一种磁动式光学相干层析成像系统及其磁场调制方法与流程

本发明涉及磁动式光学相干层析成像系统技术领域，特别是涉及一种磁动式光学相干层析成像系统及其磁场调制方法。

背景技术：

光学相干层析成像系统(OCT)是一种可以在临床和研究应用中提供高分辨率的横断面成像方法。磁动式光学相干层析成像系统(MM-OCT)是OCT的功能扩展，其原理就是利用OCT检测受外部磁场调制的组织内顺磁性纳米粒子(MNPS)运动状况，以实现对纳米粒子的示踪。根据MM-OCT理论，在施加外部调制磁场后，MM-OCT信号强度依赖于由外部磁场引起的MNPS的位移与速度。MM-OCT成像时，MNPS分布于生物组织内，其运动受组织的粘弹性限制。有效的磁场调制方法，可加快MNPS运动，进而提高系统信噪比和采集速度。

题目为“Dual-coil magnetomotive optical coherence tomography for contrast enhancement in liquids”的期刊公开介绍了一种双线圈调制方法，两线圈同轴上下放置并交替施加驱动电流，即任一瞬时仅有一个磁场驱动MNPS运动，样品置于两线圈中间轴线附近，这种方法变被动恢复为主动，提高了调制速度和采集速度，增大了成像的信噪比。但是该方法双线圈由于互感造成的能耗很大，且电磁线圈在工作时会产热，如不进行水冷或其他降温措施，很难实现长时间工作。相较而言，静磁长能耗较小，适合长时间工作。

技术实现要素：

本发明提供一种磁动式光学相干层析成像系统及其磁场调制方法，提供基于静磁场屏蔽的组织内顺磁性纳米粒子调制的方式，它既可以实现快速调制，也可以降低不必要的能耗，有效延长工作时间。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种磁动式光学相干层析成像系统，包括OCT装置和磁调制装置，所述OCT装置包括控制系统、光信号收发模块、样品臂和参考臂，所述光信号收发模块发送两路光信号，一路光信号进入所述样品臂，一路光信号进入所述参考臂，所述磁调制装置利用双静磁场交替屏蔽的方法实现对样品台上样品的双向磁场调制，所述样品臂包括扫描振镜、准直和聚焦透镜组、样品台，所述磁调制装置包括固定架、A磁棒、B磁棒、A扇叶盘、B扇叶盘、电机和电源装置，所述电源装置为所述电机提供电压，所述固定架的上端固定安装有所述A磁棒，所述固定架的下端设置有与所述A磁棒相对设置的B磁棒，所述固定架上还设置有所述样品台，所述样品台与所述B磁场位于同一侧，所述电机的输出轴上设置有所述A扇形盘和B扇形盘，所述A扇形盘和B扇形盘通过键槽周向定位在所述电机的输出轴上，所述A扇形盘设置在所述样品台和A磁棒之间，所述B扇形盘设置在所述样品台和B磁棒之间，进入样品臂的光信号依次通过所述扫描振镜、准直和聚焦透镜组入射至所述样品台，所述样品台上的样品将经过双向磁场调制后的光散射后依次沿所述样品台、准直和聚焦透镜组、扫描振镜反射回来和参考臂反射回来的光进行干涉，所述干涉信号进入所述光信号收发模块，所述光信号收发模块将所述干涉信号发射给所述控制系统，所述控制系统根据干涉信号进行数据处理后得到样品的结构图和样品运动状况的相位图。

可选的，所述控制系统为数据处理器或电脑。

可选的，所述扫描振镜包括X扫描振镜和Y扫描振镜。

可选的，所述A扇叶盘和B扇叶盘采用的材质为铁镍合金板。

可选的，所述A扇叶盘、B扇叶盘上均包括4个扇叶，所述A扇叶盘上相邻扇叶之间的夹角为45°，所述所述B扇叶盘上相邻扇叶之间的夹角为45°。

一种磁动式光学相干层析成像系统的磁场调制方法，所述方法包括：

步骤1：磁调制装置利用双静磁场交替屏蔽的方法实现对样品台上样品的双向磁场调制；

步骤2：光信号收发模块发送两路光信号，所述一路光信号进入样品臂，另一路光信号进入所述参考臂；

步骤3：进入样品臂的光信号依次通过所述扫描振镜、准直和聚焦透镜组入射至所述样品台，所述样品台上的样品将经过双向磁场调制后的光散射后依次沿所述样品台、准直和聚焦透镜组、扫描振镜反射回来和参考臂反射回来的光进行干涉，并将产生的干涉信号传输至光信号收发模块；

步骤4：光信号收发模块将干涉信号传输至控制系统，所述控制系统对干涉信号进行数据处理后得到样品的结构图和反映样品运动状况的相位图。

可选的，所述步骤1：磁调制装置利用双静磁场交替屏蔽的方法实现对样品台上样品的双向磁场调制，具体包括：

将A扇叶盘、B扇叶盘在叶片布局上的角度差设定为a；

将A扇叶盘、B扇叶盘通过键槽周向定位在电机的输出轴上；

通过电机驱动输出轴使A扇叶盘、B扇叶盘以设定转速旋转，有且仅有一个扇叶位于A磁棒和B磁棒中间，实现A磁棒、B磁棒对样品台上样品的交替吸引。

可选的，所述通过电机驱动输出轴使A扇叶盘、B扇叶盘以设定转速旋转，有且仅有一个扇叶位于A磁棒和B磁棒中间，实现A磁棒、B磁棒对样品台上样品的交替吸引，具体包括：

通过电机驱动输出轴使A扇叶盘、B扇叶盘以设定转速旋转，当B扇叶盘上有一片扇叶对与其位于样品台同一侧的B磁棒的磁场进行了屏蔽，此时A磁棒对样品台上的样品进行吸引；当A扇叶盘上有一片扇叶对与其远离样品台A磁棒的磁场进行了屏蔽，此时B磁棒对样品台上的样品进行吸引；

随着电机输出轴的转动，A磁棒、B磁棒与样品台之间交替被扇叶遮挡，从而实现A磁棒、B磁棒对样品台上样品的交替吸引。

可选的，所述角度差a的取值为22.5°。

该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供的一种基于磁动式光学相干层析成像系统的磁场调制方法，本方法是通过调节电机的转速来控制磁场的调制周期，相比双线圈磁场，不但可以实现快速调制，而且能耗更小，无需降温，可长时间工作。本方法采用交替屏蔽静磁场的方式实现对样品两个方向的调制，器件无电磁辐射，对身体机能无副作用。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例磁动式光学相干层析成像系统的结构示意图；

图2为本发明实施例A扇叶盘和B扇叶盘的俯视图；

图3为本发明实施例OCT装置的结构示意图；

图4为样品的结构图；

图5为反映样品运动状况的相位图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于磁动式光学相干层析成像系统的磁场调制方法，提供基于静磁场屏蔽的组织内顺磁性纳米粒子调制的方式，它既可以实现快速调制，也可以降低不必要的能耗，有效延长工作时间。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统的结构示意图，如图1所示，一种磁动式光学相干层析成像系统，包括OCT装置和磁调制装置，所述OCT装置包括光信号接收及参考臂模块1和样品臂，所述光信号接收及参考臂模块1设置在固定架12上，所述光信号接收及参考臂模块1包括控制系统15、光信号收发模块14和参考臂13，所述光信号收发模块14发送两路光信号，一路光信号进入所述样品臂，一路光信号进入所述参考臂13，所述磁调制装置利用双静磁场交替屏蔽的方法实现对样品台4上样品的双向磁场调制，所述样品臂包括扫描振镜2、准直和聚焦透镜组3、样品台4，所述磁调制装置包括固定架12、A磁棒5、B磁棒6、A扇叶盘7、B扇叶盘8、电机10和电源装置11，所述电源装置11为所述电机10提供电压，所述固定架12的上端固定安装有所述A磁棒5，所述固定架12的下端设置有与所述A磁棒5相对设置的B磁棒6，所述固定架上还设置有所述样品台，所述样品台与所述B磁场位于同一侧，所述电机10的输出轴9上设置有所述A扇形盘7和B扇形盘8，所述A扇形盘7和B扇形盘8通过键槽周向定位在所述电机10的输出轴9上，所述A扇形盘7设置在所述样品台4和A磁棒5之间，所述B扇形盘8设置在所述样品台4和B磁棒6之间，进入样品臂的光信号依次通过所述扫描振镜2、准直和聚焦透镜组3入射至所述样品台4，所述样品台4上的样品将经过双向磁场调制后的光散射后依次沿所述样品台4、准直和聚焦透镜组3、扫描振镜2反射回来和参考臂13反射回来的光进行干涉，所述干涉信号进入所述光信号收发模块14，所述光信号收发模块14将所述干涉信号发射给所述控制系统15，所述控制系统15根据干涉信号进行数据处理后得到样品的结构图和样品运动状况的相位图。

所述控制系统15为数据处理器或电脑。所述扫描振镜2包括X扫描振镜和Y扫描振镜。

一种磁动式光学相干层析成像系统的磁场调制方法，所述方法包括：

步骤1：磁调制装置利用双静磁场交替屏蔽的方法实现对样品台4上样品的双向磁场调制；

步骤2：光信号收发模块14发送两路光信号，所述一路光信号进入样品臂，另一路光信号进入所述参考臂13；

步骤3：进入样品臂的光信号依次通过所述扫描振镜2、准直和聚焦透镜组3入射至所述样品台4，所述样品台4上的样品将经过双向磁场调制后的光散射后依次沿所述样品台4、准直和聚焦透镜组3、扫描振镜2反射回来和参考臂13反射回来的光进行干涉，并将产生的干涉信号传输至光信号收发模块14；

步骤4：光信号收发模块14将干涉信号传输至控制系统15，所述控制系统15对干涉信号进行数据处理后得到样品的结构图和反映样品运动状况的相位图。

所述步骤1：磁调制装置利用双静磁场交替屏蔽的方法实现对样品台上样品的双向磁场调制，具体包括：

将A扇叶盘7、B扇叶盘8在叶片布局上的角度差设定为a；所述角度差a的取值为45°。

将A扇叶盘7、B扇叶盘8通过键槽周向定位在电机10的输出轴9上；

通过电机10驱动输出轴9使A扇叶盘7、B扇叶盘8以设定转速旋转，有且仅有一个扇叶位于A磁棒5和B磁棒6中间，实现A磁棒5、B磁棒6对样品台4上样品的交替吸引。

所述通过电机10驱动输出轴9使A扇叶盘7、B扇叶盘8以设定转速旋转，有且仅有一个扇叶位于A磁棒5和B磁棒6中间，实现A磁棒5、B磁棒6对样品台4上样品的交替吸引，具体包括：

通过电机10驱动输出轴9使A扇叶盘7、B扇叶盘8以设定转速旋转，当B扇叶盘8上有一片扇叶对与其位于样品台4同一侧的B磁6棒的磁场进行了屏蔽，此时A磁棒5对样品台4上的样品进行吸引；当A扇叶盘7上有一片扇叶对与其远离样品台4的A磁棒5的磁场进行了屏蔽，此时B磁棒6对样品台4上的样品进行吸引；

随着电机10的输出轴9的转动，A磁棒5、B磁棒6与样品台4之间交替被扇叶遮挡，从而实现A磁棒5、B磁棒6对样品台4上样品的交替吸引。

一种利用双静磁场交替屏蔽的方法实现双方向调制。静磁场通过两根静磁棒提供，两根磁棒的N极(或S极)顶头固定，间隔利用铁镍合金板交替屏蔽样品两个固定方向上的静磁场，实现静磁场对样品的交替吸引。

磁调制装置包括一个固定架12、A磁棒5和B磁棒6、两个由铁镍合金板制成A扇叶盘7和B扇叶盘8，电机10的输出轴9、电机10以及电源装置11。电源装置11与电机10连接，电机10上安装一个输出轴9，A扇叶盘7和B扇叶盘8在输出轴9上固定。A扇叶盘7和B扇叶盘8通过键槽实现在输出轴9上的周向定位。A扇叶盘7与B扇叶盘8在叶片布局上存在角度差a。输出轴9驱动A扇叶盘7和B扇叶盘8同转速同向旋转，角度差a保证了任意时刻，A扇叶盘7和B扇叶盘8仅有一个扇叶位于A磁棒5和B磁棒6中间，A磁棒5和B磁棒6和样品台4使用一固定架12，A磁棒5和B磁棒6分别固定于系统样品台4的两侧。此装置，通过调节A扇叶盘7、B扇叶盘8和A磁棒5和B磁棒6与样品台4的距离控制磁场强度，通过改变A扇叶盘7、B扇叶盘8的扇叶片数和输出轴9的转速设定调制频率。

所述磁调制系统，利用电机10驱动输出轴9，使A扇叶盘7、B扇叶盘8以某转速旋转，某一时刻，B扇叶盘8有一片扇叶对与其位于样品台4同一侧的B磁棒6的磁场进行了屏蔽，此时另一个A磁棒5与样品台4之间无扇叶遮挡，即A磁棒5吸引样品。随着转动轴9的转动，扇叶的位置会发生变化，当B扇叶盘8的扇叶转离B磁棒6的正上方时，而此时的A扇叶盘7的扇叶对A磁棒5的磁场进行了遮挡。如此，两个磁棒与样品之间交替被扇叶盘遮挡(交替电磁屏蔽)，就实现了磁棒对样品台上样品的交替吸引。

图2为本发明实施例A扇叶盘和B扇叶盘的俯视图，如图2所示，所述A扇叶盘7和B扇叶盘8采用的材质为铁镍合金板。所述A扇叶盘7、B扇叶盘8上均包括4个扇叶，所述A扇叶盘7上相邻扇叶之间的夹角为45°，所述所述B扇叶盘8上相邻扇叶之间的夹角为45°。所述A扇叶盘7和B扇叶盘8通过键槽实现在输出轴9上的周向定位。A扇叶盘7与B扇叶盘8在叶片布局上存在角度差a。所述角度差a的取值为22.5°。

图3为本发明实施例OCT装置的结构示意图，如图3所示，所述OCT装置由光信号接收及参考臂模块1，扫描振镜2、准直和聚焦透镜组3、样品台4组成。样品光束经扫描振镜2、准直和聚焦透镜组3入射至样品台4，经所述样品散射后沿所述样品台4、准直和聚焦透镜组3、扫描振镜2返回并与所述参考臂13干涉。干涉光谱进入所述光信号收发模块14和控制系统15，数据处理后得到样品的结构图图4与反映样品运动状况的相位图图5，如图4和图5所示。

本发明提供的一种基于磁动式光学相干层析成像系统的磁场调制方法，本方法是通过调节电机的转速来控制磁场的调制周期，相比双线圈磁场，不但可以实现快速调制，而且能耗更小，无需降温，可长时间工作。本方法采用交替屏蔽静磁场的方式实现对样品两个方向的调制，器件无电磁辐射，对身体机能无副作用。本发明提供一种基于磁动式光学相干层析成像系统的磁场调制方法，提供基于静磁场屏蔽的组织内顺磁性纳米粒子调制的方式，它既可以实现快速调制，也可以降低不必要的能耗，有效延长工作时间。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。