傅立叶域光学相干断层摄影成像仪制造技术

公开了一种傅立叶域光学相干断层摄影（ＯＣＴ）成像仪。根据本发明专利技术的ＯＣＴ成像仪可具有自动对准过程。自动对准过程自动调整成像仪光谱仪的至少一个光学部件而使光谱仪在成像会话期间被对准。除了自动对准过程以外，对ＯＣＴ谱进行背景谱和噪声特性的规一化处理，以提供更为精确而清晰的ＯＣＴ图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及傅立叶域光学相干断层摄影成像仪以及它的操作。技术背景由MIT在1991开发的光学相干断层摄影(OCT)已成为一种重要的 医学成像研究类别，特别是在眼科应用方面。OCT技术以结合纵向扫描 (也称为轴扫描、A-扫描或Z-扫描)和横向扫描(也称为XY扫描)所 获得的光学相干光谱为基础。XY扫描可以用任何横向扫描模式，包括直 线、圆、光栅型扫描或任何其他模式。OCT图像由在OCT成像仪执行 A-扫描和XY扫描时的光学干涉信号构成。在多数OCT装置中，A-扫描 是对一系列XY坐标进行的。换句话说，对XY扫描中的每一点进行A-扫描以产生一幅完整的OCT图像。因此，成像速度主要决定于A-扫描的 扫描速度。图1说明能利用OCT技术的OCT成像仪100。如图1所示，光源 101经过耦合器102向采样臂103和参考臂104提供光。参考臂104具有 己知长度并将光反射回到耦合器102。采样臂103向样品106提供光，样 品可以是任何所研究的对象包括眼球。来自采样臂103的反射光和来自 参考臂104的反射光在耦合器102中被组合，组合信号被耦合至检测器 105。图2说明能在样品106中进行的不同扫描类型。采样臂103可包括 光学系统，用于使光横跨样品106进行扫描以提供XY扫描。参考臂104 的长度可机械地变化以提供A-扫描，或者A-扫描也可以是检测器105中所用的衍射技术的结果。通过在检测器105处来自采样臂103和参考臂104的光之间的干涉来测量采用OCT技术形成的眼图。OCT技术可以分为时域OCT或傅立叶域(或谱域)OCT。在时域 OCT中，A-扫描通常由参考臂104的机械扫描装置来提供。因为机械扫 描的限制，时域OCT的A-扫描速度一般小于5kHz。进一步增加扫描速 度可导致低劣的信噪比，因为达不到更宽的电信号带宽要求。但是在傅 立叶域OCT中，A-扫描通常由检测器105中的光谱仪提供。傅立叶域 OCT光谱仪典型地包括与衍射光栅耦合的行扫描摄像机。因此，行扫描 摄像机接收作为波长函数的光学干涉信号。在对行扫描摄像机接收的信 号进行傅立叶变换以后，就能构成OCT图像。因为行扫描摄像机可以有 很高的扫描速率(一般〉25kHz)，所以傅立叶域OCT能提供比时域OCT 高得多的成像速度。另外，傅立叶域OCT还能提供在相同的A-扫描速率 下高于时域OCT的信噪比，因为行扫描摄像机的每一检测元件有较长的 积分时间，这与时域OCT光谱仪中所用的典型检测器相反。结果，傅立 叶域技术在新一代OCT仪器中流行。傅立叶域OCT中的检测器105典型地包括带有很高精确度的光学和 机械系统的高效、高分辨率光谱仪。傅立叶域OCT光谱仪的检测器105 中的聚焦光束一般要求以微米量级对准行扫描摄像机的检测器阵列，结 果使成像仪100对任何环境变化例如振动和温度非常敏感。OCT仪器将 被应用于临床装置，在那里它们是便携式的，并且在那里控制环境条件 将是不实际的或者很昂贵。在这种情况下，维持OCT成像仪对准可能成 为受限制的问题。因此，要求光谱仪经常对准，以补偿环境变化以及在 诊所周围移动OCT成像仪的影响。还有，由于1/f噪声和其他的因素，傅立叶域OCT成像典型地具有 沿扫描深度(即沿A-扫描)变化的非均匀噪声背景。未补偿的图像在较 小深度位置上有强得多的背景噪声。另外，噪声背景典型地示出与深度 位置有线性和其他简单关系，并且从这一系统至另一系统而有所变化， 因为每一光谱仪有特定的局部因素。在某些系统中，这些噪声电平也许 表现为固定的噪声背景模式，它可能与OCT图像本身混淆在一起。此外，基本的傅立叶域OCT成像仪是DC信号系统，可能出现其他的缺点。信号的纯度可能受光源101的光谱引起的背景噪声电平的影响。 加之，DC背景可能由于环境变化而随时间变化，这也使OCT图像的改 善存在着挑战。因此，需要对上述因素进行适当补偿的OCT光谱仪和成像系统。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，公开了提供有自动对准和自动标定的傅立叶域OCT成像仪。在某些实施例中，通过调整检测器臂中一个或多个光学 元件进行自动对准，通过周期地获取能在数据处理中用作基准谱的空白 谱，进行自动标定。根据本专利技术的某些实施例的一种OCT成像仪可包括耦合器，其耦 合为接收来自光源臂的光并将该光提供给采样臂和参考臂，耦合器也耦 合为接收从采样臂和参考臂来的反射光并将组合的干涉信号提供给检测 器臂；宽带光源，其耦合为向光源臂提供光；光学延迟线，其耦合为接 收来自参考臂的光并将光反射回到参考臂；XY扫描装置，其耦合为接收 来自采样臂的光并将此光引导至样品上，捕获来自样品的反射光，并将 来自样品的反射光耦合回到采样臂，XY扫描包括没有光反射回到采样臂 的对准位置；光谱仪，其耦合为接收来自检测器臂的组合干涉信号，并 提供谱数据，光谱仪包括至少一个可控部件；以及控制器，该控制器响 应XY扫描处于对准位置时所取得的谱数据，调整至少一个可控部件以使 光谱仪对准。在某些实施例中，光谱仪包括折叠式反射镜，其耦合为接收来自检 测器臂的组合干涉信号；透射光栅，其耦合为接收来自折叠式式反射镜 的反射干涉信号；以及行扫描摄像机，其耦合为接收来自透射光栅的衍 射光。在某些实施例中，可控部件是折叠式反射镜，折叠式反射镜包括 反射镜；耦合在反射镜和框架之间的致动器，致动器响应电信号调整它 的长度；以及耦合在反射镜和框架之间的衬垫，反射镜随着致动器的调 整而绕衬垫旋转。致动器可以是压电致动器。在某些实施例中，弹簧耦 合为保持反射镜紧贴(snug)在致动器和衬垫上。在某些实施例中，控制器响应行扫描摄像机的第一组检测器所测得 的光强与行扫描摄像机的第二组检测器所测得的光强的差值，提供电信 号，第二组检测器交替地散布在第一组检测器之间，在横向上偏离第一 组检测器。成像仪可进一步包括执行软件的计算机，所述软件从光谱仪接收数据；包含控制器；以及编译OCT图像。一种自动对准OCT成像仪的方法，可包括调整XY扫描以使没有 光反射到采样臂；将反射到参考臂的光耦合至光谱仪；测量光谱仪的行 扫描摄像机中的光强；以及调整光谱仪的光学部件以使光谱仪对准。光 谱仪按照波长将光衍射成一行；对作为行中位置的函数的光进行检测； 以及提供电信号以表现出作为波长的函数的光强。在某些实施例中，光 谱仪包括将光引导至透射光栅的反射镜，并调整光学部件包括调整反射 镜。在某些实施例中，调整反射镜包括向耦合的压电致动器提供电压， 以调整反射镜相对于透射光栅的位置。一种根据本专利技术的某些实施例的提供光学相干断层摄影(OCT)图 像的方法，包括采集多个背景谱；对多个背景谱进行平均以计算背景 谱；通过该背景谱使多个背景谱中的每一个规一化，形成多个规一化的 背景谱；对多个规一化的背景谱中的每一个进行傅立叶变换处理，并对 处理后的多个背景谱进行平均，形成背景噪声谱；对XY扫描中的每一点 采集A-扫描信号；用背景谱使A-扫描信号规一化；对规一化的A-扫描信 号进行傅立叶变换处理；以及用背景噪声谱使处理后的A-扫描信号规一 化以计算OCT图像。采集背景谱可包括调整XY扫描光学系统以使没 有光反射到采样臂；接收只从参考臂进入光谱仪的光；以及测量光谱仪 中作为波长的函数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＯＣＴ成像仪，包括：　耦合器，耦合为接收来自光源臂的光并将该光提供给采样臂和参考臂，还耦合为接收来自采样臂和参考臂的反射光，并将组合的干涉信号提供给检测器臂；　宽带光源，耦合为向光源臂提供光；　光学延迟线，耦合为接收来自参考臂的光并将光反射回到参考臂；　ＸＹ扫描装置，耦合为接收来自采样臂的光并将此光引导至样品上，捕获来自样品的反射光，并将来自样品的反射光耦合回到采样臂，ＸＹ扫描装置包括没有光反射回到采样臂的对准位置；　光谱仪，耦合为接收来自检测器臂的组合干涉信号，并提供谱数据，光谱仪包括至少一个可控部件；以及　控制器，响应ＸＹ扫描装置处于对准位置时所取得的谱数据，调整所述至少一个可控部件以使光谱仪被对准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇华，魏励志，
申请(专利权)人：光视有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]