本发明专利技术公开了一种基于数字微镜器件（ＤＭＤ）的无串扰并行光学相干层析成像（ＯＣＴ）方法及系统，该方法及系统采用宽带点光源实现面照明。在照明光路中加入一块ＤＭＤ，并由光学系统设计来保证微镜在样品共轭面上的横向尺度与系统可分辨的样品横向尺度相当。微镜处于＋１２°角时属于“开”状态，它将照明光源中的对应部分引入干涉系统。通过对ＤＭＤ编码来改变干涉成像的并行状态，能有效抑制生物体并行成像时所固有的信号串扰现象。采用正弦相位调制技术结合四步积分探测法来提取干涉信号。本发明专利技术具有编码方式简单高效，信号提取快速且无需图像拼接，可使用大功率光源和系统结构简单等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种抑制并行光学相干层析成像串扰的方法和系统，尤其涉及一种基于数字微镜器件来抑制并行光学相干层析成像串扰的方法和系统。
技术介绍
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是近年发展起来的层析成像技术，能实现活体组织结构与生理功能的非接触、无损伤、高分辨率成像，因而在生物医学领域和临床诊断上得到广泛应用，在材料科学和基础研究中也将发挥重要作用。OCT的并行成像与逐点成像相比，具有以下优点1、不需要逐点成像那样的快速机械扫描运动，机械稳定性能够得到保证；2、一幅图像中的所有像素点都是同步采集，可以避免由于周期性生命律动等因素造成的假像产生；3、可使用大功率光源；4、能实现快速二维或三维成像，并减小了系统的复杂程度。由于以上原因，并行OCT成像方式在各种场合被广泛采用。在并行OCT成像系统中，如果面照明是由宽带点光源形成的，则无法避免散射体成像时各并行探测通道间的串扰(cross talk)问题。串扰是一种噪声源，将减小成像对比度、分辨率和最大探测深度，必须加于克服。采用空间非相干照明，如热光源，可以避免散射体成像时各并行探测通道间的串扰问题，具有系统简单、成本低和轴向分辨率高等优点，但具有光谱能量密度低的局限性。由于热光源为黑体辐射发光体，其辐射能依赖于色温，以目前最常用、色温最高(6000K量级)的汞弧灯为例，它能提供给每一探测点的能量仍小于1μw。太低的能量限制了探测灵敏度和图像采集速度。因此，并行OCT成像系统的两种照明方式中，由宽带点光源形成的空间相干照明能提供给每一探测点较高的能量，可实现高探测灵敏度和快速图像采集，但在各探测通道间会发生串扰现象；而基于热光源的空间非相干照明虽避免了串扰现象，但其提供给每一探测点的能量很低，限制了探测灵敏度和图像采集速度。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种采用空间相干照明方式时的无串扰并行OCT成像方法和系统。该方法和系统采用数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)，通过编码来有效抑制并行OCT成像时的串扰现象。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一、基于DMD的无串扰并行OCT成像方法，其特征在于包括1)微镜处于+12°角为“开”状态，-12°角为“关”状态；对数字微镜器件按以下方式编码把微镜按2×2模式分割成子块，每个子块里有4个微镜，分别编号为1、2、3、4，不同子块里对应位置处的微镜给予相同的编号，从而把数字微镜器件的所有微镜按空间位置分成4类微镜1、微镜2、微镜3和微镜4；所有微镜1同步动作，处于“开”状态时，其余微镜均处“关”状态；依此类推，微镜按编号1-2-3-4逐一处于“开”状态，使样品和参考镜上与之共轭的点被照明；2)面阵CCD探测器采用2×2像素拼接工作模式；3)参考臂和样品臂分别对焦后，由参考臂的电控平移台带着参考镜及显微物镜一起轴向位移，进行两干涉臂的光程匹配调节；4)压电陶瓷驱动器带着参考镜振动，从而在干涉信号中引入频率为f、振幅为ψ、相位为θ的正弦相位调制ψsin(2πft+θ)，此时面阵CCD探测器接收到的干涉信号I(x，y，t)表示为I(x，y，t)＝I0+A(x，y)cos；式中I0为干涉信号的常数项，φ(x，y)为初始相位差，A(x，y)则与OCT信号直接相关；5)在一个调制周期T＝1/f内，微镜按顺序1-2-3-4以频率16f依次触发，持续时间1/16f；面阵CCD探测器以频率4f同步触发，采集四幅图像E11、E12、E13和E14，它们分别为面阵CCD探测器接收到的干涉信号I(x，y，t)在四分之一调制周期内对时间积分的结果，即E11=∫0T/4I(x,y,t)dt,]]>E12=∫T/4T/2I(x,y,t)dt,]]>E13=∫T/23T/4I(x,y,t)dt,]]>E14=∫3T/4TI(x,y,t)dt;]]>6)重复步骤5)N次以提高信噪比，并把N次获得的结果求和，得到四幅图像E1、E2、E3和E4，即E1=E11+E21+···EN1=N∫0T/4I(x,y,t)dt,]]>E2=E12+E22+···EN2=N∫T/4T/2I(x,y,t)dt,]]>E3=E13+E23+···EN3=N∫T/23T/4I(x,y,t)dt,]]> E4=E14+E24+···EN4=N∫3T/4TI(x,y,t)dt;]]>7)把干涉信号I(x，y，t)用n阶第一类贝塞尔函数Jn(ψ)展开，并对步骤6)中的积分式进行运算后，可以建立以下关系式∑S＝-E1+E2+E3-E4＝(4NT/π)ΓSAsinφ，∑C＝-E1+E2-E3+E4＝(4NT/π)ΓCAcosφ，式中ΓS=Σn=0+∞(-1)nJ2n+1(ψ)2n+1sin,]]>Γc=Σn=0+∞(-1)nJ4n+2(ψ)2n+1sin;]]>其中J2n+1(ψ)为2n+1阶第一类贝塞尔函数，J4n+2(ψ)为4n+2阶第一类贝塞尔函数；8)令ΓS＝ΓC，则∑S2+∑C2与A2成正比；当ΓS取最大值时，∑S2+∑C2也取得最大值，此时图像有最佳对比度；由前述条件可计算出调制参量ψ和θ值，及此时的ГS值；用求得的ψ和θ数值去调整步骤4)中的相位调制信号；9)按步骤4)至步骤6)进行操作，然后由下式来计算样品的OCT图像A=π4NTΓS1/2;]]>10)计算机控制参考臂的电控平移台带着参考镜及显微物镜一起轴向位移d，改变参考臂光程；设样品的折射率为n，则计算机同时控制样品臂的电控平移台带着显微物镜轴向位移d/n，进行对焦调节，以实现样品不同深度处断面的层析成像；重复步骤9)，可获得样品在该深度处的OCT图像。二、基于DMD的无串扰并行OCT成像系统包括宽带点光源、准直透镜、DMD、透镜、宽带分光棱镜、一对相同的显微物镜、参考镜、压电陶瓷驱动器、第一电控平移台、第二电控平移台、成像透镜、面阵CCD探测器；宽带点光源发出的光经准直透镜后平行入射于DMD上，被DMD中处于+12°角“开”状态的微镜反射的光，经透镜和宽带分光棱镜后被分成透射光和反射光透射光经显微物镜到达参考镜，参考镜固定在压电陶瓷驱动器上，显微物镜和压电陶瓷驱动器固定在第一电控平移台本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于数字微镜器件的无串扰并行ＯＣＴ成像方法，其特征在于包括： １）微镜处于＋１２°角为“开”状态，－１２°角为“关”状态；对数字微镜器件按以下方式编码：把微镜按２×２模式分割成子块，每个子块里有４个微镜，分别编号为１、２、３、４，不同子块里对应位置处的微镜给予相同的编号，从而把数字微镜器件的所有微镜按空间位置分成４类：微镜１、微镜２、微镜３和微镜４；所有微镜１同步动作，处于“开”状态时，其余微镜均处“关”状态；依此类推，微镜按编号１－２－３－４逐一处于“开”状态，使样品和参考镜上与之共轭的点被照明； ２）面阵ＣＣＤ探测器采用２×２像素拼接工作模式； ３）参考臂和样品臂分别对焦后，由参考臂的电控平移台带着参考镜及显微物镜一起轴向位移，进行两干涉臂的光程匹配调节； ４）压电陶瓷驱动器带着参考镜振动，从而在干涉信号中引入频率为ｆ、振幅为ψ、相位为θ的正弦相位调制ψｓｉｎ（２πｆｔ＋θ），此时面阵ＣＣＤ探测器接收到的干涉信号Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）表示为： Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ｉ↓［０］＋Ａ（ｘ，ｙ）ｃｏｓ［φ（ｘ，ｙ）＋ψｓｉｎ（２πｆｔ＋θ）］； 式中：Ｉ↓［０］为干涉信号的常数项，φ（ｘ，ｙ）为两干涉臂的初始相位差，Ａ（ｘ，ｙ）则与ＯＣＴ信号直接相关； ５）在一个调制周期Ｔ＝１／ｆ内，微镜按顺序１－２－３－４以频率１６ｆ依次触发，持续时间１／１６ｆ；面阵ＣＣＤ探测器以频率４ｆ同步触发，采集四幅图像Ｅ↓［１１］、Ｅ↓［１２］、Ｅ↓［１３］和Ｅ↓［１４］，它们分别为面阵ＣＣＤ探测器接收到的干涉信号Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）在四分之一调制周期内对时间积分的结果，即： Ｅ↓［１１］＝∫↓［０］↑［Ｔ／４］Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）ｄｔ，Ｅ↓［１２］＝∫↓［Ｔ／４］↑［Ｔ／２］Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）ｄｔ，Ｅ↓［１３］＝∫↓［Ｔ／２］↑［３Ｔ／４］Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）ｄｔ，Ｅ↓［１４］＝∫↓［３Ｔ／４］↑［Ｔ］Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）ｄｔ； ６）重复步骤５）Ｎ次以提高信噪比，并把Ｎ次获得的结果求和，得到四幅图像Ｅ↓［１］、Ｅ↓［２］、Ｅ↓［３］和Ｅ↓［４］，即： Ｅ↓［１］＝Ｅ↓［１１］＋Ｅ↓［２１］＋…＋Ｅ↓［Ｎ１］＝Ｎ∫↓［０］↑［Ｔ／４］Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）ｄｔ， Ｅ↓［２］＝Ｅ↓［１２］＋Ｅ↓［２２］＋…＋Ｅ↓［Ｎ２］＝Ｎ∫↓［Ｔ／４］↑［Ｔ／２］Ｉ（ｘ，ｙ，ｔ）ｄｔ， Ｅ↓［３］＝Ｅ↓［１３］＋...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁志华，杨亚良，刘旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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