CN106880340B

CN106880340B - 一种oct设备成像性能评价装置及其使用方法

Info

Publication number: CN106880340B
Application number: CN201710138338.7A
Authority: CN
Inventors: 蔡志岗; 王自鑫; 潘江帆; 王福娟; 李佼洋; 高峻; 李百灵
Original assignee: Guangzhou Yong Da Medical Technology LLC
Current assignee: Guangzhou Yong Da Medical Technology LLC
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2020-03-13
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: WO2018161386A1; CN106880340A

Abstract

本发明公开了一种OCT设备成像性能评价装置及其使用方法，其中装置包括：固定架、分辨率盒、导轨组件和仿生透明胶体；所述固定架包括第一支撑件、第二支撑件和底座；所述分辨率盒包括固定侧玻片和移动侧玻片；所述导轨组件包括交叉滚柱导轨、驱动机构和控制机构；所述仿生透明胶体设置在分辨率盒中；其使用方法包括：1)将需要检定的OCT设备的探头导管固定于OCT探头导管固定通道中；2)对含有仿生透明胶体的分辨率盒作为目标物进行检测，得到OCT的重构图像；3)OCT设备的轴向分辨率是通过分析B‑SCA N图，即X‑Z平面扫描图得到；该装置以交叉滚柱导轨调节移动侧玻片和固定侧玻片的相对距离，更加精确稳定。

Description

一种OCT设备成像性能评价装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种OCT设备成像性能评价装置及其使用方法，属于仪器检测技术领域。

背景技术

光学相干层析技术(Optical coherence Tomography,OCT)是近十年迅速发展的一种无创三维高分辨率成像诊断技术，该技术是基于低相干光干涉原理，并与共焦显微技术相结合，检测生物组织不同深度层对入射弱相干光的后向散射波回波时间延迟及回波强度信号，通过扫描得到样品二维或三维的高分辨率微观组织结构，从而获得被测样品无损的断层层析图像。与现有的X光检测、MRI、CT、超声等其他成像技术相比，OCT成像具有极高的分辨率(微米量级)，与传统的激光共聚焦显微镜相比，OCT具有明显的成像深度优势，能够对表皮以下几个微米的组织进行高分辨率成像，同时借助光纤技术可实现微形化，能够对人体内部管腔道组织进行活体检测，实现早期病灶检测及定位目的。

目前国内OCT厂商在OCT设备的技术参数测定方面上大都还是由其自行提供，在中国，目前并没有第三方机构具有能力和资质对于厂商给出的参数进行验证或检定。OCT技术最大的优势在于其能够提供深度方向的断层信息，因此评价其轴向分辨率尤为重要。据悉，国内大部分OCT厂商标称其轴向分辨率的方法是：采用平面反射镜作为样品测量并间接得到OCT设备的轴向分辨率。该轴向分辨率的测试方法需要精确调整平面反射镜的俯仰角度与轴向距离，同时亦需要获取OCT设备成像中间过程的数据才能得出设备的分辨率数据。该方法属于间接测量，并不能直接从探测图像中得到设备的分辨率参数，因此第三方鉴定机构很难采用该方式。针对这种情况，已有相关研究单位提出解决方案，如专利CN201410191226.4设计了一种用于OCT设备成像性能评价的三维分辨率板，采用掺杂聚合物微纳散射颗粒的透明树脂作为基板，通过3D打印或微纳加工技术在其基板上制作分辨率测试图案,最后将待测的OCT设备在该基板上进行扫描成像，通过人眼判别不同分立尺寸测试图案在重建图像上的区分程度进行OCT设备分辨率的检定。该专利较好的解决了间接测量的问题，然而亦存在基板散射系数不可调、分辨率图案分立及分辨率板制作工艺复杂等不足。如今的OCT技术，不仅广泛应用于眼科领域，在人体的心血管、呼吸道、消化道等管腔道组织也有非常广泛的医学应用。人体组织是一种高散射介质，不同组织的散射系数并不一致。当激光入射到组织时，一部分被吸收，大部分被散射，经过组织的吸收和散射，入射光的特性(光强度、相干性、偏振性、方向性等)均有所改变，而其改变的程度取决于生物组织本身的散射、吸收系数。然而，目前所采用的分辨率板所提供的分辨率图案均为分立，只能提供一种近似的分辨率。

因此，迫切需要提供一种简单直接且能够全面评估及检定OCT设备在不同管腔道组织应用时的轴向分辨率的装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种O CT设备成像性能评价装置，该装置以交叉滚柱导轨调节移动侧玻片和固定侧玻片的相对距离，更加精确稳定，以能够区分出移动侧玻片和固定侧玻片的条件下，以二者最小的距离来表征所用OCT设备的轴向分辨率，解决了现有技术中分辨率图案分立及分辨率板制作工艺复杂等不足。

实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种OCT设备成像性能评价装置，包括：固定架、分辨率盒、导轨组件和仿生透明胶体；

所述固定架包括第一支撑件、第二支撑件和底座；所述第一支撑件垂直固定于底座上，所述第一支撑件和第二支撑件相对，所述分辨率盒夹持在第一支撑件和第二支撑件之间；所述第一支撑件上还设有OCT探头导管固定通道；

所述分辨率盒包括固定侧玻片和移动侧玻片；所述固定侧玻片包括平面互相垂直的垂直部和水平部，使得固定侧玻片的纵截面为L形；所述移动侧玻片的平面与垂直部的平面相对，移动侧玻片的下端与水平部的前端相抵；所述固定侧玻片固定连接在第一支撑件上；所述移动侧玻片固定连接在第二支撑件上；所述OCT探头导管固定通道与固定侧玻片相对；

所述导轨组件包括交叉滚柱导轨、驱动机构和控制机构；所述交叉滚柱导轨固定在底座上；所述第二支撑件设置在交叉滚柱导轨上；所述控制机构的输出端与驱动机构的输入端电性连接；所述驱动机构的输出端与交叉滚柱导轨的输入端电性连接；

所述仿生透明胶体设置在分辨率盒中。

作为优选，所述垂直部的外表面和移动侧玻片的外表面上均设有第一定位件；所述第一支撑件和第二支撑件上设有第二定位件；所述第一定位件和第二定位件互相磁性连接，使得垂直部固定在第一支撑件上，移动侧玻片固定在第二支撑件上。

再优选地，所述垂直部和移动侧玻片上各自设有两个第一定位件，同一平面上的两个第一定位件沿对角线设置。

作为优选，所述交叉滚柱导轨上设有零点位置；所述第二支撑件位于零点位置时，移动侧玻片与垂直部的相对面之间的距离为100u m。

作为优选，所述控制机构为计算机。

作为优选，所述仿生透明胶体中掺有聚合物微纳颗粒。

再优选地，所述仿生透明胶体含聚合物微纳颗粒的质量分数为3～20％。

本发明的第二个目的在于提供一种上述OCT设备成像性能评价装置的使用方法。

实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种如上所述的OCT设备成像性能评价装置的使用方法：包括以下步骤：

1)将需要检定的OCT设备的探头导管固定于OCT探头导管固定通道中，使得导管的出射窗口与固定侧玻片的外表面相对；

2)对含有仿生透明胶体的分辨率盒作为目标物进行检测，控制机构控制驱动机构，带动交叉滚柱导轨匀速移动，使得移动侧玻片与垂直部的相对面之间的距离逐渐减小，得到OCT的重构图像；

3)OCT设备的轴向分辨率是通过分析B-SCAN图，即X-Z平面扫描图得到：得到移动侧玻片与垂直部的相对面之间的距离不同时的X-Z平面扫描图，根据X-Z平面扫描图绘制平均灰度值分布曲线，将平均灰度值分布曲线中最大波峰与波谷的落差值与瑞利判据判别阈值相比较，在落差值大于判别阈值的条件下，以移动侧玻片和固定侧玻片最小的距离来表征所用OCT设备的轴向分辨率。

OCT设备的轴向分辨率的分析，是从点扩散函数(Point Spread Function,PSF)的角度出发。所述点扩散函数是用于描述光学成像系统对点源解析能力的函数，任何光学成像系统都不是理想的，因此任意点源在经过光学系统后会形成一个弥散的像点，而瑞利判据可用于对弥散像点的区分。两个点源(代表移动侧玻片和固定侧玻片)通过与OCT系统的点扩散函数相卷积得到弥散像点灰度图，进而得到其灰度值分布曲线，即强度分布曲线，根据瑞利判据，当满足分辨率极限时，重叠区域的波谷点强度为光斑中心强度的73.5％。因此，利用平均灰度值分布曲线中最大波峰(图中灰度值最低的位置)与波谷(移动侧玻片和固定侧玻片在扫描图中形成的像斑中心的距离)的落差值大于判别阈值(26.5％×最大波峰值)，来判断移动侧玻片和固定侧玻片能够被区分，并在二者能够被区分的情况下，以二者最小的距离来表征所用OCT设备的轴向分辨率。

作为优选，步骤2)中，所述交叉滚柱导轨的步进单位为1um。

作为优选，步骤2)中，所述移动侧玻片与垂直部相对之间的最大距离为100um，交叉滚柱导轨的最大步进距离为99um。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明的OCT设备成像性能评价装置区别于传统的光学分辨率测试板，根据OCT设备所要检测的组织特性，采用具有对应散射系数的仿生透明胶体进行模拟生物组织，检测更加精确；

2、本发明的OCT设备成像性能评价装置通过对仿生透明胶体掺杂聚合物微纳颗粒，掺杂的量不同，可达到调节仿生透明胶体散射系数的效果；

3、本发明的OCT设备成像性能评价装置以交叉滚柱导轨配合控制机构进行控制，检测过程稳定精确，以能够区分出移动侧玻片和固定侧玻片的条件下，以二者最小的距离来表征所用OCT设备的轴向分辨率，解决了现有技术中分辨率图案分立及分辨率板制作工艺复杂等不足；

4、本发明通过分析平均灰度值分布曲线，根据最大波峰与波谷的落差值和瑞利判据判别阈值相比较，以落差值大于判别阈值定义出移动侧玻片和固定侧玻片为最小距离的条件，代替人眼观察的误差，更加准确。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为分辨率盒与固定架的结构示意图；

图3为固定侧玻片和固定侧玻片的结构示意图；

图4为本发明的电路示意框图；

图5为移动侧玻片和固定侧玻片在相距50um距离探测时所对应的OCT扫描B-SCAN图；

图6为移动侧玻片和固定侧玻片在相距50um距离探测时的平均灰度值分布曲线图；

图7为移动侧玻片和固定侧玻片在相距30um距离探测时所对应的OCT扫描B-SCAN图；

图8为移动侧玻片和固定侧玻片在相距30um距离探测时的平均灰度值分布曲线图；

图9为移动侧玻片和固定侧玻片在相距25um距离探测时所对应的OCT扫描B-SCAN图；

图10为移动侧玻片和固定侧玻片在相距25um距离探测时的平均灰度值分布曲线图；

其中，1、固定架；11、第一支撑件；111、OCT探头导管固定通道；12、第二支撑件；13、底座；14、第二定位件；2、分辨率盒；21、固定侧玻片；211、垂直部；212、水平部；22、固定侧玻片；23、第一定位件；3、导轨组件；31、交叉滚柱导轨；32、驱动机构；4、仿生透明胶体。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1：

参照图1，一种OCT设备成像性能评价装置，包括：固定架1、分辨率盒2、导轨组件3和仿生透明胶体4；

结合图2，所述固定架1包括第一支撑件11、第二支撑件12和底座13；所述第一支撑件11垂直固定于底座13上，所述第一支撑件11和第二支撑件12相对，所述分辨率盒2夹持在第一支撑件11和第二支撑件12之间；所述第一支撑件11上还设有OCT探头导管固定通道111；

所述分辨率盒2包括固定侧玻片21和移动侧玻片22；所述固定侧玻片21包括平面互相垂直的垂直部211和水平部212，使得固定侧玻片21的纵截面为L形；所述移动侧玻片22的平面与垂直部211的平面相对，移动侧玻片22的下端与水平部212的前端相抵；结合图3，所述垂直部211的外表面和移动侧玻片22的外表面上各自设有两个第一定位件23，同一平面上的两个第一定位件23沿对角线设置，以对角线设置使得固定点受力均匀，固定程度更好；所述第一支撑件11和第二支撑件12上设有第二定位件14；所述第一定位件23和第二定位件14为互相吸引的公磁铁和母磁铁，互相磁性连接，使得垂直部211固定在第一支撑件11上，移动侧玻片22固定在第二支撑件12上；所述OCT探头导管固定通道111与固定侧玻片21相对；

所述导轨组件3包括交叉滚柱导轨31、驱动机构32和控制机构(图中未示出)；所述交叉滚柱导轨31固定在底座13上；所述第二支撑件12设置在交叉滚柱导轨31上；参照图4，所述控制机构的输出端与驱动机构32的输入端电性连接；所述驱动机构32的输出端与交叉滚柱导轨31的输入端电性连接；

所述仿生透明胶体4设置在分辨率盒2中，并通过水平部212支撑。

本实施例中，所述第二支撑件12位于零点位置时，移动侧玻片22与垂直部211的相对面之间的距离为100um。

本实施例中，所述控制机构为计算机。

本实施例中，所述仿生透明胶体4中掺有聚苯乙烯微纳颗粒，通过调节聚合物微纳颗粒的质量分数为3～20％，可以使得仿生透明胶体4的散射系数在0.52～2.1815mm^-1范围中调节，使之与被检测的组织相近，检测更加精确。

实施例2：

一种如上所述的OCT设备成像性能评价装置的使用方法：包括以下步骤：

2)对含有仿生透明胶体的分辨率盒作为目标物进行检测，控制机构控制驱动机构，带动交叉滚柱导轨匀速移动，所述交叉滚柱导轨的步进单位为1um，使得移动侧玻片与垂直部的相对面之间的距离逐渐减小，得到OCT的重构图像；其中，所述移动侧玻片与垂直部相对之间的最大距离为100um，交叉滚柱导轨的最大步进距离为99um；

3)OCT设备的轴向分辨率是通过分析B-SCAN图，即X-Z平面扫描图得到：得到移动侧玻片与垂直部的相对面之间的距离不同时的X-Z平面扫描图，根据X-Z平面扫描图绘制平均灰度值分布曲线，然后将平均灰度值分布曲线中最大波峰与波谷的落差值与瑞利判据判别阈值相比较，在落差值大于判别阈值的条件下，以移动侧玻片和固定侧玻片最小的距离来表征所用OCT设备的轴向分辨率。

在实际操作中，操作者可以通过控制机构调节步进单位、步进速度，也可以手动控制。

图5、7、9分别为移动侧玻片和固定侧玻片在相距50um、30um、25um距离探测时所对应的OCT扫描B-SCAN图。

图6、8、10分别为移动侧玻片和固定侧玻片在相距50um、30u m、25um距离探测时的平均灰度值分布曲线图。

如图5和6所示，两块玻片之间的测量距离50um时，此时图6中最大波峰(A点)的值为120，波谷(B点)的值为9，落差值为111，比判别阈值26.5％×120＝31.8大，表示待测OCT设备所成B-SC AN图中能清晰分辨出两块玻片并清晰分辨出两块玻片之间的间隙；

如图7和8所示，两块玻片之间的测量距离30um时，此时图8中最大波峰(A点)的值为220，波谷(B点)的值为140，落差值为80，比判别阈值26.5％×220＝58.3大，表示待测OCT设备所成B-SCAN图中能清晰分辨出两块玻片并清晰分辨出两块玻片之间的间隙；

说明50um和30um不是该待测OCT设备的轴向分辨率；

如图9和10所示，两块玻片之间的测量距离为25um时，此时图10中最大波峰(A点)的值为245，波谷(B点)的值为205，落差值为40，比判别阈值26.5％×245＝64.925小，所以从待测OCT设备所成的B-SCAN图中已经无法清晰分辨出两块玻片以及两块玻片之间的间隙，说明待测OCT设备的轴向分辨率在25～30um之间，可通过进一步调节交叉滚柱导轨改变两块玻片之间的测量距离从而获得该待测OCT设备的准确轴向分辨率为27um。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种OCT设备成像性能评价装置，其特征在于包括：固定架、分辨率盒、导轨组件和仿生透明胶体；

所述仿生透明胶体设置在分辨率盒中。

2.如权利要求1所述的OCT设备成像性能评价装置，其特征在于：所述垂直部的外表面和移动侧玻片的外表面上均设有第一定位件；所述第一支撑件和第二支撑件上设有第二定位件；所述第一定位件和第二定位件互相磁性连接，使得垂直部固定在第一支撑件上，移动侧玻片固定在第二支撑件上。

3.如权利要求2所述的OCT设备成像性能评价装置，其特征在于：所述垂直部和移动侧玻片上各自设有两个第一定位件，同一平面上的两个第一定位件沿对角线设置。

4.如权利要求1所述的OCT设备成像性能评价装置，其特征在于：所述交叉滚柱导轨上设有零点位置；所述第二支撑件位于零点位置时，移动侧玻片与垂直部的相对面之间的距离为100um。

5.如权利要求1所述的OCT设备成像性能评价装置，其特征在于：所述控制机构为计算机。

6.如权利要求1所述的OCT设备成像性能评价装置，其特征在于：所述仿生透明胶体中掺有聚合物微纳颗粒。

7.如权利要求6所述的OCT设备成像性能评价装置，其特征在于：所述仿生透明胶体含聚合物微纳颗粒的质量分数为3～20％。

8.一种如权利要求1-7任一所述的OCT设备成像性能评价装置的使用方法：其特征在于包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的OCT设备成像性能评价装置的使用方法：其特征在于：步骤2)中，所述交叉滚柱导轨的步进单位为1um。

10.如权利要求8所述的OCT设备成像性能评价装置的使用方法：其特征在于：步骤2)中，所述移动侧玻片与垂直部相对之间的最大距离为100um，交叉滚柱导轨的最大步进距离为99um。