[发明专利]一种相位差分分析多普勒成像方法

说明书

本发明公开了一种相位差分分析多普勒成像方法，包括如下步骤：1)利用正弦相位调制复频域光学相干层析成像系统对高速运动且大幅度震动的待测样品进行成像；2)将采集到的二维干涉谱信号沿波数域进行傅里叶变换；3)提取复层析信号的相位信息，对信号相邻采集时间间隔的相位逐一进行差分处理，获得随时间变化的二维层析相位差；4)用随时间变化的二维层析相位差和随时间变换的复层析信号的振幅重构形成包含相位差的二维差分层析信号；5)对包含相位差的二维差分层析信号沿时间域进行傅里叶变换，通过正弦相位解调得到差分频域层析信号，其中的相位信息即为被测生物样品随时间变化的多普勒图像。

技术领域

本发明涉及傅里叶域光学相干层析成像技术领域，尤其涉及一种正弦相位调制复频域多普勒光学相干层析成像方法。

背景技术

光学相干层析成像OCT(optical coherence tomography,OCT)是一种具有高分辨、无损、实时成像能力的成像技术，以及易于与现有仪器对接的特点，应用前景十分广阔。

OCT的发展先后形成了被称为时域OCT，和傅里叶域OCT的两大类。时域OCT使用参考镜进行轴向扫描来与样品不同深处的后向反射散射光进行匹配,时域OCT需要轴向逐点扫描,成像速度受到了限制。傅里叶域OCT不需运动机构来进行轴向扫描,样品和参考镜返回的光束重合后发生干涉,再由光谱仪把不同光频分开，深度信息由探测到的光谱信息通过傅里叶逆变换得到。因此，傅立叶域光学相干层析相对时域光学相干层析虽然有灵敏度高和测量速度快的优点,同时兼有时域OCT的点探测优势。

但是，傅里叶域OCT本身也有缺陷，在通过傅立叶变换将探测器探测到的干涉光谱变换到样品空间,因为一个实值函数的傅立叶变换是厄米共轭的,它产生一个复共轭像,复共轭像与理想的实值像在复平面上关于参考臂与样品臂的零相位延迟对称,所以样品臂相对于参考臂零光程点的正负方向的样品信息不能唯一的提取出来,这样形成关于零光程共轭对称镜像,重建的图像则相互重叠模糊。不能区分正延迟和负延迟,对称模糊就会导致得到的结构图错误。为了避免这样的模糊产生,实际中,一般把样品置放于等效零光程的一边。因为系统灵敏度最高的地方位于零相位延迟附近,实际处理的方法对信号信噪比最高的成像区域利用率低,由于共轭对称,实际可以利用的成像范围只有整个成像范围的一半,如果可以消除镜像的影响,我们就可以进一步有效扩大探测范围。

然而，构造复频谱能够有效的解决共轭镜像的问题。1995年Wojtkowski等人提出了移相方法获得复频谱的方法。在每一个横向位置处,连续改变参考镜的位置,得到一系列干涉光谱,利用移相算法得到干涉光谱的振幅和位相信息,然后获得复频谱。再对得到的复频谱傅立叶变换,得到空间结构信息。这种方法构造的复频谱受到移相精度的影响,并且受色差的影响,移相的大小根据中心波长决定,而使用的是宽带光源。除此之外,一般来自生物样品深层的反射或散射信号能探测到样品返回的背向散射光十分微弱，样品的微小运动和干涉仪的不稳定性使得生物样品的活检实现比较困难。对大动态范围微弱信号的提取是技术的关键部分,而这个信号极易受到各种噪声及散斑的干扰,噪声的存在会导致信号产生虚假、扭曲及变形,给层状结构的提取带来困难,假如使用直接探测的方法,得到的信号信噪比会非常低。为了能对如此微弱的信号进行有效探测并获得较高的信噪比,在系统中一般都采用光外差探测技术对获得的微弱信号进行探测。

利用相位调制找到另外一种构造复频谱的方法：使用正弦调制可以以获得复干涉光谱。正弦相位调制干涉术是一种准外差干涉测量技术，与移相干涉术相比，正弦相位调制干涉术不需要精确控制参考镜作步进相移，只需调制参考镜作正弦震动在干涉条纹中引入正弦相位调制实现准外差探测，具有系统简单，抗环境干扰能力强等优点。

近年来，谱域多普勒OCT将OCT技术与多普勒效应相结合,通过计算探测器接受到的光的频率的变化来获得组织中流速信息，能够无损高分辨对人体载体血流速度进行测量，具有较高的临床应用价值。