一种光纤陀螺辅助检测的无狭缝光学相干层析成像装置

本发明属于光学相干层析扫描,具体涉及一种光纤陀螺辅助检测的无狭缝光学相干层析成像装置。

背景技术：

1、传统医学成像技术在医学诊断和研究中发挥着重要作用，但存在一些明显的不足之处。如计算机断层扫描(ct)通过多个x射线照片的组合来创建三维图像。虽然ct提供了较高的空间分辨率，但由于其使用的是x射线，因此存在辐射暴露的风险，尤其是对于频繁需要成像的患者。此外，ct成像的过程比较耗时，对于软组织的成像效果不佳。核磁共振成像(mri)利用磁场和无害的无线电波来创建身体内部的图像，虽然在一定程度上提供了对生物组织内部结构的信息，对软组织有很好的成像效果，不使用辐射，但mri设备成本高昂，成像过程需要患者保持静止和长时间在磁场中，对于某些患者可能不适用。因此，迫切需要一种既能够提供高分辨率成像又非侵入性的新型成像技术。

2、随着频域光学相干层析扫描仪(sd-oct)的不断发展，sd-oct作为一种非侵入性的高分辨率成像技术日趋成熟，已经在医学领域取得了显著的成功。其基本原理涉及通过测量光波的干涉实现对生物组织内部结构的高分辨率成像，为疾病早期诊断和治疗提供了重要工具。sd-oct的成像深度通常在一毫米到数毫米之间，这是一种相对浅层成像技术。这个成像深度通常足够用于许多应用，例如眼科、皮肤病学、牙科和生物医学研究中观察和诊断浅层组织结构。但传统的sd-oct系统由于其高度集成的光学元件和易受振动影响的狭缝结构，导致了整体设备的庞大体积且易受到外部振动影响。医学专业人士经常需要在急救、体检或野外等场景中进行医疗诊断和监测。医生或技术人员在面对紧急状况或需要频繁移动设备的情况下，可能无法方便携带和操作这类设备，从而降低了sd-oct系统在实际应用中的灵活性和便携性。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种光纤陀螺辅助检测的无狭缝光学相干层析成像装置。

2、本发明采用如下的技术方案实现：一种光纤陀螺辅助检测的无狭缝光学相干层析成像装置，包括光纤陀螺、频域光学相干层析扫描仪以及两者共用的宽谱激光器和两者中部件共同组成的扫描探头模块；宽谱激光器的激光分为两路，其中一路进入sd-oct样本臂光路，另一路二次分光并进入sd-oct参考臂光路和fog光路；光纤陀螺用于实现对扫描探头模块的晃动检测和对sd-oct参考臂光路光强的减弱；频域光学相干层析扫描仪的样本臂用于实现对待测物体某一切面的深度扫描并返回样本光；频域光学相干层析扫描仪的参考臂用于返回参考光，并与样本臂返回的样本光产生干涉后输出并经处理后生成sd-oct信号并成像。

3、优选地，扫描探头模块包括光纤陀螺的保偏光纤环和频域光学相干层析扫描仪的样本臂模块，样本臂模块对待测物体某一切面进行深度扫描并回传信号至sd-oct样本臂光路，同时保偏光纤环对扫描探头的晃动进行检测并回传振动信号至fog光路。

4、优选地，进入sd-oct样本臂光路中的激光，经偏振、准直、扫描、聚焦后照射在待测物体上，待测物体将散射、反射、折射的光返回至sd-oct样本臂光路中并输出返回样本光。

5、优选地，进入sd-oct参考臂光路中的激光，经偏振、准直、聚焦、反射后返回sd-oct参考臂光路并输出返回参考光。

6、优选地，sd-oct参考臂光路和sd-oct样本臂光路中返回的参考光和样本光产生干涉后输出，输出光经准直、光栅分光、二次准直、平行光光电信号转换后输入至双通道快速采集卡，双通道快速采集卡传输至处理终端并通过处理终端对sd-oct信号进行处理成像。

7、优选地，频域光学相干层析扫描仪包括第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一偏振控制器、第二光纤准直器、光栅、准直透镜、电荷耦合器线阵列相机、双通道快速采集卡、处理终端、第二偏振控制器、样本臂模块和参考臂模块；样本臂模块包括第三光纤准直器、扫描振镜、聚焦扫描透镜、待测物体、振镜驱动器和第一信号发生器；参考臂模块包括第一光纤准直器、消色差聚焦透镜、反射镜；

8、其中第一光纤耦合器用于首次分光，第二光纤耦合器用于二次分光，第一偏振控制器和参考臂模块组成sd-oct参考臂光路，第二偏振控制器和样本臂模块组成sd-oct样本臂光路；

9、其中宽谱激光器的输出端与第一光纤耦合器的b输入端连接；第一光纤耦合器的a输出端与第二光纤准直器的输入端连接，c输出端与第二偏振控制器的输入端连接，d输出端与第二光纤耦合器的a输入端连接；第二光纤耦合器的c输出端与第一偏振控制器的输入端连接；第一偏振控制器的输出端与参考臂模块中的第一光纤准直器、消色差聚焦透镜、反射镜顺次连接；第二偏振控制器的输出端与样本臂模块中的第三光纤准直器、扫描振镜、聚焦扫描透镜、待测物体顺次连接，扫描振镜的输入端还顺次连接有振镜驱动器和第一信号发生器；

10、第二光纤准直器与光栅、准直透镜、电荷耦合器线阵列相机顺次连接，且电荷耦合器线阵列相机的输出端与双通道快速采集卡的输入端连接，双通道快速采集卡的输出端与处理终端的a输入端连接并通过处理终端对sd-oct信号进行处理成像。

11、优选地，经二次分光进入fog光路中的激光，经偏振后通过y型波导分为两部分，其中一部分进入保偏光纤环的第一输入端，另一部分经补偿、调制后进入保偏光纤环的第二输入端；两部分光在保偏光纤环中沿相反方向传输，光纤陀螺转动导致保偏光纤环中反向传输的两束光产生光程差，在返回到y型波导时产生干涉，干涉光沿原路返回，并后续经光电信号转换、滤波、放大后输出至双通道快速采集卡，再经处理终端对fog的信号进行数据处理，实现光纤陀螺辅助检测。

12、优选地，光纤陀螺包括信号放大器、隔直滤波器、光电探测器、第三光纤耦合器、第二信号发生器、第三偏振控制器、y型波导、锆钛酸铅压电陶瓷、第三信号发生器、保偏光纤环以及和频域光学相干层析扫描仪共用的双通道快速采集卡、处理终端；

13、信号放大器的输出端与双通道快速采集卡的b输入端连接；隔直滤波器的输出端与信号放大器的输入端连接；光电探测器的输出端与隔直滤波器的输入端连接；第三光纤耦合器的a输出端与光电探测器的输入端连接，b输入端与第二光纤耦合器的b输出端连接，c输出端与第三偏振控制器的输入端连接；处理终端的输出端与第二信号发生器的输入端连接；第二信号发生器的输出端与锆钛酸铅压电陶瓷的b输入端连接；第三偏振控制器的输出端与y型波导的a输入端连接；y型波导的b输出端与保偏光纤环的输入端连接，c输出端与锆钛酸铅压电陶瓷的a输入端连接；锆钛酸铅压电陶瓷的c输出端与保偏光纤环的输入端连接；锆钛酸铅压电陶瓷的d输入端与第三信号发生器的输出端连接。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、本发明将fog与sd-oct共用同一1310nm宽谱激光器、双通道快速采集卡、处理终端，sd-oct扫描探头处加入fog的光纤环，fog与sd-oct样本臂结构的结合以感知扫描过程中系统的稳定性，从而实现晃动检测功能。装置能够实时感知扫描过程中系统的晃动情况，一旦晃动超过设定阈值，即可发出警报提示，有助于确保成像过程的准确性和稳定性。

16、本发明在参考臂前端加入1：99光纤耦合器，将99％功率的激光提供给fog，1％功率的激光提供给sd-oct，从而使得本发明相较传统sd-oct可以去除参考臂的狭缝结构，简化了系统的光学路径和结构，降低了光路中的光学散射和干扰，减少了系统中的光学噪声，提高了系统的稳定性和成像效果，使得成像结果更加清晰、准确。