全场光学相干层析三维医学成像装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及全场光学相干层析S维医学成像系统（pull-field optical coherence tomography, FF-OCT)技术领域，特别是一种全场光学相干层析S维医学成像装 置及方法。
【背景技术】
[0002] 全场光学相干层析（F^ill-field Optical Coherence Tomography, FF-0CT)最早 在1998年被提出，是一种非入侵性成像技术，可对生物组织等获取微米量级的在体光学断 层成像，在生物医学领域具有重要的应用前景。FF-0CT系统W并行扫描方式的快速著称，一 次扫描可得X-Y面的二维信息，在样品臂深度方向进行扫描即可获得S维结构。结合大NA 显微物镜与宽带光源，FF-0CT可W同时获得超高横、纵分辨率（?1微米），该种高分辨率 的成像模式在组织细胞水平的成像中起着非常重要的作用。FF-0CT可W看作是全场照明显 微镜与低相干干设仪的结合。光源发出的光经由分光棱镜分束，分别入射参考臂和样品臂， 由参考镜原路返回的参考光和样品光发生干设，通过成像透镜，由面阵探测器采集图像，分 析处理干设图像，从而获得样品的光学信息。
[0003] 系统对参考臂压电陶瓷移相器（压电陶瓷）相位调制的精度、幅值、频率都有严格 的要求，因为它关系到样品的成像结果。压电陶瓷是一种被广泛使用的移相器，但它提供的 移相量与波长有关，当它用于宽光谱移相时，如果存在着很大的移相误差，就会对成像结果 造成影响。
[0004] 国际上调制压电陶瓷与CCD的方法主要有两种，由法国物理化学试验室巧SPCI) 和法国高等工业物理化学学院的研究小组的Dubois A，V油re LBoccara A C等人提出。一 是采用近红外L邸光源的频闪信号和光弹性双折射调制器产生频率极高的正弦信号调制 两臂，控制偏振分束器切换四分之一周期。CCD每四分之一周期内曝光一次，四次曝光即可 得到一幅en化ce图像。该方法采集速度快，缺点是系统复杂、成本高，且生物组织在近红外 光照明下几乎透明，会产生成像质量下降的结果。另一种通过压电陶瓷产生正弦信号同时 外部触发CCD的方式，利用CCD高速曝光的特点，一组采集即可运算得到en化ce图，该方法 靠压电陶瓷自行产生的信号与CCD匹配，在实际操作中保证同时进行的困难较大且频率不 能根据需要更改。
[0005] 当前的术中突发性病理诊断使用冰冻切片的方式处理组织，再对其进行染色、标 记，不仅该些化学处理会污染组织，且制片过程需要的时间也会导致病人错过最佳治疗期。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种快速、高效的基于全场光学相干层析=维医学成像装置 及方法，通过计算机控制单片机发出信号调制压电陶瓷相位，同步CCD、电控位移平台W实 现快速=维信号的采集，W获得活体或者离体生物组织亚微米量级（?1微米）的=维信 息。
[0007] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种全场光学相干层析=维医学成像装置， 包括面鹤灯光源、前置聚光镜、孔径光阔、视场光阔、第一会聚透镜、分光棱镜、反射镜、参考 臂显微物镜、样品臂显微物镜、参考镜、样品、压电陶瓷、样品臂电控位移平台、参考臂电控 位移平台、第二会聚透镜、面阵CCD、计算机、单片机、参考臂电动位移平台控制器、样品臂 电动位移平台控制器、压电陶瓷控制器、CCD控制器；所述面鹤灯光源、前置聚光镜、孔径光 阔、视场光阔、第一会聚透镜、分光棱镜构成科勒照明系统，参考臂显微物镜、参考镜、压电 陶瓷、参考臂电控位移平台构成参考臂，反射镜、样品臂显微物镜、样品、样品臂电控位移平 台构成样品臂；参考臂显微物镜设置于分光棱镜的反射出射面，反射镜设置于分光棱镜的 透射出射面，参考镜附着于压电陶瓷上表面，压电陶瓷下表面固定于样品臂电控位移平台； 样品设置于参考臂电控位移平台，第二会聚透镜设置于分光棱镜的最终出射面，面阵CCD 设置于第二会聚透镜的焦面上；面阵CCD的信号输出端接入计算机，单片机发出的信号分 别接入参考臂电动位移平台控制器、样品臂电动位移平台控制器、压电陶瓷控制器、CCD控 制器，参考臂电动位移平台控制器接入参考臂电控位移平台，样品臂电动位移平台控制器 接入样品臂电控位移平台；
[000引 面鹤灯的宽带光源发出的光经过前置聚光镜会聚到孔径光阔上，然后通过视场光 阔、会聚透镜入射至分光镜，分光镜产生完全一致的反射光和透射光，其中反射光成像于参 考臂显微物镜的前焦面，透射光经过反射镜成像于样品臂显微物镜的前焦面，通过视场光 阔调节参考臂显微物镜、样品臂显微物镜后焦面上的照明视场大小；参考光经过参考镜的 反射沿原路返回，样品光记录样品信息的后向散射光也沿原路返回，参考臂电控位移平台 与样品臂电控位移平台进行纵向扫描，获得样品的纵向信息；沿原路返回的两束光经过分 光棱镜发生干设，干设光经第二会聚透镜会聚至面阵CCD，计算机采集面阵CCD的干设信号 并进行处理。
[0009] 一种基于所述全场光学相干层析=维医学成像装置的成像方法，包括W下步骤：
[0010] 步骤1，面鹤灯的宽带光源发出的光经过前置聚光镜会聚到孔径光阔上，然后通过 视场光阔、会聚透镜入射至分光镜，分光镜产生反射光和透射光，其中反射光成像于参考臂 显微物镜的前焦面，透射光经过反射镜成像于样品臂显微物镜的前焦面，通过视场光阔调 节参考臂显微物镜、样品臂显微物镜后焦面上的照明视场大小；
[0011] 步骤2,参考光经过参考镜的反射沿原路返回，样品光记录样品信息的后向散射光 也沿原路返回，沿原路返回的两束光经过分光棱镜发生干设，干设光经第二会聚透镜成像 至面阵CCD ;
[0012] 步骤3,单片机发出的信号施加于压电陶瓷控制器，使得压电陶瓷对参考镜进行相 位调制；
[0013] 步骤4,单片机的控制系统发出同步信号施加于CCD控制器，使得在调制相位的同 时采用面阵CCD采集干设信号，面阵CCD的输出信号由千兆W太网线输入给计算机，计算机 根据相位调制的方法选择相应算法得到样品横向二维信息；
[0014] 步骤5,参考臂电控位移平台与样品臂电控位移平台进行纵向扫描，获得样品的纵 向fs息。
[0015] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于；（1)简便了操作缩短了测量时间：第 一，无需对生物组织进行切片染色等处理，是一种非侵入成像方式，简便了操作；第二，整 个采集过程只需用计算机发出脉冲信号触发单片机，其他过程均由单片机控制仪器自动完 成，还可W根据需求通过修改程序来更改调制频率；在相同条件下，使测量时间缩短，W及 实现自动采集过程；（2)有很强的移相算法适应性；在不对系统硬件做任何改变的情况下， 通过只修改程序的方式，可W使用二步法、=步法等常用N步移相法，也可用正弦法来调制 参考臂的压电陶瓷及采集图像；（3)结构简单，系统分辨率高，无需对生物组织进行切片和 染色，可做成手持式医疗仪器进行生物组织的离体或在体成像，在临床医学辅助诊断的领 域中颇有潜力。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明全场光学相干层析=维医学成像装置的结构示意图。
[0017] 图2为本发明全场光学相干层析=维医学成像装置的控制系统示意图。
[001引图3为本发明实施例中第一种调制方式的示意图。
[0019] 图4为本发明实施例中第二种调制方式的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0021] 结合图1?2,本发明全场光学相干层析S维医学成像装置，包括面鹤灯光源1、前 置聚光镜2、孔径光阔3、视场光阔4、第一会聚透镜5、分光棱镜6、反射镜7、参考臂显微物 镜8、样品臂显微物镜9、参考镜10、样品11、压电陶瓷12、样品臂电控位移平台13、参考臂 电控位移平台14、第二会聚透镜15、面阵CCD16、计算机17,单片机18,参考臂电动位移平台 控制器19,样品臂电动位移平台控制器20,压电陶瓷控制器21，CCD控制器22 ;所述面鹤灯 光源1、前置聚光镜2、孔径光阔3,视场光阔4,第一会聚透镜5,分光棱镜6构成科勒照明系 统，参考臂显微物镜8、参考镜10、压电陶瓷12、参考臂电控位移平台14构成参考臂，反射镜 7、样品臂显微物镜9、样品11、样品臂电控位移平台13构成样品臂；参考臂显微物镜8设置 于分光棱镜6的反射出射面，反射镜7设置于分光棱镜6的透射出射面，参考镜10附着于 压电陶瓷12上表面，压电陶瓷12下表面固定于样品臂电控位移平台14 ;样品11设置于参 考臂电控位移平台13,第二会聚透镜15设置于分光棱镜6的最终出射面，面阵CCD16设置 于第二会聚透镜15的焦面上；面阵CCD16的信号输出端接入计算机17,单片机18发出的 信号分别接入参考臂电动位移平台控制器19、样品臂电动位移平台控制器20、压电陶瓷控 制器21、CCD控制器22,参考臂电动位移平台控制器19接入参考臂电控位移平台13,样品 臂电动位移平台控制器20接入样品臂电控位移平台14 ;
[0022] 面鹤灯1的宽带光源发出的光经过前置聚光镜2会聚到孔径光阔3上，然后通过 视场光阔4、会聚透镜5入射至分光镜6,分光镜6产生完全一致的反射光和透射光，其中反 射光成像于参考臂显微物镜8的前焦面，透射光经过反射镜7成像于样品臂显微物镜9的 前焦面，通过视场光阔4调节参考臂显微物镜8、样品臂显微物镜9后焦面上的照明视场大 小；参考光经过参考镜10的反射沿原路返回，样品光记录样品信息的后向散射光也沿原路 返回，参考臂电控位移平台13与样品臂电控位移平台14进行纵向扫描，获得样品的纵向信 息；沿原路返回的两束光经过分光棱镜6发生干设，干设光经第二会聚透镜15会聚至面阵 CCD16,计算机17采集面阵CCD16的干设信号并进行处理。<