专利名称：一种色散补偿装置及含有该装置的oct系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种色散补偿装置及含有该装置的成像系统，具体而言， 本发明涉及用于光学相干层析成像系统以解决成像系统中色散问题的一种 复合式色散补偿装置及含有该装置的光学相干层析成像系统。
背景技术：
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,简称OCT)技术， 具有不接触，无损伤，分辨率高的特点。其从诞生起就用于人眼结构的测 量，是当前世界上唯一能高分辨无损测量人眼眼底内部层析结构的技术。 OCT系统包括相干长度非常短的光源， 一个迈克尔逊干涉仪，这个干涉仪 通常为光纤耦合器， 一个样品臂，光照射到待测的样品上， 一个参考臂， 光照到反射镜上， 一个光电信号解调和信号处理系统。由于光源相干长度 非常短，只有参考臂光程同样品臂光程(指物理光程)差在相干长度以内的 光才能发生干涉。OCT系统只对干涉的信号进行测量，通过测量得到的干 涉信号解析出干涉位置的样品的散射特性。改变参考臂的光程，就可以改 变干涉位置，获得不同深度的散射特性。这个过程称为纵向扫描。系统光 源相干长度即是纵向分辨率，对应着层析结构的清晰度。有很多因素会影 响系统性能使其实际的纵向分辨率达不到理论精度，其中最重要的因素是 色散问题。即参考臂和样品臂两路光的色散情况不同。
色散效应是源于不同的光的分量(不同的模式或不同频率)在介质中 传输的速度不同。如果样品臂返回的光和参考臂返回的光所经过的介质和 光程完全一样，二者干涉是不受色散影响的。但是如果两路光的光路有差 异，就有可能形成色散差异，引起OCT信号的包络展宽，造成纵向分辨率 的下降。弥补这种色散差异的方法称为色散补偿。色散补偿大致可分为硬 件补偿和软件补偿两类方法。硬件补偿是直接在参考臂上加入和样品臂匹 配的色散介质，消除色散差；软件补偿则是先把信号采集进来，在计算机 里通过对信号加载一定的算法，最后得出没有色散影响时的信号。硬件补 偿好处在于速度快，软件补偿则具有灵活，适应性强的优势。在早期的时 域0CT系统时代，色散补偿主要是快速扫描光学延迟线，它可以将纵向扫 描和补偿一体化。在频域OCT和3D-OCT系统时代，色散补偿主要通过软件算法或加玻璃的硬件方法来补偿。
频域OCT系统相比于时域OCT系统的最大优势是成像速度的提高。以 获取一幅1000线图像需要时间为例，时域需要1秒左右，频域只需要 0. 01 0. 1秒。频域OCT系统可以通过将获得的光谱经过希尔伯特变换得到 相位信息，在相位上进行增减，实现色散补偿，这种方法属于软件色散补 偿方法。其效果虽然好，但是速度慢，严重影响成像速度，削弱了频域OCT 的优势。所以在实用化系统中，多用硬件设置的方式完成色散补偿。
发明内容
在介绍本发明的技术方案之前，先对本发明的构思做一分析如下 硬件补偿一般使用的色散介质为玻璃或者水。水的折射率经验公式为
"、，, 15.7834 4382 , U455xl06 ",扁2 + ^f (1)
BK7玻璃的折射率经验公式为
"(;1)=」1+3,—,义一 +s，—，义—+丑 A
(2)
其中，Bl二l. 03961212 ， B2=0. 231792344 ， B3=l.01046945 C1=0. 00600069867， C2二0. 0200179144， C3二103. 5606530。 设样品厚度为ls，样品产生的色散表达式为<formula>formula see original document page 5</formula>两种物质的二阶和三阶色散曲线对比分别显示在图IA、 1B和图2A、 2B里。通过对比可知，水和玻璃的色散特性有明显差异。例如，BK7在900nm 的色散率比在700nm小40。/c)，水则小10%。因此，在光学相干层析系统中， 如果样品臂有玻璃和水同时产生色散，参考臂一方就无法用单一的水或者 玻璃完成色散补偿。
例如，在眼科频域OCT系统中，在样品臂端造成色散的主要是聚焦透 镜和人眼的玻璃体。玻璃体为无色透光胶状体玻璃体，位于晶状体后面， 充满于晶状体与视网膜之间，充满晶状体后面的空腔里，具有屈光、固定 视网膜的作用。玻璃体不是玻璃，它是人眼中类似于玻璃一样的物质，其 无色透光，半固体，呈胶状，其主要成分是水，占了玻璃体体积的99%左 右。样品臂端聚焦透镜和眼球(主要是玻璃体中的水)联合形成的色散时， 只用玻璃或只用水补偿眼科探头的色散就不容易做到精确补偿。
本发明针对前述现有技术纵向分辨率低的缺点，提供一种新的复合式 色散补偿装置，在不改变原有光学相干层析系统结构的情况下，加入本发 明的装置，即可以实现一定范围的精确的色散补偿，从而提高系统的纵向 分辨率。
为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是包括用于色散补 偿的玻璃块，还包括装有液体的透光囊，用于进行色散补偿，所述玻璃块 和透光囊的设置使得光线可依次穿过两者。通过玻璃和液体的组合，形成 和某些样品臂接近的色散，即可以提高色散补偿精度，从而提供纵向分辨 率。
进一步，本发明的透光囊是弹性透光囊，从而其厚度可以改变，以适 用于不同人的眼球。
又进一步，本发明还包括调节装置，其用于调节所述装有液体的透光 囊的厚度，对光在液体中穿行的光程进行细调，从而达到精确补偿的效果。
本发明提供的又一技术方案是提供一种含有复合式色散补偿装置的 OCT系统，其包括样品臂和参考臂，还包括设置在所述参考臂上的复合式 色散补偿装置。本发明不需改变原光学相干层析系统即可以提高色散补偿 的精度，且结构简单，容易制作。
优选的，所述玻璃块是BK7或K9玻璃，所述液体是水、酒精或两者 的混合液中的一种，所述透光囊由弹性好、可伸縮的材料如橡胶、乳胶或 单一聚亚胺酯制成。
图1A、 IB分别是BK7玻璃和水的二阶色散图； 图2A、 2B分别是BK7玻璃和水的三阶色散图； 图3是本发明一个具体实施例的装置示意图4A、 4B分别是本发明一个具体实施例的眼底图像色散补偿前和补 偿后的成像效果示意图。
具体实施例方式
下面对照附图并结合具体实施例对本发明做进一步详细的介绍。
如图3所示，是本发明一个应用于眼底光学相干层析成像系统的具体 的实施例。眼科探头相当于样品臂光学层析成像系统的样品臂。光在探头 中从光纤中出射，依次经过准直镜，会聚透镜，人眼眼球，最后到达样品 一眼底，被散射回。在参考臂，光只经过准直镜，照射到平面镜上被色散 回。为了在参考臂中引入和样品臂一样的色散，我们在参考臂中增加了如
图3的装置，其包括玻璃块1，和光学相干层析成像系统样品臂端会聚
透镜的材料和厚度一致；装满水的弹性透光囊2和与其靠贴在一起的挡板 4，由于张力作用，弹性透光囊2可时刻填充在玻璃块1和挡板4之间。光 依次穿过玻璃块1和弹性透光囊2，产生和样品臂一样的色散，达到色散 补偿的目的。弹性透光囊2是模拟人眼的色散，由于人眼的眼球大小可能 有差异，因此对每一个测试者都要通过电机控制(当然也可以是手动控制) 挡板4的运动，改变光在弹性透光囊2中穿行的厚度，即改变弹性透光囊 2造成的色散。当调节到图像分辨率最清晰时，电机停止运动，即挡板4 停止不动。此时是参考臂和样品臂达到色散匹配的状态，可以对受测试者 眼底进行成像。整个装置基于底座5上，由计算机完成电机运动的控制。
如图4A、 4B所示，是本发明一个具体实施例的眼底图像色散补偿前和 补偿后的成像效果示意图，从两图中圆圈所指处可明显看出，色散补偿前 (图4A)两层结构界限模糊，几乎分辨不出两层结构，而色散补偿后(图 4B)两层结构清晰可见。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说
明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种复合式色散补偿装置，包括用于色散补偿的玻璃块，其特征在于还包括装有液体的透光囊，用于进行色散补偿，所述玻璃块和透光囊的设置使得光线可依次穿过两者。
2. 如权利要求1所述的复合式色散补偿装置，其特征在于所述透光 囊具有弹性。
3. 如权利要求2所述的复合式色散补偿装置，其特征在于还包括用 于调节所述透光囊厚度的调节装置。
4. 如权利要求3所述的复合式色散补偿装置，其特征在于所述调节 装置包括支撑部件和安装于其上的挡板，所述玻璃块连接在所述支撑部件 上，所述透光囊处于所述支撑部件和挡板之间，还包括用于调节所述挡板 和玻璃块在支撑部件上的相对位置从而改变所述装有液体的透光囊的厚度 的控制机构。
5. 如权利要求4所述的复合式色散补偿装置，其特征在于所述控制 机构是电机驱动控制机构或手动驱动控制机构。
6. 如权利要求5所述的复合式色散补偿装置，其特征在于所述透光 囊始终充填在所述玻璃块和挡板之间。
7. 如权利要求1-6中任一所述的复合式色散补偿装置，其特征在于-所述玻璃块是BK7或K9玻璃，所述液体是水、酒精或两者的混合液中的 任一种，所述透光囊由橡胶、乳胶或单一聚亚胺酯制成。
8. —种含有复合式色散补偿装置的OCT系统，包括样品臂和参考臂，其特征在于还包括设置在所述参考臂上的如权利要求1所述的复合式色 散补偿装置。
9. 如权利要求8所述的含有复合式色散补偿装置的OCT系统，其特征在于所述玻璃块与样品臂端的会聚透镜的材料和厚度一致。
10. 如权利要求8或9所述的含有复合式色散补偿装置的OCT系统，其特征在于还包括用于调节所述透光囊厚度的调节装置。
11. 如权利要求10所述的含有复合式色散补偿装置的OCT系统，其特征在于所述调节装置包括支撑部件和安装于其上的挡板，所述玻璃块连接在所述支撑部件上，还包括用于调节所述挡板或玻璃块在支撑部件上的 相对位置从而改变所述装有液体的透光囊的厚度的控制机构。
12. 如权利要求11所述的含有复合式色散补偿装置的OCT系统，其特 征在于所述玻璃块是BK7或K9玻璃，所述液体是水、酒精或两者的混合 液中的任一种，所述透光囊由橡胶、乳胶或单一聚亚胺酯制成。
全文摘要
本发明涉及一种复合式色散补偿装置，包括用于色散补偿的玻璃块，还包括装有液体的透光囊，用于进行色散补偿，所述玻璃块和透光囊的设置使得光线可依次穿过两者，其通过玻璃和液体的组合，形成和某些样品臂接近的色散，即可以提高色散补偿精度，从而提高纵向分辨率。本发明还涉及一种含有复合式色散补偿装置的OCT系统，其包括样品臂和参考臂，还包括设置在所述参考臂上的复合式色散补偿装置，该系统的纵向分辨率得到大大提高。
文档编号A61B5/00GK101430433SQ200810217999
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者何永红, 锐 朱 申请人:清华大学深圳研究生院