CN104237167B - 扫描装置扫描oct断层图像失真的校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，包括：扫描装置扫描扇形区域的样品，计算机将样品扇形断面区域显示成矩形OCT图像；计算机将矩形OCT图像分割成N列像素，并将N列像素一一对应填充到扇形OCT区域中具有和它相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块，组合成扇形OCT图像。本发明也公布了扫描OCT断层图像失真的校正系统，包括：OCT图像采集模块和OCT图像处理模块，OCT图像处理模块将矩形OCT图像分割成N列像素，将N列像素一一对应的填充到具有和扇形OCT区域相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块区域，组合成扇形区域OCT图像。本发明还原了OCT采集图像本来的形状，从而避免了因计算机显示失真而导致图像失真的现象。

Description

扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法及系统

技术领域

本发明涉及一种图形的校正方法，特别涉及到扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法及系统。

背景技术

参考图6，出射样品臂的光经样品臂光路调焦透镜后出射准直OCT光束，该光束经X方向扫描装置109、Y方向扫描装置11O反射，经接目物镜112后聚焦于人眼前房。当X方向扫描装置109、Y方向扫描装置110不扫描时，此时OCT光束聚焦于接目物镜112的物方焦平面113上。

参考图7，当X方向扫描装置109、Y方向扫描装置110扫描时，OCT扫描光束中心线汇聚于点04，而任意时刻的OCT光束(即扫描装置瞬间静止时的光束)聚焦于接目物镜112的物方焦平面113上。由于X方向扫描装置109，Y方向扫描装置110具有一定间距L1，因而两扫描装置镜面中心无法同时处于接目物镜112的像方焦点上。通常设计中，多采用两扫描装置镜面中心的中点01处于接目物镜112的像方焦点上的方案(或者若某一扫描装置处于接目物镜112的像方焦点上，但此时另一扫描装置必然无法同时处于接目物镜112的像方焦点上)。此时，两扫描装置中一个镜面中心OY与接目物镜112的距离L2小于接目物镜112的像方焦长，而另一扫描装置的镜面中心0X与接目物镜112的距离大于接目物镜112的像方焦长。但这种设定会使两扫描装置其中之一面临图9所示的问题，即扫描光束中心线汇聚于点04，而不是平行于系统主光轴。而另一扫描装置扫描时，扫描光束中心线反向延长后汇聚于一点。而OCT图像是不同时刻扫描光束所经过的一定深度范围的物质的反射信号所合成的图像，而不同时刻扫描光束中心线与系统主光轴有不同的夹角，因而系统所合成的图像应当是那特定深度扇形范围内的物质的反射信号所合成的扇形图像。但经计算机 成像后，往往忽略了所采集的是扇形区域信号，而将信号组合成矩形区域图像，这样就使得合成的OCT图像中存在失真。因而需要对所得的OCT图像进行扫描模式校正。

发明内容

本发明提供了一种扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法及系统，旨在矫正使用扫描装置扫描OCT断层扇形图像后经计算机显示得到的矩形图像从而导致图像显示失真的问题。

本发明的技术方案如下：

扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，包括：

扫描装置扫描样品，计算机将所述样品的扇形断面区域显示成矩形OCT图像；

计算机将所述矩形OCT图像分割成N列像素，并将所述N列像素一一对应填充到所述扇形断面区域中具有和所述扇形断面区域相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块，组合成扇形OCT图像。

进一步地：所述计算机将所述样品的扇形断面区域显示成矩形OCT图像步骤，具体包括：以所述扇形断面区域的采集深度为所述矩形的宽边d，所述扇形断面区域的扫描宽度为所述矩形的长边L3。

进一步地：在所述将N列像素一一对应填充到所述扇形断面区域中具有和所述扇形断面区域相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块步骤之前，还包括如下步骤：

计算机计算所述扇形断面区域的第一扇形角α；

计算机将所述扇形断面区域均匀分割成所述N块扇形小块，所述每块扇形 小块区域的第二扇形角Δα＝α/N；

进一步地：所述计算机计算所述扇形断面区域的第一扇形角α步骤中，所述第一扇形角α的计算方法如下：

设定所述矩形OCT图像的宽度方向的上边缘中心到扫描装置扫描时光束中心线的汇聚点的距离为L4；

根据公式

$\mathrm{\α}=2\mathrm{arctg}\left(\frac{L3/2}{(L4+L4-d)/2}\right)$

计算出所述第一扇形角α的值。

进一步地，在所述计算机计算所述扇形断面区域的第一扇形角α步骤之前，还包括：确认所述OCT扇形图像的中心处于接目物镜的物方焦平面上。

一种扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正系统，包括：

OCT图像采集模块，用于采集样品经扫描装置扫描的样品扇形断面区域并经计算机显示成矩形OCT图像；

OCT图像处理模块，用于将所述矩形OCT图像分割成N列像素，将所述OCT扇形区域分割成具有和其同样内圆半径和外圆半径的N块扇形区域小块；将所述N列像素一一填充到所述N块扇形小块中，组成所述OCT扇形断面图样。

进一步地：所述扫描装置至少为振镜、微电机、伺服电机、步进电机中的一种。

本发明的有益效果：扫描装置扫描OCT断层扇形图像后，由于经计算机成 像后，往往忽略了所采集的是扇形区域信号，计算机将图像信号组合成矩形区域图像。本发明通过设定OCT光路测试系统中相关参数，确定经扫描装置扫描后得到的OCT断层扇形图像的内圆半径、外圆半径以及OCT断层扇形图像的第一扇形角等相关技术参数，将OCT断层扇形图像区域分割成具有和其相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块；同时，计算机将矩形区域图像分割成N列像素；最后将分割成的N列像素一一填充到N块扇形小块中，还原成了原来的OCT断层扇形图像本来的形状，从而使样品的成像图像校正更准确。

说明书附图

图1为本发明的中涉及到的OCT的系统总光路图。

图2为图1中的OCT系统成像光路图；

图3中的虚线框部分为图1中的眼前节OCT成像光学系统图；

图4为校正扫描装置扫描OCT断层图像的方法的流程图；

图5为校正扫描装置扫描OCT断层图像的系统的模块图；

图6为扫描装置处于非工作状态的光路图；

图7为扫描装置处于工作状态的光路图；

图8为扫描装置扫描OCT断层图像时相关光学元件距离标注示意图；

图9为图8中虚线部分的放大图。

图中各序号和对应的名称：

E、样品

Ec、人眼角膜

100、OCT成像系统

101、OCT系统光源

102、光纤耦合器

103、光谱仪

104、计算机

105、参考臂光路透镜系统

105a参考臂；

106、参考臂反射镜

107、偏振控制器；

107a、样品臂模块

108、样品臂光路调焦透镜；

200、眼前节OCT成像系统；

109、X方向扫描装置

110、Y方向扫描装置

111、前置二向色镜

112、接目物镜

301、红外照明光源；

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所说的样品，包括但不限于人眼角膜，对于其他类型的样品，该校正方法和校正系统同样适用。但为了阐述的方便，在下面的举例中将以人眼角膜为例。

参考图1至图3。图1为OCT的系统总光路图，图2和图3分别为图1中子光路图。

图1中包括：OCT成像系统、眼前节OCT成像系统、虹膜摄像系统和固视光学系统。由于本发明中所叙述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法及系统的技术方案与OCT成像系统和眼前节OCT成像系统有关，因此虹膜摄像系统和固视光学系统的具体内容在此篇专利申请文件中不作叙述。

图2为图1中的其中一个子光路图：OCT成像光路图100，包括：OCT系统光源101、光纤耦合器102、光谱仪103、PC104、参考臂光路透镜系统105、参考臂反射镜106、偏振控制器107、样品臂光路调焦透镜108、X方向扫描装置109和Y方向扫描装置110。OCT系统光源101为弱相干光源，其输出的光经过光纤耦合器102向参考臂105a和样品臂模块107a提供光。参考臂105a具有已知长度并通过参考臂反射镜106将光反射回到光纤耦合器102中。样品臂模块107a向被检人眼E提供光，来自样品的返回光经样品臂模块107a，与参考臂105a的反射回来的光在光纤耦合器102中发生干涉，干涉光被光谱仪103探测到，再经过计算器104处理，最后显示出来。通过X方向扫描装置109及Y方向扫描装置110对样品进行扫描，实现断层成像。

参考图3，图3中的虚线矩形框中的部分为眼前节OCT成像光学系统200，包括：X方向扫描装置109、Y方向扫描装置11O、前置二向色镜111以及接目物镜112。当进行眼前节OCT成像时，从样品臂光路调焦透镜108发射出的光经过X方向扫描装置109后，射向Y方向扫描装置110并反射，再被前置二向色镜111反射到接目物镜112，最后会聚到人眼E的前房。前置二向色镜111可对OCT系统光101发出的信号光(波长可以采用1270-1350nm)反射；并且对来自图5中的固视光学系统400中201光源发出的固视光(波长可以采用550nm)透射；能对来自图3中的虹膜摄像系统300中红外照明光源301发出的照明光进行透射(波长可以采用980nm)。

本专利申请中有关扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法正是建立在上述OCT成像的技术实现之上。

OCT图像是不同时刻扫描光束所经过的具有一定深度范围的物质的反射信号所合成的图像，而不同时刻扫描光束中心线与系统主光轴有不同的夹角，因而系统所合成的图像是特定深度扇形范围内的物质的反射信号所合成的图像。

下面具体阐述扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法。

参考图4，图4为校正扫描装置扫描OCT断层图像的方法的流程图，包括如下步骤：

S101：扫描装置扫描样品，计算机将所述样品的扇形断面区域显示成矩形OCT图像；

S102：计算机将所述矩形OCT图像分割成N列像素，并将所述N列像素一一对应填充到所述扇形断面区域中具有和所述扇形断面区域相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块，组合成所述扇形OCT图像.。

具体到本实施例，参考图1、图2、图8和图9，扫描装置扫描人眼角膜Ec并形成扇形断面图像M’N’P’Q’，此图像为人眼角膜Ec的真实的、本来的图像。但经计算机104成像后，往往忽略了所采集的人眼角膜Ec是扇形区域信号，而将信号组合成矩形OCT图像MNPQ，这样就使得合成的矩形OCT图像中存在失真。因而需要对所得的矩形OCT图像MNPQ进行图像校正。计算机104在将OCT扇形区域信号M’N’P’Q’组合成矩形区域图像MNPQ的过程中，以扇形外圆弧半径M’N’和内圆弧半径P’Q’分别作为矩形图像MNPQ的上下两长边，以扇形图像深度作为矩形图像MNPQ的宽度。

为了将计算机104成像后的OCT矩形图像MNPQ尽可能还原成原来的OCT扇形扫描图像M’N’P’Q’，则需要对矩形OCT图像MNPQ做进一步处理。具体的，需要将矩形图像MNPQ分割成N列像素，将OCT扇形扫描图像M’N’P’Q’分割成具有和它相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块，然后将N列像素分别对应的填充到N块扇形小块，使矩形图像MNPQ还原成OCT扇形区域信号M’N’P’Q’，校正了图像失真的现象。

此处，N大于1且为自然数。

进一步地，参考图7，图8，图9，将OCT扇形区域M’N’P’Q’分割成N块扇形小块的步骤为：以X方向扫描装置109、Y方向扫描装置110扫描时光束中心 线的汇聚点04为OCT扇形图像的圆心，以矩形图像MNPQ的两宽边边缘和圆心的连线形成OCT扇形图像M’N’P’Q’的第一扇形角α；N块OCT扇形小块的第二扇形角Δα＝α/N。因此，确定第一扇形角α就成为实现图像校正的关键。

下面结合图8，图9具体阐述确定第一扇形角α的过程。

参考图8并结合图9，首先确定如下参数：

1)X方向扫描装置109的镜面中心OX到Y方向扫描装置110的镜面中心OY的距离L1；

2)扫描装置Y110的镜面中心OY与接目物镜112镜面中心02的距离L2；

3)以OCT扇形断面区域的扫描宽度L3作为矩形MNQP长边为L3，；

4)以OCT扇形断面的采集深度d作为矩形MNQP的宽边；

5)接目物镜112与OCT成像区域上边界MN的距离vQ；

6)接目物镜112物方焦距vF，OCT图像的中心设置在焦平面VF上。

其余数据推导如下：

7)接目物镜112与光束中心线扫描时的汇聚点04的距离v，

$v=\frac{-\mathrm{vF}-(L1+L2)}{-\mathrm{vF}\·(L1+L2)};$

8)成像区域上边界MN与光束中心线扫描时的汇聚点03的距离L4，

L4＝V-VQ；

9)矩形区域MNQP，长为L3，宽为d。对应扇形区域M′N′Q′P′外圆半径为L4，内圆半径为L4-d，第一扇形角α，

$\mathrm{\α}=2\mathrm{arctg}\left(\frac{L3/2}{(L4+L4-d)/2}\right)$

当第一扇形角α确定后，将扇形区域M′N′Q′P′分割成N块扇形小块。具体而言，就是将第一扇形角α等分为N个第二扇形角Δα，每块扇形小块的外圆半径仍为L4，内圆半径仍为L4-d，也就是说，每个扇形小块的内圆半径和外圆半径和原来的OCT扇形图像M′N′Q′P′的内圆半径和外圆半径相同。因此，分割 过后的第二扇形角Δα＝α/N。最后，只需将矩形区域图像MNQP的N列像素一一对应填充到扇形区域图像M′N′Q′P′的N个扇形小块区域中。整个将矩形OCT图像MNQP校正为原来的扇形OCT图像M′N′Q′P′过程完成。

进一步地，OCT扇形图像M′N′Q′P′需要设置在接目物镜112的焦平面上，使扫描装置Y110，扫描装置X109的扫描光束在该焦平面上成像。

整个校正过程将计算机显示的样品扫描的矩形OCT断层图像还原成原来OCT扇形断层图像，解决了计算机将OCT扇形断层图像显示成矩形OCT图像而导致的图形显示失真的问题。

参考图5，本发明还公布了扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正系统，包括：

OCT图像采集模块，用于采集样品经扫描装置扫描的样品扇形断面区域并经计算机显示成矩形OCT图像；

OCT图像处理模块，用于：将所述矩形OCT图像分割成N列像素，将所述OCT扇形区域分割成具有和其同样内圆半径和外圆半径的N块扇形区域小块；将所述N列像素一一填充到所述N块扇形小块中，组成所述OCT扇形断面图样。

具体地，参考图8和图9，该OCT图像采集模块采集扫描装置X109，扫描装置Y110扫描样品E的人眼角膜Ec所形成的OCT扇形图像M′N′Q′P′，并将它处理成矩形图像区域图像MNPQ，其处理过程为：以扇形图像M′N′Q′P′的外圆弧M′N′和内圆弧Q′P′分别作为矩形图像区域图像MNPQ的两长边，以扇形图像M′N′Q′P′的两侧边M′P′和N′Q′作为两宽边。

OCT图像处理模块首先将经计算机显示的矩形图像区域图像MNPQ分割成N列像素，其次将扇形图像M′N′Q′P′分割成和它具有同样内圆半径和外圆半径的N块扇形小块，最后将分割成的N列像素一一填充到N块扇形小块，从而组合 成了原来的扇形图像M′N′Q′P′的图样。将扇形图像M′N′Q′P′分割成N块扇形小块的过程，在前面已经叙述，在此不在累述。

在本技术方案中，所述的样品为人眼角膜，因此经过二维扫描后得到的图像即为人眼角膜的扇形图像。

人眼角膜经过扫描装置扫描后得到的本是OCT扇形图像，但计算机却显示成矩形OCT图像，通过实施本实施例的方案后，计算机将矩形OCT图像分割成若干具有和OCT扇形图像同样内圆半径和外圆半径的扇形小块，这些扇形小块一一对应的填充到OCT扇形图像区域，还原成原来的OCT扇形图像。从而使人眼前房测得的数据更加准确，减少了图像失真的可能。

本发明所述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，所述扫描装置至少为振镜、微电机、伺服电机、步进电机中的一种，当然也包括具有同样功能的其他设备。

本发明所说的扫描装置，至少为振镜、微电机、伺服电机、步进电机中的一种，也可以包含具有同样功能的其他设备。

虽然本发明中的具体实施例所说的样品是人眼角膜，但是，对于其他类型的样品，比如说金属样品，产品样品以及其他计算机采集到的有形的样品，经过扫描装置扫描其OCT断层图像的校正原理均一样，因此也可以使用本发明所说的扫描装置校正其OCT断层图像失真的问题；同样的，该扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正系统也可以用在上述指出的各类样品上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，其特征在于，包括：

扫描装置扫描样品，计算机将所述样品的扇形断面区域显示成矩形OCT图像；

计算机将所述矩形OCT图像分割成N列像素，并将所述N列像素一一对应填充到所述扇形断面区域中具有和所述扇形断面区域相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块，组合成扇形OCT图像。

2.如权利要求1所述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，其特征在于：所述计算机将所述样品的扇形断面区域显示成矩形OCT图像步骤，具体包括：以所述扇形断面区域的采集深度为所述矩形的宽边d，所述扇形断面区域的扫描宽度为所述矩形的长边L3。

3.如权利要求1所述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，其特征在于：在所述将N列像素一一对应填充到所述扇形断面区域中具有和所述扇形断面区域相同内圆半径和相同外圆半径的N块扇形小块步骤之前，还包括如下步骤：

计算机计算所述扇形断面区域的第一扇形角α；

计算机将所述扇形断面区域均匀分割成所述N块扇形小块，每块所述扇形小块区域的第二扇形角Δα＝α/N。

4.如权利要求3所述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，其特征在于：所述计算机计算所述扇形断面区域的第一扇形角α步骤中，所述第一扇形角α的计算方法如下：

设定所述矩形OCT图像的宽度方向的上边缘中心到扫描装置扫描时光束中心线的汇聚点的距离为L4；

根据公式

计算出所述第一扇形角α的值。

5.如权利要求3所述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法，其特征在于，在所述计算机计算所述扇形断面区域的第一扇形角α步骤之前，还包括：确认所述OCT扇形图像的中心处于接目物镜的物方焦平面上。

6.如权利要求1-5中任一项所述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正方法,其特征在于:所述扫描装置至少为振镜、微电机、伺服电机、步进电机中的一种。

7.扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正系统，其特征在于：包括：

OCT图像采集模块，用于采集样品经扫描装置扫描的样品扇形断面区域并经计算机显示成矩形OCT图像；

OCT图像处理模块,用于将所述矩形OCT图像分割成N列像素，将所述样品扇形断面区域分割成具有和其同样内圆半径和外圆半径的N块扇形区域小块；将所述N列像素一一填充到所述N块扇形区域小块中，组成扇形OCT图像。

8.如权利要求7所述的扫描装置扫描OCT断层图像失真的校正系统，其特征在于：所述扫描装置至少为振镜、微电机、伺服电机、步进电机中的一种。