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基于界面信号的扫频光学相干层析成像系统相位矫正方法

潘聪 郭立 沈毅 严雪过 丁志华 李鹏

基于界面信号的扫频光学相干层析成像系统相位矫正方法

潘聪, 郭立, 沈毅, 严雪过, 丁志华, 李鹏
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  • 由于扫频光源的采集触发信号和采样时钟信号存在时间上的随机延时, 导致扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统干涉信号光谱的整体错移, 进而引发OCT空间域信号的相位跳变, 阻碍了基于相位信息的功能成像. 为了获得稳定的相位, 便于开展功能OCT的研究, 提出了一种基于界面信号的数字相位矫正方法. 对界面附近相邻A-line间同一深度的相位信号进行差分运算, 计算得到相位跳变的A-line位置与光谱错移量(以像素为单位), 然后在原始干涉信号上对齐光谱, 重新傅里叶逆变换, 得到矫正后的复信号. 该数字矫正算法不会引入额外的相位噪声, 可以实现OCT信噪比受限的相位探测. 通过对反射镜、荧光板和小鼠脑皮层血流的多普勒成像验证了该方法的可行性.
      通信作者: 李鹏, Peng_Li@zju.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61475143, 11404285, 61335003, 61327007, 61275196)、浙江省自然科学基金(批准号: LY14F050007)、国家高技术研究发展计划(批准号: 2015AA020515)、 浙江省科技厅公益性技术应用研究计划(批准号: 2015C33108)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2014QNA5017)和教育部留学回国人员科研启动基金资助的课题.
    [1]

    Huang D, Swanson E A, Lin C P, Schuman J S, Stinson W G, Chang W, Hee M R, Flotte T, Gregory K, Puliafito C A, Fujimoto J G 1991 Science 254 1178

    [2]

    Chinn S R, Swanson E A, Fujimoto J G 1997 Opt. Lett. 22 340

    [3]

    Ding Z H, Chen M H, Wang K, Meng J, Wu T, Shen L F 2009 Chin. J. Lasers 36 2469 (in Chinese) [丁志华, 陈明惠, 王凯, 孟婕, 吴彤, 沈龙飞 2009 中国激光 36 2469]

    [4]

    Choma M, Sarunic M, Yang C, Izatt J 2003 Opt. Express 11 2183

    [5]

    Chen M H, Ding Z H, Wang C, Song C L 2013 Acta Phys. Sin. 62 068703 (in Chinese) [陈明惠, 丁志华, 王成, 宋成利 2013 物理学报 62 068703]

    [6]

    Baumann B, Potsaid B, Kraus M F, Liu J J, Huang D, Hornegger J, Cable A E, Duker J S, Fujimoto J G 2011 Biomed. Opt. Express 2 1539

    [7]

    Braaf B, Vermeer K A, Sicam V A D P, van Zeeburg E, van Meurs J C, de Boer J F 2011 Opt. Express 19 20886

    [8]

    Huber R, Wojtkowski M, Fujimoto J G, Jiang J Y, Cable A E 2005 Opt. Express 13 10523

    [9]

    Liang C P, Wierwille J, Moreira T, Schwartzbauer G, Jafri M S, Tang C M, Chen Y 2011 Opt. Express 19 26283

    [10]

    Huang L M, Ding Z H, Hong W, Wang C 2012 Acta Phys. Sin. 61 023401 (in Chinese) [黄良敏, 丁志华, 洪威, 王川 2012 物理学报 61 023401]

    [11]

    Liu G Z, Zhou Z H, Qiu J, Wang X F, Liu G L, Wang R K 2013 Acta Phys. Sin. 62 158702 (in Chinese) [刘国忠, 周哲海, 邱钧, 王晓飞, 刘桂礼, 王瑞康 2013 物理学报 62 158702]

    [12]

    Park B H, Pierce M C, Cense B, Yun S H, Mujat M, Tearney G J, Bouma B E, de Boer J F 2005 Opt. Express 13 3931

    [13]

    Yazdanfar S, Yang C H, Sarunic M V, Izatt J A 2005 Opt. Express 13 410

    [14]

    Vakoc B J, Yun S H, de Boer J F, Tearney G J, Bouma B E 2005 Opt. Express 13 5483

    [15]

    Choi W, Potsaid B, Jayaraman V, Baumann B, Grulkowski I, Liu J J, Lu C D, Cable A E, Huang D, Duker J S, Fujimoto J G 2013 Opt. Lett. 38 338

    [16]

    Hong Y J, Makita S, Jaillon F, Ju M J, Min E J, Lee B H, Itoh M, Miura M, Yasuno Y 2012 Opt. Express 20 2740

    [17]

    Liu G J, Tan O, Gao S S, Pechauer A D, Lee B K, Lu C D, Fujimoto J G, Huang D 2015 Opt. Express 23 9824

  • [1]

    Huang D, Swanson E A, Lin C P, Schuman J S, Stinson W G, Chang W, Hee M R, Flotte T, Gregory K, Puliafito C A, Fujimoto J G 1991 Science 254 1178

    [2]

    Chinn S R, Swanson E A, Fujimoto J G 1997 Opt. Lett. 22 340

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    Ding Z H, Chen M H, Wang K, Meng J, Wu T, Shen L F 2009 Chin. J. Lasers 36 2469 (in Chinese) [丁志华, 陈明惠, 王凯, 孟婕, 吴彤, 沈龙飞 2009 中国激光 36 2469]

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    [13]

    Yazdanfar S, Yang C H, Sarunic M V, Izatt J A 2005 Opt. Express 13 410

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    Choi W, Potsaid B, Jayaraman V, Baumann B, Grulkowski I, Liu J J, Lu C D, Cable A E, Huang D, Duker J S, Fujimoto J G 2013 Opt. Lett. 38 338

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  • [1] 上官紫微, 沈毅, 李鹏, 丁志华. 扫频光学相干层析成像系统的波数校正与相位测量研究. 物理学报, 2016, 65(3): 034201. doi: 10.7498/aps.65.034201
    [2] 樊金宇, 高峰, 孔文, 黎海文, 史国华. 多面转镜激光器扫频光学相干层析成像系统的全光谱重采样方法. 物理学报, 2017, 66(11): 114204. doi: 10.7498/aps.66.114204
    [3] 黄良敏, 丁志华, 洪威, 王川. 相关多普勒光学层析成像. 物理学报, 2012, 61(2): 023401. doi: 10.7498/aps.61.023401
    [4] 吴彤, 孙帅帅, 王绪晖, 王吉明, 赫崇君, 顾晓蓉, 刘友文. 基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统. 物理学报, 2018, 67(10): 104208. doi: 10.7498/aps.67.20172606
    [5] 杨亚良, 丁志华, 王凯, 吴凌, 吴兰. 全场光学相干层析成像系统的研制. 物理学报, 2009, 58(3): 1773-1778. doi: 10.7498/aps.58.1773
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    [7] 马振鹤, 窦世丹, 马毓姝, 刘健, 赵玉倩, 刘江红, 吕江涛, 王毅. 基于光学相干层析成像的早期鸡胚心脏径向应变测量. 物理学报, 2016, 65(23): 235202. doi: 10.7498/aps.65.235202
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    [10] 赵晨, 陈志彦, 丁志华, 李鹏, 沈毅, 倪秧. 线照明并行谱域光学相干层析成像系统与缺陷检测应用研究. 物理学报, 2014, 63(19): 194201. doi: 10.7498/aps.63.194201
    [11] 杜军, 杨娜, 李峻灵, 曲彦臣, 李世明, 丁云鸿, 李锐. 相位调制激光多普勒频移测量方法的改进. 物理学报, 2018, 67(6): 064204. doi: 10.7498/aps.67.20172049
    [12] 陈建文, 高鸿奕, 朱化凤, 谢红兰, 李儒新, 徐至展. 中子相衬层析成像方法. 物理学报, 2005, 54(3): 1132-1135. doi: 10.7498/aps.54.1132
    [13] 向际鹰, 吴 震, 张 平, 黄德修, 曾绍群, 骆清铭. 弱相干扫描层析成像系统的三维传递函数分析. 物理学报, 1999, 48(10): 1831-1838. doi: 10.7498/aps.48.1831
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    [16] 胡喆皓, 上官紫微, 邱建榕, 杨珊珊, 鲍文, 沈毅, 李鹏, 丁志华. 基于受激辐射信号的谱域光学相干层析分子成像方法. 物理学报, 2018, 67(17): 174201. doi: 10.7498/aps.67.20171738
    [17] 郭各朴, 宿慧丹, 丁鹤平, 马青玉. 基于电阻抗层析成像的高强度聚焦超声温度监测技术. 物理学报, 2017, 66(16): 164301. doi: 10.7498/aps.66.164301
    [18] 王少宏, B.Ferguson, 张希成, 张存林. Terahertz波计算机辅助三维层析成像技术. 物理学报, 2003, 52(1): 120-124. doi: 10.7498/aps.52.120
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    [20] 曹蓓, 罗秀娟, 司庆丹, 曾志红. 相干场成像四光束相位闭合算法研究. 物理学报, 2015, 64(5): 054204. doi: 10.7498/aps.64.054204
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-07-09
  • 修回日期:  2015-09-21
  • 刊出日期:  2016-01-05

基于界面信号的扫频光学相干层析成像系统相位矫正方法

  • 1. 浙江大学, 现代光学仪器国家重点实验室, 光电科学与工程学院, 杭州 310027
  • 通信作者: 李鹏, Peng_Li@zju.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61475143, 11404285, 61335003, 61327007, 61275196)、浙江省自然科学基金(批准号: LY14F050007)、国家高技术研究发展计划(批准号: 2015AA020515)、 浙江省科技厅公益性技术应用研究计划(批准号: 2015C33108)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: 2014QNA5017)和教育部留学回国人员科研启动基金资助的课题.

摘要: 由于扫频光源的采集触发信号和采样时钟信号存在时间上的随机延时, 导致扫频光学相干层析成像(SS-OCT)系统干涉信号光谱的整体错移, 进而引发OCT空间域信号的相位跳变, 阻碍了基于相位信息的功能成像. 为了获得稳定的相位, 便于开展功能OCT的研究, 提出了一种基于界面信号的数字相位矫正方法. 对界面附近相邻A-line间同一深度的相位信号进行差分运算, 计算得到相位跳变的A-line位置与光谱错移量(以像素为单位), 然后在原始干涉信号上对齐光谱, 重新傅里叶逆变换, 得到矫正后的复信号. 该数字矫正算法不会引入额外的相位噪声, 可以实现OCT信噪比受限的相位探测. 通过对反射镜、荧光板和小鼠脑皮层血流的多普勒成像验证了该方法的可行性.

English Abstract

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