CN114372915B - 实现oct轴向超分辨的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例提供了实现OCT轴向超分辨的方法、装置、设备和计算机可读存储介质。所述方法包括获取A‑scan扫描结果组，其中，所述A‑scan扫描结果组包括n个A‑scan扫描结果，每个A‑scan扫描结果是通过预置的扫频光源参数和调制波形得到的；将所述A‑scan扫描结果组输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨。以此方式，可以达到很高的精度和较低的成本，避免了采用宽带光源技术所存在的成本昂贵、系统复杂、器件选择困难等缺陷。
Description
技术领域
本公开的实施例一般涉及光学超分辨技术领域，并且更具体地，涉及实现OCT轴向超分辨的方法、装置、设备和计算机可读存储介质。
背景技术
人眼可视为直径25mm的凸球体，其中中央角膜厚度(CCT)是描述角膜生理结构和功能的敏感指标，前房深度(ACD)、晶状体厚度(LT)和眼轴长度(AL)对于评估屈光不正、计算人工晶体参数及青光眼的诊断具有重要意义，眼轴与眼前节信息的同步获取有助于全面诊断眼科病灶，评估眼部病变。目前，高频超声和Scheimpflug成像是测量眼轴长度的主要技术手段，但测量时均需要与眼部组织接触或扩瞳，易引入系统误差；且临床上受仪器限制，无法同时实现眼轴及眼前节的测量。光学相干层析成像(Optical CoherenceTomography,OCT)技术基于非接触、高分辨率、瞬时性等特点已成为临床眼科检查的标准手段之一，其中扫频光学相干层析(Swept-Source OCT,SS-OCT)系统使用扫频光源，通过对光谱信号傅里叶变换重建图像深度信息，相比于时域和谱域系统更适用于高散射样品，具有更高的灵敏度、成像速度和信噪比，且系统构成简单，广泛应用于眼轴和眼前节的测量。
分辨率是OCT技术发展的重要指标。OCT的轴向分辨率由光源带宽和探测光束的聚焦条件共同决定。在探测光束弱聚焦条件下，相应的轴向响应函数的主瓣宽度远远大于相干门宽度，此时的轴向分辨率主要由相干门决定。光源带宽越宽，相干门宽度就越窄。相干门宽度越窄，轴向分辨率就越高。当前用来提高OCT轴向分辨率的主要途径包括短脉冲激光技术、非线性超连续谱产生技术、组合光源光谱合成技术等。但这些宽带光源技术存在局限性。因此，如何提高OCT轴向分辨率是当前急需解决的问题。
发明内容
根据本公开的实施例，提供了一种实现OCT轴向超分辨的方案。
在本公开的第一方面，提供了一种实现OCT轴向超分辨的方法。该方法包括：
获取A-scan扫描结果组，其中，所述A-scan扫描结果组包括n个A-scan扫描结果，每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源参数和调制波形得到的；
将所述A-scan扫描结果组输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨。
进一步地，所述扫频光源参数包括扫频范围和扫频波形；
其中，所述扫频范围为扫频光源输出的波长范围；
所述扫频波形用于确定输出的瞬时波长与时间的关系。
进一步地，所述扫频波形为周期性波形。
进一步地，所述调制波形包括高斯函数、三角窗函数和/或矩形窗函数，其大小始终大于等于零。
进一步地，所述每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源参数和调制波形得到的包括：
基于所述扫频光源参数和调制波形，确定采样矩阵、卷积运算矩阵和噪声向量；
通过如下公式计算，得到所述A-scan扫描结果：
gk＝DHku+nk
其中，所述D为将采样矩阵；
所述Hk为卷积运算矩阵；
所述u为真实的高分辨数据；
所述nk为噪声向量。
进一步地，
通过如下公式确定所述u：
其中，所述γ为真实性权重系数；
所述Q和R为正则化项。
进一步地，还包括：
任一调制波形不能通过卷积运算得到另一个调制波形。
在本公开的第二方面，提供了一种实现OCT轴向超分辨的装置。该装置包括：
获取模块，用于获取A-scan扫描结果组，其中，所述A-scan扫描结果组包括n个A-scan扫描结果，每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源参数和调制波形得到的；
超分辨模块，用于将所述A-scan扫描结果组输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨。
在本公开的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。
在本公开的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本公开的第一方面的方法。
本申请实施例提供的实现OCT轴向超分辨的方法，通过获取A-scan扫描结果组，其中，所述A-scan扫描结果组包括n个A-scan扫描结果，每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源参数和调制波形得到的；将所述A-scan扫描结果组输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨，该方法简单易行，成本低廉，可以达到很高的精度和较低的成本，避免了采用宽带光源技术所存在的成本昂贵、系统复杂、器件选择困难等缺陷。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1示出了根据本公开的实施例的实现OCT轴向超分辨的方法的流程图；
图2示出了根据本公开的实施例的实现OCT轴向超分辨的装置的方框图；
图3示出了能够实施本公开的实施例的示例性电子设备的方框图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
图1示出了根据本公开实施例的实现OCT轴向超分辨的方法的流程图，包括：
S110，获取A-scan扫描结果组，其中，所述A-scan扫描结果组包括n个A-scan扫描结果，每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源参数和调制波形得到的。
在一些实施例中，设定第一扫频光源输出参数，同时在光纤幅度调制器上施加第一调整波形，获取第一A-scan扫描结果；
其中，所述扫频光源的参数包括扫频范围和扫频波形；
所述扫频范围为扫频光源输出的波长范围；如：1060nm-1080nm、1030nm-1070nm等；
所述扫频波形，用于决定输出的瞬时波长与时间的关系，可以为波形带宽在扫频光源的波长调制响应范围内的任意周期性波形，如正弦波、三角波和锯齿波等；
所述调制波形，用于输出的瞬时光强与时间的关系，其始终大于等于零，且光滑连续(便于后期计算)；
进一步地，所述调制波形可选择高斯函数及其线性组合、三角窗函数、矩形窗函数等；
重复上述步骤，得到A-scan扫描结果组，其中，所述A-scan扫描结果组包括n个A-scan扫描结果。
需要说明的是，每组扫描所使用的扫频光源参数互不相同；所使用的调制波形应当各不相同且互质(任意一个调制波形不能通过卷积运算得到另一个调制波形)。
S120，将所述A-scan扫描结果组输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨。
在一些实施例中，基于所述扫频光源参数和调制波形，确定采样矩阵、卷积运算矩阵和噪声向量。
在一些实施例中，将通过步骤S110得到的A-scan扫描结果组输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨：
具体地，
所述多通道盲反卷积算法如下：
通过如下公式计算，得到所述A-scan扫描结果，每个扫描结果gk可以表示为：
gk＝DHku+nk
其中，所述D为将采样矩阵；
所述Hk为卷积运算矩阵；
所述u为真实的高分辨数据；
所述nk为噪声向量；
所述u可以转化为对如下能量函数E最小值的搜索，即：
其中，所述γ为真实性权重系数；所述Q和R为正则化项；用于保证解的合理性，可以选择为二阶矩函数。计算时，在OCT结果空间和卷积核空间交替进行使得能量函数最小，直到每次卷积核的结果与上一次循环得到的结果的L2范数的相对值小于给定值。
根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：
本公开提出的方法简单易行，成本低廉，可以达到很高的精度和较低的成本，避免了采用宽带光源技术所存在的成本昂贵、系统复杂、器件选择困难等缺陷。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。
以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本公开所述方案进行进一步说明。
图2示出了根据本公开的实施例的实现OCT轴向超分辨的装置200的方框图。如图2所示，装置200包括：
获取模块210，用于获取A-scan扫描结果组，其中，所述A-scan扫描结果组包括n个A-scan扫描结果，每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源参数和调制波形得到的；
超分辨模块220，用于将所述A-scan扫描结果组输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
图3示出了可以用来实施本公开的实施例的电子设备300的示意性框图。如图所示，设备300包括中央处理单元(CPU)301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)302中的计算机程序指令或者从存储单元308加载到随机访问存储器(RAM)303中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还可以存储设备300操作所需的各种程序和数据。CPU 301、ROM 302以及RAM 33通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至总线304。
设备300中的多个部件连接至I/O接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法100。例如，在一些实施例中，方法100可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到RAM 303并由CPU 301执行时，可以执行上文描述的方法100的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU 301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法100。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
Claims (9)
1.一种实现OCT轴向超分辨的方法，其特征在于，包括：
通过设定第一扫频光源输出参数以及在光纤幅度调制器上施加第一调制波形，获取第一A-scan扫描结果；
重复进行n次A-scan扫描，以获取n个A-scan扫描结果，其中，每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源输出参数和调制波形得到的，每次A-scan扫描之前都会改变扫频光源输出参数和调制波形，从而使得每次A-scan扫描所使用的扫频光源输出参数互不相同，并且所使用的调制波形也各不相同且互质，以使任一调制波形不能通过卷积运算得到另一个调制波形，所述调制波形为连续的波形；
将所述n个A-scan扫描结果输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扫频光源输出参数包括扫频范围和扫频波形；其中，所述扫频范围为扫频光源输出的波长范围；
所述扫频波形用于确定输出的瞬时波长与时间的关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扫频波形为周期性波形。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调制波形包括高斯函数、三角窗函数和/或矩形窗函数，其大小始终大于等于零。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源输出参数和调制波形得到的包括：
基于所述扫频光源输出参数和调制波形，确定采样矩阵、卷积运算矩阵和噪声向量；
通过如下公式计算，得到所述A-scan扫描结果：
gk＝DHku+nk
其中，所述D为采样矩阵，所述Hk为卷积运算矩阵，所述u为真实的高分辨数据，所述nk为噪声向量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过如下公式确定所述u：
其中，所述γ为真实性权重系数，所述Q(u)和R(h)为正则化项。
7.一种实现OCT轴向超分辨的装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于通过设定第一扫频光源输出参数以及在光纤幅度调制器上施加第一调制波形，获取第一A-scan扫描结果，重复进行n次A-scan扫描，以获取n个A-scan扫描结果，其中，每个A-scan扫描结果是通过预置的扫频光源输出参数和调制波形得到的，每次A-scan扫描之前都会改变扫频光源输出参数和调制波形，从而使得每次A-scan扫描所使用的扫频光源输出参数互不相同，并且所使用的调制波形也各不相同且互质，以使任一调制波形不能通过卷积运算得到另一个调制波形，所述调制波形为连续的波形；
超分辨模块，用于将所述n个A-scan扫描结果输入至多通道盲反卷积算法中进行计算，实现OCT轴向超分辨。
8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～6中任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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