基于復(fù)數(shù)互相關(guān)的微血管光學(xué)造影及抖動補償系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及光學(xué)相干層析成像技術(shù)以及微血管光學(xué)造影成像技術(shù)，尤其涉及 一種基于復(fù)數(shù)互相關(guān)的微血管光學(xué)造影及抖動補償方法與系統(tǒng)。 技術(shù)背景
[0002] OCT成像技術(shù)是一種具有臨床價值的新型低相干成像技術(shù)，近幾年來，它憑借其非 接觸性，非侵害性，高靈敏度以及高分辨率等優(yōu)點，被眾多國內(nèi)外科研團(tuán)隊深入研宄。OCT主 要通過探測由于生物樣品光學(xué)不均勻性所導(dǎo)致的背向散射光光強的變化來獲得樣品的結(jié) 構(gòu)圖像，然而多數(shù)情況下，尤其在疾病的早期階段，正常的生物組織和病變的生物組織間散 射特性的區(qū)別很小且難以檢測，因此，這種單一成像機(jī)制在臨床應(yīng)用上存在許多局限性。為 了發(fā)掘能反映除了生物樣品組織結(jié)構(gòu)之外，更多其他生理信息的對比機(jī)制，功能拓展型的 OCT技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。
[0003] 大多數(shù)疾病的發(fā)生與血管的病變息息相關(guān)，因此，如果能夠?qū)崟r監(jiān)測血管的狀態(tài)， 便有可能實現(xiàn)疾病的早期控制。微血管光學(xué)造影作為一種能實時地從靜態(tài)組織背景中高精 度提取血流信號的新型技術(shù)得到了格外重視，并在眼底血流成像和腦皮層血流成像領(lǐng)域取 得了成功。然而，在活體成像過程中，生物體的自發(fā)呼吸、心跳等生理活動會造成組織的整 體抖動，進(jìn)而導(dǎo)致最終血管圖像的對比度下降。這種組織整體抖動一般有兩種表現(xiàn)形式，一 是由較大抖動導(dǎo)致的圖像整體錯移，二是由微小抖動導(dǎo)致的相位整體擾動。因此，如何抑制 組織抖動所造成的相位整體擾動和圖像整體錯移是當(dāng)前微血管光學(xué)造影成像技術(shù)的研宄 重點之一。
[0004] 目前的微血管光學(xué)造影成像技術(shù)，大致可以分為兩大類，一類基于差分算法，一類 基于互相關(guān)算法。基于差分的微血管光學(xué)造影，主要通過對樣品相同空間位置或聚焦光斑 具有一定的空間相關(guān)性的位置的、具有一定時間間隔的OCT復(fù)解析數(shù)據(jù)作差分運算，來實 現(xiàn)靜態(tài)背景信號的抑制和動態(tài)血流信號的提取，具有很高的靈敏度。其差分算法又可以進(jìn) 一步細(xì)分為復(fù)數(shù)差分算法和強度差分算法。相較于強度差分，復(fù)數(shù)差分具有更高的靈敏度 和對比度，但同時也因為對相位極度靈敏，很容易受相位整體擾動的影響，因此需要額外的 復(fù)雜的算法來補償相位，大大增加了計算機(jī)的運算工作量，不利于實時成像。此外，基于差 分的微血管光學(xué)造影還存在一個問題：由于光在組織中傳播時，其強度隨深度呈指數(shù)遞減， 因此淺層殘留的靜態(tài)背景信號強度，與深層的動態(tài)血流信號強度相當(dāng)，從而導(dǎo)致最終的 en face投影圖上的血管會被靜態(tài)背景掩蓋，降低了圖像對比度?；诨ハ嚓P(guān)的微血管光學(xué)造 影，較好的解決了這個問題，該技術(shù)主要通過分析樣品相同空間位置或聚焦光斑具有一定 的空間相關(guān)性的位置的、具有一定時間間隔的OCT復(fù)解析數(shù)據(jù)間的相關(guān)程度，來實現(xiàn)低相 關(guān)度的血流信號與高相關(guān)度的背景信號分離的目的，因此對殘留的靜態(tài)的組織結(jié)構(gòu)有很好 的抑制作用。目前運用最廣泛的是基于強度互相關(guān)的微血管光學(xué)造影，該方法對相位不敏 感，因此不用考慮實際成像中，相位整體擾動帶來的問題，但同時也因為舍棄了 OCT復(fù)解析 數(shù)據(jù)中的相位信息，導(dǎo)致最終血流圖像的靈敏度和對比度都不是很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的在于提供一種基于復(fù)數(shù)互相關(guān)的微血管光學(xué)造影及抖動補償 方法與系統(tǒng)。本實用新型：1)利用OCT，以一定時間間隔，對同一空間位置或聚焦光斑具有 一定的空間相關(guān)性的位置進(jìn)行多次重復(fù)成像，一般采用線間重復(fù)（inter-line)、幀間重復(fù) (inter-frame)、體間重復(fù)（inter-volume)等形式。2)對OCT復(fù)解析數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)分析， 矯正由于組織抖動造成的圖像整體錯移。3)對OCT復(fù)解析數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)分析，提取局部 血流?目號。
[0006] 本實用新型的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 一種基于復(fù)數(shù)互相關(guān)的微血管光學(xué)造影及抖動補償方法：
[0008] 1)在OCT系統(tǒng)中，通過同步控制掃描振鏡與圖像探測采集的驅(qū)動電路，實現(xiàn)以一 定時間間隔，對同一空間位置或聚焦光斑具有一定的空間相關(guān)性的位置進(jìn)行多次重復(fù)成 像；所述OCT系統(tǒng)包括光譜域OCT系統(tǒng)和掃頻光源OCT系統(tǒng)；所述的重復(fù)成像包括線間重復(fù) (inter-line)、幀間重復(fù)（inter-frame)和體間重復(fù)（inter-volume)。
[0009] 2)對相同空間位置或聚焦光斑具有一定的空間相關(guān)性的位置的、具有一定時間間 隔的OCT復(fù)解析數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)分析，估計并補償圖像的整體錯移量。此時，復(fù)數(shù)互相關(guān) 運算在包含圖像特征區(qū)域的空間窗口內(nèi)進(jìn)行，當(dāng)存在由于組織抖動而造成的圖像整體錯移 時，窗口內(nèi)的互相關(guān)值偏小，通過連續(xù)改變圖像間的整體錯移量，使窗口內(nèi)的互相關(guān)值最大 化，從而實現(xiàn)圖像整體錯移的補償。
[0010] 3)對相同空間位置或聚焦光斑具有一定的空間相關(guān)性的位置的、具有一定時間間 隔的OCT復(fù)解析數(shù)據(jù)進(jìn)行互相關(guān)分析：靜態(tài)組織背景具有較強的時間相關(guān)性，而動態(tài)的血 流則具有較弱的時間相關(guān)性，以此為判斷依據(jù)，從OCT三維數(shù)據(jù)中提取血流信號。為了提高 血流信號的信噪比（SNR) :i在復(fù)數(shù)互相關(guān)運算中選取一定大小的空間窗口，所述的空間窗 口在每個空間方向〈10個像素，否則會降低局部血流信號的空間分辨能力。ii如果重復(fù)成 像次數(shù)N>2,則將處理得到的N-I幅血流圖像平均。此外，針對OCT強度信號，以一定閾值進(jìn) 行二值化并空間濾波，生成一個結(jié)構(gòu)掩膜，用此掩膜處理得到的血流圖像，以提高血流圖像 的對比度。
[0011] 一種基于復(fù)數(shù)互相關(guān)的微血管光學(xué)造影及抖動補償系統(tǒng)，包括光源模塊、寬帶光 纖耦合器、參考臂模塊、樣品臂模塊和采集、處理模塊；參考臂模塊包括第一偏振控制器、第 一光纖準(zhǔn)直器、聚焦透鏡和平面反射鏡；樣品臂模塊包括第二偏振控制器、第二光纖準(zhǔn)直 器、二維掃描振鏡、物鏡和樣品；
[0012] 光源模塊與寬帶光纖親合器的一個輸入端相連，寬帶光纖親合器的一個輸出端通 過第一偏振控制器與第一光纖準(zhǔn)直器連接，聚焦透鏡位于光纖準(zhǔn)直器的出射光路上，平面 反射鏡位于聚焦透鏡的后焦面，寬帶光纖耦合器的另一個輸出端通過第二偏振控制器與第 二光纖準(zhǔn)直器連接，二維掃描振鏡的入射端面位于第二光纖準(zhǔn)直器的出射光路上，物鏡位 于二維掃描振鏡的出射光路上，樣品位于物鏡的后焦面，寬帶光纖耦合器的另一個輸入端 與采集、處理模塊連接。
[0013] 光源模塊發(fā)出的低相干光經(jīng)寬帶光纖親合器分光后，一部分光通過第一偏振控制 器進(jìn)入?yún)⒖急勰K，另一部分光通過第二偏振控制器進(jìn)入樣品臂模塊，進(jìn)入?yún)⒖急勰K的 光經(jīng)第一光纖準(zhǔn)直器和聚焦透鏡后，聚焦在平面反射鏡上，然后沿原路返回至寬帶光纖耦 合器；進(jìn)入樣品臂模塊的光經(jīng)