本發(fā)明涉及偏振光學(xué)相干層析成像，尤其是涉及一種融合多退偏參數(shù)的ps-sdoct對(duì)比度提升方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、偏振敏感光學(xué)相干層析成像(polarization?sensitive?opticalcoherencetomography，ps-oct)技術(shù)是將光學(xué)相干層析(optical?coherencetomography，oct)技術(shù)與偏振測(cè)量方法結(jié)合，利用光源的低相干特性，獲得樣品強(qiáng)度和偏振特性參數(shù)的二維或者三維深度分辨偏振圖像的技術(shù)。由于具有更全面獲取生物組織結(jié)構(gòu)信息的潛力，因此廣泛應(yīng)用于眼部疾病組織,燒傷和疤痕的皮膚組織，肌腱和有髓神經(jīng)纖維組織病變，動(dòng)脈粥樣硬化等的診斷和疾病發(fā)展過程的監(jiān)測(cè)。偏振oct的非接觸、可獲取組織以偏振參數(shù)為對(duì)比度的深度分辨圖像的特點(diǎn)，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和巨大應(yīng)用潛力。

2、如公開號(hào)為cn117129425a的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種偏振敏感型光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，包括光源、第一分光耦合器、樣品臂、參考臂以及探測(cè)單元；所述第一分光耦合器用于將來自光源的光束劃分成第一分光束和第二分光束；樣品臂設(shè)有偏振延遲單元，用于將第一分光束轉(zhuǎn)換成包含兩個(gè)正交偏振態(tài)的偏振光束，以及將偏振光束投射至待測(cè)對(duì)象，該兩個(gè)正交偏振態(tài)之間存在預(yù)設(shè)的延遲；參考臂用于接收第二分光束并將部分或全部反射至第一分光耦合器；探測(cè)單元用于探測(cè)形成于第一分光耦合器的干涉光。該系統(tǒng)通過對(duì)干涉光進(jìn)一步的計(jì)算處理，可以得到待測(cè)對(duì)象的偏振特性，從而完成待測(cè)對(duì)象的光學(xué)成像，可以廣泛地應(yīng)用于眼科檢查、基于探針的心血管、內(nèi)窺等醫(yī)療領(lǐng)域。

3、目前多項(xiàng)研究成果已經(jīng)表明，二向色性、雙折射特性以及退偏特性的變化與生物組織微觀結(jié)構(gòu)、形態(tài)的變化有密切關(guān)系。然而，多數(shù)研究集中于分析和獲取如雙折射特性等的非退偏特性參數(shù)及圖像。理論上定義的描述介質(zhì)的退偏特性的參數(shù)種類多且物理意義和產(chǎn)生機(jī)制并不明確，使得探測(cè)、分析、描述和解釋薄層介質(zhì)退偏特性的過程復(fù)雜，評(píng)價(jià)退偏特性的參數(shù)類型單一，削弱了偏振參數(shù)提供多維信息的優(yōu)勢(shì)，限制了這些參數(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，偏振和退偏特性參數(shù)或圖像用于識(shí)別組織微觀結(jié)構(gòu)的機(jī)理不夠明確。已經(jīng)有很多關(guān)于生物組織各種結(jié)構(gòu)的偏振參數(shù)值或者圖像的報(bào)道，但尚未系統(tǒng)分析偏振參數(shù)值或圖像所反映的信息與生物組織微觀結(jié)構(gòu)的狀態(tài)以及變化之間的關(guān)系，以及不同偏振圖像能揭示同一微觀結(jié)構(gòu)的原因，降低了偏振信息有效性，限制其成為醫(yī)學(xué)圖像信息的互補(bǔ)手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有偏振參數(shù)分析方法單一以及識(shí)別機(jī)理不明確的不足，本發(fā)明提供了融合多退偏參數(shù)的ps-sdoct對(duì)比度提升方法及系統(tǒng)，基于偏振機(jī)理揭示生物組織圖像信息隱含物理事實(shí)的多參數(shù)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一組織獲取更多、更優(yōu)質(zhì)對(duì)比度的圖像，提升疾病臨床診療應(yīng)用方面的效率和準(zhǔn)確度。

2、一種融合多退偏參數(shù)的ps-sdoct對(duì)比度提升方法，包括以下步驟：

3、(1)采用四個(gè)偏振態(tài)輸入ps-sdoct系統(tǒng)，構(gòu)造stokes分量計(jì)算獲取待測(cè)樣品mueller矩陣16個(gè)元素的圖像；

4、(2)建立結(jié)合不同分解方法的分量矩陣關(guān)系與光在介質(zhì)中傳播路徑方法得出的多偏振參數(shù)組；

5、(3)根據(jù)步驟(2)中得出的多偏振參數(shù)組表達(dá)式，選取步驟(1)中對(duì)應(yīng)的mueller矩陣元素圖像，計(jì)算得到多偏振、退偏參數(shù)圖像并完成圖像處理；

6、(4)選取重點(diǎn)觀察結(jié)構(gòu)區(qū)域，依據(jù)步驟(3)中對(duì)應(yīng)偏振圖像，繪制特定區(qū)域深度方向的偏振特性參數(shù)曲線，并進(jìn)行多偏振、退偏參數(shù)圖像分析；

7、(5)確定敏感度高的偏振參數(shù)圖像，制定特異性識(shí)別偏振參數(shù)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)該組織大范圍監(jiān)測(cè)及小范圍微觀組織的高效識(shí)別和分析。

8、發(fā)明解決了偏振參數(shù)分析方法單一導(dǎo)致的偏振檢測(cè)準(zhǔn)確率低的問題。本方法應(yīng)用范圍廣、擴(kuò)展性強(qiáng)，可用于大范圍多參數(shù)監(jiān)測(cè)組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，也可用于小范圍少參數(shù)感應(yīng)局部組織結(jié)構(gòu)變化；可以擴(kuò)展用于分析不同組織結(jié)構(gòu)以及病理樣本，建立具有高度針對(duì)性的偏振參數(shù)圖像數(shù)據(jù)庫。

9、步驟(1)的具體過程為：

10、(1-1)根據(jù)mueller矩陣形式，計(jì)算確定四個(gè)不同的輸入偏振態(tài)；

11、(1-2)通過偏振控制組件調(diào)出對(duì)應(yīng)入射偏振態(tài)；

12、(1-3)通過兩個(gè)ccd獲取不同入射偏振光經(jīng)過樣品后與參考臂的光形成干涉光的水平和垂直分量圖；

13、(1-4)構(gòu)造出四個(gè)入射光對(duì)應(yīng)出射光的stokes向量圖；

14、(1-5)根據(jù)stokes分量計(jì)算得到mueller矩陣16個(gè)元素圖像。

15、步驟(2)的具體過程為：

16、(2-1)基于建立不同分解方法的分量矩陣關(guān)系得出的一組偏振參數(shù)表達(dá)式如下，二向色性參數(shù)：

17、

18、其中，m1y(y＝2,3,4)表示實(shí)驗(yàn)測(cè)得的mueller矩陣的第1行第y個(gè)元素；完整描述二向色性需要三個(gè)參數(shù)：二向色性的值d以及描述二向色性光軸的方向角αjd和橢圓率εjd：

19、

20、退偏參數(shù)表示式：

21、

22、其中，退偏分量參數(shù)ej1和ej2分別代表線性退偏特性的參數(shù)，ej3代表圓退偏特性的參數(shù)：

23、ej1＝m22，ej2＝|m33|，ej3＝|m44(m33,m44>|m34|,|m43|)

24、ej1＝m22，ej2＝|m34|，ej3＝|m43(m33,m44<|m34|,|m43|)

25、結(jié)合組織二向色性較弱的條件，分析得到不同情況下的位相延遲rj的表示式：

26、

27、當(dāng)m33,m44>|m34|,|m43|時(shí)：

28、

29、當(dāng)m33,m44<|m34|,|m43|時(shí)：

30、

31、(2-2)根據(jù)光在介質(zhì)中傳播路徑建立mueller矩陣模型，得到偏振特性參數(shù)的表達(dá)式為：

32、

33、

34、其中，d'dep是退偏特性的參數(shù)，t'是雙折射特性參數(shù)，tan(2x')是光軸方位角參數(shù)，ddiat是二向色性的參數(shù)；

35、(2-3)將以上兩種方法得到的偏振特性參數(shù)的表達(dá)式融合，構(gòu)成偏振參數(shù)理論模型，用于計(jì)算多種偏振參數(shù)對(duì)比度圖像。

36、步驟(3)的具體過程為：

37、利用多偏振參數(shù)組表達(dá)式對(duì)獲得的mueller矩陣元素圖像進(jìn)行計(jì)算，對(duì)其中每個(gè)像素計(jì)算獲得樣品多個(gè)以偏振參數(shù)及退偏參數(shù)為對(duì)比的深度分辨的圖像；

38、對(duì)計(jì)算得到的多個(gè)偏振及退偏參數(shù)圖像進(jìn)行圖像分割、提取關(guān)鍵信息、濾波處理，轉(zhuǎn)化為便于觀察的彩色圖像，標(biāo)識(shí)出彩圖對(duì)應(yīng)的色度條、比例尺，以利于樣本結(jié)構(gòu)的觀察和分析，同時(shí)保留待測(cè)樣品灰度圖作為結(jié)構(gòu)對(duì)比。

39、步驟(4)中，繪制特定區(qū)域深度方向的偏振特性參數(shù)曲線的具體過程為：

40、對(duì)多個(gè)偏振及退偏參數(shù)圖像中選定區(qū)域內(nèi)多次a掃圖像平均，用方框標(biāo)示出具體范圍，明確分辨率，精確計(jì)算橫、縱比例尺，獲得特定區(qū)域深度方向的各個(gè)偏振特性參數(shù)的曲線。

41、步驟(4)中，進(jìn)行多偏振、退偏參數(shù)圖像分析的具體過程為：

42、對(duì)于偏振圖像中能夠反映所要分析的局部結(jié)構(gòu)或病變的部位及特性圖重點(diǎn)分析，將其對(duì)應(yīng)的深度曲線圖整合在一起對(duì)比結(jié)果，選取最能體現(xiàn)特定部位結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)圖像，完成對(duì)偏振及退偏參數(shù)對(duì)該樣本微觀結(jié)構(gòu)的敏感度進(jìn)行分類；結(jié)合樣本結(jié)構(gòu)特征以及與偏振特性的聯(lián)系，進(jìn)一步分析偏振參數(shù)對(duì)樣本中特定微觀結(jié)構(gòu)敏感或不敏感的原因。

43、步驟(5)的具體過程為：

44、將對(duì)樣本結(jié)構(gòu)敏感的偏振及退偏參數(shù)圖像挑選出來，作為該樣本待測(cè)區(qū)域結(jié)構(gòu)的特異性參數(shù)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)該組織大范圍監(jiān)測(cè)；

45、分析特定區(qū)域偏振圖像的深度曲線，再進(jìn)一步確定樣本特殊的局部結(jié)構(gòu)的特異性參數(shù)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)組織小范圍微觀結(jié)構(gòu)的高效識(shí)別和分析；

46、確定好兩個(gè)特異性偏振參數(shù)組后，對(duì)最后選取的參數(shù)圖像做最終圖像處理，并完成特異性多參數(shù)組顯示界面的設(shè)計(jì)。

47、一種融合多退偏參數(shù)的ps-sdoct對(duì)比度提升系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器和一個(gè)或多個(gè)處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有可執(zhí)行代碼，所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行所述可執(zhí)行代碼時(shí)，用于實(shí)現(xiàn)上述ps-sdoct對(duì)比度提升方法。

48、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

49、本發(fā)明解決了ps-sdoct單一偏振參數(shù)圖像信息量少，對(duì)比度不高的問題，有效避免了由于對(duì)比度不夠所造成的局部以及微觀結(jié)構(gòu)信息漏檢、錯(cuò)檢的問題。改善了現(xiàn)有參數(shù)評(píng)價(jià)體系的弱針對(duì)性，有力推動(dòng)組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)特異性、敏感性、準(zhǔn)確性識(shí)別參數(shù)的制定與評(píng)價(jià)。此外，面對(duì)復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)指定的特異性識(shí)別參數(shù)組，大大提升了對(duì)該組織狀態(tài)、組成、變化的判別效率。