處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。用于處理偏振數(shù)據(jù)的該方法包括以下步驟：獲取多組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)；將偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換成包括振幅和相位的參數(shù)的表示；以及對(duì)轉(zhuǎn)換后的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行平均。
【專利說(shuō)明】處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]使用多波長(zhǎng)光學(xué)干涉的光學(xué)相干斷層成像儀(以下稱為0CT)可以提供試樣(特別是眼底)的高分辨率斷層圖像。近年來(lái)，除了用于對(duì)眼底組織的形狀進(jìn)行攝像的普通OCT圖像以外，已經(jīng)研究了眼科學(xué)所用的OCT設(shè)備，以獲取用于對(duì)表示眼底組織固有的光學(xué)性質(zhì)其中之一的偏振參數(shù)進(jìn)行攝像的偏振敏感OCT圖像。
[0003]通過(guò)使用偏振參數(shù)，偏振敏感OCT設(shè)備可以拍攝偏振敏感OCT圖像并且進(jìn)行眼底組織的特性測(cè)量或分割。偏振敏感OCT設(shè)備使用被調(diào)制成圓偏振光束的光束作為用于觀察試樣的測(cè)量光束，并且將干涉光束分割成正交偏振狀態(tài)的兩個(gè)線偏振光束并檢測(cè)由此得到的兩個(gè)光束，從而生成偏振敏感OCT圖像(參見(jiàn)“E.Goetzinger等人,“Specklenoise reduct1n in high speed polarizat1n sensitive spectral domain opticalcoherence tomography”, Optics Express.19 (15)，14568-14584，，(非專利文獻(xiàn) I)。此外，偏振敏感OCT能夠?qū)ψ鳛槠駞?shù)其中之一的、被定義為兩個(gè)偏振光束分量之間的相位差的延遲進(jìn)行攝像。該延遲對(duì)于檢測(cè)用于青光眼診斷的視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層的變化而言是有用的。
[0004]該文獻(xiàn)還公開(kāi)了通過(guò)使用多個(gè)偏振敏感OCT圖像來(lái)降低OCT所使用的相干光特有的斑點(diǎn)噪聲的方法。根據(jù)該方法，通過(guò)對(duì)經(jīng)由偏振敏感OCT所獲得的延遲進(jìn)行平均來(lái)降低斑點(diǎn)噪聲。結(jié)果，由此所得的延遲圖像的顆粒感顯著改善。
[0005]將延遲定義為在光穿過(guò)介質(zhì)的情況下、在快軸和慢軸之間觀察到的相位差。因此，考慮到快軸和慢軸與OCT設(shè)備中所使用的光的軸形成的角度(以下稱為軸取向)來(lái)進(jìn)行平均化是有用的。然而，根據(jù)非專利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的方法，基于兩個(gè)偏振分量之間的比率的反正切的計(jì)算來(lái)獲得延遲(延遲=arctan (11/12))，并且在沒(méi)有參考軸取向的情況下獲得延遲。因此，延遲的值必然落在O?90°的范圍內(nèi)。該方法僅使用兩個(gè)偏振分量的強(qiáng)度，并且噪聲具有取零或正值的一定強(qiáng)度水平。由于該原因，噪聲的平均沒(méi)有收斂為零并且引入殘差或偏移。低延遲值的情況下的該偏移導(dǎo)致在圖像上產(chǎn)生不期望的偽影。因而，即使在觀察到小信號(hào)的情況下，在延遲應(yīng)接近零時(shí)，噪聲也導(dǎo)致該延遲具有有時(shí)被稱為延遲偏移的非零值。換句話說(shuō)，通過(guò)(如傳統(tǒng)方法那樣)使用偏振分量的強(qiáng)度而測(cè)量延遲，這些強(qiáng)度中的噪聲也導(dǎo)致在延遲值中產(chǎn)生偽影。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]已實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例以提供用于處理數(shù)據(jù)的方法和裝置，其中該方法和裝置通過(guò)使用多個(gè)偏振敏感OCT圖像來(lái)減少延遲值中的偽影的發(fā)生。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟:獲取步驟，用于獲取根據(jù)從要測(cè)量的試樣反射的光所獲得的多組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)；轉(zhuǎn)換步驟，用于將所述偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換成包括振幅和相位的參數(shù)的表示；以及平均步驟，用于對(duì)以所述表示示出的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行平均，并且生成一組平均數(shù)據(jù)項(xiàng)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的設(shè)備，包括:獲取單元，用于獲取從要測(cè)量的試樣獲得的多組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)；轉(zhuǎn)換單元，用于將所述偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換成包括振幅和相位的參數(shù)的表示；以及平均單元，用于對(duì)以所述表示示出的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行平均，并且生成一組平均數(shù)據(jù)項(xiàng)。
[0009]通過(guò)以下參考附圖對(duì)典型實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理方法的流程圖。
[0011]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的偏振敏感OCT攝像設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
[0012]圖3示出斷層圖像。
[0013]圖4A和4B示出斷層圖像和數(shù)據(jù)獲取位置。
[0014]圖5示出SLO圖像。
[0015]圖6是示出數(shù)據(jù)處理的流程圖的一部分。
[0016]圖7示出通過(guò)使用數(shù)據(jù)處理后的示例性圖像。
[0017]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)據(jù)處理。
[0018]圖9A?9D是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在復(fù)平面上表示的處理的圖。
[0019]圖1OA和1B示出根據(jù)第一實(shí)施例的平均處理的示例性結(jié)果。
[0020]圖1lA?IlC示出數(shù)據(jù)獲取的其它示例。
[0021]圖12示出第四實(shí)施例中的包括對(duì)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理的流程圖。
[0022]圖13A和13B示出針對(duì)B掃描的對(duì)準(zhǔn)。
[0023]圖14示出根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟的流程圖。
[0024]圖15示出用于計(jì)算平均Stokes(斯托克斯)矢量的處理的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]在沒(méi)有將被檢體局限于包括人眼的器官或組織的情況下，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法還可以應(yīng)用于其它試樣，并且與該數(shù)據(jù)處理方法有關(guān)的攝像設(shè)備包括但不限于眼科設(shè)備和內(nèi)窺鏡。作為應(yīng)用本發(fā)明的示例性設(shè)備，以下將參考附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明眼科設(shè)備。
[0026]第一實(shí)施例
[0027]圖1是根據(jù)本實(shí)施例的偏振數(shù)據(jù)處理方法的流程圖，并且圖2是根據(jù)本實(shí)施例的包括數(shù)據(jù)處理裝置213的偏振敏感OCT攝像設(shè)備200的示意圖。首先，將參考圖2來(lái)說(shuō)明偏振敏感OCT設(shè)備200的結(jié)構(gòu)，然后將參考圖1的流程圖來(lái)說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例的數(shù)據(jù)處理裝置213的操作。
[0028]根據(jù)本實(shí)施例的偏振敏感OCT設(shè)備200包括偏振敏感OCT (光學(xué)相干斷層成像儀)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理裝置，并且通過(guò)處理從偏振敏感OCT系統(tǒng)獲得的偏振數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)造偏振敏感斷層圖像。在圖2中，從光源201發(fā)出的測(cè)量光被偏振器202轉(zhuǎn)換成線偏振光，并且被輸入至光纖耦合器203。光源201是作為低相干光源的超發(fā)光二極管(SLD)光源，并且例如發(fā)出中心波長(zhǎng)為850nm且?guī)挒?0nm的光。盡管使用SLD作為光源201，但可以使用諸如放大自發(fā)輻射(ASE)光源等的能夠發(fā)出低相干光的任何光源。
[0029]光纖耦合器203例如提供90:10的耦合比，使測(cè)量光以該比進(jìn)行分割，并且將分割后的測(cè)量光引導(dǎo)至包括準(zhǔn)直器204、1/4波片205和參考鏡206的參考臂(分光比為90)和包括準(zhǔn)直器207、1/4波片208和掃描鏡209的試樣臂(分光比為10)。
[0030]被引導(dǎo)至參考臂的測(cè)量光穿過(guò)以轉(zhuǎn)動(dòng)了 22.5度的狀態(tài)所安裝的1/4波片205。在被參考鏡206反射時(shí),該光經(jīng)由1/4波片205變?yōu)榫€偏振光,并且再次被引導(dǎo)至光纖稱合器203。另一方面，被引導(dǎo)至試樣臂的測(cè)量光經(jīng)由以轉(zhuǎn)動(dòng)了 45度的狀態(tài)所安裝的1/4波片208變?yōu)閳A偏振光。該圓偏振光被掃描鏡209反射，并且入射到作為要測(cè)量的測(cè)試試樣的被檢眼Eb上。
[0031]此外，測(cè)量光被視網(wǎng)膜Er反射，并且經(jīng)由掃描鏡209和1/4波片208再次被引導(dǎo)至光纖耦合器203，并且與穿過(guò)了參考臂的測(cè)量光發(fā)生干涉。掃描鏡209由未示出的控制裝置所控制從而使測(cè)量光在X方向和Y方向上偏轉(zhuǎn)，并且可以獲得該測(cè)量結(jié)果作為視網(wǎng)膜的掃描二維圖像。另外，在以下說(shuō)明中，如圖3所示，將沿著光束方向上的一條線所獲取到的數(shù)據(jù)稱為A掃描，并且將包括在X軸方向或Y軸方向上排列的至少兩個(gè)長(zhǎng)度的A掃描的數(shù)據(jù)稱為B掃描。
[0032]在光纖稱合器203中生成的干涉光在包括偏振分束器的光纖稱合器210內(nèi)被分割成水平偏振分量光和垂直偏振分量光，并且這些分量被分別引導(dǎo)至包括衍射光柵、線照相機(jī)等的分光器211和212。所引導(dǎo)的干涉光束各自被分離成譜分量，并且這些分量被線照相機(jī)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并且作為水平偏振和垂直偏振的譜數(shù)據(jù)被輸出至數(shù)據(jù)處理裝置213。
[0033]數(shù)據(jù)處理裝置213用作根據(jù)本實(shí)施例的偏振數(shù)據(jù)處理設(shè)備，并且可以使用個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)或包括專用集成電路(ASIC)等的數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，214和215表示顯示裝置，其中該顯示裝置例如包括為了顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果所設(shè)置的液晶監(jiān)視器、以及包括鍵盤和鼠標(biāo)等的為了從用戶輸入指示所設(shè)置的輸入裝置。
[0034]通過(guò)上述，本實(shí)施例所述的偏振敏感OCT攝像設(shè)備200根據(jù)譜域(SD)方法構(gòu)成OCT0然而，本發(fā)明不限于SD方法。也就是說(shuō)，還可以將本發(fā)明的精神在不改變的情況下應(yīng)用于至少根據(jù)掃頻源(SS)方法或時(shí)域(TD)方法所實(shí)現(xiàn)的攝像設(shè)備。
[0035]在本實(shí)施例中，通過(guò)利用安裝在未示出的PC中的中央處理單元(CPU)執(zhí)行連接至該P(yáng)C的存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)處理程序來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理裝置213。此外，還通過(guò)CPU執(zhí)行裝置控制程序來(lái)進(jìn)行偏振敏感OCT攝像設(shè)備200整體的操作的控制，并且在以下說(shuō)明中將該控制稱為攝像控制裝置。
[0036]另一方面，從半導(dǎo)體激光器216發(fā)出中心波長(zhǎng)與光源201的中心波長(zhǎng)不同的第二測(cè)量光，并且使該第二測(cè)量光經(jīng)由穿孔鏡217、掃描器鏡218和分色鏡219入射到被檢眼Eb上，其中該掃描器鏡218能夠在包括X方向和Y方向的兩個(gè)軸上使第二測(cè)量光向著眼底偏轉(zhuǎn)。
[0037]第二測(cè)量光也被視網(wǎng)膜Er反射，被分色鏡219和掃描器鏡218再次反射，并且被穿孔鏡217反射且入射到檢測(cè)器220上。將為了通過(guò)測(cè)量光的二維掃描來(lái)獲得眼底的平面圖像所提供的第二測(cè)量光輸入至攝像控制裝置，由此生成平面圖像。圖5示意性示出在以下說(shuō)明中被稱為SLO(掃描激光檢眼鏡)圖像的平面圖像。
[0038]在獲取偏振敏感OCT的數(shù)據(jù)時(shí)，攝像控制裝置并行地獲取SLO圖像。此外，攝像控制裝置從SLO圖像提取包括血管等的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，檢測(cè)眼底的運(yùn)動(dòng)，并且控制掃描器鏡209以使得偏振敏感OCT的測(cè)量光通?？梢話呙枰暰W(wǎng)膜上的同一位置。
[0039]接著，將參考圖1和4來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)處理裝置213的操作。
[0040]圖4A和4B示意性示出通過(guò)下述的處理、利用在根據(jù)本實(shí)施例的攝像控制裝置的控制下獲取到的數(shù)據(jù)所生成的表示試樣結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，如圖4A所示，重復(fù)獲取N次包括(深度H的)W條線的A掃描的B掃描。然而，由于在Y方向上沒(méi)有進(jìn)行掃描，因此在如圖4B所示的Y軸上定義的同一位置處在不同時(shí)間獲取到N片B掃描。然而，在圖4A和4B中，一片B掃描包括水平偏振的數(shù)據(jù)和垂直偏振的數(shù)據(jù)。
[0041]首先，在步驟SlOl中，數(shù)據(jù)處理裝置213將內(nèi)部計(jì)數(shù)器η初始化為I。如后面所述，設(shè)置每次進(jìn)行B掃描處理時(shí)使計(jì)數(shù)增加I的內(nèi)部計(jì)數(shù)器η，由此重復(fù)進(jìn)行該處理直到計(jì)數(shù)器示出N為止。
[0042]接著，在步驟S102中，輸入第η個(gè)B掃描的圖像數(shù)據(jù)。關(guān)于此時(shí)的B掃描，攝像控制裝置可以預(yù)先獲取N片B掃描的圖像數(shù)據(jù)并將這些圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，或者可以



O
重復(fù)獲取各B掃描的數(shù)據(jù)。這里，第N片B掃描包括水平偏振的譜數(shù)據(jù)S和垂直偏振的譜




η
數(shù)據(jù)
n
[0043]接著，在步驟103中，對(duì)所輸入的譜數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作以實(shí)現(xiàn)平均。以下參考圖6來(lái)說(shuō)明步驟S103中所進(jìn)行的處理。
[0044]在步驟S601中，數(shù)據(jù)處理裝置213將上述的各譜數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換成如下示出的包括振幅和相位的參數(shù)的斷層圖像攝像信號(hào)。

【權(quán)利要求】
1.一種用于處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的方法，包括以下步驟: 獲取步驟，用于獲取根據(jù)從要測(cè)量的試樣反射的光所獲得的多組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)； 轉(zhuǎn)換步驟，用于將所述偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換成包括振幅和相位的參數(shù)的表示；以及 平均步驟，用于對(duì)以所述表示示出的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行平均，并且生成一組平均數(shù)據(jù)項(xiàng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的方法，其中，所述轉(zhuǎn)換步驟包括使與至少兩個(gè)不同方向有關(guān)的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)彼此相除的計(jì)算，并且所述計(jì)算將該兩個(gè)偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的相位差轉(zhuǎn)換成所述表示中所包括的相位參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的方法，其中，所述轉(zhuǎn)換步驟包括使與至少兩個(gè)不同方向有關(guān)的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)彼此相除的計(jì)算，并且所述計(jì)算生成包括所述試樣的延遲和軸取向的復(fù)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的方法，其中，一組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)包括在不同時(shí)間獲取到的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的方法，其中，一組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)包括在不同的空間位置處獲取到的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的方法，其中，所述轉(zhuǎn)換步驟包括將多組Stokes矢量作為所述多組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)的計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2和6中任一項(xiàng)所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的方法，其中，所述平均步驟包括生成平均Stokes矢量作為平均偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)，并且還包括歸一化步驟，所述歸一化步驟用于針對(duì)所述偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)的強(qiáng)度來(lái)向所述平均Stokes矢量賦予范數(shù)I。
8.一種用于處理偏振敏感光學(xué)相干斷層成像的偏振數(shù)據(jù)的設(shè)備，包括: 獲取單元，用于獲取從要測(cè)量的試樣獲得的多組偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)； 轉(zhuǎn)換單元，用于將所述偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)轉(zhuǎn)換成包括振幅和相位的參數(shù)的表示；以及 平均單元，用于對(duì)以所述表示示出的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行平均，并且生成一組平均數(shù)據(jù)項(xiàng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)換單元能夠執(zhí)行用于將與至少兩個(gè)不同方向有關(guān)的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)彼此相除的計(jì)算，并且所述計(jì)算用于將該兩個(gè)偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的相位差轉(zhuǎn)換成所述表示中所包括的相位參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)換單元能夠執(zhí)行用于將與至少兩個(gè)不同方向有關(guān)的偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)彼此相除的計(jì)算，并且所述計(jì)算用于生成包括所述試樣的延遲和軸取向的復(fù)數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中，所述獲取單元能夠在不同的時(shí)間獲取所述偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的用于處理偏振數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中，所述獲取單元能夠在不同的空間位置處獲取所述偏振數(shù)據(jù)項(xiàng)。
【文檔編號(hào)】G06T5/50GK104134199SQ201410184437
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月1日
【發(fā)明者】佐藤真, 杉田充朗, 斯蒂芬·鄒特, 邁克爾·比爾, 克里斯多夫·息茨博格 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社