可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统

摘要

本申请公开了一种可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统，所述成像系统包括：光源、滤波器、光开关模块、可见光干涉模块、近红外干涉模块以及扫描光路；所述光源用于发射从可见光至近红外光波段的激光，所述光源的发射光接入所述滤波器；所述滤波器将接收到的激光分为可见光波段和近红外波段两束；所述滤波器滤波分束后的激光通过所述光开关模块后分别进入所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块；所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块的输出进入所述扫描光路；所述扫描光路用于对目标对象进行成像。解决了现有方案中无法保证对具有不同屈光度的人眼进行准确测量的问题，达到了快速准确获取不同屈光度人眼的眼后节OCT图像的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统，属于光学技术领域。

背景技术

光学相干断层扫描成像(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是近20年来迅速发展应用的光学成像技术，具有高分辨率、无损伤、非接触、高速等特点以获取深度方向的结构影像，在眼睛、皮肤、生物组织腔壁等医学成像，以及珍珠分层、面板探伤等工业检测领域广泛应用。光学相干断层扫描成像利用宽带光源同时照射待测样品和参考反射镜，并使光源到待测样品和参考反射镜的光程差位于相干长度内，从待测样品和参考反射镜的后向返回光干涉信号中提取出待测样品的深度方向信息。在眼科医学成像中，OCT成像可以观察到视网膜、脉络膜和角膜各层的结构影像，应用在包括但不限于眼底疾病辅助诊断和角膜术前术后评估中。

由于光纤通信技术的发展，相关的光纤器件工艺成熟、成本低廉、集成度高且易于布局的特点，目前的OCT成像系统主要集中在近红外的光纤通信波段。人眼包含大量水分，对不同波长的入射光束吸收特性，对视网膜成像的OCT系统一般选用840nm波长，而对位于眼球更深部的脉络膜常选用1310nm波长。近年来因超连续谱激光器的发展，可以提供400nm-2000nm的光谱，突破了SLD光源无法提供可见光波段(400nm-750nm)的限制，促进了可见光OCT技术的发展。

眼科OCT成像系统为实现对人眼的成像，需要将通过目镜中心的光轴对准瞳孔中心并且使目镜表面到眼表的距离位于设计值，以利于照射光束进入眼底。对于具有不同屈光度的人眼，晶状体形状和眼轴长度会发生变化，为了使入射光能够聚焦在视网膜上，需要调节光路进行屈光补偿，否则照射到视网膜的光斑弥散将无法获得高分辨率的影像。

现有技术中，通常采用可见光和近红外双波段设计，实现对目标的三维影像及体液流量的测量，然而现有方案中OCT光路设计缺乏屈光补偿调节设计的内容，无法保证对具有不同屈光度的人眼进行准确测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统的示意图，用于解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据第一方面，本发明实施例提供了一种可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统，所述成像系统包括：光源、滤波器、光开关模块、可见光干涉模块、近红外干涉模块以及扫描光路；

所述光源用于发射从可见光至近红外光波段的激光，所述光源的发射光接入所述滤波器；

所述滤波器将接收到的激光分为可见光波段和近红外波段两束；

所述滤波器滤波分束后的激光通过所述光开关模块后分别进入所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块；

所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块的输出进入所述扫描光路；

所述扫描光路用于对目标对象进行成像。

可选的，所述光开关模块包括电子快门1和电子快门2，所述电子快门1用于控制所述滤波器与所述可见光干涉模块之间的光路，所述电子快门2用于控制所述滤波器与所述近红外干涉模块之间的光路。

可选的，所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块中的每个干涉模块的输入为光源和探测臂，输出连接所述扫描光路。

可选的，所述扫描光路包括样品臂、所述可见光干涉模块所对应的参考臂以及所述近红外干涉模块所对应的参考臂。

可选的，所述参考臂包括依次设置的偏振控制器、准直器、色散补偿器、中性滤波片和反射镜；

所述偏振控制器用于调整所述参考臂反射光信号的偏振态；

所述准直器用于将从对应的干涉模块出射的发散光束准直为平行光束；

所述色散补偿器用于补偿光束在所述参考臂和所述样品臂中因通过不同长度的光纤、不同的光学元件和生物组织等造成的色散差异；

所述中性滤波器用于衰减光信号，使所述参考臂反射到探测臂的光强度在探测臂的探测动态范围内；

所述反射镜将平行光束反射后原光路返回。

可选的，所述样品臂包括：第一二色向镜DM、二维扫描振镜、第一透镜以及固视引导光路；

所述第一二色向镜DM用于将来自所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块的光束引导至所述二维扫描振镜；

二维扫描振镜用于不同位置的扫描而探测相应的深度方向信息；

所述第一透镜用于将光束会聚后再经第二透镜准直照射瞳孔。

可选的，所述固视引导光路包括第二二色向镜DM、第三透镜和固视目标。

可选的，所述第二透镜的两侧对称设置有两个相机。

可选的，所述扫描光路还包括位于所述样品臂与所述可见光干涉模块之间的第二准直器以及位于所述样品臂与所述近红外干涉模块之间的第三准直器。

可选的，所述样品臂、所述第二准直器和所述第三准直器设置在运动平台中，用于改变所述第一透镜和所述第二透镜之间的距离。

通过提供了一种可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统，该成像系统包括：光源、滤波器、光开关模块、可见光干涉模块、近红外干涉模块以及扫描光路；所述光源用于发射从可见光至近红外光波段的激光，所述光源的发射光接入所述滤波器；所述滤波器将接收到的激光分为可见光波段和近红外波段两束；所述滤波器滤波分束后的激光通过所述光开关模块后分别进入所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块；所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块的输出进入所述扫描光路；所述扫描光路用于对目标对象进行成像。解决了现有方案中无法保证对具有不同屈光度的人眼进行准确测量的问题，达到了快速准确获取不同屈光度人眼的眼后节OCT图像的效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统的示意图；

图2为本发明一个实施例提供的可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统的示意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种可能的可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统的电路连接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统的示意图，如图1所示，所述成像系统包括：光源、滤波器、光开关模块、可见光干涉模块、近红外干涉模块以及扫描光路；

所述光源用于发射从可见光至近红外光波段的激光，所述光源的发射光接入所述滤波器。请参考图2，光源可以为超连续谱激光器，当然实际实现时，光源还可以为其他可以发射从可见光至近红外光波段的激光的任一激光器，在此并不做限定。

所述滤波器将接收到的激光分为可见光波段和近红外波段两束。滤波器有一个输入端口，用于输入光源发出的激光，两个输出端口，一个端口用于输出可见光，另一个端口用于输出近红外波段两束。也即超连续谱激光器发出的激光在经过滤波器之后，输出一路可见光，一路近红外波段的激光。由于人眼视网膜各层结构的厚度在几个微米到几十个微米，为获得足够高的轴向分辨率，照射光波长的范围一般在100nm左右。在本实施例中，示例的可以选择可见光波段波长范围为515nm-630nm，近红外光波段为800nm-880nm，光束的波长范围分别为115nm和80nm。

所述滤波器滤波分束后的激光通过所述光开关模块后分别进入所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块。光开关模块位于滤波器和所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块之间，并且，实际实现时，请参考图2，光开关模块可以包括电子快门1和电子快门2，电子快门1位于滤波器可见光的输出端与可见光干涉模块之间，用于控制所述滤波器与所述可见光干涉模块之间的光路，类似的，电子快门2位于滤波器可见光的输出端与近红外干涉模块之间，用于控制所述滤波器与所述近红外干涉模块之间的光路。也即在电子快门关闭时，光路中断，在电子开门打开时光路通，光束可以进入后续的其他模块。可选的，电子快门1与可见光干涉模块之间还可以设置有透镜1，电子快门2与近红外干涉模块之间设置有透镜2，在此不再赘述。

所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块中的每个干涉模块的输入为光源和探测臂，输出连接所述扫描光路。探测臂可以为光谱仪，该光谱仪具备对应波段的高速光谱信号采集能力。可选的，可见光干涉模块可以为干涉仪，并且请参考图2，可以为2*2光纤耦合器，2*2光纤耦合器的4个端口分别连接光源、参考臂、样品臂和探测臂。类似的，近红外干涉模块也可以为与可见光干涉模块类似的干涉仪，比如，也可以为2*2光纤耦合器，2*2光纤耦合器的4个端口分别连接光源、参考臂、样品臂和探测臂。其中，可见光干涉模块连接的样品臂与近红外干涉模块连接的参考臂的构造基本相似，两者的区别在于工作波段范围不同，并且连接的样品臂可以共用，也即同一组光学器件既可以是可见光干涉模块的样品臂也可以同时是近红外干涉模块的样品臂。

所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块的输出进入所述扫描光路。结合上述论述，扫描光路可以包括样品臂、所述可见光干涉模块所对应的参考臂以及所述近红外干涉模块所对应的参考臂。所述扫描光路用于对目标对象进行成像。

以可见光干涉模块所对应的参考臂来举例说明，所述参考臂包括依次设置的偏振控制器1、准直器1、色散补偿器1、中性滤波片1和反射镜1；

所述偏振控制器1用于调整所述参考臂反射光信号的偏振态；当与样品臂的光反射信号偏振态一致时在探测臂的信号干涉幅度会最大。

所述准直器1用于将从对应的干涉模块出射的发散光束准直为平行光束；也即平行光束照射到之后的色散补偿器1中。

所述色散补偿器1用于补偿光束在所述参考臂和所述样品臂中因通过不同长度的光纤、不同的光学元件和生物组织等造成的色散差异；

所述中性滤波器1用于衰减光信号，使所述参考臂反射到探测臂的光强度在探测臂的探测动态范围内；实际实现时，中性滤波器1也可以使用可调通光孔径的光阑代替。

所述反射镜1将平行光束反射后原光路返回。反射镜1置于移动平台上，可以沿着光路传播方向移动以改变参考臂的光程，并保持在不同的光程探测臂的信号幅度平稳。

样品臂实现OCT扫描成像、屈光补偿、固视引导和瞳孔定位，是核心光路。结合图2，所述样品臂包括：第一二色向镜DM、二维扫描振镜、第一透镜以及固视引导光路；

所述第一二色向镜DM用于将来自所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块的光束引导至所述二维扫描振镜；实际实现时，二色向镜DM也可使用中空反射镜代替。

二维扫描振镜用于不同位置的扫描而探测相应的深度方向信息；图中以XY二维扫描振镜示出。

所述第一透镜(图中以透镜3示出)用于将光束会聚后再经第二透镜(图中以透镜4示出)准直照射瞳孔。可选的，第二透镜的两侧可以设置有相机1和相机2两个相机。相机1与相机2，用于分别拍摄同一眼睛的瞳孔，当瞳孔的图像位于两只相机影像的中心时即意味着瞳孔中心与透镜4的中心已重合。

固视引导光路包括第二二色向镜DM、第三透镜(图中以透镜5示出)和固视目标。当固视引导光路屈光补偿好后，人眼可以清晰的看到固视目标。图中黑线虚线框内为屈光补偿模块，置于运动平台上，可以整体移动以改变透镜3与透镜4之间的距离，从而改变入射到瞳孔的光束发散程度以匹配不同屈光度的眼球使光束可以被聚焦到视网膜上。由于光纤在一定的弯折条件下仍可正常工作，屈光补偿模块的运动不会影响到样品臂与干涉仪之间的连接。

所述扫描光路还包括位于所述样品臂与所述可见光干涉模块之间的第二准直器(准直器2)以及位于所述样品臂与所述近红外干涉模块之间的第三准直器(准直器3)。通过设置准直器，使得光束在进入样品臂时为平行光束。

需要补充说明的是，为了实现对上述光路的控制，请参考图3，图2中的电子快门1、电子快门2、光谱仪1、光谱仪2、xy二维扫描振镜、运动平台、相机1和相机2均可以通过控制器与计算机主机相连，进而在计算机主机的控制下控制OCT成像系统中的各部件的运作进行成像。

上述架构的成像系统在对人眼进行双波段OCT成像扫描时，

1)通过调整透镜4与人眼的相对位置，使相机1和相机2拍摄的图像中瞳孔位于图像的中心位置，则透镜4的中心与瞳孔中心已对准。

2)引导人眼注视固视目标，调整屈光补偿模块的相对位置直至看到最清晰的靶标。

3)控制电子快门1和电子快门2。当可见光OCT扫描成像时，打开电子快门1、关闭电子快门2；当近红外OCT扫描成像时，关闭电子快门1、打开电子快门2。

4)根据可见光OCT/近红外OCT扫描成像的情形，分别控制参考臂反射镜1或反射镜2的相对位置以改变对应参考臂的光程，使参考臂与样品臂的光程差位于相干长度内。

5)计算机控制光谱仪和XY二维扫描振镜，使XY二维扫描振镜扫描时同步进行光谱仪数据的采集，并实时重建OCT图像进行预览，可以根据预览图像中视网膜结构在图像中的高度位置进一步调节参考臂的光程差，使结构图像位于清晰且利于分辨的位置。

6)使XY二维扫描振镜按设定的扫描轨迹进行扫描并同步采集记录光谱仪数据。扫描轨迹包括但不限于单条直线、多条直线(平行、正交、放射状)、区域扫描、环形线形状。

7)采集到的光谱仪数据经计算机主机处理并计算出对应于扫描轨迹的断层影像，相关处理算法为已充分公开成熟的算法。

综上所述，通过提供了一种可见光和近红外光双波段光学相干断层扫描成像系统，该成像系统包括：光源、滤波器、光开关模块、可见光干涉模块、近红外干涉模块以及扫描光路；所述光源用于发射从可见光至近红外光波段的激光，所述光源的发射光接入所述滤波器；所述滤波器将接收到的激光分为可见光波段和近红外波段两束；所述滤波器滤波分束后的激光通过所述光开关模块后分别进入所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块；所述可见光干涉模块和所述近红外干涉模块的输出进入所述扫描光路；所述扫描光路用于对目标对象进行成像。解决了现有方案中无法保证对具有不同屈光度的人眼进行准确测量的问题，达到了快速准确获取不同屈光度人眼的眼后节OCT图像的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。