专利名称：一种高速频域生物组织光干涉成像仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及科学仪器，尤其涉及一种光干涉成像仪器。
背景技术：
光干涉成像(Optical Coherence Tomography，OCT)仪器是一种高分辨率的成像仪器，用于对物体内部精细的结构进行无创成像和精密的分析，在生物和医学的研究与临床上有很高的应用价值。因此，有很多人在进行OCT的各项改进，如郭继华等设计的发明专利(一种带有自适应光程调节装置的光学相干层析成像系统，专利号CN02121333.X)，薛平等设计的发明专利(一种提高光学相干层析成像纵向分辨率的方法及系统，申请号CN02121331.3)，威廉·布拉德肖·阿莫斯设计的发明专利(用于光学成像傅里叶谱仪的光学设备及其操作方法，申请号CN98807712.4)，相里斌等设计的发明专利(一种干涉成像光谱技术及其装置，申请号CN99115952.7)等等，试图从分辨率、工艺等各个方面改进OCT，但唯独没有在提高OCT的速度上改进。
之所以强调OCT的速度问题，在于两个关键的方面一则是在人体皮肤的表面应用OCT进行检测时，人体或动物组织存在动脉毛细血管和肌肉组织的搏动，而OCT的分辨率又达到生物组织搏动的尺度范围，如果OCT的速度太慢，则不可能得到清晰的图像。二者由于成像光信号的能量限制射入生物组织的光强有限，而经过组织一次反射出来的有效成像光信号又要衰减10-6以上，从这样一束微弱的光中还要在很短的时间检测出反映组织结构的信息，就会存在很大的困难。即微弱的信号能量是提高OCT成像速度的限制因素。
经典的OCT采用麦克耳逊干涉仪的结构，为了实现成像需要两维精密的机械扫描机构，因而成像速度缓慢，很难满足动态检测、医学普查和人体大面积检查的要求。为了提高OCT的成像速度，突破OCT在临床应用的限制，很多人在进行不懈的努力。如李刚等设计的发明专利(高速光干涉层析成象仪，专利号CN02104457.0)，提出了一种减少甚至取消机械扫描机构，但不能有效地利用经过组织一次反射出来的有效成像光信号，仍然难以实现高速OCT成像。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种能够结构简单，能够有效利用生物组织一次反射光的生物组织光干涉成像仪，使大多数的一次反射光信号能量得到利用。本发明所要解决的技术问题之二是克服传统的傅立叶光谱仪最基本的缺点需要高精度的运动机构、速度慢的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的采用如下的技术方案一种高速生物组织光干涉成像仪，包括光源、平面反射镜、透镜和傅立叶光谱仪，平面反射镜和透镜设置在同一光轴上，光源发出的入射光由透镜的边缘部位聚焦后照射到被测生物组织，然后利用平面反射镜将生物组织的一次反射光导入无动镜式傅立叶光谱仪，由傅立叶光谱仪输出的光谱经过傅立叶变换后得到被测生物组织的图像。
本发明所采用的无动镜式傅立叶光谱仪，可以是一种基本麦克耳逊干涉仪，也可以利用一个或两个闪烁光栅代替麦克耳逊干涉仪的一个或两个平面反射镜。也可以采用使平面反射镜中的一个的法线与光轴成微小角度的结构。
本发明采用的傅立叶光谱仪，不仅具备常规傅立叶光谱仪的优点光通量大，信号利用率高，还避免了傅立叶光谱仪最基本的缺点需要高精度的运动机构、速度慢。这种光谱仪特别适合于需要最大限度利用信号光能量以及较高OCT成像速度的应用场合。
图1为本发明的光学原理图。
图2、图3、图4分别为本发明的三个实施例的光学原理图。
附图标记1为反射镜2为聚焦镜3为被测生物组织4为阵列式光敏器件5为分束(光)镜6为平面反射镜7为平面反射镜8为闪烁光栅9为无动镜式光谱仪10为闪烁光栅具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
本发明采用一种偏置的入射光方式，如图1所示，入射光由透镜2的边缘部位聚焦后照射到被测生物组织3，然后用平面反射镜1将组织的一次反射光导入无动镜式傅立叶光谱仪9，使大多数的一次反射光信号能量得到利用，无动镜式傅立叶光谱仪9也是最大限度地利用信号能量，最后由傅立叶光谱仪9输出的光谱可以变换得到组织的图像。
本发明所采用的无动镜式傅立叶光谱仪，可以是一种基本麦克耳逊干涉仪，也可以利用一个或两个闪烁光栅代替麦克耳逊干涉仪的一个或两个平面反射镜。也可以采用使平面反射镜中的一个的法线与光轴成微小角度的结构。
本发明一种高速频域OCT的实施例一如图2所示，入射光由透镜2聚焦后照射到被测生物组织3，然后用平面反射镜1将组织的一次反射光导入无动镜式傅立叶光谱仪，使大多数的一次反射光信号能量得到利用。无动镜式傅立叶光谱仪也就是基本的麦克耳逊干涉仪，由阵列式光敏器件4、分束(光)镜5和两面平面反射镜6与7构成。平面反射镜7不完全与光轴垂直，而是有一个微小的倾角，可以是大于0°且小于10°的微小角度，平面反射镜7与其他部件一起形成成千上万个微型麦克耳逊干涉仪，在阵列式光敏器件4可以得到由不同光程差而产生干涉的光电信号，通过对这些光电信号进行傅立叶变换，就可得到光谱信号，而对光谱信号进行变换处理，就能够得到组织的结构图。
这种光谱仪不仅具备常规傅立叶光谱仪的优点光通量大，信号利用率高，还避免了傅立叶光谱仪最基本的缺点需要高精度的运动机构、速度慢。这种光谱仪特别适合需要最大限度利用信号光能量，十分有利于提高OCT成像的速度。
聚焦镜2可以是球面镜，也可以是柱面镜。阵列式光敏器件3可以采用线阵的CCD光敏传感器，也可以采用面阵的CCD光敏(图像)传感器或CMOS光敏(图像)传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面阵光敏(图像)传感器，如阴极射线管(CRT)等。
本发明一种高速频域OCT的实施例二采用实施例一的各个部件，与其不同之处是平面反射镜7与光轴垂直，平面反射镜6不完全与光轴垂直，而是有一个微小的倾角，可以是大于0°且小于10°的微小角度。
本发明一种高速频域OCT的实施例三如图3所示，入射光由透镜2聚焦后照射到被测生物组织3，然后用平面反射镜1将组织的一次反射光导入无动镜式傅立叶光谱仪，使大多数的一次反射光信号能量得到利用。无动镜式傅立叶光谱仪也基本的麦克耳逊干涉仪，由阵列式光敏器件4、分束(光)镜5、平面反射镜6与闪烁光栅7构成。利用闪烁光栅中的刻槽形成微小反射面，与其他部件一起形成成千上万个微型麦克耳逊干涉仪，在阵列式光敏器件4可以得到由不同光程差而产生干涉的光电信号，通过对这些光电信号进行傅立叶变换，就可得到光谱信号，而对光谱信号进行变换处理，就能够得到组织的结构图。
这种光谱仪不仅具备常规傅立叶光谱仪的优点光通量大，信号利用率高，还避免了傅立叶光谱仪最基本的缺点需要高精度的运动机构、速度慢。这种光谱仪特别适合需要最大限度利用信号光能量，十分有利于提高OCT成像的速度。
聚焦镜2可以是球面镜，也可以是柱面镜。阵列式光敏器件可以采用线阵的CCD光敏传感器，也可以采用面阵的CCD光敏(图像)传感器或CMOS光敏(图像)传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面阵光敏(图像)传感器，如阴极射线管(CRT)等。
本发明一种高速频域OCT的实施例四将实施例三中的平面反射镜6与闪烁光栅7互相调换位置，其他部件与该实施例结构相同。
本发明一种高速频域OCT的实施例五此外，本发明的其他部件与上述各种高速频域OCT相同，所不同的是采用两个闪烁光栅作为分别作为傅立叶光谱仪的两个反射面。
如图4所示，被导入傅立叶光谱仪的生物组织一次反射光通过分束镜5分成两部分，一部分透过分束镜5到达光栅8，由光栅8反射后再由分束镜5背面反射达到阵列式光敏器件4，由于光栅8的各个刻槽的反射面不在同一个平面上，各个刻槽的反射面所反射光的光程就不一样；另一部分光反射到光栅10，经过光栅10反射后再透过分束镜5达到阵列式光敏器件4，但这一部分光的光程也各不相同，因而与前面所述的一部分光在阵列式光敏器件4的发生干涉时，阵列式光敏器件4各个象素点最大干涉强度光的波长不同，通过对阵列式光敏器件4各个象素点得到的光电信号进行傅立叶变换，便可得到被测光的频谱。
聚焦镜2可以是球面镜，也可以是柱面镜。阵列式光敏器件可以采用面阵的CCD光敏(图像)传感器或CMOS光敏(图像)传感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面阵光敏(图像)传感器，如阴极射线管(CRT)等。
通过适当调整，可以使得面阵光敏(图像)传感器每个象素点得到波长的不同最大干涉强度光，因而本实施例可以比实施例一至四提高几个量级的波长分辨率。
需要说明的是，本发明属于一种组合发明，是一种在技术应用上具有创新性的发明，其中所涉及的透镜、反射镜、光栅和光敏(图像)传感器等，都属于已有技术并且已有多种形式和应用。在此不对其细部特征再作叙述。
此外，这里以本发明的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本发明，实际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应该属于本发明的范围内。
权利要求
1.一种高速频域生物组织光干涉成像仪，包括光源、平面反射镜、透镜和傅立叶光谱仪，平面反射镜和透镜设置在同一光轴上，光源发出的入射光由透镜的边缘部位聚焦后照射到被测生物组织，然后利用平面反射镜将生物组织的一次反射光导入无动镜式傅立叶光谱仪，由傅立叶光谱仪输出的光谱经过傅立叶变换后得到被测生物组织的图像。
2.按权利要求1所述高速频域生物组织光干涉成像仪，其特征在于，所述傅立叶光谱仪包括将导入的生物组织一次反射光分成两束光束的分束镜，在两束光的光轴上分别设置两个反射面，透射光经过设置在光轴上的反射面的反射后，由分束镜后背反射面反射后到达阵列式光敏器件，反射光经过设置在光轴上的反射面的反射后，透过分束镜，到达阵列式光敏器件。
3.按权利要求2所述高速频域生物组织光干涉成像仪，其特征在于，所述傅立叶光谱仪的两个反射面中的任意一个由平面反射镜构成，另一个由闪烁光栅构成。
4.按权利要求2所述高速频域生物组织光干涉成像仪，其特征在于，所述傅立叶光谱仪的两个反射面分别由两个反射镜构成，两个反射镜中的任意一个与光轴垂直，而另一个的法线与光轴成大于0°且小于10°的微小角度。
5.按权利要求2所述高速频域生物组织光干涉成像仪，其特征在于，所述傅立叶光谱仪的两个反射面分别由两个闪烁光栅构成。
6.按权利要求2-5任意一项所述高速频域生物组织光干涉成像仪，其特征在于，其中的阵列式光敏器件为面阵CCD、面阵CMOS光敏图像传感器或阴极射线管图像传感器。
全文摘要
本发明公开了一种适用生物组织的高速频域光干涉成像仪，入射光由透镜的边缘部位聚焦后照射到被测生物组织，然后用平面反射镜将组织的一次反射光导入无动镜式傅立叶光谱仪，使大多数的一次反射光信号能量得到利用，无动镜式傅立叶光谱仪也是最大限度地利用信号能量，最后由傅立叶光谱仪输出的光谱可以变换得到组织的图像。本发明的高速频地域光干涉成像仪，不仅具有光通量大，信号利用率高的特点，而且还避免了传统的基于傅立叶光谱仪的光干涉成像仪的最基本缺点需要高精度的运动机构、速度慢。
文档编号A61B5/00GK1865946SQ20061001383
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月24日 优先权日2006年5月24日
发明者李刚, 张泰石, 林凌 申请人:天津大学