具有相位敏感的B扫描配准的光学相干断层扫描(OCT)系统技术方案

本公开涉及光学相干断层扫描(OCT)领域。本公开尤其涉及OCT系统，所述OCT系统具有使用相位敏感的B扫描配准方法的配置。在本公开中，OCT系统可具有如下配置：扫描物理对象，获取OCT信号来形成B扫描，使用这些B扫描来通过使用B扫描之间的总相位误差确定在轴向方向上的最佳偏移，并且对准B扫描，从而最小化可能在扫描所述物理对象期间发生的运动的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请基于2014年2月4日提交的题为“OCT Phase-Sensitive B-scan Registration Algorithm,”、代理人档案号为CIT-6801-P的美国临时专利申请61/935,431，并且要求所述临时专利申请的优先权。本申请还基于2015年2月4日提交的题为“Optical Coherence Tomography(OCT)with Improved Motion Contrast,”、代理人档案号为064693-0312的专利合作条约(PCT)申请号PCT/US15/14410，并且要求所述PCT申请的优先权。所述临时专利申请和PCT申请的全部内容以引用的方式并入本文。关于联邦政府资助研究的声明本专利技术是在政府支持下进行的(国立卫生研究所(NIH)授予的批准号是NIH STTR 1 R41 EY021054)。政府对本专利技术拥有某些权利。背景
本公开涉及光学相干断层扫描(OCT)领域。本公开尤其涉及具有相位敏感的B扫描配准的OCT系统。本公开还尤其涉及用于所述OCT系统的相位敏感的B扫描配准方法。相关技术描述光学相干断层扫描(OCT)自从在1991年引入以来已经成为不可缺少的临床成像工具。关于OCT技术的背景，参见例如Drexler和Fujimoto等人的“Optical Coherence Technology:Technology and Applications”Springer,Heidelberg,Germany,2008。这本书以引用的方式整体并入本文。OCT是基于被称为低相干干涉测量法的光学测量技术。OCT通过
将光束引导至物理对象，然后测量并分析反向散射光的量值和时间延迟来执行对物理对象的内部微观结构的高分辨率、横截面成像。通过执行时间延迟的多次轴向测量(轴向扫描或A扫描)和横向地扫描入射光束来产生横截面成像。这产生A扫描的二维数据集(即，B扫描)，其表示在穿过物理对象的横截平面中的光学反向散射。通过按光栅图案扫描入射光束而获取按顺序的横截面图像，可以产生三维体积数据集(三维OCT或3D-OCT)。这种技术得出物理对象的内部微观结构图像，其具有非常高的清晰度。例如，可在原位并且实时有效地对组织的病理学进行成像，其中分辨率小于15微米。已经开发了若干类型的OCT系统和方法，例如，时域OCT(TD-OCT)和傅立叶域OCT(FD-OCT)。使用FD-OCT允许对视网膜形态进行高分辨率成像，这几乎可以与组织学分析相比较。FD-OCT技术的实例包括频谱域OCT(SD-OCT)和扫频源OCT(SS-OCT)。OCT可用来识别常见的视网膜血管疾病，诸如年龄相关的黄斑变性(AMD)、糖尿病视网膜病变(DR)以及视网膜血管阻塞。然而，尽管OCT成像快速发展，当前的OCT技术可能无法提供视网膜和脉络膜微脉管系统的充分可视化。因此，临床医生经常被迫安排患有视网膜血管疾病的患者进行OCT和荧光素血管造影术(FA)两者。使用在FD-OCT成像期间产生的数据来产生眼底的血管造影图像已经越来越受到关注。这些血管造影片无创地实现而无需注射荧光染料。近来，已经引入相位方差OCT(PV-OCT)来对视网膜微脉管系统进行成像。例如参见：Fingler等人的“Dynamic Motion Contrast and Transverse Flow Estimation Using Optical Coherence Tomography”的美国专利号7,995,814；Fingler等人的“Dynamic Motion Contrast and Transverse Flow Estimation Using Optical Coherence Tomography”的美国专利号8,369,594；Fingler等人的“Mobility and transverse flow
visualization using phase variance contrast with spectral domain optical coherence tomography”Opt.Express 2007；15:12636-53；Fingler等人的“Phase-contrast OCT imaging of transverse flows in the mouse retina and choroid.Invest Ophthalmol.Vis.Sci.2008；49:5055-9；Fingler等人的“Volumetric microvascular imaging of human retina using optical coherence tomography with a novel motion contrast technique”Opt.Express[serial online]2009；17:22190-200；Kim等人的“In vivo volumetric imaging of human retinal circulation with phase-variance optical coherence tomography”Biomed Opt Express[serial online]2011；2:1504-13；Kim等人的“Noninvasive imaging of the foveal avascular zone with high-speed,phase-variance optical coherence tomography”Invest.Ophthalmol.Vis.Sci.2012；53:85-92；以及Kim等人的“Optical imaging of the chorioretinal vasculature in the living human eye”PNAS，2013年8月27日，第110卷，编号35,14354-14359。所有这些公布和专利公开内容以引用的方式整体并入本文。PV-OCT使用在FD-OCT成像期间正常获取但未使用的数据的软件处理。利用不同于存在于商业器械中的扫描协议，PV-OCT识别在连续的B扫描之间的运动区域，将其与更少的移动区域进行对比。在视网膜和脉络膜中，具有运动的区域对应于脉管系统；这些脉管易于与相对静止的其他视网膜组织区分开。一种用来获取视网膜脉管系统的图像的替代性方法是多普勒OCT，其测量在连续深度扫描之间的散射体位置变化并且使用这个信息来计算平行于成像方向的流动分量(称作轴向流动)。已经使用多普勒OCT来对视网膜中较大的轴向流动进行成像，但在没有专用扫描协议的情况下，当缓慢流动或取向成横向于成像方向流动时，这种技术受到限制。因为这种技术取决于当成像速度改进继续用于FD-OCT系统时测量在连续深度扫描之间的运动变化，所以散射体具有更少时间来在测量之间移动并且最慢的运动因噪声而变得模糊。这进一步减少典
型多普勒OCT技术的可视化能力。相比之下，PV-OCT将能够在增加的FD-OCT成像速度下实现相位测量之间的相同时间分隔，从而保持所展本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学相干断层扫描(OCT)系统，其具有如下配置：用具有一定束宽和方向的光束来扫描具有一定表面和深度的物理对象；从所述扫描获取OCT信号；从所获取OCT信号生成离散化A扫描数据和B扫描数据；将所述离散化A扫描数据分配到像素中；使用所获取OCT信号来形成至少一个B扫描集群集，所述至少一个B扫描集群集各自包括至少一个B扫描集群，所述至少一个B扫描集群包括至少两个B扫描，所述至少两个B扫描相互平行并且形成平行于所述光束方向的平面；由每个B扫描集群中的所述至少两个B扫描形成B扫描对；进行以下操作中的任一个：在任何B扫描的任何偏移之前计算每个B扫描对的总相位误差，并且然后将每个B扫描对中的一个B扫描偏移至少两次，或将每个B扫描对中的一个B扫描偏移至少三次；其中每次偏移是一个像素，并且是在平行于所述光束的方向上；在每次偏移之后计算每个B扫描对的总相位误差；识别每个B扫描对的所有计算出的总相位误差中最小的计算出的总相位误差；识别每个B扫描对的偏移量，所述偏移量导致所述识别的最小计算出的总相位误差；计算所述至少一个B扫描集群内的每个B扫描的累积轴向偏移；以及对准所述至少一个B扫描集群内的所有B扫描。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.04 US 61/935,431;2015.02.04 US PCT/US2015/1.一种光学相干断层扫描(OCT)系统，其具有如下配置：用具有一定束宽和方向的光束来扫描具有一定表面和深度的物理对象；从所述扫描获取OCT信号；从所获取OCT信号生成离散化A扫描数据和B扫描数据；将所述离散化A扫描数据分配到像素中；使用所获取OCT信号来形成至少一个B扫描集群集，所述至少一个B扫描集群集各自包括至少一个B扫描集群，所述至少一个B扫描集群包括至少两个B扫描，所述至少两个B扫描相互平行并且形成平行于所述光束方向的平面；由每个B扫描集群中的所述至少两个B扫描形成B扫描对；进行以下操作中的任一个：在任何B扫描的任何偏移之前计算每个B扫描对的总相位误差，并且然后将每个B扫描对中的一个B扫描偏移至少两次，或将每个B扫描对中的一个B扫描偏移至少三次；其中每次偏移是一个像素，并且是在平行于所述光束的方向上；在每次偏移之后计算每个B扫描对的总相位误差；识别每个B扫描对的所有计算出的总相位误差中最小的计算出的总相位误差；识别每个B扫描对的偏移量，所述偏移量导致所述识别的最小计算出的总相位误差；计算所述至少一个B扫描集群内的每个B扫描的累积轴向偏移；以及对准所述至少一个B扫描集群内的所有B扫描。2.如权利要求1所述的OCT系统，其中：所述OCT系统具有如下配置：在形成所述B扫描对之后，计算每个B扫描对的相位差；使用所述计算出的相位差来计算每个总相位误差；并且每个计算出的相位差构成相位差数据点。3.如权利要求2所述的OCT系统，其中所述相位差数据点用来计算整体运动相位差。4.如权利要求3所述的OCT系统，其中针对整体运动的影响对所述计算出的整体运动相位差进行校正以便提供已校正的相位差。5.如权利要求4所述的OCT系统，其中将基于强度的阈值方法应用于所述已校正的相位差。6.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有如下配置：形成包括A扫描对的所述B扫描对，并且使用所述B扫描对内的所述A扫描对中的全部或一部分来计算每个B扫描对的总相位误差；其中所述A扫描对中的一个A扫描是在所述B扫描对的所述B扫描中的一个内，并且所述A扫描对中的另一个A扫描是在所述B扫描对中的另一个B扫描内。7.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有使用所述已对准的B扫描来形成所述物理对象的图像的配置。8.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述物理对象是人类组织。9.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述OCT系统包括：至少一个光源，其提供所述光束；至少一个回射反射器；至少一个光纤耦合器或至少一个自由空间耦合器，其将所述光束导引至所述物理对象并且导引至所述至少一个回射反射器；其中被导
\t引至所述物理对象的所述光束形成至少一个反向散射光束；并且其中被导引至所述至少一个回射反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·P·芬格勒，斯科特·E·弗雷泽，
申请(专利权)人：南加利福尼亚大学，加利福尼亚技术学院，
类型：发明
国别省市：美国;US