专利名称：基于视见函数调控的全眼前节谱域oct成像系统及方法
技术领域：
本发明涉及光学相干层析成像(OCT)技术，尤其涉及一种基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像系统及方法。
背景技术：
光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography,简称OCT)是一种基于低相干干涉的非侵入式医学成像手段，眼前节OCT (Anterior Segment OCT,简称AS-0CT)可以非接触，实时的提供静动态下的清晰部分眼前节结构图像，自1994年Izatt等首次将其用于角膜和眼前段成像，已成为测量和分析眼前段组织和结构的理想工具，可助于诊断角膜、巩膜、虹膜、房角的异常病变，特别有助于青光眼、白内障等常见眼病的诊断和研究，也被广泛应用于调节及老视发病机制的研究。
近年来，越来越多的研究小组运用新型的频域OCT (FD-OCT)技术对眼前节实施成像。频域OCT在时域系统的基础上，极大地提高了系统灵敏度和成像速度，使得对于眼前节的高信噪比、活体实时成像成为可能，然后一般情况下，从角膜的前顶点到晶状体的前表面约为4mm (在近视眼中这一距离会更大)，整个眼前节的深度大于10mm。谱域OCT的成像深度通常为3-4_，不能满足全眼前节成像的需求。为了实现整个眼前节快速层析成像，目前主要有3种方法，一种是采用瞬时线宽比较窄的扫频光源，这样能够实现眼前节的快速成像，但其轴向分辨率普遍低于谱域系统(SD-OCT)的分辨率。因此，仍有一些小组致力于在维持谱域OCT的高分辨率的同时提高其成像深度，其中一种方法就是构建复数形式的干涉光谱信号以消除共轭项，使成像深度加倍。另一种方法为搭建双通道或双聚焦OCT系统，对前房和晶状体进行分段成像，最后通过拼接构建完整的图像。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像系统及方法。本发明基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像系统包括宽带光源、1x2宽带光纤耦合器、第一环形器、第二环形器、第一光开关、第二光开关、参考臂、样品臂、探测臂、光学延迟线所述探测臂包括第一准直透镜、第二准直透镜、第三准直透镜、第四准直透镜、光栅、第一会聚透镜、高速线阵CXD ;其中四个准直透镜两两分组，第一准直透镜与第二准直透镜为一组，第三准直透镜与第四准直透镜为一组；所述参考臂包括第五准直透镜，平面反射镜；所述样品臂包括第六准直透镜，X-Y扫描振镜，第二会聚透镜；所述的光学延迟线包括第七准直透镜，第八准直透镜；
宽带光源与1x2宽带光纤稱合器一侧的一端相连,1x2宽带光纤稱合器另一侧的一端与第一环形器的一端相连，另一端与第二环形器的一端相连，第一环形器的另一端与第六准直透镜入射端相连，X-Y扫描振镜位于第六准直透镜的出射光路上，第二会聚透镜位于X-Y扫描振镜的反射光路上，X-Y扫描振镜位于第二会聚透镜的前焦面，样品位于第二会聚透镜的后焦面。第一环形器的第三端与第二光开关一侧相连，第二光开关另一侧的一端与第一准直透镜相连，另一端与第四准直透镜相连，第二环形器另一端与第五准直透镜相连，平面反射镜位于第五准直透镜的出射光路上，第二环形器的第三端与第一光开关的一侧相连，第一光开关另一侧的一端与第二准直透镜相连，另一端与第七准直透镜相连，第八准直透镜位于第七准直透镜的出射光路上，第八准直透镜与第三准直透镜相连，光栅位于第一准直透镜、第二准直透镜、第三准直透镜、第四准直透镜的出射光路上，第一会聚透镜位于光栅的出射光路上，高速线阵CCD位于第一会聚透镜的后焦面上。基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像方法包括以下步骤
步骤一在谱域OCT系统中，从宽带光源发出的低相干光经1X2宽带光纤耦合器后分成两路，分别进入参考臂和样品臂，参考光经参考臂内的平面反射镜反射后原路返回，样品光经样品臂内样品反射后原路返回。步骤二 在谱域OCT系统中，返回的参考光和样品光分别通过一个光开关，当光开关处于状态I时，此时驱动X-Y扫描振镜的三角波信号位于上升沿，两者的零光程位置位于样品外部，参考光和样品光分别经过其中一个通道进入探测臂。在探测臂内，参考光和样品光分别通过第一组准直透镜中的第二准直透镜和第一准直透镜照射在光栅上的不同区域，两个准直透镜沿垂直于光栅刻线方向平行排列，出射光分别被光栅分光，不同波长的光谱分量经第一会聚透镜聚焦在高速线阵CXD上不同位置，发生干涉，干涉信号被高速线阵CXD采集，获得第一幅OCT图像。此时参考光比样品光多出了一段本征光程，最大灵敏度位置移动到零光程位置以下。步骤三在谱域OCT系统中，返回的参考光和样品光分别通过一个光开关，光开关处于状态2时，此时驱动X-Y扫描振镜的三角波信号位于下降沿，两束光分别经由另一通道进入探测臂，其中参考光所在光路光程可调，控制参考光的光程，使其与样品光的零光程位置位于样品内部。在探测臂内，相比于步骤(2)，参考光和样品光分别经过第二组准直透镜中第三准直透镜和第四准直透镜照射在光栅上的不同区域，并且相对位置发生了改变。第二组准直透镜与第一组准直透镜沿光栅刻线方向平行排列，其中的两个准直透镜沿垂直于光栅刻线方向平行排列。出射光被分光后同样经由第一会聚透镜聚焦在高速线阵CCD上发生干涉。干涉信号被高速线阵C⑶采集，获得第二幅OCT图像。此时样品光比参考光多出了一段本征光程，最大灵敏度位置移动到零光程位置以上。步骤四将步骤二和步骤三获得的两幅OCT图像进行拼接就获得了全眼前节的谱域OCT成像。与背景技术相比，本发明具有的有益效果是
I、相比于一般的OCT系统，本方法使用三角波驱动X-Y扫描振镜，在三角波的上升沿和下降沿均进行数据采集，因此通过光开关可以快速的实现两次独立成像，然后将两次成像结果拼接得到一幅全眼前节的OCT图像。2、相比于一般的双通道或双聚焦OCT系统，本方法能够通过控制参考光和样品光在探测臂内光栅上的照射区域，调控系统灵敏度曲线的位置，使最高灵敏度不再位于零光程位置处，而是位于我们所需的成像区域以内，因此获得的OCT图像整体灵敏度得到了提 1 o
图I是本发明的谱域光学相干层析成像系统示意 图2是本发明所述系统中探测臂的立体示意 图3是本发明所述系统中探测臂的侧视 图4是本发明所述系统中两次成像的效果示意 图5是本发明所述系统中的时序控制图。图I中1、宽带光源，2、lx2宽带光纤耦合器，3、环形器，4、准直透镜，5、X-Y扫描振镜，6、会聚透镜，7、人眼(样品)，8、环形器，9、准直透镜，10、平面反射镜，ll、lx2光开关，12、1x2光开关，13、准直透镜，14、准直透镜，15、准直透镜，16、准直透镜，17、准直透镜，18、准直透镜，19、光栅，20、会聚透镜，21、高速线阵CCD，22、计算机，23、参考臂，24、样品臂，25、 探测臂。
具体实施例方式如图I所示，本发明基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像系统主要包括宽带光源l、lx2宽带光纤耦合器2、第一环形器3、第二环形器8、第一光开关11、第二光开关12、第七准直透镜13、第八准直透镜14、参考臂23、样品臂24、探测臂25。参考臂包括第五准直透镜9，平面反射镜10 ;样品臂24包括第六准直透镜4，X-Y扫描振镜5，第二会聚透镜6，样品7 ;探测臂25包括第一准直透镜15、第二准直透镜16、第三准直透镜17、第四准直透镜18、光栅19、第一会聚透镜20、高速线阵(XD21 ；
宽带光源I与1x2宽带光纤耦合器2的a端相连，1x2宽带光纤耦合器2的b端分别与第一环形器3和第二环形器8的a端相连，第一环形器3的b端与准直透镜4的入射端相连，X-Y扫描振镜5位于第六准直透镜4的出射光路上，第二会聚透镜6位于X-Y扫描振镜5的反射光路上，X-Y扫描振镜5位于第二会聚透镜6的前焦面,样品7位于第二会聚透镜6的后焦面上。第一环形器3的c端与第二光开关12的a端相连，第二光开关12的b端与探测臂25中第一准直透镜15相连，第二光开关12的c端与第四准直透镜18相连，第二环形器8的b端与参考臂中的第五准直透镜9相连，平面反射镜10位于第五准直透镜9的出射光路上，第二环形器8的c端与第一光开光11的a端相连,第一光开关11的b端与第二准直透镜16相连,第一光开关11的c端与第七准直透镜13相连,第八准直透镜14位于第七准直透镜13的出射光路上，第八准直透镜14与第三准直透镜17相连，光栅19位于第一准直透镜15、第二准直透镜16、第三准直透镜17、第四准直透镜18的出射光路上，第一会聚透镜20位于光栅19的出射光路上，高速线阵(XD21位于第一会聚透镜20的后焦面上,探测臂25与计算机22连接。从宽带光源I出来的低相干光，入射到1x2宽带光纤耦合器2，经分光后，一路经第一环形器3进入样品臂，经第六准直透镜4、X-Y扫描振镜5、第二会聚透镜6后照射在人眼(样品)7上，经人眼(样品)7反射回的信号光原路返回，经第一环形器3至第二光开关12处，而后进入探测臂25。从1x2宽带光纤耦合器2出射的另一束光经第二环形器8进入参考臂23，经第五准直透镜9和平面反射镜10，由原路返回经第二环形器8至第一光开关11，而后进入探测臂25。第一光开关11和第二光开关12后分别有两条通路，光开关处于状态I时，如图5所示，此时驱动X-Y扫描振镜的三角波信号位于上升沿，参考光和样品光分别从C、A进入探测臂25，此时零光程位置位于样品外部，如图3中参考面I所示。如图2所示，在探测臂25中，样品光和参考光分别经第一准直透镜15、第二准直透镜16沿垂直于光栅刻线方向平行照射在光栅19上的不同区域。被光栅分光后，样品光和参考光不同波长的色光经第一会聚透镜20聚焦在高速线阵(XD21上的不同位置，并且发生干涉，高速线阵(XD21对干涉光谱进行采集，采集到的光谱信号最后传入计算机，在计算机中进行逆傅立叶变换等处理来重建样品图像。如图3所示，由于经第一准直透镜15和第二准直透镜16出射的样品光和参考光分别照射在光栅19上的不同位置,两束光经光栅19分光后，由于光栅19的作用，参考光会比样品光多出一段本征光程，此时系统灵敏度曲线的最高点移动到样品内部，如图4中曲线E所示，我们能获得的图像即为曲线E实线部分所示区域。系统灵敏度曲线最高点E点的位置可以通过控制第一准直透镜15与第二准直透镜16之间的水平距离来调控。如图3中侧视图所示，当第一准直透镜15与第二准直透镜16之间的水平距离增大时， 此时样品光和参考光之间所隔的光栅刻线数增多，图4中E点位置会向下移动，反之E点位置会向上移动。当光开关处于状态2时，如图5所示，此时驱动X-Y扫描振镜的三角波信号位于下降沿，样品光和参考光分别从B、D进入探测臂25。通过调节第七准直透镜13和第八准直透镜14之间的距离，控制零光程位置，使之位于图4中样品内部参考面2处。在探测臂25中，样品光和参考光分别经第四准直透镜18、第三准直透镜17垂直于光栅刻线方向水平照射在光栅19上的不同区域，第四准直透镜18、第三准直透镜17分别与第一准直透镜15、第二准直透镜16沿光栅刻线方向平行排列。与第一次米集数据时一样参考光和样品光经过光栅19分光，最后在高速线阵CCD21上发生干涉，探测到的干涉光谱信号被计算机接收。经第四准直透镜18和第三准直透镜17出射的样品光和参考光仍然照射在光栅19的不同位置，但相对位置与第一次采集数据时相反，因此样品光会比参考光多出一段本征光程，灵敏度曲线的最高点从零光程位置(参考面2)移动到图4中F处，我们能获得的图像即为曲线F实线部分所示区域。此时我们可以通过控制第三准直透镜17与第四准直透镜18之间的水平距离来控制最高灵敏度F点的位置，当两者之间的距离增大时，F点位置向上移动，反之F点位置向下移动。将两次获得的图像进行拼接就实现了眼前节的大范围成像。
权利要求
1.基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像系统，其特征在于包括宽带光源、1x2宽带光纤耦合器、第一环形器、第二环形器、第一光开关、第二光开关、参考臂、样品臂、探测臂、光学延迟线所述探测臂包括第一准直透镜、第二准直透镜、第三准直透镜、第四准直透镜、光栅、第一会聚透镜、高速线阵CXD ;其中四个准直透镜两两分组，第一准直透镜与第二准直透镜为一组，第三准直透镜与第四准直透镜为一组；所述参考臂包括第五准直透镜，平面反射镜；所述样品臂包括第六准直透镜，X-Y扫描振镜，第二会聚透镜；所述的光学延迟线包括第七准直透镜，第八准直透镜； 宽带光源与1x2宽带光纤稱合器一侧的一端相连,1x2宽带光纤稱合器另一侧的一端与第一环形器的一端相连，另一端与第二环形器的一端相连，第一环形器的另一端与第六准直透镜入射端相连，X-Y扫描振镜位于第六准直透镜的出射光路上，第二会聚透镜位于X-Y扫描振镜的反射光路上，X-Y扫描振镜位于第二会聚透镜的前焦面，样品位于第二会聚透镜的后焦面，第一环形器的第三端与第二光开关一侧相连，第二光开关另一侧的一端与第一准直透镜相连，另一端与第四准直透镜相连，第二环形器另一端与第五准直透镜相连，平面反射镜位于第五准直透镜的出射光路上，第二环形器的第三端与第一光开关的一侧相连，第一光开关另一侧的一端与第二准直透镜相连，另一端与第七准直透镜相连，第八准直透镜位于第七准直透镜的出射光路上，第八准直透镜与第三准直透镜相连，光栅位于第一准直透镜、第二准直透镜、第三准直透镜、第四准直透镜的出射光路上，第一会聚透镜位于光栅的出射光路上，高速线阵CCD位于第一会聚透镜的后焦面上。
2.基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像方法，其特征在于包括以下步骤 步骤一在谱域OCT系统中，从宽带光源发出的低相干光经1X2宽带光纤耦合器后分成两路，分别进入参考臂和样品臂，参考光经参考臂内的平面反射镜反射后原路返回，样品光经样品臂内样品反射后原路返回； 步骤二 在谱域OCT系统中，返回的参考光和样品光分别通过一个光开关，当光开关处于状态I时，此时驱动X-Y扫描振镜的三角波信号位于上升沿，两者的零光程位置位于样品外部，参考光和样品光分别经过其中一个通道进入探测臂，在探测臂内，参考光和样品光分别通过第一组准直透镜中的第二准直透镜和第一准直透镜照射在光栅上的不同区域，两个准直透镜沿垂直于光栅刻线方向平行排列，出射光分别被光栅分光，不同波长的光谱分量经第一会聚透镜聚焦在高速线阵CXD上不同位置，发生干涉，干涉信号被高速线阵CXD采集，获得第一幅OCT图像，此时参考光比样品光多出了一段本征光程，最大灵敏度位置移动到零光程位置以下； 步骤三在谱域OCT系统中，返回的参考光和样品光分别通过一个光开关，光开关处于状态2时，此时驱动X-Y扫描振镜的三角波信号位于下降沿，两束光分别经由另一通道进入探测臂，其中参考光所在光路光程可调，控制参考光的光程，使其与样品光的零光程位置位于样品内部，在探测臂内，相比于步骤(2)，参考光和样品光分别经过第二组准直透镜中第三准直透镜和第四准直透镜照射在光栅上的不同区域，并且相对位置发生了改变，第二组准直透镜与第一组准直透镜沿光栅刻线方向平行排列，其中的两个准直透镜沿垂直于光栅刻线方向平行排列，出射光被分光后同样经由第一会聚透镜聚焦在高速线阵CCD上发生干涉，干涉信号被高速线阵CCD采集，获得第二幅OCT图像，此时样品光比参考光多出了一段本征光程，最大灵敏度位置移动到零光程位置以上；步骤四将步骤二和步骤三获得的两幅OCT图像进行拼接就获得了全眼前节的谱域OCT成像。
全文摘要
本发明公开了基于视见函数调控的全眼前节谱域OCT成像系统及方法。宽带光源发出的低相干光，经光纤耦合器分光后分别进入样品臂和参考臂，从样品臂和参考臂返回的光各自经过环形器进入探测臂，分别经由光开关选择不同的光路并照射在光栅的不同区域，实现参考臂位置与相应最高灵敏度位置的切换。经光栅色散后的不同光谱成分会聚在CCD的不同像素上并发生干涉，干涉光谱信号传入计算机后重建样品的OCT图像。将对应于光开关两种状态下的两幅OCT图像进行拼接，得到量程加倍的OCT图像。本发明能够在高灵敏度前提下实现全眼前节的谱域OCT成像。
文档编号A61B3/14GK102670172SQ201210137508
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者丁志华, 倪秧, 卢锡清, 沈毅, 洪威, 王川, 颜扬治 申请人:浙江大学