本發(fā)明涉及一種全場(chǎng)光學(xué)相干層析方法及裝置，屬于全場(chǎng)光學(xué)相干層析技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光學(xué)相干層析技術(shù)(Optical Coherence Tomography，OCT)利用從生物組織中反射回來的后向散射光與參考光進(jìn)行干涉成像，是一種高分辨率斷層成像模式，它將光學(xué)技術(shù)與超靈敏探測(cè)器合為一體，應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理，發(fā)展成為一種新興的斷層成像診斷技術(shù)。全場(chǎng)光學(xué)相干層析(Full Field Optical Coherence Tomography，F(xiàn)FOCT)是OCT的一個(gè)分支，利用二維CCD直接對(duì)樣品的二維橫向截面進(jìn)行斷層成像，全場(chǎng)OCT具有高分辨率、高靈敏度、深度分辨及全場(chǎng)成像的優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)生物組織等獲取微米量級(jí)的在體光學(xué)斷層成像，廣泛應(yīng)用于動(dòng)物胚胎學(xué)、發(fā)育生物學(xué)等要求超高分辨的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)FFOCT是基于多步移相干涉解調(diào)方法，對(duì)于每一待成像斷層，在參考臂中連續(xù)引入多個(gè)相移(至少三個(gè))，由相應(yīng)的多幅干涉圖像解調(diào)出斷層圖像(例如名稱為“采用無色散相移器的全場(chǎng)光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)”、專利號(hào)為200610052451.5的發(fā)明專利所公開的基于多步移相干涉解調(diào)方法)。具體的說，傳統(tǒng)FFOCT的解調(diào)方法中，利用相移器在參考光中引進(jìn)已知相移量來改變兩相干光波的相對(duì)相位，從干涉場(chǎng)中某一點(diǎn)在不同相移量下的光強(qiáng)值來進(jìn)行解調(diào)，比如采用基于四相位調(diào)制算法，每一個(gè)周期觸發(fā)CCD四次，利用一個(gè)周期采集的四張干涉圖算出相位，重構(gòu)出樣品信息。但是這種基于多步移相干涉解調(diào)的方法，對(duì)環(huán)境的要求非常高，如果在一個(gè)周期中采集四張干涉圖時(shí)，由于外界干擾，使得探測(cè)光和參考光之間引入了干擾相位差，則會(huì)嚴(yán)重影響重構(gòu)的精確度。因此仍需進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種全場(chǎng)光學(xué)相干層析方法及裝置，它可以有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，尤其是FFOCT中采用多步移相干涉解調(diào)時(shí)易受外界干擾，嚴(yán)重影響重構(gòu)精確度的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種全場(chǎng)光學(xué)相干層析方法，包括以下步驟：

S1，確定平面，將待成像樣品的頂部與平面重合；其中，所述的平面通過以下方法確定：從所述平面上各點(diǎn)反射的探測(cè)光和從反射鏡上對(duì)應(yīng)各點(diǎn)反射的參考光，在高速面陣相機(jī)上的光程差小于光源的相干長(zhǎng)度，且所述的探測(cè)光和參考光在高速面陣相機(jī)上進(jìn)行干涉(而從其他深度的平面反射的探測(cè)光和從反射鏡上反射的參考光在高速面陣相機(jī)上不滿足干涉條件，不進(jìn)行干涉)；

S2，調(diào)整反射鏡使其連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，并使得經(jīng)反射鏡上各點(diǎn)反射的參考光和經(jīng)待成像樣品上反射的探測(cè)光，在高速面陣相機(jī)上的相位差在0～2π范圍內(nèi)連續(xù)變化；

S3，高速面陣相機(jī)采集隨時(shí)間變化的信號(hào)，計(jì)算所述待成像樣品處于平面的斷層圖像；

S4，帶動(dòng)待成像樣品沿Z軸方向向上平移，重復(fù)步驟S2～S3，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的不同斷層進(jìn)行成像。

優(yōu)選的，步驟S2中，反射鏡連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)幅度為1～5個(gè)光源的波長(zhǎng)。

優(yōu)選的，步驟S3中，根據(jù)高速面陣相機(jī)所采集圖像上的每個(gè)像素所記錄的光強(qiáng)隨時(shí)間的漲落幅度，計(jì)算所述待成像樣品處于平面的斷層圖像，從而避免了外部環(huán)境的干擾，可以快速、準(zhǔn)確的確定待成像樣品處于平面的斷層所成的圖像。

更優(yōu)選的，步驟S3中，具體通過以下方式計(jì)算所述待成像樣品處于平面的斷層圖像：

連續(xù)采集N幅圖像，將所述N幅圖像的同一位置的像素點(diǎn)的灰度值按時(shí)間順序排列，組成信號(hào)序列，表示為S(x,y；n),其中，S(x,y；n)為連續(xù)采集的N幅圖像中的第n幅圖像，1≤n≤N，(x，y)表示高速面陣相機(jī)(4)感光面的空間位置；S(x,y；n)表示為，

$S(x,y;n)=a_2(x,y;n)+a_1(x,y;n)+b(x,y;n)+2\sqrt{a_2(x,y;n)b(x,y;n)}\cos \left(\mathrm{\θ}\right(x,y;n\left)\right)$

式中，a₁(x,y；n)表示來自于非平面(12)的反射光，a₂(x,y；n)表示來自于平面(12)的反射光，b(x,y；n)表示來自于反射鏡(6)的反射光，θ(x,y；n)表示由于參考光和來自于平面(12)的探測(cè)光存在光程差而產(chǎn)生的相位；

通過下式，計(jì)算待成像樣品(11)處于平面(12)的斷層圖像：

$a_2(x,y)=\frac{(MAX\[LPF(diff{\left(S\right(x,y;n\left)\right)}^2)\])}{4b(x,y)}$

式中，a₂(x,y)為待成像樣品(11)處于平面(12)的斷層圖像上的像素的光強(qiáng)，MAX[]表示取極大值，LPF()表示低通濾波，diff()表示進(jìn)行差分計(jì)算。

由于反射鏡連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，其振動(dòng)幅度為1～5個(gè)光源的波長(zhǎng)，則θ(x,y；n)的變化范圍為0～2π，cos(x,y；n)的變化范圍為-1～1；S(x,y；n)的變化幅度為由S(x,y；n)的變化幅度即可計(jì)算出a₂(x,y)。

實(shí)現(xiàn)前述方法的一種全場(chǎng)光學(xué)相干層析裝置，包括：光源、A透鏡、分光鏡、高速面陣相機(jī)、B透鏡、反射鏡、壓電陶瓷、計(jì)算機(jī)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)平移臺(tái)，所述的低相干光源發(fā)出的低相干光經(jīng)A透鏡擴(kuò)束，再經(jīng)分光鏡分為兩部分，一部分為參考光，一部分為探測(cè)光；所述的探測(cè)光照射到待成像樣品上，由待成像樣品反射回來的光再經(jīng)過分光鏡、B透鏡進(jìn)入高速面陣相機(jī)；所述的參考光照射到反射鏡后，由反射鏡反射回來的參考光再經(jīng)過分光鏡、B透鏡進(jìn)入高速面陣相機(jī)，高速面陣相機(jī)采集隨時(shí)間變化的信號(hào)并傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)計(jì)算所述待成像樣品處于平面的斷層圖像；其中，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷帶動(dòng)反射鏡連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)平移臺(tái)帶動(dòng)待成像樣品沿Z軸方向向上平移。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過確定某個(gè)平面，使得待成像樣品逐步通過該平面，再調(diào)整反射鏡使其連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，并使得經(jīng)反射鏡上各點(diǎn)反射的參考光和經(jīng)待成像樣品上反射的探測(cè)光，在高速面陣相機(jī)上的相位差在0～2π范圍內(nèi)連續(xù)變化，最后根據(jù)高速面陣相機(jī)采集的隨時(shí)間變化的信號(hào)，即可準(zhǔn)確快速的確定所述待成像樣品處于該平面的斷層所成的圖像，以此類推，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的不同斷層進(jìn)行成像。本發(fā)明不需要再使用參考臂多步相移的方法進(jìn)行解調(diào)、成像，而且本發(fā)明的層析技術(shù)還具有傳統(tǒng)FFOCT高分辨率、高靈敏度、深度分辨的優(yōu)點(diǎn)。此外，在本發(fā)明中，由于調(diào)整反射鏡使其連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，并使得經(jīng)反射鏡上各點(diǎn)反射的參考光和經(jīng)待成像樣品上反射的探測(cè)光，在高速面陣相機(jī)上的相位差在0～2π范圍內(nèi)連續(xù)變化，再利用高速面陣相機(jī)采集的隨時(shí)間變化的信號(hào)來確定某個(gè)斷層所成的像，因此外部的干擾并不會(huì)影響斷層圖像的重構(gòu)，而且所述的外部干擾(類似于在壓電陶瓷的作用，使參考光和探測(cè)光的相位差發(fā)生變化，而產(chǎn)生干涉信號(hào)的漲落)反而對(duì)本發(fā)明是有利的。

發(fā)明人經(jīng)大量的研究發(fā)現(xiàn)，只有從特定的某個(gè)平面上各點(diǎn)反射的探測(cè)光和從反射鏡上對(duì)應(yīng)各點(diǎn)反射的參考光，在高速面陣相機(jī)上的光程差才小于光源的相干長(zhǎng)度，所述的探測(cè)光和參考光在高速面陣相機(jī)上才進(jìn)行干涉；而且隨著時(shí)間的變化，只有該平面反射的探測(cè)光與相應(yīng)的參考光進(jìn)行干涉，使得高速面陣相機(jī)所采集的某個(gè)斷層的多幅圖像上的每個(gè)像素所記錄的光強(qiáng)隨時(shí)間的漲落幅度變化較大，因此，通過本發(fā)明的方法確定了待成像樣品處于該平面的斷層所成圖像上的像素的光強(qiáng)，即可快速、準(zhǔn)確的獲得該相應(yīng)斷層的成像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)樣品所有斷層圖像的重構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種實(shí)施例的方法流程圖；

圖2是本發(fā)明的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：1-光源，2-A透鏡，3-分光鏡，4-高速面陣相機(jī)，5-B透鏡，6-反射鏡，7-壓電陶瓷，8-計(jì)算機(jī)，9-壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，10-電動(dòng)平移臺(tái)，11-待成像樣品，12-平面。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例：一種全場(chǎng)光學(xué)相干層析方法，如圖1所示，包括以下步驟：

S1，確定平面12，將待成像樣品11的頂部與平面12重合；其中，所述的平面12通過以下方法確定：從所述平面12上各點(diǎn)反射的探測(cè)光和從反射鏡6上對(duì)應(yīng)各點(diǎn)反射的參考光，在高速面陣相機(jī)4上的光程差小于光源1的相干長(zhǎng)度，且所述的探測(cè)光和參考光在高速面陣相機(jī)4上進(jìn)行干涉(而從其他深度的平面反射的探測(cè)光和從反射鏡6上反射的參考光在高速面陣相機(jī)4上不滿足干涉條件，不進(jìn)行干涉)；

S2，調(diào)整反射鏡6使其連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，并使得經(jīng)反射鏡6上各點(diǎn)反射的參考光和經(jīng)待成像樣品11上反射的探測(cè)光，在高速面陣相機(jī)4上的相位差在0～2π范圍內(nèi)連續(xù)變化；

S3，高速面陣相機(jī)4采集隨時(shí)間變化的信號(hào)，計(jì)算所述待成像樣品11處于平面12的斷層圖像；

S4，帶動(dòng)待成像樣品11沿Z軸方向向上平移，重復(fù)步驟S2～S3，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的不同斷層進(jìn)行成像。

可選的，步驟S2中，反射鏡6連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)幅度為1～5個(gè)光源1的波長(zhǎng)。

可選的，步驟S3中，根據(jù)高速面陣相機(jī)4所采集圖像上的每個(gè)像素所記錄的光強(qiáng)隨時(shí)間的漲落幅度，計(jì)算所述待成像樣品11處于平面12的斷層圖像。

具體的，可通過以下方式計(jì)算所述待成像樣品11處于平面12的斷層圖像：

連續(xù)采集N幅圖像，將所述N幅圖像的同一位置的像素點(diǎn)的灰度值按時(shí)間順序排列，組成信號(hào)序列，表示為S(x,y；n),其中，S(x,y；n)為連續(xù)采集的N幅圖像中的第n幅圖像，1≤n≤N，(x，y)表示高速面陣相機(jī)(4)感光面的空間位置；S(x,y；n)表示為，

$S(x,y;n)=a_2(x,y;n)+a_1(x,y;n)+b(x,y;n)+2\sqrt{a_2(x,y;n)b(x,y;n)}cos\left(\mathrm{\θ}\right(x,y;n\left)\right)$

式中，a₁(x,y；n)表示來自于非平面(12)的反射光，a₂(x,y；n)表示來自于平面(12)的反射光，b(x,y；n)表示來自于反射鏡(6)的反射光，θ(x,y；n)表示由于參考光和來自于平面(12)的探測(cè)光存在光程差而產(chǎn)生的相位；

通過下式，計(jì)算待成像樣品(11)處于平面(12)的斷層圖像：

$a_2(x,y)=\frac{(MAX\[LPF(diff{\left(S\right(x,y;n\left)\right)}^2)\])}{4b(x,y)}$

式中，a₂(x,y)為待成像樣品(11)處于平面(12)的斷層圖像上的像素的光強(qiáng)，MAX[]表示取極大值，LPF()表示低通濾波，diff()表示進(jìn)行差分計(jì)算。

實(shí)現(xiàn)上述方法的一種全場(chǎng)光學(xué)相干層析裝置，如圖2所示，包括：光源1、A透鏡2、分光鏡3、高速面陣相機(jī)4、B透鏡5、反射鏡6、壓電陶瓷7、計(jì)算機(jī)8、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9和電動(dòng)平移臺(tái)10，所述的低相干光源1發(fā)出的低相干光經(jīng)A透鏡2擴(kuò)束，再經(jīng)分光鏡3分為兩部分，一部分為參考光，一部分為探測(cè)光；所述的探測(cè)光照射到待成像樣品11上，由待成像樣品11反射回來的光再經(jīng)過分光鏡3、B透鏡5進(jìn)入高速面陣相機(jī)4；所述的參考光照射到反射鏡6后，由反射鏡6反射回來的參考光再經(jīng)過分光鏡3、B透鏡5進(jìn)入高速面陣相機(jī)4，高速面陣相機(jī)4采集隨時(shí)間變化的信號(hào)并傳給計(jì)算機(jī)8，計(jì)算機(jī)8計(jì)算所述待成像樣品11處于平面12的斷層圖像；其中，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器9驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷7帶動(dòng)反射鏡6連續(xù)往返運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)平移臺(tái)10帶動(dòng)待成像樣品11沿Z軸方向向上平移。

以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。