CN115096857A - 一种基于艾里光片线扫描的oct成像方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于艾里光片线扫描的OCT成像方法和***，该方法包括：将光源发出的光分为第一光线和第二光线；基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对所述第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片；基于所述艾里光片，获取由包含待测样品的第一反射光路所反射的物光；基于所述第二光线和反射镜，获取由包含所述反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光；基于所述物光和所述片状参考光，获取所述待测样品的图像。本发明可采用低成本的LED光源，用空间光调制器或相位掩膜板调制入射光并生成艾里光片，提高入射光的焦深及其穿透深度，提高了信号采集速度，实现高性价比的OCT三维快速层析成像。

Description

一种基于艾里光片线扫描的OCT成像方法和装置

技术领域

本说明书涉及OCT成像技术领域，特别是一种基于艾里光片线扫描的OCT成像方法和***。

背景技术

光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，OCT)是基于低相干光的干涉原理，在与计算机图像处理技术相结合的基础上发展起来的一种新型成像技术。1991年，Huang等人首次利用OCT技术成功获得人眼视网膜的细微结构和冠状动脉壁的结构。随着技术的不断发展和应用的深入，进一步提高成像深度成为OCT的一个研究趋势。艾里光由于具备无衍射光的自恢复特点，若将它用于散射介质条件下的OCT层析成像，能有效抑制散射，提高图像的信噪比与成像深度。已有学者提出了基于艾里光照明的谱域OCT，该***采用超辐射发光二极管SLD(或SLED)作为光源，并使用艾里光的主瓣作为扫描光束生成对应的A-Scan图像，在充分利用无衍射光特性的基础上提高了成像深度。然而，该***所用的SLD光源较为昂贵，而且由于照明光选取的是艾里光的主瓣而非整个光片，因此扫描方式和传统谱域OCT一样属于逐线(A-line)扫描、而非并行扫描。

传统OCT***多采用高斯会聚光束，对样品组织进行点扫描或者线扫描，以此构建三维图像。然而，高斯光束在聚焦区的焦深有限，特别是在采用高数值孔径物镜的情况下，短焦深会显著降低离焦区域的成像分辨率，这时需要沿着光轴在样品臂上纵向扫描样品，才能在所有深度上获取分辨率稳定的三维层析图像。此外，高斯光束在充满微小颗粒物的散射组织中传播时，受光波衍射效应影响，其有效穿透深度受到制约。

发明内容

本说明书实施例的目的在于，提供了一种基于艾里光片线扫描的OCT成像方法和***。本发明把位相型空间光调制器SLM或高精度位相掩膜板作为相位调制面，在此输入面对入射光场进行位相调制生成(沿水平方向展开的)艾里光片，并在电控俯仰偏转台(或者位相型空间光调制器SLM上相位光栅衍射)的作用下将艾里光片沿垂直桌面的方向进行扫描，以实现时域OCT的三维扫描断层成像，不仅可以实现快速的并行扫描成像，还可以利用艾里光片无衍射、自恢复的特点，抑制散射的同时提高OCT成像***的焦深(depth offocus)与信噪比。

为达到上述目的，一方面，本说明书实施例提供了一种基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，包括：

将光源发出的光分为第一光线和第二光线；

基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对所述第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片；

基于所述艾里光片，获取由包含待测样品的第一反射光路所反射的物光；

基于所述第二光线和反射镜，获取由包含所述反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光；

基于所述物光和所述片状参考光，记录双光束干涉信号，获取所述待测样品的图像。

另一方面，本说明书实施例还提供了一种基于艾里光片线扫描的OCT成像***，包括：

光源和光源光线分束器，分别用于发射光源光线和将所述光源光线分为第一光线和第二光线；

艾里光片生成光路，包括沿所述第一光线的传播方向上依次设置的空间光调制器或相位掩膜板、第一分束镜、高速振镜和第一物镜，用于生成艾里光片；

物光获取光路，用于获取由包含待测样品的第一反射光路所反射的物光；

片状参考光获取光路，用于获取基于所述第二光线和反射镜产生的，由包含所述反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光；

待测样品图像获取装置，用于基于所述物光和所述片状参考光，记录双光束干涉信号，获取所述待测样品的图像。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本发明可采用低成本的LED光源，用空间光调制器或相位掩膜板调制入射光并生成艾里光片，提高入射光的焦深及其穿透深度；提高了信号采集速度，实现高性价比的OCT三维快速层析成像。

附图说明

图1为本说明书一些实施例的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法的流程图。

图2为本说明书一些实施例的基于艾里光片线扫描的OCT成像***的设计图。

图3为本说明书一些实施例的艾里光片光强分布图。

图4为本说明书一些实施例的成像***双光束干涉图。

图5为本说明书一些实施例的复合相位分布图。

图6为本说明书一些实施例的闪耀光栅作用下的扫描干涉图。

图7为本说明书一些实施例的四步相移干涉实验图。

图8为本说明书一些实施例的四步相移术提取出的物光的相位和振幅分布。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都应当属于本说明书保护的范围。

如图1所示，本说明书一些实施例中提供了一种基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，该方法包括以下步骤:

S102、将光源发出的光分为第一光线和第二光线；基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片；

S104、基于艾里光片，获取由包含待测样品的第一反射光路所反射的物光；

S106、基于第二光线和反射镜，获取由包含反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光；

S108、基于物光和片状参考光，记录双光束干涉信号，获取待测样品的图像。

在本说明书一些实施例中，基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片，具体包括，基于对高速振镜和/或第一分束镜的角度控制以及对待测样品进行移动控制，对待测样品进行横向扫描和纵向扫描。

在本说明书一些实施例中，基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片，具体还包括，基于在空间光调制器或相位掩膜板上加载的具有不同光栅周期的相位型闪耀光栅，对待测样品进行扫描。

在本说明书一些实施例中，基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片，具体还包括，基于相机感光面，获取由待测样品反射的，先经第一物镜和高速振镜，再透过第一分束镜，而后经第一透镜会聚，最后被第二分束镜反射进入相机感光面的物光。

在本说明书一些实施例中，基于待测样品、第一物镜、第一透镜和相机感光面，构成准4f成像***。

在本说明书一些实施例中，基于第二光线和反射镜，获取由包含反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光，具体包括，基于第二透镜对第二光线进行准直，而后基于第三分束镜、第二物镜、反射镜、平面镜和柱透镜，获取由反射镜反射的片状参考光。

在本说明书一些实施例中，基于第三分束镜、第二物镜、反射镜、平面镜和柱透镜，获取由反射镜反射的片状参考光，具体为，将散射后的第二光线通过第三分束镜和第二物镜后聚焦到反射镜上，而后获取由反射镜反射的，先依次经过第二物镜、第三分束镜和平面镜的，再透过柱透镜和第二分束镜和一维相机的狭缝的片状参考光。

在本说明书一些实施例中，基于第二光线和反射镜，获取由包含反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光，具体为，基于对包含第二物镜和反射镜的参考镜平台沿光轴的位置移动控制，使参考光相位改变后拍摄对应的干涉图像。

在本说明书一些实施例中，使参考光相位每次改变λ/4，当参考光相位改变三次相位，记录对应的干涉图像，基于干涉图像，得到物光相应的相位和振幅。

在本说明书一些实施例中，在将光源发出的光分为第一光线和第二光线的步骤之前，还包括，将光源发出的光进行准直，将光源发出的光进行准直，具体为，基于单模光纤对光源发出的光进行准直，或，使光源发出的光依次经过预设间距布置的第一非球面透镜、毛玻璃、第二非球面透镜，设置毛玻璃于第一非球面透镜和第二非球面透镜的焦面。

在本说明书一些实施例中，光源还包括艾里激光器或飞秒激光器或超连续谱光源器或扫频激光器。

本说明书一些实施例中还提供了一种基于艾里光片线扫描的OCT成像***，该***包括：

光源和光源光线分束器，分别用于发射光源光线和将光源光线分为第一光线和第二光线；

艾里光片生成光路，包括沿第一光线的传播方向上依次设置的空间光调制器或相位掩膜板、第一分束镜、高速振镜和第一物镜，用于生成艾里光片；

物光获取光路，用于获取由包含待测样品的第一反射光路所反射的物光；

片状参考光获取光路，用于获取基于第二光线和反射镜产生的，由包含反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光；

待测样品图像获取装置，用于基于物光和片状参考光，记录双光束干涉信号，获取待测样品的图像。

在本说明书一些实施例中，艾里光片生成光路，还包括，沿第一光线的传播方向上设置的，在空间光调制器或相位掩膜板上游的第一准直透镜和第一平面镜，第一准直透镜用于对第一光线进行准直，第一平面镜用于对准直后的第一光线进行反射。

在本说明书一些实施例中，第一反射光路，包括，沿光的传播方向依次设置的待测样品、第一物镜、第一高速振镜、第一分束镜、第二分束镜、第一透镜和相机，待测样品、第一物镜、第一透镜和相机感光面，构成准4f成像***，第一透镜用于汇聚光线，相机用于接收物光。

在本说明书一些实施例中，片状参考光获取光路，包括沿第二光线的传播方向上设置的第二透镜、第三分束镜和第二物镜和第二反射光路，第二透镜用于对第二光线进行准直；

在本说明书一些实施例中，第二反射光路，包括，沿反射光的传播方向上设置的反射镜、第二物镜、第三分束镜、第二平面镜、柱透镜、第二分束镜和相机。

在本说明书一些实施例中，基于艾里光片线扫描的OCT成像***，还包括控制***，用于对高速振镜和/或第一分束镜的角度控制以及对待测样品进行移动控制，对待测样品进行横向扫描和纵向扫描，以及用于第二物镜和反射镜的参考镜平台沿光轴的位置移动控制。

在本说明书一些实施例中，空间光调制器或相位掩膜板上加载的具有不同光栅周期的相位型闪耀光栅。

在本说明书一些实施例中，光源包括具有空间非相干性的近红外LED光源。

在本说明书一些实施例中，基于艾里光片线扫描的OCT成像***，还包括LED光源准直装置，LED光源准直装置包括单模光纤或准直光路，准直光路包括第一非球面透镜、毛玻璃、第二非球面透镜，毛玻璃处于第一非球面透镜和第二非球面透镜之间，并设置于第一非球面透镜和第二非球面透镜的焦面。

下面结合图2中的设计图具体解释对应设计方法和***。

本发明的***可采用近红外LED(或飞秒激光、超连续谱光源、扫频激光)作为照明光源。光源发出的光经过单模保偏光纤和光纤分束器，被分为参考光和物光。参考光经透镜成为准直光，再通过分束镜和物镜后被聚焦到平面镜上，反射光先经物镜、分束镜和平面镜，再透过柱透镜成为片状光，最后穿过一维相机的狭缝，成为片状参考光。物光先经透镜被准直，经平面镜后被相位板或者空间光调制器上的立方相位图所调制，再经分束镜与高速振镜进入物镜，在物镜焦面产生一维线阵艾里光片。从样品上反射的物光先经物镜和振镜，再透过分束镜后经透镜会聚，最后被分束镜反射进入相机感光面。物光臂中的反射光路中，样品层、物镜、透镜和相机感光面，可以被视为一个准4f成像***。此外，为获取OCT三维层析图像，可通过计算机来对高速振镜和样品平移台进行自动控制，实现对样品的横向扫描与纵向扫描。

由于OCT***的信号采及方式分为时域和频域(又可分为谱域和扫频)两种，本方案兼顾了两种***的需要。如果采用近红外LED或者飞秒激光、超连续谱光源(后两者较昂贵)等低相干光源，则表明***为时域***，此时需要采用相移法(比如四步相移法)或者光学延迟线法，已实现对物光复振幅的提取；在相移法中，需对参考臂(或者物光臂)上的反射镜进行精确步进位移，通过记录与步进位移位置相对应的几幅干涉图并进行后处理计算，可以提取出时域相干层的复振幅信息。如果采用扫频光源(较昂贵)，则需通过傅里叶分析对扫频干涉信号进行分析，即可提取分层信息，此时原则上不需要对样品进行纵向扫描。

与点扫描共聚焦相比，线扫描成像更快，光路结构相对简单，成本更低。该成像***的横向分辨率与艾里光片的厚度相同，和光源波长与所用物镜的数值孔径直接相关，约为10微米。***的纵向分辨率和传统OCT相同，取决于LED光源的相干长度(由中心波长与谱宽决定)，约10-20微米。***的成像帧频(以传统OCT的B scan二维图为参照)取决于相机灵敏度和物光臂的纵向扫描速率。成像视场大小取决于艾里光片拉伸的长度与线扫描的距离范围。与激光器相比，发光二极管(LED)光源的成本更低。随着LED工艺的进步，大功率、高亮度LED光源已能在一定程度上代替激光光源照明，从而降低***成本。在无衍射艾里光片作为光源的基础上，构建了一套低成本、高穿透深度的OCT***。

关于艾里光片的生成方法，细化说明如下：

艾里光是一种无衍射光束，与传统高斯光束相比，无衍射光有具有自弯曲、自恢复、长焦深的特点，可以在很长的传输距离条件下保持稳定的弹道轨迹，因此可以用作生物散射组织的照明光源。将艾里光与成像***相结合的工作，始于光片荧光显微镜。光片荧光显微镜的照明方向和探测方向成90度，用长焦深的二维光片来照明探测透镜的焦平面，然后通过探测透镜对焦平面的荧光信号进行宽场探测。由于具有快速的三维成像能力、低的光毒性(只照明感兴趣的平面)和高对比度,光片荧光显微镜很适合于肿瘤生物学和神经科学的应用场景。和传统的基于高斯光束的荧光显微镜比，光片荧光显微镜可以在更大的视场内获取更高的分辨率，而在传统光源照明条件下此二者往往互相制约、难以兼得。

理想的艾里光是一种具有无衍射特性的光束，与传统光束不同的是，其在很长一段传播范围内，能够保持光强分布基本不变。相比其他衍射光束，艾里光还具有自弯曲、自恢复(遇到障碍物)的特点，若将它用于散射介质的内部成像，能有效抑制散射，提高图像的信噪比。

为了实现光片线扫描，本发明首先需要把LED发出的准高斯光束调制成艾里光束。产生艾里光束有很多种方法，可以通过液晶空间光调制器、二次非线性光子晶体、具有二进制相位图电极的液晶单元产生的等离子激元来产生，也可以由艾里激光器直接产生，在此不做特殊限定。基于空间光调制器产生艾里光片具有低能耗、易于控制、高分辨率、响应速度快等的优点。通过把计算出的相位分布图加载到空间光调制器上，当LED光源照射到空间光调制器反射后，经物镜的傅里叶变换作用，出射光被调制成艾里光片。

艾里光束产生后，以线阵光片的形式照明样品。为实现三维成像，除了可以使用电控偏转台来控制分束镜的俯仰角以实现光片的线扫描，也可以在立方相位图基础上在空间光调制器上加载不同光栅周期的相位型闪耀光栅，合成复合相位分布膜片。闪耀光栅可以将被调制的艾里光衍射到不同的衍射角，藉此也可实现对艾里光片的偏转控制。此外，也可以采用通过电机控制分束镜俯仰的方式，实现对光片的扫描。

艾里光可以由相干光源经位相调制(加载到空间光调制器或者相位掩膜板上的立方位相图)和透镜傅里叶变换而产生。

其光强分布图是由一个强度较大的主瓣和多个强度较小的旁瓣组成，如图2所示。当艾里光束用于样品的动态扫描时，其主瓣可以在高速振镜作用下形成片状光，也称艾里光片(Airy beam light sheet)。

与普通高斯光束(经振镜扫描)形成的光片相比，当用艾里光片照明样本时，在很长一段传播距离内光束横截面的光强分布保持不变(也即光斑尺寸保持恒定)，这就使得基于艾里光片的成像***在轴向上可以保持最佳分辨率。由于焦深长，艾里光片的辐照度峰值可以设得很低，因而可在降低光漂白效应的同时穿透更深的样品，在高采集速率、高分辨率和低光毒性的基础上，生成高质量的三维图像。因为具有低的光毒性，***可以设定更长的曝光时间来检测样品，从而得活体荧光成像成为可能。与之相比，若采用其他技术方案(比如激光扫描共聚焦显微镜或传统的荧光显微镜)，过长的曝光时间会导致高的光毒性，进而严重损坏样品。此外，艾里光片显微镜的视场大小不仅显著增加，同时也没有失去高斯光束的高分辨率。

与同样是无衍射光束的贝塞尔光相比，艾里光的主瓣功率与全部功率之比可达50％以上，而贝塞尔光相应的功率比只有20％左右，这使得用艾里光进行光片扫描成像时具有更高的信噪比。贝塞尔光可以产生更细的光片，但在不使用双光子激发的情况下贝塞尔光的横向环状旁瓣结构会产生背景荧光，从而降低轴向分辨率。与之相比，艾里光瓣周围的环状结构并不明显，光瓣能以均匀而细的形态通过样品场，确保了成像质量的光学均匀性(各向同性)，甚至接近于衍射极限。然而，由于艾里光的弹道轨迹本身是弯曲的，这会导致得到的显微图像存在明显畸变。但另一方面，正是因为艾里光是以弹道的形式传输，而不是光束的形式，因而可以避免高斯光束在离焦面上的模糊效应，进而增大成像视场。此外，引入高效率的算法对畸变图像进行解卷积，可以在整个视场内获得均匀的图像。

关于参考光的获取，细化说明如下：

参考光的获取主要依赖于四步移相法实现，四步移相法是采用光学干涉术与数字相移技术融合的一种相位干涉测量方法。其测量原理是:通过逐步改变参考光的相位，在CCD/CMOS相机上得到四个干涉条纹，并把四幅干涉条纹分别为由计算机处理并生成相应的复振幅分布。然后在计算机中将复振幅分布进行菲涅耳变换或傅里叶变换等处理，即可重建图像。

重建的图像不仅可以提取物光的振幅和相位，更重要的是对于低相干干涉***该方法能够除去非相干层的背景信号，实现时域OCT的层析成像。基于四步移相的需要，在参考光路中，使用步进电机精确移动参考镜平台(包含物镜)沿光轴的位置，使参考光相位改变3次，在每个位置拍摄干涉图，一共得到四幅干涉图像。

设

与

分别是平面参考光波与物光波的复振幅，x与y为CMOS相机中像素位置，

与

分别是参考光与物光的初始相位，A_R是参考光振幅，一般情况下，参考光为平行光，因此A_R可认为是常数，A为物光振幅。若以参考光的相位为自变量，则二维相机上干涉光强为：

通过步进改变参考光相位，在相机上分别记录对应的干涉强度图。设参考光初始相位

经计算得出相位和振幅公式如下：

物光相位为：

物光振幅为：

对于一维线阵相机，可以取y＝0。每次步进电机改变λ/8距离，对应的相位改变λ/4，当改变三次相位，即完成一次四步相移，在相机中记录对应的干涉图像，将四幅干涉图由计算机经过上述算法的计算，可以得到物光相应的相位和振幅，即完成了OCT复振幅的提取。

关于LED光源的准直设计，细化说明如下：

由于选用LED光源属于发散光源，为了使其具有像激光一样的相干性，需要先对光源进行准直。一般情况下，如果点光源刚好在普通平凸透镜焦点上，经过平凸透镜后，另一侧可成为准直(平行)光束。然而LED发光面上的每一个点都可以看成点光源，相当于一个面光源。在与光传播方向垂直的方向上，不同位置的点光源经过平凸透镜，每一束光虽然是平行光，但多个发光点合成的光束肯定是发散的。这个时候用普通的平凸透镜很难变为准直光。可以采用两种方法，一是单模光纤传输法，直接从厂家获取已经耦合好的单模输出光，此方法的优点是单模输出光的获取简单直接，缺点是LED光在光纤中的耦合效率比较低，会降低***光能的利用率。此外，也可采用一对非球面透镜使LED的出射光变成近似的准直光，在焦面位置放置毛玻璃，可以有效去除LED光源自身的栅格结构，使出射光束变得均匀且其横截面强度为近似的高斯分布。

结合图3至图8，关于本发明方案某些实施例的实验和验证效果，细化说明如下：

针对艾里光片生成，在实验室搭建好***后，在空间光调制器上加载立方相位图。入射光经相位调制后会在两个方向被衍射且横向展开，用在SLM和物光臂的物镜之间引入光阑，挡住其中一个方向的衍射分量，在物镜的焦平面上可以得到艾里光片，如图3所示。从图3中可以看出，空间光调制器通过加载立方相位图，衍射后在物镜焦平面上产生了一维艾里光片。经过反复加载不同参数(条纹间距、调制深度等)的立方相位图进行测试，可以找到比较理想的参数范围。

针对成像***的光程调节与干涉实验，在生成艾里光片之前，需要调试LED低相干干涉***的光路，使其发生干涉。为了更好的观察干涉现象中的条纹，先暂将光路***中的线阵相机移除，换为普通二维相机，同时将参考臂中的柱透镜与物光臂相机前的成像透镜移除。通过软件控制样品臂电控平移台移动，从而带动样品臂反光镜前后移动，当样品臂和参考臂光程差相差达到了相干长度，此时在二维相机感光面可以观察到干涉条纹出现，如图4所示。可以看到艾里干涉图的条纹对比度清晰，说明物光与参考光的光程差足够小，证明基于低相干LED光源照明的干涉***可以产生经典的干涉条纹。

关于复合相位图的扫描实验，对空间光调制器，当在立方相位图上叠加不同参数(光栅常数、相位调制深度等)的相位闪耀光栅时，可得到合成的复合相位分布图。基于此复合相位图可以实现对艾里光片的扫描。多幅扫描图像的组合结果，则构成了艾里光片的一次完整扫描。为了测试扫描效果，在前述双光束干涉实验的基础上，在空间光调制器上加载了部分复合相位分布图，如图5所示，对应的干涉实验强度分布图如图5所示。闪耀光栅作用下的扫描干涉图如图6所示。图5中，a至d是光栅常数分别为0.064，0.048，0.032，0.016的复合相位分布图，e是中心位置处的立方相位图，未加载扫描用的闪耀光栅，f至i是光栅常数分别为0.016，0.032，0.048，0.064的复合相位分布图。图6中，(a)-(i)分别是对应空间光调制器加载图6中(a)-(i)的复合相位图所对应的干涉图。由图6可知，被空间光调制器所调制的物光，在不同的闪耀光栅作用下，被衍射到不同的衍射角。反映到干涉图中，就是一系列逐渐相交、重合又逐渐分离的干涉光场。

关于四步移项术的验证实验，细化解释如下：

为对本***四步相移提取光场复振幅的效果展开实验验证，在前述实验的基础上，将凹面镜换为平面镜，并以平面镜代替散射介质作为样品，得到四幅干涉图如图7所示。图7中四个图分别为相机采集到的光程差为1/4λ(202.5μm)的干涉图。由于光路的反射特性，每次将参考镜所在的平台移动1/8λ(101.25μm)的距离，连续三次移动后完成四步相移。上述干涉条纹，是在将物光臂的平面镜略微倾斜后得到的等厚干涉条纹。利用MATLAB通过公式对四幅干涉图做计算，可以提取出物光对应的相位和振幅图，如图8所示。图8中，(a)为相位分布图，(b)为振幅分布图，从上图的实验结果可知，(a)图中经计算提取出的(包裹)相位分布相对清晰，能有效反映出(因为与参考光之间的)细微夹角给物光所带来的梯度相位分布。(b)图中计算提取出的物光振幅之所以还有条纹结构，一方面是由于镜面误差和测量误差，；另一方面也是由于要考虑到显示的需要，在后期图像处理中把图片做了灰度归一化，归一化之后将原本不明显的条纹结构以更大的对比度显示出来。由于本次实验中物光臂上测试的是平面镜，如果换成真实生物样品，这种镜面和测试误差所带来的条纹结构将不会明显。综上所述，经实验验证，在本***中使用四步相移术可以有效提取干涉层中物光的振幅和相位。

综上所述，本***采用近红外LED光作为光源，并用艾里光片线扫描的方式来获取OCT层析图像。使用LED作为照明光源，在降低价格的同时，可以有效消除激光成像方式带来的散斑干扰。入射光经空间光调制器或相位模板，被调制成无衍射艾里光片，能有效提高入射光的穿透深度与散射样品中的成像深度。与传统的时域点扫描式OCT***相比，由光片照明而引入的线阵扫描和线阵并行的信号采集方式，可以有效提高信号采集的效率与速度。此外，与时域全场照明OCT***相比，本发明的光片照明设计中所保留的一维狭缝，可以起到共聚焦***中的滤波去噪作用，能有效提高成像***的信噪比。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。本发明是参照根据本发明实施例的方法的流程图和/或方框图来描述的。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。以上仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (20)

1.一种基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，所述方法包括：

将光源发出的光分为第一光线和第二光线；

基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对所述第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片；

基于所述艾里光片，获取由包含待测样品的第一反射光路所反射的物光；

基于所述第二光线和反射镜，获取由包含所述反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光；

基于所述物光和所述片状参考光，记录双光束干涉信号，获取所述待测样品的图像。

2.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，所述基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对所述第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片，具体包括：

基于对所述高速振镜和/或所述第一分束镜的角度控制以及对所述待测样品进行移动控制，对所述待测样品进行横向扫描和纵向扫描。

3.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，所述基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对所述第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片，具体还包括：

基于在空间光调制器或相位掩膜板上加载的具有不同光栅周期的相位型闪耀光栅，对所述待测样品进行扫描。

4.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，所述基于空间光调制器或相位掩膜板的立方位相图，并基于第一分束镜、高速振镜和第一物镜，对所述第一光线进行位相调制和傅里叶变换，生成艾里光片，具体还包括：

基于相机感光面，获取由所述待测样品反射的，先经所述第一物镜和所述高速振镜，再透过所述第一分束镜，而后经第一透镜会聚，最后被第二分束镜反射进入所述相机感光面的物光。

5.根据权利要求4所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，

基于所述待测样品、所述第一物镜、所述第一透镜和所述相机感光面，构成准4f成像***。

6.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，基于所述第二光线和反射镜，获取由包含所述反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光，具体包括：

基于第二透镜对所述第二光线进行准直，而后基于第三分束镜、第二物镜、反射镜、平面镜和柱透镜，获取由所述反射镜反射的片状参考光。

7.根据权利要求6所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，所述基于第三分束镜、第二物镜、反射镜、平面镜和柱透镜，获取由所述反射镜反射的片状参考光，具体为：

将散射后的第二光线通过第三分束镜和第二物镜后聚焦到所述反射镜上，而后获取由所述反射镜反射的，先依次经过第二物镜、第三分束镜和平面镜的，再透过所述柱透镜和所述第二分束镜和一维相机的狭缝的所述片状参考光。

8.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，所述基于所述第二光线和反射镜，获取由包含所述反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光，具体为：

基于对包含所述第二物镜和所述反射镜的参考镜平台沿光轴的位置移动控制，使参考光相位改变后拍摄对应的干涉图像。

9.根据权利要求8所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，

使所述参考光相位每次改变λ/4，当所述参考光相位改变三次相位，记录对应的干涉图像，基于所述干涉图像，得到所述物光相应的相位和振幅。

10.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，

所述光源包括具有空间非相干性的近红外LED光源，基于所述位相调制和所述傅里叶变换将所述LED光源发出的准高斯光束调制为艾里光。

11.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，在所述将光源发出的光分为第一光线和第二光线的步骤之前，还包括：

将所述光源发出的光进行准直，所述将所述光源发出的光进行准直，具体为，基于单模光纤对所述光源发出的光进行准直，或，使所述光源发出的光依次经过预设间距布置的第一非球面透镜、毛玻璃、第二非球面透镜，设置所述毛玻璃于所述第一非球面透镜和所述第二非球面透镜的焦面。

12.根据权利要求1所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像方法，其特征在于，

所述光源还包括艾里激光器或飞秒激光器或超连续谱光源器或扫频激光器。

13.一种基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，包括：

光源和光源光线分束器，分别用于发射光源光线和将所述光源光线分为第一光线和第二光线；

艾里光片生成光路，包括沿所述第一光线的传播方向上依次设置的空间光调制器或相位掩膜板、第一分束镜、高速振镜和第一物镜，用于生成艾里光片；

物光获取光路，用于获取由包含待测样品的第一反射光路所反射的物光；

片状参考光获取光路，用于获取基于所述第二光线和反射镜产生的，由包含所述反射镜的第二反射光路所反射的片状参考光；

待测样品图像获取装置，用于基于所述物光和所述片状参考光，记录双光束干涉信号，获取所述待测样品的图像。

14.根据权利要求13所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，

所述艾里光片生成光路，还包括，沿所述第一光线的传播方向上设置的，在所述空间光调制器或相位掩膜板上游的第一准直透镜和第一平面镜，所述第一准直透镜用于对所述第一光线进行准直，所述第一平面镜用于对准直后的第一光线进行反射。

15.根据权利要求14所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，

所述第一反射光路，包括，沿光的传播方向依次设置的所述待测样品、所述第一物镜、所述第一高速振镜、所述第一分束镜、第二分束镜、第一透镜和相机，所述待测样品、所述第一物镜、所述第一透镜和所述相机感光面，构成准4f成像***，所述第一透镜用于汇聚光线，所述相机用于接收所述物光。

16.根据权利要求15所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，

所述片状参考光获取光路，包括沿所述第二光线的传播方向上设置的第二透镜、第三分束镜和第二物镜和所述第二反射光路，所述第二透镜用于对所述第二光线进行准直；

所述第二反射光路，包括，沿所述反射光的传播方向上设置的反射镜、第二物镜、第三分束镜、第二平面镜、柱透镜、所述第二分束镜和所述相机。

17.根据权利要求16所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，还包括：

控制***，用于对所述高速振镜和/或所述第一分束镜的角度控制以及对所述待测样品进行移动控制，对所述待测样品进行横向扫描和纵向扫描，以及用于所述第二物镜和所述反射镜的参考镜平台沿光轴的位置移动控制。

18.根据权利要求13所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，

所述空间光调制器或相位掩膜板上加载的具有不同光栅周期的相位型闪耀光栅。

19.根据权利要求13所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，

所述光源包括具有空间非相干性的近红外LED光源。

20.根据权利要求13所述的基于艾里光片线扫描的OCT成像***，其特征在于，还包括：LED光源准直装置；

所述LED光源准直装置包括单模光纤或准直光路，所述准直光路包括第一非球面透镜、毛玻璃、第二非球面透镜，所述毛玻璃处于所述第一非球面透镜和所述第二非球面透镜之间，并设置于所述第一非球面透镜和所述第二非球面透镜的焦面。

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