具有改进的运动对比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。本公开尤其涉及具有改进的运动对比的OCT系统。本公开尤其涉及用于这类OCT系统的运动对比方法。本公开的OCT系统可以具有如下配置：用具有一定束宽和方向的光束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；使用所获取OCT信号来形成至少一个A扫描；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扫描集群集包括至少两个B扫描集群，每个B扫描集群包括至少两个B扫描。

【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 Angiography Enhanced Processing Techniques”、代理人档案号为CIT-6799-P的美国临时专利申请61/935,428，并且要求所述临时专利申请的优先权。这个临时专利申请的全部内容以引用方式并入本文。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 1R41EY021054)。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改进的运动对比的OCT系统。本公开尤其涉及用于这类OCT系统的运动对比方法。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 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，从而保持所展示的能力来独立于脉管取
向可视化快速血管流动和缓慢微血管流动。近年来，若干团体已经开发出OCT成像方法来超越常规的多普勒OCT成像限制。一些方法包括：诸如在2波束扫描中通过FD-OCT机器的硬件修改来增加流动对比，或产生用于提取流动分量的外差频率。其他研究人员已经使用非常规的扫描图案或(诸如PV-OCT中所使用的)重复的B扫描获取来增加相位测量之间的时间分隔并且增强微血管流动的本文档来自技高网...

【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；使用所获取OCT信号来形成至少一个B扫描集群集，使得：每个B扫描集群集包括至少两个B扫描集群；每个B扫描集群包括至少两个B扫描；每个B扫描集群集内的所述B扫描相互平行并且平行于所述光束的方向；每个B扫描、每个B扫描集群以及每个B扫描集群集是在分别与所有其他B扫描、所有其他B扫描集群以及所有其他B扫描集群集不同的时间处形成；每个B扫描集群内的每个B扫描与所述B扫描集群内的任何接下来形成的B扫描隔开在0到一半所述束宽范围内的距离(“集群内距离”)；每个B扫描集群内的最后形成的B扫描与任何接下来形成的B扫描集群内的首先形成的B扫描隔开(“集群间距离”)至少一微米；以及使用每个B扫描集群集内的所述B扫描的全部或一部分来计算针对每个B扫描集群集的OCT运动对比；以及将计算出的OCT运动对比记录为每个B扫描集群集内的所述B扫描集群中的一个的OCT运动对比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.04 US 61/935,4281.一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；使用所获取OCT信号来形成至少一个B扫描集群集，使得：每个B扫描集群集包括至少两个B扫描集群；每个B扫描集群包括至少两个B扫描；每个B扫描集群集内的所述B扫描相互平行并且平行于所述光束的方向；每个B扫描、每个B扫描集群以及每个B扫描集群集是在分别与所有其他B扫描、所有其他B扫描集群以及所有其他B扫描集群集不同的时间处形成；每个B扫描集群内的每个B扫描与所述B扫描集群内的任何接下来形成的B扫描隔开在0到一半所述束宽范围内的距离(“集群内距离”)；每个B扫描集群内的最后形成的B扫描与任何接下来形成的B扫描集群内的首先形成的B扫描隔开(“集群间距离”)至少一微米；以及使用每个B扫描集群集内的所述B扫描的全部或一部分来计算针对每个B扫描集群集的OCT运动对比；以及将计算出的OCT运动对比记录为每个B扫描集群集内的所述B扫描集群中的一个的OCT运动对比。2.如权利要求1所述的OCT系统，其中：所述OCT系统具有使用所获取OCT信号来形成相互平行的至少两个B扫描集群集的配置，并且每个B扫描集群集的所述B扫描集群中的一个中最后形成的B扫描与接下来形成的B扫描集群集的所述B扫描集群中的一个中首先形成的B扫描隔开(“集群集间距离”)至少一微米。3.如权利要求1所述的OCT系统，其中：所述OCT系统具有使用所获取OCT信号来形成相互平行的至少两个B扫描集群集的配置，并且每个B扫描集群集的所述B扫描集群中的一个中所述最后形成的B扫描与所述接下来形成的B扫描集群集的所述首先形成的B扫描隔开(“集群集间距离”)至少一微米。4.如权利要求1所述的OCT系统，其中：所述OCT系统具有使用所获取OCT信号来形成相互平行的至少两个B扫描集群集的配置，并且每个B扫描集群集的首先形成的B扫描集群的所述最后形成的B扫描与所述接下来形成的B扫描集群集的所述首先形成的B扫描隔开(“集群集间距离”)至少一微米。5.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有使用所获取OCT信号来形成相互平行的至少两个B扫描集群集的配置，并且每个B扫描集群集的所述最后形成的B扫描与所述接下来形成的B扫描集群集的所述首先形成的B扫描隔开(“集群集间距离”)至少一微米。6.如权利要求1所述的OCT系统，其中每个B扫描集群集内的B扫描集群的数量是2、3或4。7.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有使用所有所述B扫描集群集内的所有所述B扫描来计算所述OCT运动对比的配置。8.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有使用
\t所述B扫描集群中的至少一个内的所有所述B扫描和所述B扫描集群中的至少一个其他B扫描集群内的所述B扫描的仅一部分来计算所述OCT运动对比的配置。9.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述集群间距离不超过100微米。10.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述集群间距离不超过50微米。11.如权利要求2所述的OCT系统，其中所述集群集间距离不超过100微米。12.如权利要求2所述的OCT系统，其中所述集群集间距离不超过50微米。13.如权利要求1所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有在计算所述OCT运动对比之前通过使用阈值方法或加权方法来减少噪声对OCT运动对比的一个或多个影响的配置。14.如权利要求13所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有在计算所述OCT运动对比之前使用所述阈值方法的配置，并且其中所述阈值方法包括：在所述B扫描集群中的一个内形成邻近的B扫描对；识别与其他B扫描对相比而言具有最高总运动噪声、相位噪声或去相关的B扫描对；以及将具有所述最高总运动噪声、相位噪声或去相关的数据点从所述OCT运动对比的所述计算中去除。15.如权利要求13所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有在
\t计算所述OCT运动对比之前使用所述阈值方法的配置，并且其中所述阈值方法包括：在所述B扫描集群中的一个内形成邻近的B扫描对；在平行于所述光束方向的平面上的相同位置处形成A扫描对，所述对的每个成员选自不同的B扫描；识别与其他A扫描对相比而言具有最高总运动噪声、相位噪声或去相关的A扫描对；以及将所识别的A扫描对的数据点从所述OCT运动对比的所述计算中去除。16.如权利要求13所述的OCT系统，其中所述OCT系统具有在计算所述OCT运动对比之前使用所述阈值方法的配置，并且其中所述阈值方法包括：比较每个B扫描集群中的数据点当中的变化，所述数...

【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