專利名稱：一種高速頻域生物組織光干涉成像儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及科學儀器，尤其涉及一種光干涉成像儀器。
背景技術：
光干涉成像(Optical Coherence Tomography，OCT)儀器是一種高分辨率的成像儀器，用于對物體內部精細的結構進行無創成像和精密的分析，在生物和醫學的研究與臨床上有很高的應用價值。因此，有很多人在進行OCT的各項改進，如郭繼華等設計的發明專利(一種帶有自適應光程調節裝置的光學相干層析成像系統，專利號CN02121333.X)，薛平等設計的發明專利(一種提高光學相干層析成像縱向分辨率的方法及系統，申請號CN02121331.3)，威廉·布拉德肖·阿莫斯設計的發明專利(用于光學成像傅里葉譜儀的光學設備及其操作方法，申請號CN98807712.4)，相里斌等設計的發明專利(一種干涉成像光譜技術及其裝置，申請號CN99115952.7)等等，試圖從分辨率、工藝等各個方面改進OCT，但唯獨沒有在提高OCT的速度上改進。
之所以強調OCT的速度問題，在于兩個關鍵的方面一則是在人體皮膚的表面應用OCT進行檢測時，人體或動物組織存在動脈毛細血管和肌肉組織的搏動，而OCT的分辨率又達到生物組織搏動的尺度范圍，如果OCT的速度太慢，則不可能得到清晰的圖像。二者由于成像光信號的能量限制射入生物組織的光強有限，而經過組織一次反射出來的有效成像光信號又要衰減10-6以上，從這樣一束微弱的光中還要在很短的時間檢測出反映組織結構的信息，就會存在很大的困難。即微弱的信號能量是提高OCT成像速度的限制因素。
經典的OCT采用麥克耳遜干涉儀的結構，為了實現成像需要兩維精密的機械掃描機構，因而成像速度緩慢，很難滿足動態檢測、醫學普查和人體大面積檢查的要求。為了提高OCT的成像速度，突破OCT在臨床應用的限制，很多人在進行不懈的努力。如李剛等設計的發明專利(高速光干涉層析成象儀，專利號CN02104457.0)，提出了一種減少甚至取消機械掃描機構，但不能有效地利用經過組織一次反射出來的有效成像光信號，仍然難以實現高速OCT成像。

發明內容
本發明所要解決的技術問題之一是提供一種能夠結構簡單，能夠有效利用生物組織一次反射光的生物組織光干涉成像儀，使大多數的一次反射光信號能量得到利用。本發明所要解決的技術問題之二是克服傳統的傅立葉光譜儀最基本的缺點需要高精度的運動機構、速度慢的問題。
為了解決上述技術問題，本發明的采用如下的技術方案一種高速生物組織光干涉成像儀，包括光源、平面反射鏡、透鏡和傅立葉光譜儀，平面反射鏡和透鏡設置在同一光軸上，光源發出的入射光由透鏡的邊緣部位聚焦后照射到被測生物組織，然后利用平面反射鏡將生物組織的一次反射光導入無動鏡式傅立葉光譜儀，由傅立葉光譜儀輸出的光譜經過傅立葉變換后得到被測生物組織的圖像。
本發明所采用的無動鏡式傅立葉光譜儀，可以是一種基本麥克耳遜干涉儀，也可以利用一個或兩個閃爍光柵代替麥克耳遜干涉儀的一個或兩個平面反射鏡。也可以采用使平面反射鏡中的一個的法線與光軸成微小角度的結構。
本發明采用的傅立葉光譜儀，不僅具備常規傅立葉光譜儀的優點光通量大，信號利用率高，還避免了傅立葉光譜儀最基本的缺點需要高精度的運動機構、速度慢。這種光譜儀特別適合于需要最大限度利用信號光能量以及較高OCT成像速度的應用場合。


圖1為本發明的光學原理圖。
圖2、圖3、圖4分別為本發明的三個實施例的光學原理圖。
附圖標記1為反射鏡2為聚焦鏡3為被測生物組織4為陣列式光敏器件5為分束(光)鏡6為平面反射鏡7為平面反射鏡8為閃爍光柵9為無動鏡式光譜儀10為閃爍光柵具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
本發明采用一種偏置的入射光方式，如圖1所示，入射光由透鏡2的邊緣部位聚焦后照射到被測生物組織3，然后用平面反射鏡1將組織的一次反射光導入無動鏡式傅立葉光譜儀9，使大多數的一次反射光信號能量得到利用，無動鏡式傅立葉光譜儀9也是最大限度地利用信號能量，最后由傅立葉光譜儀9輸出的光譜可以變換得到組織的圖像。
本發明所采用的無動鏡式傅立葉光譜儀，可以是一種基本麥克耳遜干涉儀，也可以利用一個或兩個閃爍光柵代替麥克耳遜干涉儀的一個或兩個平面反射鏡。也可以采用使平面反射鏡中的一個的法線與光軸成微小角度的結構。
本發明一種高速頻域OCT的實施例一如圖2所示，入射光由透鏡2聚焦后照射到被測生物組織3，然后用平面反射鏡1將組織的一次反射光導入無動鏡式傅立葉光譜儀，使大多數的一次反射光信號能量得到利用。無動鏡式傅立葉光譜儀也就是基本的麥克耳遜干涉儀，由陣列式光敏器件4、分束(光)鏡5和兩面平面反射鏡6與7構成。平面反射鏡7不完全與光軸垂直，而是有一個微小的傾角，可以是大于0°且小于10°的微小角度，平面反射鏡7與其他部件一起形成成千上萬個微型麥克耳遜干涉儀，在陣列式光敏器件4可以得到由不同光程差而產生干涉的光電信號，通過對這些光電信號進行傅立葉變換，就可得到光譜信號，而對光譜信號進行變換處理，就能夠得到組織的結構圖。
這種光譜儀不僅具備常規傅立葉光譜儀的優點光通量大，信號利用率高，還避免了傅立葉光譜儀最基本的缺點需要高精度的運動機構、速度慢。這種光譜儀特別適合需要最大限度利用信號光能量，十分有利于提高OCT成像的速度。
聚焦鏡2可以是球面鏡，也可以是柱面鏡。陣列式光敏器件3可以采用線陣的CCD光敏傳感器，也可以采用面陣的CCD光敏(圖像)傳感器或CMOS光敏(圖像)傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面陣光敏(圖像)傳感器，如陰極射線管(CRT)等。
本發明一種高速頻域OCT的實施例二采用實施例一的各個部件，與其不同之處是平面反射鏡7與光軸垂直，平面反射鏡6不完全與光軸垂直，而是有一個微小的傾角，可以是大于0°且小于10°的微小角度。
本發明一種高速頻域OCT的實施例三如圖3所示，入射光由透鏡2聚焦后照射到被測生物組織3，然后用平面反射鏡1將組織的一次反射光導入無動鏡式傅立葉光譜儀，使大多數的一次反射光信號能量得到利用。無動鏡式傅立葉光譜儀也基本的麥克耳遜干涉儀，由陣列式光敏器件4、分束(光)鏡5、平面反射鏡6與閃爍光柵7構成。利用閃爍光柵中的刻槽形成微小反射面，與其他部件一起形成成千上萬個微型麥克耳遜干涉儀，在陣列式光敏器件4可以得到由不同光程差而產生干涉的光電信號，通過對這些光電信號進行傅立葉變換，就可得到光譜信號，而對光譜信號進行變換處理，就能夠得到組織的結構圖。
這種光譜儀不僅具備常規傅立葉光譜儀的優點光通量大，信號利用率高，還避免了傅立葉光譜儀最基本的缺點需要高精度的運動機構、速度慢。這種光譜儀特別適合需要最大限度利用信號光能量，十分有利于提高OCT成像的速度。
聚焦鏡2可以是球面鏡，也可以是柱面鏡。陣列式光敏器件可以采用線陣的CCD光敏傳感器，也可以采用面陣的CCD光敏(圖像)傳感器或CMOS光敏(圖像)傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面陣光敏(圖像)傳感器，如陰極射線管(CRT)等。
本發明一種高速頻域OCT的實施例四將實施例三中的平面反射鏡6與閃爍光柵7互相調換位置，其他部件與該實施例結構相同。
本發明一種高速頻域OCT的實施例五此外，本發明的其他部件與上述各種高速頻域OCT相同，所不同的是采用兩個閃爍光柵作為分別作為傅立葉光譜儀的兩個反射面。
如圖4所示，被導入傅立葉光譜儀的生物組織一次反射光通過分束鏡5分成兩部分，一部分透過分束鏡5到達光柵8，由光柵8反射后再由分束鏡5背面反射達到陣列式光敏器件4，由于光柵8的各個刻槽的反射面不在同一個平面上，各個刻槽的反射面所反射光的光程就不一樣；另一部分光反射到光柵10，經過光柵10反射后再透過分束鏡5達到陣列式光敏器件4，但這一部分光的光程也各不相同，因而與前面所述的一部分光在陣列式光敏器件4的發生干涉時，陣列式光敏器件4各個象素點最大干涉強度光的波長不同，通過對陣列式光敏器件4各個象素點得到的光電信號進行傅立葉變換，便可得到被測光的頻譜。
聚焦鏡2可以是球面鏡，也可以是柱面鏡。陣列式光敏器件可以采用面陣的CCD光敏(圖像)傳感器或CMOS光敏(圖像)傳感器，如敏通公司的13V5H等，也可以采用其他的面陣光敏(圖像)傳感器，如陰極射線管(CRT)等。
通過適當調整，可以使得面陣光敏(圖像)傳感器每個象素點得到波長的不同最大干涉強度光，因而本實施例可以比實施例一至四提高幾個量級的波長分辨率。
需要說明的是，本發明屬于一種組合發明，是一種在技術應用上具有創新性的發明，其中所涉及的透鏡、反射鏡、光柵和光敏(圖像)傳感器等，都屬于已有技術并且已有多種形式和應用。在此不對其細部特征再作敘述。
此外，這里以本發明的實施例為中心展開了詳細的說明，所描述的優選方式或某些特性的具體體現，應當理解為本說明書僅僅是通過給出實施例的方式來描述本發明，實際上在組成、構造和使用的某些細節上會有所變化，包括部件的組合和組配，這些變形和應用都應該屬于本發明的范圍內。
權利要求
1.一種高速頻域生物組織光干涉成像儀，包括光源、平面反射鏡、透鏡和傅立葉光譜儀，平面反射鏡和透鏡設置在同一光軸上，光源發出的入射光由透鏡的邊緣部位聚焦后照射到被測生物組織，然后利用平面反射鏡將生物組織的一次反射光導入無動鏡式傅立葉光譜儀，由傅立葉光譜儀輸出的光譜經過傅立葉變換后得到被測生物組織的圖像。
2.按權利要求1所述高速頻域生物組織光干涉成像儀，其特征在于，所述傅立葉光譜儀包括將導入的生物組織一次反射光分成兩束光束的分束鏡，在兩束光的光軸上分別設置兩個反射面，透射光經過設置在光軸上的反射面的反射后，由分束鏡后背反射面反射后到達陣列式光敏器件，反射光經過設置在光軸上的反射面的反射后，透過分束鏡，到達陣列式光敏器件。
3.按權利要求2所述高速頻域生物組織光干涉成像儀，其特征在于，所述傅立葉光譜儀的兩個反射面中的任意一個由平面反射鏡構成，另一個由閃爍光柵構成。
4.按權利要求2所述高速頻域生物組織光干涉成像儀，其特征在于，所述傅立葉光譜儀的兩個反射面分別由兩個反射鏡構成，兩個反射鏡中的任意一個與光軸垂直，而另一個的法線與光軸成大于0°且小于10°的微小角度。
5.按權利要求2所述高速頻域生物組織光干涉成像儀，其特征在于，所述傅立葉光譜儀的兩個反射面分別由兩個閃爍光柵構成。
6.按權利要求2-5任意一項所述高速頻域生物組織光干涉成像儀，其特征在于，其中的陣列式光敏器件為面陣CCD、面陣CMOS光敏圖像傳感器或陰極射線管圖像傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種適用生物組織的高速頻域光干涉成像儀，入射光由透鏡的邊緣部位聚焦后照射到被測生物組織，然后用平面反射鏡將組織的一次反射光導入無動鏡式傅立葉光譜儀，使大多數的一次反射光信號能量得到利用，無動鏡式傅立葉光譜儀也是最大限度地利用信號能量，最后由傅立葉光譜儀輸出的光譜可以變換得到組織的圖像。本發明的高速頻地域光干涉成像儀，不僅具有光通量大，信號利用率高的特點，而且還避免了傳統的基于傅立葉光譜儀的光干涉成像儀的最基本缺點需要高精度的運動機構、速度慢。
文檔編號A61B5/00GK1865946SQ20061001383
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月24日 優先權日2006年5月24日
發明者李剛, 張泰石, 林凌 申請人:天津大學