[发明专利]体内光学流成像

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月3日提交的、题目为“体内光学流成像(In Vivo Optical Flow Imaging)”的61/594,967号美国临时专利申请的优先权，其全部公开内容通过引用整体合并于此。

技术领域

本公开大体涉及生物医学成像领域，且更具体地涉及与光学相干断层扫描和血管造影相关联的方法、装置及系统。

感谢政府的支持

本发明根据国立卫生研究院授予的基金号R01-EY013516在政府的支持下做出。政府对本技术具有一定权利。

背景技术

由于生物组织的高散射和吸收性质，生物组织和脉管系统的体内三维映射为一个挑战性的命题。某些当前方法具有缓慢的扫描速度，这使得体内三维成像变得困难。具有较快扫描速度的某些其它技术仍旧是不足的，由于其无能力在不产生重叠图像的情况下深入扫描生物组织，这需要使用侵入式过程来扫描感兴趣的组织。许多针对较深度成像的技术一般不能提供对具有移动材料(例如，血流)的组织的深度成像。因此，有效地对诸如血流的结构和/或组织运动进行成像的方法具有实质的临床重要性。

光学相干断层扫描(OCT)为用于生物组织的高分辨率的、深度分辨截面的和三维(3D)的成像的成像模式。在它的许多应用中，眼部成像尤其已发现了广泛的临床应用。在过去十年中，由于光源和检测技术的发展，包括光谱(基于光谱仪的)OCT和扫频光源(swept-source)OCT的傅立叶域OCT，已经在敏感度和成像速度方面展现出比那些时域OCT系统优越的性能。傅立叶域OCT的高速度已使得它更易于不仅仅对结构而且对血流成像。该功能扩展首先由多普勒OCT展现，多普勒OCT通过估计相邻A字型扫描之间的相位差来对血流成像。尽管多普勒OCT能够对较大血管中的血流进行成像和测量，但是难以将小血管中的慢流与血管外组织中的生物运动区别开来。在视网膜血管的成像中，多普勒OCT面临附加约束，所述附加约束为大多数血管近乎垂直于OCT光束，且因此，多普勒频移信号的可检测性严重取决于光束入射角。因此，不取决于光束入射角的其它技术对视网膜和脉络膜血管造影特别地具有吸引力。

几个基于OCT的技术已成功发展为在体内对人眼中的微脉管网络成像。一个示例为光学微血管造影(OMAG)，其可在视网膜和脉络膜层两者中分辨出良好的脉管。OMAG通过使用经修改的希尔伯特变换将来自于静止的和移动的散射体的散射信号分开来工作。通过沿着慢扫描轴应用OMAG算法，可达到毛细管流的高敏感度成像。然而，OMAG的高敏感度需要通过分辨多普勒相移来精确移除牵连运动(bulk-motion)。因此，它易于受到来自于系统的伪影或生物相不稳定性的影响。其它相关的方法，诸如相位方差和多普勒方差，已发展为检测来自于微脉管流的小的相位变化。这些方法不需要非垂直的光束入射并且可检测横向和轴向的流这二者。它们也曾在视网膜和脉络膜微脉管网络上是成功的。然而，这些基于相位的方法也需要非常精确地移除由块状组织(bulk tissue)的轴向移动引起的背景多普勒相移。伪影也可由OCT系统中的相位噪声和横向组织运动引入，且这些也需要被移除。

迄今为止，大多数前述方法一直基于光谱OCT，其提供高的相位稳定性来估计相移或区分由血流导致的相衬。与光谱OCT相比，扫频光源OCT引入来自于周期间调谐和定时可变性(cycle-to-cycle tuning and timing variabilities)的另一个相位变化的源。这使得基于相位的血管造影噪声较大。为了在扫频光源OCT上使用基于相位的血管造影方法，需要减少系统相位噪声的更复杂的方法。另一方面，扫频光源OCT供应了几个相对于光谱OCT的优势，诸如较长的成像范围、较少的依赖于深度的信号滚降(roll-off)、及较少的由条纹冲蚀(fringe washout)所引起的运动诱导的信号损耗。因此，不取决于相位稳定性的血管造影方法可以是完全利用扫频光源OCT的优势的最佳选择。由于这个原因，基于幅度的OCT信号分析对于眼睛微脉管成像可为有利的。

一个与微脉管成像中的OCT的应用相关联的难点来自于散斑在从体内或原位生物样本所获得的OCT图像中的普遍存在。散斑是光波与随机路径长度相干求和的结果，且它经常被认为是降低OCT图像质量的噪声源。已发展各种方法以减少空间域中的散斑，诸如角复合、光谱复合、及应变复合。散斑将“椒盐状”噪声添加到OCT图像，并引发对可显著降低对比度的干涉谱的随机调制。