一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统

技术领域

本发明是一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统，属于生物医学的三维显微成像技术领域。

背景技术

光谱光学相干层析成像（Spectral Optical Coherence Tomography，SOCT）是一种通过采集干涉光谱并通过傅里叶变换就能够重建出深度方向的图像的三维层析成像技术。与其他医学影像方法相比，OCT技术具有分辨率高、非接触、无创测量、成本低、系统简单等优势。OCT系统的核心原件为宽带照明光源，迈克尔逊干涉仪以及光谱仪。然而传统的光谱光学相干层析成像技术没有成像特色和优势并且有着分辨率和成像效率低的局限性，所以，为了应用在检测血液内血氧浓度领域并且避免上述缺陷，提出了一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像技术。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统，以克服传统的光谱光学相干层析成像技术没有成像特色和优势并且有着分辨率和成像效率低的局限性。

本发明专利解决其技术问题的解决方案是：

一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统，包括：光源光路、参考臂光路、样品臂光路、光谱仪光路、分束器，分束器的第一面与光源光路相通，分束器的第二面与参考臂光路相通，分束器的第三面与样品臂光路相通，分束器的第四面与光谱仪光路相通。

进一步地，所述光源光路包括：宽带光源，光谱滤波器、光线扩束透镜组、柱面镜，所述宽带光源的波长范围为500～600nm，所述宽带光源发出的光首先经过光谱滤波器将光谱波长范围过滤通过100 nm，其次再经过扩束透镜组进行光斑扩束，最后再经过柱面镜聚焦并打向分束器的第一面。

进一步地，所述参考臂光路包括：中性密度滤波片、显微物镜、平面镜，光线经过所述分束器后由分束器分为两束，其中一束光由所述分束器的第二面射出，首先经过中性密度滤波片调节光线功率，其次再射向显微物镜，经过显微物镜聚焦后射向平面镜；光线打到平面镜之后，再由平面镜反射回去，射回所述分束器的第二面。

进一步地，所述样品臂光路包括：扫描振镜、显微物镜、待成像物体，光线经过所述分束器后由分束器分为两束，另一束光由分束器第三面射出，射向扫描振镜，经扫描振镜反射之后再射向显微物镜，经过显微物镜聚焦后射向待成像物体，通过扫描振镜的旋转将光线射出不同的角度，从而实现对样品的扫描成像；光线在打到待成像物体之后，在物体内部散射，并且一部分光线被物体吸收，剩下的一部分光线则被物体反射回去，射回分束器的第三面。

进一步地，所述光谱仪光路包括：反射镜、光线缩束透镜组、透射光栅，透镜，二维感光阵列，被参考镜和样品反射回来的光线被分束器聚合由分束器的第四面射出，射向反射镜，反射镜反射后的光线在经过缩束透镜组的光斑缩束之后，再射向光栅，不同波长的光线在经过光栅之后被分离开来，各束被分离开来的光线再打向透镜，光线通过透镜之后发生聚焦，聚焦之后则在二维感光阵列上呈现出一块彩色分布的二维图像。

用上述的一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统进行一块彩色分布的二维图像在水平平面上的成像的方法，该方法为：在水平平面上，光线穿过柱面镜保持平行并入射进分束器，在从分束器射出之后便打向扫描振镜，之后从扫描振镜反射出来，照射到显微物镜上，最终经显微物镜聚焦于样品平面，从样品面反射后，光线在样品臂中原路返回，在穿过显微物镜之后，经过传输平行打向光线缩束透镜组，然后光线平行射向光栅，光线束内不同波长的光线在透射穿过光栅之后打向不同的角度，再各自经过透镜聚焦，最终光线都打在二维感光阵列的水平方向的像素上，在横向上呈现出一条斑斓的彩虹线，此条彩虹线即为在任意像素点x上的光谱分布，所得光谱，通过色散补偿并且利用逆傅里叶变换计算出z轴的反射率信息。

用上述的一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统进行一块彩色分布的二维图像在竖直平面上的成像的方法，该方法为：在竖直平面上，光线穿过柱面镜之后聚焦于分束器上，之后经分束器和多次反射，发散照射到显微物镜上，穿过显微物镜后，平行照射到样品平面上；从样品面反射后，光线在样品臂中原路返回，在穿过显微物镜之后，经过传输发散式打向光线缩束透镜组，同样光线垂直发散照射到光栅上，穿过光栅之后打向透镜，经过透镜汇聚，最终光线在二维阵列的垂直方向上呈现一条线斑，该线斑记录了x方向上的物体反射信息；结合横向光谱信息，获取样品的切面（x和z方向）反射信息。

本发明专利有益效果是：

1.本发明专利中的微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统使用了可见光波段的光，利用此波段的光可以对血液内血氧浓度进行检测。

2.本发明用线聚焦的方式代替了传统点聚焦的方式照明，用二维感光阵列代替了一维线阵相机，可以一次性成像获取待成像物体的由x和z向构成的切面图，然后只需要y向的单向扫描,便可以获取待成像物体的三维结构分布，提高了成像效率。

3.本发明在样品臂和参考臂分别采用了一个显微物镜，这样可以获取由x和z向构成的切面图的微米分辨率下的成像细节，有助于分析切面内很多个血管切面的动态过程，尤其是血液内的血红细胞的空时流动情况。

4. 本发明的样品臂光路和参考臂光路是一模一样的，其有效降低两条光路的色散差异；并且，本系统是线性聚焦成像，相同的光路可以确保两束光的空间一致性，最后形成的干涉条纹可以实现高分辨率下的二维切面成像。

附图说明

图1为本发明的实施例一的结构示意图。

图2为本发明的实施例二的结构示意图。

图3为本发明的实施例三的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

参考图1，一种微米级线式聚焦扫描显微光谱光学相干层析成像系统，包括：光源光路，参考臂光路、样品臂光路、光谱仪光路。所述光源光路包括：宽带光源110，光谱滤波器120、光线扩束透镜组（130、140）、柱面镜150、分束器的第一面160。所述宽带光源波长范围为500~600nm。在光源光路中，所述宽带光源110发出的光先后通过仪器的顺序依次为光谱滤波器120，光线扩束透镜组（130、140）、柱面镜150、分束器的第一面160。

参考臂光路包括：分束器的第二面210，中性密度滤波片220、显微物镜230、平面镜240。所述分束器的第二面210射出的光先后通过仪器的顺序依次为中性密度滤波片220、显微物镜230、平面镜240。

样品臂光路包括：分束器的第三面310，扫描振镜320、显微物镜330、待测物体340。所述分束器的第三面310射出的光先后通过仪器的顺序依次为扫描振镜320、显微物镜330、待测物体340。

光谱仪光路包括：分束器的第四面410，反射镜420、光线收束透镜组（430、440）、透射光栅450，透镜460，二维显示阵列470。所述分束器的第四面面410射出的光先后通过仪器的顺序依次为反射镜420、光线收束透镜组（430、440）、透射光栅450，透镜460，二维显示阵列470。

实施例二：

参考图2，此为二维感光阵列上呈现出的一块彩色分布的二维图像在水平平面上的成像原理性光路，包括：柱面镜150、分束器160、显微物镜330、光线收束透镜组（430、440）、光栅450、透镜460、二维感光阵列470。所述柱面镜150组射出的光先后通过仪器的顺序依次为柱面镜150、分束器160、显微物镜330、显微物镜330、光线收束透镜组（430、440）、光栅450、透镜460、二维感光阵列470。在水平平面上，光线穿过柱面镜保持平行并入射进分束器，在从分束器射出之后便打向扫描振镜，之后从扫描振镜反射出来，照射到显微物镜上，最终经显微物镜聚焦于样品平面，从样品面反射后，光线在样品臂中原路返回，在穿过显微物镜之后，经过传输平行打向光线缩束透镜组，然后光线平行射向光栅，光线束内不同波长的光线在透射穿过光栅之后打向不同的角度，再各自经过透镜聚焦，最终光线都打在二维感光阵列的水平方向的像素上，在横向上呈现出一条斑斓的彩虹线，此条彩虹线即为在任意像素点x上的光谱分布，所得光谱，通过色散补偿并且利用逆傅里叶变换计算出z轴的反射率信息。

实施例三:

参考图3，此为二维感光阵列上呈现出的一块彩色分布的二维图像在竖直平面上的成像原理性光路，包括：柱面镜150、分束器160、显微物镜330、光线收束透镜组（430、440）、光栅450、透镜460、二维感光阵列470。所述柱面镜150组射出的光先后通过仪器的顺序依次为柱面镜150、分束器160、显微物镜330、显微物镜330、光线收束透镜组（430、440）、光栅450、透镜460、二维感光阵列470。在竖直平面上，光线穿过柱面镜之后聚焦于分束器上，之后经分束器和多次反射，发散照射到显微物镜上，穿过显微物镜后，平行照射到样品平面上；从样品面反射后，光线在样品臂中原路返回，在穿过显微物镜之后，经过传输发散式打向光线缩束透镜组，同样光线垂直发散照射到光栅上，穿过光栅之后打向透镜，经过透镜汇聚，最终光线在二维阵列的垂直方向上呈现一条线斑，该线斑记录了x方向上的物体反射信息；结合横向光谱信息，获取样品的切面（x和z方向）反射信息。

需要说明的是，虽然以上对本发明的实施方式做了具体的说明，但非对其进行限制，不能理解为限制了本发明专利的范围。对于本领域的技术人员，在不违背本发明专利构思及精神的前提下而做出的种种的同等变形或替换以及其他实施方式都在本发明专利保护范围之中。