CN111568386A - 一种自适应光学相干层析成像设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自适应光学相干层析成像设备，包括低相干光源，耦合器，参考臂，光谱仪，像散校正镜，物镜，抛物面镜；像散校正镜包括第一镜体；位于第一镜体上表面两个交叉设置且开口面向第一镜体上表面的U型支架，且每个U型支架开口两侧的侧壁位于第一镜体上表面的边缘；位于两个U型支架交叉区域的电加热片，电加热片包括加热杆和缠绕在加热杆表面的加热丝。像散校正镜中的两个U型支架交叉区域设有电加热片，通过电加热片加热与否产生的热胀冷缩，结合杠杆的放大作用，驱动U型支架移动，结构简单，且U型支架开口两侧的侧壁位于第一镜体上表面的边缘，即从缘处改变第一镜体的面形，避免“印透效应”，且专门对像散进行校正，校正范围宽。

Description

一种自适应光学相干层析成像设备

技术领域

本申请涉及光学检测技术领域，特别是涉及一种自适应光学相干层析成像设备。

背景技术

光学相干层析成像(optical coherence tomography，简称OCT)是一种新的三维层析成像技术，以弱红外激光穿透皮下组织，不同组织层次因结构差异折射光学信号后相互干涉，返回光学主机后经算法重组成像。OCT具有无创无辐射、活体实时观测、高分辨率(16微米)、组织内深度成像、3D影像数据等优点。

为了增加成像清晰度，自适应光学相干层析成像设备一般设置有校正部件，目前的校正部件采用多个推拉式的促动器，基于压电特性对校正部件中的镜面进行调整，存在以下缺点：第一，推拉式的促动器产生的校正力直接加载于镜面，在镜面上得到的冲击响应中含有较高空间频率分量，运算过程中的截断又会产生高频误差，即出现“印透效应”的问题；第二，行程较短且不是专门对像散进行校正，使得对镜面的校正范围较窄；第三，需要用到高压进行电磁间的转换，结构复杂，易受到磁滞影响，稳定性差，并且由于是对人体组织进行成像，不安全。

因此，如何解决上述技术问题应该本领域技术人员重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种自适应光学相干层析成像设备，以避免出现“印透效应”，简化自适应光学相干层析成像设备的结构，同时增大像散校正范围。

为解决上述技术问题，本申请提供一种自适应光学相干层析成像设备，包括低相干光源，耦合器，参考臂，光谱仪，像散校正镜，物镜，抛物面镜；

所述像散校正镜包括第一镜体；位于第一镜体上表面两个交叉设置且开口面向所述第一镜体上表面的U型支架，且每个所述U型支架开口两侧的侧壁位于所述第一镜体上表面的边缘；位于两个所述U型支架交叉区域的电加热片，所述电加热片包括加热杆和缠绕在加热杆表面的加热丝。

可选的，还包括：

彗差校正镜；

所述彗差校正镜包括第二镜体；位于所述第二镜体上表面的边缘的环形支架，位于环形支架上表面的两个对称设置的传热片；位于每个传热片上表面的L型支架，每个所述L型支架距所述第二镜体上表面的高度不同且两个所述L型支架存在重叠区域；位于所述重叠区域的所述电加热片。

可选的，所述加热杆为铝加热杆或者铜加热杆。

可选的，所述第一镜体为镀有铝膜的下述任一种镜体：

K9玻璃、微晶玻璃、碳化硅、硼硅酸盐玻璃。

可选的，所述U型支架为铝质U型支架。

可选的，所述L型支架为铝质L型支架。

可选的，所述传热片为铝传热片。

可选的，所述环形支架为铝质环形支架。

可选的，所述参考臂为球面平凹反射镜。

可选的，所述参考臂包括准直透镜和反射平面镜。

本申请所提供的自适应光学相干层析成像设备，包括低相干光源，耦合器，参考臂，光谱仪，像散校正镜，物镜，抛物面镜；所述像散校正镜包括第一镜体；位于第一镜体上表面两个交叉设置且开口面向所述第一镜体上表面的U型支架，且每个所述U型支架开口两侧的侧壁位于所述第一镜体上表面的边缘；位于两个所述U型支架交叉区域的电加热片，所述电加热片包括加热杆和缠绕在加热杆表面的加热丝。

可见，本申请的自适应光学相干层析成像设备中设置有像散校正镜，像散校正镜中的两个U型支架交叉区域设置有电加热片，通过电加热片的加热与否产生的热胀冷缩，结合杠杆的放大作用，驱动U型支架的移动，而U型支架位于第一镜体上表面且U型支架开口两侧的侧壁位于第一镜体上表面的边缘，即从第一镜体的边缘处改变第一镜体的面形，解决“印透效应”的问题，且本申请中像散校正镜是专门对像散进行校正，校正范围宽，另外，本申请中是通过热胀冷缩来改变第一镜体面形，结构易实现，复杂度低。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例所提供的一种自适应光学相干层析成像设备的结构示意图；

图2为像散校正镜的中间剖面结构示意图；

图3为电加热片的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的另一种自适应光学相干层析成像设备结构示意图；

图5为本申请实施例所提的彗差校正镜的中间剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有技术中的校正部件为推拉式的促动器，在进行校正时存在“印透效应”的问题；行程较短，对镜面的校正范围较窄；采用电磁结构转换，结构复杂。

有鉴于此，本申请提供了自适应光学相干层析成像设备，请参考图1和图2，图1为本申请实施例所提供的一种自适应光学相干层析成像设备的结构示意图，图2为像散校正镜的中间剖面结构示意图，自适应光学相干层析成像设备包括低相干光源1，耦合器2，参考臂3，光谱仪4，像散校正镜5，物镜6，抛物面镜9；

所述像散校正镜5包括第一镜体51；位于第一镜体51上表面两个交叉设置且开口面向所述第一镜体51上表面的U型支架52，且每个所述U型支架52开口两侧的侧壁位于所述第一镜体51上表面的边缘；位于两个所述U型支架52交叉区域的电加热片53，所述电加热片53包括加热杆和缠绕在加热杆表面的加热丝。

像散校正镜5的数量为两个。可以理解的是，自适应光学相干层析成像设备还包括用于成像的光学主机。自适应光学相干层析成像设备得到的是样本(被测组织)的断面信息，当需要获得样本的三维信息时，自适应光学相干层析成像设备还可以包括扫描机构8对样本进行推扫，以得到样本的三维信息。

需要注意的是，图2中的剖面示意图为像散校正镜5从中间截开的剖面图，即像散校正镜5还有与图2中的示出的结构对称的结构。

需要说明的是，本申请中的所述第一镜体51包括但不限于镀有铝膜的下述任一种镜体：

K9玻璃、微晶玻璃、碳化硅、硼硅酸盐玻璃。

电加热片53的结构示意图如图3所示，加热丝缠绕在加热杆的表面，可选的，所述加热杆为铝加热杆或者铜加热杆。通过对电加热片53加热功率的控制，驱动U型支架52移动，产生力矩改正第一镜体51面形。

优选地，所述U型支架52为铝质U型支架52，且当加热杆为铝加热杆时，可以保证电加热片53在停止加热后，可以迅速散热。

本申请中对参考臂3不做具体限定，可自行设置。例如，所述参考臂3为球面平凹反射镜，或者，所述参考臂3包括准直透镜和反射平面镜。

下面利用平行梯度下降算法对电加热片53的加热功率的计算进行介绍。

由光学原理可知，干涉条纹强度可如式(1)进行表示：

其中，λ是相干光波长，I₁和I₂是自适应光学相干层析成像设备(可以认为是干涉仪)中每个干涉臂入射光强，一个干涉臂是光线进入参考臂3的光路，另一个是光线进入样本的光路，γ₁₂为复相干度，模为|γ₁₂|，相位为

φ₁₂为目标源相位，

为两干涉臂光程s₁与s₂之差引入相位。干涉条纹对比度(contrast)或可见度(visibility)可表达为条纹振幅与总背景照度之比(illumination)，如式(2)所示：

式中，V为条纹对比度，增加电加热片53扰动电功率{δw_i}之后得到的性能指标变化量为ΔV，由于在实际的工程应用与科研实践中，不会出现能量激变的情况，故假设系统性能指标(对比度)V可导，通过泰勒展开可以得到：

其中，||o||²为展开式中的剩余项。

使用为了得到性能指标下降的梯度，左右两边同时乘以δw_i，取期望可得：

假设{δw_i}中的各个元素独立同分布，可以得到：

其中，σ²为{δw_i}的方差，可以通过统计规律得到评价指标的下降梯度无偏估计

基于以上的方法可以得到:

其中，

为第n+1次第i个电加热片53加热的加热功率，

为第n次第i个电加热片53加热的加热功率，ΔV为第n次加热后对比度的变化值，

为第n次第i个电加热片53加热的加热功率变化值。像散校正镜5的数量为两个，i等于1或者2，表示第1个或第2个像散校正镜5中的加热片。

平行梯度下降算法是一个依赖数理统计得到估计来近似梯度的方法，根据平行梯度下降算法，确定加热功率公式，选取合理的扰动电功率可以得到更好的收敛特性，且平行梯度下降算法是一个依赖数理统计得到估计来近似梯度的方法。

对于本申请自适应光学相干层析成像设备的成像过程来说，支撑可以通过动力学响应，对于机械系统而言影响到比支撑空间频率更大的空间频率范围，静力学与动力学特性是统一的，以传递函数的角度来看，静力学为系统增益，表现的是静态刚度，而动力学特性是动态响应，表现为动刚度，由于本申请自适应光学相干层析成像设备中不含移动部件，因此，本申请自适应光学相干层析成像设备谐振频率高，对外界扰动不敏感，适用范围更加广泛。

本申请的自适应光学相干层析成像设备中设置有像散校正镜5，像散校正镜5中的两个U型支架52交叉区域设置有电加热片53，通过电加热片53的加热与否产生的热胀冷缩，结合杠杆的放大作用，驱动U型支架52的移动，而U型支架52位于第一镜体51上表面且U型支架52开口两侧的侧壁位于第一镜体51上表面的边缘，即从第一镜体51的边缘处改变第一镜体51的面形，解决“印透效应”的问题，且本申请中像散校正镜5是专门对像散进行校正，校正范围宽，另外，本申请中是通过热胀冷缩来改变第一镜体51面形，结构易实现，复杂度低。

请参考图4和图5，图4为本申请实施例所提供的另一种自适应光学相干层析成像设备结构示意图，图5为本申请实施例所提的彗差校正镜的中间剖面结构示意图。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，自适应光学相干层析成像设备还包括：

彗差校正镜7；

所述彗差校正镜7包括第二镜体71；位于所述第二镜体71上表面的边缘的环形支架72，位于环形支架72上表面的两个对称设置的传热片73；位于每个传热片73上表面的L型支架74，每个所述L型支架74距所述第二镜体71上表面的高度不同且两个所述L型支架74存在重叠区域；位于所述重叠区域的所述电加热片53。

彗差校正镜7的数量为两个。需要注意的是，图5中的剖面示意图为彗差校正镜7从中间截开的剖面图，即彗差校正镜7还有与图5中的示出的结构对称的结构。彗差校正镜7中的电加热片53的结构示意图请参见图3。

第二镜体71包括但不限于镀有铝膜的下述任一种镜体：

K9玻璃、微晶玻璃、碳化硅、硼硅酸盐玻璃。

优选地，所述L型支架74为铝质L型支架74，且当加热杆为铝加热杆时，可以保证电加热片53在停止加热后，可以迅速散热。

优选地，所述传热片73为铝传热片73，铝传热片73导热性能强。

优选地，所述环形支架72为铝质环形支架72，铝质环形支架72导热性能强。

本实施例中的自适应光学相干层析成像设备还设置有彗差校正镜7，在对像散进行校正的同时，还能对彗差进行校正，获得更高质量的干涉条纹可见度，以提高自适应光学相干层析成像设备的分辨能力，同时可以获得更长的积分时间，增强对细小病灶的阿金侧能力，解决目前监测灵敏度特异性不足的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的自适应光学相干层析成像设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，包括低相干光源，耦合器，参考臂，光谱仪，像散校正镜，物镜，抛物面镜；

所述像散校正镜包括第一镜体；位于第一镜体上表面两个交叉设置且开口面向所述第一镜体上表面的U型支架，且每个所述U型支架开口两侧的侧壁位于所述第一镜体上表面的边缘；位于两个所述U型支架交叉区域的电加热片，所述电加热片包括加热杆和缠绕在加热杆表面的加热丝。

2.如权利要求1所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，还包括：

彗差校正镜；

所述彗差校正镜包括第二镜体；位于所述第二镜体上表面的边缘的环形支架，位于环形支架上表面的两个对称设置的传热片；位于每个传热片上表面的L型支架，每个所述L型支架距所述第二镜体上表面的高度不同且两个所述L型支架存在重叠区域；位于所述重叠区域的所述电加热片。

3.如权利要求1所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述加热杆为铝加热杆或者铜加热杆。

4.如权利要求1所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述第一镜体为镀有铝膜的下述任一种镜体：

K9玻璃、微晶玻璃、碳化硅、硼硅酸盐玻璃。

5.如权利要求1所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述U型支架为铝质U型支架。

6.如权利要求2所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述L型支架为铝质L型支架。

7.如权利要求2所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述传热片为铝传热片。

8.如权利要求2所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述环形支架为铝质环形支架。

9.如权利要求1至8任一项所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述参考臂为球面平凹反射镜。

10.如权利要求1至8任一项所述的自适应光学相干层析成像设备，其特征在于，所述参考臂包括准直透镜和反射平面镜。

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