一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法技术

一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，包括：设定导管偏振敏感光学相干层析成像系统的输入光的偏振态；将系统中在H和V路上的参考光设定为等光强；对在偏振分集处测量到的电信号进行色散补偿、插值傅里叶变换，图像分割；将样品深度处和参考面位置处的琼斯矩阵转换为穆勒矩阵；将样品深度处的穆勒矩阵乘以参考面位置处的穆勒矩阵的逆矩阵得到样品的测量穆勒矩阵；消除消偏和双衰减效应；将测量穆勒矩阵得到在极坐标下的相位延迟量；对极坐标下的相位延迟量由极坐标转换成笛卡尔坐标，最终得出导管偏振敏感光学相干层析成像系统样品的双折射图像。本发明专利技术能够消除导管在高速旋转状态下无法解调样品双折射信息的问题。

A Polarization Demodulation Method for Polarization Sensitive Optical Coherence Tomography

A polarization demodulation method for duct polarization-sensitive optical coherence tomography includes: setting the polarization state of the input light of the duct polarization-sensitive optical coherence tomography system; setting the reference light of the system on H and V paths to equal light intensity; compensating the electric signals measured at polarization divergence, interpolating Fourier transform, image segmentation; and dividing the sample depth and parameters. The Jones matrix at the position of the reference plane is converted to the Muller matrix; the Muller matrix at the depth of the sample is multiplied by the inverse matrix of the Muller matrix at the position of the reference plane to obtain the measurement Muller matrix of the sample; the depolarization and double attenuation effects are eliminated; the phase delay of the measurement Muller matrix in polar coordinates is obtained; the phase delay in polar coordinates is converted from polar coordinates to Cartesian coordinates, and finally the phase delay in polar The birefringent image of the sample of the polarization sensitive optical coherence tomography system is obtained. The invention can eliminate the problem that the catheter can not demodulate the birefringence information of the sample under the condition of high speed rotation.

【技术实现步骤摘要】
一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法
本专利技术涉及一种导管光学相干层析成像方法。特别是涉及一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法。
技术介绍
导管OCT成像技术是目前图像分辨率最高的血管成像方法，尤其是导管PS-OCT成像技术，能够解决动脉粥样硬化斑块的稳定性难以在体、实时、快速判断的医学难题，能够提高动脉粥样硬化类疾病的防治效果。然而现有OCT系统在分辨率上已经达到了可能判断组织斑块性质的水平，但在组织穿透能力、图像清晰度和组织斑块类型判断的准确性上仍有不足，采用PS-OCT技术，改善相关技术性能是OCT系统发展的关键方向，也是解决前述关键科学问题的必由之路。在导管OCT方面，导管PS-OCT是导管OCT技术的延伸，它提供了一种组织双折射性质的定量测量方法。光的双折射改变了光的偏振态且能够与具有定向结构的蛋白质和生物大分子如胶原蛋白、肌动蛋白等相关。导管PS-OCT增强的双折射现象与大量的厚胶原蛋白纤维或内膜平滑肌细胞的存在密切有关，因此导管PS-OCT成像的高分辨率探测可应用于增强后的斑块稳定性测量。此外，导管PS-OCT系统具有评估斑块胶原蛋白和区分正常内膜、纤维斑块、脂质斑块和钙化斑块等方面的潜质。现有偏振解调方法利用琼斯矩阵表征系统和样品的偏振特征。但在导管PS-OCT中，导管内光纤需要高速旋转，使得系统中存在较强的消偏和双衰减效应。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够实现导管的PS-OCT图像的偏振解调的偏振解调方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，用于导管偏振敏感光学相干层析成像系统，包括如下步骤：1)设定导管偏振敏感光学相干层析成像系统的输入光的偏振态为Ein；将系统中在H和V路上的参考光设定为等光强；对在偏振分集处测量到的电信号进行色散补偿、插值傅里叶变换，再进行图像分割；将样品深度位置处和选定的参考面位置处的琼斯矩阵分别转换为穆勒矩阵；将样品深度位置处的穆勒矩阵乘以选定的参考面位置处的穆勒矩阵的逆矩阵得到样品的测量穆勒矩阵；2)通过矩阵分解消除消偏和双衰减效应；3)将测量穆勒矩阵M(zref,z)通过计算得到在极坐标下的相位延迟量R；4)对极坐标下的相位延迟量进行坐标插值变换由极坐标转换成笛卡尔坐标，最终得出导管偏振敏感光学相干层析成像系统样品的双折射图像。步骤1)所述的偏振态Ein表示为：其中Hin1是输入偏振态一在H通道的光强，Hin2是输入偏振态二在H通道的光强，Vin1是输入偏振态一在V通道的光强，Vin2是输入偏振光二在V通道的光强，这里输入偏振态一和二在H路和V路是等光强的，是输入光在H和V路上两个偏振态的相位差。步骤1)所述的系统中在H和V路上设定为等光强的参考光表示为：其中Href和Vref分别是参考光在H通道和V通道上的正交分量，ψ是参考光在H和V路上偏振态的相位差。步骤1)所述的将样品深度位置处和选定的参考面位置处的琼斯矩阵分别转换为穆勒矩阵的转换方法包括：琼斯矩阵表示为：其中，a，b，c，d是琼斯矩阵的任意四个元素，琼斯矩阵和穆勒矩阵的转换关系为：其中表示Kronecker积，U表示变换矩阵：根据琼斯矩阵和穆勒矩阵的转换关系，将样品深度位置处的琼斯矩阵Q(z)和选定的参考面位置处的琼斯矩阵Q(zref)分别转换为穆勒矩阵设MST是样品往返矩阵，Min，Mout表示系统光路的穆勒矩阵，在偏振分集处测量到的样品参考面位置处的穆勒矩阵S(zref)，表示为：在偏振分集处测量到的样品z位置处的穆勒矩阵S(z)，表示为：将S(zref)和S(z)做运算得到样品在z处的测量矩阵M(zref,z)：步骤2)所述的通过矩阵分解消除消偏和双衰减效应，包括：对4*4的穆勒矩阵M进行分解：M＝MΔMRMD(11)其中MΔ为消偏矩阵，MR为双折射矩阵，MD为双衰减矩阵，本方法的最终目的是要消除穆勒矩阵中的消偏和双衰减效应，进而得到双折射矩阵MR。将测量矩阵M(zref,z)进行矩阵分解，消除消偏和双衰减效应得到只包含双折射的穆勒矩阵：其中MR(zref,z),和是只包含双折射成分的穆勒矩阵，此时QZref为酉矩阵，MR(zref,z)与为相似矩阵。步骤3)所述的极坐标下的相位延迟量R是通过下式得到：式中，是探测到样品在z位置处的只包含双折射成分的穆勒矩阵，tr是矩阵的迹。本专利技术的一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，涉及导管偏振敏感光学相干层析成像(Polarization-sensitiveOCT)即PS-OCT图像中如何解调样品的双折射信息，同时能够消除导管在高速旋转状态下无法解调样品双折射信息的问题。本专利技术使得PS-OCT系统能够完整表达样品的双折射信息，提高血管内微观病变的分析能力，较传统OCT强度图像获得动脉粥样硬化斑块更多特征信息，通过对组织偏振信息的提取和解读，获得额外的血管内微观病变分析的能力。本专利技术利用穆勒矩阵表征系统和样品的偏振特征，通过矩阵分解消除了系统和样品的消偏和双衰减效应。通过推导样品传输矩阵和PS-OCT信号矩阵的内在联系，即两矩阵相似且相似矩阵的迹是相等的这一条件，得到样品双折射相位延迟，实现了导管的PS-OCT图像的偏振解调。附图说明图1是本专利技术中的导管偏振敏感光学相干层析成像系统的结构示意图；图2是本专利技术的一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法的流程图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法做出详细说明。本专利技术的一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，利用穆勒矩阵表征系统和样品的偏振特征，通过矩阵分解消除了系统和样品的消偏和双衰减效应。通过推导样品传输矩阵和PS-OCT信号矩阵的内在联系，即两矩阵相似且相似矩阵的迹是相等的这一条件，得到样品双折射相位延迟，实现了导管PS-OCT图像的偏振解调。本专利技术的一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，通过对平衡探测器采集到的时域数据进行一系列计算和变换，推导出导管PS-OCT信号矩阵与样品琼斯矩阵的关系，剔除掉外部环境和光纤光路的传输矩阵对样品相位延迟的干扰，再通过琼斯矩阵到Mueller矩阵的变换以及Mueller的分解，提出了在导管的PS-OCT图像偏振解调方法。在导管PS-OCT系统中，实现了在导管高速旋转的状态下，能够将样品的双折射信息正确解调。本专利技术的一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，用于如图1所示的导管偏振敏感光学相干层析成像(PS-OCT)系统，其工作原理是：导管PS-OCT系统的扫描光源1的出射光由1:99光纤耦合器2的1端口进入，并以1:99的比例分别从2、3端口分配到样品臂和参考臂。1:99光纤耦合器2的2端口的出射光进入样品臂，进入样品臂的光束入射到三环偏振控制器3后入射到长为18.5米的保偏光纤4，进入到环形器6的1端口，光从环形器6的2端口出射，出射光经过旋转机构8进入到成像导管11，经过样品反射后的光从成像导管11返回到环形器6中，并通过环形器6的3端口出射。1:99光纤耦合器2的3端口的出射光进入参考臂，进入参考臂的光入射到长为18.5米的单模光纤5，出射光进入环形器7的1端口，从2端口出射进入反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，用于导管偏振敏感光学相干层析成像系统，其特征在于，包括如下步骤：1)设定导管偏振敏感光学相干层析成像系统的输入光的偏振态为Ein；将系统中在H和V路上的参考光设定为等光强；对在偏振分集处测量到的电信号进行色散补偿、插值傅里叶变换，再进行图像分割；将样品深度位置处和选定的参考面位置处的琼斯矩阵分别转换为穆勒矩阵；将样品深度位置处的穆勒矩阵乘以选定的参考面位置处的穆勒矩阵的逆矩阵得到样品的测量穆勒矩阵；2)通过矩阵分解消除消偏和双衰减效应；3)将测量穆勒矩阵M(zref,z)通过计算得到在极坐标下的相位延迟量R；4)对极坐标下的相位延迟量进行坐标插值变换由极坐标转换成笛卡尔坐标，最终得出导管偏振敏感光学相干层析成像系统样品的双折射图像。

【技术特征摘要】
1.一种对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，用于导管偏振敏感光学相干层析成像系统，其特征在于，包括如下步骤：1)设定导管偏振敏感光学相干层析成像系统的输入光的偏振态为Ein；将系统中在H和V路上的参考光设定为等光强；对在偏振分集处测量到的电信号进行色散补偿、插值傅里叶变换，再进行图像分割；将样品深度位置处和选定的参考面位置处的琼斯矩阵分别转换为穆勒矩阵；将样品深度位置处的穆勒矩阵乘以选定的参考面位置处的穆勒矩阵的逆矩阵得到样品的测量穆勒矩阵；2)通过矩阵分解消除消偏和双衰减效应；3)将测量穆勒矩阵M(zref,z)通过计算得到在极坐标下的相位延迟量R；4)对极坐标下的相位延迟量进行坐标插值变换由极坐标转换成笛卡尔坐标，最终得出导管偏振敏感光学相干层析成像系统样品的双折射图像。2.根据权利要求1所述的对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，其特征在于，步骤1)所述的偏振态Ein表示为：其中Hin1是输入偏振态一在H通道的光强，Hin2是输入偏振态二在H通道的光强，Vin1是输入偏振态一在V通道的光强，Vin2是输入偏振光二在V通道的光强，这里输入偏振态一和二在H路和V路是等光强的，是输入光在H和V路上两个偏振态的相位差。3.根据权利要求1所述的对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方法，其特征在于，步骤1)所述的系统中在H和V路上设定为等光强的参考光表示为：其中Href和Vref分别是参考光在H通道和V通道上的正交分量，ψ是参考光在H和V路上偏振态的相位差。4.根据权利要求1所述的对导管偏振敏感光学相干层析成像偏振解调方...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁振扬，刘铁根，孙可亮，陶魁园，赵会硕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12