一种OCT系统轴向分辨率测量方法与流程

本发明涉及一种oct系统轴向分辨率测量方法，适用于光学检测技术领域。

背景技术：

近几十年来,生物医学科学领域迅猛发展,生命科学的研究从传统的定性研究转为定量研究,对光学检测技术提出了很高的要求。光学相干层析成像术(opticalcoherencetomography,oct)的概念自从1991年在美国麻省理工大学被首次提出之后,在过去的十几年得到了飞速的发展。作为一种新兴的光学检测技术，oct能无损伤地观察生物体表面以下的组织结构,具备组织病理分析所需的高分辨率,有望成为生物光学成像研究的重要手段。为适应更多更广的基础研究和临床应用的需要,oct在分辨率、成像速度等方面都需要进一步提高,其中分辨率是oct发展的重要指标。oct的轴向分辨能力决定了它的层析能力，因此轴向分辨率的准确测量非常重要。

目前测量轴向率分辨率的测量方法往往操作复杂，不能快速测量，而且不适宜应用于工业应用中oct的轴向分辨率的测量。

为了实现oct轴向分辨率的测试，本发明提供了一种便捷、有效、低成本的测试oct系统的轴向分辨率的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了更便捷、有效、低成本的获得oct系统轴向分辨率，提出了一种oct系统轴向分辨率测量方法。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案是：一种oct系统轴向分辨率测量方法，包括如下步骤：

1、一种oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

将弱相干光分成参考光和采样光，所述参考光经参考臂的反射镜反射回oct系统，所述采样光经光纤透镜和采样物反射回oct系统，反射回到系统的采样光和参考光在oct系统中发生干涉形成干涉光信号；

将所述干涉光信号转换为电信号，并对所述电信号进行处理，得到fft频谱；将所述采样物远离所述光纤透镜移动位移δz，所述fft频谱峰值对应的序列号变化为δn；

所述δz和所述δn的比值即为oct系统的轴向分辨率。

2、根据项1所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，由弱相干光所分成的所述参考光和所述采样光的分光比范围为1:99–50:50。

3、根据项1所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，所述采样物为平面镜或表面平整、反射率高的玻璃。

4、根据项3所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，所述采样物的平面和所述光纤透镜的出射光垂直。

5、根据项3所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，所述采样物安装在微型电控平移台上，并由所述微型电控平移台带动所述采样物移动。

6、根据项5所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，所述微型电控平移台在每次测量中沿一个方向移动。

7、根据项1所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，对所述电信号进行处理包括对电信号采样、fft变换。

8、根据项7所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，所述fft变换包括扫描取样2n个点，得到n个fft频谱对应的1到n序列号，其中所述1到n序列号对应于所述采样范围和所述光纤透镜之间的距离，所述1到n序列号对应的所述距离均匀增加，当所述参考臂和所述采样臂光程相等时，序列号1对应于所述采样物表面和所述光纤透镜之间的距离为0，序列号n对应于所述oct系统可探测到的所述采样物表面和所述光纤透镜之间的最大距离。

9、根据项8所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，所述2n与所述oct系统的扫描采样点数一致。

10、根据项1所述的oct系统轴向分辨率测量方法，其特征在于，所述oct系统的扫频光源的波长为820nm～1500nm，带宽为50nm～260nm，扫描频率为5～100khz。

由于上述技术方案运用，本发明具有下列优点：

1、本发明通过微型电控平移台带动采样物移动获得空间位置变化δz，同时通过两路光的干涉、光电转换、信号采样、fft变换，获得频谱峰值对应的序列号变化δn，即获得δz和δn的比值为fft单位序列号对应的采样物位移，是oct系统能分辨的最小距离，也就是oct系统轴向分辨率。本测量方法可用于不同波长、频率的oct系统，具有普遍适用性。

2、本发明的测量方法便捷、有效，成本低，操作简便。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的轴向分辨率测量方法步骤示意图。

图2为本发明一个实施例的轴向分辨率测量结果图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

本发明提供一种oct系统轴向分辨率测量方法。如图1所示，本发明所述的测量包括如下步骤：

(1)将弱相干光分成参考光和采样光，所述参考光经参考臂的反射镜反射回oct系统，所述采样光经光纤透镜和采样物反射回oct系统，反射回到系统的采样光和参考光在oct系统中发生干涉形成干涉光信号；

(2)将所述干涉光信号转换为电信号，并对所述电信号进行处理，得到fft频谱；

(3)将所述采样物远离所述光纤透镜移动位移δz，所述fft频谱峰值对应的序列号变化为δn；

(4)所述δz和所述δn的比值即为oct系统的轴向分辨率。

本发明所述的oct系统，主要由扫频光源、分光器、干涉模块、平衡探测器、采样卡、fft变换、处理模块、显示模块组成，为了便于调整参考臂光程长度有时会加入光纤延时线模块。在步骤(1)中，扫频光源的弱相干光经过分光器分成参考光和采样光。其中，参考光进入oct系统的参考臂，参考臂内装有平面反射镜，参考光经过平面反射镜的反射回到oct系统，具体的为反射回到oct系统的干涉仪。所述采样光进入采样臂，其中采样臂端口连接有光纤透镜，为了保证产生干涉，采样臂和参考臂光程是相等的。采样光经光纤透镜照射到采样物上，并被采样物反射经光纤透镜回到oct系统，具体的回到oct系统的干涉仪。反射回到系统的信号光和参考光在oct系统的干涉仪中发生干涉形成干涉光信号。

进一步的，由扫频光源的弱相干光所分成的所述参考光和所述采样光的分光比范围为1:99–50:50，根据应用场景的不同可以进行合理选取。

所述采样物为平面镜或表面平整、反射率高的玻璃。所述采样物的平面和所述光纤透镜的出射光垂直。这样能保证采样光经过光纤透镜照射到采样物之后，再能反射回到oct系统，用平面镜做采样物可以保证后续处理后fft峰值单一，明确。

在步骤(2)中，将步骤(1)中得到的干涉光信号转化为电信号，并对电信号进行采样、fft变换等处理获得fft频谱。其中，fft变换指快速傅里叶变换(fastfouriertransform)，即利用计算机计算离散傅里叶变换(dft)的高效、快速计算方法的统称，简称fft。快速傅里叶变换是1965年由j.w.库利和t.w.图基提出的。采用这种算法能使计算机计算离散傅里叶变换所需要的乘法次数大为减少，特别是被变换的抽样点数越多，fft算法计算量的节省就越显著。

本发明所述fft变换，在oct系统中，扫频光源的光信号在一定带宽范围内不间断高速扫描，系统对每次带宽扫描取样2n个点做fft变换，得到的n个光强数值对应1到n序列号，其序列号对应的就是扫描方向的空间位置，光强沿序列号的分布，就是反射信号的强度分布，取样点数2n为2的整数次方，并与所述oct系统的扫描采样点数一致。其中所述fft频谱1到n序列号对应于所述采样物表面和所述光纤透镜之间的距离，所述1到n序列号对应的所述距离均匀增加，在参考臂和采样臂光程差完全相等时，序列号1对应于所述采样物表面和所述光纤透镜之间的距离为0，序列号n对应于所述oct系统可探测到的所述采样物表面和所述光纤透镜之间的最大距离。

本发明所述的oct系统的扫频光源的oct系统轴向分辨率测量方法不受扫描频率的限制。在一个具体的实施方式中，所述oct系统的扫频光源的中心波长为820nm～1500nm，带宽为50nm～260nm，扫描频率为5～100khz。

在步骤(3)中，当将所述采样物反射镜移动位移δz时，所述fft频谱峰值对应的序列号变化为δn。所述采样物平面镜位于探测光路中，距离光纤透镜的距离为z1，对应于fft频谱序号序列号1(n1)，在1至n的fft频谱中n1的信号最强，表现为峰值，很容易识别。当采样物移动一小段距离后，采样物与光纤透镜的距离为z2，对应的峰值序列号变为n2,这样距离变化δz为z2-z1的绝对值，序列号变化δn为n2-n1的绝对值。其中，采样物移动的操作可以自动或手动操作。优选的，采用自动操作的方式。在一个具体的实施方式中，所述采样物安装在微型电控平移台上，并由所述微型电控平移台带动所述采样物反射镜移动。进一步的，所述微型电控平移台可以通过软件控制，以便更稳定、精确、可控地移动采样物。其中，所述微型电控平移台在每次测量中沿一个方向移动，从而可以尽可能的减少测量误差。

在步骤(4)中，根据步骤(3)中测量得到的δz和δn，计算δz和δn的比值即得到oct系统能分辨的最小距离，即oct系统的轴向分辨率，也就是采样物移动距离和fft频谱峰值对应的序列号变化曲线的斜率。

实施例：

针对一个oct系统(argusoctsysteminsight-100)进行轴向分辨率测量方法，所述方法包括如下步骤：

(1)oct系统的中心波长为1310nm，扫频带宽为105nm，扫描频率为50khz，扫描取样点数为2048个。将弱相干光源发出的入射光经过10:90分光器分成占比为10:90的参考光和采样光，参考光进入装有平面反射镜的参考臂；参考臂内装有平面反射镜，参考光经过平面反射镜的反射回到oct系统。所述采样光进入采样臂，其中采样臂端口连接有光纤透镜，参考臂光程长度等于oct系统采样臂的光程长度。采样光经光纤透镜照射到采样平面镜上，并被采样平面镜反射，反射信号光经光纤透镜回到oct系统，信号光和参考光在oct系统中发生干涉形成干涉光信号。其中，采样物为平面镜。

(2)将步骤(1)中得到的干涉光信号转化为电信号，并对电信号进行2048点采样、fft变换等处理获得fft频谱，得到1024个fft频谱对应序列号1至1024。

(3)采样物安装在微调微型电控平移台，微调微型电控平移台通过软件控制。移动微调微型电控平移台，将所述采样物移动位移δz时，所述fft频谱峰值对应的序列号变化为δn；

(4)根据步骤(3)中测量得到的δz和δn，计算δz和δn的比值即得到oct系统的轴向分辨率。也就是采样物移动距离和fft频谱峰值对应的序列号变化曲线的斜率。

具体的，得到的采样物移动位移与序列号的变化曲线如图2所示，所得直线的斜率为7.85，r²＝0.9998，则该oct系统的分辨率为7.85微米。另一方面，也可以根据采样物移动的位于与序列号的变化直接计算，比如分辨率＝3750/(521-45)＝7.88微米，与使用直线的斜率测得的数值基本相等。另外，oct系统的轴向分辨率的理论值可以根据以下公式计算：

其中，所测定的oct系统的λ0＝1.31微米,δλ＝0.105微米,计算结果为7.212微米。这说明本发明的测定方法检测到的oct系统的轴向分辨率与理论值非常接近。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。