基于成像光谱仪的频域OCT的实验研究

　　0 引 言

　　光学相干层析术是利用宽带光源的低相干性，通过测量样品后向散射光的干涉信号对样品的内部微观结构进行分辨率层析成像。1991 年美国麻省理工大学的 Fujimoto 工作组的 David Huang 将低相干迈克耳逊干涉仪与共焦微镜的原理应用到生物医学断层成像领域中，提出了光层析成像技术[1]。目前，OCT 已经发展出时域 OCT、频域OCT 和线聚焦 OCT 等分支，经过医学检测界长期的研究，时域和频域 OCT 系统已经用于临床检测并取得很的效果，但随着医学实时检测的要求，这类 OCT 已经不能满足其需要。所以进一步提高成像速度是目前 OCT 究的热点。

　　相对于时域相干层析成像系统，频域干涉法无需参考镜的纵向扫描，可以大大提高成像速度;同时频域相干层析成像系统比时域相干层析成像系统有更好的信噪比、更高的动态范围。我们在前人研究工作的基础上，搭建了一种基于成像光谱仪的高速频域OCT成像系统，它以改变光束在样品上的成像性质为主要方式，将传统的点聚焦成像模式改变为线聚焦成像模式，省去了横向扫描，无需任何机械扫描就可以呈现二维的扫描图像，从而可以提高OCT图像的扫描速度，达到高速OCT系统成像的目的。

　　1 成像光谱仪工作原理

　　一般频域OCT 系统对干涉信号的采集和成像多使用光栅加 CCD 镜头或用光栅光谱仪，这种传统的信息采集设备只能记录相同性质光的光谱，对于光谱仪入光狭缝上不同高度对应的不同性质的光不能同时得到光谱。成像光谱仪可以对狭缝不同高度的点在纵轴上一维成像，同时将狭缝不同高度入射的光各自进行分光得到光谱，从而得到狭缝入射光的纵轴为像横轴为谱的数据立方体，采用光栅分光的成像光谱仪原理如图1 所示[2]。入射狭缝位于准直系统的前焦面上，入射光经过准直镜的准直，经过光栅由成像镜将狭缝按波长成像在位于成像镜的焦平面上。

　　本系统所使用的成像光谱仪是由法国Jobin Yvon 公司生产的成像光谱仪 iHR320，连接Symphony CCD 探测器及计算机。Symphony 控制器对CCD 探测器采用热电制冷方式(STE)，可以使CCD 芯片靶面温度达到-70℃，这就使探测器的暗电流非常低，提高了系统的信噪比。

　　2 线聚焦频域 OCT

　　2.1 频域 OCT

　　频域OCT 技术是 1995 年 Fereher 等人提出一种新型的OCT技术[3-6]，其结构图如图2 所示。频域 OCT 和时域 OCT 结构类似，只是在回光采集部分是一个高分辨率光谱仪，光谱仪通过 USB 口将采集到的干涉光谱传输到计算机内，因为从样品臂返回的样品光可以看成是多个不同深度后向散射光波的叠加，在与参考光干涉后，就会产生干涉条纹。干涉信号被光谱仪接收，以干涉光谱的形式存储于计算机中。干涉光谱的频率编码中有深度信息，通过计算机傅里叶变换后就得到了样品不同深度处的信息。频谱OCT 的优点在于，它无需参考臂的纵向扫描，因而可以缩短成像时间，且一个轴向上的深度信息被同时采集，因此成像速度相比时域 OCT 有了提高。