Модуль E20-10 в спектральной оптической когерентной томографии

Внедрение: 2012 г.

В статье нижегородских учёных описано применение модуля E20‑10 в установке для визуализации внутренней структуры частично рассеивающих излучение сред методом спектральной оптической когерентной томографии (о.к.т.) [1]. Для борьбы с артефактами (типичными для данного метода) разработан специальный комплекс электронных интерфейсных систем, обеспечивающий быстродействие системы спектральной о.к.т. на уровне 10000 А‑сканов (продольных сканов в глубину) в секунду, высокий динамический диапазон изображения, а также полное подавление специфических для спектрального метода когерентных помех.

Оптическая схема метода спектральной о.к.т., для которого разрабатывались описанные в работе интерфейсные системы, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Оптическая когерентная томография с параллельной регистрацией спектральных компонент суммы интерферирующих волн: 1 – источник широкополосного излучения; 2 – оптический изолятор; 3 – 3 дБ ответвитель; 4 – пьезокерамические модуляторы; 5 – оптический циркулятор; 6 – сканирующая система; 7 – исследуемый объект; 8 – коллимирующая линза; 9 – дифракционная решетка; 10 – призма-компенсатор; 11 – фокусирующая линза; 12 – линейный массив фотоэлементов; 13 – интерфейсные системы; 14 – быстродействующий АЦП E20‑10; 15 – ЭВМ.

Особенностью установки является использование интерферометров Майкельсона и Физо, включенных по тандемной схеме. 

Для освещения объекта исследования в схеме используется источник широкополосного излучения (суперлюминесцентный диод) с центральной длиной волны λ = 1277 нм и шириной полосы на полувысоте Δλ = 70 нм. Излучение через оптический изолятор поступает на вход интерферометра Майкельсона, обеспечивающего задержку излучения, необходимую для последующей компенсации избыточной разности хода волн в интерферометре Физо. Опорная волна, отраженная от торца волокна в зонде, и волна, рассеянная объектом в обратном направлении, через циркулятор подаются на спектрометр, основным дисперсионным элементом которого является дифракционная решетка.
Разложенная в спектр сумма интерферирующих волн регистрируется п.з.с.-матрицей (охлаждаемая линейка фотодиодов SU512LD производства Sensors Unlimited). Поскольку структура картины рассеяния в глубину восстанавливается с использованием обратного преобразования Фурье, точность восстановления определяется эквидистантностью регистрации компонент оптического спектра. Для коррекции положения отдельных спектральных компонент на фотоприемнике используется компенсирующая призма. Сигнал с п.з.с.-матрицы поступает на схему двойной коррелированной выборки (д.к.в.) и далее – на вход быстродействующего АЦП E20‑10 с интерфейсом USB 2.0.

Для управления оптической системой, считыванием и для частичной предварительной обработки сигнала был разработан комплекс электронных интерфейсных систем, блок-схема которого представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Блок-схема электронных интерфейсных систем для спектральной оптической когерентной томографии.

По виду выполняемых задач интерфейсные системы могут быть условно разделены на 4 блока: блок управления и синхронизации, система опроса, система управления интерферометром и система поперечного сканирования.

На рисунке 3 представлены изображения модельной среды и кожи пальца человека, полученные в системе спектральной о.к.т. под управлением разработанных интерфейсных систем с быстродействием до 104 А‑сканов/с.

Рисунок 3. Изображения модельной среды (а) и кожи пальца человека (б), полученные в системе спектральной о.к.т. под управлением разработанных интерфейсных систем.

Создан комплекс электронных интерфейсных систем для спектральной о.к.т., состоящий из блока управления и синхронизации, системы опроса, системы управления интерферометром и системы поперечного сканирования. Комплекс позволил наблюдать в режиме реального времени о.к.т.-изображения с дробовым шумовым пределом с подавлением всех основных типов когерентных помех. Разработанные электронные интерфейсные системы позволили получить изображения внутренней структуры оптически мутных рассеивающих сред со скоростью до 104 А‑сканов/с (~40 кадров/с с 256 × 256 элементами в кадре).

Работа частично поддержана фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе У.М.Н.И.К. (госконтракт № 7379 p/10164 от 28 декабря 2009 г.) и ФЦП Минобрнауки РФ (госконтракт № 16.512.11.2002 от 10.02.2011 г.).

Источник:
Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Терпелов Д.А., Шилягин П.А. Электронные интерфейсные системы для задач спектральной оптической когерентной томографии // Приборы и техника эксперимента. – 2012. – № 3. – С. 100‑106.

Разработчик: Геликонов В.М., Геликонов Г.В., Терпелов Д.А., Шилягин П.А. Институт прикладной физики РАН, ООО “Биомедицинские технологии”)