正向切片光学相干断层成像系统的信号提取方法
发布时间：2021-06-26 21:39
光学相干断层成像（OCT）技术因非入侵、非接触特点和断层成像能力,在眼科、血管内窥等临床医学与药物学中有广泛应用。OCT发展至今,根据成像方向的优先次序,产生了两类技术分支。一类是沿光束入射方向逐线（A-line）扫描的标准型OCT,可生成基于纵向断面扫描（B scan）的图像,常用于眼底组织的层析成像;另一类en-face OCT,也叫正向切片OCT,可在与入射光垂直的方向上生成样品层的横向切片图像,且以显微成像方式来显示生物组织的精细结构,大大丰富了OCT的图像采集与呈现方式。en-face OCT系统可采用不同的信号采集方式,在对其分析和归纳的基础上,对该技术的主要发展方向作了展望。
【文章来源】：光学学报. 2020,40(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
不同结构的时域OCM[3]。
鉴于此,采用基于单次曝光的复振幅信号提取法,可加快FFOCT的信号采集时间,同时减少色散。在已报道的单次曝光FFOCT系统中,有的通过引入偏振元件产生相移[22];有的是基于微电机系统(MEMS)的微镜阵列或基于移动光栅[23];有的是利用分光分束镜反射面,在反射光与透射光之间同步产生(不需移动任何元件)相移量π[24],如图5所示,该方案采用马赫-曾德尔干涉系统,在单次曝光条件下使用同步移相法记录干涉图,再用希尔伯特变换对干涉图进行相位和振幅信号的提取。在图5所示系统中,宽带光源(LS)经准直镜(CO)后成为平行光,平行光被非偏振分束镜(BS)分为参考光和物光,并分别入射到参考镜(RM)和散射组织样品(S)的表面。样品在PZT作用下,可沿光轴平移并进行纵向扫描。图5虚线框内元件的作用类似标准扫频OCT的平衡探测器,最后一个分束镜的反射面使得透射光和反射光之间产生π的相移量。干涉光被反射镜(M)和反射棱镜(MP)反射到相机中,相机左半部和右半部同步采集两帧振幅相同、但相位差为π的干涉强度信号图。左右两帧图像彼此相减,即可提取差分交流信号,去除背景光,获得的交流信号为2I1cosΔ?,其中2I1是交流项的振幅系数,Δ?是相干物光和参考光的相位差。最后使用基于解析信号理论的希尔伯特变换来解调交流信号,提取物光信号的振幅和相位。
与典型的基于纵向A-line扫描的OCT系统不同,en-face OCT优先对样品横向截面进行成像[2],如图1所示。前者视场中的图像类似于超声成像,清晰的分层结构信息沿x-z方向(即纵向)被清晰呈现;后者视场中的x-y方向(即横向)图像类似于显微成像,对应特定样品层的结构信息沿横向被呈现。OCT所用光源,无论是飞秒激光、超连续发光二极管(SLD)、发光二极管(LED)还是扫频激光,所包含的光谱范围都较宽。时域OCT的宽光谱光源是非单色的。“光是非单色的”与“波列长度有限”是光源同一性质的不同表述。波列也称光学波包,是一种对不同频率光波叠加后在时域形成的包络的形象化描述。无限长的波列对应单色光,实际的波列都是有限长的。激光是准单色光,常见白光(比如日光)的波列长度约为几个微米[6]。频域(傅里叶域)OCT利用宽光谱光源或单色性较好的扫频光源,对测量出的多波长谱域干涉信号进行傅里叶逆变换并将结果映射到空域,进而得到OCT的层析图像。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于发光二极管的弱相干光数字全息理论与实验研究[J]. 秦怡,钟金钢. 光学学报. 2010(08)
[2]全场光学相干层析成像系统的研制[J]. 杨亚良,丁志华,王凯,吴凌,吴兰. 物理学报. 2009(03)
[3]基于快速扫描延迟线相位调制的光纤型光学相干层析系统[J]. 王玲,丁志华,史国华,张雨东,朱瑛,黄刚,何梓昂. 中国激光. 2008(03)
本文编号：3252134
【文章来源】：光学学报. 2020,40(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：17 页
【部分图文】：
不同结构的时域OCM[3]。
鉴于此,采用基于单次曝光的复振幅信号提取法,可加快FFOCT的信号采集时间,同时减少色散。在已报道的单次曝光FFOCT系统中,有的通过引入偏振元件产生相移[22];有的是基于微电机系统(MEMS)的微镜阵列或基于移动光栅[23];有的是利用分光分束镜反射面,在反射光与透射光之间同步产生(不需移动任何元件)相移量π[24],如图5所示,该方案采用马赫-曾德尔干涉系统,在单次曝光条件下使用同步移相法记录干涉图,再用希尔伯特变换对干涉图进行相位和振幅信号的提取。在图5所示系统中,宽带光源(LS)经准直镜(CO)后成为平行光,平行光被非偏振分束镜(BS)分为参考光和物光,并分别入射到参考镜(RM)和散射组织样品(S)的表面。样品在PZT作用下,可沿光轴平移并进行纵向扫描。图5虚线框内元件的作用类似标准扫频OCT的平衡探测器,最后一个分束镜的反射面使得透射光和反射光之间产生π的相移量。干涉光被反射镜(M)和反射棱镜(MP)反射到相机中,相机左半部和右半部同步采集两帧振幅相同、但相位差为π的干涉强度信号图。左右两帧图像彼此相减,即可提取差分交流信号,去除背景光,获得的交流信号为2I1cosΔ?,其中2I1是交流项的振幅系数,Δ?是相干物光和参考光的相位差。最后使用基于解析信号理论的希尔伯特变换来解调交流信号,提取物光信号的振幅和相位。
与典型的基于纵向A-line扫描的OCT系统不同,en-face OCT优先对样品横向截面进行成像[2],如图1所示。前者视场中的图像类似于超声成像,清晰的分层结构信息沿x-z方向(即纵向)被清晰呈现;后者视场中的x-y方向(即横向)图像类似于显微成像,对应特定样品层的结构信息沿横向被呈现。OCT所用光源,无论是飞秒激光、超连续发光二极管(SLD)、发光二极管(LED)还是扫频激光,所包含的光谱范围都较宽。时域OCT的宽光谱光源是非单色的。“光是非单色的”与“波列长度有限”是光源同一性质的不同表述。波列也称光学波包,是一种对不同频率光波叠加后在时域形成的包络的形象化描述。无限长的波列对应单色光,实际的波列都是有限长的。激光是准单色光,常见白光(比如日光)的波列长度约为几个微米[6]。频域(傅里叶域)OCT利用宽光谱光源或单色性较好的扫频光源,对测量出的多波长谱域干涉信号进行傅里叶逆变换并将结果映射到空域,进而得到OCT的层析图像。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于发光二极管的弱相干光数字全息理论与实验研究[J]. 秦怡,钟金钢. 光学学报. 2010(08)
[2]全场光学相干层析成像系统的研制[J]. 杨亚良,丁志华,王凯,吴凌,吴兰. 物理学报. 2009(03)
[3]基于快速扫描延迟线相位调制的光纤型光学相干层析系统[J]. 王玲,丁志华,史国华,张雨东,朱瑛,黄刚,何梓昂. 中国激光. 2008(03)
本文编号：3252134
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