[发明专利]一种基于光学相干断层扫描成像中相位误差的校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于扫频光源的光学相干断层扫描成像中相位误差的校正方法，尤其涉及在生物组织和人体中血管成像中采用光学相干断层扫描成像系统。

背景技术

光学相干断层扫描成像(optical coherence tomography,OCT)是一种低相干光学干涉成像技术。它能够对人体等生物组织的散射结构进行三维成像。该技术在检测眼底视网膜、消化道系统、动脉血管和皮肤等方面的疾病上有很大的潜力。目前OCT技术发展较为成熟的功能是对静止的散射结构成像，除此以外，OCT还具备其它的延生功能，其中研究较多的一个延生功能成像是对人体等生物组织中的血流成像，通常称之为光学相干血管造影(optical coherence angiogr aphy,OCA)。实现OCA的方法主要可分为相关性方法和相位解析方法。相比前者，相位解析的方法具备对血流速度进行定量分析的潜力。但是相位解析方法对OCT系统的相位稳定性提出了更高的要求，任何系统自身的相位误差都会被引入最终的血管成像，影响成像质量和后期定量分析的准确性。此外，相位误差还会影响OCT成像中的固定模式噪声去除效果。

现今OCT已经发展到第三代，基于扫频光源光学相干断层扫描成像(swept-source OCT，SS-OCT)，第一、二代分别是时域OCT和谱域OCT。谱域OCT和扫频光源OCT又共称为傅里叶域OCT，扫频光源OCT相比于谱域OCT，它采用扫频光源提供的k时钟作为采样时钟，从而使得测量得到的干涉光谱在波数空间线性均匀分布，因而可以直接对测得的干涉光谱进行离散傅里叶变化来获取深度反射轮廓，大大简化了后期的信号处理，而谱域OCT则需要在计算离散傅里叶变换之前对测量得到的光谱进行重采样来使得光谱在波数空间线性均匀分布。在SS-OCT系统中，相位不稳定性主要体现为测量的干涉光谱信号在波数空间的前后偏移，这一现象主要是由扫频光源所提供的信号采集触发信号和k时钟信号之间的相对不稳定性造成的，数据采集卡电路本身也可能会引起上面所述的偏移。

目前，共有两种后处理方法用于扫频光源OCT系统中消除系统中的相位不稳定性。一种方法是通过在系统中创建一个理想的校准信号-马赫曾德尔干涉(MZI)信号进行校正，先对所采集到的干涉光谱进行重新采样，采样信号在线性波数空间均匀分布，然后通过比较两个干涉光谱之间的相关性来判断前后偏移方向和偏移量，从而校正来消除扫频光源OCT图像中所有的伪影。(例如，见Boy Braaf等人的“Phase-stabilized OFDI at 1-μm for the measurement of blood flow in the human choroid(稳相光学频域成像技术在1微米内测量人类脉络膜血流量)”，Optics express(光学快讯)，2011；19(21):20886-903.)另外一种方法是把受触发抖动的干涉图与参考图进行比较，通过比较得出的不同的幅度或者相位来判断是否有固定模式噪声并做相应的扫频光源光学相干断层扫描成像(SS-OCT)系统的相位稳定性。(例如，见Gangjun Liu等人的“Postprocessing algorithms to minimize fixed-pattern artifact and reduce trigger jitter in swept source optical coherence tomography(在扫频光学相干断层扫描中固定模式伪影最小化和减少触发抖动的后处理算法)”，Optics express(光学快讯，)，2015；23(8):9824-34.)

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提出一个新的方法来实时校正扫频光源OCT中的相位误差，即基于扫频光源的光学相干断层扫描成像中相位误差的校正方法，从而提高基于相位解析的OCT血管造影图像质量和血流速度测量的准确性，同时提高固定模式噪声的去除效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明是通过对OCT原始干涉光谱信号进行特定频率的调制，并通过分析该调制信号的相位分布来检测上面所述的偏移方向和偏移量，然后计算出相对应的相位误差，最后在谱域对检测出来的相位误差进行校正。其基于光学相干断层扫描成像(OCT)中相位误差的校正方法主要包括三个步骤：

(1)干涉光谱做离散傅里叶变换：先对光学相干断层扫描成像(OCT)原始干涉光谱信号进行特定频率的调制，再做离散傅里叶变换以获取调制信号的相位信息；