光學相干斷層成像系統中縱向掃描方法及其裝置制造方法及圖紙

一種光學相干斷層成像系統中縱向掃描的方法，其特征在于采用一種由可運動棱鏡組（１１２）和靜止棱鏡組（１１１）構成的棱鏡系統用于光學相干斷層成像系統中的縱向掃描裝置中，再利用微位移器（１１３）驅動棱鏡系統中的可運動棱鏡組（１１２），由微位移器的平移運動實現高速高精度的縱向掃描。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及光學相干斷層成像技術，特別是涉及光學相干斷層成像系統中高速縱向掃描方法及其裝置。
技術介紹
現在發展較為成熟的斷層成像技術主要有三種計算斷層成像(Computedtomography)、超聲成像(Ultrasonic imaging)和核磁共振成像(Nuclear magneticresonance)。這三種技術各有特點，比如說在其用于人體檢查時對人體的損害方面，雖然診斷用X射線的劑量在這些年來已減小了許多，但是仍有不少的資料表明存在著較小的損害效應，可能增加人體感染一些疾病如癌、白血病以及白內障的幾率。然而，絕大多數數據都表明現今所用的超聲診斷劑量或者核磁共振中相對強的磁場沒有任何毒性效應。但是這三種斷層成像技術還不能完全滿足科學研究與臨床診斷對實時、非侵入性以及高分辨率成像的要求(這三種斷層圖像的分辨率約在100μm～1mm左右)。1991年麻省理工學院(MIT)的黃大衛(David Huang)等人將低相干光反射儀(Low-coherence reflectometry)與共焦顯微鏡的原理應用到生物醫學斷層成像領域中，提出了光學相干斷層成像(Optical Coherence Tomography)，在這十幾年的發展中，光學相干斷層成像(OCT)以其無損傷成像、成像分辨率高、系統結構簡單、造價低廉等優點而備受科學和工程研究者的矚目。光學相干斷層成像(OCT)可以應用在其它成像技術存在潛在缺點的許多領域，特別是為精細的外科手術提供參考數據。例如，腦科手術中，傳統的活組織切片檢查是非常危險的，而其它成像技術由于分辨率太低而帶來了很多局限性；又如對早期視網膜疾病的診斷，需要微米量級的成像技術，目前為止，還沒有比光學相干斷層成像(OCT)更合適的成像技術。光學相干斷層成像(OCT)的基本原理是通過光纖式邁克耳孫干涉儀使信號臂上的待測生物體的后向散射光，與參考臂上被全反鏡反射回來的參考光進行干涉，檢測該干涉信號即可得到待測生物體的信息。其中通過參考臂全反鏡沿光軸方向的往返運動實現對待測生物體深度方向的掃描，即縱向掃描，通過沿光軸垂直的方向移動信號臂實現對待測生物體的橫向掃描。由于光源使用低相干光源，其相干長度短，因此參考臂和信號臂的長度之差在相干長度內時，才能發生干涉現象，因此，待測生物體成像的縱向分辨率取決于光的相干長度lclc=4ln2πλ02Δλ---(1)]]>其中，λ0為中心波長，Δλ為光源的帶寬(Bandwidth FWHM)。由于光信號是往返的，因此成像縱向分辨率為lc的一半。如，使用中心波長為830nm，帶寬為25nm的超發光二極管(SLD)時，成像的縱向分辨率為12μm，如果使用圖像恢復技術可以將分辨率提升到微米甚至亞微米量級。光學相干斷層成像(OCT)系統中的關鍵部件可以歸為三個部分光源、干涉儀和掃描裝置。光源必須滿足三個基本條件近紅外光譜、短相干長度、高輻照度。由于光頻率較高(藍光或更高)時，平均散射長度較短，因此光學相干斷層成像(OCT)需要長波光源，但是在2μm或更長的波段，水的吸收系數增大，因此只能選擇波長在1.8μm以下的波段。另一方面，如果波長越短，分辨率越高，相應的，如果波長增大，為保持同樣的分辨率，光源的帶寬必須以2次方的趨勢增大，因此，為了方便選擇光源，應盡量選擇短波光源，然而由于血紅蛋白在700nm以下吸收系數較大，而且考慮到散射長度的關系，一般將光源波長選擇在850nm附近。干涉儀是基于邁克耳孫干涉儀的結構，通常的光學相干斷層成像(OCT)系統均使用光纖結構，雖然光纖連接使得光路靈活、簡化了很多，但也帶來了系統效率的限制，由于使用的是寬帶光源，因此光纖的色散將會使縱向分辨率大大降低。掃描裝置的縱向掃描速度與分辨率在光學相干斷層成像(OCT)中處于同等重要的地位。對高分辨率成像系統而言，待測生物體的微小移動就可能導致圖像的模糊，因此只有提高掃描速度才可以克服這種弊病。現有的縱向掃描技術大概分為以下6種 1、步進電機驅動反射鏡實現掃描。優點線性、控制方便、價格低廉；缺點速度慢、往復運動時定位精度差。2、用壓電晶體實現掃描。優點高速、近似線性、控制方便、價格低廉；缺點位移量較小、晶體易碎。3、拉伸光纖實現掃描。優點結構簡單、控制方便、價格低廉；缺點非線性、光束偏振態變化。4、用旋轉棱鏡實現掃描。優點高速、控制方便、價格低廉；缺點非線性、占空比低、光束通過棱鏡有色散。5、光學延遲線實現掃描。優點高速、近似線性；缺點有一定占空比、結構復雜。6、用螺旋鏡實現掃描。優點高速、線性、結構簡單、反射型；缺點加工精度難以保證。可以看出，這些縱向掃描技術各有其優缺點，其中步進電機驅動反射鏡實現掃描是第一代的縱向掃描技術，已經被其它的多種技術所取代。光學延遲線實現縱向掃描是目前使用較多的方法，其結構較為復雜，并且是通過振鏡的角度擺動實現縱向掃描的，因此，只能在小角度上近似線性。用螺旋鏡實現縱向掃描具有高速、線性、結構簡潔等優點，由于是直接反射型的元件，因此光束沒有色散問題，只是無法使用傳統的光學元件加工方法，因此不得不采用機械加工手段。由于其結構上的特點，必須為其單獨配置所需加工工具，而且很難打磨出所需的光學表面，即很難達到微米量級的精度。利用壓電陶瓷的電致伸縮效應，可實現亞微米量級定位精度和納米量級分辨率的微位移，雖然也存在遲滯的缺點，但由于遲滯的原因是介質的介電常數與電場強度的變化史有關而造成的，因此如果采用直接控制電極化強度的方法，在開環狀態下，將可以有效解決壓電陶瓷的遲滯現象，也可通過增加微位移傳感器實現閉環控制來解決壓電陶瓷的遲滯現象。但是現有的壓電/電致伸縮陶瓷只能實現從幾微米到一百多微米位移量，其位移量較小，例如利用壓電/電致伸縮陶瓷驅動反射鏡均不能滿足光學相干斷層成像(OCT)系統中需要達到2mm至3mm縱向掃描深度的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的正是為了克服上述現有縱向掃描技術所存在的缺陷，提供一種在光學相干斷層成像系統中縱向掃描的方法及其裝置，解決了現有微位移器驅動反射鏡不能滿足光學相干斷層成像系統中需要達到2mm至3mm縱向掃描深度的要求，并能夠直接利用高精度的傳統光學元件加工方法加工所需的光學棱鏡，從而實現高速高精度的線性掃描，進而提高測量的精確性。本專利技術的目的是通過下述技術方案實現的本專利技術光學相干斷層成像系統中縱向掃描的方法，采用一種由可運動棱鏡組和靜止棱鏡組構成的棱鏡系統，用于本專利技術光學相干斷層成像系統的縱向掃描裝置中，再利用微位移器驅動棱鏡系統中的可運動棱鏡組，由壓電/電致伸縮陶瓷等高精度微位移器的平移運動實現高速高精度的縱向掃描。本專利技術光學相干斷層成像系統中縱向掃描裝置，包括有光源、光纖、光纖耦合器、透鏡、數據采集系統、數據終端等元器件，光源與光纖連接，光纖與光纖耦合器連接，光纖耦合器又分別與兩光纖連接，即經過光纖耦合器的光分為兩束光分別進入兩光纖，一光纖引出的光束進入兩透鏡實現準直和聚焦后再到待測生物體，按照本專利技術所說的裝置還包括一個由靜止棱鏡組和可運動棱鏡組構成的棱鏡系統以及用以驅動可運動棱鏡組的微位移器，靜止棱鏡組置于一準直透鏡的后方，棱本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：高峰，朱建華，杜驚雷，高福華，郭永康，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：