光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统和方法，扫频光源通过第一光分路器分别连接样品臂光路和参考臂光路；第一光分路器包括样品背向散射光输出端，所述樣品背向散射光输出端与参考臂光路的输出端，经第二光分路器连接平衡探测器的输入端，平衡探测器的输出端连接数据采集器；样品臂光路中利用两个分光镜和一对反射镜得到两个平行的光路，使得入射光和返回光的光路能够具有不同的选择，从而形成三个不同的光程差，即基于不同散斑模式的子图，再对这三幅子图进行处理即可获得散斑已改善的样品图像。即本发明专利技术在不牺牲成像速度和横向分辨率的同时，能够有效地降低散斑噪声，从而提高OCT断层图像质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低相干光学干涉成像
，特别是一种光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统和方法。
技术介绍
光学相干断层扫描成像(opticalcoherencetomography,OCT)是一种低相干光学干涉成像技术。它可非接触、非侵入性地对人体等生物组织的散射结构进行实时的三维成像。该技术在检测眼底视网膜、消化道系统、呼吸道系统、心血管、牙齿和皮肤等方面的疾病上有很大的潜力。目前OCT技术已经被广泛应用到视网膜疾病诊断、随访观察及治疗效果评价方面。由于需要对更小的病灶区域进行细微观察分析以及对感兴趣病变区域进行定量化评价，因此对OCT成像质量要求变得越来越高。然而OCT作为一种利用相干光的空间相干性和时间相干性通过干涉来实现对生物组织进行成像的技术，必然存在散斑现象。OCT中的散斑作为有用的信号存在时，其携带着部分生物组织的信息，但其同时也是一种噪声存在，作为噪声存在时，这种较强的强度的随机涨落，降低了图像对比度，干扰了对图像细节的分辨，严重影响了成像质量和后期定量分析的准确性。现今OCT已经发展到第三代，基于扫频光源的OCT(swept-sourceOCT，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，散斑噪声主要来源于散射粒子多次的随机散射引起的相位的叠加。目前，主要有两大类的方法来有效抑制散斑噪声。一种方法是需要对OCT的硬件系统的光路进行相关的改进或扫描模式的改变，从而获得在相同的位置具有低相关散斑模式的多幅断层图像，最后将这些具有低相关散斑模式的断层图像进行平均便能有效的减少散斑对比度。其中低相关的散斑模式可以来源于不同的方法：时间变化、空间变化、频率变化、角度变化和极化状态变化等(例如，见MichaelPircher等人的“Specklereductioninopticalcoherencetomographybyfrequencycompounding(用频域复合方法减少光学相干断层成像中的散斑)”，JournalofBiomedicalOptics(生物医学光学期刊)，2003；8(3):565-569.)另外一种方法是基于计算机软件处理的方法，主要是通过对得到的断层图像进行相关的图像处理来有效减少散斑对比度。主要包括：小波变换、曲波变换、图像配准和滤波算法等(例如，见AydoganOzcan等人的“Specklereductioninopticalcoherencetomographyimagesusingdigitalfiltering(用数字滤波方法来减少光学断层图像中的散斑)”，OpticalSocietyofAmerica(美国光学学会)，2007；24(7):1901-10.)
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：针对基于扫频光源的OCT即SS-OCT，提出一种散斑噪声抑制方法，在不牺牲成像速度和横向分辨率的同时，有效地降低散斑噪声，从而提高OCT断层图像质量。本专利技术采取的技术方案具体为：一种光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统，包括扫频光源、样品臂光路、参考臂光路、平衡探测器、数据采集器、第一光分路器和第二光分路器；扫频光源通过第一光分路器分别连接样品臂光路和参考臂光路；第一光分路器包括样品背向散射光输出端，所述樣品背向散射光输出端与参考臂光路的输出端，经第二光分路器连接平衡探测器的输入端，平衡探测器的输出端连接数据采集器；所述样品臂光路上设有第一准直器、分光镜组、第一反射镜组、X-Y振镜扫描仪；第一准直器连接第一光分路器；由准直器传递出的光束经分光镜组分光，和第一反射镜组反射后形成至少2个相互平行的光束，所述至少2个相互平行的光束经X-Y振镜扫描仪传递至样品上。本专利技术的数据采集器可利用现有图像采集技术。在应用时，样品臂光路中入射光和背向散射光可以通过两平行光束传递路径的两个光路进行传递，这样便形成了三种不同的光程：1)最短光程：入射光和背向散射返回光都通过两光路中较短路径的一个光路；2)中间光程：入射光和背向散射光分别通过两光路中的一个光路；3)最长光程：入射光和背向散射光都通过两光路中较长路径的一个光路。三个不同光路对于样品产生的图像是不同角度，因而三个图像具有不相关的散斑模式；同时三个不同光路具有不等的光程，因而在一次采集的二维断层图像(即一个B-scan)中即表现为三个不同深度位置的图像，通过对这样三个图像进行处理即可得到改善散斑对比度的图像。进一步的，本专利技术样品臂光路上还设有透镜组，透镜组设置于X-Y振镜扫描仪与样品之间的光路上。透镜组可采用两个焦距不同的透镜，以调整两束相互平行的光束之间的距离和光束直径的大小，便于两光束同时入射到样品上。更进一步的，本专利技术的参考臂光路上依次设有第二准直器、第二反射镜组、第三准直器和光纤耦合器；光纤耦合器的输出端即参考臂光路的输出端。所述第二反射镜组包含2个法线相互垂直的反射镜，参考臂光束经第二准直器聚焦后输出为平行光束，然后经第二反射镜组反射后形成与前述平行光束相互平行的光束，再经第三准直器传输至光纤耦合器与样品臂光路的背向散射光发生干涉，干涉信号由平衡探测器测量获得。优选的，本专利技术的样品臂光路中，分光镜组包括第一分光镜和第二分光镜，第一反射镜组包含两个反射镜；第一分光镜将第一准直器传递来的光束分成两个光束，两反射镜分别设置于上述两个光束的传递路径上，并分别将相应光束反射至第二分光镜；两反射镜反射出的两个光束经第二分光镜后，至少有两个光束相互平行射出；X-Y振镜扫描仪设置于上述两个相互平行光束的传递路径上，以将两个相互平行的光束传递至样本上。两平行光束之间的距离可通过平移反射镜来实现，以保证两束光都能够通过成像物镜聚焦到样品上。在此基础上，平移两个反射镜以改变两平行光束之间的距离，可调整最终获得的多幅样品图像之间的深度方向分离度。样品臂光路中的第一分光镜和第二分光镜的分光比皆为50/50；两分光镜的分光面以及两反射镜的反射面四者之间相互平行，且与准直器输出的光束之间呈45度夹角。优选的，第一光分路器和第二光分路器的分光比皆为50本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统，其特征是，包括扫频光源、样品臂光路、参考臂光路、平衡探测器、数据采集器、第一光分路器和第二光分路器；扫频光源通过第一光分路器分别连接样品臂光路和参考臂光路；第一光分路器包括样品背向散射光输出端；所述樣品背向散射光输出端与参考臂光路的输出端，经第二光分路器连接平衡探测器的输入端，平衡探测器的输出端连接数据采集器；所述样品臂光路上设有第一准直器、分光镜组、第一反射镜组和X‑Y振镜扫描仪；第一准直器连接第一光分路器；由准直器传递出的光束经分光镜组分光，和第一反射镜组反射后形成至少2个相互平行的光束，所述至少2个相互平行的光束经X‑Y振镜扫描仪传递至样品上。

【技术特征摘要】
1.一种光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统，其特征是，包括扫频光源、样品臂光路、参考臂光路、平衡探测器、数据采集器、第一光分路器和第二光分路器；
扫频光源通过第一光分路器分别连接样品臂光路和参考臂光路；第一光分路器包括样品背向散射光输出端；所述樣品背向散射光输出端与参考臂光路的输出端，经第二光分路器连接平衡探测器的输入端，平衡探测器的输出端连接数据采集器；
所述样品臂光路上设有第一准直器、分光镜组、第一反射镜组和X-Y振镜扫描仪；第一准直器连接第一光分路器；由准直器传递出的光束经分光镜组分光，和第一反射镜组反射后形成至少2个相互平行的光束，所述至少2个相互平行的光束经X-Y振镜扫描仪传递至样品上。
2.根据权利要求1所述的光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统，其特征是，样品臂光路上还设有透镜组，透镜组设置于X-Y振镜扫描仪与样品之间的光路上。
3.根据权利要求1所述的光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统，其特征是，参考臂光路上依次设有第二准直器、第二反射镜组、第三准直器和光纤耦合器；光纤耦合器的输出端即参考臂光路的输出端。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光学相干断层扫描成像中散斑噪声的抑制系统，其特征是，样品臂光路中，分光镜组包括第一分光镜和第二分光镜，第一反...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫建华，曹兆源，陈新建，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32