一種sbs超聲場激勵下的oct成像裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)相干層析成像技術(shù)，特別涉及一種在SBS (受激布里淵散射)激勵下的OCT (光學(xué)相干層析技術(shù))成像裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]布里淵散射作為非線性光學(xué)中的一個重要研宄方向，目前在水中以及大氣中的研宄都較為深入。針對液體中的布里淵散射，主要是針對作為牛頓流體的水進行研宄，在基礎(chǔ)特性研宄領(lǐng)域，利用布里淵散射測量了海水聲速、鹽度、溫度，并利用研宄成果研宄設(shè)計了水下布里淵散射激光雷達等一些成熟的雷達裝置。
[0003]布里淵散射激光雷達具有自身的局限性:該技術(shù)是通過探測環(huán)境場的布里淵散射散射光譜來進行物體探測，因此無法對被探測物體進行實時實物三維成像；其次目前針對液體的布里淵散射研宄，主要局限在對水中的研宄，對如血液、油品等的非牛頓流體的研宄涉足甚少。
[0004]OCT (光學(xué)相干層析技術(shù))是基于低相干干涉原理的一種技術(shù)，具有分辨斷層成像的能力，可獲得生物組織表層下高分辨率的截面圖像。具有高分辨率、高靈敏度、無輻射、無損傷等優(yōu)點。在醫(yī)療領(lǐng)域日趨成熟，不僅可以應(yīng)用于眼科，皮膚科等外科疾病，也能使用內(nèi)窺鏡技術(shù)，將OCT應(yīng)用于診斷一些內(nèi)科疾病。
[0005]—般的TDOCT (時域光學(xué)相干層析技術(shù))米用點掃描的方式，主要由光源、分光棱鏡、反射鏡、光探測器組成，光源發(fā)出的光被分光棱鏡分成兩路:一路稱為樣品臂，被透鏡聚集于樣品上，然后被樣品內(nèi)部的細微結(jié)構(gòu)反射或散射回來；另一路成為參考臂，被透鏡聚焦到反射鏡上，然后被反射回來。假設(shè)樣品臂中的光從離開分光棱鏡到重新回到分光棱鏡的總光程為樣品臂總光程；參考臂中的光從離開分光棱鏡到重新回到分光棱鏡的總光程為參考臂總光程。如果樣品臂總光程與參考臂總光程的光程差等于相干長度，就會在分光棱鏡上發(fā)生雙光束干涉，此干涉信號被光探測器記錄。縱向掃描是通過反射鏡的上下移動改變參考臂中總光程，實現(xiàn)對于樣品縱向深度的掃描。
[0006]因此我們提出將SBS和TDOCT相結(jié)合的方法，研宄體在SBS超聲場激勵狀態(tài)下的OCT圖像，分析被探測液體的結(jié)構(gòu)會發(fā)生什么變化，這樣不僅能對水、酒精等牛頓流體進行探測，而且能對油、血液等非牛頓流體進行探測，從而豐富液體中的布里淵散射研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:將OCT成像系統(tǒng)和SBS系統(tǒng)相結(jié)合，并用于流體的成像特征及特征參數(shù)探測。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案。一種SBS超聲場激勵下的OCT成像裝置，包括:計算機、第一激光器、第二激光器、F-P標(biāo)準(zhǔn)具、ICXD (增強電荷耦合器件)、分束鏡和探測器，計算機分別連接第一激光器、第二激光器、第三平面鏡、探測器和ICCD ;第二激光器的出射光線與第一半波片、第一偏振耦合器、鍍?nèi)茨げＡ桨?、四分之波片和聚焦透鏡的軸線共軸，并依次透過第一半波片、第一偏振耦合器、四分之波片和聚焦透鏡，隨后入射樣品；在鍍?nèi)茨げＡ桨宓囊粋?cè)依次設(shè)置有第二偏振耦合器和第二平面鏡；后向散射光被第二偏振耦合器反射后，依次通過共軸的第二半波片、分束鏡進入探測器；分束鏡一側(cè)依次設(shè)置有第一偏振耦合器和第一平面鏡，第一激光器的出射光線通過第一平面鏡反射后被第一偏振耦合器反射，然后依次通過鍍?nèi)茨げＡ桨?、四分之波片、聚焦透鏡入射樣品；分束鏡的另一側(cè)設(shè)置有第三平面鏡；在第二偏振耦合器的另一側(cè)設(shè)置有第二平面鏡，第二平面鏡的一側(cè)設(shè)置有準(zhǔn)直系統(tǒng)、F-P標(biāo)準(zhǔn)具及ICCD，且第二平面鏡的出射光線與準(zhǔn)直系統(tǒng)和F-P標(biāo)準(zhǔn)具共軸，第二平面鏡的出射光線經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)入射F-P標(biāo)準(zhǔn)具并由ICCD接收。
[0009]一種SBS超聲場激勵下的OCT成像裝置的成像方法，其步驟如下:
1)采集單獨的TD-OCT信號:
511:打開第二激光機，輸出一束豎直偏振光；
512:所述豎直偏振光經(jīng)過第一半波片變成水平偏振光，隨后通過第一偏振耦合器后繼續(xù)向前傳播，作為OCT系統(tǒng)的樣品臂，其余被反射的光作為OCT系統(tǒng)的參考臂；
513:所述樣品臂中，通過第一偏振耦合器的水平偏振光，通過四分之波片后變成圓偏振光，經(jīng)過聚焦透鏡，聚焦于樣品中；
S14:從所述樣品中返回的散射光通過四分之波片后變成豎直偏振光，經(jīng)鍍有全反膜玻璃平板反射，再經(jīng)第二偏振耦合器反射，通過第二半波片變?yōu)樗狡窆猓M入分束鏡；
S15:所述參考臂中，經(jīng)過第一偏振耦合器反射的水平偏振光，通過分束鏡后被第三平面鏡反射，隨后入射分束鏡，與上述步驟S14中水平偏振光發(fā)生干涉，并被探測器接收，輸入計算機進行分析成像；
2)采集被探測液體在布里淵散射超聲場激勵下的所述樣品的TD-OCT圖像:
521:打開第一激光器，輸出一束豎直偏振光；
522:上述豎直偏振光被第一偏振耦合器反射，并入射四分之波片，變成圓偏振光，經(jīng)過聚焦透鏡入射所述樣品，激發(fā)所述樣品處于SBS超聲場激勵狀態(tài)；
523:所述樣品中返回的后向布里淵散射光信號，通過四分之波片變成水平偏振光，并一次經(jīng)過鍍?nèi)茨げＡ桨宸瓷?、第二偏振耦合器透射，第二平面鏡反射后，通過準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直后入射到F-P標(biāo)準(zhǔn)具上進行分光，最后由ICXD記錄散射光譜，并輸入計算機；
524:同步驟Sll?S15，獲得所述樣品在產(chǎn)生SBS時的OCT圖像；
3)對比步驟I)和步驟2)得到的OCT圖像，分析計算被測液體的成像特征和特征參數(shù)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于將兩種成像系統(tǒng)相結(jié)合，不僅探測被測樣品的環(huán)境場光譜，同時也對其三維結(jié)構(gòu)進行實時成像。一方面利用布里淵散射裝置與OCT系統(tǒng)結(jié)合進行成像研宄，另一方面利用單獨的布里淵散射系統(tǒng)，探測并計算其特征參數(shù)。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的OCT成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
[0012]圖中:1.計算機，2.第一激光器，3.第一平面鏡，4.第二激光器，5.第一半波片，6.第一偏振耦合器，7.鍍?nèi)茨げＡ桨澹?.四分之波片，9.聚焦透鏡，10.樣品，11.第二半波片，12.第二偏振耦合器，13.第二平面鏡，14.準(zhǔn)直系統(tǒng)，15.F-P標(biāo)準(zhǔn)具，16.1CXD，17.分束鏡，18.第三平面鏡，19.探測器。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。參見圖1，一種SBS超聲場激勵下的OCT成像裝置，包括:計算機1、第一激光器2、第二激光器4、F-P標(biāo)準(zhǔn)具15、ICXD 16、分束鏡17和探測器19 ;計算機I分別連接第一激光器2、第二激光器4、第三平面鏡18、探測器19和ICXD16 ;第二激光器4的出射光線與第一半波片5、第一偏振耦合器6、鍍?nèi)茨げＡ桨?、四分之波片8和聚焦透鏡9的軸線共軸，并依次透過第一半波片5、第一偏振耦合器6、四分之波片8和聚焦透鏡9，隨后入射樣品10 ;在鍍?nèi)茨げＡ桨?的一側(cè)依次設(shè)置有第二偏振耦合器12和第二平面鏡13 ;后向散射光被第二偏振耦合器12反射后，依次通過共軸的第二半波片11、分束鏡17進入探測器19 ;分束鏡17 —側(cè)依次設(shè)置有第一偏振耦合器6和第一平面鏡3，第一激光器2的出射光線通過第一平面鏡3反射后被第一偏振耦合器6反射，然后依次通過鍍?nèi)茨げＡ桨?、四分之波片8、聚焦透鏡9入射樣品10 ;分束鏡17的另一側(cè)設(shè)置有第三平面鏡18，且第三平面鏡18可以沿著Z軸方向移動；在第二偏振耦合器12的另一側(cè)設(shè)置有第二平面鏡13，第二平面鏡13的一側(cè)設(shè)置有準(zhǔn)直系統(tǒng)14、F-P標(biāo)準(zhǔn)具15及ICXD16，且第二平面鏡13的出射光線與準(zhǔn)直系統(tǒng)14和F-P標(biāo)準(zhǔn)具15共軸，第二平面鏡13的出射光線經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)14入射F-P標(biāo)準(zhǔn)具15并由ICCD16 接收。
[0014]一種SBS超聲場激勵下的OCT成像裝置的成像方法，其步驟如下:
1)采集單獨的TD-OCT信號:
511:打開第二激光機4，輸出一束豎直偏振光；
512:所述豎直偏振光經(jīng)過第一半波片5變成水平偏振光，隨后通過第一偏振耦合器6后繼續(xù)向前傳播，作為OCT系統(tǒng)的樣品臂，其余被反射的光作為OCT系統(tǒng)的參考臂；
513:所述樣品臂中，通過第一偏振耦合器6的水平偏振光，通過四分之波片8后變成圓偏振光，經(jīng)過聚焦透鏡9，聚焦于樣品10中；
514:從所述樣品10中返回的散射光通過四分之波片8后變成豎直偏振光，經(jīng)鍍有全反膜玻璃平板7反射，再經(jīng)第二偏振耦合器12反射，通過第二半波片11變?yōu)樗狡窆猓M入分束鏡17 ；
515:所述參考臂中，經(jīng)過第一偏振耦合器6反射的水平偏振光，通過分束鏡17后被第三平面鏡18反射，隨后入射分束鏡17，與上述步驟S14中水平偏振光發(fā)生干涉，并被探測器19接收，輸入計算機I進行分析成像；
2)采集被探測液體在布里淵散射超聲場激勵下的所述樣品的TD-OCT圖像:
521:打開第一激光器2，輸出一束豎直偏振光；
522:上述豎直偏振的窄帶紅外光第一偏振耦合器6反射，并入射四分之波片8，變成圓偏振光，經(jīng)過聚焦透鏡9入射所述樣品10，激發(fā)所述樣品10處于SBS超聲場激勵狀態(tài)；
523:所述樣品10中返回的后向布里淵散射光信號，通過四分之波片8變成水平偏振光，并一次經(jīng)過鍍?nèi)茨げＡ桨?反射、第二偏振耦合器12透射，第二平面鏡13反射后，通過準(zhǔn)直系統(tǒng)14準(zhǔn)直后入射到F-P標(biāo)準(zhǔn)具15上進行分光，最后由ICXD 16記錄散射光譜，并輸入計算機I ; S24:同步驟Sll?S15，獲得所述樣品10在產(chǎn)