CN115690254A

CN115690254A - 用于光相干层析成像的色散校正处理方法及电子设备

Info

Publication number: CN115690254A
Application number: CN202211687689.0A
Authority: CN
Inventors: 梁俊强; 王海涛
Original assignee: Beijing Xinlian Photoelectric Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Xinlian Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-28
Filing date: 2022-12-28
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2042-12-28
Also published as: CN115690254B

Abstract

本申请涉及用于光相干层析成像的色散校正处理方法及电子设备，属于光相干层析成像技术领域，本申请的方法包括，对接收到的OCT光学信号进行预处理，得到第二图像数字信号；基于第二图像数字信号，采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值，利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型完成对第二图像数字信号的色散校正；将校正后的信号进行傅里叶变换处理，得到待输出的OCT图像。本申请的技术方案，相比现有技术，适用于成像深度较深、光谱带宽较宽的情况下的色散校正，且计算量小，能够加快成像速度。

Description

用于光相干层析成像的色散校正处理方法及电子设备

技术领域

本申请属于光相干层析成像技术领域，具体涉及一种用于光相干层析成像的色散校正方法及电子设备。

背景技术

光相干层析成像（Optical Coherence Tomography，简称OCT）是一种新型的层析成像技术，因不接触，无损伤，分辨率高等特点广泛用于医学检查。OCT系统的轴向分辨率是评价系统性能的重要指标，与单波长激光相比，宽带光源的相干度大大降低，使得OCT具有了轴向上微米级的高分辨率。

但是宽带光源的使用为系统带来了严重的色散失配，导致系统的点扩散函数（PSF）被展宽，从而降低轴向分辨率。一般来说，导致色散失配的因素包括：OCT系统多采用光纤结构，宽带光在光纤中的传播会为系统引入色散失配；系统的样品臂采用由多个透镜组合而成的透镜组作为聚焦透镜，宽带光经过透镜组会为系统带来较大的色散失配；系统探测的是样本内部的背向散射信号，光在样品中的传播同样会为系统引入色散。针对于此，在实际应用中，需对系统进行色散校正处理，现有相关方法中，采用的色散校正的公式模型为：

该模型在成像深度较浅且光谱带宽较窄时，带宽范围内色散和波长之间可以近似为线性关系，当成像深度变深或光谱带宽变宽时，带宽范围内色散和波长之间的近似线性关系便不再存在，其不适用于成像深度较深、光谱带宽较宽的情况下的色散校正；且现有方法在应用实现中，实际是需要分段且多次进行色散校正的，计算量大，系统成像速度慢。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种用于光相干层析成像的色散校正处理方法及电子设备，以解决OCT系统应用中，现有色散校正方法不能适用于光谱带宽较宽，成像深度较深，且在校正过程中计算量大，系统成像速度慢的技术问题。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，

本申请提出一种用于光相干层析成像的色散校正处理方法，该色散校正处理方法，包括：

对接收到的OCT光学信号进行预处理，得到第二图像数字信号；

基于所述第二图像数字信号，采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值，利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型完成对所述第二图像数字信号的色散校正；

将校正后的信号进行傅里叶变换处理，得到待输出的OCT图像。

可选地，所述非线性色散校正模型的表达式形式如下：

θ(k)=ak³+bk²+ck+d

其中，θ(k)表示附加相位，a、b、c、d对应表示模型的各阶参数，k表示波数，是关于波长λ的向量。

可选地，所述采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值的过程中，包括首先针对三阶参数采用如下的处理步骤；

对于所述非线性色散校正模型，将阶数低于三阶的参数设定为零，得到三阶参数的迭代代数式；

针对三阶参数的迭代代数式，将三阶参数的取值在迭代区间内以预定步长进行变化，利用每次变化所得到的关于k的代数式对所述第二图像数字信号进行色散校正并进行傅里叶变换处理，对应得到不同校正情况下的OCT图像；

对不同校正情况下的OCT图像进行图像质量比较，将图像质量最佳的OCT图像所对应的参数的取值，确定为三阶参数的最优值。

可选地，所述采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值的过程中，在确定三阶参数的最优值后，还包括针对低于三阶参数的各阶参数，依照阶数降序，对相应阶数参数分别采用如下处理步骤：

对于所述非线性色散校正模型，将阶数高于当前阶的参数的最优值对应代入模型，并将阶数低于当前阶的参数设定为零，得到当前阶参数的迭代代数式；

针对当前阶参数的迭代代数式，将当前阶参数的取值在迭代区间内以预定步长进行变化，利用每次变化所得到的关于k的代数式对所述第二图像数字信号进行色散校正并进行傅里叶变换处理，对应得到不同校正情况下的OCT图像；

对不同校正情况下的OCT图像进行图像质量比较，将图像质量最佳的OCT图像所对应的参数的取值，确定为当前阶参数的最优值。

可选地，各阶参数所对应的迭代区间和预定步长基于扫描成像对象的类型而确定。

可选地，所述对接收到的OCT光学信号进行预处理的过程，包括：

针对所述OCT光学信号进行光电转换，并对转换后的电信号进行采样和重采样，得到相应的初始数字信号；

对所述初始数字信号进行OCT算法处理，以得到第一图像数字信号，并对所述第一图像数字信号进行希尔伯特变换处理，得到所述第二图像数字信号。

第二方面，

本申请提供一种电子设备，包括：

存储器，其上存储有可执行程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现上述所述方法的步骤。

本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

本申请的技术方案中，对接收到的OCT光学信号进行预处理，得到第二图像数字信号；基于第二图像数字信号，采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值，利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型完成对第二图像数字信号的色散校正；将校正后的信号进行傅里叶变换处理，得到待输出的OCT图像。本申请中，采用预设非线性色散校正模型，并在应用中采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定该非线性色散校正模型中各参数的最优值，进而利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型,一次即可完成对图像数字信号的色散校正，相比现在技术，本申请的色散校正处理方法，可适用于成像深度较深、光谱带宽较宽的情况下的色散校正处理，且计算量小，能够加快成像速度。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请一个实施例提供的用于光相干层析成像的色散校正处理方法的流程示意图；

图2为本申请另一个实施例提供的用于光相干层析成像的色散校正处理方法的程序实现流程示意图；

图3为本申请一个实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

如背景技术中所述，光相干层析成像（Optical Coherence Tomography，简称OCT）是一种新型的层析成像技术，因不接触，无损伤，分辨率高等特点广泛用于医学检查。OCT系统的轴向分辨率是评价系统性能的重要指标，与单波长激光相比，宽带光源的相干度大大降低，使得OCT具有了轴向上微米级的高分辨率。

（1）

表达式（1），a₀代表一个初始相位，a₁代表一阶色散系数，a₂到a_n代表系统的第2阶至第n阶非线性色散系数，

表示修正后的附加相位（由于系统参考臂和样品臂的色散不一致，需要在干涉光谱上引入一个附加的相位，引入的附加相位在光波的中心频率附近展开后进行希尔伯特变换，希尔伯特变换后需要在负数的相位上加上修正值），这里的k表示波数，k₀表示中心波长。

该模型在进行色散校正时，需要以中心波长k₀为中心，中心波长两边的波数k在校正过程中需要向中心波长k₀处靠拢，导致只有在中心波长附近波长范围较窄的情况下，色散曲线才能近似为线性关系，而在波长范围较宽的情况下，色散曲线无法近似为线性关系或中心对称关系，该色散校正模型校正能力不足。

波长不同的光照射向被测样品后，从被测样品中出来的速度不同，导致OCT设备接收到的光形成的光谱被展宽，光照射向被测样品的深度越深，OCT设备接收到的光形成的光谱被展宽的程度越大，该色散校正模型对深处的图像信号的校正越弱，不足以支撑深处图像的良好成像。

综上，现有模型在成像深度较浅且光谱带宽较窄时，带宽范围内色散和波长之间可以近似为线性关系或中心对称关系，当成像深度变深或光谱带宽变宽时，带宽范围内色散和波长之间的近似线性关系便不再存在，其不适用于成像深度较深、光谱带宽较宽的情况下的色散校正；且现有方法在应用实现中，实际是需要分段且多次进行色散校正的，计算量大，系统成像速度慢。

针对于此，本申请提出一种用于光相干层析成像的色散校正处理方法,以解决OCT系统应用中，现有色散校正方法不适用于光谱带宽较宽，成像深度较深的情况，且在校正过程中计算量大，系统成像速度慢的技术问题。

在一实施例中，如图1所示，本申请提出的用于光相干层析成像的色散校正处理方法，包括：

步骤S110、对接收到的OCT光学信号进行预处理，得到第二图像数字信号；

具体的，步骤S110中，针对OCT光学信号进行光电转换，并对转换后的电信号进行采样和重采样，得到相应的初始数字信号；再对初始数字信号进行OCT算法处理（OCT算法的具体原理实现可现于相关公开技术资料，这里不进行展开说明），以得到第一图像数字信号，并对第一图像数字信号进行希尔伯特变换处理（即使信号的频率分量相位推移90°），得到第二图像数字信号。

之后进行步骤S120、基于第二图像数字信号，采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值，利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型完成对第二图像数字信号的色散校正；

这里需要说明是，对于现有技术中色散校正模型（表达式（1）所示），申请人经实践研究发现，公式模型的低阶参数对色散校正的影响大，三阶及三阶以上的高阶参数对色散校正的影响很小；而本申请中采用的非线性色散校正模型的表达式形式如下所示：

θ(k)=ak³+bk²+ck+d （2）

表达式（2）中，θ(k)表示附加相位，a、b、c、d对应表示模型的各阶参数，k表示波数，是关于波长λ的向量，该模型的高阶影响远大于低阶影响。

因此相应的，步骤S120中，基于第二图像数字信号，采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值，并利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型完成对第二图像数字信号的色散校正。

具体的，举例而言，步骤S120中，采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值，包括首先针对三阶参数采用如下的处理步骤：

对于表达式（2）所示的非线性色散校正模型，将阶数低于三阶的参数设定为零，得到三阶参数的迭代代数式，即针对三阶参数a，设定b，c，d为零，由此得到三阶参数的迭代代数式为ak³；

针对三阶参数的迭代代数式，将三阶参数a的取值在迭代区间内以预定步长进行变化，利用每次变化所得到的关于k的代数式对图像信号进行色散校正并进行傅里叶变换处理，对应得到不同校正情况下的OCT图像；

继续前文的举例，例如，三阶参数a的迭代区间为[-1000,1000]，预定步长为0.1，以a₁、a₂…a_n表示每一次三阶参数a的变化，则这里的变化指a₁=-1000，a₂=-999.9…a_n=1000，在不同a取值情况下利用关于k的代数式ak³对第二图像数字信号进行色散校正并进行傅里叶变换处理，即进行相应情况的色散校正及成像处理，进而对应得到不同校正情况下的OCT图像；

再之后，对不同校正情况下的OCT图像进行图像质量比较，将质量最佳的OCT图像所对应的参数的取值，确定为三阶参数a的最优值。

类似的，采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值的过程中，在确定三阶参数的最优值后，还包括针对低于三阶参数的各阶参数，依照阶数降序，对相应阶数参数分别采用如下处理步骤：

对于非线性色散校正模型，将阶数高于当前阶的参数的最优值对应代入模型，并将阶数低于当前阶的参数设定为零，得到当前阶参数的迭代代数式，这里以二阶参数b为当前阶参数的情况为例进行说明，假设前文中确定的三阶参数a的最优值为999，则此时得到当前阶参数的迭代代数式为999k³+bk²；

针对当前阶参数的迭代代数式（如999k³+bk²），将当前阶参数（如b）的取值在迭代区间内以预定步长进行变化，利用每次变化所得到的关于k的代数式对第二图像数字信号进行色散校正并进行傅里叶变换处理，对应得到不同校正情况下的OCT图像；

对不同校正情况下的OCT图像进行图像质量比较，将图像质量最佳的OCT图像所对应的参数的取值，确定为当前阶参数的最优值，例如确定的二阶参数b最优值为109。

如此，针对一阶参数c、零阶参数d，依次采用同样处理步骤，就可确定c、d的最优值。

此外，需要说明的是，上述过程中涉及的图像质量比较，可采用数字图像处理技术中任一种能够实现图像质量比较的方法，比如可采用图像像素单一化浮点值比较法或图像锐度比较法；

例如，在一具体的实施场景中，采用图像像素单一化浮点值比较法，即将进行比较的OCT图像分别进行像素单一化处理，比较像素单一化处理得到的浮点数值大小，将较大浮点数值所对应的OCT图像确定为质量较佳的OCT图像；

再例如，在一具体的实施场景中，采用图像锐度比较法，即针对图像边缘的锐利程度进行比较评价，将进行比较的OCT图像中更清晰的OCT图像确定为质量较佳的OCT图像。

步骤S120中，采用如上方式，可从高阶到低阶分别确认参数a，b，c，d的最优值，进而在利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型完成对第二图像数字信号的色散校正。

回到图1，步骤S120之后，进行步骤S130、将校正后的信号进行傅里叶变换处理，得到待输出的OCT图像。

本申请中，采用预设非线性色散校正模型，并在应用中采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定该非线性色散校正模型中各参数的最优值，进而利用各参数为最优值情况下的非线性色散校正模型,一次即可完成对图像数字信号的色散校正，相比现在技术，计算量小，成像速度快。且经实际实践证明，采用本申请的技术方案，完全适用于成像深度较深、光谱带宽较宽的具体应用情况；采用本申请中的色散校正方法可快速的获得长距离、高深度的高质量OCT图像。

如图2所示，为一实施例中，用于光相干层析成像的色散校正处理方法的程序实现流程示意图，其整体执行实现过程已在前文的实施例进行了相关说明；

这里需额外说明的是，在针对各阶参数的确定过程中，图2中所示的程序实现中，变量ai、bi等指在迭代区间内第i次的取值。

此外，还需说明的是，本申请技术方案中，各阶参数所对应的迭代区间和预定步长一般可基于扫描成像对象的类型而确定，实际中，各参数的迭代区间和预定步长可以完全相同，也可以部分相同；

本申请中，扫描成像对象的类型包括各类可用OCT技术进行扫描成像的对象，举例而言，包括但不限于：人或动物的皮肤、眼部、脑部、心脏等；

并且如图2所示，各阶参数所对应的迭代区间和预定步长还可基于具体情况进行在线设定调整（如图2中设定迭代区间和步长的图例所示）。

具体的，举例而言，在一应用场景中，设定的迭代区间和预定步长情况如下：

三阶参数a所对应的迭代区间为[-1000,1000]，预定步长为0.1；

二阶参数b所对应的迭代区间为[-200,200]，预定步长为0.5；

一阶参数c所对应的迭代区间为[-200,300]，预定步长为1；

零阶参数d所对应的迭代区间为[-500,200]，预定步长为1.5。

图3为本申请一个实施例提供的电子设备的结构示意图，如图3所示，该电子设备400包括：

存储器401，其上存储有可执行程序；

处理器402，用于执行存储器401中的可执行程序，以实现上述方法的步骤。

关于上述实施例中的电子设备400，其处理器402执行存储器401中的程序的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种用于光相干层析成像的色散校正处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的色散校正处理方法，其特征在于，所述非线性色散校正模型的表达式形式如下：

θ(k)=ak³+bk²+ck+d

3.根据权利要求2所述的色散校正处理方法，其特征在于，所述采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值的过程中，包括首先针对三阶参数采用如下的处理步骤；

4.根据权利要求3所述的色散校正处理方法，其特征在于，所述采用迭代比较的方式，从高阶到低阶依次确定预设非线性色散校正模型中各参数的最优值的过程中，在确定三阶参数的最优值后，还包括针对低于三阶参数的各阶参数，依照阶数降序，对相应阶数参数分别采用如下处理步骤：

5.根据权利要求3或4所述的色散校正处理方法，其特征在于，各阶参数所对应的迭代区间和预定步长基于扫描成像对象的类型而确定。

6.根据权利要求1所述的色散校正处理方法，其特征在于，所述对接收到的OCT光学信号进行预处理的过程，包括：

7.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，其上存储有可执行程序；

处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现权利要求1-6中任一项所述的色散校正处理方法的步骤。