基于全量程的复谱频域OCT系统

　　光学层析成像( optical coherence tomography,OCT)技术在20世纪的最后10年得到了发展并且成为了医学中重要的诊断技术[1—4].在这里有2种OCT的应用,在历史上首先出现的是时域OCT,而后出现的是频域OCT[5—8].对于时域OCT,只有当样品臂和参考臂的光程差在纵向的相干长度范围内时才能发生干涉.散射中心的深度位置是从参考臂上相应的光学延时线长度直接获取的.在频域OCT系统中,沿着光程方向的散射中心分配的位置信息是通过对层析干涉谱的傅立叶变换得到的,这个谱干涉图是在干涉计的输出端用光谱仪接收的.

　　在一个很短的采集时间内,排除整个测量法中的机械移动部分,直接获取到了谱信息,从而成像速度高,这就是频域OCT技术相对于时域OCT的优势.这种频域OCT技术的主要缺点有2个:①有寄生项,它来自物体内不同点散射光波之间的自相关和在参考臂光学元件表面的自相关;②实现强度数据的傅立叶变换后,样品的重建图像中包含实际图像和它的镜像图像,这个对称的层析图导致图像的不同部分出现了叠加.为此研究了解决这个问题的3种方法:相移谱频域OCT、相移差分谱频域OCT和复谱频域OCT[9—10].

　　1　3种谱频域OCT方法的成像机理

　　谱频域OCT技术的基本技术是部分相干干涉法.从宽带光源来的一束光分为2束部分相干光束,一束光沿着z轴渗透入样品的内部,它的背向散射光沿着z轴从n个散射中心反射回来另一束光从参考镜反射回来,这2项的延时是τn=zn/c和τr=zr/c,因此干涉的结果被记成一个频域函数(或者一个波长函数),即

　　根据W iener2Khinchin定理,一幅谱和复杂的一阶电场域函数是对应的,自相关函数被定义为Γ(τn)≡,将Γ(τ)=FT-1{G12(v)}代入式(2)得到

　　全部信号在式(3)中描述包含:前2项是参考镜反射的强度和物体内部各个点反射强度的和;第3和第4项是物体内部全部不同的点光散射的互相关;最后的2项是样品光的背向散射和参考镜的反射光的干涉,只有最后的2项直接提供了散射中心的位置信息,这个散射中心的位置信息同参考镜固定的位置信息是相关的.但是由于所有项的混合使得重建图像变得很模糊.

　　对于复杂结构的样品,用经典谱频域OCT得到的层析图像是混叠的,图像的分辨率不高,为了用下面3种方法可以提取物体的真实结构,全部方法都是基于一个原则,就是提取出携带着相对于参考镜的位置而言的散射中心位置的信息项,这个信息项中是不包含有寄生项的.相移谱频域OCT是参考镜要移动一个比max(zi-zj)大的距离,这将使全部项中的有用信息从寄生项中分开,但是这种方法的缺点是,镜像的存在使得可探测深度的量程小于全量程的一半,如果相移的长度不合适,寄生项对位置信息项的干扰仍然存在,这样会继续减小探测深度的范围.