基于光學(xué)相干原理的成像技術(shù)中的位相恢復(fù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于光學(xué)相干原理的成像技術(shù)中的位相進(jìn)行恢復(fù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)相干層析成像技術(shù)（0CT)是一種非接觸，無(wú)損傷的醫(yī)用光學(xué)成像技術(shù)。通過(guò) 對(duì)樣品內(nèi)部散射光的檢測(cè)，0CT可以對(duì)生物樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨的成像，分辨率在微 米量級(jí)。除了能夠獲得生物組織的結(jié)構(gòu)信息，傅里葉域的多普勒OCT(FD-OCT)技術(shù)可以測(cè) 量組織中的血液流動(dòng)[1，2]，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于人體內(nèi)部以及生物組織中的血液循環(huán)系統(tǒng)的研 究具有重要意義。
[0003] 在多普勒FD-0CT中[3, 4]，被運(yùn)動(dòng)的血流散射出來(lái)的探測(cè)光會(huì)產(chǎn)生一個(gè)多 普勒頻率移動(dòng)ΔV，它正比于血流的流速V.這個(gè)頻率移動(dòng)會(huì)對(duì)探測(cè)到的FD-0CT光 譜信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)相移。經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換，變換結(jié)果是一個(gè)復(fù)函數(shù)F(z)，它包含 振幅A(z)和位相Φ(ζ).利用公式⑴可以計(jì)算相鄰兩條豎直采樣線之間的位相 差，
[0004]
[0005] 從而得到多普勒頻率移動(dòng)Δν=φ(ζ)/(2πΤ)，其中τ是相鄰兩條豎直采樣線之間的 時(shí)間間隔，Ν是用于平均的豎直采樣線的條數(shù)。很遺憾，基于位相的多普勒f(shuō)d-oct成像技 術(shù)有一個(gè)缺陷。測(cè)量到的位相值在數(shù)學(xué)上被限定在到+JT的范圍，這是反正切函數(shù)的 主值。因此，多普勒FD-0CT的位相包含折疊和非連續(xù)部分。在多普勒FD-0CT中，位相折 疊問(wèn)題將最大可探測(cè)多普勒頻率移動(dòng)限定在Αν_= 1Λ2Τ)。
[0006] 在光學(xué)干涉技術(shù)中，人們發(fā)展了不同的方法對(duì)折疊的位相進(jìn)行恢復(fù)。大部分位相 恢復(fù)方法是通過(guò)復(fù)雜算法在折疊的位相信息中尋找位相跳變，然后對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)加上一 個(gè)2JI整數(shù)倍的數(shù)值[6-8].這些方法很復(fù)雜，而且計(jì)算量也比較大。在FD-0CT中，通過(guò)將 探測(cè)到的光譜進(jìn)行分割，人們提出了一種合成波長(zhǎng)法對(duì)折疊位相進(jìn)行恢復(fù)[9]。但是，如果 合成波長(zhǎng)不夠長(zhǎng)，這個(gè)方法仍然會(huì)產(chǎn)生位相折疊。另外，分割光譜會(huì)降低FD-0CT的成像分 辨率，這是人們不原意看到的。
[0007] 在多普勒FD-0CT中，有效的位相恢復(fù)對(duì)于自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)顯示至關(guān)重要。然 而，到現(xiàn)在為止，在多普勒0CT領(lǐng)域，還沒(méi)有關(guān)于位相折疊問(wèn)題的深入研究報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于光學(xué)相干原理的成像的位相進(jìn)行恢復(fù)方法。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明基于光學(xué)相干原理的成像的位相進(jìn)行恢復(fù)方法，所述方 法對(duì)位相折疊引起的信號(hào)誤差進(jìn)行消除，所述方法包括
[0010] 獲取樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和位相；
[0011] 利用得到的振幅和相位值，將每個(gè)圖像點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)值的實(shí)部和虛部計(jì)算出 來(lái)；
[0012] 在豎直方向或水平方向上，設(shè)定邊界處的相位值φ?。
[0013] 在豎直方向或水平方向上，利用獲得的復(fù)數(shù)值，將相鄰兩點(diǎn)之間的相位差Δφ計(jì)算 出來(lái)；
[0014] 在豎直方向或水平方向上，利用設(shè)定的初始位相Φ?，以及計(jì)算出來(lái)的位相差 Δφ:，利用迭代計(jì)算的方法，將實(shí)際的位相信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。
[0015] 進(jìn)一步地，利用多普勒0CT的復(fù)數(shù)值進(jìn)行，包括實(shí)部和虛部。
[0016] 進(jìn)一步地，設(shè)定邊界條件處的初始相位值。
[0017] 進(jìn)一步地，相鄰兩點(diǎn)之間的相位差是利用多普勒信號(hào)的復(fù)數(shù)值的實(shí)部和虛部，利 用反正切函數(shù)運(yùn)算得到。
[0018] 進(jìn)一步地，相位恢復(fù)是在多普勒0CT圖像的豎直方向進(jìn)行的。
[0019] 進(jìn)一步地，在多普勒0CT圖像的豎直方向上，相鄰兩點(diǎn)的物理距離應(yīng)該足夠小，以 使得它們之間的相位差Δφ滿足：
[0020] 進(jìn)一步地，光學(xué)相干原理的成像包括多普勒OCT成像、偏振光敏感的OCT成像、相 位敏感的光學(xué)顯微成像。
[0021] 本發(fā)明基于光學(xué)相干原理的成像的位相進(jìn)行恢復(fù)方法與現(xiàn)有技術(shù)具備如下有益 效果：
[0022] 本發(fā)明利用多普勒FD-0CT信號(hào)的復(fù)數(shù)值，通過(guò)計(jì)算豎直方向上相鄰兩點(diǎn)之間的 位相差，真實(shí)的位相信息可以通過(guò)迭代計(jì)算恢復(fù)出來(lái)。這個(gè)算法也可應(yīng)用于其他基于位相 的光學(xué)干涉檢測(cè)技術(shù)中。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是多普勒FD-0CT位相示意圖；
[0024] 圖2是在圖1中位置ΡΛ處各點(diǎn)的相位值示意圖；
[0025] 圖3是在復(fù)數(shù)坐標(biāo)系S#,中顯示的多普勒FD-0CT的復(fù)數(shù)值分布，數(shù)據(jù)點(diǎn)為圖1中 所示血管上PJPP。之間的點(diǎn)；
[0026] 圖4是在多普勒FD-0CT位相圖中的某條豎線上的相鄰兩點(diǎn)PjPP" 1;
[0027] 圖5是在復(fù)數(shù)坐標(biāo)系中位相φ?? (對(duì)于點(diǎn)Pm)和iPat-l:(對(duì)于點(diǎn)PmD的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 本實(shí)施例基于光學(xué)相干原理的成像的位相進(jìn)行恢復(fù)方法，以用于對(duì)多普勒光學(xué)相 干層析成像（0CT)中的位相進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)位相折疊引起的信號(hào)誤差進(jìn)行消除為例，所述方 法包括如下步驟：
[0031] (1)用多普勒0CT得到樣品內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和位相，其中的位相值與樣品內(nèi)部的機(jī)械 運(yùn)動(dòng)有關(guān)，例如血液流動(dòng)；
[0032] (2)利用⑴中得到的多普勒0CT的振幅和相位值，將每個(gè)0CT圖像點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的復(fù) 數(shù)值的實(shí)部和虛部計(jì)算出來(lái)；
[0033] (3)在豎直方向上，設(shè)定邊界處的相位值平1:0
[0034] (4)在豎直方向上，利用⑵中獲得的復(fù)數(shù)值，將相鄰兩點(diǎn)之間的相位差Δφ計(jì)算 出來(lái)。
[0035] (5)在豎直方向上，利用（3)中設(shè)定的初始位相Ψ?，以及（4)中計(jì)算出來(lái)的位相差 Δφ，利用迭代計(jì)算的方法，將實(shí)際的多普勒0CT位相信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。
[0036] 進(jìn)一步地，所述的位相恢復(fù)的方法需要利用多普勒0CT的復(fù)數(shù)值進(jìn)行，包括實(shí)部 和虛部。
[0037] 進(jìn)一步地，需要設(shè)定邊界條件處的初始相位值。
[0038] 進(jìn)一步地，相鄰兩點(diǎn)之間的相位差是利用多普勒信號(hào)的復(fù)數(shù)值的實(shí)部和虛部，利 用反正切函數(shù)運(yùn)算得到。
[0039] 進(jìn)一步地，相位恢復(fù)是在多普勒0CT圖像的豎直方向進(jìn)行的。
[0040] 進(jìn)一步地，在多普勒0CT圖像的豎直方向上，相鄰兩點(diǎn)的物理距離應(yīng)該足夠小，以 使得它們之間的相位差Δφ滿足：-π<Δφd
[0041] 本實(shí)施例相位恢復(fù)方法也可以在多普勒oct圖像的水平方向進(jìn)行。
[0042] 實(shí)施例
[0043] 如圖1所示，圖1顯示了一幅多普勒FD-0CT位相示意圖，樣品組織為人體或動(dòng)物 組織，例如人眼的視網(wǎng)膜。對(duì)于在樣品組織內(nèi)部的血管Vr，由虛線ΡΛ所標(biāo)記位置的各點(diǎn) 的模擬位相值被顯示在圖2中，其中，Pi是在組織上邊緣的某一點(diǎn)，Pjlj是在血管Vr下面 的某一點(diǎn)。根據(jù)圖2,血管Vr的位相值為負(fù)，當(dāng)位相φ接近-π時(shí)，它跳變到-π區(qū)域并 發(fā)生位相折疊。
[0044] 在多普勒FD-0CT