手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪的制作方法

本发明属于医疗器械，具体涉及一种手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪。

背景技术：

光学相干层析术（Optical Coherence Tomography, OCT）是一种利用低相干光干涉成像的诊断技术，具有高分辨率、无损伤和能够实时成像等优点。按照信号探测方式，主要可以分为时域光学相干层析术（Time Domain Optical Coherence Tomography, TDOCT）、频域光学相干层析术（Fourier Domain Optical Coherence Tomography, FDOCT）。其中，FDOCT又可分为光谱域相干层析术（Spectral Domain Optical Coherence Tomography，SDOCT）与扫频光学相干层析术（Swept Source Optical Coherence Tomography，SSOCT）。由于SSOCT成像速度主要决定于光源的扫频频率，得益于高速扫频光源技术的发展，SSOCT技术目前最高可以实现数MHz的纵向线扫描速度，具有良好的发展前景。

OCT 系统中用于横向扫描的方式主要有三类，分别是光路旋转式、光路偏转式和物体移动式。物体移动式是这几类中最简单的一种扫描方式，最常见的方式就是保持探头不动，使步进电机带动被测样品的运动，通过步进电机的步进时间和步长来调控被测样品的横向扫描，这种扫描方式最大的缺点就是装置体积比较大。光路旋转方式是通过旋转出射光纤来实现被测样品的扫描，其可以实现侧面成像，常用于医学内窥探头，但设计比较复杂且操控较难。光路偏转式是通过改变出射光的方向，从而可以完成被测样品的扫描，这种方式最大的特点是可以实现探头便携化和小型化，而且控制精度高，扫描速度快，所以这种方式被普遍用于SSOCT 系统。然而，简单通过振镜实现的光路偏转式扫描机制还是不能够满足手持的条件，体积相对而言仍然较为庞大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪，克服传统OCT医疗检测时需将被检测部位固定在某一位置的缺点，可直接手持检测仪器对任意位置皮肤成像，从而提高医学诊断效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪，包括高速扫频激光光源、环流器、光纤耦合器、第一偏振控制器、第一准直透镜、第一汇聚透镜、平面反射镜、第二偏振控制器、手持式探测臂、单片机、平衡探测器、数据采集卡、信号处理系统；环流器通过光纤分别与高速扫频激光光源、光纤耦合器和平衡探测器连接，光纤耦合器通过光纤分别与平衡探测器、第一准直透镜和手持式探测臂连接，光纤耦合器和第一准直透镜之间设有第一偏振控制器，连接光纤耦合器和第一准直透镜的光纤扭绕在第一偏振控制器上，光纤耦合器和手持式探测臂之间设有第二偏振控制器，连接光纤耦合器和手持式探测臂的光纤扭绕在第二偏振控制器上；共光轴依次设置第一准直透镜、第一汇聚透镜和平面反射镜；数据采集卡通过信号传输线分别与高速扫频激光光源、平衡探测器和信号处理系统连接，单片机通过串口通信与信号处理系统连接，单片机通过信号传输线与手持式探测臂连接；所述手持式探测臂包括第二准直透镜、扫描振镜、第二汇聚透镜和环形铝板，，依次设置第二准直透镜和扫描振镜，连接光纤耦合器和手持式探测臂的光纤与第二准直透镜共光轴，单片机通过信号传输线与扫描振镜连接，光纤和第二准直透镜所在的光轴与扫描振镜存在夹角，经扫描振镜反射的光入射到第二汇聚透镜，环形铝板位于第二汇聚透镜下方，且环形铝板的下表面位于第二汇聚透镜的焦点处。

高速扫频激光光源发出扫频光，通过光纤进入环流器，再通过光纤进入光纤耦合器，光纤耦合器将扫频光分为两束，一束扫频光进入第一准直透镜，经第一准直透镜准直后，准直光射入第一汇聚透镜，经第一汇聚透镜汇聚到平面反射镜上，再由平面反射镜反射，沿原路返回光纤耦合器；另一束扫频光进入手持式探测臂，入射到第二准直透镜，经第二准直透镜准直后，投射到扫描振镜，扫描振镜将其反射到第二汇聚透镜，经第二汇聚透镜汇聚，穿过环形铝板射到皮肤样品上，皮肤样品的后向散射光沿原路返回光纤耦合器；光纤耦合器中的皮肤样品的后向散射光和平面反射镜的反射光在光纤耦合器发生干涉，干涉光再分为两束，一束干涉光进入环流器，然后从环流器中出射并进入平衡探测器的正输人端；另一束干涉光通过光纤直接进入平衡探测器的负输人端；平衡探测器将探测到的干涉光强信号转换成电信号，并将探测到的两束干涉光信号做相减处理，从而消除共模噪声，转换后的电信号由数据采集卡进行采集，并且每次A扫信号是由高速扫频激光光源输出的同步信号来触发数据采集卡进行采集，信号处理系统控制单片机驱动扫描振镜改变角度，采集皮肤样品不同位置的信息，最后将采集到的数据通过信号传输线传输到信号处理系统进行数据处理，获得皮肤样品的结构图像。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）手持式探测臂简单小巧，可对人体任意体表位置皮肤进行扫频成像。

（2）探测速度符合实时的要求。

（3）探测过程中保证了物镜与皮肤表面的相对位置。

（4）能够提供高质量的人体皮肤的微观结构图像，提高医学诊断的效率。

附图说明

图1 是本发明的手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪结构示意图。

图2 是本发明的手持式探测臂结构示意图。

图3 是本发明具体实施例成像结果图；其中图（a）为手指的成像结果图，（b）为腹部的成像结果图，（c）为小腿的成像结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

以探测人体手指、手掌以及手臂内侧表面皮肤为例。

结合图1和图2，一种手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪，包括高速扫频激光光源1、环流器2、光纤耦合器3、第一偏振控制器4、第一准直透镜5、第一汇聚透镜6、平面反射镜7、第二偏振控制器8、手持式探测臂9、单片机10、平衡探测器11、数据采集卡12、信号处理系统13；环流器2通过光纤分别与高速扫频激光光源1、光纤耦合器3和平衡探测器11连接，光纤耦合器3通过光纤分别与平衡探测器11、第一准直透镜5和手持式探测臂9连接，光纤耦合器3和第一准直透镜5之间设有第一偏振控制器4，连接光纤耦合器3和第一准直透镜5的光纤扭绕在第一偏振控制器4上，光纤耦合器3和手持式探测臂9之间设有第二偏振控制器8，连接光纤耦合器3和手持式探测臂9的光纤扭绕在第二偏振控制器8上；共光轴依次设置第一准直透镜5、第一汇聚透镜6和平面反射镜7；数据采集卡12通过信号传输线分别与高速扫频激光光源1、平衡探测器11和信号处理系统13连接，单片机10通过串口通信与信号处理系统13连接，单片机10通过信号传输线与手持式探测臂9连接；其特征在于：所述手持式探测臂9包括第二准直透镜15、扫描振镜16、第二汇聚透镜17和环形铝板18，连接光纤耦合器3和手持式探测臂9的光纤接在壳体上，依次设置第二准直透镜15和扫描振镜16，光纤与第二准直透镜15共光轴，单片机10通过信号传输线与扫描振镜16连接，光纤和第二准直透镜15所在的光轴与扫描振镜16存在夹角，经扫描振镜16反射的光入射到第二汇聚透镜17，环形铝板18位于第二汇聚透镜17下方，且环形铝板18的下表面位于第二汇聚透镜17的焦点处。

高速扫频激光光源1发出扫频光，通过光纤进入环流器2，再通过光纤进入光纤耦合器3，光纤耦合器3将扫频光分为两束，一束扫频光进入第一准直透镜5，经第一准直透镜5准直后，准直光射入第一汇聚透镜6，经第一汇聚透镜6汇聚到平面反射镜7上，再由平面反射镜7反射，沿原路返回光纤耦合器3；另一束扫频光进入手持式探测臂9，入射到第二准直透镜15，经第二准直透镜15准直后，投射到扫描振镜16，扫描振镜16将其反射到第二汇聚透镜17，经第二汇聚透镜17汇聚，穿过环形铝板18射到皮肤样品19上，皮肤样品19的后向散射光沿原路返回光纤耦合器3；光纤耦合器3中的皮肤样品19的后向散射光和平面反射镜7的反射光在光纤耦合器3发生干涉，干涉光再分为两束，一束干涉光进入环流器2，然后从环流器2中出射并进入平衡探测器11的正输人端；另一束干涉光通过光纤直接进入平衡探测器11的负输人端；平衡探测器11将探测到的干涉光强信号转换成电信号，并将探测到的两束干涉光信号做相减处理，从而消除共模噪声，转换后的电信号由数据采集卡12进行采集，并且每次A扫信号是由高速扫频激光光源1输出的同步信号来触发数据采集卡12进行采集，信号处理系统13控制单片机10驱动扫描振镜16改变角度，采集皮肤样品19不同位置的信息，最后将采集到的数据通过信号传输线传输到信号处理系统13进行数据处理。

其中，信号处理系统13数据处理步骤如下：

步骤1、利用相位拟合方法对手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪进行波长标定获得波长数据。

步骤2、利用波长数据对干涉信号进行基于插值法的重采样，从而获得在波数域均匀分布的干涉信号。

步骤3、对重采样后的信号进行希尔伯特变换获得复解析信号，该步骤的目的是去除结构图像中的复共轭像。

步骤4、再利用数值色散补偿方法对复解析信号进行色散补偿，使得纵向分辨率接近理论值。

步骤5、最后，对色散补偿后的复解析信号进行逆傅里叶变换即可获得皮肤样品的结构图像。

图3（a）、图3（b）与图3（c）分别为手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪对手指指甲根部、腹部以及小腿内侧皮肤的成像结果，成像区域约为2 mm。结合图3，我们可以看出手持式人体任意体表位置皮肤扫频光学相干层析成像仪的成像深度较深、信噪比较高，能提供高质量的皮肤微观结构图像，同时，还能够对人体任意体表位置皮肤进行成像。