[發明專利]基于計算光學的OCT測量成像方法

有效

• 申請號: 202010081697.5
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111289470B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 凌玉燁;周傳清;王夢媛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/27;G01B9/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種基于計算光學的OCT測量成像方法，首先通過傅里葉域OCT系統對樣品進行光柵掃描干涉成像，然后使用光電轉換裝置對成像得到的譜域干涉條紋進行光電轉換和多點采樣；在得到離散光譜信號后進行約束優化計算，最終實現超過其物理帶寬的超分辨率圖像重建。本發明打破了傳統離散傅里葉變換所得軸向分辨率的限制，所得超分辨率的重建信號和清晰的圖像的分辨能力超出了相干系統的半高全寬。

技術領域

本發明涉及的是一種光學領域的技術，具體是一種基于數值計算的光學相干斷層掃描(optical coherence tomography，OCT)測量成像方法。

背景技術

OCT利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測生物組織不同深度層面上對入射弱相干光的背向散射信號，進而通過掃描，得到生物組織二維或三維的結構圖像。該方法具有無損傷、分辨率高，成像速度快、非侵入(noninvasive)等良好特性。現有OCT理論中的重建方法均基于離散傅立葉逆變換(IDFT)，一般認為其所得軸向分辨率約等于光源的相干長度、反比于該OCT系統發射光譜的帶寬，由于技術原因，其分辨率最高可達到1μm左右。近十年來，提高OCT分辨率主要是通過物理上增大系統的帶寬。然而技術限制，使用該方法對分辨率的進一步提升有一定難度。

發明內容

本發明針對現有IDFT重建方法中存在的問題和缺陷，提出一種基于計算光學的OCT測量成像方法，打破了傳統離散傅里葉變換方法對軸向分辨率的限制，所得到的重建信號和圖像的分辨率遠小于系統的相干長度。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于計算光學的OCT測量成像方法，首先通過傅里葉域OCT系統對樣品進行光柵掃描(raster scan)干涉成像，然后使用光電轉換裝置對成像得到的譜域干涉條紋進行光電轉換和多點采樣；在得到離散光譜信號后對其進行約束優化計算，最終實現超過其物理帶寬的超分辨率圖像重建。

所述的光電轉換裝置為光電探測儀或光電耦合攝像機等裝置對成像得到的譜域干涉條紋進行光電轉換，獲得掃描圖像的相干光譜。

所述的多點采樣是指：對相干光譜在數模轉換器中進行過采樣，即以超過奈奎斯特采樣頻率的速度以獲取盡可能多的采樣點N，得到離散光譜信號。

所述的約束優化計算是指：將離散光譜信號代入逆問題數學模型中進行優化迭代求解，實現超過其物理帶寬的超分辨率圖像重建。

所述的逆問題數學模型是指：其中：代表原始信號，代表所優化的目標函數，代表任意約束，如L1范數TV等。

所述的傅里葉域OCT系統將光源發出的低相干光信號通過光分束(耦合)器分為兩束，分別通過在參考反射鏡和樣品反射后，兩臂的反射光再次通過耦合器耦合成一束并輸出，經光電探測、數模轉換和約束優化計算，重建得到高分辨率圖像。

技術效果

本發明整體彌補了現有技術缺陷，使軸向分辨率不受限于系統的半高全寬。與現有技術相比，本發明在各種條件下(包括低SNR的條件)均能達到比IDFT所得更高的軸向分辨能力，并具有良好的抗噪聲性。將該方法實際應用于光學切片圖像中：在利用洋蔥樣本切片進行圖像的重建時，如圖2所示，本發明提出的方法能達到比傳統成像方法更清晰的圖像效果和更強的抗噪聲能力，可清晰地分辨出洋蔥的雙層膜結構在猴子眼角膜的圖像重建中，如圖3所示，使用本發明的方法可以得到更好的對比度，圖中箭頭顯示出清晰的眼底彈力膜結構。

附圖說明

圖1為實施例信號示意圖，圖1為實施例信號示意圖，其中(a)到(d)分別為間隔20微米，15微米10微米，5微米時，采用不同方法重建的圖像。

圖2為實施例洋蔥樣本切片圖像重建示意圖，其中(a)--(d)分別為采用：全帶寬，1/2帶寬，1/4帶寬，1/8帶寬的圖像，左邊兩列分別為采用IDFT還原的圖像及其放大圖，右圖分別為采用本方法還原的圖像及其放大圖。