用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统

摘要

一种用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统，包括有基座，依次设置在基座上的光谱准直单元、光谱分离调整单元、光谱成像单元和光谱信号采集单元，所述的基座是由第一基座和第二基座组成的V字形结构，其中，所述的第一基座短于第二基座，所述的光谱准直单元设置在第一基座的端部，所述的光谱分离调整单元设置在第一基座与第二基座相交处，所述的光谱成像单元设置在第二基座并临近光谱分离调整单元，所述的光谱信号采集单元设置在第二基座的端部。本发明能够方便快速实现光谱检测的结构参数优化调整方案，使光谱仪的输出达到最佳状态，从而满足OCT系统检测精度与灵敏度要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱检测系统，特别是涉及一种以FD-OCT为基础，能够提取与组织深度信息有关的干涉光谱的用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统。 

背景技术

OCT(Optical coherence tomography)是上世纪90年代初发展起来的一种高分辨率无损生物医学成像技术，结合了低相干干涉技术、共焦显微术、数字图像处理等多种技术，其纵向分辨力可达到几个微米。由于OCT利用对人体无害的红外光作光源，不接触，无损伤，可实现快速成像和实时监测等优点，在生物组织层析成像领域得到成功应用。 

随着OCT技术的飞速发展，基于通过延迟线扫描以获得组织深度信息的时域OCT技术由于延迟线扫描速度所限，存在成像速度无法满足临床需要的缺陷，逐渐被频域OCT技术所取代。频域OCT也称为Fourier域OCT，存在两种技术形式。一种是基于SLD宽带光源和频谱仪及CCD相机技术，称为FD-OCT。另一种采用了窄带扫频光源和光电二极管技术，称为扫频源OCT(SD-OCT)。FD-OCT的采样速率由线阵CCD的数据读出率决定，而SD-OCT的成像速度决定于光源的扫频频率。随着电子技术的发展，目前采用CMOS技术的CCD线阵相机的线读出率可达上百KHz/S，结合采用Camera-Link传输协议接口的图像采集卡可实现相机与计算机间的高速数据传输，为OCT系统快速3D成像提供了前提。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使光谱仪的输出达到最佳状态，从而满足OCT系统检测精度与灵敏度要求的用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统。 

本发明所采用的技术方案是：一种用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统，包括有基座，依次设置在基座上的光谱准直单元、光谱分离调整单元、光谱成像单元和光谱信号采集单元，所述的基座是由第一基座和第二基座组成的V字形结构，其中，所述的第一基座短于第二基座，所述的光谱准直单元设置在第一基座的端部，所述的光谱分离调整单元设置在第一基座与第二基座相交处，所述的光谱成像单元设置在第二基座并临近光谱分离调整单元，所述的光谱信号采集单元设置在第二基座的端部。 

所述的由第一基座和第二基座组成的V字形结构的夹角为110～130度。 

所述的光谱准直单元包括有：固定在第一基座端部的准直镜筒支架，设置在准直镜筒支架上的准直镜筒，设置在准直镜筒前端口的光纤输入接口，设置在准直镜筒后端口内的准直镜组和用于固定准直镜组的准直镜压圈。 

所述的光谱分离调整单元包括有：固定在第一基座与第二基座相交处的光栅调整装置基座，设置在光栅调整装置基座上的光栅Y轴旋转调整轴托盘架，设置在光栅Y轴旋转调整轴托盘架上的光栅X轴及Z轴旋转微调托盘，设置在光栅X轴及Z轴旋转微调托盘上的光栅盘 基架，安装在光栅盘基架上的光栅Z轴旋转调整盘，以及安装在光栅Z轴旋转调整盘上的衍射光栅，所述的光栅Y轴旋转调整轴托盘架上并位于光栅X轴及Z轴旋转微调托盘的前、后两侧对称的设置有X轴及Z轴旋转微调螺钉。 

所述的X轴及Z轴旋转微调螺钉在光栅Y轴旋转调整轴托盘架上对称的设置有3对。 

所述的光谱成像单元包括有：固定在第二基座上的相机物镜支架，固定在相机物镜支架上的物镜镜头调焦镜筒，安装在物镜镜头调焦镜筒上的光谱成像物镜组，以及设置在物镜镜头调焦镜筒上用于固定光谱成像物镜组的物镜压圈。 

所述的光谱信号采集单元包括有固定在第二基座上的线阵相机支架，设置在第二基座上并通过螺钉固定在线阵相机支架上的线阵相机。 

本发明的用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统，将从样品臂与参考臂返回的带有组织深度信息的干涉调制光谱信号进行光谱展开并将光谱信号通过高速CCD线阵相机进行采集，采集的光谱数据经采用Camera-Link传输协议接口的图像采集卡实现相机与计算机间的高速数据传输，进而实现快速组织层析成像。能够方便快速实现光谱检测的结构参数优化调整方案，使光谱仪的输出达到最佳状态，从而满足OCT系统检测精度与灵敏度要求。 

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图； 

图2：输入光谱与本发明光谱检测系统所检测的输出光谱对照曲线， 

图中，(a)输入光谱；(b)输出光谱。 

其中： 

1：光纤输入接口              2：准直镜筒 

3：准直镜筒支架              4：准直镜组 

5：准直镜压圈                6：光栅调整装置基座 

7：光栅Y轴旋转调整轴托盘架   8：光栅X轴及Z轴旋转微调托盘 

9：X轴及Z轴旋转微调螺钉      10：光栅盘基架 

11：光栅Z轴旋转调整盘        12：衍射光栅 

13：相机物镜支架             14：物镜镜头调焦镜筒 

15：光谱成像物镜组           16：物镜压圈 

17：线阵相机支架             18：相机固定螺钉 

19：线阵相机                 20：线阵CCD 

21：基座 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统做出详细说明。 

本发明的用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统，是以FD-OCT为基础，设计出的一种光学相干层析成像的光谱检测系统，用以提取与组织深度信息有关的干涉光谱的 提取检测系统。该系统的信号输出通过数据采集卡送计算机进行数据处理，进而进行组织层析成像。 

如图1所示，本发明的用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统，包括有基座21，依次设置在基座21上的光谱准直单元A、光谱分离调整单元B、光谱成像单元C和光谱信号采集单元D，所述的基座21是由第一基座211和第二基座212组成的V字形结构，所述的由第一基座211和第二基座212组成的V字形结构的夹角为110～130度。其中，所述的第一基座211短于第二基座212，所述的光谱准直单元A设置在第一基座211的端部，所述的光谱分离调整单元B设置在第一基座211与第二基座212相交处，所述的光谱成像单元C设置在第二基座212上并临近光谱分离调整单元B，所述的光谱信号采集单元D设置在第二基座212的端部。 

所述的光谱准直单元A包括有：固定在第一基座211端部的准直镜筒支架3，设置在准直镜筒支架3上的准直镜筒2，设置在准直镜筒2前端口的光纤输入接口1，设置在准直镜筒2后端口内的准直镜组4和用于固定准直镜组4的准直镜压圈5。 

上述的光纤输入接口采用FC/PC或FC/APC的形式用于将从样品臂与参考臂返回的带有组织深度信息的干涉调制光谱信号引入到光谱检测系统。准直镜组将光纤输出的带有组织深度信息的干涉调制光谱信号进行准直，准直镜组的焦距选取与所选相机的成像范围及所需光谱测量范围有关。 

所述的光谱分离调整单元B包括有：固定在第一基座211与第二基座212相交处的光栅调整装置基座6，设置在光栅调整装置基座6上的光栅Y轴旋转调整轴托盘架7，设置在光栅Y轴旋转调整轴托盘架7上的光栅X轴及Z轴旋转微调托盘8，设置在光栅X轴及Z轴旋转微调托盘8上的光栅盘基架10，安装在光栅盘基架10上的光栅Z轴旋转调整盘11，以及安装在光栅Z轴旋转调整盘11上的衍射光栅12，所述的光栅Y轴旋转调整轴托盘架7上并位于光栅X轴及Z轴旋转微调托盘8的前、后两侧对称的设置有X轴及Z轴旋转微调螺钉9。所述的X轴及Z轴旋转微调螺钉9在光栅Y轴旋转调整轴托盘架7上对称的设置有3对。 

上述的光栅Y轴与基座21垂直，光栅X轴与基座21平面平行并与光栅衍射光栅12平面重合，光栅Z轴与基座21平面平行并与衍射光栅12平面垂直。 

上述的光谱准直单元A将经准直的输入信号按一定的入射角度投射到衍射光栅12，并按一定方向进行光谱展开。

所述的光谱成像单元C包括有：固定在第二基座212上的相机物镜支架13，固定在相机物镜支架13上的物镜镜头调焦镜筒14，安装在物镜镜头调焦镜筒14上的光谱成像物镜组15，以及设置在物镜镜头调焦镜筒14上用于固定光谱成像物镜组15的物镜压圈16。所述的光谱成像物镜组用于将展开的光谱信号聚焦到高速线阵相机的线阵CCD上。 

所述的光谱信号采集单元D包括有固定在第二基座212上的线阵相机支架17，设置在第二基座212上并通过螺钉18固定在线阵相机支架17上的线阵相机19。所述的高速CCD线阵相机进行光谱信号采集提取，对提取后的数字信号经采用Camera-Link传输协议接口的图像采集卡实现相机与计算机间的高速数据传输，进而实现快速组织层析成像。 

所述的光谱分离调整单元B、光谱成像单元C用于光谱检测系统的优化调整。 

本发明的用于频域光学相干组织层析成像的快速光谱检测系统，工作过程如下： 

从样品臂与参考臂返回的带有组织深度信息的干涉调制光谱信号经光纤输入接口1引入到本发明的光谱检测系统；准直镜组4将光纤输出的带有组织深度信息的干涉调制光谱信号进行准直；准直后的光束按一定的入射角投射到衍射光栅12；透射式衍射光栅12将经准直的输入信号按一定方向进行光谱展开；展开的光谱信号投射到光谱成像物镜组15；光谱成像物镜组15将展开的光谱信号聚焦到高速线阵相机19的线阵CCD20上；高速CCD线阵相机19进行光谱信号采集提取，对提取后的数字信号经采用Camera-Link传输协议接口的图像采集卡实现相机与计算机间的高速数据传输，进而实现快速组织层析成像；光栅Y轴旋转调整轴托盘架7用于调整入射信号的入射角；光栅X轴及Z轴旋转微调托盘8及X轴及Z轴旋转微调螺钉(6个)9用于微调光栅沿X轴及Z轴方向上的倾角；光栅Z轴旋转调整盘11用于调整光栅线与X、Y轴夹角；物镜镜头调焦镜筒14、光谱成像物镜组15用于将光谱信号聚焦到线阵CCD20。通过调整光栅Y轴旋转调整轴托盘架7、光栅X轴及Z轴旋转微调托盘8、X轴及Z轴旋转微调螺钉9、光栅Z轴旋转调整盘11以及物镜镜头调焦镜筒14使输入光谱与相机所采集的输出光谱相吻合，从而达到最佳检测效果。 

图2为输入光谱与本发明光谱检测系统所检测的输出光谱对照曲线。