[发明专利]基于计算光学的OCT测量成像方法

说明书

一种基于计算光学的OCT测量成像方法，首先通过傅里叶域OCT系统对样品进行光栅扫描干涉成像，然后使用光电转换装置对成像得到的谱域干涉条纹进行光电转换和多点采样；在得到离散光谱信号后进行约束优化计算，最终实现超过其物理带宽的超分辨率图像重建。本发明打破了传统离散傅里叶变换所得轴向分辨率的限制，所得超分辨率的重建信号和清晰的图像的分辨能力超出了相干系统的半高全宽。

技术领域

本发明涉及的是一种光学领域的技术，具体是一种基于数值计算的光学相干断层扫描(optical coherence tomography，OCT)测量成像方法。

背景技术

OCT利用弱相干光干涉仪的基本原理，检测生物组织不同深度层面上对入射弱相干光的背向散射信号，进而通过扫描，得到生物组织二维或三维的结构图像。该方法具有无损伤、分辨率高，成像速度快、非侵入(noninvasive)等良好特性。现有OCT理论中的重建方法均基于离散傅立叶逆变换(IDFT)，一般认为其所得轴向分辨率约等于光源的相干长度、反比于该OCT系统发射光谱的带宽，由于技术原因，其分辨率最高可达到1μm左右。近十年来，提高OCT分辨率主要是通过物理上增大系统的带宽。然而技术限制，使用该方法对分辨率的进一步提升有一定难度。

发明内容

本发明针对现有IDFT重建方法中存在的问题和缺陷，提出一种基于计算光学的OCT测量成像方法，打破了传统离散傅里叶变换方法对轴向分辨率的限制，所得到的重建信号和图像的分辨率远小于系统的相干长度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于计算光学的OCT测量成像方法，首先通过傅里叶域OCT系统对样品进行光栅扫描(raster scan)干涉成像，然后使用光电转换装置对成像得到的谱域干涉条纹进行光电转换和多点采样；在得到离散光谱信号后对其进行约束优化计算，最终实现超过其物理带宽的超分辨率图像重建。

所述的光电转换装置为光电探测仪或光电耦合摄像机等装置对成像得到的谱域干涉条纹进行光电转换，获得扫描图像的相干光谱。

所述的多点采样是指：对相干光谱在数模转换器中进行过采样，即以超过奈奎斯特采样频率的速度以获取尽可能多的采样点N，得到离散光谱信号。

所述的约束优化计算是指：将离散光谱信号代入逆问题数学模型中进行优化迭代求解，实现超过其物理带宽的超分辨率图像重建。

所述的逆问题数学模型是指：其中：代表原始信号，代表所优化的目标函数，代表任意约束，如L1范数TV等。

所述的傅里叶域OCT系统将光源发出的低相干光信号通过光分束(耦合)器分为两束，分别通过在参考反射镜和样品反射后，两臂的反射光再次通过耦合器耦合成一束并输出，经光电探测、数模转换和约束优化计算，重建得到高分辨率图像。

技术效果

本发明整体弥补了现有技术缺陷，使轴向分辨率不受限于系统的半高全宽。与现有技术相比，本发明在各种条件下(包括低SNR的条件)均能达到比IDFT所得更高的轴向分辨能力，并具有良好的抗噪声性。将该方法实际应用于光学切片图像中：在利用洋葱样本切片进行图像的重建时，如图2所示，本发明提出的方法能达到比传统成像方法更清晰的图像效果和更强的抗噪声能力，可清晰地分辨出洋葱的双层膜结构在猴子眼角膜的图像重建中，如图3所示，使用本发明的方法可以得到更好的对比度，图中箭头显示出清晰的眼底弹力膜结构。

附图说明

图1为实施例信号示意图，图1为实施例信号示意图，其中(a)到(d)分别为间隔20微米，15微米10微米，5微米时，采用不同方法重建的图像。

图2为实施例洋葱样本切片图像重建示意图，其中(a)--(d)分别为采用：全带宽，1/2带宽，1/4带宽，1/8带宽的图像，左边两列分别为采用IDFT还原的图像及其放大图，右图分别为采用本方法还原的图像及其放大图。