一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法技术

一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法，其特征是将传播常数

A demodulation method of polarization sensitive optical coherence tomography using dispersion compensation

【技术实现步骤摘要】
一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法
本专利技术涉及导管光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography,OCT)覆盖心血管、脑血管等导管成像领域，尤其涉及一种导管偏振敏感OCT(Polarization-sensitiveOCT)即PS-OCT图像中解调样品的双折射信息，具体地说是一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法。
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。为此，一种导管偏振敏感光学相干层析成像系统及解调方法很好地解决了上述问题。在系统中光源采用快速扫描光源，系统中采用保偏光纤产生正交偏振态的延迟，通过偏振分束器进行偏振分集采集，在一幅图像中同时呈现正交两种输入偏振态的偏振分集成像。解调方法上通过偏振调平、背景信号消除、光谱整形、双态色散消除、插值傅里叶变换、参考面选取、偏振解算、极坐标转换为笛卡尔坐标等一系列步骤最终实现血管双折射成像。而其中直接影响解调效果的因素有很多，其中双态色散消除，也就是色散补偿是关键因素之一。色散是不同波长的光传输速度不同，在OCT成像中，色散会导致纵向分辨率下降，使图像模糊。色散可以通过硬件进行色散补偿，但是方案复杂，并且需要针对每台设备进行优化，不利于量产。因此，急需专利技术一通过算法进行色散补偿的双态色散补偿方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的OCT导管光学相干层析成像系统只能获取血管强度信息的问题，专利技术一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法。本专利技术的技术方案是：一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法，其特征是将传播常数β(Δk)在中心波数k0处按泰勒级数展开，得到二阶项系数和三阶项系数，分别将两个偏振态的二阶系数和三阶系数代入到功率谱中进行数量级和数值遍历计算，获得局部最优色散系数，并将其代入到干涉信号的相位补偿计算公式中，实现双态色散补偿。使用系统在导管空载状态下进行数据采集，得到参考光和导管探针端面的反射光相干的干涉信号；取H通道或V通道的干涉信号中的任意一条A-Line数据，对该数据做Hilbert变换，得到该条A-Line数据的实部和虚部，再通过欧拉公式将这一条A-Line信号以幅指数的形式表示：其中φ0(k)为干涉信号的初相位；对A-Line干涉信号的初相位φ0(k)在中心波数k0处，按泰勒级数展开：φ(k)＝φ(k)-a2·(2πc)2·(k-k0)2-a3·(2πc)3·(k-k0)3…(2)得到二阶色散系数a2和三阶色散系数a3，其中a2为群速度延迟；每个输入偏振态的相位均能得到一组a2和a3的值，初始化这两个待定系数的数量级范围和数值范围，代入到公式(2)中进行遍历计算；在初始化的范围内，计算出一组关于干涉项的补偿相位，将计算所得的补偿相位以e指数的形式与H通道或V通道的原始干涉信号指数相乘，在将所得的结果做快速傅里叶变换，取功率谱最大值的坐标位置即为色散系数的数量级或数值。具体地说就是：选择光纤导管探针包裹层的外表面区域，在当前区域中依次遍历a2和a3的数量级和数值大小，通过求遍历过程中干涉信号的干涉峰的最大值确定a2和a3的数量级和数值大小，所得结果a2和a3即为当前系统的双态色散补偿系数，由于是随机选择的A-Line数据，a2和a3实际为双态色散补偿系数的局部最优解。本专利技术的有益效果：经过本专利技术方法补偿后的干涉信号的旁瓣明显消除，分辨率得到明显提升，强度也有明显的增强。附图说明图1是本专利技术导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法的流程图。图2是本专利技术的双态色散补偿流程图。图3是本专利技术的双态数值色散补偿前后z域信号对比图。图3(a)是SOP1双态色散补偿前后对比图；图3(b)SOP2双态色散补偿前后对比图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1-3所示。一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法，如图1所示，它包括偏振调平、背景信号消除、光谱整形、双态色散消除、插值傅里叶变换、参考面选取、偏振解算、极坐标转换为笛卡尔坐标等一系列步骤最终实现血管双折射成像：其中的双态色散消除方法是：将传播常数β(Δk)在中心波数k0处按泰勒级数展开，得到二阶项系数和三阶项系数，分别将两个偏振态的二阶系数和三阶系数代入到功率谱中进行数量级和数值遍历计算，获得局部最优色散系数，并将其代入到干涉信号的相位补偿计算公式中，实现双态色散补偿。具体的双态色散补偿流程如图2所示。不考虑生物组织的色散，系统色散为固定色散，即色散程度不随深度z变化而变化。因此在未接触任何样品的状态下，使用系统在导管空载状态下进行数据采集，得到参考光和导管探针端面的反射光相干的干涉信号。取H通道或V通道的干涉信号中的任意一条A-Line数据，对该数据做Hilbert变换，得到该条A-Line数据的实部和虚部，再通过欧拉公式将这一条A-Line信号以幅指数的形式表示：其中φ0(k)为干涉信号的初相位。对A-Line干涉信号的初相位φ0(k)在中心波数k0处，按泰勒级数展开：φ(k)＝φ(k)-a2·(2πc)2·(k-k0)2-a3·(2πc)3·(k-k0)3…(2)得到二阶色散系数a2和三阶色散系数a3，其中a2为群速度延迟。每个输入偏振态的相位均能得到一组a2和a3的值，初始化这两个待定系数的数量级范围和数值范围，代入到公式(2)中进行遍历计算。在初始化的范围内，可以计算出一组关于干涉项的补偿相位，将计算所得的补偿相位以e指数的形式与H通道或V通道的原始干涉信号指数相乘，在将所得的结果做快速傅里叶变换，取功率谱最大值的坐标位置即为色散系数的数量级或数值。具体的：选择光纤导管探针包裹层的外表面区域，在当前区域中依次遍历a2和a3的数量级和数值大小，通过求遍历过程中干涉信号的干涉峰的最大值确定a2和a3的数量级和数值大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法，其特征是将传播常数β(Δk)在中心波数k

【技术特征摘要】
20191009 CN 20191095552341.一种导管偏振敏感光学相干层析成像解调方法用色散补偿方法，其特征是将传播常数β(Δk)在中心波数k0处按泰勒级数展开，得到二阶项系数和三阶项系数，分别将两个偏振态的二阶系数和三阶系数代入到功率谱中进行数量级和数值遍历计算，获得局部最优色散系数，并将其代入到干涉信号的相位补偿计算公式中，实现双态色散补偿。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征是使用系统在导管空载状态下进行数据采集，得到参考光和导管探针端面的反射光相干的干涉信号；取H通道或V通道的干涉信号中的任意一条A-Line数据，对该数据做Hilbert变换，得到该条A-Line数据的实部和虚部，再通过欧拉公式将这一条A-Line信号以幅指数的形式表示：



其中φ0(k)为干涉信号的初相位；
对A-Line干涉信号的初相位φ0(k)在中心波数k0处，按泰勒级...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈韵岱，黄进宇，田峰，周亮，童国新，殷聪国，陶魁园，刘子旭，陆维，
申请(专利权)人：南京沃福曼医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32