專利名稱：基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物和醫(yī)療成像儀器，特別涉及一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦 掃描與光學(xué)相干層析成像儀，能對人眼眼底(或其他生物組織)實現(xiàn)三維高分辨率成像。
背景技術(shù)：
共焦顯微鏡技術(shù)最早應(yīng)用于生物組織成像，并在1987年發(fā)展成為成熟的激光共 焦掃描成像設(shè)備。專利號為US4863226的發(fā)明專利提出了激光共焦掃描成像(Scanning Laser Ophthalmoscope, SL0)的概念，該發(fā)明通過聲光調(diào)制器來實現(xiàn)對樣品的橫向掃描，并通過 另一掃描鏡實現(xiàn)對樣品的縱向掃描即幀掃描，提出使用針孔來實現(xiàn)共焦高分辨率成像的目 的，但該發(fā)明專利僅僅給出了共焦掃描成像的原理性裝置，其聲光調(diào)制器會帶來較大的色 散效應(yīng)，大幅降低系統(tǒng)的成像分辨率。專利號為ZL98111188.2的發(fā)明專利也提出了一種激光共焦掃描顯微鏡裝置，該 專利與上述美國發(fā)明專利有著類似的共焦掃描成像原理，其通過一塊45°角放置的的分光 棱鏡實現(xiàn)掃描照明光路、信號光返回光路和觀測光路的重合。但不能同時得到待測樣品的 高分辨率層析圖像。此外，專利號為ZL200810117071.4的發(fā)明專利也提出了共焦成像的基本裝置，但 其沒有掃描裝置，而是通過點光源單幀成像的原理，實現(xiàn)對樣品的共焦成像，該發(fā)明分辨率 較低并且無法實現(xiàn)視頻成像。又及，專利號為ZL99115053.8的發(fā)明專利等提出了基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù) 的視網(wǎng)膜成像裝置，但該裝置沒有包含共焦掃描與層析成像的概念。專利號分別為 ZL200610052463. 8和ZL200510012234. 9的發(fā)明專利等也提出了光學(xué)相干層析技術(shù)的原理 性裝置，但重點在如何提高光學(xué)相干層析儀(OCT)的焦深和改變掃描方式，而不能同時得 到眼底(或待測樣品)的高分辨率共焦圖像。綜上所述可知，現(xiàn)有的共焦掃描成像設(shè)備及光學(xué)相干層析設(shè)備存在諸多不足，亟 待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成 像儀，其可同時在橫向切面和縱向切面上得到高分辨率圖像，進(jìn)而實現(xiàn)對待成像物品形成 三維方向上的高分辨率成像，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其特征在于所述 成像儀包括光源組件、掃描照明光路組件、像差探測與校正組件、共焦成像探測組件、參考 臂組件以及光學(xué)相干層析成像探測組件，上述各組件之間分別通過光纖和/或球面反射式 望遠(yuǎn)鏡鏈接，從光源組件發(fā)出的低相干光分為兩路，其中一路進(jìn)入?yún)⒖急劢M件后，再沿原路返回，另一路依次經(jīng)像差探測與校正組件和掃描照明光路組件進(jìn)入待測樣品，再從待測樣 品處沿原路返回，返回的光經(jīng)過一分光鏡后分為兩路，其中一路為反射光束，該反射光束進(jìn) 入像差探測與校正組件進(jìn)行像差探測，另一路為透射光束，該透射光束經(jīng)過另一分光鏡后 再分成兩束，其中一束光進(jìn)入共焦成像探測組件，實現(xiàn)高分辨率共焦成像，另一束光與從參 考臂組件返回的光耦合后進(jìn)入光學(xué)相干層析成像探測組件，實現(xiàn)高分辨率層析成像。進(jìn)一步地講所述光源組件包含低相干光源和光纖耦合器，所述光纖耦合器的輸 入端與低相干光源連接，其第一輸出端與參考臂組件連接，第二輸出端與共焦探測成像組 件連接，第三輸出端與光學(xué)相干層析成像探測組件連接，且第一輸出端和第二輸出端的輸 出能量之比為1 2 1 5。所述掃描照明光路組件包含兩個獨(dú)立的光學(xué)掃描振鏡，其分別為橫向掃描振鏡和 縱向掃描振鏡，由光源組件傳輸來的光經(jīng)橫向掃描振鏡掃描后變成線掃描光，再被縱向掃 描振鏡掃描形成面照明光并輸入待測樣品。所述像差探測與校正組件包含波前傳感器和可變性反射鏡，波前傳感器接收所述 反射光束，并進(jìn)行波前探測，可變性反射鏡根據(jù)波前傳感器提供的波前信息，校正所述成像 儀光路中的波前像差。所述波前傳感器采用夏克_哈特曼波前傳感器或者曲率傳感器，所述可變性反射 鏡采用雙壓電陶瓷變形反射鏡或微機(jī)械變形鏡。所述共焦成像探測組件包含聚光透鏡、針孔和探測器，針孔放置于聚光透鏡的焦 點處，所述由另一分光鏡傳輸?shù)囊皇庖来未┻^聚光透鏡和針孔后被探測器接收。所述針孔采用中心通光口徑50 200 ym的光闌，所述探測器采用光電倍增管或 者其他電荷耦合器件，如CCD和/或CMOS。所述參考臂組件包含聚光透鏡、光程調(diào)節(jié)裝置、光散射匹配液和反射鏡，從光源組 件發(fā)出的光依次經(jīng)過聚光透鏡、光程調(diào)節(jié)裝置和色散匹配液體后，再被反射鏡反射，并沿原 光路返回。所述光程調(diào)節(jié)裝置包括復(fù)數(shù)個反射鏡。所述光學(xué)相干層析成像組件包含耦合透鏡、聚光透鏡，透射式衍射光柵和線陣 (XD，光線進(jìn)入光學(xué)相干層析成像組件后，依次經(jīng)耦合透鏡、衍射光柵和聚光透鏡后到達(dá)線 陣 CCD。本案發(fā)明人經(jīng)長期研究和實踐，結(jié)合激光共焦顯微成像和光學(xué)相干層析成像原 理，同時采用自適應(yīng)光學(xué)實時像差校正技術(shù)，從而提出了本發(fā)明基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共 焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其可同時實現(xiàn)橫向共焦圖像與縱向?qū)游鰣D像的結(jié)合，實時 顯示待測樣品的高分辨率立體圖像。具體的講，本發(fā)明中，光源、兩個二維掃描振鏡以及待 測樣品在光學(xué)上精確共軛，兩個獨(dú)立的二維掃描振鏡依次對待測樣品實現(xiàn)線掃描和幀掃 描，獲得視場內(nèi)的共焦掃描高分辨率圖像，且在每一個掃描點或掃描面，通過探測待測樣品 處返回的光信號與參考臂光信號的相位相干信息，得到每一個掃描成像點或成像面在深度 上的高分辨率圖像信息，如此，最終獲得待測樣品的高分辨率三維圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)大幅提高了傳統(tǒng)共焦掃面顯微鏡對人眼眼底或待測樣品，尤其是生物組織成 像的縱向切面成像分辨率；
(2)大幅提高了傳統(tǒng)光學(xué)相干層析儀對待測樣品成像的橫向切面成像分辨率，尤 其是能實時顯示人眼眼底(或其他待測生物組織)的三維高分辨率圖像，且三維成像在每 一個方向上的成像分辨率均能達(dá)到微米量級。


圖1是本發(fā)明具體實施方式
中基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析 成像儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及本發(fā)明之一較佳實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本實施例基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀包 括光源組件、掃描照明光路組件、像差探測與校正組件、共焦成像探測組件、參考臂組件以 及光學(xué)相干層析成像探測組件。所述光源組件包括低相干光源1和多路光纖耦合器3 ；所述參考臂組件包括光纖耦合鏡頭5、光程調(diào)節(jié)裝置6、色散匹配液體7和反射鏡 8反射，其中，光程調(diào)節(jié)裝置6為由復(fù)數(shù)個反射鏡構(gòu)成的一反射鏡系統(tǒng)；所述掃描照明光路組件包括一橫向掃描振鏡18和一縱向掃描振鏡21，橫向掃描 振鏡18和縱向掃描振鏡21之間設(shè)置球面反射鏡19、20 ；所述像差探測與校正組件包括通過計算機(jī)連接的波前傳感器26和可變性反射鏡 15，所述波前傳感器26優(yōu)選采用夏克-哈特曼波前傳感器，其具體工作原理可以參考專利 號為ZL200610011201. 7的發(fā)明專利，所述可變性反射鏡可以是壓電陶變形反射鏡或微機(jī) 械變形鏡；所述共焦成像探測組件包括聚光透鏡28、針孔29和探測器30，針孔29放置于聚 光透鏡28的焦點處，所述針孔采用中心通光口徑50 200微米的光闌(即1 2倍光學(xué) 系統(tǒng)的艾利衍射斑尺寸)，所述探測器采用電荷耦合器件，優(yōu)選采用光電倍增管；所述光學(xué)相干層析成像探測組件包括耦合透鏡32、衍射光柵33、聚光透鏡34和線 陣 CCD35。如下以人眼作為待測樣品為例來說明本實施例的工作原理及過程(1)低相干光源1通過光纖端口 2接入多路光纖耦合器3，該光纖耦合器3通過輸 出光纖端口 4進(jìn)入?yún)⒖急劢M件，由低相干光源1提供的一路照明光依次經(jīng)過光纖端口 4、光 纖耦合鏡頭5、反射鏡系統(tǒng)6和色散匹配液體7后，被反射鏡8反射，并沿原光路返回光纖耦 合器3 ；(2)低相干光源1提供的另一路照明光依次通過光纖耦合器3的光纖輸出端口 9、 耦合透鏡10、反射鏡11后，再經(jīng)分光鏡12反射(該分光鏡12的分光比一般為1 1)，經(jīng) 分光鏡12反射的光束依次經(jīng)過球面反射式望遠(yuǎn)鏡13、14，可變性反射鏡15，球面反射式望 遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)16、17后進(jìn)入橫向掃描振鏡18(3)進(jìn)入橫向掃描振鏡18的反射光束經(jīng)過橫向掃描振鏡18的掃描后變成線掃描 光，再依次經(jīng)過球面反射式望遠(yuǎn)鏡19、20擴(kuò)束后被縱向掃描振鏡21掃描，形成面照明光，面 照明光經(jīng)球面反射式望遠(yuǎn)鏡22、23后被反射鏡24反射后進(jìn)入人眼25，掃描照明光路在人眼
5眼底掃描照明的入射視場角一般在3°左右，一般為人眼等暈角大??；(4)面照明光入射在人眼瞳孔表面，經(jīng)瞳孔聚焦后進(jìn)入人眼眼底，從人眼眼底返 回的光按原光路返回(從人眼25返回到球面反射鏡13)，返回的光束首先經(jīng)過分光鏡26， 并被分成兩部分，其中一部分被反射后進(jìn)入波前傳感器26，另一部分被投射后進(jìn)入分光鏡 12，該波前傳感器26主要用來對從人眼返回回來的光信號進(jìn)行波前探測，并復(fù)原出人眼的 像差信息，可變性反射鏡15根據(jù)波前傳感器26的提供的波前信息，產(chǎn)生一個相位上共軛的 波前表面，以校正本實施例成像儀光路中的波前像差，校正后的光信號的光束質(zhì)量接近衍 射極限；(5)進(jìn)入分光鏡12的光束的一部分依次投射進(jìn)入聚光透鏡28和針孔29后被光 電倍增管30接收，因經(jīng)過針孔后的信號光將具備與成像平面(即人眼瞳孔)精確共焦的性 質(zhì)，也就是共焦平面之外 的雜散光將被針孔遮擋，這樣光電倍增管30所接收到的信號光與 成像平面精確共焦，并且噪聲得到抑制，光電倍增管完成對人眼眼底返回光信號的光強(qiáng)探 測，再結(jié)合兩個掃描振鏡的位置信息，完成共焦圖像的重構(gòu)，也就是共焦掃描成像；(6)進(jìn)入分光鏡12的光束的另一部分依次反射進(jìn)入反射鏡11和耦合透鏡10，并 再經(jīng)光纖端口 9進(jìn)入光纖耦合器3，光纖耦合器3將把光纖端口 4與光纖端口 9的光束耦合 后依次通過光纖端口 31、耦合透鏡32后入射在衍射光柵33上；(7)衍射光柵33對接收到的光根據(jù)不同的波長在不同的方向上色散，色散后的光 束再經(jīng)過聚光透鏡34后被線陣CCD 35接收，對線陣CCD 35接收到的序列光信號進(jìn)行頻譜 分析(即傅立葉變換)，得到不同波長光束在人眼眼底內(nèi)的相干信息，根據(jù)這些光束的相干 信息，結(jié)合兩個掃描振鏡的位置信息，完成人眼眼底在縱向切面上的圖像重構(gòu)。也就是光學(xué) 相干層析成像；經(jīng)過上述過程，即可對人眼實現(xiàn)三維方向上的高分辨率成像。需要說明的是，盡管本發(fā)明的較佳實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明 書和實施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域 的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般 概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其特征在于所述成像儀包括光源組件、掃描照明光路組件、像差探測與校正組件、共焦成像探測組件、參考臂組件以及光學(xué)相干層析成像探測組件，上述各組件之間分別通過光纖和/或球面反射式望遠(yuǎn)鏡鏈接，從光源組件發(fā)出的低相干光分為兩路，其中一路進(jìn)入?yún)⒖急劢M件后，再沿原路返回，另一路依次經(jīng)像差探測與校正組件和掃描照明光路組件進(jìn)入待測樣品，再從待測樣品處沿原路返回，返回的光經(jīng)過一分光鏡后分為兩路，其中一路為反射光束，該反射光束進(jìn)入像差探測與校正組件進(jìn)行像差探測，另一路為透射光束，該透射光束經(jīng)過另一分光鏡后再分成兩束，其中一束光進(jìn)入共焦成像探測組件，實現(xiàn)高分辨率共焦成像，另一束光與從參考臂組件返回的光耦合后進(jìn)入光學(xué)相干層析成像探測組件，實現(xiàn)高分辨率層析成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述光源組件包含低相干光源和多路光纖耦合器，所述光纖耦合器的輸入端與 低相干光源連接，其第一輸出端與參考臂組件連接，第二輸出端與共焦探測成像組件連接， 第三輸出端與光學(xué)相干層析成像探測組件連接，且第一輸出端和第二輸出端的輸出能量之 比為1 2 1 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述掃描照明光路組件包含兩個獨(dú)立的光學(xué)掃描振鏡，其分別為橫向掃描振鏡 和縱向掃描振鏡，由光源組件傳輸來的光經(jīng)橫向掃描振鏡掃描后變成線掃描光，再被縱向 掃描振鏡掃描形成面照明光并輸入待測樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述像差探測與校正組件包含波前傳感器和可變性反射鏡，波前傳感器接收所 述反射光束，并進(jìn)行波前探測，可變性反射鏡根據(jù)波前傳感器提供的波前信息，校正所述成 像儀光路中的波前像差。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述波前傳感器為夏克_哈特曼波前傳感器或者曲率傳感器，所述可變性反射 鏡為雙壓電陶瓷變形反射鏡或者微機(jī)械變形鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述共焦成像探測組件包含聚光透鏡、針孔和探測器，針孔放置于聚光透鏡的焦 點處，所述由另一分光鏡傳輸?shù)囊皇庖来未┻^聚光透鏡和針孔后被探測器接收。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述針孔采用中心通光口徑50 200 ym的光闌，所述探測器為電荷耦合器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述參考臂組件包含聚光透鏡、光程調(diào)節(jié)裝置、色散匹配液和反射鏡，從光源組 件發(fā)出的光依次經(jīng)過聚光透鏡、光程調(diào)節(jié)裝置和色散匹配液后，再被反射鏡反射，并沿原光 路返回。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述光程調(diào)節(jié)裝置包括復(fù)數(shù)個相互之間間距可調(diào)整的反射鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，其 特征在于所述光學(xué)相干層析成像組件包含耦合透鏡、聚光透鏡，透射式衍射光柵和線陣CCD，光 線進(jìn)入光學(xué)相干層析成像組件后，依次經(jīng)耦合透鏡、衍射光柵和聚光透鏡后到達(dá)線陣CCD。
全文摘要
一種基于自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的共焦掃描與光學(xué)相干層析成像儀，包括光源組件、掃描照明光路組件、像差探測與校正組件、共焦成像探測組件、參考臂組件及光學(xué)相干層析成像探測組件，各組件之間分別通過光纖和/或球面反射式望遠(yuǎn)鏡鏈接，光源組件發(fā)出的低相干光一部分進(jìn)入?yún)⒖急劢M件后再沿原路返回，另一部分依次經(jīng)像差探測與校正組件和掃描照明光路組件進(jìn)入待測樣品后，再從待測樣品處沿原路返回，返回的光經(jīng)過一分光鏡后一部分反射至像差探測與校正組件，另一部分透射至另一分光鏡后再分成兩部分，其中一部分進(jìn)入共焦成像探測組件，另一部分與從參考臂組件返回的光耦合后進(jìn)入光學(xué)相干層析成像探測組件。藉本發(fā)明可對待測物品實現(xiàn)高分辨率的三維成像。
文檔編號A61B3/14GK101869466SQ20101022494
公開日2010年10月27日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者李超宏 申請人:李超宏