[发明专利]一种光学相干断层成像方法

说明书

本发明提供了一种光学相干断层成像方法。该方法包括：使用会聚的物光束逐点横向扫描样品，并通过成像装置同步记录样品上各个扫描点的宽场背向散射光与参考光干涉后的干涉信号，形成各个扫描点的光谱干涉图像；对各个扫描点的光谱干涉图像进行快速傅里叶变换，获取各个扫描点对应的光场复振幅分布；按扫描次序将各个扫描点对应的光场复振幅分布组合成为散射介质的背向传输矩阵；对背向传输矩阵进行奇异值分解，从矩阵信号中提取主成分信号，并去除多重散射噪声信号；根据所提取的主成分信号，计算得到物光焦平面处的三维断层图像。应用本发明可以实现组织深层成像，提高成像深度和成像速度。

技术领域

本申请涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学相干断层成像方法。

背景技术

光学相干断层成像(OCT，Optical Coherence Tomography)技术利用宽光谱光源的干涉原理，通过探测样品背向散射光与参考光的干涉信号，提取被成像组织的分层信息。因为其非入侵、非接触的特点和和断层成像能力，OCT技术在眼科、血管内窥等临床医学和药物学上有广泛应用。

与共聚焦扫描显微镜约一百微米、双光子显微镜约几百微米到1毫米的成像深度相比，传统OCT系统在人体软组织中成像深度约1-2毫米，加上无需使用荧光造影剂、具备快速成像能力与微米级的图像分辨率，使得OCT技术被称为“光学活检”。然而，由于组织中光子多重散射的影响，传统OCT系统在人体软组织中成像深度被限制在1-2毫米。

影响和制约OCT系统成像深度的一个关键因素，是干涉系统的信噪比。光通过散射介质之后，根据散射与否与散射次数的多少，出射的光可以分为弹道光、蛇形光和多重散射光。OCT技术主要探测的是背向散射的弹道光。由于多重散射的影响，随着样品组织深度的增加，多次散射光子的比重在干涉信号中越来越大，系统的信噪比不断降低，因而限制了OCT技术的成像深度。因此，为进一步提高成像深度，除了在光功率允许范围内尽可能提高信号强度，同时也需抑制光子多次散射带来的噪声。

图1为现有技术中的OCT系统的示意图。在该OCT系统中，入射扫频激光通过扫描振镜11输出至分束镜12，该分束镜12将扫描振镜11输出的入射光分为两束平行光：参考光和物光。其中，参考光输出至成像装置13；而物光则被经透镜14会聚后聚焦到样品层15的扫描点进行扫描；扫描点的背向散射光再经过透镜14、分束镜12传输至成像装置13。

根据图1可知，传统的OCT系统在信号接收端通常以光纤(针孔)为媒介，探测器记录扫描过程中产生的干涉回波，然后再根据回波信号生成二维或三维的断层图像。类似于共聚焦显微镜中的针孔，OCT系统的光纤接收端可以滤除聚焦区以外区域的光学回波，抑制来自非聚焦区的背景回波和散射噪声。

近几年来发展的传输矩阵测量技术，用复数矩阵来描述光在介质中的传输模式与通道信息。因此，现有技术中还提出了将传输矩阵测量分析技术与OCT技术相结合的技术方案，以实现深层组织的层析光学成像。但是，由于这类技术方案均是基于时域OCT(TD-OCT)系统，对单目标层的二维传输矩阵的测量时长一般需要约6-7分钟，速度很慢，从而制约了其在生物组织成像中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光学相干断层成像方法，从而可以实现组织深层成像，提高成像深度和成像速度。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种光学相干断层成像方法，该方法包括：

使用会聚的物光束逐点横向扫描样品，并通过成像装置同步记录样品上各个扫描点的宽场背向散射光与参考光干涉后的干涉信号，形成各个扫描点的光谱干涉图像；

对各个扫描点的光谱干涉图像进行快速傅里叶变换，获取各个扫描点对应的光场复振幅分布；按扫描次序将各个扫描点对应的光场复振幅分布组合成为散射介质的背向传输矩阵；

对背向传输矩阵进行奇异值分解，从矩阵信号中提取主成分信号，并去除多重散射噪声信号；