CN105147250B - 一种便携式光学相干层析成像仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种便携式光学相干层析成像仪，包括可发出具有不同波长的单束光的宽带光源、使单束光通过后形成线性光束的狭缝、将该线性光束分离成参考光束与测量光束的分束镜，参考光束与测量光束分别经参考反射镜、物镜反射或散射后在分束镜上形成干涉光束，该干涉光束经光栅后被色散形成具有不同波长的出射光，出射光经便携式或可穿戴的智能设备后即可得到待测对象的二维断层图。该成像仪采用了便携式或可穿戴的智能设备代替了现有的光谱仪，其可实现随身携带、随时诊断、操作方便且及价格便宜，有利于广泛使用，且易于实现远程医疗和大数据分析。

Description

一种便携式光学相干层析成像仪

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别涉及一种便携式光学相干层析成像仪。

背景技术

光学相干层析成像（OCT）是一种新兴的光学成像技术。它以非侵入性的方式、极高的速度形成高分辨率的生物组织剖面图。该技术自1991年问世以来，为临床诊断及医疗研究带来了显著的影响。在过去的10年中，每年都有超过2000万名患者成为OCT成像技术的受益者。然而现有OCT设备造价昂贵（约合60-80万人民币/台），个人无法承担设备费用，严重阻碍了这种有效诊断技术的普及；而且，现有OCT设备体积、重量较大，无法实现随身携带，也在一定程度上影响其更为广泛的应用。

而目前，一个典型的SD-OCT设备，参见图1所示，包括以下组成部分：光源110；干涉仪120；参考臂130；光谱仪140；样品臂150。干涉仪通常有4个接口，分别连接光源、参考臂、光谱仪、样品臂四个部分。宽带光源的输出光通过进入干涉仪后分成两个部分，一部分经干涉仪到达样品臂，另一部分到达参考臂。到达样品臂的光经样品散射后原路返回干涉仪；同样，到达参考臂的光经过参考反射镜反射后按原路返回干涉仪。回到干涉仪的两束光在干涉仪处发生干涉，部分干涉光经干涉仪到达光谱仪，光谱仪接受到干涉光后将其转换为电信号。计算机从光谱仪读取包含光谱干涉信号的光谱仪输出数据，通过光谱域线性校正和反傅立叶变化后得到样品的断面图像。在所有组件当中，光谱仪和计算机最为复杂、昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种价格便宜、携带方便、可随时诊断的便携式光学相干层析成像仪。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种便携式光学相干层析成像仪，包括：

宽带光源，可发出具有不同波长的单束光；该宽带光源能发出波长为l1、l2、……、ln的单束光；

狭缝，位于所述宽带光源出光路径上，所述单束光经所述狭缝后形成线性光束；

分束镜，位于所述线性光束出光路径上，将所述线性光束分离成被导向参考反射镜的参考光束、被导向待测对象的测量光束；

准直透镜，位于所述狭缝与所述分束镜间，使经所述狭缝后形成的所述线性光束准直；

物镜，位于所述分束镜与所述待测对象间，使所述测量光束准直地集中在所述待测对象上；

光栅，所述参考光束、所述测量光束分别经所述参考反射镜、所述物镜反射或散射后在所述分束镜中合光形成干涉光束，所述光栅位于所述干涉光束的出光路径上，所述干涉光束经所述光栅后发生色散，形成具有不同波长的出射光；

便携式或可穿戴的智能设备，所述智能设备包括相机透镜、相机、摄像头，所述出射光入射通过所述相机透镜聚焦后分别到达所述相机的光敏面上形成不同的线焦点，所述摄像头探测到所述相机输出的不同像素信号后经傅里叶变换得到所述待测对象的二维断层图。

优选地，所述光源为LED宽带光源。

优选地，所述的智能设备为手机或平板电脑。

进一步优选地，所述出射光中具有与所述宽带光源波长相同的中心波长光束，所述相机透镜、所述相机的中心点均位于所述出射光的出光路径上，通过计算所述光栅出射光的出射角来调整所述相机、所述相机透镜与所述光栅间的位置，所述光栅出射光的出射角满足：

关系式：nλ=d(sinθ+sinθ’)；

其中λ是所述中心波长光束的波长，即为所述宽带光源的中心波长；n是光栅衍射级；d是光栅常数；θ是光栅入射角，即为所述干涉光束与所述光栅法线间的夹角；θ’是光栅出射角，即为所述出射光与所述光栅法线间的夹角。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的便携式光学相干层析成像仪，通过在干涉光束的出光路径上设置光栅及便携式智能设备，其携带方便，可随时进行诊断，且其与现有的光谱仪相比，价格更低，且易于实现远程医疗和大数据分析。

附图说明

附图1为现有技术中的SD-OCT设备的结构示意图；

附图2为本发明所述的一种便携式光学相干层析成像仪的结构示意图；

其中：110、光源；120、干涉仪；130参考臂；140、光谱仪；150、样品臂；

1、宽带光源（LED宽带光源）；2、狭缝；3、准直透镜；4、分束镜；5、参考反射镜；6、物镜；7、待测对象；8、光栅；9、智能设备；91、相机透镜；92、相机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图2所示，一种便携式光学相干层析成像仪，包括宽带光源1，该宽带光源1可发出具有不同波长的单束光；狭缝2，位于宽带光源1的出光路径上，该单束光经过该狭缝2后形成线性光束；分束镜4，位于线性光束的出光路径上，将该线性光束分离成被导向参考反射镜5的参考光束、被导向待测对象7的测量光束；准直透镜3，位于狭缝2与分束镜4间，使经狭缝2后形成的线性光束准直；物镜6，位于分束镜4与待测对象7间，使测量光束准直地集中在待测对象7上；光栅8，该参考光束、测量光束分别经参考反射镜5、物镜6发射或散射后在分束镜4中合光形成干涉光束，该光栅8位于干涉光束的出光路径上，该干涉光束经该光栅8后发生色散，形成具有不同波长出射光，而后通过便携式或可穿戴的智能设备9进行检测。在这里，该宽带光源1为LED宽带光源1，使用LED宽带光源1与点光源相比具有造价低、体积小、功耗低的优点，LED宽带光源1本身所发出的光束较为发散，经狭缝2后形成线性光束，需通过增加准直透镜3才能变成一条方向性很强的近似准直光束。

在这里，该成像仪的检测机构为便携式或可穿戴的智能设备9，在本实施例中，该智能设备9为手机，也可以是平板电脑。该智能设备9包括相机透镜91、相机92、摄像头，出射光入射通过该相机透镜91聚焦后分别到达该相机92的光敏面上形成不同的线焦点，摄像头探测到该相机92输出的不同的像素信号后经傅里叶变换得到待测对象7的二维断层图。而如果是采用了手机作为智能设备9，则通过手机应用显示到手机屏幕上。在这里，通过该智能设备9替代了现有技术中的光谱仪，其价格便宜、结构简单、便于携带、操作方便，易于实现远程医疗和大数据分析。

在这里，该干涉光束经过光栅8色散后形成的具有不同波长的出射光中该出射光中具有与宽带光源1的中心波长相同的中心波长光束，该相机透镜91、相机92的中心均位于该出射光的出光路径上，通过计算光栅出射光的出射角来调整相机92、相机透镜91与光栅8间的位置，该光栅出射光的出射角满足：

关系式：nλ=d(sinθ+sinθ’)；

其中λ是中心波长光束的波长，即为宽带光源1的中心波长；n是光栅衍射级；d是光栅常数；θ是光栅入射角，即为干涉光束与光栅法线间的夹角；θ’是光栅出射角，即为出射光与光栅法线间的夹角。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种便携式光学相干层析成像仪，其特征在于，包括：

宽带光源，可发出具有不同波长的单束光；

狭缝，位于所述宽带光源出光路径上，所述单束光经所述狭缝后形成线性光束；

分束镜，位于所述线性光束出光路径上，将所述线性光束分离成被导向参考反射镜的参考光束、被导向待测对象的测量光束；

准直透镜，位于所述狭缝与所述分束镜间，使经所述狭缝后形成的所述线性光束准直；

物镜，位于所述分束镜与所述待测对象间，使所述测量光束准直地集中在所述待测对象上；

光栅，所述参考光束、所述测量光束分别经所述参考反射镜、所述物镜反射或散射后在所述分束镜中合光形成干涉光束，所述光栅位于所述干涉光束的出光路径上，所述干涉光束经所述光栅后发生色散，形成具有不同波长的出射光；

便携式或可穿戴的智能设备，所述智能设备包括相机透镜、相机、摄像头，所述出射光入射通过所述相机透镜聚焦后分别到达所述相机的光敏面上形成不同的线焦点，所述摄像头探测到所述相机输出的不同像素信号后经傅里叶变换得到所述待测对象的二维断层图；

所述出射光中具有与所述宽带光源波长相同的中心波长光束，所述相机透镜、所述相机的中心点均位于所述出射光的出光路径上，通过计算所述光栅出射光的出射角来调整所述相机、所述相机透镜与所述光栅间的位置，所述光栅出射光的出射角满足：

关系式：nλ=d(sinθ+sinθ’)；

其中λ是所述中心波长光束的波长，即为所述宽带光源的中心波长；n是光栅衍射级；d是光栅常数；θ是光栅入射角，即为所述干涉光束与所述光栅法线间的夹角；θ’是光栅出射角，即为所述出射光与所述光栅法线间的夹角。

2.根据权利要求1所述的便携式光学相干层析成像仪，其特征在于：所述光源为LED宽带光源。

3.根据权利要求1所述的便携式光学相干层析成像仪，其特征在于：所述的智能设备为手机或平板电脑。