宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统与方法

本发明属于光学成像探测，具体提供一种宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统与方法。

背景技术：

1、乳腺癌手术中，判断肿瘤组织边缘是否残留非常重要，如果肿瘤细胞没有切除干净，需要进行二次手术，提高了医疗成本并不利于病患身体健康。传统的乳腺肿瘤病理诊断方法取材有限且耗时长，乳腺肿瘤组织边缘判断不准确。偏振成像检测技术能够提供正常组织和肿瘤组织的高对比度图像，能快速直接地确定肿瘤组织范围，探测分析速度快，准确率高，是肿瘤诊断的重要发展方向。

2、目前应用于医疗的偏振成像检测技术大多基于旋转偏振片法，通过变换偏振片的偏振方向获得样本不同线偏振态的图像，并进一步计算得到样本的部分斯托克斯参数及其他偏振信息，该方法需要扫描时间，诊断效率低，且存在运动部件，仪器性能稳定性不能保证。且现有获取干涉图像的方法中均采用检偏器，但检偏器一般是45°放置，偏振光通过检偏器后能量会损失一半。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明创造旨在提供一种宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统与方法，将检测乳腺肿瘤组织的宽波段光剪切为两组偏振态不同的偏振光，再将两组偏振光进行成像并解调，在不使用检偏器的情况下得到包含乳腺肿瘤组织的信息的偏振干涉图像的全部斯托克斯参数，进而得到乳腺肿瘤组织的信息，且由于避免检偏器的使用是的光通量提高一倍，提升了获取乳腺肿瘤组织的信息的准确性。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，包括宽波段光源、前置光学单元、第一光线整形单元、第二光线整形单元、成像透镜、面阵探测器和解调处理器；其中，宽波段光源产生宽波段光并照射乳腺肿瘤组织，乳腺肿瘤组织将宽波段光反射进前置光学单元进行准直产生准直光；第一光线整形单元对准直光进行剪切得到两束第一圆偏振光，并转换两束第一圆偏振光的偏振态得到两束第一线偏振光；第二光线整形单元将两束第一线偏振光进行剪切并转换偏振态，得到四束第二圆偏振光，再转换其中两束第二圆偏振光的偏振态得到两束第二线偏振光；两束第二线偏振光与两束第二圆偏振光经成像透镜成像到面阵探测器上，得到包含乳腺肿瘤组织的信息的偏振干涉图像；面阵探测器将偏振干涉图像传输到解调处理器中进行解调处理，得到偏振干涉图像的全部斯托克斯参数。

4、进一步的，第一光线整形单元包括第一偏振光栅、第二偏振光栅和第一消色差四分之一波片；其中，第一偏振光栅和第二偏振光栅垂直于光轴放置，且第一偏振光栅和第二偏振光栅的光栅周期相同且第一偏振光栅和第二偏振光栅相互平行放置；第一偏振光栅和第二偏振光栅将准直光剪切得到两束第一圆偏振光，两束第一圆偏振光进入第一消色差四分之一波片中进行偏振态的转换，得到两束第一线偏振光。

5、进一步的，第二光线整形单元包括第三偏振光栅、第四偏振光栅和第二消色差四分之一波片；其中，第三偏振光栅和第四偏振光栅垂直于光轴放置，且第三偏振光栅和第四偏振光栅的光栅周期相同且第三偏振光栅和第四偏振光栅相互平行放置；第三偏振光栅和第四偏振光栅将两束第一线偏振光剪切并转换偏振态，得到四束第二圆偏振光，四束第二圆偏振光中的两束第二圆偏振光进入第二消色差四分之一波片中进行偏振态的转换，得到两束第二线偏振光，与剩余的两束第二圆偏振光共同进入成像透镜中。

6、进一步的，第二消色差四分之一波片的大小为第四偏振光栅的一半。

7、进一步的，前置光学单元包括物镜、光阑和准直镜；其中，物镜接收乳腺肿瘤组织反射的宽波段光并成像在光阑上，光阑对宽波段光进行限制后经准直镜准直后得到准直光，并入射到第一光线整形单元中。

8、一种宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测方法，适用于本发明提供的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，具体包括以下步骤：

9、s1：宽波段光源以斯托克斯参数为、、和的参考光照射前置光学单元，在面阵探测器处得到参考光的频域通道、和，即为参考光的频域通道、和；

10、s2：宽波段光源以不同偏振态的宽波段光照射乳腺肿瘤组织，在面阵探测器处得到乳腺肿瘤组织在当前宽波段光下产生的偏振干涉图像的频域通道、和，即为乳腺肿瘤组织的频域通道、和；

11、s3：根据参考光的两个频域通道、和乳腺肿瘤组织的两个频域通道、得到第一消除耦合因子和第二消除耦合因子，进而得到乳腺肿瘤组织的斯托克斯参数、、和。

12、进一步的，在步骤s3中，对参考光的两个频域通道、进行傅里叶逆变换计算，计算结果分别与乳腺肿瘤组织的两个频域通道、的傅里叶逆变换计算结果相除，得到第一消除耦合因子和第二消除耦合因子。

13、进一步的，在步骤s3中，得到乳腺肿瘤组织的斯托克斯参数、、和分别为：

14、；

15、；

16、；

17、；

18、其中，表示傅里叶逆变换，j表示虚数，表示第一消除耦合因子，表示第二消除耦合因子，表示取实部操作，表示取虚部操作。

19、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

20、（1）本发明创造所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统利用两个光线整形单元对乳腺肿瘤组织反射的宽波段光进行两次剪切和偏振态转换，得到两组偏振态不同的偏振光，并对两组偏振光进行干涉得到清晰且对比度高的偏振干涉图像，再对偏振干涉图像进行傅里叶变换计算和斯托克斯参数解调得到包含乳腺肿瘤组织的信息的全部斯托克斯参数和偏振图像，实现宽波段的快照全斯托克斯参数测量；

21、（2）本发明创造所述的波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统中由于对宽波段光进行两次剪切和偏振态转换，得到两组偏振态不同的偏振光，使得在后续的图像干涉得到偏振干涉图像的过程中避免使用检偏器，使得通光量提高了一倍，进一步提升了偏振干涉图像的质量，进而提升了获取乳腺肿瘤组织的信息的准确性。

技术特征：

1.一种宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，其特征在于：包括宽波段光源、前置光学单元、第一光线整形单元、第二光线整形单元、成像透镜、面阵探测器和解调处理器；其中，所述宽波段光源产生宽波段光并照射乳腺肿瘤组织，所述乳腺肿瘤组织将所述宽波段光反射进所述前置光学单元进行准直产生准直光；所述第一光线整形单元对所述准直光进行剪切得到两束第一圆偏振光，并转换两束第一圆偏振光的偏振态得到两束第一线偏振光；所述第二光线整形单元将两束第一线偏振光进行剪切并转换偏振态，得到四束第二圆偏振光，再转换其中两束第二圆偏振光的偏振态得到两束第二线偏振光；两束第二线偏振光与两束第二圆偏振光经所述成像透镜成像到所述面阵探测器上，得到包含所述乳腺肿瘤组织的信息的偏振干涉图像；所述面阵探测器将所述偏振干涉图像传输到所述解调处理器中进行解调处理，得到所述偏振干涉图像的全部斯托克斯参数。

2.根据权利要求1所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，其特征在于：所述第一光线整形单元包括第一偏振光栅、第二偏振光栅和第一消色差四分之一波片；其中，所述第一偏振光栅和所述第二偏振光栅垂直于光轴放置，且所述第一偏振光栅和所述第二偏振光栅的光栅周期相同且所述第一偏振光栅和所述第二偏振光栅相互平行放置；所述第一偏振光栅和所述第二偏振光栅将所述准直光剪切得到两束第一圆偏振光，两束第一圆偏振光进入所述第一消色差四分之一波片中进行偏振态的转换，得到两束第一线偏振光。

3.根据权利要求1所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，其特征在于：所述第二光线整形单元包括第三偏振光栅、第四偏振光栅和第二消色差四分之一波片；其中，所述第三偏振光栅和所述第四偏振光栅垂直于光轴放置，且所述第三偏振光栅和所述第四偏振光栅的光栅周期相同且所述第三偏振光栅和所述第四偏振光栅相互平行放置；所述第三偏振光栅和所述第四偏振光栅将两束第一线偏振光剪切并转换偏振态，得到四束第二圆偏振光，四束第二圆偏振光中的两束第二圆偏振光进入所述第二消色差四分之一波片中进行偏振态的转换，得到两束第二线偏振光，与剩余的两束第二圆偏振光共同进入所述成像透镜中。

4.根据权利要求3所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，其特征在于：所述第二消色差四分之一波片的大小为所述第四偏振光栅的一半。

5.根据权利要求1所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，其特征在于：所述前置光学单元包括物镜、光阑和准直镜；其中，所述物镜接收所述乳腺肿瘤组织反射的宽波段光并成像在所述光阑上，所述光阑对所述宽波段光进行限制后经所述准直镜准直后得到所述准直光，并入射到所述第一光线整形单元中。

6.一种宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测方法，适用于如权利要求1~5中任意一项所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统，其特征在于：具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测方法，其特征在于：在所述步骤s3中，对所述参考光的两个频域通道、进行傅里叶逆变换计算，计算结果分别与所述乳腺肿瘤组织的两个频域通道、的傅里叶逆变换计算结果相除，得到所述第一消除耦合因子和所述第二消除耦合因子。

8.根据权利要求7所述的宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测方法，其特征在于：在所述步骤s3中，得到所述乳腺肿瘤组织的斯托克斯参数、、和分别为：

技术总结本发明涉及光学成像探测技术领域，具体提供一种宽波段快照式乳腺肿瘤偏振干涉成像检测系统与方法，宽波段光源照射乳腺肿瘤组织样本，反射的信号光被前置光学系统收集并准直后依次经第一光线整形单元和第二光线整形单元进行两次剪切和两次偏振态转变后，得到两束线偏振光和两束圆偏振光，两束线偏振光和两束圆偏振光由成像透镜成像至面阵探测器获得偏振干涉图并交给解调处理获得乳腺肿瘤组织样本的全部斯托克斯参数。本发明在不使用检偏器的条件下实现了乳腺肿瘤的宽波段全斯托克斯参数的快照成像，相比于传统采用检偏器的偏振成像仪器，光通量提高了一倍；此外，本发明具有结构紧凑，无运动部件，易于装调，无需图像配准等优点。技术研发人员：李晓天,陈俊,孙雨琦,吉日嘎兰图,初启航,李付冠,张健受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/5