[发明专利]基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography，OCT)以及微血管光学造影成像技术，尤其涉及一种基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿方法与系统。

技术背景

OCT成像技术是一种具有临床价值的新型低相干成像技术，近几年来，它凭借其非接触性，非侵害性，高灵敏度以及高分辨率等优点，被众多国内外科研团队深入研究。OCT主要通过探测由于生物样品光学不均匀性所导致的背向散射光光强的变化来获得样品的结构图像，然而多数情况下，尤其在疾病的早期阶段，正常的生物组织和病变的生物组织间散射特性的区别很小且难以检测，因此，这种单一成像机制在临床应用上存在许多局限性。为了发掘能反映除了生物样品组织结构之外，更多其他生理信息的对比机制，功能拓展型的OCT技术得到了蓬勃发展。

大多数疾病的发生与血管的病变息息相关，因此，如果能够实时监测血管的状态，便有可能实现疾病的早期控制。微血管光学造影作为一种能实时地从静态组织背景中高精度提取血流信号的新型技术得到了格外重视，并在眼底血流成像和脑皮层血流成像领域取得了成功。然而，在活体成像过程中，生物体的自发呼吸、心跳等生理活动会造成组织的整体抖动，进而导致最终血管图像的对比度下降。这种组织整体抖动一般有两种表现形式，一是由较大抖动导致的图像整体错移，二是由微小抖动导致的相位整体扰动。因此，如何抑制组织抖动所造成的相位整体扰动和图像整体错移是当前微血管光学造影成像技术的研究重点之一。

目前的微血管光学造影成像技术，大致可以分为两大类，一类基于差分算法，一类基于互相关算法。基于差分的微血管光学造影，主要通过对样品相同空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置的、具有一定时间间隔的OCT复解析数据作差分运算，来实现静态背景信号的抑制和动态血流信号的提取，具有很高的灵敏度。其差分算法又可以进一步细分为复数差分算法和强度差分算法。相较于强度差分，复数差分具有更高的灵敏度和对比度，但同时也因为对相位极度灵敏，很容易受相位整体扰动的影响，因此需要额外的复杂的算法来补偿相位，大大增加了计算机的运算工作量，不利于实时成像。此外，基于差分的微血管光学造影还存在一个问题：由于光在组织中传播时，其强度随深度呈指数递减，因此浅层残留的静态背景信号强度，与深层的动态血流信号强度相当，从而导致最终的en face投影图上的血管会被静态背景掩盖，降低了图像对比度。基于互相关的微血管光学造影，较好的解决了这个问题，该技术主要通过分析样品相同空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置的、具有一定时间间隔的OCT复解析数据间的相关程度，来实现低相关度的血流信号与高相关度的背景信号分离的目的，因此对残留的静态的组织结构有很好的抑制作用。目前运用最广泛的是基于强度互相关的微血管光学造影，该方法对相位不敏感，因此不用考虑实际成像中，相位整体扰动带来的问题，但同时也因为舍弃了OCT复解析数据中的相位信息，导致最终血流图像的灵敏度和对比度都不是很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿方法与系统。本发明：1)利用OCT，以一定时间间隔，对同一空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置进行多次重复成像，一般采用线间重复(inter-line)、帧间重复(inter-frame)、体间重复(inter-volume)等形式。2)对OCT复解析数据进行互相关分析，矫正由于组织抖动造成的图像整体错移。3)对OCT复解析数据进行互相关分析，提取局部血流信号。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿方法:

1)在OCT系统中，通过同步控制扫描振镜与图像探测采集的驱动电路，实现以一定时间间隔，对同一空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置进行多次重复成像；所述OCT系统包括光谱域OCT系统和扫频光源OCT系统；所述的重复成像包括线间重复(inter-line)、帧间重复(inter-frame)和体间重复(inter-volume)。

2)对相同空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置的、具有一定时间间隔的OCT复解析数据进行互相关分析，估计并补偿图像的整体错移量。此时，复数互相关运算在包含图像特征区域的空间窗口内进行，当存在由于组织抖动而造成的图像整体错移时，窗口内的互相关值偏小，通过连续改变图像间的整体错移量，使窗口内的互相关值最大化，从而实现图像整体错移的补偿。