用光學相干斷層掃描血管造影對局部循環(huán)進行量化的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求于2012年9月10日提交的、題為"用光學相干斷層掃描血管造影對局 部循環(huán)進行量化（QUANTIFICATION OF LOCAL CIRCULATION WITH OCT ANGL0GRAPHY)"、號 為61/699,257的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)；以及要求于2013年3月15日提交的、名為 "在活自體內(nèi)定量的光學血流成像（IN VIVO QUANTITATIVE OPTICAL FLOW IMAGING)"、號為 61/799, 502的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。明確地要求這些臨時申請的優(yōu)先權(quán)，并且這些 臨時申請的公開通過引用被全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開一般涉及生物醫(yī)學成像領(lǐng)域，以及更具體地，涉及與光學相干斷層掃描和 血管造影相關(guān)聯(lián)的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
[0004] 對政府的I持給予致謝。
[0005] 本發(fā)明通過政府支持在由美國國立衛(wèi)生研宄院頒發(fā)的第R01-EY013516號的基金 下進行。政府在本技術(shù)中享有一定的權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0006] 糖尿病性視網(wǎng)膜病變、年齡相關(guān)性黃斑變性和青光眼是典型的眼部疾病，其中已 經(jīng)觀察到血管紊亂和循環(huán)障礙。例如，越來越多的證據(jù)表明，在視神經(jīng)眼部微循環(huán)功能障礙 影響青光眼的進展。因此，眼部循環(huán)量化對于眼科疾病診斷而言是很重要的。
[0007] 目前，一些方法已用于測量眼部灌注。熒光素血管造影（FA)在健康和疾病方面提 供了有用的定性信息；但是，它僅示出膚淺的視網(wǎng)膜血管，但并沒有評估深入灌注，諸如在 視神經(jīng)乳頭（ONH)中的微循環(huán)、脈絡膜血流。此外，注入染料會引起惡心和過敏反應，使得 其不適于用作用于常規(guī)青光眼評估的工具。激光多普勒血流儀【例如海德堡視網(wǎng)膜流量計 (HRF)】和激光散斑血流儀兩者都可以顯示疾病和正常對照組之間的差異，在激光多普勒血 流儀中對流過較小視網(wǎng)膜區(qū)域的毛細管血流進行采樣，而激光散斑血流儀提供對血流速度 進行局部采樣。然而，用這些方法所提供的測量由于依賴性較小采樣區(qū)域的信號強度和位 置，因而對于診斷應用而言變化太多。已經(jīng)提出用磁共振成像（MRI)來定量地成像ONH灌 注；然而，對于該方法而言的主要限制因素是ONH的較小尺寸和有限的分辨率，以檢測病灶 (focal)循環(huán)或輕微循環(huán)功能不全（insufficiency)。
[0008] 光學相干斷層掃描（OCT)是一種已被廣泛用于診斷和管理眼部疾病的一種成像 技術(shù)。作為相干檢測技術(shù)，OCT可以檢測提供了關(guān)于血流信息的反向散射光的多普勒頻移。 多普勒OCT已經(jīng)用于測量患有青光眼、視神經(jīng)病變和糖尿病性視網(wǎng)膜病變的患者的人體總 的視網(wǎng)膜血液流動（TRBF)。用這種方法，來自中央視網(wǎng)膜血管的全局血流可被量化，但局部 微循環(huán)因為速度范圍太低以至于不能精確地進行多普勒測量而不能得到解決。為了測量局 部微循環(huán)，我們最近開發(fā)出了利用超高速OCT來提供高質(zhì)量的三維（3D)血管造影的頻譜幅 度分離去相關(guān)血管造影（SSADA)算法。因為SSADA基于各向同性維度分辨率單元中的反射 率變化，因此其對于橫向和軸向運動同樣敏感。因此，其可能提供不依賴于光束入射角的局 部微血管灌注的更公正的估計。相比而言，多普勒和相位方差OCT血管造影相比于橫向流 動而言對于軸向流動更敏感。因此，SSADA會是用于對在不同血管床內(nèi)微循環(huán)的血管造影 進行定量的良好基礎(chǔ)。
[0009] 由于生物組織的高散射和吸收性質(zhì)，生物組織和脈管系統(tǒng)的活體內(nèi)三維映射是困 難的。一些目前的方法具有較慢的掃描速度，使得難以在活體內(nèi)進行三維成像。仍然缺乏 具有更快掃描速度的其它一些技術(shù)，因為它們無法在不產(chǎn)生重疊圖像的情況下深入地掃描 到生物組織內(nèi)，需要使用侵入性操作來掃描感興趣的組織。目標在于更深入成像的許多技 術(shù)通常無法提供具有移動材料（例如，血流）的組織的深入成像。因此，用于有效地對結(jié)構(gòu) 和/或組織移動（諸如血液流動）進行成像的方法具有顯著的臨床重要性。
[0010] 光學相干斷層掃描（OCT)是用于對生物組織進行高分辨率、深度分辨橫截面的和 3維（3D)成像的一種成像模態(tài)。在其許多應用中，特別是眼部成像已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有廣泛的臨 床應用。在過去十年中，由于光源和檢測技術(shù)的發(fā)展，傅立葉域OCT(包括頻譜（基于頻譜 儀的）OCT和掃頻源0CT)已經(jīng)證實在靈敏度和成像速度方面具有優(yōu)于那些時間-域OCT系 統(tǒng)的優(yōu)越性能。傅立葉域OCT的高速度使得其更容易不僅對結(jié)構(gòu)進行成像，而且更容易對 血液流動進行圖像。該功能擴展最初由多普勒OCT證實，其通過評估相鄰A線掃描之間的 相位差異來對血液流動進行成像。雖然多普勒OCT能夠?qū)^大血管內(nèi)的血液流動進行成 像并對其進行測量，但是其難于將小血管內(nèi)的緩慢流動與血管外組織中的生物運動區(qū)分開 來。在視網(wǎng)膜血管的成像過程中，多普勒OCT面臨使得大多數(shù)血管幾乎垂直于OCT光束的 附加約束，并且因此，多普勒移位信號的可檢測性關(guān)鍵取決于光束入射角。因此，不依賴于 光束入射角的其它技術(shù)對于視網(wǎng)膜和脈絡膜血管造影而言是特別具有吸引力的。
[0011] 幾種基于OCT的技術(shù)已被成功地開發(fā)，以對活體內(nèi)人眼中的微血管網(wǎng)絡進行成 像。一個示例是光學微血管造影術(shù)（OMAG)，其可以解決（resolve)視網(wǎng)膜和脈絡膜層兩者 中的微細血管。OMG通過使用改良的希爾伯特變換以便將散射信號從靜態(tài)和移動的散射體 分離來工作。通過沿著慢掃描軸應用OMAG算法，可以實現(xiàn)毛細血管血流的高靈敏度成像。 然而，OMG的高靈敏度需要通過解決多普勒相移來精確地去除團塊（bulk)運動。因此，很 容易從系統(tǒng)或生物相的不穩(wěn)定性形成偽影。諸如相位方差和多普勒方差之類的其它相關(guān)方 法已被開發(fā)，以從微血管血流檢測小的相位變化。這些方法不要求非垂直光束入射并可以 檢測橫向和軸向流動二者。它們還成功地將視網(wǎng)膜和脈絡膜微血管網(wǎng)絡可視化。然而，這 些基于相位的方法也需要非常精確地去除由于團塊組織的軸向運動所造成的背景多普勒 相移。偽影也會由OCT系統(tǒng)中的相位噪聲和橫向組織運動被引入，而這些也需要被去除。
[0012] 迄今為止，大多數(shù)的前述方法已經(jīng)基于頻譜0CT，它提供了用于評估相移的高相 位穩(wěn)定性或區(qū)分由血流導致的相差。與頻譜OCT相比，掃頻源OCT從相鄰兩個周期的調(diào)諧 (tuning)和定時變化引入相位變化的另一來源。這使得基于相位的血管造影噪聲更大。為 了在掃頻源OCT上使用基于相位的血管造影方法，需要用于降低系統(tǒng)相位噪聲的更復雜的 方法。另一方面，掃頻源OCT提供優(yōu)于頻譜OCT的幾個優(yōu)勢，諸如更長的成像范圍，對于深 度依賴性更小的信號轉(zhuǎn)降（roll off)，并且由于邊緣（fringe)被消除，運動引入的信號損 失更少。因此，不依賴于相位穩(wěn)定性的血管造影方法可以是用于充分利用掃頻源OCT優(yōu)勢 的最佳選擇。在本上下文中，基于幅度的OCT信號分析可以是有利于眼科微血管成像的。
[0013] 在微血管成像中與OCT應用相關(guān)聯(lián)的一個難題來自于在從活體或原位生物樣品 中獲得的OCT圖像中普遍存在散斑。散斑是帶有隨機路徑長度的光波相干總和的結(jié)果，且 其通常被認為是降低OCT圖像質(zhì)