基于相位解析多普勒光相干层析成像的绝对流速测量研究

摘要

相位解析的多普勒光相干断层扫描成像（PR-DOCT）是OCT的一种功能性成像技术,能够检测生物组织内微小血管中的血液流动信息，具有高速和高分辨率的特点。然而，传统的PR-DOCT技术只能测量投影到OCT光束方向上的血液流速信息，如果在不知道血管与OCT光束之间的投射角（多普勒角度）的前提下，很难获得血管内部的绝对流速信息。再者，在体血流测量时往往不易得到实际的多普勒角度，这也是无法定量探测在体绝对血流的原因。同时，OCT系统的高相位稳定性对于PR-DOCT技术在后期准确定量分析同样十分重要。但是由于扫频OCT系统使用k时钟进行数据采集，信号采集触发信号和k时钟信号之间的相对不稳定性会导致产生相位误差。本文主要研究血流绝对速度的准确计算问题，主要工作和贡献如下：
　　首先，提出一套自主搭建的扫频OCT系统。该系统主要包括系统的整体结构设计、系统控制与数据采集软件开发、信号处理过程及系统性能评估四个部分。其中，数据采集、信号处理与实时显示是基于LabVIEW平台完成的。
　　其次，提出了一种实时的相位误差校正算法来保证绝对流速测量的准确性。SS-OCT系统中的相位不稳定性主要体现为测量的干涉光谱信号在波数空间的前后偏移，这一现象会引起相位误差并且降低基于相位的血流速度测量的准确性。为了验证这个算法的性能，用一个固定的反射镜为样品进行相位分析。此外，还将该算法成像人体皮肤，在相位误差校正之后得到了高质量的皮肤结构和多普勒图像。这个结果表明了该算法可以有效校正扫频OCT系统中由于点偏移引起的相位误差。
　　最后，本文提出一种新的双光束PR-DOCT方法，该方法能够在没有多普勒角度消息的情况下准确测量绝对流速。两束平行光进入物镜后由不同角度进入样品中。因而在一次采集的二维断层图像（B-scan）中即表现为不同深度位置的图像，继而由这两束光产生的不同深度位置的图像上的多普勒信号来计算绝对流速。用自主搭建的一套扫频OCT系统在人造流体模型上验证我们方法的准确性。流体模型是用注射泵稳速推进的注射牛奶的一根内径为300微米的毛细管。实验结果验证我们的双光束PR-DOCT方法可以在不依赖多普勒角度的情况下准确测量得到流体的绝对速度。