基于蒙特卡洛的FD-OCT的全波长信号模拟方法技术

一种基于蒙特卡洛的FD

【技术实现步骤摘要】
基于蒙特卡洛的FD
‑
OCT的全波长信号模拟方法


[0001]本专利技术涉及的是一种信号处理领域的技术，具体是一种基于蒙特卡洛的傅里叶域光学相干断层成像(FD
‑
OCT)的全波长信号模拟方法。

技术介绍

[0002]傅里叶域光学相干断层成像(FD
‑
OCT)是一种高分辨率的非侵入性宽谱成像方法。其使用宽谱光源，在一次测量中获取生物组织全深度的结构信息。FD
‑
OCT在例如眼科诊疗和血管内成像的生物医学领域中具有广泛的应用。蒙特卡洛(MC)模拟方法长期以来被认为是模拟光与组织相互作用的“金标准”，近些年来也被应用于FD
‑
OCT的理论建模。然而基于MC的模拟方法始终无法得到令人满意的FD
‑
OCT信号，并且仅仅将应用局限于简单的信号模拟，无法模拟特殊的FD
‑
OCT应用，例如光谱OCT。究其原因，是因为传统的基于MC的FD
‑
OCT模拟方法违背了FD
‑
OCT理论中的宽谱特性，使用单个波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于蒙特卡洛的傅里叶域光学相干断层成像的全波长信号模拟方法，其特征在于，包括：正向MC模拟阶段、信号预处理阶段、干涉条纹合成和信号计算阶段；所述的正向MC模拟是指：对于每一波长，根据波长依赖的随机散射行走步长判断光子包是否击中体素块，在击中时进行反射或透射的判断，并进一步判断是否接收；在未击中边界并当步长行走结束时执行吸收并进行波长依赖的随机散射角度的采样，然后进一步判断光子包是否逃脱、是否能量过低、是否通过俄罗斯轮盘赌的判断，直至所有波长的光子包全部模拟完毕；所述的干涉条纹合成是指：按照FD
‑
OCT物臂信号的合成方式，对每个波长对应的二维漫反射率强度分布图进行积分，并求和所有波长的结果以得到包含全波长信息的物臂信号；所述的FD
‑
OCT信号计算，包括：
①
对干涉条纹进行k域线性矫正之后进行IDFT，计算深度分辨的全波长FD
‑
OCT信号，或
②
对干涉条纹进行k域线性矫正之后进行STFT的时频分析，计算仿体对应FD
‑
OCT模拟系统的光谱信息。2.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛的傅里叶域光学相干断层成像的全波长信号模拟方法，其特征是，所述的散射系数μ
s
(λ
m
)＝πρr2Q
sca
(λ
m
，r，n
s
，n
b
)，其中：λ
m
为当前光子包对应波长，m＝0，1，...，M
‑
1，p为仿体或组织中粒子的数字密度，r为粒子的半径，Q
sca
为散射效率，n
s
为粒子的折射率，n
b
为背景介质的折射率，s(λ
m
)为MC模拟时的散射步长。3.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛的傅里叶域光学相干断层成像的全波长信号模拟方法，其特征是，所述的散射角度由米氏散射相函数采样得到，该函数具体为：拟方法，其特征是，所述的散射角度由米氏散射相函数采样得到，该函数具体为：其中：θ为[0，π]之间的散射角度，粒子尺寸参数粒子尺寸参数S1(x
m
，θ)和S2(x
m
，θ)为散射振幅矩阵的分量，在使用波长依赖的散射步长与散射角度进行模拟之后，由MC引擎得到对应于每个波长的模拟结果：波长依赖的漫反射率R(λ
m
)和光程l(λ
m
)。4.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛的傅里叶域光学相干断层成像的全波长信号模拟方法，其特征是，所述的信号预处理是指：漫反射率沿光程量化，合并量化窗格内的漫反射率，量化后的漫反射率沿波长拟合，经归一化后对每一波长，查找漫反射率沿波长的分布，对每一波长，重新分配能量。5.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛的傅里叶域光学相干断层成像的全波长信号模拟方法，其特征是，所述的干涉条纹合成具体为所述的干涉条纹合成具体为其中：波数S(λm)为光源的发射光谱，N(λ
m
)是对当前波长的MC模拟中探测到的光子数量，R
m
(λ
m
)是信号预处理阶段得到的，由当前波长的漫反射率R(λ
m
)扩展到全波段而来的随波长变化的二维漫反射率图，为R
m
(λ
m
)沿光程轴的第n行，随后将物臂信号与参考臂信号r(k
m
)进行干涉，得到FD
‑
OCT信号计算所需的干涉条纹I
D
(k
m
)＝|I
s
(k
m
)+r(k
m
)|2‑
|I
s
(k
m
)
‑
r(k
m
)|2。6.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛的傅里叶域光学相干断层成像的全波长信号模拟方法，其特征是，具体包括：
所述的正向MC模拟阶段，具体为：采用基于单波长的经典算法将生物组织仿体以体素块建模，并对每一波长迁移其MC模拟步骤；如图可见，该阶段首先加载对应不同波长λ
m
的光子包P(λ
m
)，并根据米氏理论推导波长相关的散射系数μ
s
(λ
m
)，根据比尔定律可得到光子随机的散射行走步长其中：μ
a
为光子所在当前仿体层的吸收系数，ξ为0到1之间均匀分布的随机数；随后根据该步长判断是否击中下一体素块，若击中，则进行反射或透射的判断，若经过反射或透射后被接收，则记录光子包的剩余能量作为漫反射率R(λ
m
)，记录行走路径长作为光程l(λ
m
)；若并未击中边界，则当步长行走结束，根据μ
a
执行吸收；随后根据p
Mie
(θ；x
m
)进行散射角度θ(λ
m
)的采样，采取拒绝
‑
接受采样方法进行采样；散射过后，对光子包进行是否逃脱、是否能量过低、是否通过俄罗斯轮盘赌等判断；当所有波长的光子包全...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌玉烨，毛嘉宁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：