专利名称：基于群延迟波数载频的镜像分离方法及系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及光学相干层析成像技术和傅立叶域光学相干层析成像技术，尤其涉及 一种基于群延迟波数载频的镜像分离方法及系统。
背景技术：
光学相干层析(Optical Coherence Tomography，简称OCT)成像技术是一种新型 的光学成像技术，能够对被测活体样品内部的组织结构与生理功能进行非侵入、非接触、高 分辨率在体成像，在疾病的早期诊断和在体活检领域有着广泛应用前景。
傅立叶域光学相干层析成像系统包括谱域光学相干层析系统和扫频光学相干层 析系统两种型式。谱域OCT系统采用宽带光源和快速多通道光谱仪的结构，扫频OCT系统 采用快速可调谐激光器和点探测器的结构。通过快速采集干涉光谱信号，不需要进行轴向 扫描，通过对干涉光谱信号进行快速傅立叶变换即可获得样品的轴向深度信息，具有高速 和高灵敏度的特点。但是傅立叶域光学相干层析成像也存在其固有缺点，在采集携带样品 深度信息的干涉信号的同时，也采集到样品各层之间的互干涉信号、样品各层本身的自相 干干涉信号、参考光本身的自相干干涉信号等相干噪声。并且由于采集到的是干涉光谱信 号的实部，而不是复数干涉光谱信号，对此实干涉光谱信号进行快速傅立叶变换得到的结 果是厄米共轭的，导致了在图像中产生了叠加在样品实际像上关于零光程位置完全对称的 共轭镜像。
为了消除傅立叶域光学相干层析图像中的共轭镜像，通常调节样品臂和参考臂之 间的光程差使零光程面移到被测样品表面以外，这样可以使实际像和共轭像在图像上不重 叠，但由于零光程附近的条纹可见度最高，即图像灵敏度最高，对光源中各个光谱成分引入 同样的光程差，导致样品图像信噪比随着远离零光程面而迅速下降。采用移开零光程面的 办法导致高灵敏度的图像区域无法得到利用，并且由于零光程面位于样品之外，导致了傅 立叶域光学相干层析系统的成像深度仅仅利用了一半。消除傅立叶域OCT的共轭像镜，可 以更好的利用零光程附近的高灵敏度区域，并且使成像深度拓展一倍，国外很多科研机构 都开展了这方面的研究。MWojtkowski等人提出利用压电陶瓷驱动器移动参考臂的反射 镜的方法，加州大学Irving分校的aiongping Chen小组提出采用电光相位调制器的方法， 杜克大学Izatt小组提出采用3 X 3光纤耦合器的方法，通过在相邻的轴向干涉光谱信号间 引入固定的附加相位，采用复数干涉光谱恢复算法重建出干涉光谱信号的复数形式，再进 行傅立叶逆变换，从而消除复共轭像。美国哈佛大学医学院G. J. Tearney小组提出采用声 光移频器对干涉光谱信号进行载频的方法和偏振编码的方法去除复共轭像。Hofer等人提 出采用色散材料提供色散并且用复杂的迭代算法消除复共轭像的方法，S. Witte等人对也 采用色散材料进行色散编码并提出简化的消除尖峰算法去除复共轭像。罗切斯特大学的 J. P. Rolland等人提出利用双平衡探测器分别探测存在90度相位差的两路干涉信号用以 构建复数干涉光谱信号从而消除复共轭镜像。
上述这些方法，都存在其固有缺点，如利用压电陶瓷驱动器进行多步移相方法需要对同一个位置进行多次测量，降低了成像速度，且对相位的稳定性要求高，容易受到各种 环境扰动对相位的影响；利用电光相位调制器和声光移频器的方法需要引入比较复杂且昂 贵的仪器设备，且对系统数据采集速度提出了苛刻的要求；利用3X3光纤耦合器的方法容 易受到温度对耦合系数的影响而造成恢复复数干涉光谱的不准确，影响整体的复共轭抑制 率；现有提出的利用色散的消镜像方法需要依赖复杂的迭代算法，对算法的简化也降低了 复共轭抑制率；利用双平衡探测的方法增加了系统复杂度，且引入的相位差对环境稳定性 有较高的要求，不适用于光纤型系统。因此有必要研究易于实现、且复共轭抑制率高的消镜 像方法。发明内容
本发明的目的在于提供一种基于群延迟波数载频的镜像分离方法及系统。在傅立 叶域光学相干层析成像系统的参考臂中设置光栅型光学延迟线，通过引入群延迟波数载频 来分离傅立叶域光学相干层析图像中的共轭镜像。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的
一、一种基于群延迟波数载频的镜像分离方法
在傅立叶域光学相干层析成像系统的参考臂中设置光栅型光学延迟线，通过使光 学延迟线中的反射镜与光轴垂轴面偏离特定夹角，在参考光各光谱成分中引入一个随光谱 波数线性变化的附加位相量，根据傅立叶变换的性质，光谱域的线性附加位相量对应于空 间域的等效光程偏移量，实现参考光零相延迟下的特定群延迟，有效分离直流项与共轭镜 像，等效偏移量远大于在上述各光谱成分中引入的附加光程量，即可避免随着共轭镜像的 分离而导致的干涉条纹灵敏度的迅速下降，实现傅立叶域的全量程成像；该方法的具体步 骤如下
1)调节参考臂中的光栅型光学延迟线，使光栅型光学延迟线中的闪耀光栅位于傅 立叶变换透镜的前焦面上，且闪耀光栅面垂直于傅立叶变换透镜的光轴，光栅型光学延迟 线中的反射镜位于傅立叶变换透镜的后焦面上，使光源中心波长沿光轴方向衍射；
2)调节光栅型光学延迟线中的反射镜使其与光轴垂轴面偏离特定角度，对各个光 谱成分引入随光谱波数线性变化的附加位相量，相当于对干涉光谱信号引入相应的波数载 频，使共轭镜像相互之间分开等效光程偏移量的距离；
3)通过数据采集卡采集得到弓I入群延迟波数载频的干涉光谱数据，通过程序算法 对干涉光谱数据进行处理，恢复无镜像的光学相干层析图像；或者通过CCD采集得到引入 群延迟波数载频的干涉光谱数据，通过程序算法对干涉光谱数据进行处理，恢复无镜像的 光学相干层析图像。
二、一种基于群延迟波数载频的镜像分离系统
技术方案之一
包括光源、宽带光纤耦合器、样品臂、参考臂和OCT干涉光谱信号探测装置，光源 出来的低相干光进入宽带光纤耦合器，经分光后分别进入参考臂和样品臂，返回的干涉光 谱信号经过进入OCT干涉光谱信号探测装置，形成的OCT干涉光谱信号进行采集。所述光源 为宽带光源发出的低相干光，进入宽带光纤耦合器的第一端；所述样品臂包括样品臂准直 镜，样品臂扫描振镜，样品臂聚焦透镜和样品，宽带光纤耦合器第二端的光经过样品臂准直镜、样品臂扫描振镜和样品臂聚焦透镜后，投射在样品上；所述参考臂包括准直镜、闪耀光 栅、傅立叶变换透镜、第一反射镜和第二反射镜，宽带光纤耦合器第三端的光进入参考臂的 光经准直镜、闪耀光栅、傅立叶变换透镜、第一反射镜、第二反射镜，沿原光路返回准直镜， 在宽带光纤耦合器的第三端与经样品臂返回的样品光汇合后干涉；所述的OCT干涉光谱信 号探测装置为光谱仪，包括光谱仪准直镜、光谱仪闪耀光栅、光谱仪聚焦透镜和CCD，所述参 考臂的光与样品臂的光汇合后形成OCT干涉光谱信号，通过宽带光纤耦合器第四端经光谱 仪准直镜，光谱仪闪耀光栅，光谱仪聚焦透镜和CCD进行探测，经计算机进行采集。
技术方案之二
包括光源、宽带光纤耦合器、样品臂、参考臂和OCT干涉光谱信号探测装置，光源 出来的低相干光进入宽带光纤耦合器，经分光后分别进入参考臂和样品臂，返回的干涉光 谱信号经过进入OCT干涉光谱信号探测装置，形成的OCT干涉光谱信号进行采集。所述光源 为扫描光源发出的低相干光，进入宽带光纤耦合器的第一端；所述样品臂包括样品臂准直 镜，样品臂扫描振镜，样品臂聚焦透镜和样品，宽带光纤耦合器第二端的光经过样品臂准直 镜、样品臂扫描振镜和样品臂聚焦透镜后，投射在样品上；所述参考臂包括准直镜、闪耀光 栅、傅立叶变换透镜、第一反射镜和第二反射镜，宽带光纤耦合器第三端的光进入参考臂的 光经准直镜、闪耀光栅、傅立叶变换透镜、第一反射镜、第二反射镜，沿原光路返回准直镜， 在宽带光纤耦合器的第三端与经样品臂返回的样品光汇合后干涉；所述的OCT干涉光谱信 号探测装置为单点探测仪，所述参考臂的光与样品臂的光汇合后形成OCT干涉光谱信号， 通过宽带光纤耦合器第四端经单点探测仪进行探测，经数据采集卡和计算机进行采集。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是
1、通过在各光谱成分中引入随波数线性变化的附加光程量，相应的对干涉光谱引 入等效偏移量载频，实现共轭镜像的分离，相比传统的将零光程面移出样品表面外的镜像 分离方法，能够确保等效光程偏移量远大于在各光谱成分中引入的偏移量，干涉条纹灵敏 度下降小，成像质量高。
2、由于不引入任何电控制或机械控制的相位调制器，如压电陶瓷微位移台、电光 相位调制器或声光频移器，只需设定不同的反射镜偏转角即可引入特定群延迟以及相应的 等效偏移量，因而不受任何相位调制控制器时间响应的限制。且基于电光相位调制器或声 光频移器的镜像分离方法只适用于扫频OCT系统而不适用于谱域OCT系统，本发明提出的 方法适用于谱域OCT和扫频OCT两种系统，适用范围广。
3、相对于多步移相消镜像的方法，只需一组图像数据即可恢复无镜像OCT图像， 可实现高速、高灵敏度成像。
图1是本发明的谱域光学相干层析成像系统示意图。
图2是本发明的扫频光学相干层析成像系统示意图。
图3是本发明的谱域光学相干层析成像系统硬件控制结构示意图。
图4是本发明的扫频光学相干层析成像系统硬件控制结构示意图。
图5是本发明的各个光谱成分对应的光程差和等效光程偏移量对比图。
图中1、宽带光源，2、宽带光纤耦合器，3、样品臂准直镜，4、样品臂扫描振镜，5、样品臂聚焦透镜，6、样品，7、准直镜，8、闪耀光栅，9、傅立叶变换透镜，10、第一反射镜，11、第 二反射镜，12、光谱仪准直镜，13、光谱仪闪耀光栅，14、光谱仪聚焦透镜，15、CCD, 16、扫频光 源，17、单点探测仪，18、数据采集卡，19、计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图3所示，本发明包括光源、宽带光纤耦合器、样品臂、参考臂和OCT干涉 光谱信号探测装置，光源出来的低相干光进入宽带光纤耦合器，经分光后分别进入参考臂 和样品臂，返回的干涉光谱信号经过进入OCT干涉光谱信号探测装置，形成的OCT干涉光谱 信号进行采集。所述光源为宽带光源1发出的低相干光，进入宽带光纤耦合器2的第一端； 所述样品臂包括样品臂准直镜3，样品臂扫描振镜4，样品臂聚焦透镜5和样品6，宽带光纤 耦合器2第二端的光经过样品臂准直镜3、样品臂扫描振镜4和样品臂聚焦透镜5后，投射 在样品6上；所述参考臂包括准直镜7、闪耀光栅8、傅立叶变换透镜9、第一反射镜10和第 二反射镜11，宽带光纤耦合器2第三端的光进入参考臂的光经准直镜7、闪耀光栅8、傅立 叶变换透镜9、第一反射镜10、第二反射镜11，沿原光路返回准直镜7，在宽带光纤耦合器2 的第三端与经样品臂返回的样品光汇合后干涉；所述的OCT干涉光谱信号探测装置为光谱 仪，包括光谱仪准直镜12、光谱仪闪耀光栅13、光谱仪聚焦透镜14和CCD15，所述参考臂的 光与样品臂的光汇合后形成的OCT干涉光谱信号通过宽带光纤耦合器2第四端经光谱仪准 直镜12，光谱仪闪耀光栅13，光谱仪聚焦透镜14和(XD15进行探测，通过图像采集卡和计 算机19进行采集。计算机19控制样品臂扫描振镜4高速旋转，使探测光束对样品6进行 横向扫描得到二维或三维OCT数据。
如图2、图4所示，本发明包括光源、宽带光纤耦合器、样品臂、参考臂和OCT干涉 光谱信号探测装置，光源出来的低相干光进入宽带光纤耦合器，经分光后分别进入参考臂 和样品臂，返回的干涉光谱信号经过进入OCT干涉光谱信号探测装置，形成的OCT干涉光谱 信号进行采集；所述光源为扫描光源16发出的低相干光，进入宽带光纤耦合器2的第一端； 所述样品臂包括样品臂准直镜3，样品臂扫描振镜4，样品臂聚焦透镜5和样品6，宽带光纤 耦合器2第二端的光经过样品臂准直镜3、样品臂扫描振镜4和样品臂聚焦透镜5后，投射 在样品6上；所述参考臂包括准直镜7、闪耀光栅8、傅立叶变换透镜9、第一反射镜10和第 二反射镜11，宽带光纤耦合器2第三端的光进入参考臂的光经准直镜7、闪耀光栅8、傅立叶 变换透镜9、第一反射镜10、第二反射镜11，沿原光路返回准直镜7，在宽带光纤耦合器2的 第三端与经样品臂返回的样品光汇合后干涉；所述的OCT干涉光谱信号探测装置为单点探 测仪17，所述参考臂的光与样品臂的光汇合后形成OCT干涉光谱信号，通过宽带光纤耦合 器2第四端经单点探测仪17进行探测，经数据采集卡18和计算机19进行采集。计算机19 控制样品臂扫描振镜4高速旋转，使探测光束对样品6进行横向扫描得到二维或三维OCT 数据。
图3所示为本发明的谱域光学相干层析成像系统硬件控制结构示意图，包括，样 品臂扫描振镜4、(XD15、计算机19。其中(XD15和计算机19相连，计算机19和样品臂扫描 振镜4相连。计算机19控制(XD15采集OCT干涉信号，通过数据总线传入计算机19进行 数据处理和图像重建。计算机19控制样品臂扫描振镜4实现探测光束对样品的横向扫描，7以采集样品的二维以及三维信息数据。
图4所示为本发明的扫频光学相干层析成像系统硬件控制结构示意图。包括，样 品臂扫描振镜4、单点探测仪17、数据采集卡18和计算机19。其中数据采集卡18和计算 机19相连，计算机19和样品臂扫描振镜4相连。计算机19控制数据采集卡18对单点探 测仪17产生的干涉光谱信号进行采集，通过数据总线传入计算机19进行数据处理和图像 重建。计算机19控制样品臂扫描振镜4实现探测光束对样品的横向扫描，以采集样品的二 维以及三维信息数据。
图5所示为本发明的所述的各个光谱成分对应的光程差和等效光程偏移量对比 图。下面对图5中的曲线进行说明。
当光学扫描延迟线中的反射镜与光轴垂轴面夹角为零时，设样品臂和参考臂的光 程差为Δ z，则探测到的干涉光谱信号的强度表达式为
权利要求
1.一种基于群延迟波数载频的镜像分离方法，其特征在于在傅立叶域光学相干层析 成像系统的参考臂中设置光栅型光学延迟线，通过使光学延迟线中的反射镜与光轴垂轴面 偏离特定夹角，在参考光各光谱成分中引入一个随光谱波数线性变化的附加位相量，根据 傅立叶变换的性质，光谱域的线性附加位相量对应于空间域的等效光程偏移量，实现参考 光零相延迟下的特定群延迟，有效分离直流项与共轭镜像，等效偏移量远大于在上述各光 谱成分中引入的附加光程量，即可避免随着共轭镜像的分离而导致的干涉条纹灵敏度的迅 速下降，实现傅立叶域的全量程成像；该方法的具体步骤如下1)调节参考臂中的光栅型光学延迟线，使光栅型光学延迟线中的闪耀光栅位于傅立叶 变换透镜的前焦面上，且闪耀光栅面垂直于傅立叶变换透镜的光轴，光栅型光学延迟线中 的反射镜位于傅立叶变换透镜的后焦面上，使光源中心波长沿光轴方向衍射；2)调节光栅型光学延迟线中的反射镜使其与光轴垂轴面偏离特定角度，对各个光谱成 分引入随光谱波数线性变化的附加位相量，相当于对干涉光谱信号引入相应的波数载频， 使共轭镜像相互之间分开等效光程偏移量的距离；3)通过数据采集卡采集得到弓I入群延迟波数载频的干涉光谱数据，通过程序算法对干 涉光谱数据进行处理，恢复无镜像的光学相干层析图像；或者通过CCD采集得到引入群延 迟波数载频的干涉光谱数据，通过程序算法对干涉光谱数据进行处理，恢复无镜像的光学 相干层析图像。
2.实施权利要求1所述方法的一种基于群延迟波数载频的镜像分离系统，包括光源、 宽带光纤耦合器、样品臂、参考臂和OCT干涉光谱信号探测装置，光源出来的低相干光进入 宽带光纤耦合器，经分光后分别进入参考臂和样品臂，返回的干涉光谱信号经过进入OCT 干涉光谱信号探测装置，形成的OCT干涉光谱信号进行采集；其特征在于所述光源为宽带 光源(1)发出的低相干光，进入宽带光纤耦合器O)的第一端；所述样品臂包括样品臂准 直镜(3)，样品臂扫描振镜G)，样品臂聚焦透镜(5)和样品(6)，宽带光纤耦合器(2)第二 端的光经过样品臂准直镜(3)、样品臂扫描振镜(4)和样品臂聚焦透镜(5)后，投射在样品(6)上；所述参考臂包括准直镜(7)、闪耀光栅(8)、傅立叶变换透镜(9)、第一反射镜(10) 和第二反射镜(11)，宽带光纤耦合器( 第三端的光进入参考臂的光经准直镜(7)、闪耀 光栅(8)、傅立叶变换透镜(9)、第一反射镜(10)、第二反射镜(11)，沿原光路返回准直镜(7)，在宽带光纤耦合器(2)的第三端与经样品臂返回的样品光汇合后干涉；所述的OCT干 涉光谱信号探测装置为光谱仪，包括光谱仪准直镜(12)、光谱仪闪耀光栅(13)、光谱仪聚 焦透镜(14)和CCD(K)，所述参考臂的光与样品臂的光汇合后形成的OCT干涉光谱信号通 过宽带光纤耦合器( 第四端经光谱仪准直镜(12)，光谱仪闪耀光栅(13)，光谱仪聚焦透 镜(14)和CCD(15)进行探测，经计算机(19)进行采集。
3.实施权利要求1所述方法的一种基于群延迟波数载频的镜像分离系统，包括光源、 宽带光纤耦合器、样品臂、参考臂和OCT干涉光谱信号探测装置，光源出来的低相干光进入 宽带光纤耦合器，经分光后分别进入参考臂和样品臂，返回的干涉光谱信号经过进入OCT 干涉光谱信号探测装置，形成的OCT干涉光谱信号进行采集；其特征在于所述光源为扫描 光源(16)发出的低相干光，进入宽带光纤耦合器O)的第一端；所述样品臂包括样品臂准 直镜(3)，样品臂扫描振镜G)，样品臂聚焦透镜(5)和样品(6)，宽带光纤耦合器(2)第二 端的光经过样品臂准直镜(3)、样品臂扫描振镜(4)和样品臂聚焦透镜(5)后，投射在样品(6)上；所述参考臂包括准直镜(7)、闪耀光栅(8)、傅立叶变换透镜(9)、第一反射镜(10) 和第二反射镜(11)，宽带光纤耦合器( 第三端的光进入参考臂的光经准直镜(7)、闪耀光 栅(8)、傅立叶变换透镜(9)、第一反射镜(10)、第二反射镜(11)，沿原光路返回准直镜(7)， 在宽带光纤耦合器O)的第三端与经样品臂返回的样品光汇合后干涉；所述的OCT干涉光 谱信号探测装置为单点探测仪(17)，所述参考臂的光与样品臂的光汇合后形成OCT干涉光 谱信号，通过宽带光纤耦合器⑵第四端经单点探测仪(17)进行探测，经数据采集卡(18) 和计算机(19)进行采集。
全文摘要
本发明公开了一种基于群延迟波数载频的镜像分离方法及系统。在傅立叶域光学相干层析成像系统的参考臂中设置光栅型光学延迟线，基于光学延迟线中反射镜与光轴垂轴面的特定夹角，在各光谱成分中引入随光谱波数线性变化的附加位相量，实现参考光零相延迟下的特定群延迟。群延迟后的参考光与样品光汇合，形成相应载频的干涉光谱。对干涉光谱实施基于快速傅立叶变换的图像重建，其共轭镜像将偏离无载频时的位置，等效偏移量远大于在各光谱成分中引入的附加光程量，确保了在干涉信号灵敏度下降最小化的前提下，有效分离直流项与共轭镜像，实现傅立叶域光学相干层析的全量程成像。本发明提出的方法可用于谱域光学相干层析系统和扫频光学相干层析系统。
文档编号A61B5/00GK102028454SQ201010520190
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者丁志华, 吴彤, 王保勇, 王川, 王玲, 陈明惠, 陶渊浩 申请人:浙江大学