CN116930095A - 一种基于fdml的超快速扫描的mm-oct系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物信息探测技术领域，本发明提供一种基于FDML的超快速扫描的MM‑OCT系统，包括有：信号发射单元，用于发射检测信号光束；磁场产生单元，用于对样本区域产生磁场；信号探测单元，用于对样本信号进行激发和探测；信号接收单元，所述信号接收单元能够对样本的探测信号进行收集。本发明通过在基于FDML的超快速扫描的OCT成像系统内添加磁场产生单元，形成可变可控的磁场，使得样本组织内的颗粒能够在磁场的作用下进行运动，从而精确捕捉磁性颗粒物的运动位置和状态，并且通过受力物体在软物质中运动状态的数学和物理模型测量组织的粘弹性，大幅度提升测量的精准性。
Description
技术领域
本发明涉及生物信息探测技术领域，尤其涉及一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统。
背景技术
OCT技术又被称为光学相干断层扫描技术，随着科技不断进步，OCT技术在近年迅速发展，OCT技术作为一种新型层析成像技术，尤其在对生物组织活体检测和成像方面具有较大的发展前景。使用FDML激光发射器产生的超快速线性扫描的探测光束，对样本进行快速扫描，可构建超高速A扫描的OCT系统。在研究生物组织弹性的实验中，通常会使用某一探测方法对组织中磁性物质在外界磁场作用下的运动状态进行探测，通过对磁性物质进行动态捕捉，从而提取运动信号，计算组织粘弹性，并进行成像，虽然现有技术能够有效探测到磁性物质的运动状态，但是由于A扫描速度的不足，其对血液、心室等流速较高液体中磁性物质的运动状态测量缺乏动态捕获的精确性，使得粘弹性的计算与测量出现较大误差。
基于此，针对上述问题现在研发一种基于FDML的超快速扫描的能够产生交变磁场，大幅度提高磁性物质捕捉精准性的MM-OCT系统。
发明内容
为了克服现有技术对流速较高液体中磁性物质的运动状态测量精确性不足，使得组织粘弹性的计算出现误差的缺点，本发明提供一种基于FDML的超快速扫描的能够产生交变磁场，大幅度提高磁性物质捕捉精准性的MM-OCT系统。
本发明的技术方案是：一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，包括有：
信号发射单元，所述信号发射单元能够对样本发射检测信号光束；
磁场产生单元，所述磁场产生单元能够在样本区域内产生磁场；
信号探测单元，所述信号探测单元能够对样本信号进行激发和探测；
信号接收单元，所述信号接收单元能够对样本的探测信号进行收集；
信号提取单元，所述信号提取单元能够对探测信号内的信息进行提取计算。
进一步的，样本实验步骤如下：
步骤1：搭建FDML超快速扫描OCT系统，通过设置所述信号发射单元、所述信号探测单元对样本组织进行扫描处理；
步骤2：在样本探测区域下方放置所述磁场产生单元，通电后在样本区域内产生磁场；
步骤3：将含有磁性纳米颗粒的样本放置在探测区域内静置，并使用所述信号发射单元对样本进行扫描探测；
步骤4：样本内的颗粒受到磁场影响后会产生振动和位移，从而在探测的OCT成像信号内产生相位振动和漂移信号；
步骤5：通过所述信号提取单元对相位振动和漂移信号进行提取，之后将信号强度映射进图像像素内，实现对磁性物质分布的探测；
步骤6：最后通过相位振动和漂移信号特征，分析出磁性材料所处环境的粘弹性，并将性质参数通过伪彩映射到相应磁性物质所在图像像素内。
进一步的，将信号强度映射进图像像素内的转换公式如下：
其中，x(m)表示输入信号参数，ω(n-m)表示窗函数在时间上翻转n个样本偏移量，X(n,ω)中的n和ω分别表示时间和频率。
进一步的，所述信号发射单元包括有：高线性度FDML激光发射器，所述高线性度FDML激光发射器用于产生对样本进行探测的探测光束；准直器、环形器，所述准直器用于将光束平行射出，并导向所述环形器，所述环形器用于将探测光束导入所述信号探测单元，并将探测信号导入所述信号接收单元。
进一步的，所述信号探测单元包括有：分光器，所述分光器能够将光束分为两束，分别为：用于探测样本的第一光束和作为参考光束的第二光束；透镜，所述透镜能够将第一光束聚焦在样本探测区域，并进行空间扫描及探测；减光镜，所述减光镜用于衰减第二光束光强，使之与反射回来的第一光束光强相近；反射镜，所述反射镜能够将第二光束反射回分光器中，与反射回来的第一光束相遇并发生干涉。
进一步的，所述磁场产生单元包括有：螺线管，所述螺线管能够通电在样本探测放置区域产生磁场，使得磁性颗粒物能够在磁场作用下进行精准受力并运动。
进一步的，所述信号接收单元包括有：耦合器，所述耦合器用于接收环形器发出的信号并将其导入；探测器，所述探测器用于将光信号转化为电信号。
进一步的，所述信号提取单元包括有：数据采集卡，所述数据采集卡用于采集所述探测器测得的电信号，并将其输入内存，以便信号处理及提取；在信号处理过程中，使用数字滤波器滤除扫描频率之外的信号，减少信号噪音，提升信号质量，使用傅里叶转化将探测信号从时域信号转换为频域信号，并对各个频点的相位信息进行提取。
在其中的一个实施例中，粘弹性的计算公式如下：
其中，ωn表示振动频率，E代表弹性系数，ρ代表组织密度，g代表组织的几何系数，λn代表共振时的驻波波长，n代表纵模数。
本发明具有如下优点：本发明通过在超快速扫描的FMDL OCT成像系统内添加磁场产生单元，形成可变可控的磁场，使得样本组织内的颗粒能够在磁场的作用下进行运动，从而精确捕捉磁性颗粒物的运动位置和状态，并且通过受力物体在软物质中运动状态的数学和物理模型测量组织的粘弹性；由于超高的A扫描速度，组织粘弹性测量的精准度获得了大幅度的提升。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
图2为本发明信号发射单元和磁场产生单元的工作流程图。
图3为本发明信号探测单元和信号提取单元的工作流程图。
图4为本发明的结构方框图。
具体实施方式
在本文中提及实施例意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，包括有信号发射单元、磁场产生单元、信号探测单元、信号接收单元和信号提取单元，信号发射单元能够对样本发射检测信号光束，磁场产生单元能够在样本区域内产生磁场，信号探测单元能够对样本信号进行激发和探测，信号接收单元能够对样本的探测信号进行收集，信号提取单元能够对探测信号内的信息进行提取计算。
在其中一个实施例中，一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统样本实验步骤如下：
步骤1：搭建FDML超快速扫描OCT系统，通过设置所述信号发射单元、所述信号探测单元对样本组织进行扫描处理；
步骤2：在样本探测区域下方放置所述磁场产生单元，通电后在样本区域内产生磁场；
步骤3：将含有磁性纳米颗粒的样本放置在探测区域内静置，并使用所述信号发射单元对样本进行扫描探测；
步骤4：样本内的颗粒受到磁场影响后会产生振动和位移，从而在探测的OCT成像信号内产生相位振动和漂移信号；
步骤5：通过所述信号提取单元对相位振动和漂移信号进行提取，之后将信号强度映射进图像像素内，实现对磁性物质分布的探测；
步骤6：最后通过相位振动和漂移信号特征，分析出磁性材料所处环境的粘弹性，并将性质参数通过伪彩映射到相应磁性物质所在图像像素内。
在其中一个实施例中，一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统中将信号强度映射进图像像素内的转换公式如下：
其中，x(m)表示输入信号参数，ω(n-m)表示窗函数在时间上翻转n个样本偏移量，X(n,ω)中的n和ω分别表示时间和频率。
在其中一个实施例中，信号发射单元包括有高线性度FDML激光发射器、准直器和环形器，高线性度FDML激光发射器用于产生对样本进行探测的探测光束，准直器用于将光束平行射出，并导向环形器，环形器用于将探测光束导入信号探测单元，并将探测信号导入信号接收单元。
在其中一个实施例中，信号探测单元包括有分光器、透镜、减光镜和反射镜，分光器能够将光束分为两束，分别为：用于探测样本的第一光束和作为参考光束的第二光束，透镜能够将第一光束聚焦在样本探测区域，并进行空间扫描及探测，减光镜用于衰减第二光束光强，使之与反射回来的第一光束光强相近，反射镜能够将第二光束反射回分光器中，与反射回来的第一光束相遇并发生干涉。
在其中一个实施例中，磁场产生单元包括有螺线管，螺线管能够通电在样本探测放置区域产生磁场，使得磁性颗粒物能够在磁场作用下进行精准受力并运动。
在其中一个实施例中，信号接收单元包括有耦合器和探测器，耦合器用于接收环形器发出的信号并将其导入探测器中，探测器用于将光信号转化为电信号。
在其中一个实施例中，信号提取单元包括有数据采集卡，数据采集卡用于采集探测器测得的电信号，并将其输入内存，以便信号处理及提取；在信号处理过程中，使用数字滤波器滤除扫描频率之外的信号，减少信号噪音，提升信号质量，使用傅里叶转化将探测信号从时域信号转换为频域信号，并对各个频点的相位信息进行提取。
在其中一个实施例中，粘弹性的计算公式如下：
其中，ωn表示振动频率，E代表弹性系数，ρ代表组织密度，g代表组织的几何系数，λn代表共振时的驻波波长，n代表纵模数。
需要说明的是，完成FDML超快速扫描OCT系统构建后，将需要检测的样本放置在样本探测放置区域，之后为螺线管接通交流电，螺线管通电会在样本探测放置区域产生交变磁场，磁场产生后，使得样本内的磁性纳米颗粒受到磁场的影响开始进行运动，需要特别说明的是，磁场会导致磁性颗粒在组织内进行移动，而非血液流动带动颗粒运动，当磁性颗粒开始移动时，会在OCT信号中产生相位振动信号，高线性度FDML激光发射器产生的线性探测光束会通过透镜的限位，对样本进行快速扫描，从而捕捉磁性颗粒的运动状态以及特性，产生线性探测信号，线性探测信号和相位振动信号通过环形器接收并传导至耦合器内进行整合，通过探测器对信号进行捕捉接收，再传递给数字滤波器，数字滤波器能够减少信号内的噪音，使得OCT成像更加清晰，同时数字滤波器能够提取磁性纳米颗粒产生的振动频率，并通过将磁性纳米颗粒的信号强度映射转换进图像像素内，实现对磁性纳米颗粒分布位置的探测，由于在特定频率以及交变磁场的作用下，磁性纳米颗粒会与样本组织发生机械共振，可以根据分布情况以及磁性纳米颗粒的运动状态，通过对组织环境的粘弹性进行计算，综上所述，通过在基于FDML的OCT成像系统内添加磁场产生单元，形成可变可控的磁场，使得样本组织内的颗粒能够在磁场的作用下进行运动，从而精确捕捉磁性颗粒物的运动位置和状态，并且通过受力物体在软物质中运动状态的数学和物理模型测量组织的粘弹性，大幅度提升测量的精准性。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (9)
1.一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，其特征在于，包括有：
信号发射单元，所述信号发射单元能够对样本发射检测信号光束；
磁场产生单元，所述磁场产生单元能够在样本区域内产生磁场；
信号探测单元，所述信号探测单元能够对样本信号进行激发和探测；
信号接收单元，所述信号接收单元能够对样本的探测信号进行收集；
信号提取单元，所述信号提取单元能够对探测信号内的信息进行提取计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，其特征在于，样本实验步骤如下：
步骤1：搭建FDML超快速扫描OCT系统，通过设置所述信号发射单元、所述信号探测单元对样本组织进行扫描处理；
步骤2：在样本探测区域下方放置所述磁场产生单元，通电后在样本区域内产生磁场；
步骤3：将含有磁性纳米颗粒的样本放置在探测区域内静置，并使用所述信号发射单元对样本进行扫描探测；
步骤4：样本内的颗粒受到磁场影响后会产生振动和位移，从而在探测的OCT成像信号内产生相位振动和漂移信号；
步骤5：通过所述信号提取单元对相位振动和漂移信号进行提取，之后将信号强度映射进图像像素内，实现对磁性物质分布的探测；
步骤6：最后通过相位振动和漂移信号特征，分析出磁性材料所处环境的粘弹性，并将性质参数通过伪彩映射到相应磁性物质所在图像像素内。
3.根据权利要求2所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，其特征在于，将信号强度映射进图像像素内的转换公式如下：
其中，x(m)表示输入信号参数，ω(n-m)表示窗函数在时间上翻转n个样本偏移量，X(n,ω)中的n和ω分别表示时间和频率。
4.根据权利要求1所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，所述信号发射单元包括有：高线性度FDML激光发射器，所述高线性度FDML激光发射器用于产生对样本进行探测的探测光束；准直器、环形器，所述准直器用于将光束平行射出，并导向所述环形器，所述环形器用于将探测光束导入所述信号探测单元，并将探测信号导入所述信号接收单元。
5.根据权利要求1所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，所述信号探测单元包括有：分光器，所述分光器能够将光束分为两束，分别为：用于探测样本的第一光束和作为参考光束的第二光束；透镜，所述透镜能够将第一光束聚焦在样本探测区域，并进行空间扫描及探测；减光镜，所述减光镜用于衰减第二光束光强，使之与反射回来的第一光束光强相近；反射镜，所述反射镜能够将第二光束反射回分光器中，与反射回来的第一光束相遇并发生干涉。
6.根据权利要求1所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，所述磁场产生单元包括有：螺线管，所述螺线管能够通电在样本探测放置区域产生磁场，使得磁性颗粒物能够在磁场作用下进行精准受力并运动。
7.根据权利要求1所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，所述信号接收单元包括有：耦合器，所述耦合器用于接收环形器发出的信号并将其导入；探测器，所述探测器用于将光信号转化为电信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，所述信号提取单元包括有：数据采集卡，所述数据采集卡用于采集所述探测器测得的电信号，并将其输入内存，以便信号处理及提取；在信号处理过程中，使用数字滤波器滤除扫描频率之外的信号，减少信号噪音，提升信号质量，使用傅里叶转化将探测信号从时域信号转换为频域信号，并对各个频点的相位信息进行提取。
9.根据权利要求1所述的一种基于FDML的超快速扫描的MM-OCT系统，其特征在于，粘弹性的计算公式如下：
其中，ωn表示振动频率，E代表弹性系数，ρ代表组织密度，g代表组织的几何系数，λn代表共振时的驻波波长，n代表纵模数。
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