CN206355025U - 一种多角度复合的血流成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多角度复合的血流成像系统。系统包括OCT光学相干层析装置、OCT扫描装置和多角度独立成像装置。利用本实用新型所涉及的系统能获取多角度复合的血流图像，能提高了动态血流信号与静态组织的运动对比度，降低了系统噪声，提高了信噪比。

Description

一种多角度复合的血流成像系统

技术领域

本实用新型大体涉及生物医学成像领域，且更具体地涉及了一种多角度复合的血流成像系统。

技术背景

相比于目前的生物医学成像手段，OCT成像技术具有无标记、非接触性、非侵害性、实时性、高灵敏度以及高分辨率等优点。这些优势特征使得OCT在近十多年中发展迅猛，并已经被临床医学广泛接受。OCT系统主要通过探测由于生物样品光学不均匀性所导致的后向散射光光强的变化来获得样品的折射率信息，进而重构样品的光学结构图像。然而在疾病的早期阶段，正常与病变的生物组织间的散射特性的区别很小，以至于难以被检测和判别，因此，这种结构型OCT系统在临床应用上存在许多局限性，并由此催生了许多的功能型OCT系统。功能型OCT系统所展示的各种不同生理信息的对比机制，大大拓展了OCT的使用范围和应用领域。光学微血管造影(OCT Angiography,OCT-A)技术作为一种能够实时地从静态组织背景中高精度提取血流信号的新型技术，能够非侵入性地并实时地监测血管的状态，对与血管相关联的疾病的早期诊断有着重大意义。该技术在被实用新型以来得到了很快发展，并在眼底血管成像和脑皮层血管成像的研究中得到了应用。

OCT-A信号的时间统计特性表明：组织样品在空间域中某一点处的OCT复数值信号，可表示为OCT相干门内的多个独立微小散射粒子后向散射光的贡献之和，即多个微小独立相幅矢量的复数叠加。对于动态的血流区域，这种运动的血红细胞是独立微小散射体，由于红细胞流动随时间流动，其光学散射信号在时间上是变化的，信号幅度分布特征视为大量随机相幅矢量和的时间统计特性，并服从瑞利分布；对于静态组织区域其信号可视为同一散射体的固定散射信号与随机系统噪声的叠加，并且信号的幅度值服从高斯分布。

然而，在光学微血管造影的过程中，普遍会受到多种系统噪声的影响，光学微血管造影的成像质量因此会产生大幅下降。由于将独立信号进行复合，如求平均，能够使信号更加接近真值，降低噪声分布的方差，故为了能够提高运动的血流与静态组织背景的对比度，在实际应用中，通常采用重复扫描的方式，即在样品的同一断层面位置进行重复采样，获得不同时刻的独立的信号。 这些时间维度上独立的信号经过复合之后，可改善图像的信噪比，提高血流对比度。然而重复的时间采样影响了系统的成像速度，尤其在宽场成像中，由于系统的扫描速率有限，大量重复的时间采样极大地增加了大视场的成像时间。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种多角度复合的血流成像系统。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一OCT光学相干层析装置，用于对组织样本进行OCT探测和成像；

一OCT扫描装置，用于在T个不同时间点对组织样本进行OCT探测；

一多角度独立成像装置，用于从N个角度区域对组织样本进行OCT探测。

所述的多角度独立成像装置包括光程编码与解码装置。

本实用新型的有益效果和创新点如下：

对比已有技术，本实用新型获得的血流成像子图具有高信噪比和运动对比度的OCT血流图像，大大提高了的OCT-A的运动对比度，降低了系统噪声。

附图说明

图1为本实用新型系统的示意图；

图2为本实用新型多角度探测原理的示意图；

图3为本实用新型示例性实施例的装置示意图；

图4为本实用新型示例性实施例的活体鼠脑血流成像实验结果图。

其中：11-入射光束；12-扫描镜；13-光程延迟；14-物镜；15-待测样品；21-OCT扫描装置；22-多角度独立成像装置；23-OCT光学相干层析装置；31-扫频光源；32-20:80光纤耦合器；33-第一光环形器；34-参考臂准直镜；35-参考臂聚焦透镜；36-参考臂平面镜；37-偏振控制器；38-50:50光纤耦合器；39-平衡探测器；40-第二光环形器；41-样品臂准直透镜；42-光学延迟片；43-扫描振镜；44-样品臂聚焦透镜，45-待测样品。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，附图形成本文的一部分。需要注意的是，这些说明及示例仅仅为示例性的，不能被理解为限制了本实用新型的范围，本实用新型的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本实用新型权利要求基础上的改动都是本实用新型的保护范围。

为了便于理解本实用新型的实施例，将各操作描述成多个离散的操作，但是，描述的顺序不代表实施操作的顺序。

本实用新型系统如图2所示，OCT样品臂中的入射光束11经过扫描镜12反射后，经过物镜14汇聚到待测样品15上。由于光束具有一定的宽度，当通过扫描透镜14会聚时，距离光束轴心宽度的光束以不同的入射角度照射到待测样品上，同时样品反射或散射回的探测光也以不同空间方向的角度经过扫描透镜14后成为平行光束。根据这样的不同角度的光束特性，为了区分不同的角度区域，通过对光束引入不同光程延迟13，使得样品光束由于经过的路径不一样(即对应不同的角度区域)，对应的干涉程差也不一样，从而对探测到的OCT信号经过OCT信号分析编码。

本实用新型系统如图1所示。该装置的主体是OCT光学相干层析成像装置23。在OCT装置的样品臂探测部分，有一OCT扫描装置21。该扫描装置可以根据需要设定合适的扫描方式，结合OCT成像机理可实现对样品三维成像。这里所使用的扫描装置，能够在不同的时间点对组织进行OCT探测；还有一种多角度独立成像装置22，该装置可以区分样品臂光束不同的角度区域。对于每个角度区域，通过OCT探测可以独立获取该角度区域探测到的信号。

本实用新型的实施例如下：

具体实施的系统如图3所示，包括扫频光源31、20:80光纤耦合器32、第一光环形器33、参考臂准直镜34、参考臂聚焦透镜35、参考臂平面镜36、偏振控制器37、50:50光纤耦合器38、平衡探测器39、第二光环形器40、样品臂准直透镜41、光学延迟片42、扫描振镜43、样品臂聚焦透镜44和待测样品45；其中扫描振镜43作为OCT扫描装置21，光学延迟片42和样品臂聚焦透镜44构成了多角度独立成像装置22，其余的扫频光源31、20:80光纤耦合器32、第一光环形器33、参考臂准直镜34、参考臂聚焦透镜35、参考臂平面镜36、偏振控制器37、50:50光纤耦合器38、平衡探测器39、第二光环形器40和样品臂准直透镜41均构成了OCT光学相干层析装置23。

扫频光源31采用中心波长为1300nm，带宽为100nm的波长可调谐垂直腔表面发射激光器，工作时的线扫频率为100kHz；光学延迟片41采用BK7材质的玻璃片，厚度为3.1mm；整套系统的总的成像范围为12mm。本示例性实施例中所使用的装置里，扫频光源31与20:80耦合器32的一侧的一端连接；20:80耦合器32另一侧一端与样品臂准直镜41的入射端连接，样品臂扫描振镜43位于样品臂准直镜41的出射光路上，光学延迟片42位于样品臂准直镜41和扫描振镜43之间，并覆盖了一半的空间光路，样品臂聚焦透镜44位于扫描振镜43反射光路上，待测样品45位于样品臂聚焦透镜44的焦深范围内。20:80耦合器32另一侧的另一端与参考臂准直镜34的入射端连接，参考臂聚焦透镜 35位于参考臂准直镜34的出射光路上，参考臂平面镜36位于参考臂准直镜35的焦面；偏振控制器37的一端与参考臂的出射光路相连，另一端连在50:50耦合器38的一侧的一个端口，其另一个端口与样品臂的出射光路相连接，50:50耦合器38的另一侧与探测臂平衡探测器39的两个端口相连。扫频光源31的时钟信号、触发信号被采集，扫频光源31发出的变频光通过20:80光纤耦合器32，宽带光纤耦合器32的20端的光经过光环形器33，进入参考臂准直镜34，经过参考臂聚焦透镜35到达参考臂平面镜36，然后沿原光路返回并进入光环形器33，通过偏振控制器37，进入到50:50光纤耦合器38；20:80光纤耦合器32的80端口的光经过光环形器40后，进入样品臂准直镜41形成平行光，空间光路中部分光通过光学延迟片42、部分光不通过光学延迟片42，经过扫描振镜43和样品臂聚焦透镜44后，投射在待测样品45上，其后向散射光部分沿原光路返回、部分改变光路，并通过光纤环形器40进入50:50耦合器38与参考臂返回的样品光汇合后形成干涉信号，通过宽带光纤耦合器的另两端进入平衡探测器39进行探测，结合光源的时钟和触发信号，经采集得到干涉光谱信号。

图4(a)和(b)分别示出了利用无角度复合的传统法和本实用新型提出的角度复合法得到的鼠脑三维微血管造影的最大强度投影图。从图中可以看出：经过角度复合之后的血流图像中的血管及血管脉络相比于组织背景显得更加清楚，血管之间的连接度更清晰。

上述实验对比结果充分说明：利用本实用新型所涉及的角度复合的血流成像方法获得的血流图像，血流对比度得到了提高，本实用新型具有其突出显著的技术效果。

Claims (3)

1.一种多角度复合的血流成像系统，其特征在于包括：

一OCT光学相干层析装置，用于对组织样本进行OCT探测和成像；

一OCT扫描装置，用于在T个不同时间点对组织样本进行OCT探测；

一多角度独立成像装置，用于从N个角度区域对组织样本进行OCT探测；

OCT光学相干层析装置分别与OCT扫描装置、多角度独立成像装置连接，

所述系统具体包括扫频光源(31)、20:80光纤耦合器(32)、第一光环形器(33)、参考臂准直镜(34)、参考臂聚焦透镜(35)、参考臂平面镜(36)、偏振控制器(37)、50:50光纤耦合器(38)、平衡探测器(39)、第二光环形器(40)、样品臂准直镜(41)、光学延迟片(42)、扫描振镜(43)和样品臂聚焦透镜(44)；

其中扫描振镜(43)作为OCT扫描装置(21)，光学延迟片(42)和样品臂聚焦透镜(44)构成了多角度独立成像装置(22)，扫频光源(31)、20:80光纤耦合器(32)、第一光环形器(33)、参考臂准直镜(34)、参考臂聚焦透镜(35)、参考臂平面镜(36)、偏振控制器(37)、50:50光纤耦合器(38)、平衡探测器(39)、第二光环形器(40)和样品臂准直镜(41)均构成了OCT光学相干层析装置(23)；

扫频光源(31)与20:80耦合器(32)的输入端连接，20:80耦合器(32)其中一输出端经第二光环形器(40)后分别连接到50:50光纤耦合器(38)其中一输入端和样品臂准直镜(41)输入端，50:50光纤耦合器(38)的两个输出端分别与探测臂平衡探测器(39)的两个端口相连；样品臂扫描振镜(43)位于样品臂准直镜(41)的出射光路上，光学延迟片(42)位于样品臂准直镜(41)和扫描振镜(43)之间并覆盖了一半的空间光路，样品臂聚焦透镜(44)位于扫描振镜(43)反射光路上，待测样品(45)位于样品臂聚焦透镜(44)的焦深范围内；20:80耦合器(32)另一输出端经第一光环形器(33)后分别连接到参考臂准直镜(34)输入端和50:50光纤耦合器(38)另一输入端，参考臂聚焦透镜(35)位于参考臂准直镜(34)的出射光路上，参考臂平面镜(36)位于参考臂准直镜(41)的焦面。

2.根据权利要求1所述的一种多角度复合的血流成像系统，其特征在于：所述的多角度独立成像装置包括光程编码与解码装置。

3.根据权利要求1所述的一种多角度复合的血流成像系统，其特征在于：所述的第一光环形器(33)和参考臂准直镜(34)之间设置有偏振控制器(37)， 偏振控制器(37)的一端与参考臂的出射光路相连，另一端连在50:50耦合器(38)的端口。