基于全光纤相干层析系统快速扫描探头的研制

　　1　引　言

　　光学相干层析技术[1-2](optical coherence tomo-graphy,OCT)是近十年来继超声成像、X射线、CT、MRI之后迅速发展起来的一种成像技术。它基于低相干干涉、结合超灵敏探测、精密自动控制和计算机图像处理等多项技术,能够实现对散射物体快速、非侵入性的断层成像,具有微米级的空间分辨率和大的动态范围。由于其在生物医学领域具有强大的应用价值,因此近年来得到诸多研究人员的关注。其中,基于微型化扫描探头的光学相干层析系统,能与内窥镜相结合,使其能够针对人体内腔表面以下或深层组织内部几毫米深度的高分辨率在体成像成为可能。

　　目前,常见的光学相干层析系统的扫描探头有以下几种方式:振镜振动[3]、步进电机驱动、光纤谐振扫描[4-5]或者结合微机电系统(MEMS)技术[6-9]来实现。其中振镜振动和步进电机驱动多用于实验台上,体积较大。结合微机电系统技术成本较高。本文选用光纤谐振扫描方式,利用带有自聚焦透镜的光纤悬臂的共振特性,通过对压电双晶片施加共振频率下的方波电压,实现光纤悬臂的一维线性扫描。同时利用二维位置敏感探测器,同步记录扫描轨迹,分析探头性能。将所研制的扫描探头应用于已建立的OCT系统,对玻片表面进行一维扫描,获得了玻片的二维图像。

　　2　用于牙齿检测的全光纤OCT系统

　　光学相干层析系统利用低相干干涉原理,使用宽带光源可以获得很高的测量分辨率。其基本结构是迈克尔逊干涉仪。图1是改进的用于龋齿诊断的全光纤口腔OCT系统结构图。采用对牙齿具有很高穿透深度的SLD光源,中心波长1310nm,带宽50nm,相干长度15μm。SLD光源输出的光经过环行器1,通过探头入射到被测样品,并利用探头中的GRIN lens出射端面的后向反射作为参考光。样品的后向散射光与GRIN lens端面后向反射参考光再次经过GRIN lens和环行器1,通过环行器2、经过耦合器分为两路,系统采用光纤拉伸器实现对被测样品的轴向光程扫

描,由法拉第旋转镜反射两路信号发生干涉。系统中使用的法拉第旋光镜和双路平衡探测器可以使干涉信号获得更高的信噪比。干涉信号经过采集后进入计算机,由计算机进行解调,并完成二维图的重建。使用扫描探头可以实现对样品的二维检测。

　　3　扫描探头的结构及性能

　　3. 1　扫描探头结构

　　扫描探头由光纤悬臂梁、压电双晶片、自聚焦透镜、保护套管三部分组成。图2为结构原理图。压电双晶片的尺寸是55mm×3mm×0. 42mm。光纤悬臂梁的总长度为65m。选用的自聚焦透镜参数为:光斑直径为5mm,工作距离3mm。图3为探头的实物图。