专利名称：用于生物组织测量的oct层析纵向扫描装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学相干层析成像(OCT)扫描装置，尤其是一种 基于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装置。
背景技术：
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,简称OCT) 是一种新兴的光学成像技术，能实现对活体内部组织结构与生理功能 进行非接触、无损伤、高分辨率成像，是用于探测各种生物组织的有 利工具。
光学相干层析技术应用低相干度光源或超短激光脉冲，将光学相 干技术与激光扫描共焦技术相结合起来，利用了相干仪的高灵敏度外 差探测特性，及只有探测光束焦点处返回的光才有最强的干涉信号被 探测到，而离开焦点的光不会被探测成像这一激光共焦显微技术的结 合，从而获得微米量级的空间分辨率。OCT集成了共焦显微的技术和 白光相干(低相干干涉技术)优点，是探测生物组织结构的有利工具， 它的纵向和横向空间分辨率均只有几个微米，并且可以探测到只有 10-w数量级的光能量信号。
用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装置是利用光学相干层析 技术，对生物组织进行纵向扫描的医疗器械。在OCT测量系统中，加 入纵向扫描装置，可实现对生物组织的纵向扫描。此装置通过计算机控制，控制精度达到了微米量级，能够对生物组织进行准确的测量，
并且提高了整个系统的稳定性。在以往运用OCT技术对生物组织进行 测量的方法中，测量系统是通过移动参考反射镜来实现参考光光程的 改变。此方法测量移动量大，测量误差较大，测量精度不高。
在OCT测量系统中，加入相位调制装置，此装置可以消除光耦合、 减少器件连接中的插入损耗、易于连接。早期的相位调制装置是由 PZT压电陶瓷制成,将光纤紧紧缠绕在压电陶瓷柱(或陶瓷片、筒)上， 并用胶封装。这种相位调制器有两个缺点 一是压电陶瓷的径向伸縮 较小，产生的光程扫描范围较小，；二是光纤弯曲或者伸縮过程中弯 曲半径引起的双折射效应会影响干涉图的对比度。
发明内容
本发明主要提供一种用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装 置，该装置具有控制简单，稳定性好等特点，并且采用楔镜组及其在 参考臂中加入相位调制装置可以减小移动量，减小测量误差，提高测 量的准确性，增强系统的稳定性。
本发明的技术方案如下
一种用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装置，包括纵向扫描装 置、相位调制装置，其特点是纵向扫描装置包括由第一楔镜、第二 楔镜组成的楔镜组和精密电控平移台，其中，两个楔镜结构相同，第 一楔镜固定在精密电控平移台上的固定端上，第二楔镜固定在精密电
控平移台上的可移动端，且两个楔镜之间斜边平行放置；相位调制装 置设置在参考臂透镜与光纤耦合器之间，包括两个半圆柱形玻璃体，压电陶瓷微位移器，单模光纤，两个半圆柱形玻璃体之间通过一个压 电陶瓷微位移器连接组成压电陶瓷柱，在压电陶瓷柱外面缠绕光纤并 用胶封装。
精密电控平移台接计算机控制器，在计算机控制下精密电控平移 台使第二楔镜沿斜边移动，改变参考光光程。
参考光光程的改变量DA- sing(w- "。)Z 其中，"。为空气的折射率，w为楔镜的折射率，Z为第二楔镜移动的 距离，sin《=Z/Z。
半圆柱形玻璃体其端面直径/ = 70mm，柱体长i- 80wm 。 本发明的有益效果是由楔镜组和精密电控平移台组成的纵向扫 描装置，可以保持测量系统中的参考镜和被测样品固定不动，通过计 算机控制精密电控平移台快速精确的改变参考光的光程。此方法控制 简单，增强了系统的稳定性，同时，采用楔镜组可以减小移动量，减 小测量误差，提高测量的准确性。
采用光纤相位调制装置，此装置一方面可以通过增加圆柱直径的 方法，来减少光纤的弯曲半径，另一方面光纤的拉伸只是轴向受力， 减少了由光纤的剪切力和弯曲引起的双折射效应。由于通常基于压电 陶瓷的位移器件具有定位精度高但行程短的特性，本发明把若干个压 电陶瓷串行连接构成压电陶瓷微位移器，同时参考臂的光纤缠绕在圆 柱形压电陶瓷驱动器上，通过PZT的纵向拉伸使多匝光纤积累产生几
个毫米的长度变化，来实现高频大范围的扫描。此外，此装置还具有 便于实现、价格低廉、性能稳定等优点。本发明与现有技术相比有很大的完善。原有的相位调制器有两个 缺点 一是压电陶瓷的径向伸縮较小，产生的光程扫描范围较小，； 二是光纤弯曲或者伸縮过程中弯曲半径引起的双折射效应会影响干 涉图的对比度。本发明的装置克服了以往的缺点， 一方面可以通过增 加圆柱直径的方法，来减少光纤的弯曲半径，另一方面光纤的拉伸只 是轴向受力，减少了由光纤的剪切力和弯曲引起的双折射效应。此外， 由于通常基于压电陶瓷的位移器件具有定位精度高但行程短的特性。 因此本发明把若干个压电陶瓷串行连接构成压电陶瓷微位移器，同时 参考臂的光纤缠绕在圆柱形压电陶瓷驱动器上，通过PZT的纵向拉伸使多匝光纤积累产生几个毫米的长度变化，来实现高频大范围的扫 描。以往对生物组织进行纵向扫描是通过移动参考反射镜来改变参考 光光程的方法，本发明通过加入纵向扫描装置，通过移动楔镜组中的 一块楔镜来改变光在楔镜组中通过的距离，进而改变参考光光程。此 方法具有控制便捷，操作简单，移动量小，精度高等优点。
图1是用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装置原理图2是纵向扫描装置中楔镜组原理图3是光纤相位调制装置结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详述。
如图1所示，用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装置，包括
由超发光二极管构成的光源1、光纤耦合器2、相位调制装置3、透镜4、纵向扫描装置5、反射镜6、聚焦透镜组7、待测样品8、光电 探测器9、锁相放大器IO、计算机ll。
如图2所示，纵向扫描装置5由第一楔镜15、第二楔镜16组成 的楔镜组和精密电控平移台构成。其中，第一楔镜15与第二楔镜16 结构相同且放置使它们的斜边平行。第一楔镜15固定不动，第二楔 镜16固定在精密电控平移台上的可移动端，通过计算机控制精密电 控平移台使第二楔镜16沿斜边移动，实现了系统中参考光光程的改 变。
如图3所示，相位调制装置3中，将圆柱形玻璃体12劈成两半，用 一个压电陶瓷微位移器13把这两个部分连接组成压电陶瓷柱，然后将 光纤14紧紧缠绕其上，并用胶封装。在压电陶瓷两极加上电压后，当 电压增大时，陶瓷会伸长；当电压减小时，陶瓷则收縮。当陶瓷发生伸 长或收縮时，光纤14将随之拉伸或收縮，从而改变光纤14的长度和内 部折射率，达到调制传输光相位的目的。
(3)在整个装置中仅通过计算机11控制精密电控平移台就可以 改变参考光光程，不需改变装置中的任何其他元件。通过此种方法既 方便控制又增强了系统的稳定性。同时通过计算机11控制平移台使 移动精度达到了微米量级，进而大大提高了测量精度。
本发明的工作原理在该系统中，由超发光二极管1发出的光， 耦合进入单模光纤，被光纤耦合器2均分为两束， 一束光经相位调制 装置3、透镜4、纵向扫描装置5后到达反射镜6作为参考光；另一 束光经光纤聚焦透镜组7后到达被测样品8，在样品表面或内部形成直径很小的光斑。
从反射镜6返回的参考光与被测样品8背向散射的测量光在光纤
耦合器2汇合，当两臂光程差在光源相干长度内时则发生干涉，光电
探测器9探测到干涉信号，信号强度可反映样品的散(反)射强度。经
光电探测器9探测到的干涉信号经过锁相放大器10放大后输入到计
算机11中。通过计算机11控制纵向扫描装置5中的精密电控平移台，
改变参考光光程，使参考光分别与从样品8中不同深度和结构反射回
来的测量光发生干涉，同时分别记录相应的电控平移台移动的位移
量，这些位移量反应了样品内不同结构的空间位置，由此可获得样品
深度方向的一维测量数据，完成对样品的纵向扫描。
在纵向扫描装置5中，第一楔镜15与第二楔镜16结构相同且放
置使它们的斜边平行。第一楔镜15固定不动，第二楔镜16放置在精
密电控平移台的可移动端，通过计算机控制电控平移台，使第二楔镜
16沿斜边移动。设空气的折射率为w。，楔镜的折射率为w。当第二楔
镜16沿斜边移动了Z时，则实现了参考光光程的改变，改变量为Dh
又因为^《=￡/Z ，即可得出第二楔镜16移动的距离Z与参考光 光程改变量Dit之间的关系
<formula>formula see original document page 8</formula>在"、w。和e均已确定的情况下，可以得到Z与DA之间的关系是线性 的，从而就实现了通过移动楔镜来改变参考光光程的目的。
在相位调制装置3中，该系统由一个圆柱形玻璃体12劈成两半， 用一个压电陶瓷微位移器13把这两个部分连接组成压电陶瓷柱，光纤14紧紧缠绕在压电陶瓷柱上，并用胶封装。当压电陶瓷发生纵向 伸长或收縮时，光纤14将随之拉伸或收縮，从而改变光纤14的长度 和内部折射率，达到调制传输光相位的目的。由于通常基于压电陶瓷 的位移器件具有定位精度高但行程短的特性。因此本发明把若干个压 电陶瓷串行连接构成压电陶瓷微位移器，同时参考臂的光纤缠绕在圆 柱形压电陶瓷驱动器上，通过PZT的纵向拉伸使多匝光纤积累产生几 个毫米的长度变化，来实现高频大范围的扫描。
本发明构建的OCT系统中PZT相位调制器的圆柱体材料采用K9 玻璃制作，其端面直径/=70扁，柱体长丄=80附附；PZT压电陶瓷采用 了中国电子科技集团公司第二十六所研制的WTYD0810058纵向型，为 了实现参考臂相位的往复改变，驱动PZT相位调制器的电压调制信号 一般采用正弦信号或三角波信号，施加在压电陶瓷上的采用频率 5kHz，施加电压为7.5v,收到了较好的实验效果。
本发明是通过在系统中加入纵向扫描装置，通过计算机控制此装 置来实现系统参考光光程差的改变。此方法与以往的方法相比，可减 少移动量，从而降低了测量误差，提高了测量精度。
本发明的相位调制装置，此装置可以减少光纤的弯曲半径，增大 压电陶瓷的径向伸縮，进而增大产生光程的扫描范围。此外，光纤的 拉伸只是轴向受力，减少了由光纤的剪切力和弯曲引起的双折射效 应。
权利要求
1.一种用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装置，包括纵向扫描装置(5)、相位调制装置(3)，其特征在于所述纵向扫描装置(5)包括由第一楔镜(15)、第二楔镜(16)组成的楔镜组和精密电控平移台，其中，第一楔镜(15)、第二楔镜(16)两个楔镜结构相同，第一楔镜(15)固定在精密电控平移台上的固定端上，第二楔镜(16)固定在精密电控平移台上的可移动端，且第二楔镜(16)与第一楔镜(15)斜边平行放置；所述相位调制装置(3)设置在参考臂透镜(4)与光纤耦合器(2)之间，它包括两个半圆柱形玻璃体(12)，压电陶瓷微位移器(13)，单模光纤(14)，两个半圆柱形玻璃体(1 2)之间通过一个压电陶瓷微位移器(13)连接构成压电陶瓷柱，在压电陶瓷柱外面缠绕光纤(14)并用胶封装。
2. 根据权利要求1所述的用于生物组织测量的0CT层析纵向扫描装置， 其特征在于所述精密电控平移台接计算机控制器，在计算机控制下， 精密电控平移台使第二楔镜(16)沿斜边移动，改变参考光光程。
3. 根据权利要求1所述的用于生物组织测量的0CT层析纵向扫描装置， 其特征在于所述半圆柱形玻璃体其端面直径/=70附附，柱体长 丄=80wm 。
4. 根据权利要求2所述的用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装 置，其特征在于所述参考光光程的改变量D*= sing("- "。)Z 其中， 为空气的折射率，"为楔镜的折射率，Z为第二楔镜(16) 移动的距离，sin《-Z/Z。
全文摘要
本发明涉及一种用于生物组织测量的OCT层析纵向扫描装置，包括纵向扫描装置、相位调制装置，纵向扫描装置包括由两个楔镜组成的楔镜组和精密电控平移台，两个楔镜结构相同，一个楔镜固定在精密电控平移台上的固定端上，另一个楔镜固定在精密电控平移台上的可移动端，且两个楔镜之间斜边平行放置；相位调制装置设置在参考臂透镜与光纤耦合器之间，包括两个半圆柱形玻璃体、压电陶瓷微位移器、单模光纤，两个半圆柱形玻璃体之间通过一个压电陶瓷微位移器连接构成压电陶瓷柱，在压电陶瓷柱外面缠绕光纤并用胶封装。该装置具有控制简单，稳定性好等特点，并且采用楔镜组及其在参考臂中加入相位调制装置可以减小移动量，减小测量误差，提高测量的准确性。
文档编号A61B5/00GK101406391SQ20081020284
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者颖 周, 雪 杨, 成 王, 胡兆燕, 斌 葛, 谢海明, 郭世俊, 露 韩 申请人:上海理工大学