[发明专利]从生物材料的样品提取形态特征的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用通过光学相干断层扫描获取装置(尤其用于生物统计)所发送的信号提取生物材料(特别是指纹，尤其内部指纹或外部指纹)的形态特征的方法。

背景技术

光学相干断层扫描(OCT)成像技术是当前在医疗机构中常用的非接触式的光学成像技术。其开始在大众市场应用、尤其在生物统计应用中使用。目前，针对该类型的应用的问题是不同的且紧密关联于从原始三维数据限定的表面的性能的研究。

根据设计，SW-OCT成像装置是基于(Michelson或Mach-Zender)干涉仪和可调光源的干涉装置。各测量包括记录随着光源的频率变化的干涉信号。因此在光谱域中原始记录了复合信号(强度和相位)。

在所记录的信号的傅立叶变换之后，这些信号通常在光谱域(或者时间域，由于位置可以等同于光的飞行时间)中表达。因此所获得的复合信号被称为A-扫描。

对于静态对象(即，不经过时间变形的固定对象)，空间相位随沿着z轴在各个消色差(或反射的)散射中心附近的距离线性变化。

当对象具有动态特性(变形和/或运动)时，在不同测量时间在空间相位中的任何变化与多普勒频移关联。

与散射中心关联的光谱相位随光源的频率υ线性变化。在光谱域中相位的斜率(该斜率通过dφ_m/dυ限定)与散射中心的空间位置(或者通过光到达散射中心的飞行时间)成正比。

现有技术：在位于皮肤下的生物材料的多个层的形态学的研究中，如图1中所示，已知方法仅利用强度数据，尤其通过强度来分割图像以便绘制隔开两个单独的生物材料的表面。该分割是棘手的，这是因为通过OCT传感器所发送的信号强度密切取决于位于感兴趣的组织上方的组织。这创建了在所用的图像的分割中的可变性，其不利地影响所需的表面的提取。在生物统计学的领域中，位于皮肤下方(在分割之后所获取的“表皮/真皮处”)的内部指纹的图像包含具有该类型的捕获的不可利用的区域且因此不总是允许个体被容易地和可靠地识别。然而，内部印迹比外部印迹更好地保存，由于内部印迹不经受与外部印迹相同的对它们的表面性能的损伤，即诸如疤痕的损伤；标记，例如由于油墨或污物引起的标记；或者甚至手指的表面的湿度上的变化，特别是由于汗水或者环境湿度条件。因此内部指纹是非常相关的生物计量数据，因为其随时间更稳定且不太取决于环境变化。此外其可以使得具有损坏的外部指纹的个体被验证。

内部指纹还可以允许检测试图身份诈骗。具体地，一种已知的诈骗方法(其难以用已知的生物计量传感器检测)包括在诈骗者的手指上沉积覆盖层，另一人的指纹以浮雕形式雕刻在该覆盖层上。该覆盖层难以检测，尤其是因为具有含氧血液的真实手指位于其下方以及覆盖层的温度类似于真实手指的表面的温度。

图1示出了通过光学相干断层扫描从手指所获取的典型图像。在该图中，根据空间位置，已经示出后向散射的信号的水平。如图3(a)中所示，使用两个检流计镜，OCT传感器的探针沿着X轴和Y轴已经移动。对于探针的各个位置，记录通过干涉法所获得的测量值，如在A.F.Fercher等的论文“Optical Coherence Tomography-Principles and Applications”(在“Reports on progress in physics”中出版，2003年，第66期，第239-303页)中所描述的。这包括根据飞行时间(即光经过所检测样品的各个层的时间)测量后向散射强度。通过将飞行时间与光速相乘，可以得到探针的传播距离。如图3(b)中所示，于是获得光反射率随深度的曲线，该曲线被称为“A-扫描”。

在图4中示出手指的示例性的“A-扫描”强度曲线。对应于来自手指的外部表面部分的信号的感兴趣的信号被包括在第一峰(标号1)和第三峰(标号3)之间。在标号为1的第一峰之前，仅背景噪声是可见的。标号为1的峰对应于空气/皮肤界面，即对应于外部指纹。问题是在此折射率差异是最大的界面，由于两种介质的非均匀性，引起具有最高振幅的峰。假设试图诈骗，标号为1的峰对应于空气/覆盖层界面。在该峰之后，信号的总强度下降。该下降是由于随着光穿透进入组织或覆盖层中、因此随着它穿透进入皮肤的各个层或覆盖层中吸收和散射的影响引起。

最大强度的峰的位置的检测允许定位空气/皮肤或空气/覆盖层界面。通过测定断层体积的各“A-扫描”曲线的最大位置(对应于在探针和手指的外表面的光的飞行时间)，可以构建与外部指纹关联的三维表面(即，被称为3D表面)。