CN112603255B - 一种可消除固有噪声的光学相干成像***及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的可消除固有噪声的光学相干成像***，包括光源（1）、沿所述光源（1）出射的光束传播方向设置的依次设置的光纤耦合器（2）、A扫描触发单元（3）、干涉仪（4）、第一准直透镜（5）、反射镜（6）、第二准直透镜（7）、二维振镜扫描单元（8）、聚焦透镜（9）、光纤起偏单元（10）、探测单元（11）、数据分析显示单元（12）及控制单元（13），本申请提供的可消除固有噪声的光学相干成像***，通过设置A扫描触发单元代替信号源中的A扫描触发信号以消除固有噪声，通过设置光纤起偏单元来构建偏振光成像结构，探测时不容易发生串扰，不易受到自然环境中的杂散光的干扰，大大提高了信号强度和信噪比，提高成像的准确性和手术的安全性。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种可消除固有噪声的光学相干成像***及成像方法。
背景技术
光学相干层析技术具有非接触、无辐射、高探测灵敏度、无损伤的特点，光学相干层析技术已经成为眼科手术中测量人眼结构的标准技术。而飞秒激光辅助眼科手术，是利用飞秒激光脉冲，光学相干层析技术高精度检测，计算机精密计算进行轨迹规划，将传统眼科手术的几个关键步骤自动化、智能化实现的一种眼科手术。术前、术中和术后需要精确扫描眼组织的位置及轮廓并成像显示给医生。
目前的技术方案中使用自然光进行测量，受到环境中杂散光的影响，容易引入成像误差，与高精度测量的目的相悖。当可消除固有噪声的光学相干成像***探测时容易发生串扰，易受到自然环境中的杂散光的干扰，大大降低了信号强度和信噪比，降低成像的准确性和手术的安全性。
发明内容
鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种可提高信号强度和信噪比，提高成像的准确性和手术的安全性的可消除固有噪声的光学相干成像***。
为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一种可消除固有噪声的光学相干成像***，包括光源（1）、沿所述光源（1）出射的光束传播方向设置的依次设置的光纤耦合器（2）、A扫描触发单元（3）、干涉仪（4）、第一准直透镜（5）、反射镜（6）、第二准直透镜（7）、二维振镜扫描单元（8）、聚焦透镜（9）、光纤起偏单元（10）、探测单元（11）、数据分析显示单元（12）及控制单元（13），所述A扫描触发单元（3）包括依次连接的光纤环形器（31）、光纤布拉格光栅（32）、光电探测器（33），其中：
所述光源（1）发出的扫描波长束经过所述光纤耦合器（2）分为第一光束及第二光束，所述第一光束进入所述A扫描触发单元（3），进入所述A扫描触发单元（3）的第一光束通过所述光纤布拉格光栅（32）产生稳定相位的A-scan触发信号，所述的光电探测器（33）检测所述稳定相位A-scan触发信号并传输至所述光纤环形器（31），所述光纤环形器（31）将稳定相位的A扫描触发信号传递回所述的光电探测器（33）；
所述第二光束进入所述干涉仪（4），所述干涉仪（4）将所述第二光束分为图像束和参考束；
所述参考束经所述第一准直透镜（5）传输至所述反射镜（6），经过所述反射镜（6）反射后再依次经过所述第一准直透镜（5）后进入所述干涉仪（4）；
所述图像束依次经所述第二准直透镜（7）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述聚焦透镜（9）后聚焦于眼睛处，并由所述眼睛处将所述图像束再依次由所述聚焦透镜（9）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述第二准直透镜（7）返回至所述干涉仪（4）；
在所述干涉仪（4）处的参考束和图像束进行相干产生相干光，所述相干光传输至所述的光纤起偏单元（10），所述光纤起偏单元（10）将所述相干光改变为偏振光再传输至所述探测单元（11），所述探测单元（11）将所述的偏振光进行检测并传输至所述的数据分析显示单元（12）生成图像信息并显示。
在其中一些实施例中，所述光纤起偏单元（10）为二向色性的偏振片。
在其中一些实施例中，所述探测单元（11）为探测器阵列、探测芯片和高速相机中的一种。
在其中一些实施例中，所述成像***的成像时间为0.01-0.1 秒。
在其中一些实施例中，所述成像***的帧率为 50-100 帧/秒。
在其中一些实施例中，所述成像***的成像深度为8mm。
在其中一些实施例中，所述成像***的成像分辨率为5μm。
另外，本申请还提供了一种所述的可消除固有噪声的光学相干成像***的成像方法，包括：
所述光源（1）发出的扫描波长束经过所述光纤耦合器（2）分为第一光束及第二光束；
所述第一光束进入所述A扫描触发单元（3），进入所述A扫描触发单元（3）的第一光束通过所述光纤布拉格光栅（32）产生稳定相位的A-scan触发信号，所述的光电探测器（33）检测所述稳定相位A-scan触发信号并传输至所述光纤环形器（31），所述光纤环形器（31）将稳定相位的A扫描触发信号传递回所述的光电探测器（33）；
所述第二光束进入所述干涉仪（4）；所述干涉仪（4）将所述第二光束分为图像束和参考束；
所述参考束经所述第一准直透镜（5）传输至所述反射镜（6），经过所述反射镜（6）反射后再依次经过所述第一准直透镜（5）后进入所述干涉仪（4）；
所述图像束依次经所述第二准直透镜（7）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述聚焦透镜（9）后聚焦于眼睛处，并由所述眼睛处将所述图像束再依次由所述聚焦透镜（9）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述第二准直透镜（7）返回至所述干涉仪（4）；
在所述干涉仪（4）处的参考束和图像束进行相干产生相干光，所述相干光传输至所述的光纤起偏单元（10），所述光纤起偏单元（10）将所述相干光改变为偏振光再传输至所述探测单元（11），所述探测单元（11）将所述的偏振光进行检测并传输至所述的数据分析显示单元（12）生成图像信息并显示。
本申请采用上述技术方案具备下述效果：
相较于现有技术，本申请提供的可消除固有噪声的光学相干成像***，包括光源（1）、沿所述光源（1）出射的光束传播方向设置的依次设置的光纤耦合器（2）、A扫描触发单元（3）、干涉仪（4）、第一准直透镜（5）、反射镜（6）、第二准直透镜（7）、二维振镜扫描单元（8）、聚焦透镜（9）、光纤起偏单元（10）、探测单元（11）、数据分析显示单元（12）及控制单元（13），本申请提供的可消除固有噪声的光学相干成像***，通过设置A扫描触发单元代替信号源中的A扫描触发信号以消除固有噪声，通过设置光纤起偏单元来构建偏振光成像结构，探测时不容易发生串扰，不易受到自然环境中的杂散光的干扰，大大提高了信号强度和信噪比，提高成像的准确性和手术的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的可消除固有噪声的光学相干成像***的结构图。
其中：1为光源、2为光束耦合器、3为A扫描触发器、31为光纤环形器、32为光纤布拉格光栅、33为光电探测器、4为干涉仪、5为第一准直透镜、6为反射镜、7为第二准直透镜、8为二维扫描单元、9为聚焦透镜、10为光纤起偏单元、11为探测单元、12为数据分析显示、13为控制单元、14为光纤传输线路、15为电信号传导通路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
请参阅图1，为本申请实施例1提供的可消除固有噪声的光学相干成像***的结构示意图，包括：光源（1）、沿所述光源（1）出射的光束传播方向设置的依次设置的光纤耦合器（2）、A扫描触发单元（3）、干涉仪（4）、第一准直透镜（5）、反射镜（6）、第二准直透镜（7）、二维振镜扫描单元（8）、聚焦透镜（9）、光纤起偏单元（10）、探测单元（11）、数据分析显示单元（12）及控制单元（13）。
在其中一些实施例中，所述光纤起偏单元（10）为二向色性的偏振片。
可以理解，偏振片用于从自然光中获得偏振光，偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向一致。使用偏振光成像不易受到环境中杂散光的影响，不易引入误差，大大提高了测量的信号强度和信噪比，提高了成像***的精确度。
在其中一些实施例中，所述探测单元（11）为探测器阵列、探测芯片和高速相机中的一种。所述A扫描触发单元（3）包括依次连接的光纤环形器（31）、光纤布拉格光栅（32）、光电探测器（33）。所述的光纤布拉格光栅（32）用于产生稳定相位的A-scan触发信号，所述的光电探测器（33）用于检测所述的光纤布拉格光栅（32）产生的稳定相位A-scan触发信号并传输至所述的光纤环形器（31），所述的光纤环形器（31）用于将稳定相位的A扫描触发信号传递回所述的光电探测器（33）而绕过所述的光纤耦合器（2）。
可以理解，光纤布拉格光栅（32）产生稳定相位的A-scan触发信号，以代替信号源中的A扫描触发信号，光电探测器（33）针对该稳定相位的触发信号进行检测后传输至光纤环形器（31）而绕过所述光纤耦合器（2），整个环路消除信号源中的固定模式的噪声，提高了信号强度和信噪比。
本申请提供的可消除固有噪声的光学相干成像***，其工作方式如下：
所述光源（1）发出的扫描波长束通过光纤传输线路14经过所述光纤耦合器（2）分为第一光束及第二光束，所述第一光束进入所述A扫描触发单元（3），进入所述A扫描触发单元（3）的第一光束通过所述光纤布拉格光栅（32）产生稳定相位A-scan触发信号，所述的光电探测器（33）检测所述稳定相位A-scan的触发信号并传输至所述光纤环形器（31），所述光纤环形器（31）将稳定相位的A扫描触发信号传递回所述的光电探测器（33）；
所述第二光束进入所述干涉仪（4），所述干涉仪（4）将所述第二光束分为图像束和参考束；
所述参考束经所述第一准直透镜（5）传输至所述反射镜（6），经过所述反射镜（6）反射后再依次经过所述第一准直透镜（5）后进入所述干涉仪（4）；
所述图像束依次经所述第二准直透镜（7）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述聚焦透镜（9）后聚焦于眼睛处，并由所述眼睛处将所述图像束再依次由所述聚焦透镜（9）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述第二准直透镜（7）返回至所述干涉仪；
在所述干涉仪（4）处的参考束和图像束进行相干产生相干光，所述相干光传输至所述的光纤起偏单元（10），所述光纤起偏单元（10）将所述相干光改变为偏振光再传输至所述探测单元（11），所述探测单元（11）将所述的偏振光进行检测并传输至所述的数据分析显示单元（12）生成图像信息并显示。
可以理解的是，光纤起偏单元（10）通过电信号传导通路（15）连接于干涉仪（4）和探测单元（11），构建成偏振光成像结构，用于将相干光改变为偏振光，由于光纤起偏单元（10）的使用，使得图像束和参考束在探测单元（11）进行探测，以此避免样品臂和参考臂中由于受到环境温度、湿度、振动等因素影响而引起的背景噪声影响。
可以理解的是，通过两种相干光学成像***的协调工作，解决现有技术中无法兼顾深度、高分辨率的人眼结构成像的问题，可实现术前高精度检测，术中全眼实时成像，提高手术的精确性和安全性。
进一步地，所述成像***的成像时间为0.01-0.1 秒。
可以理解的是，本申请采用二维振镜扫描单元（8），因为振镜的偏转速度很快所以成像速度快，成像时间短，意味着可以生成可以提供关于眼科手术进程的及时且因此有用的反馈给医生的图像使得医生可以响应于反馈修改手术过程，可以在进行人眼结构成像过程中可实时观察。在进行飞秒激光辅助眼科手术中，医生可以实时观察患者手术进程，同时两种光学相干层析测量***协调工作对人眼结构实时成像，能同时完成人眼结构三维模型成像和手术实施过程观察。
进一步地，所述成像***的帧率为 50-100 帧/秒。
可以理解的是，实况视频图像通常使用的刷新速率是约24帧/秒。因此，50-100帧/秒的刷新速率或帧率提供图像的成像***可以提供高分辨率的实况图像给医生。而帧率或刷新速率远小于20到25帧/秒的***可能不被视为实况视频成像，而是被视为不稳定、跳跃图像，可能甚至使医生从眼科手术分散注意力。
进一步地，所述成像***的成像深度为8mm。所述成像***的成像分辨率为5μm。
本申请提供的可消除固有噪声的光学相干成像***，通过设置A扫描触发单元代替信号源中的A扫描触发信号以消除固有噪声，通过设置光纤起偏单元来构建偏振光成像结构，探测时不容易发生串扰，不易受到自然环境中的杂散光的干扰，大大提高了信号强度和信噪比，提高成像的准确性和手术的安全性。
实施例2
本申请还提供了一种可消除固有噪声的光学相干成像***的成像方法，包括下述步骤：
步骤S110：所述光源（1）发出的扫描波长束经过所述光纤耦合器（2）分为第一光束及第二光束；
步骤S120：所述第一光束进入所述A扫描触发单元（3），进入所述A扫描触发单元（3）的第一光束通过所述光纤布拉格光栅（32）产生稳定相位的A-scan触发信号，所述的光电探测器（33）检测所述稳定相位A-scan的触发信号并传输至所述光纤环形器（31），所述光纤环形器（31）将稳定相位的A扫描触发信号传递回所述的光电探测器（33）；
步骤S130：所述第二光束进入所述干涉仪（4）；所述干涉仪（4）将所述第二光束分为图像束和参考束；
步骤S140：所述参考束经所述第一准直透镜（5）传输至所述反射镜（6），经过所述反射镜（6）反射后再依次经过所述第一准直透镜（5）后进入所述干涉仪（4）；
步骤S150：所述图像束依次经所述第二准直透镜（7）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述聚焦透镜（9）后聚焦于眼睛处，并由所述眼睛处将所述图像束再依次由所述聚焦透镜（9）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述第二准直透镜（7）返回至所述干涉仪（4）；
步骤S160：在所述干涉仪（4）处的参考束和图像束进行相干产生相干光，所述相干光传输至所述的光纤起偏单元（10），所述光纤起偏单元（10）将所述相干光改变为偏振光再传输至所述探测单元（11），所述探测单元（11）将所述的偏振光进行检测并传输至所述的数据分析显示单元（12）生成图像信息并显示。上述各个步骤详细的技术方案在实施例1中均有详细说明，这里不再赘述。
本申请提供的光学相干成像方法，通过设置A扫描触发单元代替信号源中的A扫描触发信号以消除固有噪声，通过设置光纤起偏单元来构建偏振光成像结构，探测时不容易发生串扰，不易受到自然环境中的杂散光的干扰，大大提高了信号强度和信噪比，提高成像的准确性和手术的安全性。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种可消除固有噪声的光学相干成像***，其特征在于，包括：光源（1）、沿所述光源（1）出射的光束传播方向设置的依次设置的光纤耦合器（2）、A扫描触发单元（3）、干涉仪（4）、第一准直透镜（5）、反射镜（6）、第二准直透镜（7）、二维振镜扫描单元（8）、聚焦透镜（9）、光纤起偏单元（10）、探测单元（11）、数据分析显示单元（12）及控制单元（13），所述A扫描触发单元（3）包括依次连接的光纤环形器（31）、光纤布拉格光栅（32）、光电探测器（33），其中：
所述光源（1）发出的扫描波长束经过所述光纤耦合器（2）分为第一光束及第二光束，所述第一光束进入所述A扫描触发单元（3），进入所述A扫描触发单元（3）的第一光束通过所述光纤布拉格光栅（32）产生稳定相位A-scan触发信号，所述的光电探测器（33）检测所述稳定相位A-scan的触发信号并传输至所述光纤环形器（31），所述光纤环形器（31）将稳定相位的A扫描触发信号传递回所述的光电探测器（33）；
所述第二光束进入所述干涉仪（4），所述干涉仪（4）将所述第二光束分为图像束和参考束；
所述参考束经所述第一准直透镜（5）传输至所述反射镜（6），经过所述反射镜（6）反射后再依次经过所述第一准直透镜（5）后进入所述干涉仪（4）；
所述图像束依次经所述第二准直透镜（7）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述聚焦透镜（9）后聚焦于眼睛处，并由所述眼睛处将所述图像束再依次由所述聚焦透镜（9）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述第二准直透镜（7）返回至所述干涉仪（4）；
在所述干涉仪（4）处的参考束和图像束进行相干产生相干光，所述相干光传输至所述的光纤起偏单元（10），所述光纤起偏单元（10）将所述相干光改变为偏振光再传输至所述探测单元（11），所述探测单元（11）将所述的偏振光进行检测并传输至所述的数据分析显示单元（12）生成图像信息并显示。
2.根据权利要求1所述的可消除固有噪声的光学相干成像***，其特征在于，所述光纤起偏单元（10）为二向色性的偏振片。
3.根据权利要求1所述的可消除固有噪声的光学相干成像***，其特征在于，所述探测单元（11）为探测器阵列、探测芯片和高速相机中的一种。
4.根据权利要求1所述的可消除固有噪声的光学相干成像***，其特征在于，所述成像***的成像时间为0.01-0.1 秒。
5.根据权利要求1所述的可消除固有噪声的光学相干成像***，其特征在于，所述成像***的帧率为 50-100 帧/秒。
6.根据权利要求1所述的可消除固有噪声的光学相干成像***，其特征在于，所述成像***的成像深度为8mm。
7.根据权利要求1所述的可消除固有噪声的光学相干成像***，其特征在于，所述成像***的成像分辨率为5μm。
8.一种根据权利要求1至7任一项所述的可消除固有噪声的光学相干成像***的成像方法，其特征在于，包括：
所述光源（1）发出的扫描波长束经过所述光纤耦合器（2）分为第一光束及第二光束；
所述第一光束进入所述A扫描触发单元（3），进入所述A扫描触发单元（3）的第一光束通过所述光纤布拉格光栅（32）产生稳定相位的A-scan触发信号，所述的光电探测器（33）检测所述稳定相位A-scan触发信号并传输至所述光纤环形器（31），所述光纤环形器（31）将稳定相位的A扫描触发信号传递回所述的光电探测器（33）；
所述第二光束进入所述干涉仪（4）；所述干涉仪（4）将所述第二光束分为图像束和参考束；
所述参考束经所述第一准直透镜（5）传输至所述反射镜（6），经过所述反射镜（6）反射后再依次经过所述第一准直透镜（5）后进入所述干涉仪（4）；
所述图像束依次经所述第二准直透镜（7）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述聚焦透镜（9）后聚焦于眼睛处，并由所述眼睛处将所述图像束再依次由所述聚焦透镜（9）、所述二维振镜扫描单元（8）及所述第二准直透镜（7）返回至所述干涉仪（4）；
在所述干涉仪（4）处的参考束和图像束进行相干产生相干光，所述相干光传输至所述的光纤起偏单元（10），所述光纤起偏单元（10）将所述相干光改变为偏振光再传输至所述探测单元（11），所述探测单元（11）将所述的偏振光进行检测并传输至所述的数据分析显示单元（12）生成图像信息并显示。
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2021
- 2021-03-04 CN CN202110238925.XA patent/CN112603255B/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
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