描点方向的数值相同；③信号阵列I沿横向扫描点方向的对应点求和，再除以p获得透明薄片干涉信号阵列Is，或者通过傅里叶变换后找到透明薄片干涉信号阵列Is所对应的频率再滤波该信号的方法获得透明薄片干涉信号阵列Is，然后再将信号阵列I的每一列减去透明薄片干涉信号阵列Is的对应点的值得到样品干涉信号阵列Irs；④对透明薄片干涉信号阵列Is进行傅里叶变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑄，李中梁，王向朝，曾爱军，南楠，陈艳，潘柳华，卢宇，宋思雨，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31