[发明专利]使用光学相干断层扫描进行实时跟踪的改进成像

说明书

托尼H·科 罗兴志 赵勇华 章本魁

相关申请

本申请要求2011年4月29日递交的美国临时申请No.61／481，055和2012年4月27日递交的美国非临时申请No.13／458，531的优先权，将其公开通过引用全部合并在此。

技术领域

本发明的实施例涉及医学成像领域。具体地，一些实施例涉及利用实时视频跟踪技术来改进光学相干断层扫描(OCT)图像的质量的设备和方法。

背景技术

光学相干断层扫描(OCT)是用于生物组织微结构的体内剖面和三维成像高分辨率成像技术(Wolfgang Drexler and James G.Fujimoto，[Optical Coherence Tomography：Technology and Application，Springer(2008)])。在过去的二十多年来，OCT已经广泛地用于人眼的非侵入式成像。

由于改进的成像速度和灵敏度，傅里叶域OCT(FD-OCT)得到普及，并且已经成为非侵入式微结构成像的主流技术(参见例如Wojtkowski M.et al.，[J.Biomed.Opt.7,457-463(2002)]，LeitgebR.et al.，[Opt.Express11，889-894(2003)]，Choma M.A.et al.，[Opt.Express11，2183-2189(2003)]，或者Boer J.F.et al.，[Opt.Lett.28，2067-2069(2003)])。当前的商用傅里叶域OCT系统具有在每秒25000至53000轴向扫描(A扫描)之间的成像速度。这些成像速度使能在几百分之一秒中获得典型的剖面OCT图像(B扫描)。由于图像获取时间的持续时间短，由目标眼睛的微扫视移动引起的横向运动伪像在大多数OCT B扫描图像中是不明显的。在典型的FD-OCT剖面图像中也将由心跳、呼吸和头部移动引起的轴向移动伪像最小化。

已经发现通过对在相同位置处获取的多个B扫描进行平均来减小图像中的斑点噪声，可以改进OCT虚像的图像质量。(参见例如Sander B.et al.，[Br.J.Ophthalm0l.89，207-212(2005)]，SakamotoA.et al.，[Ophthalmology115，1071-1078.e7(2008)]，或者Hangai M.et al.，[Opt.Express17，4221-4235(2009)])。尽管FD-OCT的成像速度增加，但是当增加用于平均的B扫描的个数使得总获取时间接近几十分之一秒时，横向和轴向运动伪像仍然是个问题。作为获取期间运动伪像的结果，由于对来自不同位置的背散射信号进行平均，通过多个B扫描平均获得的OCT图像可能具有模糊效果。因为使用FD-OCT获取目标眼睛的整个三维数据集合典型地要求几秒钟，可能出现横向和轴向运动伪像并且影响图像质量。因此，需要一种实时跟踪目标眼睛的运动的设备和方法，以便改进OCT成像的质量并且保持精确的三维解剖信息。

在尝试解决这一问题时，一些商用OCT系统使用分离的激光扫描成像系统(也称作扫描激光检眼仪或SLO)来执行OCT扫描束的实时横向跟踪(Hangai M.et al.，[Opt.Express17，4221-4235(2009)])。这种方法增加了复杂度，因此整体上增加了系统的成本；这种方法也将物体暴露到来自SLO束的附加光学辐射中。

为了减小系统复杂度，也尝试使用眼底的近红外视频图像来执行OCT成像的横向跟踪。Koozekanani公开了一种使用双本征空间和自适应血管分布模型来跟踪视神经头的方法(Koozekanani D.et al，[IEEE Trans Med Imaging，22，1519-36(2003)])。然而，这种复杂的建模计算上是密集且繁重的；并且由于其复杂度，这种运动跟踪在实时性方面不灵活。

因此，需要一种更好的OCT图像数据的运动跟踪的设备和方法。

发明内容

根据一些实施例，提出了一种光学相干断层扫描(OCT)系统。根据一些实施例的光学相干断层扫描(OCT)系统包括：OCT成像仪；二维横向扫描仪，耦合至OCT成像仪，所述二维横向扫描仪从光源接收光，并且将从样品反射的光耦合到OCT成像仪中；光学器件，所述光学器件在二维横向扫描仪和样品之间耦合光；视频摄像机，耦合至光学器件，并且获取样品的图像；以及计算机，耦合用于从视频摄像机接收样品的图像，所述计算机处理图像、并且基于所述图像向二维横向扫描仪提供运动偏移信号。