一种高光效率暗场并行采集的谱域光学相干层析成像系统

本发明是一种高光效率暗场并行采集的谱域光学相干层析成像系统，属于生物医学三维显微成像。

背景技术：

1、oct是一种高速、非侵入式、微米级并行采集的谱域相干层析成像技术。线扫描谱域光学相干层析成像系统(ls-oct)技术具有高分辨率、无接触和三维实时成像等优势。线扫描模式可以同时采集多个像素的数据。相比之下，点扫描模式需要逐点扫描，振镜以一定的速度在快轴和慢轴上移动，扫描速度较慢，而线扫描仅需沿点扫描慢轴方向一次性成像，大大降低了对扫描振镜的要求。线扫描模式沿线斑方向同时采集，可以实现同步成像，满足对样品的超快测量，能够在较短的时间内完成整个扫描过程从而大大提高了扫描速度。ls-oct通过在深度方向上对待测样品进行并行连续扫描，获取整个深度范围内的反射光信号，通过对样品臂和参考臂的干涉光谱进行逆傅里叶变换得到不同深度样品信息，就可以重建出深度方向图像的三维层析成像技术。其适用于需要大面积扫描或实时监测的应用，但在成像过程中受到样品表面反射光和背景噪声的干扰，导致对比度降低，降低了成像的清晰度和信噪比，难以准确显示样本内部的微小结构。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种并行采集的暗场谱域光学相干层析成像系统(ls-df-sdoct)，以克服线扫描oct成像过程中受到样品表面反射光干扰的问题，同时，该系统还降低了对光源的要求。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下方案：

3、一种并行采集的暗场谱域光学相干层析成像系统，包括两个分束器，第一分束器的四面分别与光源输入光路、参考臂输入光路、参考臂返回光路、样品臂输入光路相连；第二分束器的三面分别与样品臂返回光路、参考臂返回光路和相机采集光路相连。所述光源输入光路顺序依次包括光源、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第一柱面镜、第二柱面镜和第三柱面镜；

4、所述相机采集光路的组成沿光路顺序依次包括第六柱面镜、第三双胶合透镜、狭缝光阑第四双胶合透镜、透射型光栅、第五双胶合透镜和面阵相机；

5、光源输入光路输出的平行光经第一双胶合透镜和第二双胶合透镜扩束后进入柱面镜，首先到第一柱面镜、第二柱面镜在y方向上缩束，接着经过第三柱面镜后，变为沿x方向先聚焦后发散的光、沿y方向平行，然后分别经第一分束器第二面、第一分束器第三面进入参考臂和样品臂光路，与样品物镜和参考物镜形成线场。接着参考臂和样品臂沿原光路返回后经第一分束器第一面、第四面分别通过反射镜和狭缝反射镜进入第二分束器，具体为样品臂光束返回到第一柱面镜后经狭缝反射镜的反射镜部分将样品内部散射光反射到第二分束器第一面，而参考臂光束通过第四柱面镜与第五柱面镜后到反射镜，后经第二分束器第二面出射，经第二分束器的第三面出射后发生干涉；之后干涉光依次经过第六柱面镜、第三双胶合透镜、狭缝光阑、第四双胶合透镜、透射型光栅和第五双胶合透镜后由相机采集光路捕获。

6、作为一种优选的实施方式，所述光源为宽带激光光源。

7、作为一种优选的实施方式，所述相机为二维面阵相机。

8、作为一种优选的实施方式，所述参考臂光路、样品臂光路的光路长度相同。

9、作为一种优选的实施方式，所述参考臂光路、样品臂光路的光路元件组成相同。

10、作为一种优选的实施方式，所述样品臂光路包括扫描振镜、第一显微物镜、第一可调衰减篇、待成像物体；所述参考臂光路包括反射镜、第二显微物镜、第二可调衰减片、平面镜。样品臂返回光路为光束经第一分束器后进入第二柱面镜、第三柱面镜，后经过狭缝反射镜到第二分束器第一面；参考臂返回光路为光束经第一分束器后进入第四柱面镜、第五柱面镜后经反射镜到达第二分束器第二面。

11、作为一种优选的实施方式，两个分束器均为90/10分束器。

12、作为一种优选的实施方式，所述狭缝反射镜通过狭缝和反射镜两个部分对成像物体表面反射光和样品内部散射光、折射光的分离。

13、作为一种优选的实施方式，所述相机捕获多个a-scan并行通道干涉光谱图。

14、作为一种优选的实施方式，所述系统还包括终端，经终端获取相机捕获的光谱图后，采用传统点扫描oct原理，将每一行干涉光谱信号映射到波数空间，在波数空间进行均匀化插值重新采样后，对每一行干涉光谱进行逆傅里叶变换重建其样品深度信息，得到样品的三维深度信息图像。

15、本发明的有益效果是：

16、1.本发明中利用一个狭缝反射镜实现对样品表面反射光的方向的改变，使表面反射光经过狭缝被滤除，而来自样品内部的散射光或折射光通过狭缝周围的反射镜进入第二个分束器，被相机采集，减少了样品表面反射和背景噪声的干扰，使得图像的对比度更高，结果更加清晰。

17、2.本发明使用柱面镜将光束从圆形非对称地改变为椭圆形。在焦平面处，椭圆光束聚焦成线形，产生与光束直径对应的长度。点扫描振镜以一定的速度在快轴和慢轴上移动，扫描速度较慢，相比点扫描oct需要逐点扫描的方式，线扫描仅需沿点扫描慢轴方向扫描进行一次性成像，在一次扫描中获取多个a-scan，大大降低了对扫描振镜的要求。线扫描oct可以在较短时间内完成整个扫描过程，提高了成像效率。

18、3.本发明使用两个90/10的分束器，当光束经过第一个分束器时，进入样品臂的光利用率为90％；进入第二个分束器后，样品臂的光利用率为81％，提高了样品对光源的利用率，降低了对光源的要求。

19、4.本发明的样品臂光路和参考臂光路是一样的，包括使用两个相同的10倍消色差显微物镜。获得两臂的光束形状相同，有助于消除沿快轴方向的光学像差。并且相同的光路可以确保两束光的空间一致性，最后形成的干涉条纹可以实现高分辨率下的成像。

技术特征：

1.一种高光效率暗场并行采集的全场扫频光学相干层析成像系统，包括第一分束器和第二分束器，所述第一分束器的四面分别与光源输入光路、参考臂输入光路、样品臂输入光路、参考臂输出光路相连，第二分束器的三面分别与样品臂输出光路、参考臂输出光路、相机采集光路相连；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源(110)为宽带激光光源。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相机(490)为面阵相机。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述参考臂光路、样品臂光路的光路长度以及光路元件组成均相同。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述样品臂光路包括扫描振镜(220)、第一可变衰减片(230)、第一显微物镜(240)、样品(250)、第三柱面镜(170)、第二柱面镜(160)和狭缝反射镜(260)；所述参考臂光路包括反射镜(320)、第二可变衰减片(330)、第二显微物镜(340)和平面镜(350)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述x方向为照明光束在样品上的线斑方向；y方向为照明光束在样品上扫描方向，与x方向垂直；z方向为光束传播方向，与x-y面垂直。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一分束器和第二分束器均为90/10分束器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述狭缝反射镜(260)通过狭缝和反射镜两个部分对成像物体表面反射光和样品内部散射光、折射光的分离。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相机(490)捕获多个a-scan并行通道干涉光谱图。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括终端(500)，经终端(500)获取相机(490)后，采用传统点扫描oct原理，将每一行干涉光谱信号映射到波数空间，在波数空间进行均匀化插值重新采样后，对每一行干涉光谱进行逆傅里叶变换重建其样品深度信息，得到样品的三维深度信息图像。

技术总结本发明涉及一种高光效率暗场并行采集的谱域光学相干层析成像系统，包括两个分束器，第一分束器的四面分别与光源输入光路、样品臂输入光路、参考臂输入光路、参考臂返回光路相连；第二分束器的三面分别与样品臂返回光路、参考臂返回光路和相机采集光路相连。光源输入光路包括光源、第一双胶合透镜、第二双胶合透镜、第一柱面镜、第二柱面镜和第三柱面镜；光源输入光路输出的平行光经一对透镜扩束后进入柱面镜，与样品物镜和参考物镜形成线场。参考臂和样品臂沿原光路返回分别经反射镜、狭缝反射镜进入第二分束器，经分束器第三面出射后发生干涉，由相机采集光路捕获。本发明的系统降低了对光源的要求并且减少了组织表面的镜面反射。技术研发人员：邢芳俭,刘洁,董春雨受保护的技术使用者：南京师范大学技术研发日：技术公布日：2024/8/5