一种提高扫频光学相干层析成像分辨率方法技术

一种提高扫频光学相干层析成像分辨率方法，该方法需要通过实验获得一个标准k‑clock信号，然后利用互相关运算计算出需要校正的k‑clock信号的延时。由计算出的延时，将k‑clock信号进行左右移动从而对其进行校正，并使用插值算法计算出移动后的k‑clock信号的过零点坐标。再次使用插值算法在过零点坐标处对干涉信号进行插值，得到波数域等间隔的干涉信号。将此干涉信号与一个汉明窗函数相乘进行光谱整形，然后再对经过光谱整形后的干涉信号进行快速傅里叶变换，便可得到样品反射率随深度变化的一维曲线，即A‑line图像。

A method for improving resolution of scanning frequency optical coherence tomography

A method to improve the sweep optical coherence tomography resolution method, this method requires a standard k clock signal through the experiment, and then use the cross-correlation operation to calculate the K clock signal delay correction. From the calculated time delay, the K clock signal for moving around and for correction, zero point coordinates K clock signal and use interpolation algorithm to calculate the mobile. Thirdly, the interpolation algorithm is used to interpolate the interference signals at the zero point coordinate, and the interference signals of equal interval in wavenumber domain are obtained. The interference signal with a Hamming window function multiplied spectrum shaping, and then through the interference signal spectrum shaping after fast Fourier transform, we can get one-dimensional curve of reflectivity of the sample varies with depth, namely A line image.

【技术实现步骤摘要】
一种提高扫频光学相干层析成像分辨率方法
本专利技术涉及扫频光学相干层析成像(SweptsourceOpticalCoherenceTomography，SS-OCT)。
技术介绍
光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography，OCT)是一种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的生物医学光学成像技术，具有非侵入、高分辨率、可在体检测生物组织内部微结构信息等特点。自1991年1991年，美国麻省理工学院的J.G.Fujimoto和D.Huang等人首先提出了此概念，并对视网膜和冠状动脉进行了离体成像，目前已被广泛应用于眼科、皮肤科、心血管等领域的临床诊断和研究。OCT可分为时域OCT(TD-OCT)和频域OCT(FD-OCT)，而频域OCT又可分为基于光谱仪的频域OCT(SD-OCT)和基于扫频光源的频域OCT(SS-OCT)。在SS-OCT系统中，光源发出的光不是波数(k)域等间隔的，根据SD-OCT理论，样品深度方向的空间信息与光波数是傅里叶变换对，因此必须对干涉信号在k域进行重采样从而获得在k域等间隔的干涉信号。目前大多数商用的扫频光源都集成了波数域等间隔采样时钟信号(即k-clock)，理想情况下，利用该k-clock作为时钟对干涉信号进行重采样便能得到k域等间隔的干涉信号。然而，受限于扫频光源的稳定性及同步触发硬件的精度，以及受到外部器件和外界工作环境温度、环境震动等干扰，在重采样干涉信号时，k-clock的起始点很可能与干涉信号之间有一个不确定的延时，从而导致干涉信号没有在k域严格等间隔采样，造成系统分辨率下降。目前市场上部分的商业扫频光源自带了可以调节k-clock延时的功能，如Santec公司HSL系列光源。但是这种延时校正功能是针对干涉信号在光纤和同轴电缆中传播时间与k-clock在同轴电缆中传播时间不一致设计的。使用者利用生产厂商提供的参考公式计算出两者的时间差后，通过软件设置k-clock延时时间进行校正。这种校正是一次性的，在设定好之后一般不再更改。因此没有从根本上消除外界环境因素以及扫频光源不稳定性等引起的k-clock时钟不确定延时问题。针对k-clock与干涉信号之间不确定延时造成系统分辨率下降的问题，陈效杰等人(参见：陈效杰,白宝平,陈晓冬,等.一种提高扫频光学相干层析成像分辨率的延时自动校正算法[J].中国激光,2015(12):123-130.)提出一种光源k-clock延时自动校正算法，该算法通过平均峰值法和平均半峰全宽法，对k-clock信号进行粗调、微调、精调最终得到使系统分辨率最高的k-clock起始点。这种方法在调节时需对k-clock进行滤波、Hilbert变换、CORDIC变换、解卷绕后，截取k-clock相位中的稳态成分进行相位等分，然后对k-clock信号进行逐步移动，每移动一步都需对干涉信号进行重采样，这导致该算法效率低、耗时长，降低了算法的实用性。
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，提出一种提高扫频光学相干层析成像分辨率方法。本专利技术的基本原理是通过校正光源自带k-clock的延时，进而使干涉信号能更加准确的在k域等间隔点被重采样，从而提高系统分辨率。本专利技术将待校正的k-clock信号和模板信号进行互相关运算，能够快速得出需校正的k-clock信号的延时，从而进行校正。本专利技术的技术解决方案如下：一种提高SS-OCT系统成像分辨率方法，该方法的具体步骤如下：①在扫频光学相干层析成像系统的样品臂放置一块平面反射镜作为样品，对其进行N次扫描，N为正整数，得到N个干涉信号和N个波数域等间隔采样时钟信号，对不同的干涉信号经过重采样和快速傅里叶变换后得到不同的点扩展函数，取其中半峰全宽最小时的波数域等间隔采样时钟信号作为标准波数域等间隔采样时钟信号，即k-clock1信号，并进行保留，作为后续互相关运算的模板，取出样品；②在扫频光学相干层析成像系统的样品臂放置另一块平面反射镜作为样品，对其进行扫描，采集扫描时的光学相干层析成像干涉信号(即OCT干涉信号)以及光源的波数域等间隔采样时钟信号k-clock2，将k-clock2与所述的模板进行互相关运算，得到互相关运算结果的绝对值最大值所在的横坐标τd；③当τd等于零，则不平移波数域等间隔采样时钟信号k-clock2；当τd大于零，则将波数域等间隔采样时钟信号k-clock2信号向右平移|τd|个采样点，即K'j(t)；当τd小于零，则将波数域等间隔采样时钟信号k-clock2信号向左平移|τd|个采样点，即K'j(t)；④将平移后的波数域等间隔采样时钟信号K'j(t)使用插值算法得到其过零点坐标；⑤再次应用插值算法对步骤②采集得到的光学相干层析成像干涉信号在平移后的波数域等间隔采样时钟信号K'j(t)的过零点进行重采样，得到波数域等间隔采样的干涉信号；⑥将此干涉信号与一个汉明窗函数相乘进行光谱整形，再对经过光谱整形后的干涉信号进行快速傅里叶变换得到样品反射率随深度变化的一维曲线，即A-line图像。实施上述方法的SS-OCT系统主要包括扫频光源，耦合器、环形器、平衡探测器、数据采集卡、计算机等。光源发出的光经过一定分光比的耦合器后被分为两束，分别进入参考臂和样品臂。参考臂的光经过环形器、偏振控制器、准直器后入射到反射镜上，经过反射镜反射后再从环形器进入迈克尔逊干涉仪的一端。样品臂的光经过环形器后先后入射到样品臂末端的探头及被测样品上，被测样品的返回光同样经环形器后进入迈克尔逊干涉仪的另一端。迈克尔逊干涉仪的输出端连接至平衡探测器，探测器探测的干涉光谱通过数据采集卡输入到计算机中。所述的扫频光源自带k-clock，如Santec公司的扫频光源HSL-20等。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，分别为参考臂和样品臂。该干涉仪的分束比为50:50，它可以是体光学系统也可以是光纤光学系统。所述的平衡探测器是具有光电信号转换功能和放大差分信号的探测器。作为优选，所述的插值算法可采用三次样条插值算法。作为优选，可以增大在取标准k-clock信号时的扫描次数N，以提高本专利技术效果。本专利技术与在先技术相比，无需对光源k-clock信号进行粗调、微调、精调来最终得到使系统分辨率最高的k-clock起始点。避免了调节时需对k-clock进行滤波、Hilbert变换、CORDIC变换、解卷绕等运算，在减小算法运行时间的同时能够保证对系统分辨率的提高。附图说明图1是光纤型扫频光学相干层析成像系统结构示意图。图2是本方法步骤示意图。图3是对单层反射镜样品，采用本方法校正前样品的A-line信号图。图4是对单层反射镜样品，采用本方法校正后样品的A-line信号图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不应以此实施例限制本专利技术的保护范围。请参阅图1，图1为光纤型扫频光学相干层析成像系统结构示意图。其中包括扫频光源1，扫频光源的输出光与分光比为90:10的耦合器6-2的输入端口相连，耦合器6-2将光分为样品臂光路13和参考臂光路12。耦合器6-2的一个输出端口输出90％的光进入样品臂光路13中，经过环形器7-2后依次经过二维扫描振镜的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高扫频光学相干层析成像分辨率方法，其特征在于该方法包括步骤如下：①在扫频光学相干层析成像系统的样品臂放置一块平面反射镜作为样品，对其进行N次扫描，N为正整数，得到N个干涉信号和N个波数域等间隔采样时钟信号，对不同的干涉信号经过重采样和快速傅里叶变换后得到不同的点扩展函数，取其中半峰全宽最小时的波数域等间隔采样时钟信号作为标准波数域等间隔采样时钟信号，即k‑clock

【技术特征摘要】
1.一种提高扫频光学相干层析成像分辨率方法，其特征在于该方法包括步骤如下：①在扫频光学相干层析成像系统的样品臂放置一块平面反射镜作为样品，对其进行N次扫描，N为正整数，得到N个干涉信号和N个波数域等间隔采样时钟信号，对不同的干涉信号经过重采样和快速傅里叶变换后得到不同的点扩展函数，取其中半峰全宽最小时的波数域等间隔采样时钟信号作为标准波数域等间隔采样时钟信号，即k-clock1信号，并进行保留，作为后续互相关运算的模板，取出样品；②在扫频光学相干层析成像系统的样品臂放置另一块平面反射镜作为样品，对其进行扫描，采集扫描时的光学相干层析成像干涉信号以及光源的波数域等间隔采样时钟信号k-clock2，将k-clock2与所述的模板进行互相关运算，得到互相关运算结果的绝对值最大...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢宇，李中梁，王向朝，南楠，陈艳，王瑄，潘柳华，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