[发明专利]一种光学弹性测试方法

说明书

本发明提供了一种光学弹性测试方法，包括以下步骤：产生以激励点为中心向四周传播的剪切波并在激励点附近的待测物体表面任一点处采集光学相干断层扫描信号；处理所采集的光学相干断层扫描信号以获取所述剪切波在待测物体中的传播速度；利用所述传播速度计算出待测物体的弹性模量；其优势在于，加载幅度小且时间短，不会损坏待测物体；通过相位分析提取剪切波的传播时间，可以对剪切波的传播速度进行准确计算，由此得到待测对象的弹性模量值，从而大幅减小了计算量并缩短了测试时间。

背景技术

生物组织的力学性能是反映其生理状况健康与否的重要指标，一些组织在病理状态与健康状态的弹性模量有明显差异。定量测试生物组织的弹性模量，对疾病的发生和发展研究及诊治非常重要。

光学相干断层扫描(Optical CoherenceTomography，简称OCT)采用近红外相干光干涉，生成高分辨率的图像，可以实现对活体组织的无辐射、无损伤及实时的探测和成像。光学相干断层扫描已经广泛的用于临床眼科疾病的检测，在心血管等领域的应用也越来越广泛。光学相干弹性成像(Optical Coherence Elastography，简称OCE)在被测组织受载变形时，通过光学相干断层扫描采集信号，经过特定的数据处理获得组织的变形或弹性模量等力学信息。剪切波弹性成像技术通过测量剪切波的速度可以直接获得生物组织的弹性模量，避免了通过应变和力学本构模型计算过程中产生的误差。中国专利CN106073824A公开了剪切波超声弹性成像，利用声辐射力产生剪切波并通过超声成像技术进行检测，该技术分辨率低且不能达到组织学分辨率，对力学信息的敏感度低，不能检测微小的变形，不利于疾病的早期诊断。光学相干断层扫描基于近红外低相干光干涉技术，具有微米级的空间分辨率，所以基于光学相干断层扫描技术和剪切波的光学相干弹性成像比相应的超声技术的分辨率高出至少一个数量级，能够检测到纳米级的变形信息。

基于剪切波的光学相干弹性成像技术主要包括两个部分，剪切波生成方法和波速提取方法。Song和Huang等人2013年发表的论文《Shear modulus imaging by directvisualization of propagating shear waves with phase-sensitive opticalcoherence tomography》中使用了一个楔型杆从组织侧面机械摩擦产生剪切波的方式，这种方法对被测生物组织的形状和置放要求较高，而且不适合在体测试。美国专利US20170107558用声辐射力生成剪切波，美国专利US20170290503用气冲生成剪切波，这两种方法的实验装置和控制比较复杂、实用性差；剪切波速度提取算法基于连续的剪切波加载，需要采集大量的数据，处理时间长、准确度低。

综上所述，基于超声成像的相关方法的技术分辨率低，现有的光学相干弹性技术采用连续波加载，不仅待测物体受力时间长而且需要处理的数据量大，实验装置和控制也比较复杂。

发明内容

本发明提供了一种光学弹性测试方法，包括以下步骤：

产生以待测物体表面激励点为中心向四周传播的剪切波并在激励点附近的待测物体表面任一点处采集光学相干断层扫描信号；

处理所采集的光学相干断层扫描信号以获取所述剪切波在待测物体中的传播速度；

利用所述传播速度计算出待测物体的弹性模量。

以上步骤中，采集所述光学相干断层扫描信号时系统直接采集的是频率域的干涉信号：

式中，P_r和P₀分别是光学相干断层扫描装置的参考光和物光的功率，r(z)和φ(z)分别是物体深度方向上反射系数的幅值和相位，Γ(z)是光源相干函数，k是波数，z是待测物体的深度坐标；

处理所采集的光学相干断层扫描信号时，对信号进行如傅里叶、小波或稀尔伯特等变换以计算出所述信号的相位，其中，优选采用傅里叶变换获得所述信号的复数表达式，然后通过以下公式计算其相位：