阅读说明：本技术 一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法 (Method for improving signal-to-noise ratio of Brillouin elastography system through interference type optical path ) 是由 朱羿叡 张余宝 刘严欢 谢成峰 史久林 何兴道 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法,该方法采用扫频式F-P干涉仪和光子接收器组成光谱仪系统,由计算机产生驱动程序来控制扫频式F-P干涉仪和光子接收器的同步运行,进而对532nm激光在生物组织中激发出的布里渊散射信号进行高精度的扫描采集,二者结合可以较大程度上提高布里渊散射弹性成像系统中的光谱信息提取的信噪比。本发明的优点是：采用迈克尔逊干涉仪中参考光路干涉相消的原理,通过对散射光中弹性分量的相消干涉来抑制背景噪声,同时结合扫频式F-P干涉仪和光子接收器组成光谱仪系统,提高了布里渊散射系统的信噪比,提高了探测光谱分辨率,增加了布里渊散射光谱弹性成像技术的实际适用性。(The invention provides a method for improving the signal-to-noise ratio of a Brillouin elastography system by an interference type optical path, which adopts a frequency sweep type F-P interferometer and a photon receiver to form a spectrometer system, and a computer generates a driving program to control the synchronous operation of the frequency sweep type F-P interferometer and the photon receiver so as to perform high-precision scanning acquisition on a Brillouin scattering signal excited by 532nm laser in biological tissues, wherein the signal-to-noise ratio of spectral information extraction in the Brillouin elastography system can be improved to a greater extent by combining the frequency sweep type F-P interferometer and the photon receiver. The invention has the advantages that: the principle of reference light path interference cancellation in the Michelson interferometer is adopted, background noise is suppressed through destructive interference of elastic components in scattered light, and meanwhile, a frequency sweeping type F-P interferometer and a photon receiver are combined to form a spectrometer system, so that the signal-to-noise ratio of the Brillouin scattering system is improved, the detection spectrum resolution is improved, and the actual applicability of the elastic imaging technology of the Brillouin scattering spectrum is improved.)

一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法

技术领域

本发明涉及一种提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法，具体为一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法。

背景技术

布里渊散射弹性成像用以检测眼科生物组织的体弹性模量在眼科临床疾病 (近视、圆锥角膜等)的诊断、治疗及预防领域有着广阔的应用前景，但现在仍存在一些技术限制，主要是检测系统的光谱分辨率较低，不能高精度的从镜面反射和瑞利散射的强背景噪声中提取出布里渊频移信号；另外就是现有的布里渊散射成像技术大多采用虚拟相控阵光谱仪(VIPA)来对布里渊散射频移信号进行探测，其探测精度和扫描时间都有待提高，在临床应用方面有着一定的限制。

由于布里渊散射的光谱频移信号表征的是分子层面的声光效应，不同生物力学性质对布里渊散射光谱频移信号的影响程度不同，因此采用布里渊散射光谱成像技术来检测生物组织的弹性性质有着更高的分辨率，但是现在主流的技术手段是采用虚拟相控阵光谱仪(VIPA)对布里渊散射光谱信号进行扫描探测，该方法的光谱分辨率和探测时间都有待提高，对于容易产生强镜面反射和瑞利散射的复杂成分的生物组织来说，不能高精度的对布里渊散射信号进行检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法，其主要是通过迈克尔逊干涉仪中参考光束的消去性干涉来抑制镜面反射和瑞利散射的弹性散射噪声，然后采用扫频式F-P干涉仪和光子接收器组成光谱仪来对样品的布里渊散射光谱进行采集处理，得到高信噪比的光谱检测结果，然后依据布里渊散射的信号频移和样品的体弹性模量之间的物理关系，计算得到待测样品的体弹性模量。

本发明采用迈克尔逊干涉仪中参考光束的消去性干涉来抑制镜面反射和瑞利散射的弹性散射噪声，然后采用扫频式F-P干涉仪来对布里渊散射光谱进行扫描，然后采用光子接收器实现光谱信号的高精度采集处理，在计算机上处理得到布里渊散射光谱的频移信号，进而可以计算得到待测样品的体弹性模量，检测结果对解决目前临床上多发性眼科疾病的诊断、治疗及预防有着重要的参考价值和广阔的应用前景。

迈克尔逊干涉仪中光的干涉是基于电磁场的相干叠加原理，该原理规定在空间r点上两光束等频率ω的总振幅E(r，t)等于相关振幅E₁和E₂的矢量和，因此

其中φ₁和φ₂是两束光的相位。因此，点r处的时间平均电能密度或者强度表示为：

相位差Δφ＝φ₂-φ₁可以用两束光的光程差Δz表示为

λ表示光的波长。在两束光轴向振幅相等时，探测得到的总强度为

假设两束光在时间和空间上是相干的，上式意味着相消干涉发生在

m是一个整数。

利用此方法的实验探测装置包括功率可调式532nm连续激光器、50∶50分光镜、反射镜一、聚焦物镜、三维移动升降台、光补偿器、反射镜二、压电陶瓷、凸透镜一、针孔滤波器、凸透镜二、小孔光阑、凸透镜三、扫频F-P干涉仪、凸透镜四、单模光纤、光子接收器、计算机。

上述成像方法的具体过程是功率可调式连续激光器发射出波长为532nm的激光束，经过50:50分束器，一分为二变成相互垂直并且功率比为1：1的两束光，其中样品光由反射镜一发射后经聚焦物镜聚焦入射到三维位移平台上的待测样品，激发出布里渊散射光谱，然后被聚焦物镜聚焦之后沿原光路传播到50:50 分束器处；参考光经补偿器后入射到反射镜二上，该反射镜由压电陶瓷控制可进行轴向移动，反射光沿原光路返回到分束器处，和样品光发生干涉。由压电陶瓷控制的反射镜二进行轴向移动，对参考光的相位进行调制，补偿器对参考光的振幅进行调制，实现对干涉光谱中弹性散射光(镜面散射和瑞利散射)的抑制性抑制。

本发明中，采用压电陶瓷(08)驱动反射镜(07)完成对参考光的相位调制，用以匹配样品光中镜面反射和瑞利散射的相位。

本发明中，采用补偿器对参考光的振幅进行调制，用以匹配样品光中弹性散射光的振幅，进而对样品光和参考光中的镜面反射和瑞利散射的弹性散射噪声进行相消干涉。

进一步的，采用了532nm输出波长的功率可调式连续激光器01产生布里渊散射信号，扫频式F-P干涉仪和光子接收器共同组成光谱仪系统。

工作原理：干涉光经凸透镜聚焦到真空滤波器滤除杂散光，出射光在凸透镜一的焦点处入射，经凸透镜一后变成平行光，经过小孔光阑进行空间滤波，提高信噪比，再经过凸透镜二聚焦入射到放置在凸透镜二焦点处的扫频F-P干涉仪内，扫频式F-P干涉仪由计算机控制产生驱动程序，用以对光信号进行扫描，其自由光谱范围为10GHz，光谱分辨率为67MHz。F-P干涉仪的出射光在凸透镜三的焦点处入射并经凸透镜三聚焦到单模光纤，然后传输进光子接收器的信号接收端，光子接收器由计算机控制产生匹配扫频F-P的驱动程序用以接收光信号，完成背景抑制之后的布里渊散射信号的采集处理，然后在计算机完成相应的光谱数据的处理和布里渊频移的计算。

本发明的优点在于：采用扫频式F-P干涉仪和光子接收器组成光谱仪系统，提高了布里渊散射系统的光谱分辨率，同时提高了探测速度，减少了整体探测时间，增加了布里渊散射光谱弹性成像技术的临床可操作性。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图1所示：功率可调式532nm连续激光器(01)、50:50分光镜(02)、532nm 反射镜一(03)、聚焦物镜(04)、三维移动升降台(05)、光补偿器(06)、反射镜二(07)、压电陶瓷(08)、凸透镜一(09)、针孔滤波器(10)、凸透镜二(11)、小孔光阑(12)、凸透镜三(13)、扫频F-P干涉仪(14)、凸透镜四(15)、单模光纤(16)、光子接收器(17)、计算机(18)。

具体实施方式

一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法，具体实施方式为功率可调式532nm连续激光器01发射出波长为532nm的激光束,经过50:50分光镜02一分为二变成相互垂直并且功率比为1：1的两束光，其中样品光由反射镜一(03)发射后经聚焦物镜(04)聚焦入射到三维位移平台(05)上的待测样品，激发出布里渊散射光谱，然后被聚焦物镜(04)聚焦之后沿原光路传播到50:50分束器(02)处；参考光经补偿器(06)后入射到反射镜二(07) 上，该反射镜由压电陶瓷(08)控制可进行轴向移动，反射光沿原光路返回到分束器(02)处，和样品光发生干涉，整个参考光路用以调节系统信号接收光路各部分光学元器件的共轴。由压电陶瓷(08)控制的反射镜二(07)进行轴向移动，对参考光的相位进行调制，补偿器(06)对参考光的振幅进行调制，实现对干涉光谱中弹性散射光(镜面散射和瑞利散射)的相消抑制。

干涉光经凸透镜(09)聚焦到真空滤波器(10)滤除杂散光，出射光在凸透镜一(11)的焦点处入射，经凸透镜一(11)后变成平行光，经过小孔光阑 (12)进行空间滤波，提高信噪比，再经过凸透镜二(13)聚焦入射到放置在凸透镜二(13)焦点处的扫频F-P干涉仪(14)内，扫频式F-P干涉仪(14) 由计算机(18)控制产生驱动程序，用以对光信号进行扫描，出射光在凸透镜三(15)的焦点处入射并经凸透镜三(15)聚焦到单模光纤(16)，然后传输进光子接收器(17)的信号接收端，光子接收器(17)由计算机(18)控制产生匹配扫频F-P的驱动程序用以接收光信号，完成背景抑制之后的布里渊散射信号的采集处理，然后在计算机(18)上可以得到相应的光谱频移结果。

本发明涉及一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法，其特点是基于迈克尔逊干涉仪中参考光束的消去性干涉来抑制布里渊系统中的镜面反射和瑞利散射的弹性散射光，达到降低布里渊光谱背景噪声的目的，从而提高布里渊弹性成像系统的整体信噪比。

本发明涉及一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法，其特点是利用了布里渊散射光谱的频移量和生物组织的体弹性模量之间的物理联系，通过对样品布里渊散射频移信号的扫描探测，进而得到样品的体弹性模量。

本发明涉及一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法，其特点是采用了功率可调式532nm连续激光器01、50:50分光镜02、532nm反射镜一 03、聚焦物镜04、三维移动升降台05、光补偿器06、反射镜二07、压电陶瓷08、凸透镜一09、针孔滤波器10、凸透镜二11、小孔光阑12、凸透镜三13、扫频F-P干涉仪14、凸透镜四15、单模光纤16、光子接收器17、计算机18的实验装置。

本发明涉及一种干涉型光路提高布里渊弹性成像系统信噪比的方法，其特点是采用了532nm输出波长的功率可调式连续激光器01产生布里渊散射信号，扫频式F-P干涉仪和光子接收器共同组成光谱仪系统，用以实现布里渊散射频移信号的高精度扫描探测。

不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。