光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法技术方案

一种光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法，利用迭代算法计算出不同成像深度的色散补偿系数，通过数据拟合，得出色散补偿系数与成像深度的关系表达式，从而计算出样品各深度的色散补偿系数，最终有针对性地对系统中参考臂与样品臂引入的色散失配进行补偿，消除色散的展宽效应，提高系统的纵向分辨率。本发明专利技术的优点是计算出系统各成像深度的色散补偿系数，针对不同成像深度进行不同的色散补偿，减弱了单一色散补偿系数对不同成像深度进行补偿而发生的欠补偿或过补偿现象，实现全探测深度的色散补偿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及频域光学相干层析成像(FourierDomainOpticalCoherenceTomography，简称FD-OCT)，尤其是一种光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法。
技术介绍
光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography，简称OCT)是生物医学光学领域一种重要的成像技术，它通过探测样品背向散射光的强度来获取样品不同深度的结构信息，是具有高分辨率、非侵入性等特点以及可以实现在体检测生物组织内部结构的断层成像。自1991年美国麻省理工学院J.G.Fujimoto和D.Huang等首次利用OCT对视网膜和冠状动脉进行离体成像之后，OCT成为生物医学无损伤光学成像研究的热点，目前已广泛应用于眼科、皮肤科、心血管科等领域的临床诊断和病理研究中。OCT系统纵向分辨率是成像质量的关键，为了获得超高的分辨率，OCT系统往往会使用宽光谱带宽的光源，例如多个SLD组合的光源，光谱带宽可达到200nm，理论纵向分辨率可达2um，但宽光谱带宽光源发出的光在光学元件、光纤、样品的传输过程中会引起色散，导致相干包络的展宽和畸变，降低系统的分辨率，影响成像质量，因此，色散补偿是实现高分辨率OCT系统、提高成像质量的关键技术。目前色散补偿主要有硬件补偿和软件补偿两种方式。硬件补偿方法是通过添加色散补偿器件来匹配系统中参考臂与样品臂的色散。一种方法是直接在参考臂中加入水、BK7玻璃、熔融石英等色散补偿元件来实现参考臂与样品臂的色散匹配[参见在先技术[1],W.Drexler,U.Morgner,R.K.Ghanta,F.X.J.S.SchumanandJ.G.Fujimoto,\Ultrahigh-resolutionophthalmicopticalcoherencetomography\,NatMed7(4),502-507(2001)]；另一种方法是快速扫描光学延迟线技术，这是通过改变光栅的离焦量来调整参考臂的色散参数，以实现系统的色散补偿[参见在先技术[2],L.Froehly,L.Furfaro,P.SandozandP.Jeanningros,\Dispersioncompensationpropertiesofgrating-basedtemporal-correlationopticalcoherencetomographysystems\,OptCommun282(7),1488-1495(2009)]。但这类硬件补偿方法需要额外的元件和设备，增加了系统的成本和复杂性，并且针对不同的样品需要重新调整色散补偿器件，对系统的使用会造成不便。软件补偿方法是对系统采集到的信号数据进行处理，通过数值计算的方法来进行色散补偿。较常用的一种色散补偿方法是迭代法，利用图像锐利度评价函数来反复评测信号中色散补偿系数，最终得出各阶色散补偿系数并应用到图像处理中，实现色散补偿[参见在先技术[3]，W.Maciej,S.Vivek,K.Tony,F.James,K.AndrzejandD.Jay,\Ultrahigh-resolution,high-speed,Fourierdomainopticalcoherencetomographyandmethodsfordispersioncompensation\,OptExpress12(11),2404(2004)]。但对于样品，尤其是多层样品来说，不同深度的色散补偿系数不一样，此类方法使用唯一的色散补偿系数对图像所有深度进行补偿，会造成部分深度图像出现欠补偿或过度补偿的效果。2007年，丁超等人提出了一种深度分辨的色散补偿方法(参见在先技术[4]，中国专利申请号CN200710172096.X)，先将频域信号通过逆傅里叶变换转换成空域信号，利用空间滤波将不同的空域信号滤出，再通过傅里叶变换转换成频域信号进行有针对性的色散补偿，最终实现深度分辨的色散补偿。但该方法中空间滤波的窗口选择很重要，窗口太宽会使色散补偿效果削弱，窗口太窄又容易造成信号收集不全。2015年张行等人提出一种频域光学相干层析成像系统的色散补偿方法(参见在先技术[5]，中国专利申请号CN201510171288.3)，该方法采用窗口迭代的方法由粗到细地自动补偿系统中光路和样品引入的色散失配，从而消除系统中色散的展宽效应，但对于成像深度较深位置，信号强度较弱，系统对信号收集较为困难，从而很难利用窗口迭代的方法进行色散补偿。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述在先技术的不足，提供一种光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法，测出不同成像深度的色散补偿系数，从而拟合出全探测深度的色散补偿系数，进而进行有针对性的色散补偿。本专利技术的技术解决方案如下：一种光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法，该方法的具体步骤为①利用光学相干层析成像系统对样品进行成像，获得原始干涉信号；②对原始干涉信号去背景后进行希尔伯特变换，得到初始相位信息，选定某一成像深度，利用迭代算法，消除色散相位，并进行傅里叶变换，然后通过图像评价函数得到该成像深度的色散补偿系数；重复此步骤，获得若干不同成像深度的色散补偿系数；③将得到的色散补偿系数与其相应的成像深度进行数据拟合，得出可探测深度范围内色散补偿系数与成像深度的关系表达式；④对原始干涉信号去背景后利用希尔伯特变换得到初始相位信息，选定一个A-line的某一成像深度，利用色散补偿系数与成像深度的关系表达式计算出该成像深度的色散补偿系数，从而计算出该成像深度的色散相位，从初始相位信息中减去色散的相位，进行色散补偿，通过傅里叶变换后，得到该成像深度色散补偿后的图像；⑤对所选定A-line信号的所有成像深度，重复步骤④，得出色散补偿后的A-line图像；⑥在整个图像内，重复步骤⑤，得出样品全探测深度范围内色散补偿的二维或三维图像。所述的迭代算法是：对干涉信号去背景后进行希尔伯特变化，得到初始相位信息φ0(k),依次选择不同的色散补偿系数，对初始相位信息进行补偿：φ(k)＝φ0(k)-a2(k-k0)2-a3(k-k0)3，式中φ(k)为补偿后相位信息，k0为光学相干层析成像系统光源中心波长对应的波数，a2、a3分别对应于二阶色散补偿系数、三阶色散补偿系数；计算出新的相位信息后还原成干涉强度信号再进行傅里叶变换得到图像，通过图像评价函数先后确定最终的二阶色散补偿系数、三阶色散补偿系数。实施上述方法的频域光学相干层析成像系统，包括低相干光源，光源输出的光经过隔离器被耦合进迈克尔逊干涉仪中，迈克尔逊干涉仪将入射光分为两路，分别入射到参考臂和样品臂中。参考臂光纤中的光经过光纤准直器准直后通过透镜聚焦在反射镜上。样品臂光纤输出的光经过光纤准直器、二维振镜后通过透镜聚焦在样品上。迈克尔逊干涉仪的输出端连接到光谱仪，光谱仪采集到的干涉光谱通过图像采集卡输入到计算机中。所述的低相干光源为宽光谱宽带光源，如超辐射发光二极管(SLD)或飞秒激光器或超连续谱光源等。所述的隔离器是偏振无关的宽带隔离器。所述的迈克尔逊干涉仪其特征在于具有两个接近等光程的干涉光路分别作为参考臂和样品臂。该干涉仪可以是体光学系统，如由分光棱镜分光构成的参考臂和样品臂两路；也可以是光纤光学系统，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法，其特征在于,该方法步骤如下：①利用光学相干层析成像系统对样品进行成像，获得原始干涉信号；②对原始干涉信号去背景后进行希尔伯特变换，得到初始相位信息，选定某一成像深度，利用迭代算法，消除色散相位,并进行傅里叶变换，然后通过图像评价函数得到该成像深度的色散补偿系数；重复此步骤，获得至少三个不同成像深度的色散补偿系数；③将得到的色散补偿系数与其相应的成像深度进行数据拟合，得出可探测深度范围内色散补偿系数与成像深度的关系表达式；④对原始干涉信号去背景后利用希尔伯特变换得到初始相位信息，选定一个A‑line的某一成像深度，利用色散补偿系数与成像深度的关系表达式计算出该成像深度的色散补偿系数，从而计算出该成像深度的色散相位，从初始相位信息中减去色散的相位，进行色散补偿，通过傅里叶变换后，得到该成像深度色散补偿后的图像；⑤对所选定A‑line信号的所有成像深度，重复步骤④，得到色散补偿后的A‑line图像；⑥在整个图像内，重复步骤⑤，得出样品全探测深度范围内色散补偿的二维或三维图像。

【技术特征摘要】
1.一种光学相干层析成像系统全探测深度色散补偿方法，其特征在于,该方法步骤如下：①利用光学相干层析成像系统对样品进行成像，获得原始干涉信号；②对原始干涉信号去背景后进行希尔伯特变换，得到初始相位信息，选定某一成像深度，利用迭代算法，消除色散相位,并进行傅里叶变换，然后通过图像评价函数得到该成像深度的色散补偿系数；重复此步骤，获得至少三个不同成像深度的色散补偿系数；③将得到的色散补偿系数与其相应的成像深度进行数据拟合，得出可探测深度范围内色散补偿系数与成像深度的关系表达式；④对原始干涉信号去背景后利用希尔伯特变换得到初始相位信息，选定一个A-line的某一成像深度，利用色散补偿系数与成像深度的关系表达式计算出该成像深度的色散补偿系数，从而计算出该成像深度的色散相位，从初始相位信息中减去色散的相位，进行色散补偿，通过傅里叶变换后，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘柳华，李中梁，王向朝，南楠，陈艳，王瑄，卢宇，宋思雨，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31