CN112147080A - 全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开全自动时分探测的自由空间型Mueller OCT成像***及成像方法,在参考臂中有四种不同偏振类型的光学通道:水平,垂直,45°线性偏振和右旋圆偏振。同时样品臂是使用软件程序控制精密旋转工作台旋转波片来实现这四种状态的偏振光。参考壁中也使用软件程序控制光学开关用于选择参考臂中的不同通道,每一路通道的偏振光分别返回与样品臂散射回来的偏振光进行干涉,从而实现了偏振信息的时分探测。同时重建样品的Mueller矩阵的16个元素图像,从而实现了完整偏振信息的采集。本发明实现了全自动的控制,能够快速进行图像采集,提高了采样速率。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学及光学领域,尤其是全自动时分探测的自由空间型 MuellerOCT成像***及成像方法。
背景技术
目前生物成像技术主要有:超声成像,X射线成像,磁共振扩散成像技术和光学相干层析成像技术。其中超声成像,X射线成像等方法对组织容易引起形变,并且会对组织结构发生损伤,对组织结构成像分辨率不高,无法观测组织中的微小结构,而新型的光学相干层析成像技术是具有无损伤、高分辨率等优点,能够对组织微结构进行完美的成像,特别是Mueller OCT成像***在传统OCT基础上发展来的一种新的偏振光学相干层析成像技术,它除了能提供传统OCT一样的样品结构信息还能获得样品的偏振信息,当线偏振光入射到待测样品后,由于样品本身改变了散射回来光的偏振性质,通过探测散射回来的光的偏振特性可以得到样品的偏振信息,而Mueller OCT成像***能够完整的获取样品的偏振信息。
目前常用的偏振OCT是运用琼斯矩阵来推导出Mueller 矩阵,用来描述生物组织的结构特征,但是这种方法不能完整的描述生物样品的偏振特性,于是对于搭建MuellerOCT***是十分必要的,而目前有的团队搭建的Mueller OCT***参考壁是运用一个可调节的旋转波片,手动调节其旋转波片的旋转角度来实现偏振态的改变,但是这种手动调节的方式,会使采集速率下降,极大的降低了实验效率,人工调节刻度会产生误差,从而使偏振态的变化产生一定的波动,导致采集到的数据有偏差,因此提出了全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***是有必要的,该***参考壁的四路光是独立的,分别是水平,垂直,45度线偏振光和右旋圆偏振光,每一路通道利用软件控制光开关的响应进行通道的选取,样品壁也是利用软件控制精密旋转工作台的旋转实现这四种偏振态,这样整个***实现了自动化,提高了采集速率。
因此对于上述问题存在的缺陷有必要提出全自动时分探测的自由空间型Mueller OCT成像***。
发明内容
本发明的目的在于提供全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***及成像方法,采用单一探测器,利用软件控制光开关实现了四路光通道的选择以提高了采集速率。
本发明采用的技术方案是:
全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其包括低相干宽带偏振光源和第一非偏振分束器,低相干宽带偏振光源入射第一非偏振分束器分成作为参考光的反射光和作为样品光的透射光,
参考光入射第二非偏振分束器,第二非偏振分束器的透射光路上设置第三非偏振分束器,第二非偏振分束器的反射光路上设置第四非偏分束振器,参考光经由第三非偏振分束器和设置第四非偏振分束器形成4路参考出射光,每路参考出射光上分别设置带有光开关的不同偏振光路结构,各自得到水平偏振、垂直偏振、45°线偏振和右旋圆偏振的参考光并经反射沿光路再次接入第一非偏振分束器;样品光依次通过第三四分之一波片、二分之一波片、三维扫描振镜和聚焦物镜投射至待测样品;第一非偏振分束器对应反射光的出射面的相对面设置光谱仪,光谱仪接收反射回来的偏振光,光谱仪连接计算机数据采集设备,计算机数据采集设备分别连接并控制每路偏振光路结构的光开关选择对应偏振的参考光;计算机数据采集设备连接并控制第三四分之一波片和二分之一波片所在的精密旋转工作台,计算机数据采集设备基于所选择的偏振参考光控制第三四分之一波片和二分之一波片的精密旋转工作台旋转,以得到与参考壁相同的样品偏振光。
进一步地,作为一种优选实施方式,:所述低相干宽带偏振光源通过第一准直镜入射第一非偏振分束器,光谱仪的接收端设置第二准直镜。
进一步地,作为一种优选实施方式,低相干宽带偏振光源连接保偏光钎并通过保偏光钎接入第一准直镜,光谱仪的接收端通过保偏光钎连接第二准直镜。
进一步地,作为一种优选实施方式,四路不同偏振的光路结构分别为水平偏振光路结构、垂直偏振光路结构、45°线偏振光路结构和右旋圆偏振光路结构;
水平偏振的光路结构设在第三非偏振分束器的透射光路上,水平偏振的光路结构包括沿光路依次设置的第一光阑、第一光开关和第一反射镜;
垂直偏振光路结构设在第三非偏振分束器的反射光路上,垂直偏振光路结构包括沿光路依次设置的第二光阑、第二光开关、第一四分之一波片和第二反射镜;
45°线偏振光路结构设在第四非偏振分束器的反射光路上,垂直偏振光路结构包括沿光路依次设置的第三光阑、第三光开关、第二四分之一波片和第三反射镜;
右旋圆偏振光路结构设在第四非偏振分束器的透射光路上,垂直偏振光路结构包括沿光路依次设置的第四光阑、第四光开关、八分之一波片和第四反射镜。
进一步地,作为一种优选实施方式,低相干宽带偏振光源采用超辐射发光二极管或扫频宽带光源。
进一步地,作为一种优选实施方式,超辐射发光二极管或扫频宽带光源波长是1310nm。
进一步地,作为一种优选实施方式,低相干宽带偏振光源的带宽范围为几十纳米到几百纳米。
进一步地,作为一种优选实施方式,第一非偏振分束器、第二非偏振分束器、第三非偏振分束器和第四非偏振分束器分光比为50:50适用波长范围为1100nm~1600nm的分束器。
进一步地,作为一种优选实施方式,光谱仪是迈克尔逊干涉仪或者是马赫曾德干涉仪。
进一步地,本发明还公开了全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***的成像方法,其特征在于:成像方法包括以下步骤:
(1)低相干宽带偏振光源发出的光经过保偏光纤连接第一准直镜,并经第一非偏振分束器分为参考光和样品光。
(2)参考光依次通过第二非偏振分束器、第三非偏振分束器和第四非偏振分束器分成四路参考光,经过反射镜返回的四路参考光分别为四种不同类型的偏振光分别为:水平、垂直、45°线偏振光和右旋圆偏振光;
(3)经过调整使四路参考光的光程和样品壁的光程相等,样品光经过四分之一波片和二分之一波片投射至待测样品,利用精密旋转工作台快速旋转四分之一波片和二分之一波片使得调整出和参考壁相同的四种偏振光,样品光经过样品内部反射后携带的偏振信息耦合进光谱仪与参考壁四路光进行干涉;
(4)四路参考光与样品光干涉后分别带有水平、垂直、45°和右旋圆的偏振信息,参考壁利用光开关进行四路光通道的分时探测,分别与样品壁的四路光进行干涉,光谱仪记录的干涉光谱信号通过视频采集卡采集后输送给计算机进行数据处理,经过数据重建得到样品的Mueller 矩阵16元信息,即样品完整的偏振特征图像。
本发明能够完整的呈现出样品的偏振信息,能够通过自动控制快速的对不同极化状态的16个OCT图像数据进行快速采集,用于计算Mueller矩阵,同时也提高了样品的采集速率,Mueller OCT成像***是一种无损伤,高分辨率的一种偏振光学相干层析成像技术。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明;
图1为本发明全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***的结构示意图;
标号说明:
1-低相干宽带偏振光源;2-第一准直镜;3-第一非偏振分束器;4-第二非偏振分束器;5-第三非偏振分束器;6-第一光阑;7-第一光开关;8-第一反射镜;9-第二光阑;10-第二光开关;11-第一四分之一波片;12-第二反射镜;13-第四非偏振分束器;14-第三光阑;15-第三光开关;16-第二四分之一波片;17-第三反射镜; 18-第四光阑;19-第四光开关;20-八分之一波片;21-第四反射镜;22-第三四分之一波片;23-二分之一波片;24-三维扫描振镜;25-聚焦物镜;26-待测样品;27-第二准直镜;28-光谱仪;29-计算机数据采集设备。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示,本发明公开了全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其包括:低相干宽带偏振光源1、第一准直镜2、第一非偏振分束器3、第二非偏振分束器4、第三非偏振分束器5、第一光阑6、第一光开关7、第一反射镜8、第二光阑9、第二光开关10、第一四分之一波片11、第二反射镜12、第四非偏振分束器13、第三光阑14、第三光开关15、第二四分之一波片16、第三反射镜17、第四光阑18、第四光开关19、八分之一波片20、第四反射镜21、第三四分之一波片22、二分之一波片23、三维扫描振镜24、聚焦物镜25、待测样品26、第二准直镜27、光谱仪28、计算机数据采集设备29,所述低相干宽带偏振光源连接保偏光钎,所述保偏光纤分别连接第一准直镜、第二准直镜、光谱仪,所述第一准直镜连接第一非偏振分束器,所述第一非偏振分束器分别连接第二非偏振分束器,所述第二非偏振分束器分别连接第三非偏振分束器和第四非偏振分束器,所述第三非偏振分束器分别连接第一光阑、第一光开关、第一反射镜、第二光阑、第二光开关、第一四分之一波片、第二反射镜,所述第四非偏振分束器分别连接第三光阑、第三光开关、第二四分之一波片、第三反射镜、第四光阑、第四光开关、八分之一波片、第四反射镜,所述第二准直镜依次通过第三四分之一波片、二分之一波片、三维扫描振镜和聚焦物镜连接待测样品,所述光谱仪连接计算机数据采集设备。
进一步的,所述低相干宽带偏振光源采用超辐射发光二极管或扫频宽带光源。
进一步的,所述超辐射发光二极管或扫频宽带光源波长是1310nm。
进一步的,所述低相干宽带偏振光源的带宽范围为几十纳米到几百纳米。
进一步的,所述第一非偏振分束器、第二非偏振分束器、第三非偏振分束器和第四非偏振分束器分光比为50:50适用波长范围为1100nm~1600nm的分束器。
进一步的,所述光谱仪是迈克尔逊干涉仪或者是马赫曾德干涉仪。
全自动时分探测的光纤型Mueller OCT成像***,其特征在于:其工作流程为:(1)低相干宽带偏振光源发出的光经过保偏光纤连接第一准直镜,并经过第一非偏振分束器分为参考光和样品光。(2)参考光依次通过第二非偏振分束器、第三非偏振分束器和第四非偏振分束器分成四路参考光,经过反射镜返回来的四路参考光分别为四种不同类型的偏振光分别为:水平、垂直、45°线偏振光和右旋圆偏振光。(3)经过调整使四路参考光的光程和样品壁的光程相等,样品光经过四分之一波片和二分之一波片利用精密旋转工作台的旋转快速调整出和参考壁相同的四种偏振光,样品光经过样品内部反射后携带的偏振信息耦合进迈克尔逊干涉仪与参考壁四路光进行干涉。(4)四路参考光与样品光干涉后分别带有水平、垂直、45°和右旋圆的偏振信息,参考壁利用光开关进行四路光通道的分时探测,分别与样品壁的四路光进行干涉,光谱仪记录的干涉光谱信号通过视频采集卡采集后输送给计算机进行数据处理,经过数据重建得到样品的Mueller 矩阵16元信息,即样品完整的偏振特征图像
本发明能够完整的呈现出样品的偏振信息,能够通过自动控制快速的对不同极化状态的16个OCT图像数据进行快速采集,用来计算Mueller矩阵,提高了采集速率,Mueller OCT成像***是一种无损伤,高分辨率的一种偏振光学相干层析成像技术。
显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:其包括低相干宽带偏振光源和第一非偏振分束器,低相干宽带偏振光源入射第一非偏振分束器分成作为参考光的反射光和作为样品光的透射光,
参考光入射第二非偏振分束器,第二非偏振分束器的透射光路上设置第三非偏振器,第二非偏振分束器的反射光路上设置第四非偏振分束器,参考光经由第三非偏振分束器和设置第四非偏振分束器形成4路参考出射光,每路参考出射光上分别设置带有光开关的不同偏振光路结构,各自得到水平偏振、垂直偏振、45°线偏振和右旋圆偏振的参考光并经反射沿光路再次接入第一非偏振分束器;样品光依次通过第三四分之一波片、二分之一波片、三维扫描振镜和聚焦物镜投射至待测样品;第一非偏振分束器对应反射光的出射面的相对面设置光谱仪,光谱仪接收反射回来的偏振光,光谱仪连接计算机数据采集设备,计算机数据采集设备分别连接并控制每路偏振光路结构的光开关选择对应偏振的参考光;计算机数据采集设备连接并控制第三四分之一波片和二分之一波片所在的精密旋转工作台,计算机数据采集设备基于所选择的偏振参考光控制第三四分之一波片和二分之一波片的精密旋转工作台旋转,以得到与参考壁相同的样品偏振光。
2.根据权利要求1所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:所述低相干宽带偏振光源通过第一准直镜入射第一非偏振分束器,光谱仪的接收端设置第二准直镜。
3.根据权利要求2所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:低相干宽带偏振光源连接保偏光钎并通过保偏光钎接入第一准直镜,光谱仪的接收端通过保偏光钎连接第二准直镜。
4.根据权利要求1所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:四路不同偏振的光路结构分别为水平偏振光路结构、垂直偏振光路结构、45°线偏振光路结构和右旋圆偏振光路结构;
水平偏振的光路结构设在第三非偏振分束器的透射光路上,水平偏振的光路结构包括沿光路依次设置的第一光阑、第一光开关和第一反射镜;
垂直偏振光路结构设在第三非偏振分束器的反射光路上,垂直偏振光路结构包括沿光路依次设置的第二光阑、第二光开关、第一四分之一波片和第二反射镜;
45°线偏振光路结构设在第四非偏振分束器的反射光路上,垂直偏振光路结构包括沿光路依次设置的第三光阑、第三光开关、第二四分之一波片和第三反射镜;
右旋圆偏振光路结构设在第四非偏振分束器的透射光路上,垂直偏振光路结构包括沿光路依次设置的第四光阑、第四光开关、八分之一波片和第四反射镜。
5.根据权利要求1所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:所述低相干宽带偏振光源采用超辐射发光二极管或扫频宽带光源。
6.根据权利要求5所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:超辐射发光二极管或扫频宽带光源波长是1310nm。
7.根据权利要求1所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:低相干宽带偏振光源的带宽范围为几十纳米到几百纳米。
8.根据权利要求1所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:第一非偏振分束器、第二非偏振分束器、第三非偏振分束器和第四非偏振分束器分光比为50:50适用波长范围为1100nm~1600nm的分束器。
9.根据权利要求1所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***,其特征在于:光谱仪是迈克尔逊干涉仪或者是马赫曾德干涉仪。
10.权利要求1至9任一所述的全自动时分探测的自由空间型 Mueller OCT成像***的成像方法,其特征在于:成像方法包括以下步骤:
(1)低相干宽带偏振光源发出的光经过保偏光纤连接第一准直镜,并经第一非偏振分束器分为参考光和样品光;
(2)参考光依次通过第二非偏振分束器、第三非偏振分束器和第四非偏振分束器分成四路参考光,经过反射镜返回的四路参考光分别为四种不同类型的偏振光分别为:水平、垂直、45°线偏振光和右旋圆偏振光;
(3)经过调整使四路参考光的光程和样品壁的光程相等,样品光经过四分之一波片和二分之一波片投射至待测样品,利用精密旋转工作台快速旋转四分之一波片和二分之一波片使得调整出和参考壁相同的四种偏振光,样品光经过样品内部反射后携带的偏振信息耦合进光谱仪与参考壁四路光进行干涉;
(4)四路参考光与样品光干涉后分别带有水平、垂直、45°和右旋圆的偏振信息,参考壁利用光开关进行四路光通道的分时探测,分别与样品壁的四路光进行干涉,光谱仪记录的干涉光谱信号通过视频采集卡采集后输送给计算机进行数据处理,经过数据重建得到样品的Mueller 矩阵16元信息,即样品完整的偏振特征图像。
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