基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学相干层析成像技术以及微血管光学造影成像技术，尤其涉及 一种基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿方法与系统。 技术背景
[0002] OCT成像技术是一种具有临床价值的新型低相干成像技术，近几年来，它凭借其非 接触性，非侵害性，高灵敏度以及高分辨率等优点，被众多国内外科研团队深入研宄。OCT主 要通过探测由于生物样品光学不均匀性所导致的背向散射光光强的变化来获得样品的结 构图像，然而多数情况下，尤其在疾病的早期阶段，正常的生物组织和病变的生物组织间散 射特性的区别很小且难以检测，因此，这种单一成像机制在临床应用上存在许多局限性。为 了发掘能反映除了生物样品组织结构之外，更多其他生理信息的对比机制，功能拓展型的 OCT技术得到了蓬勃发展。
[0003] 大多数疾病的发生与血管的病变息息相关，因此，如果能够实时监测血管的状态， 便有可能实现疾病的早期控制。微血管光学造影作为一种能实时地从静态组织背景中高精 度提取血流信号的新型技术得到了格外重视，并在眼底血流成像和脑皮层血流成像领域取 得了成功。然而，在活体成像过程中，生物体的自发呼吸、心跳等生理活动会造成组织的整 体抖动，进而导致最终血管图像的对比度下降。这种组织整体抖动一般有两种表现形式，一 是由较大抖动导致的图像整体错移，二是由微小抖动导致的相位整体扰动。因此，如何抑制 组织抖动所造成的相位整体扰动和图像整体错移是当前微血管光学造影成像技术的研宄 重点之一。
[0004] 目前的微血管光学造影成像技术，大致可以分为两大类，一类基于差分算法，一类 基于互相关算法。基于差分的微血管光学造影，主要通过对样品相同空间位置或聚焦光斑 具有一定的空间相关性的位置的、具有一定时间间隔的OCT复解析数据作差分运算，来实 现静态背景信号的抑制和动态血流信号的提取，具有很高的灵敏度。其差分算法又可以进 一步细分为复数差分算法和强度差分算法。相较于强度差分，复数差分具有更高的灵敏度 和对比度，但同时也因为对相位极度灵敏，很容易受相位整体扰动的影响，因此需要额外的 复杂的算法来补偿相位，大大增加了计算机的运算工作量，不利于实时成像。此外，基于差 分的微血管光学造影还存在一个问题：由于光在组织中传播时，其强度随深度呈指数递减， 因此浅层残留的静态背景信号强度，与深层的动态血流信号强度相当，从而导致最终的 en face投影图上的血管会被静态背景掩盖，降低了图像对比度。基于互相关的微血管光学造 影，较好的解决了这个问题，该技术主要通过分析样品相同空间位置或聚焦光斑具有一定 的空间相关性的位置的、具有一定时间间隔的OCT复解析数据间的相关程度，来实现低相 关度的血流信号与高相关度的背景信号分离的目的，因此对残留的静态的组织结构有很好 的抑制作用。目前运用最广泛的是基于强度互相关的微血管光学造影，该方法对相位不敏 感，因此不用考虑实际成像中，相位整体扰动带来的问题，但同时也因为舍弃了 OCT复解析 数据中的相位信息，导致最终血流图像的灵敏度和对比度都不是很高。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿 方法与系统。本实用新型：1)利用OCT，以一定时间间隔，对同一空间位置或聚焦光斑具有 一定的空间相关性的位置进行多次重复成像，一般采用线间重复（inter-line)、帧间重复 (inter-frame)、体间重复（inter-volume)等形式。2)对OCT复解析数据进行互相关分析， 矫正由于组织抖动造成的图像整体错移。3)对OCT复解析数据进行互相关分析，提取局部 血流?目号。
[0006] 本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：
[0007] 一种基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿方法：
[0008] 1)在OCT系统中，通过同步控制扫描振镜与图像探测采集的驱动电路，实现以一 定时间间隔，对同一空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置进行多次重复成 像；所述OCT系统包括光谱域OCT系统和扫频光源OCT系统；所述的重复成像包括线间重复 (inter-line)、帧间重复（inter-frame)和体间重复（inter-volume)。
[0009] 2)对相同空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置的、具有一定时间间 隔的OCT复解析数据进行互相关分析，估计并补偿图像的整体错移量。此时，复数互相关 运算在包含图像特征区域的空间窗口内进行，当存在由于组织抖动而造成的图像整体错移 时，窗口内的互相关值偏小，通过连续改变图像间的整体错移量，使窗口内的互相关值最大 化，从而实现图像整体错移的补偿。
[0010] 3)对相同空间位置或聚焦光斑具有一定的空间相关性的位置的、具有一定时间间 隔的OCT复解析数据进行互相关分析：静态组织背景具有较强的时间相关性，而动态的血 流则具有较弱的时间相关性，以此为判断依据，从OCT三维数据中提取血流信号。为了提高 血流信号的信噪比（SNR) :i在复数互相关运算中选取一定大小的空间窗口，所述的空间窗 口在每个空间方向〈10个像素，否则会降低局部血流信号的空间分辨能力。ii如果重复成 像次数N>2,则将处理得到的N-I幅血流图像平均。此外，针对OCT强度信号，以一定阈值进 行二值化并空间滤波，生成一个结构掩膜，用此掩膜处理得到的血流图像，以提高血流图像 的对比度。
[0011] 一种基于复数互相关的微血管光学造影及抖动补偿系统，包括光源模块、宽带光 纤耦合器、参考臂模块、样品臂模块和采集、处理模块；参考臂模块包括第一偏振控制器、第 一光纤准直器、聚焦透镜和平面反射镜；样品臂模块包括第二偏振控制器、第二光纤准直 器、二维扫描振镜、物镜和样品；
[0012] 光源模块与宽带光纤親合器的一个输入端相连，宽带光纤親合器的一个输出端通 过第一偏振控制器与第一光纤准直器连接，聚焦透镜位于光纤准直器的出射光路上，平面 反射镜位于聚焦透镜的后焦面，宽带光纤耦合器的另一个输出端通过第二偏振控制器与第 二光纤准直器连接，二维扫描振镜的入射端面位于第二光纤准直器的出射光路上，物镜位 于二维扫描振镜的出射光路上，样品位于物镜的后焦面，宽带光纤耦合器的另一个输入端 与采集、处理模块连接。
[0013] 光源模块发出的低相干光经宽带光纤親合器分光后，一部分光通过第一偏振控制 器进入参考臂模块，另一部分光通过第二偏振控制器进入样品臂模块，进入参考臂模块的 光经第一光纤准直器和聚焦透镜后，聚焦在平面反射镜上，然后沿原路返回至宽带光纤耦 合器；进入样品臂模块的光经