CN116802456A - 使用k线性化（KL）和色散校正（DC）来提高光学相干断层扫描（OCT）图像分辨率的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开的各方面涉及在光学系统中执行波数线性化和色散校正的系统、方法和算法，无需进行硬件修改、经验调整和精确的镜对准，并且可以以较低的计算成本实时执行。一次性校准过程可生成光谱或校准标准，包括波数线性化标准、色散校正和光谱平坦化光谱，可用于实时校正光学相干断层扫描图。

Description

使用k线性化(KL)和色散校正(DC)来提高光学相干断层扫描 (OCT)图像分辨率的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求获得2021年2月8日提交的第63/146,904号美国临时专利申请的权益，该临时申请的全部公开内容在此通过引用的方式并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及血管系统成像和数据收集系统和方法的领域。特别是，本公开涉及改进从光学相干断层扫描系统中所获得的图像分辨率的方法。

背景技术

光学相干断层扫描(OCT)是一种成像技术，使用光来捕获微米尺度的组织的横截面图像。OCT可在原位或在样本生物体外部的系统中使用。

OCT图像的轴向分辨率，尤其是在傅立叶域光学相干断层扫描系统中，可能会因色散和非线性波数采样产生的增宽旁瓣伪影而降低。许多OCT系统以非均匀的波数(k)间隔对干涉图案进行采样。这可在信号中引入“啁啾(chirp)”或噪声，这可取决于OCT信号走过的路径长度差。

通过波数线性化(也称为k线性化)控制色散和非线性波数采样是保持OCT图像分辨率的关键步骤。

色散是光学系统的固有特性，可以通过小心地控制光纤和系统中的其他部件来管理。波数线性化提出了更高难度的技术挑战，并且已通过应用数值方法来执行，例如基于来自OCT系统中的镜子的条纹信号的数值重定标方法，或通过外部采样时钟(k时钟)的使用(该外部采样时钟在当前可从雅培血管(Abbott vascular)购买的OPTIS集成系统中使用)。虽然外部k时钟可以尝试线性化波数的非线性采样间隔，但由于k时钟延迟和色散调整不当，系统中波数线性化的精确性有限。由k延迟误差引起的非线性采样会导致轴向分辨率的下降和成像伪影，例如增宽旁瓣。即使精确调整了k延迟，少量的系统色散也会直接降低分辨率。在无色散系统中，可以通过在样品臂中放置镜子并最小化线宽来精确调整k时钟延迟。然而，在色散系统中，由k线性化和色散的结合带来的k延迟调整只能够在特定深度下实现最佳分辨率。此外，即使扫频源OCT引擎进行了光学优化，例如带通滤波器和线缆等的电子设备也会在外部采样时钟中引入意想不到的波数延迟。

已经提出一些算法，以通过计算必须与系统色散解耦的“真实”k线性化光谱来对不适当的k延迟进行数字补偿。然后通过内插“真实”k光谱对条纹数据进行重新采样，以线性化k空间中的采样。系统色散随后通过在快速傅立叶变换(FFT)之前将干涉信号与反色散相位相乘而被补偿。通常来说，计算系统色散相位是一个迭代过程，以基于OCT镜信号的清晰度优化二阶和三阶色散系数。然而，OCT系统之间的色散阶数各不相同。对色散阶数的先验知识的要求可能会限制迭代过程在商用OCT系统中的可行性。

尽管已经提出了算法以生成“真实”重映射表(波数光谱)以补偿k延迟，但这种算法有需要测量系统色散的硬件要求，这使得重映射表难以实现或不切实际，特别是在商用产品中。其他所提出的补偿k延迟偏差和系统色散的方法是计算密集型的，需要长达几十分钟的处理时间，并且需要成像镜位置的精确对准，这使得该方法不可行。最近，提出了一种在色散系统中生成重映射表后推导系统色散并进行补偿的算法。虽然这种方法简单、有效，而且不需要改变硬件设置，但计算出的重映射表精确性不够从而无法在实际的心血管应用中使用，这是因为所报告的校正后的有用成像深度仅为1mm(空气中)。为了在整个成像深度上获得最佳成像性能，本公开的主要关注点之一是提出一种多项式优化过程，以改进“真实”重映射表的正确性，并显示在更深深度上的SNR(信噪比)和分辨率的改进。迄今为止，上述算法在受控的研究环境中有效地补偿了k非线性和系统色散，但它们面临各种挑战，使其无法在商用OCT系统中实现。

发明内容

部分地，本公开涉及一种系统和方法，该系统和方法可同时校正非线性采样和色散的问题，而无需额外的硬件修改、色散阶数的先验知识、精确的镜对准以及与迄今已提出的与其他系统和方法相关的计算成本。

部分地，本公开涉及在各种校准深度下获得OCT系统的校准数据的系统和方法，以及使用波数线性化或k线性化(KL)、色散校正(DC)和光谱平坦化(SF)来优化光谱的校准过程。

所公开技术的各方面是一种无需额外硬件和系统色散的先验知识即可补偿k延迟偏差和系统色散的算法。此外，所公开技术的各方面通过使用其提出的移相过程，不要求镜位置精确地对准在同一位置。

与目前公开的方法中14％和20％的限制相比，所公开的技术的各方面允许增加谱域OCT系统和扫频源OCT系统的有用成像深度。所公开技术的各方面通过在不同深度使用3个或更多镜采样位置(在正成像平面上至少有两个深度)来进行多项式优化过程，以优化k线性化光谱，并在尼奎斯特深度(Nyquist depth)的80％或更深的深度上保持改进的分辨率和SNR。作为一个示例，所公开的技术可以在更高精确下实现超过6mm的成像深度，在诸如检测冠状动脉血管周围(需要多达6毫米的深度)的钙斑块等应用中改进OCT图像分辨率和SNR。

所公开技术的各方面不需要过采样或任何粗化(upscaling)，并且可以在几秒的阶数上实施，从而能够实时使用该产品。此外，计算效率使得所提出的算法能够在使用OCT技术成像的活体样品上实施。

所公开技术的各方面消除了对外部k时钟的需要，以补偿k空间的非线性采样。作为一个示例，所提出的方法通过使用比k时钟频率更快的模拟数字(A/D)卡的1GHz内部采样率，将系统信噪比(SNR)提高3-5分贝(dB)。模拟数字卡更快的内部采样率增加了采样点，可以提高傅里叶变换后的图像对比度，因为系统噪声是非相干平均的，但信号是相干增加的。

所公开技术的各方面能够通过软件或方法的改变来实现在现有商用血管内OCT产品中的使用，以通过补偿k延迟偏差、系统色散和光谱平坦化而提供增强的轴向分辨率，通过使用优化的KLDC光谱和低计算成本而提供扩展的更高分辨率深度。

所公开技术的各方面能够消除k时钟，并能够使用模拟数字(A/D)卡提供的内部采样，从而提高系统SNR和成像深度。这对于未来的高速OCT系统尤为理想，因为这些系统需要更快的采样率以触到来自更深深度的信号。

所公开技术的各方面包括一种处理光学信号以提高光学上获取的图像的分辨率的方法。该方法可以包括对光学系统进行校准，该校准包括(i)由一个或多个处理器获取至少第一镜测量和第二镜测量，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量为干涉图、信号或系统脉冲响应，(ii)由一个或多个处理器获得针对第一镜测量和第二镜测量的振幅和相位，(iii)对第一镜测量和第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(a)在线性波数(k)空间中或(b)线性波长，以生成重新采样的镜测量，以及(iv)使用函数来计算针对重新采样的镜测量的优化拟合。虽然在一些示例中使用了两个镜测量，但在其他示例中可以使用额外的镜测量。例如，校准可以基于3个、4个、数十个、数百个或任何数量的镜测量。

所公开技术的各方面可以包括以下的任何组合，包括一种方法。该方法可以包括对光学系统进行校准，该校准包括(i)由一个或多个处理器获取至少第一镜测量和第二镜测量，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量为干涉图、信号或系统脉冲响应，(ii)由一个或多个处理器获得针对第一镜测量和第二镜测量的振幅和相位，(iii)对第一镜测量和第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(a)在线性波数(k)空间中或(b)线性波长，以生成重新采样的镜测量，以及(iv)使用函数来计算针对重新采样的镜测量的优化拟合。用于重新采样数据的函数可以是多项式函数、三次或其他样条拟合函数、径向基函数或分段函数中的一个。K线性化可以在有k时钟和无k时钟的情况下在镜测量的原始干涉图上执行，并生成重采样干涉图，其中重采样的镜测量是在k空间中的。K线性化函数的优化可以基于阶数为1到n的多项式拟合阶数，其中n为固定整数。多项式拟合阶数使以下各项之和最小化：(i)点扩散函数的面积和/或(ii)针对每个镜测量的半高全宽(FWHM)分辨率，这可以作为本发明的一部分。优化的多项式可基于两个或更多个镜测量而确定。可以计算针对至少一个镜测量的色散光谱或标准，并计算补偿。色散补偿、色散因子或色散标准可通过两个镜位置计算，其中“零延迟线”的任一侧都有一个位置。通过使用从特定镜测量中计算出的包络，可对至少一个镜测量执行光谱平坦化。可以保存在光谱平坦化中计算出的光谱包络。多个镜测量中的每个镜测量可以是系统脉冲响应。可以保存与(i)k线性化(KL)、(ii)色散校正(DC)和(iii)光谱平坦化(SF)相关的校准标准。可接收来自试样的OCT信号或干涉信号。在k线性化后可生成新的条纹或对干涉图进行重新采样，以通过使用KL校准标准对接收到的OCT信号或干涉信号进行线性k插值。可以使用DC校准标准对k线性化的OCT信号或干涉信号执行色散校正。被k线性化后且被色散校正后的OCT信号或干涉信号的包络可以被移除。OCT信号或干涉信号可转换成OCT图像用于在显示器上显示。

所公开技术的各方面包括一种方法。该方法可以包括从OCT信号生成OCT图像，该方法包括获得对应于试样的OCT信号，对OCT信号进行波长(k)线性化以生成k线性化的(KL)OCT信号，对KL OCT信号进行色散校正(DC)以生成KL DC OCT信号，对KLDC OCT信号进行光谱平坦化(sf)以生成最终KLDCsf OCT信号，以及对最终OCT信号执行后处理以生成OCT图像。KL OCT信号、KL DC OCT信号和最终KLDCsf OCT信号基于校准阶段生成的校准标准。OCT信号可以是干涉图。校准标准可以在校准阶段使用至少第一镜测量和第二镜测量生成，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量是干涉图或信号或系统脉冲响应。

所公开技术的各方面包括用于显示成套图像的系统。该系统可以包括用于存储图像数据和对应于对象的时变数据的存储器、与存储器通信的一个或多个处理器。该一个或多个处理器可操作以获取至少第一镜测量和第二镜测量，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量为干涉图、信号或系统脉冲响应；由一个或多个处理器计算针对第一镜测量和第二镜测量的振幅和相位，对第一镜测量和第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(i)在线性波数(k)空间中和(ii)线性波长，以生成重新采样的镜测量，以及使用函数来计算针对重新采样的镜测量的优化拟合。系统可被配置为执行前述任一方法的步骤。

所公开技术的各方面包括用于在样品上执行光学相干断层扫描的系统。该系统可以包括光源、位置可变的参考镜、显示器、用于存储与样品相对应的图像数据的存储器、与存储器通信的一个或多个处理器。一个或多个处理器可操作以在每次启动系统时获取至少一个校准参数，从样品获取信号，将所述至少一个校准参数应用于获取到的信号，校准参数是波长线性化、色散校正或光谱平坦化参数中的至少一个，并从校正后的所获取的信号生成图像。该系统可以进一步包括光学开关和校准镜，被配置成产生校准信号。系统可被配置为执行前述任一方法的步骤。

应当理解，在本文公开的不同方面和实施例可以适当地作为整体或部分集成在一起。因此，在本文公开的每个实施例可以根据给定的实施方式在不同程度上并入每个方面。进一步地，用于解决医疗成像问题和其他相关挑战和问题的各种基于软件的工具以及前述的部分内容可以用于医疗应用和其他应用，用于显示与支架、血管及其二维和三维视图相关的信息，而不受限制。所公开实施例的其他特征和优点将从以下说明和附图中是显而易见的。

尽管本公开涉及不同的方面和示例以及本文所叙述和描绘的其他特征，但可以理解的是，本文所公开的每个方面和示例可以作为整体或部分适当地整合在一起。因此，在此公开的每个实施例可以根据给定的实施方式在不同程度上并入每个方面。此外，本文所述的各种方法和技术可用于各种成像方式。

所公开实施例的其他特征和优点将从以下说明和附图中是显而易见的。

附图说明

图1A示出了根据本公开的各方面的成像和数据收集系统的示意图。

图1B示出了根据本公开的各方面的示例的参考镜的示例性定位。

图1C示出了根据本公开的各方面的成像和数据收集系统的示意图。

图1D是根据本公开的各方面的示例性校准镜的方框图。

图2示出了根据本公开的各方面进行成像和数据收集的示例性计算设备。

图3示出了根据本公开的各方面的方法的流程图。

图4A图示了根据本公开的各方面获得的干涉图的各方面。

图4B图示了系统色散引起的非线性效应的各方面(基于通过KL过程和理想线性化的k光谱所校准的k光谱的曲线)。图4B还示出了通过应用KL过程对未校准的k光谱进行的有效校正。虚线为k线性化过程后计算出的光学相位。

图4C图示了根据本公开的各方面的在有k光谱优化和无k光谱优化的情况下在不同的成像深度下的强度的各方面。

图4D图示了根据本公开的各方面的原始色散相位和色散相位的多项式拟合的各方面。

图4E示出根据本公开的各方面针对校正后的条纹而计算的KLDC校正后的条纹和包络。

图5示出了根据本公开的各方面的方法的流程图。

图6A示出了根据本公开的各方面的原始光学信号和k线性化的光学信号。

图6B示出了根据本公开的各方面的干涉图的放大视图以及由样品臂中的镜反射产生的相应的强度。

图6C示出了根据本公开的各方面的原始条纹和光谱平坦化之前和之后。

图6D示出了根据本公开的各方面中针对k时钟数据、KL数据、KLDC数据和KLDCsf数据的各种深度绘制的全半高全宽(FWHM)的各个方面。

图7示出了根据本公开的各方面的获得强度图像的方法。

图8示出了根据本公开的各方面的改进点扩散函数(PSF)宽度和分辨率图的示例。

图9图示了根据本公开的各方面的在各种成像深度下使用和不使用KLDCsf技术的具有强色散的PSF。

图10图示了根据本公开的各方面的在没有k延迟调整和强色散的情况下的FWHM和信噪比，(具有k时钟数据、KLDCsf数据和具有优化k光谱的KLDCsf数据)。

图11示出了根据本公开的各方面的使用KLDCsf(有优化的k光谱和无优化的k光谱)的强度A线的各方面。“A线”或“轴线”对应于激光器的一个波长扫描，而这又对应于一维线扫描。

图12示出了根据本公开的各方面的在没有k时钟的情况下在时间(波长)上线性采样的数据和使用KLDCsf方法处理的数据的各方面。

图13示出了根据本公开的各方面，在各种成像深度下使用k时钟重新采样的数据和使用有KLDCsf技术的A/D卡内部采样的FWHM的各方面。

具体实施方式

部分地，本公开涉及可以计算k线性化(KL)、色散和光谱平坦化的光谱的校准过程。校准过程可以提供一组校准光谱。通过调整参考臂路径距离，包括原始条纹数据的OCT信号可以分别从正平面和负平面获取(样品臂中带有镜子)。可以基于使用希尔伯特变换过程检索到的相位来计算校准光谱。

部分地，本公开涉及在快速傅里叶变换(FFT)处理之前利用所获得的校准光谱来修改或校正干涉图。校准光谱可用于在波数域中对系统获取的未来条纹数据进行线性化，以改进干涉图。在一些示例中，波数采样可以通过插值(使用校准光谱)来线性化(k线性化)。可以通过应用希尔伯特变换并与k线性化的干涉图的色散光谱相乘来校正色散。

部分地，本公开可进一步涉及：通过使激光源的光谱包络平坦来优化激光带宽从而抑制在光谱扫描期间由非均匀激光强度引起的旁瓣伪影。

部分地，本公开的各方面提供了系统和方法，所述系统和方法通过使用由信号处理步骤校准的光谱来不仅校正k光谱非线性，而且分别校正色散和不对称的激光器扫描强度。本公开允许在跨越整个成像深度内保持优化的光学分辨率。此外，本公开中讨论的算法、方法和系统也可以在没有k时钟的情况下工作，通过使用数字转换器的内部采样率(通常比k时钟的最大频率更快)来提供改进系统SNR的一种选项。

在本公开的一些方面中，OCT成像引擎包括内部参考反射器或校准镜，用于自动接收与OCT成像引擎的质量相对应的信息。参考反射器可以在OCT成像引擎的样品臂的内部，可以被用于接收光学信号，以执行各种诊断过程，从而量化OCT成像引擎的性能。例如，OCT成像引擎可以通过计算系统性能数据来自我评估其性能，这些数据可以包括点扩散函数(PSF)、半高全宽(FWHM)、噪声电平、信噪比和系统动态范围中的一个或多个。参考反射器可通过光学开关与OCT成像引擎的其余部分联接，使OCT成像引擎能够在成像模式和自检模式之间切换。OCT成像引擎可使用系统内部的参考反射器对光学信号进行采样，以生成校准光谱。由于参考反射器是内置的，OCT成像引擎可以自动执行自检和校准，而无需用户输入或首先将外部设备连接到系统。

如本公开中所使用的，以及本领域技术人员所理解的，系统脉冲响应或脉冲响应是对短暂的输入信号(即脉冲)的响应。在光学中，系统脉冲响应可以是从光在样品上的脉冲所获得的响应。在一些示例中，系统脉冲响应可以是从样品臂中的单个镜子获得的反射(如下所述)。在一些示例中，系统脉冲响应由波长扫描激光器获得。

如本公开中使用的，干涉图或干涉图案可以是由波干涉形成的图案，例如，由来自OCT系统的参考臂和样品臂的光波的干涉所形成的图案。干涉图也可被视为时变信号，可使用模拟数字转换器进行转换。

示例性系统

OCT是一种基于导管的成像方式，其利用光窥视冠状动脉壁并生成冠状动脉壁的图像以供研究。利用相干光、干涉测量学和微光学，OCT可在患病血管内以微米级分辨率提供体内断层扫描的视频速率。使用光纤探头以高分辨率观察亚表层结构，使OCT特别适用于内部组织和器官的微创成像。OCT的这种详细程度使用户能够诊断和监测冠状动脉疾病的进展。

患者身体部分的OCT成像为医生和其他人提供了有用的诊断工具。例如，通过血管内OCT对冠状动脉的成像可表明收缩或狭窄的位置。该信息有助于心脏病专家在侵入性冠状动脉搭桥手术和侵入性较小的基于导管的手术(如血管成形术或支架输送术)之间做出选择。尽管支架输送术是一种流行的选择，但也有其相关风险。

图1A图示了根据本公开的各方面的示例性OCT系统100。在一些示例中，OCT系统100是或包含光学干涉仪。本领域技术人员将理解，尽管图1中示出了OCT系统的一种配置，但该系统的变型以及不同的实施方式，例如体内OCT系统，均在本公开的范围内。图1中的箭头表明光或电信号的方向。

光源110可以是能够捕获微米或更小的级别的分辨率的低相干光的来源。光源可以产生可见光波长范围内的光以及超出该波长范围的光。在一些示例中，需要光波长的超宽带输出。在一些示例中，激光器可被用作光源。在其他示例中，发光二极管可被用作光源。在一些示例中，光源110产生的光可以通过准直透镜发送。

来自光源110的光可以被发送至分光器120。分光器120可以是将来自光源110的光束分成两束或更多束的光学装置。由分光器分出的光可以移动到参考镜130和样品140。参考镜130的各方面将在图1B中进一步解释。样品140可以是可执行OCT的有机样品或其他样品。在一些示例中，样品140可以在内部进行研究，例如体内OCT扫描的情况。光可以从参考镜130和样品140通过光路反射，所述光路穿过分光器并将光引导向光电二极管150。光电二极管150可以是半导体或其他装置，它将光转换成电流并实现对光的检测。当光子或光波入射到光电二极管时，电流或其他电信号在光电二极管中产生。光电二极管150可包含多个光学滤波器、透镜或其他部件，以聚焦光线并提高信噪比。在光电二极管150处产生的信号可从模拟信号转换为数字信号，并由数字信号处理器160进行处理。数字信号处理器可以是专门的微处理器或集成芯片，其结构和/或软件针对数字信号处理的操作需求进行了优化。在一些示例中，数字处理器160可以使在光电二极管150产生的信息在191处被k时钟信号处理和采样，并转换成图像以在显示器170上显示。如下所述，数字信号处理器可以通过优化从研究或观察样品140生成的图像来执行下面描述的步骤中的一个或多个。显示器170可以显示与样品140相关的图像。作为非限制性示例，显示器170可以是监视器、OLED屏幕、LCD屏幕、电视、电致发光显示器或量子点显示器。用于特殊对比度或便于显示OCT信息的其他专用屏幕或显示器也可被用作显示器170。

k时钟190也在图1A中被图示。当从k时钟输出到A/D卡的信号的到达时间与从主干涉仪到A/D卡的信号的到达时间不同步时，干涉图不能被正确地采样。不匹配的光纤长度以及光电二极管191和150之后的电子连接(例如带通滤波器或电缆长度)都可以引起同步问题。在一些示例中，只有少量的百分比，例如2-3％的光可以被传输到k时钟。k时钟190可以包括90°相移器、过零检测单元、异或门、或门，或者类似元件的任意组合。

分光器180还可以将光分送到k时钟190和分光器120。在一些示例中，少量光可以通过分光器传输至k时钟。光电二极管191可以类似于光电二极管150，连接至k时钟，并且分析入射到光电二极管191上的光。光电二极管191可以连接到数字信号处理器160。由于光的一部分通过k时钟被传输，该部分光可与入射光或从样品140获得的光分开分析。

本领域技术人员应理解，尽管图1中提及了各种光学部件，但等效部件可被用于或与上述系统100互换。在一些示例中，光纤和相关光学部件(例如光学耦合器)可代替或与本文所述部件结合使用。例如，本领域技术人员可以理解，可使用光学耦合器来实现与图1A相同或等效的设置，而非使用准直透镜和分光器。光可以采取由光纤线确定的路径。使用光纤和光学耦合器可以为商用OCT应用提供更稳固、更简单的光学设置。作为一个示例，分光器180和分光器120可以由光纤光学耦合器组成，该光纤光学耦合器将一根输入光纤分成两根输出光纤，并将输入光分成两条路径。

在一些示例中，可以通过适当的计算系统来链接、控制各种部件并与之通信，例如下文参考图2进一步描述的计算系统200。

图1B图示了参考镜130的各方面。参考镜130可以是具有高反射率和光学特性的镜或其他反射表面，以实现光子的反射。参考镜130可以被包括在OCT系统100的参考臂中。通过与来自样品140的光一起扫描参考臂中的镜子，可以生成干涉图案，OCT图像可从干涉图案重建。如图1B所图示，当镜子放置在样品140处时，参考镜130可以在“零延迟线”的任一侧的不同位置移动。不同的位置，例如位置P1、P2和P3可以将镜子的图像移动到不同的深度像素。位置-P1和P1可以与零延迟线等距或不等距。虽然为了简单起见，仅对-P1和P1至P3进行了图示，但任何顺序和有限数量的位置都可以存在。例如，可以存在附加位置P4，其正像素深度大于位置P3。在一示例中，像素深度可以在从+1024像素到-1024像素的范围。根据k时钟的总采样率或A/D卡的内部采样率，以及FFT前的零填充数据长度，像素深度取决于FFT前使用的像素数量的总量的一半。从像素深度0到像素深度1024的成像深度由公式确定：{(中心波长)²/(2×激光带宽)}×(0.5×OCT条纹的采样点总数)。

在一些示例中，参考镜130的位置可以改变由从样品140返回的光所产生的干涉图案。在其他示例中，参考镜130的位置可被用于生成与光学系统性能相关的信息，并被用于本文所述的方法。在一些示例中，从位置P1和P2生成的信息可被用于计算光谱波长线性化和光谱平坦化光谱，正如参考图6C进一步解释的那样。

图1C可以图示出在样品臂中具有集成镜的OCT系统(系统199)。图1C示出了系统199可类似于系统100，但可以进一步包含额外的校准镜193和光学开关192。光学开关192的一端可以在分光器120之间光学联接并且另一端在样品140与校准镜193之间光学联接。来自校准镜193的信号与可变位置参考镜130相结合，将允许系统在自动或半自动过程中执行KLDCsf方法。在一些示例中，“自我诊断”程序可以在每次系统启动时或在系统的任何部分加入或改变新的光学接头时运行。

图1D是根据一些示例的图1C的校准镜193的方框图。校准镜193可以包括光学连接器205C，将校准镜193连接到开关192。替代性地，校准镜193可以被熔接以连接到开关192。校准镜193可以包括衰减器210C。衰减器210C可以具有预先确定的衰减，例如衰减所反射的信号，使反射的幅度类似于来自样品140的反射。校准镜193可以包括平坦表面215C，用于提供单点反射。光纤的长度可以与样品140的光路长度相同，因此从215C反射的光将与参考臂干涉。单点反射可被称为点扩散函数(PSF)，并且可由DSP 160或OCT成像引擎的其他部件处理，以获得量化OCT成像引擎的信息。

根据一些示例，OCT成像引擎使用参考镜和校准镜接收镜测量。镜测量可以包括干涉图的时变振幅。系统可以使用接收到的测量来检索光信号的相位，以作为采样指数的函数。

图2图示了示例性计算系统200。计算系统200可以包括硬件、软件以及本文进一步描述的其他模块。以下说明旨在提供适于执行本文所述公开的方法的设备硬件和其他操作部件的概述，这些设备硬件和其他操作部件可以是计算系统200的一部分。该说明无意限制适用环境或本公开的范围。同样地，硬件和其它操作部件可以适合作为上述装置的一部分。本公开可以通过其他系统配置来实施，包括个人计算机、多处理器系统、基于微处理器或可编程电子设备、网络PC、微型计算机、大型计算机等系统配置。本公开内容也可在分布式计算环境中实施，在该环境中，任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行，例如在OCT实验室或导管实验室的不同房间中实施。

详细说明的一些部分以计算机存储器中数据位操作的算法和符号表示的方式呈现。计算机和软件相关领域的技术人员可以使用这些算法说明和表示。在一个示例中，算法在这里通常被认为是带来期望结果的自洽的操作序列。作为方法停止或以其他方式在本文中描述的操作是那些需要对物理量进行物理操纵的操作。通常，尽管不一定，这些量采用能够存储、传输、组合、转换、比较和以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。

除非在下面的讨论中特别说明，否则可以理解的是，在整个描述中，使用诸如“处理”或“计算(computing)”“叠加”或“搜索”或“检测”或“测量”或“计算(calculating)”或“比较”“生成”或“确定”或“显示”或布尔逻辑或其它与集合相关的操作或类似操作等术语的讨论，指计算机系统或电子设备的行动和处理，该行动和处理将计算机系统或电子设备的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据操作和转换为电子存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备中类似表示为物理量的其他数据。

在一些示例中，本公开也涉及用于执行本文所述操作的装置。该装置可以是为所需目的而专门构建的，也可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。

本公开的示例性系统可以多种不同形式体现，包括但不限于与处理器(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器或通用计算机)一起使用的计算机程序逻辑、与可编程逻辑设备(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件)一起使用的可编程逻辑、分立部件、集成电路(例如，专用集成电路(ASIC))或包括其任意组合的任何其他装置。在一个示例中，对使用OCT探头和基于处理器的系统所收集的数据的部分或全部处理以计算机程序指令集的形式实施，该指令集被转换为计算机可执行形式，存储在计算机可读介质中，并在操作系统的控制下由微处理器执行。因此，查询响应和输入数据被转换成处理器可理解指令，这些指令适用于生成成像数据、检测管腔边界、检测支架支柱、比较相对于设定的阈值的测量的垂直距离，以及以其它方式执行图像比较、信号处理、管腔检测、支架检测和检测到的支架的比较，以及上述其它特征和示例。

实现本文先前描述功能的全部或部分的计算机程序逻辑可以各种形式体现，包括但不限于源代码形式、计算机可执行形式和各种中间形式(例如，由汇编器、编译器、链接器或定位器生成的形式)。源代码可以包括一系列以各种编程语言(例如目标代码、汇编语言或高级语言，如Fortran、C、C++、JAVA或HTML)中的任何一种实施的计算机程序指令，用于各种操作系统或操作环境。源代码可以定义和使用各种数据结构和通信信息。源代码可以是计算机可执行形式(例如，经由解释器)，或者源代码可以被转换(例如，经由译码器、汇编器或编译器)为计算机可执行形式。

计算机程序可以任何形式(例如源代码形式、计算机可执行形式或中间形式)永久或临时地固定在有形存储介质中，例如半导体存储设备(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM或闪存可编程RAM)、磁存储设备(例如，磁盘或固定硬盘)、光学存储设备(例如，CD-ROM)、PC卡(例如，PCMCIA卡)或其他存储设备。计算机程序可以任何形式固定在信号中，该信号可通过各种通信技术传输到计算机，包括但不限于模拟技术、数字技术、光学技术、无线技术(如蓝牙)、网络技术和互联网技术。计算机程序可以任何形式作为可移动存储介质与随附的印刷或电子文档(例如，拆封软件)一起分配，预装在计算机系统中(例如，在系统ROM或固定硬盘上)，或通过通信系统(例如，互联网或万维网)从服务器或电子公告牌分发。

硬件逻辑(包括与可编程逻辑设备一起使用的可编程逻辑)实施本文之前描述的功能的全部或一部分，可使用传统的手工方法设计，或可使用各种工具以电子方式设计、捕获、模拟或记录，例如计算机辅助设计(CAD)、硬件描述语言(例如，VHDL或AHDL)或PLD编程语言(例如，PALASM、ABEL或CUPL)。

可编程逻辑可以永久地或临时地固定在有形存储介质中，例如半导体存储器设备(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM或闪存可编程RAM)、磁存储设备(例如，软盘或固定磁盘)、光学存储设备(例如，CD-ROM)或其他存储器设备。可编程逻辑可固定在信号中，该信号可通过各种通信技术传输到计算机，包括但不限于模拟技术、数字技术、光学技术、无线技术(如蓝牙)、网络技术和互联网技术。可编程逻辑可作为可移动存储介质与随附的印刷或电子文档(例如，拆封软件)一起分配，预装在计算机系统中(例如，在系统ROM或固定硬盘上)，或通过通信系统(例如，互联网或万维网)从服务器或电子公告牌分发。

下面将更详细地讨论合适的处理模块的各种示例。如本文所用，模块指适用于执行特定数据处理或数据传输任务的软件、硬件或固件。在一些示例中，模块是指软件例程、程序或其他内存驻留应用，适用于接收、转换、路由和处理指令或各种类型的数据，例如OCT扫描数据和其他相关信息。

本文所述的计算机和计算机系统可包括可操作地相关联的计算机可读介质，例如用于存储在获取、处理、存储和/或通信数据时使用的软件应用程序的存储器。可以理解的是，相对于与其操作相关的计算机或计算机系统，这种存储器可以是内部的、外部的、远程的或本地的。

存储器还可以包括用于存储软件或其他指令的任何装置，包括例如但不限于硬盘、光盘、软盘、DVD(数字多功能光盘)、CD(光盘)、存储卡、闪存、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、DRAM(动态随机存取存储器)、PROM(可编程ROM)、EEPROM(扩展可擦除PROM)和/或其他类似的计算机可读介质。

通常而言，与本文所述公开的示例相关联应用的计算机可读存储介质可包括能够存储由可编程设备执行的指令的任何存储介质。在适用的情况下，本文所述的方法步骤可以作为存储在计算机可读存储介质或存储介质上的指令来体现或执行。这些指令可以是以各种编程语言体现的软件，例如C++、C、Java和/或各种其它类型的软件编程语言，这些软件编程语言可用于根据本公开的示例创建指令。

存储介质可以是非瞬时性的或包括非瞬时性设备。因此，非瞬时性存储介质或非瞬时性设备可以包括有形设备，即该设备具有具体的物理形式，尽管该设备可以改变其物理状态。因此，举例来说，非瞬时性指的是尽管状态发生了变化，但设备仍然是有形的。

示例性方法

图3图示了获得一个或多个校准光谱的方法300。校准光谱可用于校准来自样品(例如样品140)的OCT信号，以提高分辨率、信噪比并抑制图像旁瓣伪影。

参考方法300，可以使用以下注释。参考该注释可以推导并理解以下方程。本领域技术人员将理解，可以使用等效和类似的步骤、符号和注释。

k：波数

j：复数域中的虚数单位

KL：k线性化

DC：色散校正

SF：光谱平坦化

n：所用A/D卡的采样指数

I：强度

I_P1(n)：P1位置的强度，n为A/D卡的采样指数变量

z_x：相对于零延迟平面的深度位置x

Px：正平面上的成像位置x，其中x＝1、2、3...等

-Px：负平面上的成像位置x

Φ_x(n)：正平面上x位置所获得的光学相位

Φ_-x(n)：负平面上x位置所获得的光学相位

Φ_disp：光色散相位

Φ_KL(n)：经过k线性化过程后的无色散k光谱

X_d(n)：相位补偿项，用于补偿关于零延迟线的不对称

z_d：FFT后的PSF峰位置，其中d为Px和-Px

s₀：k线性化后的校正条纹

s₁：经过KL和DC过程后的校正条纹

s₂：经过KL、DC和光谱平坦化过程后的校正条纹

s₃：经过KL、DC和光谱平坦化过程后的校正条纹，不使用解析形式以降低计算成本

在方框305，可以获得镜测量。镜测量是当在样品140处放置镜子时从OCT系统100产生的信号。由此产生的测量是由A/D卡从干涉图获取的时变振幅。在此方框中，可以从OCT系统的样品臂中的镜子或参考反射器分别从负成像平面和正成像平面获得OCT信号，OCT信号可以包括原始条纹数据。背景光谱也可以通过移除样品获得。在一些示例中，镜臂任一侧的原始条纹可以在250至300像素的像素深度下获得，相当于1024像素系统中尼奎斯特深度的25％-30％。在其他示例中，可为像素深度选择任意两个随意位置。

在一些示例中，如图1B所示，可以在位置P1至P3处进行测量。如进一步解释的，信息源自于这些测量。在一些示例中，来自P1和-P1位置的测量可用于检索作为采样指数n的函数的相位Φ_P1(n)和Φ_-P1(n)，相应地，并用于计算光谱KL和色散光谱。在P1处得到的条纹用于估计光谱平坦化光谱。在其他示例中，在P1至P3处进行的测量用于基于算法检测出的最佳多项式拟合阶数来优化k光谱。在一些示例中，P1、P2和P3的位置可以基于样品的期望或估计深度来选择，以优化深度范围内的多项式拟合。

参考图4A图示了所获取的信号的各方面。在一些示例中，复信号和该信号的相位可通过在位置P1至P3处获取的测量进行希尔伯特变换计算。

k线性相位也可以通过对条纹进行求平均值来计算，从而从P1和P2位置获得干净的光学相位Φ_P1(n)和Φ_-P1(n)。P1到P3的干涉图用于优化KL光谱的插值性能，并减少或避免来自OCT信号更深处的噪声影响。

换言之，因为已知I_P1(n)∝cos{k(n)z_P1+Φ_disp(n)}和I_-P1(n)∝cos{k(n)z_-P1–Φ_disp(n)}，瞬时光相位Φ_P1(n)和Φ_-P1(n)通过希尔伯特变换来计算，以获得Φ_P1(n)＝k(n)z_P1+Φ_disp(n)和Φ_-P1(n)＝k(n)z_-P1–Φ_disp(n)。在此方框，可以从方框305获得的信号中移除背景。

在方框310，可以基于关系式Φ_KL(n)＝0.5×{Φ_P1(n)+Φ_-P1(n)}计算无色散k光谱(k光谱)Φ_KL(n)。参照图4B(1)进一步解释了该方框的各方面，其中实线表示无色散k光谱，虚线表示理想线性化k光谱。曲线之间的差表示k时钟的非线性，其需要在接下来进行校正。这两条曲线都被用来直接在波数相位域上对原始条纹进行插值，从而得到KL校正后的条纹s₀(n)。此外，为了用未经校准的OPTIS系统来测试算法，以A/D卡的500MHz内部采样率而不是使用k时钟获取OCT信号。图4B(2)示出了经过KL过程后将非线性k光谱校正为线性化k光谱的有效校正。校准结果如图12所示。以前的技术在时域执行插值，但在时域执行插值需要额外的多项式拟合以将k域相位投影回时域(N＝1-2048)，并且精确度对多项式拟合阶数非常敏感。为了节省将插值从k域重映射回时域的额外的多项式拟合的计算成本，可以选择本方法的各方面来直接在波数域中运行k光谱插值。

在一些示例中，参考图4C，整个条纹的系统噪声以及接近尼奎斯特深度时采样误差的增加，很容易造成成像旁瓣伪影，并进一步恶化更深深度的系统分辨率(即更深深度的信号每个条纹周期的采样点更少)。因此，有必要使用多项式拟合函数对无色散k光谱进行优化，并对多项式拟合阶数进行优化。结果参考图4C中的放大窗口455和465，示出了无旁瓣伪影的改进后的PSF。

在方框315，以下任何或所有步骤可用作多项式优化过程的一部分，以寻找KL光谱的最佳多项式阶数：

οKL光谱Φ_KL(n)可在P1或任何其他的镜(P2、P3等)位置通过多项式拟合获得，

ο对于在其他位置(如P2和P3)获取的信号，可应用具有不同多项式拟合阶数的KL重采样。在一些示例中，可以使用0到50阶的多项式，其中0表示不应用拟合的原始K光谱。

ο半高全宽(FWHM)(本方框中称为a1)和点扩散函数(PSF)的总面积(本方框中称为a2)是按每个拟合阶数基于k光谱插值后的PSF轮廓计算得出的。

ο在每个多项式阶数中，每个深度位置P1、P2和P3都可以计算出a1和a2参数。然后将参数a1和a2沿深度取平均值，并分别归一化为0-1。

ο求出具有最小值(a1+a2)的多项式阶数。

ο在前一步中引起最尖锐强度峰的多项式阶数可保存为针对保存的k光谱的优化拟合阶数，并且可以在所有其他深度的整个KL过程中使用，并用于所有其他的OCT信号。图4C和图11中的最下面一行是成像伪影的示例性改进。

在方框320，可以计算色散光谱。首先，使用来自方框310的k光谱对原始条纹进行插值。镜子在位置P1和-P1时的干涉图由以下关系描述I_P1(n)∝cos{k(n)z_P1+Φ_disp(n)}和I_-P1(n)∝＝cos{k(n)z_-P1–Φ_disp(n)}。当镜子位置与零延迟线不等距时，色散相位Φ_disp可通过以下方式实现：

Φ_disp(n)＝0.5×{(Φ_P1(n)+n×X_p1)–(Φ_-P1(n)+n×X_(-P1))}，X_d＝-z_d+0.5×{z_(P1)+z_(-P1)}。

对于每对校准镜，X_d项用于补偿校准镜由于相对于零延迟线的位置不等而产生的相位差。噪声Φ_disp(n)可通过拟合多项式函数而去除或简单地由低通滤波器滤除，如图4D所示。得到的Φ_disp(k)函数可以作为反色散相位被保存，与KL校正条纹s₀(n)的解析形式相减。图6B是应用色散校正后的条纹数据和OCT强度形状的示例性结果。

在方框325，可以通过KLDC校正条纹s₁(n)的包络值计算光谱平坦化(SF)光谱SF(n)。在一些示例中，如图6C所示，光谱平坦化可以通过增加可用带宽而进一步提高轴向分辨率的性能。在一个示例中，可以作为校准步骤计算SF窗，并使用窗函数(即凯塞-贝塞尔窗(Kaiser-Bessel window))将SF窗应用于未来数据以形成解调窗，例如 在一个示例中，使用的包络可以来自信号，所述信号从来自方框305的任一参考镜位置获得。

在一个示例中，光谱平坦化过程的第一步是计算条纹的包络，方法是在对其进行希尔伯特变换后，取KLDC校正后的条纹的绝对值。当在采样臂上放置一面镜子时，就可以进行这一步骤。在计算光谱包络后，光谱包络可以用多项式函数进行拟合，示例见图4E。

在方框330，在步骤310至325中计算的各种光谱可以被保存。在该方框中，可以将各种光谱存储或移动到计算设备200的各个部分。

图4A示出了所获得的输入信号的各个方面。曲线图410示出了从正成像平面获得的输入信号。曲线图420示出了从负成像平面获得的输入信号。曲线图410和曲线图420也可以描述为来自OCT系统的k时钟采样干涉图(原始条纹)的示例。尽管曲线图410和曲线图420代表的是凭经验获得的数据，但是曲线图中的条纹信号的强度可以通过具有以下关系的波数“k”和色散来描述：I_P1(n)∝cos{k(n)z_P1+Φ_disp(n)}和I_-P1(n)∝cos{k(n)z_-P1–Φ_disp(n)}。色散可以用弧度或任何其他角度度量，并代表决定正弦信号振幅调制的光学相位。

参考图4B，示出了曲线图430(图4B(1))和曲线图440(图4B(2))。图4B(1)中的曲线图430是与理想线性化k光谱相比的无色散k光谱。图4B(2)中的曲线图440示出了KL过程后对未校准k光谱的有效校正。在图4B中，虚线可以是k线性化过程后计算出的光学相位。

图4C图示了曲线图450和曲线图460。曲线图450图示了没有k光谱优化的强度。曲线图455突出显示了一个峰，示出了不均匀的旁瓣。曲线图460图示了具有k光谱优化的相同信号。曲线图465突出显示了与曲线图455相同的峰，示出了经过k光谱优化后，旁瓣被抑制并且图形是对称的。

图4D图示了曲线图470，示出了其中保存有多项式拟合Φ_disp(n)的原始色散数据的曲线图。

图4E图示了曲线图480。曲线图480为KLDC校正条纹的示例性数据及其用多项式拟合计算出的包络。计算出的包络可以保存以供以后使用。

图5示出了根据本公开的各方面由图形处理单元(GPU)或现场可编程门阵列(FPGA)执行实时OCT成像的方法500。方法500也可以部分或完全由其他计算设备执行，例如设备200。方法500可以在OCT系统的操作期间使用在先前部分中获得的数据实时执行。

在方框505，可以加载或获得一个或多个光谱。例如，可以从存储器加载参考方法300计算的光谱中的一个或多个，例如k光谱、色散光谱和光谱平坦化光谱。在此方框，每个条纹的背景数据需要通过高通滤波器去除，或者通过阻塞采样臂来获取数据。

在方框510，可对收集到的原始条纹数据进行k线性化(KL)校正。在此方框，可通过保存的k光谱与优化的多项式拟合阶数对条纹数据进行插值。在一些示例中，方框510可以使用k光谱数据，例如参照方法300保存并参照图4B图示的k光谱数据。在该步骤中，加载的k光谱可用于校正通过对所收集的原始条纹数据在波数空间(k空间)执行三次样条插值而获得的原始条纹数据。在波数空间进行三次样条插值可以在进行FFT过程之前将原始条纹从非线性波数域缩放到线性波数域。样条插值是一种分段多项式插值形式，以避免过拟合问题导致尖峰误差。在一些示例中，FPGA或GPU可用于在波数域有效地执行三次样条插值，允许实时执行KL校正，例如在OCT系统的操作期间。原始条纹数据和KLDC校正后的条纹数据如图6B所示。光谱也可以加载到非均匀FFT中，而不涉及数值插值过程。

在方框515，通过使用参照方法300，更具体地说，参照方框320计算的Φ_disp(n)函数，可以对在方框510产生的KL校正条纹数据执行色散校正(DC)。在此方框，执行色散补偿以抵消色散相位，从而校正所获得的OCT信号。由于使用了多项式拟合函数或低通滤波器，因此与原始色散数据相比，可以执行更稳固的校正。

在此方框中，可将条纹数据希尔伯特变换为解析形式，并使用-jΦ_disp(n)的指数函数对色散相位进行补偿，其中j为虚数单位。

在此方框，新的条纹函数可以通过用校正后的条纹数据的实部乘以复值相位来计算：s₁(n)＝取实部{s₀(n)的解析形式×exp[-jΦ_disp(n)]}。

上面提到的实函数是指经过k线性化并转换为复值解析形式的条纹的“真实”部分。

在方框520，可以对在方框515得到的结果执行光谱平坦化。在此方框，可以移除光谱包络。尽管进行了KL和DC校正，但图4E所示的条纹的斜包络仍然会由于受限的带宽而限制轴向分辨率的性能。在此方框中，可以使用在方框320中计算的实值包络。来自校准的光谱包络与窗函数(例如，凯塞窗(Kaiser window))结合，并用作解调窗，以平坦KLDC校正后的条纹。

在一些示例中，在方框520，可以执行以下步骤：

上述光谱包络SF(n)被定义为s₁(n)的包络。

图4B是曲线图430，示出了生成的k光谱和理想的k光谱。曲线图620是原始条纹与根据方法300的各方面的KL校正后的条纹的放大部分。如方法500所述，拟合的光谱可被保存并用于实时成像。曲线图620图示了原始数据和执行K线性化校正的步骤后的校正后的数据。

图6A图示了曲线图620，即作为采样指数的函数的干涉图。曲线图620中图示的是原始条纹信号和KL校正后的条纹信号。

图6B图示了带有应用色散校正前后KL校正条纹信号的差别的曲线图630。加速实时成像过程的简化形式可以写为

上面提到的绝对值函数abs是采用经k线性化后的条纹的“幅度或模量”部分与色散相位相乘。

曲线图640示出了KLDC处理后相对于k时钟线性化的更窄的PSF。

图6C图示了曲线图650中应用光谱平坦化前后的带宽差异的示例。注意底部图表在光谱平坦化后具有更宽的FWHM带宽和更对称的结构。

图6D图示了示例性曲线图660，图示了使用不同方法在不同成像深度下的FWHM。数据获取自OPTISOCT系统，该系统没有经过优化的k延迟，且系统色散较强。曲线图660图示了(i)仅使用k时钟数据的信号，(ii)仅使用KL技术，(iii)使用KL和DC技术，以及(iv)使用KL、DC和SF技术之间在所有成像深度上FWHM的改进。FWHM越小表明OCT图像的轴向分辨率越高。

图7示出了根据本公开的各方面生成包含KLDC各方面的OCT实时成像的方法700。

在方框705，可以从OCT系统的传感器获得条纹数据。作为一个示例，可以使用参考图1描述的系统。另一个示例，可以使用雅培公司的OPTIS系统。

在方框710，可以执行KL、DC和光谱平坦化。在该步骤中，可以参照方法500执行一个或多个步骤。

在方框715，可以进行零填充和窗口化。窗口化是将信号的一部分保持在选定的区间内。在数学上，窗口化等同于应用在所选区间外值为零的窗函数。零填充是在信号末端添加零以延长信号长度的过程。这一过程也可以使快速傅里叶变换更有效地处理所获得的信号。零填充可以增加采样点，使重建信号接近光学分辨率的理论极限。

在方框720，可对获得的数据执行快速傅立叶变换(FFTs)。FFT可以是一种计算离散傅里叶变换或其逆变换的算法。

在方框725，数据转换为对数(log)刻度。在一些示例中，FFT数据可以在转换为对数刻度之前归一化。

在方框730，可以生成强度图像。生成的强度图像可以显示在监视器上。图像数据可以基于在方框725中获得的对数刻度值。

图8代表了OPTIS系统示例，其k延迟调整由标准制造程序设置。图表中示出了KLDCsf(KLDC和光谱平坦化)过程校正了成像旁瓣并在符合规范的商用系统中改进了系统分辨率。

图9图示了在OPTIS系统上KLDCsf的性能，k延迟调整符合规范。PSF轮廓显示出更锐利的光束腰，系统FWHM示出了整个成像深度内的更好的系统分辨率。图9图示了不同成像深度下的强度图表910、920和930，以及使用KLDCsf技术获得的信号的强度和未使用KLDCsf技术的相同信号的强度。

图9也图示了图表940。图表940图示了在x轴上的成像深度，和在y轴上为以微米为单位的FWHM。如图表940所示，与使用k时钟的系统相比，使用KLDCsf技术时，整个成像深度的FWHM始终较窄。

图10图示了与在OPTIS系统上KLDCsf的性能相关的图表1010和1020，其未进行k延迟调整，且色散较强(不在规范范围内)。图表1010和1020还说明了利用优化的k光谱运行KLDCsf获得的最佳分辨率和SNR。图表1010图示了在x轴上的成像深度，和在y轴上为以微米为单位的FWHW。图表1010图示了使用KLDCsf过程的更小的FWHM，以及当KLDCsf过程被应用于已经使用k时钟重新采样的数据时的FWHM的小改进。图表1020图示了y轴上的信噪比(SNR)和x轴上的成像深度，显示出与使用k时钟获得的信号相比，KLDCsf技术有更高的信噪比。

图11图示了通过OPTIS系统在规范范围内运行而从Kapton带卷成像的单线扫描(A线)的曲线图1110。KLDCsf应用在原始数据和使用k时钟在k空间中进行线性化的数据上。曲线图1110图示了在x轴上的像素深度，和在y轴上以分贝为单位的强度。从表示峰的无标记箭头可以看出，使用优化的k光谱的KLDCsf获得的强度峰高于仅在更大深度(≥尼奎斯特成像深度的80％)使用KLDCsf获得的强度峰，从而在深度上获得更好的SNR和系统分辨率。在尼奎斯特深度的80％之前没有明显差异。

图12图示了在不使用k时钟的情况下应用在OPTIS系统的镜信号上的KLDCsf的性能。从曲线图1210可以看出，对信号进行KLDCsf处理后，采样深度处的峰更加尖锐和对称，而镜信号无法用未在k空间中被线性化的数据进行重建。

图13图示了使用其内部k时钟的标准OPTIS系统和未连接k时钟的同一系统(其中使用KLDCsf过程)的分辨率的图表1310。从1310可以看出，不使用k时钟的KLDCsf提高了原始k时钟配置的分辨率。

本发明公开的各方面、实施例、特征和示例应被视为在所有方面是说明性的，并且不打算限制本发明的公开，其范围仅由权利要求书界定。对于本领域的技术人员来说，在不背离本公开的精神和范围的情况下，其他示例、修改方案和使用将是显而易见的。

本申请中标题和章节的使用并不意味着对本公开的限制；每个章节可适用于本公开的任何方面、示例或特征。

在整个申请中，当组合物被描述为具有、包括或包含特定的部件时，或当方法被描述为具有、包括或包含特定的过程步骤时，应考虑到本发明教导的组合物也基本上由所述的部件组成，并且本发明教导的方法也基本上由所述的过程步骤组成。

在本申请中，当元件或部件被说成包括在和/或选自列举的元件或部件的清单中时，应该理解该元件或部件可以是列举的元件或部件中的任何一个，并且可以从由两个或更多个列举的元件或部件组成的组合中选出。此外，应当理解的是，本文所述的组合物、装置或方法的元件和/或特征可以以各种方式组合，而不偏离本发明所教导的精神和范围，无论是明确的还是隐含的。

术语“包括”或“具有”的使用应被普遍理解为开放式和非限制性的，除非另有特别说明。

除非另有特别说明，否则此处使用的单数包括复数(反之亦然)。此外，单数形式“一”和“所述”包括复数形式，除非上下文明确规定了其他形式。此外，当术语“大约”或“基本上”用在量值之前时，除非另有特别说明，否则本发明的教导也包括具体的量值本身。这里使用的术语“大约”和“基本上”指的是数字量的变化，例如，在现实世界中通过测量或处理程序；由于这些程序中的无意误差；由于材料制造过程中的差异/故障，例如复合胶带，由于缺陷；以及被本领域技术人员认为是等同的变型，只要这些变形不涵盖现有技术中所实践的已知值。通常，术语“大约”和“基本上”是指大于或小于所述值或所述值的范围的1/10(例如±10％)。

应该理解的是，只要本发明的教导保持可操作性，步骤的顺序或执行某些动作的顺序是不重要的。此外，两个或更多的步骤或动作可以同时进行。

本申请中标题和章节的使用并不意味着对本公开的限制；每个章节可适用于本公开的任何方面、示例或特征。只有那些使用了“用于……的装置(means for)”字样的权利要求才应根据35USC 112第6段进行解释。如果权利要求中没有对“用于……的装置”的叙述，则此类权利要求不应根据35USC 112进行解释。除非权利要求书中明确包含了说明书中的限制，否则权利要求书中不包含说明书中的限制。

当给出数值或数值范围时，每个数值和给定范围的端点以及两者之间的数值可以增加或减少20％，同时仍保持在本公开的教导内，除非特别提到一些不同的范围。

在提供数值范围或列表的情况下，该范围或数值列表的上限和下限之间的每个间隔的数值都是单独考虑的，并且包含在本公开中，就像每个数值在这里被具体列举一样。此外，在给定范围的上限和下限之间以及包括上限和下限在内的更小的范围也在本公开中被考虑和包含。列举示范性的数值或范围并不意味着放弃在给定范围的上下限之间和包括上下限在内的其他数值或范围。

应当理解，本公开的图和描述已经简化，以说明与清楚理解本公开相关的元素，同时为了清楚起见，去掉了其他元素。然而，本领域技术人员将认识到，这些和其它元素可能是可取的。然而，由于这些元素在本领域中是众所周知的，并且由于它们不利于更好地理解本公开，因此在此不对这些元素进行讨论。应当理解的是，这些图是为了说明目的而提出的，而不是作为结构图而被提出。省略的细节和修改或替代性示例属于本领域技术人员的见识范围。

可以理解的是，在本公开的某些方面，单个部件可以被多个部件替换，多个部件可以被单个部件替换，以提供元件或结构或执行给定的功能或多个功能。除非这种替换对于实施本公开的某些实施例不具有可操作性，否则这种替换被视为在本公开的范围之内。

本文提出的实施例旨在说明本公开的潜在和具体实施方式。可以理解的是，这些示例主要是为了向本领域技术人员说明本公开的目的。在不背离本公开精神的情况下，这些示意图或在此描述的操作可以有变形。例如，在某些情况下，可以以不同的顺序执行或实施方法步骤或操作，或者可以添加、删除或修改操作。

所公开技术的各个方面可以包括任意组合的以下特征：

一种处理光学信号以提高光学获取图像的分辨率的方法包括：对光学系统进行校准，该校准包括：由一个或多个处理器获取至少第一镜测量和第二镜测量，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量为干涉图、信号或系统脉冲响应；由一个或多个处理器获得针对第一镜测量和第二镜测量的振幅和相位；对第一镜测量和第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(i)在线性波数(k)空间中或(ii)线性波长或(iii)线性时间，以生成重新采样的镜测量；以及使用函数来计算针对重新采样的镜测量的优化拟合。任何数量的镜测量都可用于校准。例如，可以获得几个、几十个、几百个或更多的镜测量并用于校准。

用于拟合的函数可以是多项式函数、三次样条拟合函数、径向基函数或分段函数中的一种。该方法可进一步包括对镜测量的原始干涉图执行k线性化，该镜测量使用或不使用k时钟来获得，并生成重新采样的干涉图，其中重新采样的镜测量是在k空间中。

k线性化可以使用插值函数执行，插值函数是k空间中的三次样条插值、三次插值或线性插值中的一种。

该方法可进一步包括通过使用从特定镜测量计算出的包络对至少一个镜测量执行光谱平坦化。

每个镜测量可以是系统脉冲响应。

该方法可进一步包括计算针对至少两个镜测量的色散补偿，并针对色散选择性地补偿。该方法可进一步包括保存在光谱平坦化过程中计算的光谱包络。

根据一些示例，基于至少两个镜测量确定优化的多项式。在一些示例中，可以使用两个以上的镜测量。优化的多项式的优化可以基于多项式拟合阶数1至n，其中n为固定整数。该方法可进一步包括寻找多项式拟合阶数，该多项式拟合阶数使以下内容最小化：(i)点扩散函数的面积，(ii)针对每个镜测量的半高全宽(FWHM)分辨率，或针对每个镜测量的(i)和(ii)的组合。

该方法可进一步包括保存与(i)k线性化(KL)、(ii)色散校正(DC)和(iii)光谱平坦化(SF)相关的校准标准。

该方法可进一步包括接收来自试样的OCT信号或干涉信号。该方法可进一步包括在线性k插值后生成新的条纹或对干涉图重新采样，以通过使用KL校准标准对接收到的OCT信号或干涉信号进行k线性化。该方法可进一步包括使用DC校准标准对k线性化的OCT信号或干涉信号执行色散校正。该方法可进一步包括移除被k线性化且被色散校正后的OCT信号或干涉信号的包络。该方法可进一步包括将OCT信号或干涉信号转换为OCT图像，以在显示器上显示。

一种从OCT信号生成OCT图像的方法可包括：获得对应于试样的OCT信号并加载校准光谱；对OCT信号进行波数线性化(KL)以生成KL OCT信号；对KL OCT信号进行色散校正(DC)以生成KL DC OCT信号；对KLDC OCT信号进行光谱平坦化(sf)以生成最终的KLDCsfOCT信号；并对最终OCT信号进行后处理，以生成OCT图像；其中，用于生成KL OCT信号、KL DCOCT信号和最终KLDCsf OCT信号的校准光谱基于在校准阶段生成的校准标准。

例如，OCT信号可以是干涉图。

校准标准可以在校准阶段使用至少第一镜测量和第二镜测量生成，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量是干涉图或信号或系统脉冲响应。在一些示例中，可以使用两个以上的镜测量。

一种用于显示对象的成套图像的系统包括：用于存储图像数据和与对象相对应的时变数据的存储器；以及与存储器通信的一个或多个处理器，该一个或多个处理器可操作为：通过一个或多个处理器获取至少第一镜测量和第二镜测量，该第一和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量为干涉图、信号或系统脉冲响应；由一个或多个处理器计算针对第一镜测量和第二镜测量的振幅和相位，对第一镜测量和第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(i)在线性波数(k)空间中,(ii)线性波长，和(iii)线性时间，以生成重新采样的镜测量，以及使用函数来计算针对重新采样的镜测量的优化拟合。

系统或计算机可读介质可以被配置为执行上述特征的任意组合。

一种用于对样品执行光学相干断层扫描的系统可包括：光源；位置可变的参考镜；显示器；用于存储与样品相对应的图像数据的存储器；与存储器通信的一个或多个处理器，该一个或多个处理器可操作为：在每次启动系统时从镜测量获得至少一个校准参数；从样品获得信号；将所述至少一个校准参数应用于获得到的信号中，该校准参数是波数线性化、色散校正或光谱平坦化参数中的至少一个；并从校正后的获得到的信号生成图像。

该系统可以进一步包括光学开关和校准镜，被配置成产生校准信号。

一种计算机可读介质可包括能够由一个或多个处理器执行的指令，以执行一种方法，该方法包括：获取第一镜测量和第二镜测量，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量为干涉图、信号或系统脉冲响应；计算针对第一镜测量和第二镜测量的振幅和相位；重新采样第一镜测量和第二镜测量中的至少一个，使其成为以下至少之一：(i)在线性波数(k)空间中，(ii)线性波长，(iii)线性时间，以生成重新采样的镜测量；以及使用函数来计算针对重新采样的镜测量的优化拟合。

一种计算机可读介质可存储能够由一个或多个处理器执行的指令，以执行一种方法，该方法包括：在每次启动系统时获取至少一个校准参数；从样品获取信号；将至少一个校准参数应用于获得的信号，校准参数是波数线性化、色散校正或光谱平坦化参数中的至少一个；并从校正后的获得的信号生成图像。

一种处理光学信号以提高光学获取图像的分辨率的方法可以包括：对光学系统进行校准，该校准包括：由一个或多个处理器获取第一镜测量和第二镜测量，第一镜测量和第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量为干涉图、信号或系统脉冲响应；由一个或多个处理器获得针对第一镜测量和第二镜测量的振幅和相位；计算针对至少一个镜测量的色散补偿，并选择性地针对色散进行补偿；并且使用函数计算针对镜测量的优化拟合。

Claims (20)

1.一种处理光学信号的方法，所述方法包括：

对光学系统进行校准，所述校准包括：

由一个或多个处理器获取至少第一镜测量和第二镜测量，所述第一镜测量和所述第二镜测量从零延迟线的任一侧收集；

由所述一个或多个处理器获得针对所述第一镜测量和所述第二镜测量的振幅和相位；

对所述第一镜测量和所述第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(i)在线性波数(k)空间中或(ii)线性波长或(iii)线性时间，以生成重新采样的镜测量；以及

使用函数来计算针对所述重新采样的镜测量的优化拟合。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述函数是多项式函数、三次样条拟合函数、径向基函数或分段函数中的一个。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括对所述镜测量执行k线性化，所述镜测量使用或不使用k时钟来获得，并生成重新采样的干涉图，其中所述重新采样的镜测量是在k空间中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述k线性化使用插值函数来执行，所述插值函数是k空间中的三次样条插值、三次插值或线性插值中的一个。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过使用从特定镜测量计算出的包络而对至少一个镜测量执行光谱平坦化。

6.根据权利要求1所述的方法，其中每个镜测量是干涉图、信号或系统脉冲响应中的一个。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括计算针对至少两个镜测量的色散补偿，并针对所述色散选择性地补偿。

8.根据权利要求5所述的方法，进一步包括保存在光谱平坦化过程中计算的光谱包络。

9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括寻找使以下的至少一项之和最小化的多项式拟合阶数：(i)点扩散函数的面积或(ii)半高全宽(FWHM)分辨率。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括保存校准标准，所述校准标准与(i)k线性化(KL)、(ii)色散校正(DC)和(iii)光谱平坦化(SF)相关。

11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括接收来自试样的OCT信号或干涉信号。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在线性k插值后生成新条纹或对干涉图重新采样，以通过使用KL校准标准对所接收到的OCT信号或干涉信号进行k线性化。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括使用DC校准标准对k线性化后的OCT信号或干涉信号执行色散校正。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括移除被k线性化且被色散校正后的OCT信号或干涉信号的包络。

15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将所述OCT信号或干涉信号转换为OCT图像，以在显示器上显示。

16.一种系统，包括：

存储器，所述存储器用于存储图像数据和对应于对象的时变数据；

以及一个或多个处理器，所述一个或多个处理器与所述存储器通信，所述一个或多个处理器可操作为：

由一个或多个处理器获取至少第一镜测量和第二镜测量，所述第一镜测量和所述第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量是干涉图、信号或系统脉冲响应；

由所述一个或多个处理器计算针对所述第一镜测量和所述第二镜测量的振幅和相位；

对所述第一镜测量和所述第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(i)在线性波数(k)空间中，(ii)线性波长，或(iii)线性时间，以生成重新采样的镜测量；以及

使用函数来计算针对所述重新采样的镜测量的优化拟合。

17.根据权利要求16所述的系统，其中用于拟合的所述函数是多项式函数、三次样条拟合函数、径向基函数或分段函数中的一个。

18.根据权利要求16所述的系统，其中所述一个或多个处理器进一步可操作为对原始干涉图镜测量执行k线性化，所述镜测量使用或不使用k时钟来获得，并生成重新采样的干涉图，其中所述重新采样的镜测量是在k空间中。

19.根据权利要求16所述的系统，其中所述一个或多个处理器进一步可操作为，通过使用从特定镜测量计算出的包络而对至少一个镜测量执行光谱平坦化。

20.一种计算机可读介质，包括能够由一个或多个处理器执行以执行方法的指令，该方法包括：

获取至少第一镜测量和第二镜测量，所述第一镜测量和所述第二镜测量从零延迟线的任一侧收集，每个镜测量是干涉图、信号或系统脉冲响应；

计算针对所述第一镜测量和所述第二镜测量的振幅和相位；

对所述第一镜测量和所述第二镜测量中的至少一个重新采样，使其成为以下至少之一：(i)在线性波数(k)空间中，(ii)线性波长，或(iii)线性时间，以生成重新采样的镜测量；以及

使用函数来计算针对所述重新采样的镜测量的优化拟合。