專利名稱：基于oct的大動態(tài)范圍流速的高靈敏度測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)相干層析成像(OCT)技術(shù)和譜域光學(xué)相干層析成像(SD-OCT)技術(shù)，尤其涉及一種基于OCT的大動態(tài)范圍流速的高靈敏度測量系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)相干層析(Optical Coherence Tomography,簡稱OCT)成像技術(shù)是一種新型的光學(xué)成像技術(shù)，能夠?qū)M織結(jié)構(gòu)與生理功能進行非侵入、非接觸、高分辨率的在體成像，在生物醫(yī)學(xué)成像與無損檢測領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。為獲得組織的功能信息，多種功能型OCT相繼得到發(fā)展。其中多普勒OCT能夠?qū)崿F(xiàn)血液流速的成像，在醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用中具有重要意義。目前的流速測量大多基于傳統(tǒng)的相位分辨方法，通過計算同一橫向位置相鄰軸向掃描信號之間的相位變化來提取多普勒流速信息。相位分辨方法靈敏度高，是廣泛采用的多普勒OCT流速信息獲取方法。但相 位分辨方法易受相位噪聲干擾，速度探測靈敏度受相位噪聲限制，難以實現(xiàn)組織中低流速毛細血管的可靠探測。多普勒OCT的相位噪聲主要包括信噪比相關(guān)的相位噪聲、非均勻組織橫向掃描相關(guān)的相位噪聲、系統(tǒng)穩(wěn)定性及樣品抖動相關(guān)的相位噪聲、信號探測及算法相關(guān)的相位噪聲，而毛細血管中與血流運動關(guān)聯(lián)的軸向多普勒頻移往往非常小，需要足夠長的采樣時間間隔才能得到超過上述相位噪聲的相位變化，但采樣時間間隔的延長往往意味著更大的相位噪聲，反而不利于速度靈敏度的進一步提聞。為了消除相位噪聲的影響，光學(xué)顯微血管造影方法人為地將與相位噪聲相關(guān)的低頻信號分割出去，雖然改善了血管圖像的顯示效果，但必然造成部分毛細血管信息的丟失。聯(lián)合譜域與時域成像方法，基于時間域的頻移而非相位變化來提取多普勒頻移信息，雖然緩解了對相位噪聲的敏感性，但同時也降低了對流速信息的敏感性。因此，抑制非血流運動相關(guān)的相位噪聲是高靈敏度血流成像面臨的核心難題。同時，血管中的速度引起的相位變化的探測受限于2τι相位卷繞，在一定采樣時間間隔的條件下，當(dāng)流速增大到一定程度，對應(yīng)的相位變化大
于2τι時，對速度的求取將發(fā)生錯誤。因此，為了探測大流速，必須縮短采樣時間間隔，從而
使相位變化在2π范圍以內(nèi)。但這與上面所述的小流速探測所需要的長的采樣時間間隔產(chǎn)
生矛盾。因此在大流速和小流速的探測上存在一個權(quán)衡的問題，限制了系統(tǒng)的流速測量的動態(tài)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于OCT的大動態(tài)范圍流速的聞靈敏度測量系統(tǒng)及方法。基于OCT的大動態(tài)范圍流速的高靈敏度測量系統(tǒng)
本發(fā)明包括寬帶光源、寬帶光纖耦合器、樣品臂、參考臂和探測臂。所述樣品臂包括樣品臂準直鏡，樣品臂快軸掃描振鏡、樣品臂慢軸掃描振鏡、樣品臂聚焦透鏡和樣品；所述的參考臂包括參考臂準直鏡、參考臂聚焦透鏡和參考臂平面鏡，所述的探測臂包括光譜儀準直鏡、光譜儀閃耀光柵、光譜儀聚焦透鏡和高速CMOS相機。寬帶光源與寬帶光纖耦合器一側(cè)的一端連接；寬帶光纖耦合器另一側(cè)一端與樣品臂準直鏡的入射端連接，樣品臂快軸掃描振鏡位于樣品臂準直鏡的出射光路上，慢軸掃描振鏡位于快軸掃描振鏡的反射光路上，樣品臂聚焦透鏡位于慢軸掃描振鏡反射光路上，樣品位于樣品臂聚焦透鏡的焦深范圍內(nèi)。寬帶光纖耦合器另一側(cè)的另一端與參考臂準直鏡的入射端連接，參考臂聚焦透鏡位于參考臂準直鏡的出射光路上，參考臂平面鏡位于參考臂準直鏡的焦面；寬帶光纖耦合器一側(cè)的另一端與光譜儀準直鏡的入射端連接，光譜儀閃耀光柵位于光譜儀準直鏡的出射光路上，光譜儀聚焦透鏡位于光譜儀閃耀光柵的出射光路上，高速CMOS相機位于光譜儀聚焦透鏡的焦面?；贠CT的大動態(tài)范圍流速的高靈敏度測量方法包括以下步驟
步驟一在譜域OCT樣品臂中，采用快速鋸齒波驅(qū)動與慢速階梯波驅(qū)動的二維掃描策略對樣品進行二維掃描。從而使干涉信號在快速掃描方向有小的采樣時間間隔，在慢速掃描方向具有大的采樣時間間隔。掃描得到的干涉信號進入譜域OCT探測臂，經(jīng)過光譜儀分光，由高速CMOS相機采集，得到干涉光譜信號。步驟二 對采集到的干涉光譜信號作光譜校正與插值等預(yù)處理，得到在波數(shù)(k)空間均勻分布的干涉光譜信號。然后再作去直流項和去自相干項處理，得到樣品干涉光譜信號
權(quán)利要求
1.基于OCT的大動態(tài)范圍流速的高靈敏度測量系統(tǒng)，其特征在于包括寬帶光源、寬帶光纖耦合器、樣品臂、參考臂和探測臂，所述樣品臂包括樣品臂準直鏡，樣品臂快軸掃描振鏡、樣品臂慢軸掃描振鏡、樣品臂聚焦透鏡和樣品；所述的參考臂包括參考臂準直鏡、參考臂聚焦透鏡和參考臂平面鏡，所述的探測臂包括光譜儀準直鏡、光譜儀閃耀光柵、光譜儀聚焦透鏡和高速CMOS相機,寬帶光源與寬帶光纖稱合器ー側(cè)的一端連接；寬帶光纖稱合器另ー側(cè)的一端與樣品臂準直鏡的入射端連接，樣品臂快軸掃描振鏡位于樣品臂準直鏡的出射光路上，慢軸掃描振鏡位于快軸掃描振鏡的反射光路上，樣品臂聚焦透鏡位于慢軸掃描振鏡反射光路上，樣品位于樣品臂聚焦透鏡的焦深范圍內(nèi)，寬帶光纖耦合器另ー側(cè)的另ー端與參考臂準直鏡的入射端連接，參考臂聚焦透鏡位于參考臂準直鏡的出射光路上，參考臂平面鏡位于參考臂準直鏡的焦面；寬帶光纖耦合器一側(cè)的另一端與光譜儀準直鏡的入射端連接，光譜儀閃耀光柵位于光譜儀準直鏡的出射光路上，光譜儀聚焦透鏡位于光譜儀閃耀光柵的閃耀級次的出射光路上，高速CMOS相機位于光譜儀聚焦透鏡的焦面。
2.基于OCT的大動態(tài)范圍流速的高靈敏度測量方法，其特征在于該方法包括以下步驟 步驟ー在譜域OCT樣品臂中，采用快速鋸齒波驅(qū)動與慢速階梯波驅(qū)動的ニ維掃描策略對樣品進行ニ維掃描，從而使干涉信號在快速掃描方向有小的采樣時間間隔，在慢速掃描方向具有大的采樣時間間隔，掃描得到的干渉信號進入譜域OCT探測臂，經(jīng)過光譜儀分光，由高速CMOS相機采集，得到干涉光譜信號； 步驟ニ 對采集到的干涉光譜信號作去直流項和去自相干項處理，得到樣品干涉光譜信號
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于OCT的大動態(tài)范圍流速的高靈敏度測量系統(tǒng)及方法。本發(fā)明采用鋸齒波驅(qū)動的快速掃描與階梯波驅(qū)動的慢速掃描相結(jié)合的二維掃描策略，并利用高速CMOS相機采集干涉光譜。在快速掃描方向采用傳統(tǒng)相位分辨算法提取大流速信息，在慢速掃描方向采用高階相關(guān)相位分辨算法提取小流速信息和對應(yīng)于大動態(tài)范圍流速的相位方差值。大流速信息與小流速信息合成得到流速圖像。相位方差圖像經(jīng)空間濾波和二值化后得到掩膜圖像，用掩膜圖像對流速圖像處理得到最終流速圖像。本發(fā)明不僅拓展了測量流速的動態(tài)范圍，而且突破了噪聲受限的速度探測靈敏度。
文檔編號A61B5/026GK102657519SQ20121014598
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者丁志華, 盧錫清, 沈毅, 洪威, 王川, 顏揚治, 黃良敏 申請人:浙江大學(xué)