制的方法。(b)調(diào)制信號(hào)相位分析；利用對光學(xué)相干斷層掃描成像原始干涉信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的相位分布來檢測原始干涉光譜信號(hào)的偏移。(C)校正干涉光譜偏移；校正光學(xué)相干斷層掃描成像原始干涉光譜信號(hào)的偏移的方法。該具體如下:
[0037](a)干涉光譜做離散傅里葉變換；
[0038]本發(fā)明中B掃描通過16位的高速模擬輸出裝置驅(qū)動(dòng)X-Y掃描振鏡實(shí)現(xiàn)光柵掃描。一次B掃描包含12000個(gè)干涉光譜，每個(gè)光譜上有1024個(gè)點(diǎn)，這些光譜組成一個(gè)1024*12000的數(shù)據(jù)包。一次B掃描采集的干涉光譜如圖2所示。在干涉信號(hào)被送進(jìn)探測器之前，對干涉光譜施加一個(gè)完美的正弦調(diào)制信號(hào)。光譜調(diào)制信號(hào)由在平衡探測器之前其中一個(gè)臂的光路中插入一個(gè)聚碳酸酯片產(chǎn)生。該調(diào)制信號(hào)在干涉光譜進(jìn)行傅里葉變換后的幅度譜中表示為一個(gè)非常穩(wěn)定的高峰，如圖3所示。通過分析穩(wěn)定調(diào)制信號(hào)的相位來識(shí)別和量化干涉光譜的偏移。
[0039](b)調(diào)制信號(hào)相位分析
[0040]本發(fā)明提出的方式是通過對0CT原始信號(hào)進(jìn)行某一特定頻率的調(diào)制，通過分析該調(diào)制信號(hào)的相位來檢測干涉光譜的偏移抖動(dòng)并對檢測出來抖動(dòng)引起的相位誤差進(jìn)行校正。具體來說，在同一點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，比如說重復(fù)采集一萬次，在這一點(diǎn)它的相位分布會(huì)呈現(xiàn)離散狀態(tài)，不一定是均勻分布的，可能在某一處存在5000個(gè)點(diǎn)，在另一處存在4200個(gè)點(diǎn)，其余800個(gè)點(diǎn)則是存在于其他一處，但總的加起來還是10000個(gè)點(diǎn)。然后統(tǒng)計(jì)其相位分布，以點(diǎn)分布最多的一個(gè)相位值作為正確相位?；诓襟E(a)中做完傅里葉變換之后的幅度譜，在峰值處取三個(gè)相對最高點(diǎn)作為參考信號(hào)，對三個(gè)參考信號(hào)做相位直方圖，并以其中幅值最大點(diǎn)作為正確的相位，其他點(diǎn)通過與理論值相比較來確定點(diǎn)的偏移位數(shù)和偏移方向并做±1到±3點(diǎn)的移位校正。校正前后的結(jié)果如圖4所示。
[0041](c)校正干涉光譜偏移
[0042]本發(fā)明采取的校正方式是在發(fā)生偏移的信號(hào)基礎(chǔ)上直接減去調(diào)制信號(hào)偏移量的理論值從而得到正確相位。首先，在開始采集數(shù)據(jù)時(shí)，由一定數(shù)量的點(diǎn)抖動(dòng)引起的相位誤差可以從理論上計(jì)算得到。點(diǎn)偏移量在頻域進(jìn)行校正的公式如下:
[0043](})c(k) = Φο00-2 31 km/1024, (1)
[0044]這里φ。和φ。分別表示校正前和校正后的相位，k是深度指數(shù)，m是偏移點(diǎn)數(shù)(正號(hào)表示右移，負(fù)號(hào)表示左移)，1024表示每個(gè)光譜掃描的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目。如圖5(a)所示。
[0045]另外，考慮到圖像深度的問題，找出正確相位的頻率，繼續(xù)優(yōu)化調(diào)制信號(hào)的頻率。如圖5(a)所示，對每一頻率，計(jì)算從±1到±3點(diǎn)偏移的相互之間的相位差，然后取相位差最大值所對應(yīng)的頻率為調(diào)制信號(hào)的最優(yōu)頻率(圖5(b))。在此發(fā)明中，選擇調(diào)制頻率約為60MHz,其原因有兩個(gè):(1)在一個(gè)A掃描中調(diào)制信號(hào)峰值離我們關(guān)心的圖像深度足夠遠(yuǎn)；
(2)從理論上來說，未經(jīng)過校正前有±1到±3點(diǎn)偏移的相位整個(gè)范圍內(nèi)，60MHZ左右能被最好的分離(在做相位直方圖時(shí)不會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象)，而不是在27.9MHz左右。
[0046]然后，通過調(diào)制信號(hào)的理論值判斷光譜采集時(shí)是左偏還是右偏、具體是偏移了幾個(gè)點(diǎn)。在知道了偏移方向和偏移量的基礎(chǔ)上進(jìn)行校正。
[0047](4)光譜偏移原因
[0048]為探討光譜偏移的原因，本發(fā)明測試了在光觸發(fā)條件下的相位穩(wěn)定性。光觸發(fā)信號(hào)通過將光源發(fā)出的光分出一小部分導(dǎo)入布拉格光纖光柵(FBG)，布拉格光柵反射回來的光由光接收器探測得到轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，以此作為OCT數(shù)據(jù)采集的觸發(fā)信號(hào)。由布拉格光纖光柵反射回來的光的中心波長位置是固定的即每次光纖光柵給的光信號(hào)位置是固定的，所以光觸發(fā)信號(hào)與k時(shí)鐘基本一致不存在相對的不穩(wěn)定抖動(dòng)。與掃描觸發(fā)條件下的直方圖分布相比，兩者非常類似，如圖6所示，其為61，000個(gè)光譜分別在掃描觸發(fā)和光觸發(fā)條件下偏移點(diǎn)數(shù)的直方圖。當(dāng)偏移點(diǎn)數(shù)為±2時(shí)，為了更好地可視化放大了 100倍。以上每個(gè)直方條上都標(biāo)注了實(shí)際的點(diǎn)數(shù)。
[0049]上述意味著光觸發(fā)信號(hào)與k時(shí)鐘基本一致不存在抖動(dòng)，并可得出引起抖動(dòng)最大的因素是來自數(shù)據(jù)采集卡上的電子設(shè)備的結(jié)論。由于偏移點(diǎn)的數(shù)量十分有限，本發(fā)明建議在干涉譜上強(qiáng)加一個(gè)穩(wěn)定的光譜調(diào)制信號(hào)并加以利用其相位來校正由于抖動(dòng)引起的相位誤差。具體方法詳見算法步驟（a)、（b)。
[0050](5)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
[0051]此外，本發(fā)明在人體皮膚上驗(yàn)證了相位誤差校正算法。評(píng)價(jià)相位校正效果有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：1)調(diào)制信號(hào)的相位分布；2)基于相位解析的多普勒圖；3)固定模式噪聲去除效果。校正結(jié)果如圖7所示。
[0052]調(diào)制信號(hào)的相位分布效果已從步驟（b)中看出校正前后差異。校正前，其相位呈現(xiàn)出離散且不均勻的分布，經(jīng)過算法校正后，其相位分布比較均勻而且很集中，消除相位誤差的效果十分明顯。
[0053]圖7分別描述可以看到在圖7(a)中，沒有經(jīng)過相位誤差校正的結(jié)構(gòu)圖上，灰度圖像的上半部分仍然存在一些較淡的灰色的直線條，在同一圖像深度，在灰度圖像的下半部分存在著一條厚厚的黑線（由正弦調(diào)制信號(hào)導(dǎo)致）。這表明固定模式噪聲沒有被完全消除。與此相反的是，在圖7(b)中，經(jīng)過相位誤差矯正之后，以上這些固定模式噪聲行幾乎完全被消除了。這表明校正相位誤差后可以改善固定模式噪聲的消除。至于多普勒圖像，校正相位誤差前很難識(shí)別到多普勒信號(hào)。校正相位誤差后，多普勒信號(hào)顯示的很清楚，如圖7(c)和圖7(d)所示。
[0054]這些結(jié)果表明我們的相位誤差校正方法在校正相位誤差、校正后改善的固定模式噪聲去除效果、以及基于相位解析的光學(xué)頻域成像的多普勒信號(hào)的對比上都有很好的效果。
[0055]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光學(xué)相干斷層掃描成像中相位誤差的校正方法，其包括步驟如下: (1)原始干涉光譜信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換:先對光學(xué)相干斷層掃描成像原始干涉光譜信號(hào)進(jìn)行某一頻率的調(diào)制得到調(diào)制信號(hào)，然后再通過離散傅里葉變換以獲取調(diào)制信號(hào)的相位信息； (2)調(diào)制信號(hào)相位分析:對步驟(1)所獲取的調(diào)制信號(hào)的相位進(jìn)行分析，相位直方圖中分布最多的相位值為正確無偏移的，其它相位值所對應(yīng)的干涉光譜則認(rèn)為發(fā)生了偏移，偏移方向和偏移量通過其相位值與正確的相位值的差來確定； (3)校正干涉光譜偏移:由步驟(2)所得到的光譜的偏移方向和偏移量計(jì)算在每一頻率上的相位差，然后將計(jì)算所得的相位差直接從步驟(1)中經(jīng)離散傅里葉變換后的信號(hào)中減去。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正方法，其特征在于，所述步驟(1)中，首選是先建立光學(xué)相干斷層掃描成像系統(tǒng)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理； 所述光學(xué)相干斷層掃描成像系統(tǒng)包括掃頻激光源，樣品臂，參考臂，X-Y振鏡掃描儀和數(shù)據(jù)采集卡，從掃頻激光源中出來的光通過光纖耦合器分出兩束光，分別經(jīng)過光纖環(huán)形器進(jìn)入到樣品臂和參考臂，經(jīng)由樣品臂和參考臂中反射面反射回來的背向散射光通過光纖耦合器發(fā)生干涉，干涉信號(hào)由平衡探測器探測得到。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的校正方法，其特征在于，所述X-Y振鏡掃描儀通過16位的高速模擬輸出裝置驅(qū)動(dòng)χ-γ掃描振鏡實(shí)現(xiàn)光柵掃描。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的校正方法，其特征在于，掃頻激光源的光源中心波長范圍為1249.4 ?1359.6 納米。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的校正方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集與處理由平衡探測器探測得到的干涉信號(hào)先經(jīng)過低通濾波器用以去除頻率高于90MHz的信號(hào)，繼而通過數(shù)據(jù)采集卡記錄進(jìn)電腦里；數(shù)據(jù)采集卡由激光源提供的外部k時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，通過k時(shí)鐘把光譜采樣到線性波數(shù)空間并做傅立葉變換計(jì)算。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的校正方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集的程序建立在LabVIEW平臺(tái)上，用來采集數(shù)據(jù)和控制X-Y掃描振鏡，并且用LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)展現(xiàn)干涉光譜圖像。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的校正方法，其特征在于，上述步驟(3)的校正方式是在發(fā)生偏移的信號(hào)基礎(chǔ)上直接減去調(diào)制信號(hào)偏移量的理論值從而得到正確相位；具體步驟如下: 首先，在開始采集數(shù)據(jù)時(shí)，由一定數(shù)量的點(diǎn)抖動(dòng)引起的相位誤差從理論上計(jì)算得到，點(diǎn)偏移量在頻域進(jìn)行校正的公式如下:(J>c(k) = Φ0(^ -2 3τ km/1024, 其中，和φ。分別表示校正前和校正后的相位，k是深度指數(shù)，m是偏移點(diǎn)數(shù)，正號(hào)表不右移，負(fù)號(hào)表不左移，1024表不每個(gè)光譜掃描的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目； 然后，根據(jù)圖像深度，找出正確相位的頻率，繼續(xù)優(yōu)化調(diào)制信號(hào)的頻率；對每一頻率，計(jì)算偏移的相互之間的相位差，然后取相位差最大值所對應(yīng)的頻率為調(diào)制信號(hào)的最優(yōu)頻率。 最后，通過調(diào)制信號(hào)的理論值判斷光譜采集時(shí)是左偏還是右偏、具體是偏移了幾個(gè)點(diǎn)；從而在偏移方向和偏移量的基礎(chǔ)上進(jìn)行校正。
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種基于掃頻光源的光學(xué)相干斷層掃描成像中相位誤差的校正方法，其包括(1)干涉光譜做離散傅里葉變換；對光學(xué)相干斷層掃描成像原始干涉信號(hào)進(jìn)行調(diào)制的方法。(2)利用對光學(xué)相干斷層掃描成像原始干涉信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的相位分布來檢測原始干涉光譜信號(hào)的偏移。(3)校正光學(xué)相干斷層掃描成像原始干涉光譜信號(hào)的偏移的方法。本發(fā)明是一種新的具有可行性和有效性的采用由掃頻光源提供的k時(shí)鐘作為采樣時(shí)鐘的SS-OCT系統(tǒng)中對由電子設(shè)備內(nèi)部抖動(dòng)引起的相位誤差實(shí)時(shí)校正方法，為準(zhǔn)確測量人體組織血流量提供保障，對于醫(yī)學(xué)臨床診斷與治療起到重要的輔助作用，提高基于相位解析的OCT血管造影圖像質(zhì)量和血流速度測量的準(zhǔn)確性，同時(shí)提高固定模式噪聲的去除效果。
【IPC分類】A61B5/00
【公開號(hào)】CN105342558
【申請?zhí)枴緾N201510640441
【發(fā)明人】莫建華, 尤哈尼斯·德波爾, 錢婕
【申請人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年9月30日