[发明专利]全深度频域多普勒光学相干层析成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及频域光学相干层析成像（Fourier-Domain Optical Coherence Tomography，简称FD-OCT），特别是一种全深度频域多普勒光学相干层析成像方法。

背景技术

光学相干层析成像（Optical coherence tomography,简称为OCT）是一种非侵入的高分辨率光学断层成像技术，在生物学研究与临床医疗领域有着广泛的应用前景。多普勒光学相干层析成像（Doppler Optical Coherence Tomography,简称为DOCT）是对OCT技术的功能性扩展，将OCT与多普勒成像相结合形成一种新型生物医学光学成像技术。该技术在非侵入地获得生物组织内高分辨率层析结构的同时，还可提供组织内深度分辨的血流等动态信息，已在人眼视网膜微循环成像、动物胚胎的心血管发育过程的动态成像，以及光子动力学治疗的监测等许多方面得到应用。

初期的DOCT主要基于时域OCT技术，需要通过对样品沿深度方向进行机械扫描，获取样品内深度变化的反射率信息（A-scan）；然后通过横向扫描，得到样品上对应不同横向测量点的层析图像，合成一幅样品深度方向的二维断层结构图（B-scan）。近期的频域多普勒光学相干层析成像（Fourier/Spectral Domain Doppler OCT）基于频域OCT技术，无需参考臂扫描，具有更快的成像速度和更高的探测灵敏度，正逐渐取代传统时域DOCT成为主要的DOCT成像方式。然而频域DOCT由于镜像问题系统成像深度范围会缩小为原来的一半，而且限制了系统信噪比最高的零光程差附近区域的利用。对于常用与DOCT相移计算的相位解析方法而言，系统探测的速度灵敏度与系统的信噪比成正比。因此镜像问题不仅限制了系统的信噪比也同样限制了系统探测的速度灵敏度。

为了消除镜像，全深度频域DOCT（Full-range Fourier domain Doppler OCT,Full-range FD-DOCT）技术被提出。该方法通过重建复干涉谱条纹，并对其进行傅里叶变换获得层析图，避免了镜像的产生。2010年P.Meemon等人采用双干涉信号接收系统建立了基于同步移相的Full-range FD-DOCT（参见在先技术[1]P.Meemon,Kye-Sung Lee,and J.P.Rolland,“Doppler imaging with dual-detection full-range frequency domain optical coherence tomography”,Biomed.Opt.Express1(2),537-552,2010），在不影响干涉信号采集速度的前提下进行了镜像消除，然而这种方法增加了实验装置的复杂度。同年F.Jaillon等人采用基于外差探测的同步B-M扫描抛物线相位调制Full-range FD-DOCT（参见在先技术[2]F.Jaillon,S.Makita,M.Yabusaki,and Y.Yasuno,Parabolic BM-scan technique for full range Doppler spectral domain optical coherence tomography,Opt.Express2010,vol.18(2):pp.1358-1372），这种方法调制幅度较大，待测样品将与系统信噪比最高的零光程差位置较远，同样也会限制系统探测的速度灵敏度。

正弦相位调制可以解决以上问题，2006年步鹏等人首先基于正弦相位调制的方法重建了复频域OCT信号（参见在先技术[3]P.Bu,X.Wang,and O.Sasaki,Dynamic full-range Fourier-domain optical coherence tomography using sinusoidal phase-modulating interferometry,Optical Engineering2007,vol.46(10):pp.105603-4；步鹏,王向朝.全深度探测的频域光学相干层析成像的方法及其系统:中国,1877305A(专利).2006-12-13）。正弦相位调制的幅度较小，且不随时间单调增加，可以使被测样品始终处于灵敏度较高区域。另外正弦相位调制方式不易受PZT磁滞效应影响，比较适合高速扫描。然而该方法采用相位调制与横向扫描异步的方法，增加了干涉信号的获取时间，不适合应用于生物活体成像。另外该方法仅进行了结构成像，未与DOCT技术结合获取样品的多普勒图像。

发明内容