本发明专利技术提供了一种用于对象体内的局部血液流量的非侵入式实时测量和／或监视的方法。本发明专利技术的方法一般包括步骤：获得与扫描位置处的血管交叉的至少两个平面的多普勒频移图像；使用所述多普勒频移图像来确定多普勒角；以及随后使用这样确定的多普勒角以及多普勒频移信号来实现体积血液流量的测量。还提供了用于执行该方法的系统和软件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学相干层析成像领域。更特别地，本专利技术涉及用于使用多普勒光学相干层析成像来测量视网膜及其它身体部分中的血液流量的方法和系统。
技术介绍
在诸如医学诊断和医疗进展监视等应用中非常需要能够提供活体内的身体部分的准确、非侵入式、且定量的结构和血液流量测量的工具。在这方面，光学相干层析成像(OCT)已被视为提供此类能力的有前途的技术。 光学相干层析成像[1]是近来开发的一种能够提供高分辨率的横截面成像并一般在视网膜疾病[2～4]和青光眼[5、6]的诊断和管理中使用的技术。除获得形态学图像之外，OCT还可以检测提供关于流量和运动[7～9]信息的反射光的多普勒频移。多位研究者已经研究了使用OCT[10～14]的血液流量和流体力学的可视化。傅立叶域OCT的可用性允许测量多普勒频移，但此信息单独地只与沿扫描射束方向的血液流量相关联。在多普勒频移中未直接反映沿垂直于扫描射束的方向的血液运动。因此，为了测量体积流量，还必须知道扫描射束与血液流动方向之间的入射角。此信息不能从单个横截面OCT图像获得，因此，到目前为止不可能通过多普勒OCT来进行体积流量测量。 因此，还需要能够克服现有技术中的问题以提供活体血液流量的实际、高效、快速、灵敏、非侵入式且准确的测量。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于以可以实时地执行的非侵入式方式测量和/或监视血液流量的基于光学层析成像的方法。 本专利技术的另一目的是提供能够通过实时的光学相干层析成像来非侵入式地测量对象(subject)体内的血液流量的系统和装置。 执行并分析能够使多普勒角从在扫描中获得的多普勒频移数据中解耦的多普勒傅立叶光学相干层析成像扫描的方法的专利技术已满足达到本专利技术的这些及其它目的，结合优选实施方案(单独或结合使用)的以下详细说明，本专利技术的这些及其它目的将变得更加显而易见。 更具体地说，在一个方面，本专利技术提供一种用于使用多普勒光学相干层析成像来测量对象的预定区域中的活体内血液流量的方法。根据本专利技术的实施方案的方法一般包括步骤(1)用具有至少两个平面的扫描图案来扫描所述区域，所述平面与所述区域内的血管交叉；(2)分析所获得的OCT数据以确定每个血管与入射扫描射束之间的多普勒频移和角度；以及(3)使用射束的多普勒频移和入射角(即多普勒角)来确定体积血液流动率(flow rate)。 所述扫描图案优选地是同心圆、平行线、或圆弧。也可以使用其它扫描图案，只要该图案具有能够提供两个多普勒扫描图像的规则几何结构、允许将等式公式化以计算每个血管的多普勒角即可。 在另一方面，本专利技术还提供用于通过利用依照本专利技术的实施方案的基于多普勒傅里叶光学相干层析成像的血液流量测量方法来测量和/或监视可表示疾病状况的对象体内的局部血液流量的方法和系统。 还提供了用于执行本专利技术的方法的计算机系统和计算机可读介质。 本专利技术的其它方面和优点将通过以下说明和所附权利要求书变得显而易见。 附图说明 图1示出依照本专利技术的实施方案的示例性OCT扫描，(a)用以圆锥图案旋转的射束来执行圆形视网膜OCT扫描。圆锥顶点是眼睛的节点。(b)展开圆筒形OCT图像以拟合矩形显示，在矩形显示中，横轴对应于从0至360度的扫描角且竖轴对应于沿着射束传播轴的深度尺寸。 图2示出圆形地穿过视网膜的OCT射束扫描的示例性三维图形表示。此图中示出两个扫描半径。 图3示出OCT射束与正在扫描的血管之间的空间关系的示例性表示。指示了OCT平面S0与流动方向的平面法线Py之间的角β。 图4a示出双重圆形扫描图案中的扫描射束的示例性路径；图4b示出导致两个平行扫描平面的两个短平行线中的扫描射束的示例性路径。 图5示出采样步长对测量的体积血液流量的影响。 图6示出具有多普勒频移的灰度级显示的示例性多普勒OCT图像。横轴示出从0至360度的扫描角；(a)1.7mm的半径处的圆形扫描；(b)1.9mm半径处的圆形扫描。视网膜支静脉被标记为V1至V7。 图7示出由于背景运动而引起的多普勒噪声的修正。 图8示出图6所示血管V1的随时间推移的归一化峰值流动速度变化。 图9示出依照本专利技术的实施方案的方法的流程图表示。 图10示出依照本专利技术的示例性系统的方框图表示。 具体实施例方式 为了促进对本专利技术的全面和完整的理解，提供以下理论讨论。然而，本领域的技术人员应认识到本专利技术不受任何特定理论或数学公式的约束。以下讨论仅仅是出于说明的目的而提供的，且本文所公开的构思的其它表示法也是可能的且在本公开提供的益处之下本领域的技能之内。理论 在多普勒OCT中，由血液运动反射的光引起与平行于探头射束的轴的流动速度分量成比例的多普勒频移(Δf)。如果探头射束与血液流动方向之间的角度是已知的，则可以将多普勒频移简化为Δf＝-2nVcosα/λ0(1)其中，n是介质的折射率，V是总流动速度，α是OCT射束与流动之间的角度，Vcosα是平行速度分量，且λ0是光的中心波长。在FD-OCT[13、14、16、17]中，此频移Δf在由线阵摄影机捕捉的光谱干涉图案中引入相移ΔΦ。用快速傅立叶变换(FFT)，计算每个像素处的连续轴向扫描之间的相位差以确定多普勒频移。 相位解析流量测量的一个限制是由于反正切函数中的2π非单值性引起的混淆现象。这种现象使最大可确定的多普勒频移局限于Δf＝1/(2τ)，其中τ是连续轴向线之间的时差。因此，最大可检测速度是V＝λ0/(4πτcosα)。最小可检测流动速度可以由FD-OCT系统的相位噪声来确定。在这种方案中，需要知道探头射束与流动方向之间的相对角α以便确定真实的流动速度(参见等式1). 为了解决上述问题，本专利技术人已专利技术了用于通过利用多个平面的扫描来确定相对角的策略。为了说明本专利技术的策略，使用基于双圆形扫描图案(DSCP)的示例性推导。再次地，本领域的技术人员应认识到还可以适当地使用其它扫描图案来实现本专利技术的策略。 首先参照图1a，示出了扫描视网膜上的圆形图案的OCT采样射束的图形表示。在圆形扫描中，探头射束在扫描期间在圆锥体上移动。圆锥顶点是眼睛中的节点。图1b是示出与扫描圆锥体交叉的视网膜结构的示例性COT图像。在图1b中，横轴表示从0°至360°的角分布θ，而竖轴D示出来自扫描圆锥体的深度信息。等效于样本与基准臂之间的相等路径长度的零频率位置被定义为D＝0。因此，可以将图1b所示的图像视为从圆周剥落并平放到矩形皮肤中的一片视盘(optic disc)。 参照图2，示出了圆形扫描图案的三维图示，其中以半径r1和r2用探头射束来圆形地扫描视网膜。半径Δr0＝r2-r1上的小差异被选择为使得扫描圆之间的血管(VE)可以近似为直线形状。在图2所示的坐标中，两个扫描圆锥体上的血管VE的两个位置分别具有坐标P1(r1，θ1，z1)和P2(r2，θ2，z2)。因此，可以用坐标将血管的矢量表示为在OCT图像中，如图1b所示，使视网膜的结构与由(θ，D)定义的坐标系匹配。血管VE在对应于两个不同半径的两个OCT图像中具有相对位置(θ1，D1)和(θ2，D2)。根据图2，可以通过使血管的D坐标之间的差ΔD＝D1，-D2与Δz相关来由图像推导出Δz的值为如图2所示，其中h是从节点到视网膜的距离，δ是扫描射束与旋转轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于使用多普勒傅里叶域光学相干层析成像（ＯＣＴ）测量对象的预定区域中的活体内血液流量的方法，包括如下步骤：用包括至少两个平面的扫描图案来扫描所述区域以获得ＯＣＴ数据，其中，所述平面与所述区域内的血管交叉；分析所获得的ＯＣＴ数据以确定每个血管与入射扫描射束之间的多普勒频移和角，其中，所述分析包括将与其中两个或更多个平面与同一血管交叉的扫描图案中的所述两个或更多个平面对应的数据相比较；以及使用对应于每个血管的多普勒频移和入射角来确定体积血液流动率。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-4-10 60/910,871;US 2007-9-25 60/975,114;US1.一种用于使用多普勒傅里叶域光学相干层析成像(OCT)测量对象的预定区域中的活体内血液流量的方法，包括如下步骤用包括至少两个平面的扫描图案来扫描所述区域以获得OCT数据，其中，所述平面与所述区域内的血管交叉；分析所获得的OCT数据以确定每个血管与入射扫描射束之间的多普勒频移和角，其中，所述分析包括将与其中两个或更多个平面与同一血管交叉的扫描图案中的所述两个或更多个平面对应的数据相比较；以及使用对应于每个血管的多普勒频移和入射角来确定体积血液流动率。2.根据权利要求1的方法，其中，所述OCT扫描图案是能够与进入和离开所述区域的所有血管交叉的扫描图案。3.根据权利要求1的方法，其中，所述OCT扫描图案以不垂直于所述血管的角度与所述血管交叉。4.根据权利要求1的方法，其中，所述扫描图案选自同心圆、平行线、或圆弧中的一个。5.根据权利要求4的方法，其中，所述扫描图案是双圆形扫描图案。6.根据权利要求4的方法，其中，所述OCT扫描图案是能够在单个心电周期内完成的扫描图案。7.根据权利要求4的方法，其中，所述扫描图案在扫描平面之间具有小于300μm的距离。8.根据权利要求1的方法，其中，所述体积血液流量是在一个心电周期内取平均值的每单位时间流入或流出所述区域的血液流动的体积。9.根据权利要求1的方法，其中，通过对静脉中的血液流动的体积求和来确定所述体积血液流量。10.根据权利要求1的方法，还包括修正由于组织运动引起的OCT扫描数据的误差的步骤。11.根据权利要求1的方法，还包括修正相位去相关的步骤。12.根据权利要求11的方法，其中，所述修正步骤包括构建流动率相对于各个轴向扫描之间的扫描步长的标准曲线，并根据该标准曲线来修正流动率。13.根据权利要求1的方法，其中，所述区域是对象眼睛的视盘。14.根据权利要求1的方法，其中，所述对象是人。15.根据权利要求1的方法，其中，所述确定步骤包括以下各项中的至少一个获得对应于血管的横截面的2D速度分布，计算脉动系数，或血管的横截面的平面与血管的法线之间的角。16.根据权利要求1的方法，其中，所述方法是...
【专利技术属性】
技术研发人员：D黄，王义民，
申请(专利权)人：南加利福尼亚大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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