(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011564335.8
(22)申请日 2020.12.25
(66)本国优先权数据
201911356322.9 2019.12.25 CN
(71)申请人 武汉阿格斯科技有限公司
地址 430070 湖北省武汉市东湖新技术开
发区高新大道666号C6栋203室
(72)发明人 王正义 明良裕 侯利平 冯庆宇
吴振英
(74)专利代理机构 北京彩和律师事务所 11688
代理人 刘磊 闫桑田
(51)Int.Cl.
G01M 11/02(2006.01)
(54)发明名称一种OCT系统灵敏度测量方法以及测量装置(57)摘要本申请公开了一种OCT系统灵敏度测 量方法，包括如下步骤：扫描光源发出光信号；将光信号分成初始采样光信号和初始参考光信号；初始参考光信号进入参考臂；初始采样光信号进入采样臂，采样光信号在采样臂内发生2N+1次衰减；从参考臂反射出来的输出参考光信号与从采样臂反射出来的输出采样光信号发生干涉形成干涉光信号；将干涉光信号转换为电信号；将电信号转换为FFT频谱，通过FFT频谱得到信噪比，从而计算出OCT系统灵敏度；OCT系统灵敏度＝采样光信号的衰减量+信噪比，OCT系统灵敏度为S，采样光信号的衰减量为FA，信噪比为SNR，即S＝FA+SNR；采样光信号的衰减量＝2N ×第一衰减量+第二衰减量；N≥1。本申请还提供一种OCT系统灵敏 度测量装置。权利要求书2页 说明书8页 附图1页CN 112763190 A 2021.05.07
C N 112763190
A
1.一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
扫描光源发出光信号；
将所述光信号分成初始采样光信号和初始参考光信号；
初始参考光信号进入参考臂；
初始采样光信号进入采样臂后发生2N+1次衰减；
从参考臂反射出来的输出参考光信号与从采样臂反射出来的输出采样光信号发生干涉形成干涉光信号；
将所述干涉光信号转换为电信号；
将所述电信号转换为FFT频谱，通过所述FFT频谱得到信噪比，从而计算出OCT系统灵敏度；
所述OCT系统灵敏度＝采样光信号的衰减量+信噪比，所述OCT系统灵敏度为S，所述采样光信号的衰减量为FA，所述信噪比为SNR，即S＝FA+SNR；
所述采样光信号的衰减量＝2N×第一衰减量+第二衰减量；N≥1。
2.根据权利要求1所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述OCT系统包括扫描光源、分光镜、参考臂、成像系统接口、干涉模块、平衡探测器、FFT变换模块以及显示模块，所述成像系统接口连接采样臂，所述采样臂的一侧设置有采样物。
3.根据权利要求2所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述扫描光源发射弱相干光信号，所述分光镜将所述弱相干光信号分成初始采样光信号和初始参考光信号，通过所述参考臂以及采样臂反射出来的输出参考光信号与输出采样光信号在干涉模块内发生干涉，形成干涉光信号，所述干涉光
信号通过平衡探测器转换为电信号，所述电信号通过FFT变换模块以及显示模块转变为FFT频谱显示在显示模块的屏幕上。
4.根据权利要求3所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述采样臂包括可变光衰减器和光纤透镜，初始采样光信号进入所述采样臂内，首先依次经过可变光衰减器、光纤透镜照射到采样物上，采样光信号在采样物上发射反射后又依次经过光纤透镜和可变光衰减器输出；
通过所述可变光衰减器来调整初始采样光信号的衰减量，从而改变所述采样臂输出的采样光信号。
5.根据权利要求1‑4任一项所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述采样光信号2N次经过可变光衰减器发生的衰减量为2N×第一衰减量；采样光信号在采样物上发射后的衰减量为第二衰减量；
所述第一衰减量为可变光衰减器的固定衰减量；
所述采样物的反射率为R；
所述第二衰减量为Δx＝10lg(R)。
6.根据权利要求4所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述可变光衰减器的固定衰减量为0～50dB。
7.根据权利要求4所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述采样物为平面镜，所述平面镜的反射率为30％～100％，优选为80％～100％；所述采样物的平面和所述光纤透镜的出射光束垂直设置。
8.根据权利要求1所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述信噪比＝FFT
谱峰值高度‑噪声平均值‑标准偏差；
所述FFT谱峰值高度为FFT频谱峰值达到最大时的峰值高度。
9.根据权利要求2所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述扫频光源发出的弱相干光信号的波长为820nm～1500nm，带宽为50nm～260nm，扫描频率为5kHz～10MHz。
10.一种OCT系统灵敏度测量装置，其特征在于，包括OCT系统和测量机构，所述测量机构包括采样臂和采样物，所述采样臂包括可变光衰减器和光纤透镜，且所述可变光衰减器、光纤透镜以及采样物同轴，所述OCT系统与所述可变光衰减器的第一端连接，所述可变光衰减器的第二端与所述光纤透镜连接。
一种OCT系统灵敏度测量方法以及测量装置
技术领域
[0001]本申请涉及光学干涉断层成像技术领域，具体涉及一种OCT系统灵敏度测量方法以及测量装置。
背景技术
[0002]光学干涉断层成像(OCT)是一种类似超声的生物医学成像技术。它通过测量样品背向散射光或反射光来获得生物组织的横切面图像和三维图像，具有非侵入、分辨率高、可在体成像等优点，目前已广泛应用于眼科、皮肤科和心血管内科等的临床诊断和研究上。[0003]早期的OCT系统主要以时域OCT为主。为了提高OCT系统的成像速度，研究人员提出了频域OCT系统。与时域OCT相比，频域OCT具有更高的灵敏度。灵敏度反映了OCT系统对弱信号的探测能力。灵敏度越高，系统探测弱信号的能力越强，样品的成像深度越大，从而能够获得更多的样品结构信息。因此，对于OCT系统灵敏度的测试显得尤为重要。
[0004]光学干涉断层成像系统的灵敏度是指光学干涉断层成像系统的样品臂能允许的最大的对光信号衰减。影响光学干涉断层成像系统灵敏度的就是接收光信号的强度和系统噪声，接收光信号强度取决于光源输出光功率和光路衰减，系统噪声来自光源、无源光路和光接收。一般成像系统主要依赖于成像透镜的光学结构，而内窥式OCT是通过光纤透镜采集的光信号返回干涉仪与参考光进行干涉拍频实现高灵敏度光相干接收，采用平衡探测去除直流信号提高光电转换效率，完成光电转换再重建图像，光传输性能对OCT成像质量有直接影响。和光通信传输链路一样，OCT光传输链路的噪声来自3方面：光源噪声(量
子噪声和模式噪声RIN、光路噪声MPI、探测器热噪声，扫频OCT光源采用的是极低噪声的单模激光器，模式噪声极低RIN<120dBc/Hz可以忽略，只有散粒噪声(量子噪声)，通过控制好光路的连接点降低MPI噪声、优质的光相干接收和平衡探测，能把MPI噪声和接收机热噪声也降到低于光源量子噪声，实现量子极限传输。在1310nm波长，SS‑OCT系统能实现接近理论量子极限传输120dB左右灵敏度。
[0005]由于光接收机的有效动态范围只有30～40dB，测量120dB的灵敏度范围，必须引入固定衰减量，把光信号预先衰竭到接收机的最佳接收动态范围内，然后测量接收到的信号的信噪比，固定衰减量+信噪比就是该系统的光灵敏度。但是，引入固定衰减量之后，如何准确测量信噪比、如何得到整个系统的灵敏度，学术界和工业界还没有共识。目前最常用的方法是采用光谱分析仪OSA(optical spectrum analyzer)测量进入接收机的光信号的SNR、或者采用光束分析仪测量接收光的点扩展函数PSF(point spread function)，PSF的峰值与噪声的差值就是信噪比，灵敏度就是固定衰减量+信噪比。这个方法的缺点是OSA和光束分析仪里面的光电转换其实不同于OCT系统里的光电接收机，因此得到的信噪比并不代表整个OCT系统的噪声性能。
发明内容
[0006]有鉴于此，本申请提供一种OCT系统灵敏度测量方法，该方法以及装置既可以方便
地调整采样臂内的衰减量，又保证了采样光信号的高质量，还去可以直接利用OCT系统本身来测量系统
噪声，能够简便、准确地得到整个OCT系统的灵敏度，既不需要昂贵的光束分析仪和光谱分析仪OSA，又包括了OCT系统本身的光接收机噪声，非常适合在实际生产中使用。[0007]为实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种OCT系统灵敏度测量方法。[0008]本申请提供如下技术方案。
[0009]1、一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010]扫描光源发出光信号；
[0011]将所述光信号分成初始采样光信号和初始参考光信号；
[0012]初始参考光信号进入参考臂；
[0013]初始采样光信号进入采样臂后发生2N+1次衰减；
[0014]从参考臂反射出来的输出参考光信号与从采样臂反射出来的输出采样光信号发生干涉形成干涉光信号；
[0015]将所述干涉光信号转换为电信号；
[0016]将所述电信号转换为FFT频谱，通过所述FFT频谱得到信噪比，从而计算出OCT系统灵敏度；
[0017]所述OCT系统灵敏度＝采样光信号的衰减量+信噪比，所述OCT系统灵敏度为S，所述采样光信号的衰减量为FA，所述信噪比为SNR，即S＝FA+SNR；
[0018]所述采样光信号的衰减量＝2N×第一衰减量+第二衰减量；N≥1。
[0019]2、根据项1所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述OCT系统包括扫描光源、分光镜、参考臂、成像系统接口、干涉模块、平衡探测器、FFT变换模块以及显示模块，所述成像系统接口连接采样臂，所述采样臂的一侧设置有采样物。
[0020]3、根据项2所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述扫描光源发射弱相干光信号，所述分光镜将所述弱相干光信号分成初始采样光信号和初始参考光信号，通过所述参考臂以及采样臂反射出来的输出参考光信号与输出采样光信号在干涉模块内发生干涉，形成干涉光信号，所述干涉光信号通过平衡探测器转换为电信号，所述电信号通过FFT变换模块以及显示模块转变为FFT频谱显示在显示模块的屏幕上。
[0021]4、根据项3所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述采样臂包括可变光衰减器和光纤透镜，初始采样光信号进入所述采样臂内，首先依次经过可变光衰减器、光纤透镜照射到采样物上，采样光信号在采样物上发射反射后又依次经过光纤透镜和可变光衰减器输出；
[0022]通过所述可变光衰减器来调整初始采样光信号的衰减量，从而改变所述采样臂输出的采样光信号。
[0023]5、根据项1‑4任一项所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述采样光信号2N次经过可变光衰减器发生的衰减量为2N×第一衰减量；采样光信号在采样物上发射后的衰减量为第二衰减量；
[0024]所述第一衰减量为可变光衰减器的固定衰减量；
[0025]所述采样物的反射率为R；
[0026]所述第二衰减量为Δx＝10lg(R)。
[0027]6、根据项4所述的一种OCT系统灵敏度测量方法，其特征在于，所述可变光衰减器
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