一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统，采用宽带超辐射激光器(SLD)作为记录光源，采用三步相移得到的复干涉强度谱，获得干涉谱强度复函数的相位值，利用迭代法获得若干深度层位置的二阶色散系数值，拟合得到二阶色散系数随深度层位置的变化曲线，据此直接得到各深度层的二阶色散系数值并实现层析图深度方向上的连续色散补偿，具有利用三步相移提取相位分布并由拟合曲线直接获得各层二阶色散系数值来实现连续分层色散矫正的特点。该光学系统采用光纤和光纤耦合器分束及合束，光路结构简单并易于实用化，结合连续色散补偿方法可以获得高质量的频域OCT成像结果。

A frequency domain optical coherence tomography continuous dispersion compensation imaging method and system

The present invention provides a continuous dispersion compensation tomographic imaging method and system for frequency domain optical coherence, the use of broadband superradianee laser (SLD) as a record source, the three step phase shifting interference intensity spectrum is obtained, obtain the phase spectrum intensity of complex function interference value, using the iterative method to obtain the position of the two order dispersion layer depth numerical fitting two order dispersion coefficient curve with depth layer position, thus directly obtained two order dispersion coefficient of different layers and achieve continuous dispersion compensation chromatogram depth direction, with the three step phase shifting phase extraction and distribution curve is obtained directly by fitting numerical layers two order dispersion system to achieve the characteristics of a continuously stratified dispersion correction. The optical system is composed of fiber and fiber coupler, and the optical path is simple and easy to use. Combined with the continuous dispersion compensation method, high-quality OCT imaging results in frequency domain can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法和系统
本专利技术属于光学相干层析成像色散矫正方法，特别是涉及一种频域光学相干层析成像的消色散连续补偿方法和系统。
技术介绍
光学相干层析成像技术(OpticalCoherenceTomography，简称OCT)利用干涉原理实现对样品的深度信息的层析采集，是一种非接触、无损伤的光学成像技术，在生物医学成像领域有广泛应用。OCT技术根据其是否进行深度方向上扫描，可以分为时域OCT和频域OCT。时域OCT系统是基于逐点扫描探测方式，通过改变参考臂和物品臂的光程差，探测获得样品不同深度的信息。由于时域OCT每点测量都需要移动参考臂来改变参考臂和物品臂的光程差，其探测耗费时间长。频域OCT层析成像系统则是在光路中加入光栅，利用光栅的分光性能，使得光栅与CCD图像采集器组成一个光谱仪，直接记录下来自参考臂的参考光与来自样品臂的信号光产生的干涉条纹，即干涉谱强度分布。由于样品深度方向上的结构信息就包含在干涉条纹中，因此，不需要改变光程差，一次成像记录即可得到一个横向位置的一定深度内的样品信息。通常，还需要通过横向移动样品(称为横向扫描或B扫描)，逐次记录所有横向位置的干涉谱强度。对这些干涉谱强度进行傅里叶逆变换处理后，就可以得到样品的二维层析图。频域OCT层析图上含有镜像，复频域OCT技术可以通过相移法去除镜像，使得频域OCT层析成像的最大探测范围扩大一倍。由于频域OCT使用的宽带光源，宽带光源导致群速度色散效应的产生，降低了层析图的轴向分辨率。现有的频域光学相干层析成像技术主要包括以下两个步骤：1.图像采集过程：基于迈克尔逊干涉仪为核心结构的频域光学相干层析扫描系统，调整参考臂和样品臂的光程差满足干涉条件，通过图像采集器记录干涉图。2.图像处理过程：可以对得到干涉图像进行相移去干扰项(直流项、寄生项、镜像)处理，并对去镜像处理后的干涉图做傅里叶逆变换，得到所需要的样品层析信息。3.去色散过程：采用标定光源，对干涉光谱进行物理标定，然后进行去色散处理。现有频域OCT去色散成像方法存在的缺陷是：其一，需要采用标定光源，对所记录的干涉谱强度图的光谱进行物理标定，标定的准确性对去色散的效果有影响。其二，难以实现整个深度方向不同位置(不同深度层)的色散补偿，会出现有些深度层色散过补偿和有些深度层色散欠补偿的问题。由于样品内部不同深度位置处的色散系数不同，在频域OCT层析成像中使用统一的二阶色散系数值对整个深度方向位置(各深度层)进行补偿，其色散补偿效果在不同深度层差异很大。当减掉的二阶色散相位大于所在深度的二阶色散相位的时候，会导致过补偿现象的产生，当减掉的二阶色散相位小于所在深度的二阶色散相位的时候，会导致欠补偿现象的产生。为了使每一个深度位置都实现有效二阶色散补偿(去色散)，提出深度方向上连续色散补偿的方法，确定每一个深度层对应的二阶色散系数，用以实现深度方向上的连续分层色散补偿，提高频域OCT层析图的成像质量。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种频域OCT连续色散补偿成像方法和系统，用以实现频域OCT或复频域OCT的连续消色散层析成像。本专利技术的连续色散补偿层析成像方法，是指在深度方向上连续进行分层色散补偿的消色散方法，通过对所记录干涉谱强度中表征深度方向色散的相位参量沿着深度增加方向逐层进行色散补偿，实现连续消色散层析成像的目的。一种频域OCT连续色散补偿成像系统，其特征在于包括：超辐射激光器SLD1、第一光纤2、第二光纤3、第三光纤4、第四光纤5、2×2光纤耦合器6、第一扩束准直器7、反射镜8、压电平移台9、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12、样品13、载物平移台14、第三扩束准直器15、反射型光栅16、第二透镜17，图像采集器CCD18，计算机19。超辐射激光器SLD1是宽带光源；2×2光纤耦合器6的四个端口分别与第一光纤2、第二光纤3、第三光纤4、第四光纤5连接。所述激光器SLD1与第一光纤2的一端连接，第一光纤2的另一端接入2×2光纤耦合器6第一端(输入端)；第二光纤3一端接入2×2光纤耦合器第二端，第二光纤3另一端与第一扩束准直器7连接，反射镜8安装于压电平移台9上，所述第二光纤3、第一扩束准直器7以及安装于压电平移台9上的反射镜8组成参考臂；第三光纤4一端接入2×2光纤耦合器第三端，第三光纤4另一端与第二扩束准直器10连接，第三光纤4、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12以及样品13组成样品臂，样品13放置在载物平移台14上；第四光纤5一端接入2×2光纤耦合器第四端，第四光纤5另一端与第三扩束准直器15连接，并且，第四光纤5、第三扩束准直器15、反射型光栅16、第二透镜17，图像采集器18组成干涉臂；所述图像采集器18采集干涉光谱图后，将数据传送到计算机19进行数据处理。所述超辐射激光器SLD1发出的光，通过第一光纤2进入光纤耦合器后分成两束光；第一光束进入频域相干层析成像系统的参考臂，依次通过第二光纤3和第一扩束准直器7后，入射到参考臂末端的反射镜8上并被其反射，反射光原路返回重新耦合进入第四光纤5中，作为参考光；第二光束进入样品臂，依次通过第三光纤4、第二扩束准直器10、振镜11、第一透镜12后，入射到样品13上并被其反射，该样品反射光通过样品臂光路返回并耦合进入第四光纤5中，作为信号光；所述参考光和信号光共路通过第四光纤5、第三扩束准直器15、反射型光栅16和第二透镜17，入射到图像采集器18上形成干涉谱强度图；所述图像采集器18将接收到的干涉谱强度图传送到计算机19，进行成像重构和连续色散补偿处理，得到所测样品的频域OCT层析图。所述样品臂中振镜11与透镜12组成扫描振镜组件，用于实现对样品的横向扫描。所述样品臂中，第二光束入射到样品13上，在样品内部不同层(折射率发生变化的位置)发射反射，从样品不同层反射回来的光由透镜12收集后作为信号光。所述信号光通过光纤耦合器6耦合进入第四光纤5中，并与从参考臂耦合进入的参考光在干涉臂光路中共路传输，并产生干涉。所述反射型光栅16、第二透镜17和图像采集器18构成了所述频域相干层析成像系统的光谱仪组件。光谱仪组件中反射型光栅16，用于将具有宽带光谱的干涉光束按照其不同光谱进行衍射，即将不同波长的干涉光束衍射到不同方向，形成谱干涉分布；第二透镜17是会聚透镜，用于将衍射到各方向上不同波长的干涉光束会聚到图像采集器18的感光面上，形成频域OCT的干涉谱强度图。一种频域OCT连续色散补偿层析成像方法包括：首先，采用本专利技术的频域光学相干层析成像系统，确定参考臂与样品臂的零光程差位置，即参考臂末端反射镜8在样品臂的虚像位置，然后移动压电平移台9相对于零光程差位置依次移动到相移为π/2的第一位置、相移为π的第二位置和相移为3π/2的第三位置，对应于所述的相移π/2、相移π和相移3π/2三个位置，由图像采集器CDD18依次记录样品的三幅干涉谱强度图，此三幅干涉谱图之间相位差π/2。然后，将所述三幅干涉谱强度图传送到计算机中，对该干涉谱强度图进行成像重构和连续色散补偿处理，成像重构和连续色散补偿包括步骤：第一步，构造复干涉谱强度并对之进行傅里叶逆变换，得到所述样品的二维层析图。使用上述的相移差为π/2的三幅干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频域光学相干层析连续色散补偿成像系统，其特征在于，包括：超辐射激光器SLD、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、2×2光纤耦合器、第一扩束准直器、反射镜、压电平移台、第二扩束准直器、振镜、第一透镜、样品、载物平移台、第三扩束准直器、反射型光栅、第二透镜、图像采集器以及计算机，其中2×2光纤耦合器的四个端口分别与第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤连接；激光器SLD与第一光纤的一端连接，第一光纤的另一端接入2×2光纤耦合器第一端(输入端)；第二光纤一端接入2×2光纤耦合器第二端，第二光纤另一端与第一扩束准直器连接，反射镜安装于压电平移台上，所述第二光纤、第一扩束准直器以及安装于压电平移台上的反射镜组成参考臂；第三光纤一端接入2×2光纤耦合器第三端，第三光纤另一端与第二扩束准直器连接，第三光纤、第二扩束准直器、振镜、第一透镜以及样品组成样品臂，样品放置在载物平移台上；第四光纤一端接入2×2光纤耦合器第四端，第四光纤另一端与第三扩束准直器连接，并且，第四光纤、第三扩束准直器、反射型光栅、第二透镜，图像采集器组成干涉臂；所述图像采集器采集干涉谱图后，将数据传送到计算机进行处理。所述超辐射激光器SLD发出的光，通过第一光纤进入光纤耦合器后分成两束光；第一光束进入频域相干层析成像系统的参考臂，依次通过第二光纤和第一扩束准直器后，入射到参考臂末端的反射镜上并被其反射，反射光原路返回重新耦合进入第四光纤中，作为参考光；第二光束进入样品臂，依次通过第三光纤、第二扩束准直器、振镜、第一透镜后，入射到样品上并被其反射，该样品反射光通过样品臂光路返回并耦合进入第四光纤中，作为信号光；所述参考光和信号光共路通过第四光纤、第三扩束准直器、反射型光栅和第二透镜，入射到图像采集器上形成干涉谱强度图；所述图像采集器将接收到的干涉谱强度图传送到计算机，进行成像重构和连续色散补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种频域光学相干层析连续色散补偿成像系统，其特征在于，包括：超辐射激光器SLD、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、2×2光纤耦合器、第一扩束准直器、反射镜、压电平移台、第二扩束准直器、振镜、第一透镜、样品、载物平移台、第三扩束准直器、反射型光栅、第二透镜、图像采集器以及计算机，其中2×2光纤耦合器的四个端口分别与第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤连接；激光器SLD与第一光纤的一端连接，第一光纤的另一端接入2×2光纤耦合器第一端(输入端)；第二光纤一端接入2×2光纤耦合器第二端，第二光纤另一端与第一扩束准直器连接，反射镜安装于压电平移台上，所述第二光纤、第一扩束准直器以及安装于压电平移台上的反射镜组成参考臂；第三光纤一端接入2×2光纤耦合器第三端，第三光纤另一端与第二扩束准直器连接，第三光纤、第二扩束准直器、振镜、第一透镜以及样品组成样品臂，样品放置在载物平移台上；第四光纤一端接入2×2光纤耦合器第四端，第四光纤另一端与第三扩束准直器连接，并且，第四光纤、第三扩束准直器、反射型光栅、第二透镜，图像采集器组成干涉臂；所述图像采集器采集干涉谱图后，将数据传送到计算机进行处理。所述超辐射激光器SLD发出的光，通过第一光纤进入光纤耦合器后分成两束光；第一光束进入频域相干层析成像系统的参考臂，依次通过第二光纤和第一扩束准直器后，入射到参考臂末端的反射镜上并被其反射，反射光原路返回重新耦合进入第四光纤中，作为参考光；第二光束进入样品臂，依次通过第三光纤、第二扩束准直器、振镜、第一透镜后，入射到样品上并被其反射，该样品反射光通过样品臂光路返回并耦合进入第四光纤中，作为信号光；所述参考光和信号光共路通过第四光纤、第三扩束准直器、反射型光栅和第二透镜，入射到图像采集器上形成干涉谱强度图；所述图像采集器将接收到的干涉谱强度图传送到计算机，进行成像重构和连续色散补偿。2.根据权利要求1所述频域光学相干层析连续色散补偿成像系统，其特征在于，振镜与所述第一透镜组成扫描振镜组件，用于实现对样品的横向扫描。3.根据权利要求1所述的频域光学相干层析连续色散补偿成像系统，其特征在于，反射型光栅、第二透镜和图像采集器构成了所述频域相干层析成像系统的光谱仪组件。4.一种频域光学相干层析连续色散补偿成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采集相移差为π/2的三幅干涉谱强度图，使用所述相移差为π/2的三幅干涉谱强度图构造一个包含相位的复干涉谱强度函数，对所述复干涉谱强度进行傅里叶逆变换，得到去干扰项后的层析图。步骤2、在所述层析图的深度方向上采用窗函数提取一个深度层的层析结构并作傅里叶变换，得到该深度层的干涉谱强度；以此方法，依次对n个不同深度层分别加窗提取并作傅里叶变换，得到所述n个深度层的干涉谱强度步骤3、逐一对所述n个各深度层的轴向信号迭代进行色散补偿，评价确定所述各深度层的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：江竹青，王博晨，胡宇捷，韩凤林，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11