CN112957012A - 一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置及测量方法 - Google Patents

一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置包括光学基准板和光学参考板，其中所述光学基准板和所述光学参考板之间的夹角为0.1度至0.5度。本发明还涉及一种使用所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置的光学干涉断层成像系统轴向分辨率的测量方法。本发明的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量方法通过一次扫描便可以得到系统的实际轴向分辨率，而无需反复调整空气隙实际宽度来无限逼近系统实际分辨率，因此具有操作简单、快速的特点。

Description

一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置及测量方法。
背景技术
光学相干断层扫描技术(Optical Coherence Tomography，简称OCT)是近年来发展较快的一种最具发展前途的新型层析成像技术，特别是在生物组织活体检测和成像方面具有诱人的应用前景，已尝试在心内科、眼科、牙科和皮肤科的临床诊断中应用，是继X-CT和MRI技术之后的又一大技术突破，近年来已得到了迅速的发展，基于该技术的光学干涉断层成像系统可使人们获得微米量级空间分辨率的超高清影像。与此同时，光学干涉断层成像系统的轴向分辨率等关键指标的测量成为此研发领域的重要课题。
光学干涉断层成像系统的轴向分辨率一般是在微米至十微米量级，如何方便而又精准地测量出轴向分辨率的具体数值，是该技术领域的一大挑战。目前尚无特别高效准确的测量轴向分辨率的方法。
发明内容
为了解决光学干涉断层成像系统的轴向分辨率的快速准确测量本发明提供一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率的测量装置及测量方法。
本发明涉及的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，包括光学基准板和光学参考板，其中所述光学基准板和所述光学参考板之间的夹角为0.1度至0.5度。
在一实施例中，所述光学基准板为玻璃，其厚度为0.6mm至1.5mm，折射率为1.3至1.9。
在一实施例中，所述光学参考板为玻璃，其厚度为0.6mm至1.5mm，折射率为1.3至1.9。
在一实施例中，所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置还包括光学基准座，所述光学基准座承载所述光学基准板和所述光学参考板。
在一实施例中，所述光学光学基准座包括底板和侧壁，所述光学参考板位于所述光学基准板和所述底板之间。
在一实施例中，所述侧壁支撑所述光学基准板。
在一实施例中，所述底板和所述侧壁共同支撑所述光学参考板。
在一实施例中，所述底板与所述光学基准板平行设置。
在一实施例中，所述底板上带有沿标尺，标尺延伸方向垂直于所述光学基准板和所述光学参考板相交的棱，或者垂直于所述光学基准板和所述光学参考板延伸后相交的棱。
本发明还提供一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率的测量方法，所述方法采用上述任一光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其中所述方法包括：
将光学干涉断层成像系统的成像导管紧贴光学基准板上表面，其中，所述成像导管延伸方向垂直于所述光学基准板和所述光学参考板相交的棱，或者垂直于所述光学基准板和所述光学参考板延伸后相交的棱，成像导管探头置于所述光学基准板和所述光学参考板距离最近的位置处，即回撤起始位置；
运行光学干涉断层成像系统，将所述成像导管探头沿所述成像导管延伸方向，从所述光学基准板和所述光学参考板距离最近的位置处向所述光学基准板和所述光学参考板距离最远的位置处进行回撤扫描；
找出成像导管探头回撤过程中所述光学干涉断层成像系统获得的能够分辨出所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面的第一帧图像，确定获取所述第一帧图像的位置x1，确定所述第一帧图像中所述光学基准板上表面和所述光学基准板下表面像素序数差Δ12，确定所述第一帧图像中所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面像素序数差Δ23；根据如下公式获得所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率AR：
AR＝h/(Δ12)×(Δ23)×n1
其中h为所述光学基准板厚度，n1为所述光学基准板折射率。
本发明的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量方法通过一次扫描便可以得到系统的实际轴向分辨率，而无需反复调整空气隙实际宽度来无限逼近系统实际分辨率，因此具有操作简单、快速的特点。
附图说明
图1为光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置剖面图；
图2为光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置俯视图；
图3为光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置前视图；
图4为放置成像导管位置示意图。
附图标记说明
1-光学基准板，2-光学参考板，31-底板，32-侧壁，4-成像导管。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
如图1所示，光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置包括光学基准板1和光学参考板2，其中光学基准板1和光学参考板2之间呈一定的夹角。该夹角为0.1度至0.5度，例如可以是0.1度，0.15度，0.2度，0.25度，0.3度，0.35度，0.4度，0.45度，0.5度。
如图1-3所示，光学基准板1为长方体。其厚度为0.6mm至1.5mm，例如可以是0.6mm，0.7mm，0.8mm，0.9mm，1.0mm，1.1mm，1.2mm，1.3mm，1.4mm，1.5mm。光学基准板1的材质为玻璃或其它类似材质，折射率为1.3至1.9，例如可以是1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9。
光学参考板2为平行六面体。其厚度为0.6mm至1.5mm，例如可以是0.6mm，0.7mm，0.8mm，0.9mm，1.0mm，1.1mm，1.2mm，1.3mm，1.4mm，1.5mm。光学参考板2的材质为玻璃或其它类似材质，折射率为1.3至1.9，例如可以是1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9。
光学基准板1的厚度、折射率和光学参考板2的厚度、折射率可以相同，也可以在上述的数值范围内任意的组合。
在一实施例中，光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置还包括光学基准座，光学基准座承载光学基准板1和光学参考板2，用于对光学基准板1和光学参考板2进行支撑。
光学基准座可以采用各种形式，只要能对光学基准板1和光学参考板2起到支撑即可。在一个实施例中，如图1和图3所示，光学基准座包括底板31和侧壁32，其中4个侧壁32垂直于底板31设置。光学基准座的材质优选为玻璃。
在一实施例中，侧壁32支撑光学基准板1，即侧壁32抵靠光学基准板1。底板31，侧壁32和光学基准板1共同形成一个六面体，即光学基准座和光学基准板1共同形成一个六面体。而光学参考板2则在该六面体内倾斜放置，即位于光学基准板1和底板31之间。
在一实施例中，底板31和光学基准板1平行设置，光学参考板2和光学基准板1形成的夹角，与光学参考板2和底板31形成的夹角相等。
在一实施例中，底板31上带有标尺，标尺延伸方向垂直于光学基准板1和光学参考板2相交的棱，或者垂直于光学基准板1和光学参考板2延伸后相交的棱。所谓光学基准板1和光学参考板2相交的棱，或光学基准板1和光学参考板2延伸后相交的棱是指光学基准板1和光学参考板2相交或延伸后相交得到的直线。
在一实施例中，底板31和侧壁32共同支撑光学参考板2，即光学参考板2同时接触底板31和侧壁32，并依靠底板31和侧壁32支撑。
本发明还提供一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率的测量方法，其使用上述实施例的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，以及光学涉断层成像系统，其中所述方法包括：
将光学干涉断层成像系统的成像导管紧贴光学基准板上表面，其中，所述成像导管延伸方向垂直于所述光学基准板和所述光学参考板相交的棱，或者垂直于所述光学基准板和所述光学参考板延伸后相交的棱，成像导管探头置于所述光学基准板和所述光学参考板距离最近的位置处，即回撤起始位置；
运行光学干涉断层成像系统，将所述成像导管探头沿所述成像导管延伸方向，从所述光学基准板和所述光学参考板距离最近的位置处向所述光学基准板和所述光学参考板距离最远的位置处进行回撤扫描；
找出成像导管探头回撤过程中所述光学干涉断层成像系统获得的能够分辨出所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面的第一帧图像，确定获取所述第一帧图像的位置x1，确定所述第一帧图像中所述光学基准板上表面和所述光学基准板下表面像素序数差Δ12，确定所述第一帧图像中所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面像素序数差Δ23；根据如下公式获得所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率AR：
AR＝h/(Δ12)×(Δ23)×n1
其中h为所述光学基准板厚度，n1为所述光学基准板折射率。
测试方法原理如下：使用光学干涉断层成像系统扫描轴向分辨率测量装置，并通过影像回放，获得最小可分辨空气薄膜厚度对应的一帧图像，分析该图像，根据光学基准板厚度、三角空气薄膜厚度的几何光学关系和以及像素标尺的关系，计算出最小可分辨空气薄膜厚度，即可获得光学干涉断层成像系统的轴向分辨率。其中，光学干涉断层成像系统的软件具有所得扫描影像回放功能。光学干涉断层成像系统的软件可以识别每帧图像的每个像素的灰度值，并记录像素点相对序数。图像的分析也可以使用其他图像处理软件，如Image J。
具体的方法包括：
(1)放置成像导管：如图4所示，将光学干涉断层成像系统的成像导管4紧贴光学基准板1上表面，其中，所述成像导管4延伸方向垂直于光学基准板1和光学参考板2相交的棱，或者垂直于光学基准板1和光学参考板2延伸后相交的棱，成像导管探头置于光学基准板1和光学参考板2距离最近的位置处，即回撤起始位置。
(2)运行光学干涉断层成像系统，将成像导管探头沿成像导管4延伸方向，从光学基准板1和光学参考板2距离最近的位置处，即回撤起始位置向所述光学基准板和所述光学参考板距离最远的位置处进行回撤扫描。
(3)找出成像导管探头回撤过程中所述光学干涉断层成像系统获得的能够分辨出所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面的第一帧图像，确定获取所述第一帧图像的位置x1，确定所述第一帧图像中所述光学基准板上表面和所述光学基准板下表面像素序数差Δ12，确定所述第一帧图像中所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面像素序数差Δ23。
通常情况，光学干涉断层成像系统，都可以记录帧序，测试人员根据其设计单帧厚度，以及既定扫描起点，可以预估极限分辨空气隙图像所在的图像帧序。
根据如下公式获得所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率AR：
AR＝h/(Δ12)×(Δ23)×n1
其中h为所述光学基准板厚度，n1为所述光学基准板折射率。
改变本发明中测量装置中的光学基准板的材质、厚度、镀膜工艺，光学参考板的材质、表面镀膜工艺，以及光学基准板和光学参考板之间的夹角大小、介质，可以推广用于超声系统轴向分辨率的测量或其他更多用途。
实施例1
如图1-3所示，光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置包括光学基准板1、光学参考板2和光学基准座。其中光学基准座包括底板31和侧壁32。底板31，侧壁32和光学基准板1共同形成一个立方体，即光学基准座和光学基准板1共同形成一个立方体，即底板31和光学基准板1平行设置，侧壁32垂直于底板31。而光学参考板2则在该六面体内倾斜放置，即位于光学基准板1和底板31之间，底板31和侧壁32共同支撑所述光学参考板2，即光学参考板2同时接触底板31和侧壁32，并依靠底板31和侧壁32支撑。底板31上带有标尺，标尺延伸方向垂直于光学基准板1和光学参考板2相交的棱，或者垂直于光学基准板1和光学参考板2延伸后相交的棱。
光学基准板1为长方体，其厚度为1.0mm，材质为玻璃，折射率为1.5。光学参考板2为长方体，其厚度为1.0mm，材质为玻璃，折射率为1.5。光学基准板1和光学参考板2之间的夹角为0.2度。
实施例2
实施例2与实施例1的不同在于，光学基准板1为长方体，其厚度为0.6mm，材质为玻璃，折射率为1.3。光学参考板2为长方体，其厚度为1.5mm，材质为玻璃，折射率为1.9。光学基准板1和光学参考板2之间的夹角为0.1度。
实施例3
实施例3与实施例1的不同在于，光学基准板1为长方体，其厚度为1.5mm，材质为玻璃，折射率为1.5。光学参考板2为长方体，其厚度为0.6mm，材质为玻璃，折射率为1.3。光学基准板1和光学参考板2之间的夹角为0.5度。
对比例1
对比例1与实施例1的不同在于，光学基准板1和光学参考板2之间的夹角为0.8度。其它的参数，如光学基准板1和光学参考板2的材质、折射率以及厚度与实施例1相同。
对比例2
对比例2与实施例1的不同在于，光学基准板1为长方体，其厚度为1.8mm。其它的参数，如光学基准板1和光学参考板2的材质、折射率以及光学参考板的厚度与实施例1相同。
对比例3
对比例3与实施例1的不同在于，光学基准板1的折射率为2.0，光学参考板2的折射率为2.0。其它的参数，如光学基准板1和光学参考板2的材质、厚度及夹角与实施例1相同。
使用上述实施例和对比例的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置对一光学干涉断层成像系统(苏州阿格斯医疗技术有限公司Insight-100)进行扫描。具体地，(1)放置成像导管：如图4所示，将光学干涉断层成像系统的成像导管4紧贴光学基准板1上表面，其中，所述成像导管4延伸方向垂直于光学基准板1和光学参考板2相交的棱，或者垂直于光学基准板1和光学参考板2延伸后相交的棱，成像导管探头置于光学基准板1和光学参考板2距离最近的位置处，即回撤起始位置。
(2)运行光学干涉断层成像系统，将成像导管探头沿成像导管4延伸方向，从光学基准板1和光学参考板2距离最近的位置处，即回撤起始位置向所述光学基准板和所述光学参考板距离最远的位置处进行回撤扫描。
(3)找出成像导管探头回撤过程中所述光学干涉断层成像系统获得的能够分辨出所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面的第一帧图像，确定获取所述第一帧图像的位置x1，确定所述第一帧图像中所述光学基准板上表面和所述光学基准板下表面像素序数差Δ12，确定所述第一帧图像中所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面像素序数差Δ23。
通常情况，光学干涉断层成像系统，都可以记录帧序，测试人员根据其设计单帧厚度，以及既定扫描起点，可以预估极限分辨空气隙图像所在的图像帧序。
根据如下公式获得所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率AR：
AR＝h/(Δ12)×(Δ23)×n1
其中h为所述光学基准板厚度，n1为所述光学基准板折射率。
得到的结果如表1所示。
表1
测量装置 轴向分辨率(微米)
实施例1 14.6
实施例2 14.4
实施例3 15.0
对比例1 15.6
对比例2 16.1
对比例3 16.2
光学干涉断层成像系统的分辨率(理论计算值)可以根据以下公式计算：
Figure BDA0002927261070000081
此处定义的理论计算分辨率是对应于第n个像素点和第n-1个像素点(或第n+1个像素点)的距离，对应于1个像素点尺寸d，即AR＝d。
通常所述光学干涉断层成像系统(OCT)的扫频光源的中心波长为800nm～1325nm，扫描范围为10nm～500nm，扫描频率为5KHz～10MHz。
其中，所测定苏州阿格斯医疗技术有限公司的光学干涉断层成像系统(苏州阿格斯医疗技术有限公司Insight-100)的光源中心波长λ0＝1.31微米,Δλ＝0.105微米,按照理论计算公式计算，结果为AR＝d＝7.212微米。
所计算的分辨率是对应于第n个像素点和第n-2个像素点(或第n+2个像素点)的距离，对应2个像素点尺寸，即AR＝2d＝2×7.212微米＝14.424微米。
由此可见，实施例1-3的测量装置测得的光学干涉断层成像系统轴向分辨率的结果更接近理论计算值14.424微米，而对比例的测量装置测得的结果则相差较大。
使用本发明的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量方法，使用光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置和光学干涉断层成像系统，通过回撤扫描和影像回放，可获得最小可分辨空气薄膜厚度对应的一帧图像，进一步分析图像计算得到光学干涉断层成像系统的轴向分辨率，因此一次扫描便可以得到系统的实际轴向分辨率，而无需反复调整空气隙实际宽度来无限逼近系统实际分辨率，因此具有操作简单、快速的特点。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置包括光学基准板和光学参考板，其中所述光学基准板和所述光学参考板之间的夹角为0.1度至0.5度。
2.根据权利要求1所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述光学基准板为玻璃，其厚度为0.6mm至1.5mm，折射率为1.3至1.9。
3.根据权利要求2所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述光学参考板为玻璃，其厚度为0.6mm至1.5mm，折射率为1.3至1.9。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置还包括光学基准座，所述光学基准座承载所述光学基准板和所述光学参考板。
5.根据权利要求4所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述光学基准座包括底板和侧壁，所述光学参考板位于所述光学基准板和所述底板之间。
6.根据权利要求5所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述侧壁支撑所述光学基准板。
7.根据权利要求5所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述底板和所述侧壁共同支撑所述光学参考板。
8.根据权利要求5所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述底板与所述光学基准板平行设置。
9.根据权利要求8所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其特征在于，所述底板上带有沿标尺，标尺延伸方向垂直于所述光学基准板和所述光学参考板相交的棱，或者垂直于所述光学基准板和所述光学参考板延伸后相交的棱。
10.一种光学干涉断层成像系统轴向分辨率的测量方法，其特征在于，采用根据权利要求1至9任一项所述的光学干涉断层成像系统轴向分辨率测量装置，其中所述方法包括：
将光学干涉断层成像系统的成像导管紧贴光学基准板上表面，其中，所述成像导管延伸方向垂直于所述光学基准板和所述光学参考板相交的棱，或者垂直于所述光学基准板和所述光学参考板延伸后相交的棱，成像导管探头置于所述光学基准板和所述光学参考板距离最近的位置处，即回撤起始位置；
运行光学干涉断层成像系统，将所述成像导管探头沿所述成像导管延伸方向，从所述光学基准板和所述光学参考板距离最近的位置处向所述光学基准板和所述光学参考板距离最远的位置处进行回撤扫描；
找出成像导管探头回撤过程中所述光学干涉断层成像系统获得的能够分辨出所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面的第一帧图像，确定获取所述第一帧图像的位置x1，确定所述第一帧图像中所述光学基准板上表面和所述光学基准板下表面像素序数差Δ12，确定所述第一帧图像中所述光学基准板下表面和所述光学参考板上表面像素序数差Δ23；根据如下公式获得所述光学干涉断层成像系统轴向分辨率AR：
AR＝h/(Δ12)×(Δ23)×n1
其中h为所述光学基准板厚度，n1为所述光学基准板折射率。
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