CN109843146B - 光学相干断层成像术交叉视图成像 - Google Patents

光学相干断层成像术交叉视图成像 Download PDF

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Abstract

一种使用至少两个B扫描图像进行交叉视图成像的光学相干断层成像术(OCT)***和方法，所述图像经过变换并且以某一角度彼此耦合以生成交叉视图图像。

Description

光学相干断层成像术交叉视图成像
技术领域
本披露涉及光学相干断层成像术(OCT)，更具体涉及用于OCT交叉视图成像的***和方法。
背景技术
在眼科学中，眼睛手术或眼科手术每年拯救和改善数以万计患者的视力。然而，考虑到视力对眼睛的甚至小变化的敏感度以及许多眼睛结构的微小而脆弱的性质，很难进行眼科手术，并且甚至小的或不寻常的手术错误的减少或手术技术的准确度的小幅改进都可以对患者术后的视力产生巨大的不同。
眼科手术是在眼睛和附属视觉结构上进行的。在眼科手术期间，眼科医师可能使用成像技术、例如光学相干断层成像术(OCT)***来获得关于不同眼睛疾病和障碍的医学诊断信息。
OCT是干涉法分析技术，其分析低相干光在被生物样品组织反向散射时的时间延迟和大小变化。在OCT***中，低相干光束被分成朝样品的方向移动的样品臂和朝参考反射镜的方向移动的参考臂。当样品臂和参考臂被反射回到OCT***，将它们合并产生可以用于测量样品的距离和深度剖面的干涉图样。例如在眼科手术中，OCT***可以用于提供高分辨率的视网膜截面视图。
发明内容
在一方面，本发明涉及一种光学相干断层成像术(OCT)***，所述***包含联接至计算机可读介质的处理器。所述OCT***还包含承载在所述计算机可读介质上的计算机可执行指令，所述指令是所述处理器可读的，所述指令当被读取并执行时用于使所述处理器：获取第一B扫描图像和第二B扫描图像；变换每个B扫描图像；并且将所述第一B扫描变换后图像以某一角度与所述第二B扫描变换后图像耦合以生成交叉视图图像。
另一个披露的方面涉及一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质包括承载在所述计算机可读介质上的计算机可执行指令，所述指令是处理器可读的，所述指令当被读取并执行时用于使所述处理器：获取第一B扫描图像和第二B扫描图像；变换每个B扫描图像；并且将所述第一B扫描变换后图像以某一角度与所述第二B扫描变换后图像耦合以生成交叉视图图像。
另一个披露的方面涉及一种使用光学相干断层成像术***(OCT)进行交叉视图成像的方法，所述方法包括：获取第一B扫描图像和第二B扫描图像；变换每个B扫描图像；并且将所述第一B扫描变换后图像以某一角度与所述第二B扫描变换后图像耦合以生成交叉视图图像。
上述***、机器可读存储介质、以及方法可以彼此组合。此外，上述内容还可以与以下其他方面中的一个或多个组合，除非相互明显地排斥：i)第一B扫描图像可以与第一B扫描相对应并且第二B扫描图像可以与第二B扫描相对应；ii)所述第一B扫描可以与所述第二B扫描耦合；iii)所述第一B扫描变换后图像与所述第二B扫描变换后图像的耦合点可以与所述第一B扫描与所述第二B扫描的耦合点大致匹配；iv)所述第一B扫描变换后图像与所述第二B扫描变换后图像之间的角度的范围可以在30度与170度之间；v)所述第一B扫描变换后图像和所述第二B扫描变换后图像可以在每个图像的任一端处耦合；vi)所述第一B扫描变换后图像和所述第二B扫描变换后图像可以在沿着每个图像的任何点处耦合；vii)变换可以是透视变换；viii)所述交叉视图图像可以进一步包括第三B扫描图像和第四B扫描图像；ix)所述***可以进一步包括显示器；x)所述交叉视图图像可以呈现在所述显示器上；xi)可以从获取所述第一B扫描起以不超过120毫秒的延迟将所述交叉视图图像呈现在所述显示器上；xii)可以从获取所述第一B扫描起以不超过1秒的延迟将所述交叉视图图像呈现在所述显示器上；xiii)当所述B扫描变换后图像之一以使用者控制的方式移动时，可以在所述显示器上呈现三维光栅扫描数据集；xiv)所述交叉视图图像可以与一个或多个B扫描同时呈现在所述显示器上。
附图说明
本专利或申请文件包含至少一个彩色附图。带有彩色附图的本专利或专利申请公布的副本在请求并支付了必要费用后由专利局提供。
为了更加完整地理解本发明及其特征和优点，现在参考结合附图进行的以下说明，这些附图并未按比例绘制，在这些附图中：
图1是具有交叉视图成像的OCT***的示意图；
图2是交叉视图成像的方法的流程图；
图3A是常规OCT B扫描图像；
图3B是透视变换之后的图3A的OCT B扫描图像；
图4是使用交叉视图成像产生的OCT图像；并且
图5是使用交叉视图成像产生的OCT中心交叉图像。
具体实施方式
在以下说明中，通过举例的方式对细节进行阐述以便于讨论所披露的主题。然而，对于本领域普通技术人员而言明显的是，所披露的实施例是示例性的并且不是所有可能的实施例的穷举。
如在此使用的，后面带有字母的附图标记数字指的是元件的具体实例，并且仅由附图标记数字形成的数字指的是统称元件。因此，例如，装置‘12a’指的是一种装置类型的实例，该装置类型可以统称为装置‘12’并且该装置类型中的任一个可以一般性地被称为装置‘12’。
OCT是用于对样品(例如至少部分地反射光的组织)进行结构检查的干涉分析技术。OCT还可以用于对样品进行功能检查，例如样品的运动和速度或组织中的血液流动。OCT中，OCT束被分成参考束和样品束并且接着重新合并。重新合并的OCT束用于基于在参考束与样品束之间因为样品束与样品(例如生物组织)相互作用而产生的光学干涉来测量距离和深度剖面。OCT束可以以脉冲、扫掠波长或宽带光的形式提供。
可以在手术期间使用OCT***以产生图像，例如交叉视图图像。使用交叉视图成像来产生交叉视图图像。交叉视图图像由经变换的并且以某一角度彼此耦合的至少两个B扫描图像构成，如以下更详细讨论的。
现在参考附图，图1是可以用于交叉视图成像的OCT***100的示意图。
OCT***100可以包括显示器装置(未示出)，例如二维图像显示器、监视器、TV、或用于呈现图像的任何其他合适装置，所述图像包括OCT图像、视频、以及使用者可辨认的字母数字字符。OCT***100可以使用显示器装置来显示二维(2D)图像或三维(3D)图像。在手术中，OCT***100可以在足够的时间上向外科医生呈现OCT图像以便使用所述图像来在手术进行时中更改所述手术。例如，并且如以下参考图2至图5更详细讨论的，所述图像可以包括从获取第一B扫描起以不超过1秒的延迟呈现的交叉视图图像。例如，交叉视图图像可以从获取第一B扫描起以不超过120毫秒(ms)的延迟被呈现。
OCT***100还包括OCT源110和OCT传输介质140，所述传输介质可以是光纤。OCT源110产生OCT束(未示出)，所述束穿过OCT传输介质140c到达分束器120，在分束器处被分离，使得光束的一部分(被称为样品束)穿过OCT传输介质140a到达扫描样品135(例如眼睛组织)的束扫描单元(未示出)。OCT束的单独部分(被称为参考束)穿过OCT传输介质140b到达参考臂125。参考臂125可以包括反射镜来反射参考束。
在撞击参考臂125或组织135之后，参考束或样品束分别返回穿过OCT传输介质140b和140a到达分束器120，在此样品束与参考束发生干涉而产生可以具有干涉图样的重新合并的OCT束。重新合并的OCT束被引导经OCT传输介质140d到达检测器115。检测器115可以是光谱仪。替代性地，检测器115可以包括光电二极管或产生指示检测器115处的入射光强度的电信号的类似装置。检测器115向计算机150发送信号，所述信号可以是电信号或无线信号。信号反映了重新合并的OCT束的特性。
计算机150可以包括用于信号调节、解调、数字化和数字信号处理的电路***。计算机150还包括用于将两个或更多个图像耦合在一起的图像耦合模块(未示出)以及用于向图像应用透视变换的图像变换模块(未示出)，如以下参考图2更详细讨论的。这些模块可以被实施为单独的软件或硬件模块，或者可以被组合成单一模块，例如在处理器160上实施的软件。此外，计算机150可以向包括图像耦合模块和图像变换模块的远处计算机(未示出)提供OCT图像、OCT数据、或二者。
计算机150还包括存储介质170、输入/输出装置180、以及处理器160。存储介质170可以包括将数据和指令(例如可执行代码)存储至少一段时间的非易失性计算机可读介质。可访问存储介质170的处理器160可执行所述指令。存储介质170可以包括永久性和易失性介质、固定的和可移除的介质、以及磁性和半导体介质。存储介质170可以包括但不限于以下存储介质：例如直接存取存储装置(包括硬盘驱动器)、顺序存取存储装置(例如磁带磁盘驱动器)、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、CD-ROM、数字通用盘(DVD)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、非易失性介质、和以上介质的不同组合。
输入/输出装置180可以通信地联接至处理器160并且可以包括任何一个或多个工具，所述工具通过利于使用者输入和向使用者输出而允许使用者与计算机150以及其相关联部件进行交互。利于使用者输入允许使用者操纵计算机150，并且利于向使用者输出允许计算机150指示使用者的操纵的效果。例如，输入/输出装置180可以允许使用者向计算机150输入数据、指令、或二者并且以其他方式操纵计算机150以及其相关联部件。输入/输出装置可以包括用户界面装置，例如键盘、鼠标、触摸屏、操纵杆、手持透镜、工具跟踪装置、坐标输入装置、或适合用于OCT***的任何其他I/O装置。
处理器160可以包括可操作来解释并且执行存储在存储器170中的程序指令、过程数据、或二者的任何合适的***、装置、或设备。处理器160进一步可以包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、或被配置成用于解释并且执行程序指令、过程数据、或二者的其他电路***。处理器160处理在来自检测器115的信号中接收到的、关于重新合并的OCT束中的任何干涉图样的信息，以创建组织135的数学表示。所述数学表示接着可以用于创建组织的电子OCT图像。
组织的电子OCT图像以多种图像中的任一种呈现在显示器装置130上，例如以一维(1D)图像、例如A扫描图像，2D图像、例如B扫描图像，3D体积，或交叉视图图像，如参考图2至图5进一步详细描述的。
A扫描图像是组织135的OCT光散射剖面的1D图像，随着与样品束大致平行地进入组织中的深度而变。A扫描图像可以用于生成B扫描图像和3D体积数据集。B扫描图像是组织135的通过将一系列A扫描图像横向合并而获得的2D截面图像。替代性地，B扫描图像可以从3D体积数据集获得。
每个B扫描图像与B扫描相对应。B扫描是截面扫描。取决于B扫描图像的临床应用，跨过组织135的截面的每个B扫描可以具有相同或不同的大小、长度、宽度、以及形状。例如，组织的第一B扫描可以为1毫米(mm)长，并且相同组织的另一个B扫描可以为16mm长。B扫描可以被安排成任何模式。例如，B扫描可以被安排成彼此平行、可以被安排成从公共交叉点起的某个半径以创建圆形区域的图像、或可以被安排成光栅扫描。连续B扫描的集合可以用于构造3D体积图像。但是，3D体积图像是不透明的，因此仅有3D体积图像的最外表面可以被分析或读取。3D体积图像内部的结构不能被分析或读取。交叉视图成像允许从B扫描获得一些3D信息，而没有与3D体积图像相关联的许多问题(例如，大数据、处理时间、不透明表面、以及选择希望的位置/表面)。
图2是使用OCT、例如OCT***100进行交叉视图成像的流程图。虽然图2披露了关于方法200要采取的特定数量的步骤，但是方法200可以用比图2中描绘的步骤更多或更少的步骤来执行。此外，虽然图2披露了关于方法200要采取的某一顺序的步骤，但是方法200的步骤可以同时、接近同时、或以任何合适的顺序完成，只要完成方法200并且在显示器上呈现交叉视图图像。视情况而定，交叉视图图像可以在某个时间帧内呈现在显示器上。例如，在手术期间，交叉视图图像可以在从获取第一B扫描起121ms或1秒内呈现在显示器上。
在步骤210中，OCT***获取一个B扫描图像。类似地，步骤230中，OCT***获取第二B扫描图像。第一B扫描图像与第一B扫描相对应，并且第二B扫描图像与第二B扫描相对应。第一B扫描和第二B扫描可以在每个B扫描的每一端处耦合、或可以在沿着每个B扫描的任何点处并且以任何方式(例如，使B扫描交叉)耦合，
在步骤220a和220b中，对每个B扫描图像进行透视变换。透视变换可以通过本领域已知的任何合适的数学模型(例如仿射变换)来进行。
图3示出了应用透视变换之前和之后的B扫描图像。更具体地，图3A示出了常规B扫描图像。图3B示出了图3A的B扫描图像，但应用了透视变换。
在步骤250中，第一B扫描透视变换后图像和第二B扫描透视变换后图像经由交叉视图成像以某一角度耦合以生成交叉视图图像。角度的范围可以在30度与170度之间。第一B扫描透视变换后图像和第二B扫描透视变换后图像被耦合成使其与相应B扫描的耦合大致匹配。如果这两个B扫描透视变换后图像的相应B扫描在每个B扫描的每一端处耦合，则所述两个B扫描透视变换后图像可以在每个B扫描透视变换后图像的每一端处耦合。例如，并且如图4所示，B扫描透视变换后图像410可以在B扫描透视变换后图像410的端415处并且在B扫描透视变换后图像420的端425处与B扫描透视变换后图像420耦合。替代性地，B扫描透视变换后图像410和B扫描透视变换后图像420可以在沿着每个B扫描透视变换后图像的任何点处并且以任何方式(例如，使图像交叉)耦合，只要交叉视图图像400可被使用者读取并且只要所述耦合与相应B扫描的耦合大致匹配。例如，如果相应B扫描在每个B扫描的中心处耦合而使得B扫描在每个B扫描的中心相交，则这两个B扫描透视变换后图像可以耦合成与相应B扫描的耦合大致匹配。因此，如图5所示，这两个B扫描透视变换后图像可以在每个B扫描透视变换后图像的中心处耦合，使得每个B扫描透视变换后图像与另一个在每个B扫描透视变换后图像的中心处相交。在图5中，B扫描透视变换后图像510在B扫描透视变换后图像510的中心525处并且在B扫描透视变换后图像520的中心515处与B扫描透视变换后图像520耦合。
在图2的方法之后，交叉视图图像可以单独或与一个或多个B扫描同时地呈现在显示器装置上。例如，交叉视图图像400(如上文参考图4描述的)和交叉视图图像500(如上文参考图5描述的)可以单独或与一个或多个B扫描同时地呈现在显示器上。
此外，基于交叉视图图像，当B扫描透视变换后图像中仅有一个以使用者控制的方式移动经过3D体积数据时，可以向该使用者显示3D光栅扫描数据集。例如，在两个B扫描透视变换后图像耦合之后，这些B扫描透视变换后图像之一可以在固定位置上固定或移动。另一个B扫描透视变换图像可以被使用者控制，以使得使用者可以朝任何方向移动所述B扫描透视变换后图像。
虽然图2展示了使用两个B扫描图像的方法，但是通过应用类似的方法可以使用大于二的任何数量。例如，第三B扫描透视变换后图像和第四B扫描透视变换后图像可以在沿着每个图像的任何点处并且以任何方式与第一B扫描透视变换后图像和第二B扫描透视变换后图像耦合，只要交叉视图图像可被使用者读取。进一步地，虽然图2展示了使用B扫描图像的方法，但是可以从3D体积扫描中提取出2D B扫描图像以生成交叉视图图像。
以上披露的主题应认为是说明性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有此类修改、增强、以及落入本披露的真实精神和范围内的其他实施例。因此，在法律允许的最大程度上，本披露的范围将由对以下权利要求及其等效物的最宽允许解释来确定并且不应受限于或局限于上述详细说明。

Claims (25)

1.一种光学相干断层成像术OCT***，包括：
处理器，所述处理器联接至计算机可读介质；以及
承载在所述计算机可读介质上的计算机可执行指令，所述指令是所述处理器可读的，所述指令当被读取并执行时用于使所述处理器：
获取第一B扫描图像和第二B扫描图像；
通过应用透视变换来变换每个B扫描图像；
将第一B扫描变换后图像以某一角度与第二B扫描变换后图像耦合以生成交叉视图图像；并且
通过显示第一B扫描变换后图像和第二B扫描变换后图像作为三维体积的两个B扫描截面视图，来显示交叉视图图像，
其中，第一B扫描变换后图像被布置成相对于第二B扫描变换后图像处于在30度与170度之间的角度，并且第一B扫描变换后图像和第二B扫描变换后图像被同时显示。
2.如权利要求1所述的OCT***，其中，所述第一B扫描图像与第一B扫描相对应，并且所述第二B扫描图像与第二B扫描相对应。
3.如权利要求2所述的OCT***，其中，所述第一B扫描与所述第二B扫描耦合。
4.如权利要求3所述的OCT***，其中，所述第一B扫描变换后图像与所述第二B扫描变换后图像的耦合点与所述第一B扫描与所述第二B扫描的耦合点大致匹配。
5.如权利要求1所述的OCT***，其中，所述第一B扫描变换后图像和所述第二B扫描变换后图像在每个图像的任一端处耦合。
6.如权利要求1所述的OCT***，其中，所述第一B扫描变换后图像和所述第二B扫描变换后图像在沿着每个图像的任何点处耦合。
7.如权利要求1所述的OCT***，其中，所述交叉视图图像进一步包括第三B扫描图像和第四B扫描图像。
8.如权利要求1所述的OCT***，进一步包括显示器。
9.如权利要求8所述的OCT***，其中，所述交叉视图图像呈现在所述显示器上。
10.如权利要求9所述的OCT***，其中，所述交叉视图图像从获取所述第一B扫描图像起以不超过120毫秒的延迟被呈现在所述显示器上。
11.如权利要求9所述的OCT***，其中，所述交叉视图图像从获取所述第一B扫描图像起以不超过1秒的延迟被呈现在所述显示器上。
12.如权利要求8所述的OCT***，其中，当B扫描变换后图像之一以使用者控制的方式移动时，在所述显示器上呈现三维光栅扫描数据集。
13.如权利要求8所述的OCT***，其中，所述交叉视图图像与一个或多个B扫描同时地呈现在所述显示器上。
14.一种使用光学相干断层成像术***OCT进行交叉视图成像的方法，所述方法包括：
获取第一B扫描图像和第二B扫描图像；
通过应用透视变换来变换每个B扫描图像；
将第一B扫描变换后图像以某一角度与第二B扫描变换后图像耦合以生成交叉视图图像；并且
通过显示第一B扫描变换后图像和第二B扫描变换后图像作为三维体积的两个B扫描截面视图，来显示交叉视图图像，
其中，第一B扫描变换后图像被布置成相对于第二B扫描变换后图像处于在30度与170度之间的角度，并且第一B扫描变换后图像和第二B扫描变换后图像被同时显示。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一B扫描图像与第一B扫描相对应，并且所述第二B扫描图像与第二B扫描相对应。
16.如权利要求14所述的方法，进一步包括将所述第一B扫描图像与所述第二B扫描图像耦合。
17.如权利要求14所述的方法，其中，所述第一B扫描变换后图像与所述第二B扫描变换后图像的耦合点与所述第一B扫描图像与所述第二B扫描图像的耦合点大致匹配。
18.如权利要求14所述的方法，进一步包括在每个B扫描图像的任一端处将所述第一B扫描图像与所述第二B扫描图像耦合。
19.如权利要求14所述的方法，进一步包括在沿着每个图像的任何点处将所述第一B扫描图像与所述第二B扫描图像耦合。
20.如权利要求14所述的方法，进一步包括获取第三B扫描图像和第四B扫描图像并且将所述第三B扫描图像和所述第四B扫描图像中的每一个与所述第一B扫描图像和所述第二B扫描图像耦合。
21.如权利要求14所述的方法，进一步包括将所述交叉视图图像呈现在显示器上。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括从获取所述第一B扫描图像起以不超过120毫秒的延迟将所述交叉视图图像呈现在所述显示器上。
23.如权利要求21所述的方法，进一步包括从获取所述第一B扫描图像起以不超过1秒的延迟将所述交叉视图图像呈现在所述显示器上。
24.如权利要求21所述的方法，进一步包括当B扫描变换后图像之一以使用者控制的方式移动时，在所述显示器上呈现三维光栅扫描数据集。
25.如权利要求21所述的方法，进一步包括将所述交叉视图图像与一个或多个B扫描同时地呈现在所述显示器上。
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