谱域多普勒光学相干层析成像算法研究

摘要

光学层析成像技术(Optical coherence tomography，OCT)能够实现无损入侵的高分辨组织结构成像，将其与多普勒技术相结合，可以对组织中的血流速度进行探测。因为其非入侵以及高分辨的特性，多普勒OCT具有重要的临床应用。本文的工作主要基于谱域多普勒OCT算法的研究，提高了多普勒OCT在低信噪环境中的流速测量的准确性，具体的研究工作包括：
　　 1、对谱域多普勒OCT技术的理论进行了系统的研究，着重对比了相位分辨算法和谱域时域结合探测算法。
　　 2、提出了适用于谱域多普勒OCT的互相关算法，通过取同一分辨单元内相邻两组B-lines进行互相关来抑制不相关噪声，提高多普勒流速测量的准确性。理论上推导了互相关的处理流程，并对比了两组具有相关噪声和不相关噪声的模拟数据互相关之后的结果，同时取相邻B-lines进行了互相关，证明了同一分辨单元的B-lines之间的噪声是不相关的，验证了该算法的可行性。最后对匀速运动的平面镜和以一定速度在毛细管中流动的聚苯乙烯小球进行了谱域多普勒OCT实验，证明了该算法在低信噪比环境中能够有效的抑制噪声。
　　 3、在单级互相关的基础上，提出了多级互相关技术用于进一步对B-lines之间的不相关噪声进行抑制。通过对以已知速度运动的平面镜进行谱域多普勒OCT成像验证了该算法的有效性，给出了不同信噪比情况下改进型相位分辨算法和多级互相关算法恢复的速度的标准差变化。同时也给出了基于这两种算法得到的毛细管中的运动粒子流速分布，这些实验都证实了多级互相关算法的噪声抑制能力，从而使谱域多普勒OCT更适于低信噪比环境中流速测量。
　　 4、单驱动非对称光纤悬臂扫描探头是我们小组研制的一种适用于内窥光学相干层析成像，可以利用单一驱动信号来激发非对称光纤悬臂的光纤末端沿李萨茹图形进行二维扫描。但是，正弦驱动信号激发的李萨茹轨迹在均匀性、覆盖率和图案帧频之间的权衡方面存在一定限制，不利于扫描成像的优化。基于非对称光纤悬臂固有的响应特性提出了振幅调制正弦驱动信号来进行二维扫描轨迹图案的优化，并模拟研究了不同驱动信号下的扫描轨迹，对比评价了各种驱动信号下扫描图案的均匀性和覆盖率，同时进行了对比实验，验证了方案的可行性。