产生断层扫描图像的设备和方法
阅读：381发布：2024-02-18
专利汇可以提供产生断层扫描图像的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且公开了一种产生 断层 扫描图像的设备和方法。所述方法包括：检测包括目标对象的横截面信息的干涉 信号 ，以作为沿相对于目标对象的横截面的第一方向被 相位 调制的目标对象的原数据；通过基于固定窗口尺寸调整定义了滤波的函数的至少一个参数来对原数据进行解调；通过对解调的原数据进行处理来产生目标对象的断层扫描图像。，下面是产生断层扫描图像的设备和方法专利的具体信息内容。
1.一种产生断层扫描图像的方法，所述方法包括：
检测包括目标对象的横截面信息的干涉信号，以作为沿相对于目标对象的横截面的第一方向被相位调制的目标对象的原数据；
通过在固定窗口尺寸内调整定义了滤波的函数的至少一个参数来对原数据进行解调；
通过对解调的原数据进行信号处理来产生目标对象的断层扫描图像。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个参数是持续时间或滚降。
3.如权利要求1所述的方法，其中，对原数据进行解调的步骤包括：通过调整所述至少一个参数来调整原数据的波形的平坦度。
4.如权利要求1所述的方法，其中，对原数据进行解调的步骤包括：将原数据的第一单位中的每一个与定义了滤波的函数相乘的运算执行与固定窗口尺寸对应的次数一样多。
5.如权利要求4所述的方法，其中，第一单位是原数据的行单位。
6.如权利要求1所述的方法，其中，对原数据进行解调的步骤包括：通过使用残留边带滤波器（VSB）执行滤波。
7.如权利要求6所述的方法，还包括：在对原数据进行解调之前，将VSB的窗口尺寸设置为固定窗口尺寸。
8.如权利要求1所述的方法，其中，产生目标对象的断层扫描图像的步骤包括：沿与第一方向垂直的第二方向对解调的原数据执行信号处理。
9.如权利要求1所述的方法，其中，产生目标对象的断层扫描图像的步骤包括：将波长域的解调的原数据转换为关于目标对象的深度信息。
10.如权利要求1所述的方法，其中，在光学相干断层扫描（OCT）设备中执行产生断层扫描图像的方法。
11.一种用于产生断层扫描图像的设备，所述设备包括：
光产生单元，产生光学信号；
干涉仪，将光学信号分离为测量信号和参考信号，并将测量信号施加于目标对象；
检测器，检测通过响应信号与参考信号之间的干涉产生的干涉信号，以作为沿相对于目标对象的横截面的第一方向被相位调制的原数据，其中，所述响应信号响应于测量信号的施加而从目标对象被接收；
图像处理装置，从原数据产生断层扫描图像，
其中，图像处理装置包括：
固定窗口滤波单元，通过在固定窗口尺寸内对原数据进行滤波来对原数据进行解调；
图像产生单元，通过对解调原数据所获得的结果进行信号处理来产生目标对象的断层扫描图像。
12.如权利要求11所述的设备，其中，固定窗口滤波单元通过调整定义了滤波的函数的至少一个参数来设置频域的干涉信号的波形的形状。
13.如权利要求12所述的设备，其中，在定义了滤波的函数中调整的所述至少一个参数是持续时间或滚降。
14.如权利要求11所述的设备，其中，固定窗口滤波单元包括残留边带滤波器（VSB）。
15.如权利要求14所述的设备，其中，在对原数据进行解调之前，固定窗口滤波单元将VSB的窗口尺寸设置为固定窗口尺寸。
16.如权利要求11所述的设备，其中，固定窗口滤波单元将原数据与定义了滤波的函数相乘的运算执行与固定窗口尺寸对应的次数。
17.如权利要求11所述的设备，其中，固定窗口滤波单元按照关于目标对象的横截面的信息中的与第一方向对应的第一单位来执行原数据的解调。
18.如权利要求11所述的设备，其中，图像产生单元沿与第一方向垂直的第二方向对解调的原数据执行信号处理，并通过将波长域的解调的原数据转换为关于目标对象的深度信息来执行信号处理。
19.如权利要求11所述的设备，其中，用于产生断层扫描图像的设备是光学相干断层扫描（OCT）设备。
产生断层扫描图像的设备和方法
技术领域
[0002] 本公开涉及一种产生目标对象的断层扫描图像的设备和方法，更具体地讲，涉及一种在不增加产生断层扫描图像所需的计算复杂性的情况下产生目标对象的准确的断层扫描图像的设备和方法。
背景技术
[0003] 断层扫描是一种通过使用穿透波获取目标对象的断层扫描图像的技术。这种断层扫描被用在各种领域中。因此，对产生高质量断层扫描图像的需求也正在增加。具体地讲，在直接涉及人们生活的医学领域中，用于通过使用有限的资源准确地产生断层扫描图像的技术正在成为重要课题。发明内容
[0004] 提供一种用于在不增加产生断层扫描图像所需的计算复杂性的情况下产生目标对象的准确的断层扫描图像的设备。
[0005] 提供一种在不增加产生断层扫描图像所需的计算复杂性的情况下产生目标对象的准确的断层扫描图像的方法。
[0006] 将在以下描述中部分阐述其它方面，并且其它方面将从描述中部分是显然的，或者可通过呈现的实施例的实践来得知。
[0007] 根据本发明的一方面，一种产生断层扫描图像的方法包括：检测包括目标对象的横截面信息的干涉信号，以作为沿相对于目标对象的横截面的第一方向被相位调制的目标对象的原数据；通过在固定窗口尺寸内调整定义了滤波的函数的至少一个参数来对原数据进行解调；通过对解调的原数据进行信号处理来产生目标对象的断层扫描图像。
[0008] 所述至少一个参数可以是持续时间或滚降。
[0009] 对原数据进行解调的步骤可包括：通过调整所述至少一个参数来调整原数据的波形的平坦度。
[0010] 对原数据进行解调的步骤可包括：将原数据的第一单位中的每一个与定义了滤波的函数相乘的运算执行与固定窗口尺寸对应的次数一样多。第一单位可以是原数据的行单位。
[0011] 对原数据进行解调的步骤可包括：通过使用残留边带滤波器（VSB）执行滤波。在此情况下，所述方法还可包括：在对原数据进行解调之前，将VSB的窗口尺寸设置为固定窗口尺寸。
[0012] 产生目标对象的断层扫描图像的步骤可包括：沿与第一方向垂直的第二方向对解调的原数据执行信号处理。
[0013] 产生目标对象的断层扫描图像的步骤可包括：将波长域的解调的原数据转换为关于目标对象的深度信息。
[0014] 可以在光学相干断层扫描（OCT）设备中执行产生断层扫描图像的方法。
[0015] 根据本发明的一方面，一种用于产生断层扫描图像的设备包括：光产生单元，产生光学信号；干涉仪，将光学信号分离为测量信号和参考信号，并将测量信号施加于目标对象；检测器，检测通过响应信号与参考信号之间的干涉产生的干涉信号，以作为沿相对于目标对象的横截面的第一方向被相位调制的原数据，其中，所述响应信号响应于测量信号的施加而从目标对象被接收；图像处理装置，从原数据产生断层扫描图像，其中，图像处理装置包括：固定窗口滤波单元，通过在固定窗口尺寸内对原数据进行滤波来对原数据进行解调；图像产生单元，通过对解调原数据所获得的结果进行信号处理来产生目标对象的断层扫描图像。
[0016] 根据本发明的一方面，一种计算机可读记录介质在其上记录有用于执行产生断层扫描图像的方法的程序。
[0018] 通过下面结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其它方面将变得清楚和更加容易理解，其中：
[0019] 图1是示出根据本发明的实施例的用于产生断层扫描图像的设备的框图；
[0020] 图2是示出根据本发明的实施例的产生断层扫描图像的方法的流程图；
[0021] 图3是更加详细地示出图1的干涉仪的示图；
[0023] 图5是示出根据本发明的实施例的按固定窗口尺寸执行滤波的操作的示图；
[0024] 图6是示出用于产生断层扫描图像的设备的框图，其中，图1的固定窗口滤波单元被残留边带滤波器替代；
[0025] 图7和图8是示出根据本发明的实施例的通过调整定义了滤波的函数的参数对干涉信号进行解调的方法的曲线图；
[0026] 图9是示出增加滤波复杂性的示例的曲线图；
[0027] 图10A和图10B是示出图9的复杂性增加与折叠现象之间的关系的示例的示图。
具体实施方式
[0028] 参照用于示出本发明的优选实施例的附图，以获得对本发明及其优点和通过实施本发明所实现的目标的充分理解。
[0029] 以下，将通过参照附图解释本发明的优选实施例来详细地描述本发明。附图中的相同标号表示相同元件。
[0030] 图1是示出根据本发明的实施例的用于产生断层扫描图像的设备100的框图，图2是示出根据本发明的实施例的产生断层扫描图像的方法的流程图。
[0031] 参照图1和图2，用于产生断层扫描图像的设备100（下文中，称为“断层扫描图像产生设备”）可以是光学相干断层扫描（OCT）设备。在此情况下，断层扫描图像产生设备100包括光产生单元110、干涉仪120、检测器140和图像处理装置200。产生断层扫描图像的方法包括：检测包括目标对象160的横截面信息的干涉信号CS，以作为沿相对于目标对象160的横截面的第一方向被相位调制的原数据RDTA（操作S220）；通过基于固定窗口尺寸调整滤波函数的参数对原数据RDTA进行解调（操作S240）；通过处理对干涉信号CS进行解调获得的结果来产生目标对象160的断层扫描图像TIMG（操作S260）。
[0032] 可通过光产生单元110、干涉仪120、相位调制器PMD和检测器140的操作执行干涉信号CS的检测（操作S220）。光产生单元110产生光学信号OS。例如，光产生单元110可响应于与来自用户接口单元170的输入相应的接口信号Xin而发射光学信号OS。通常，用户接口单元170可以是诸如键盘、鼠标等的输入装置。可选择地，用户接口单元170可包括显示在显示单元400上的图形用户界面（GUI）。在用户接口单元170中产生的事件可被产生作为接口信号Xin。在用户接口单元170中产生的事件可以是例如在用户接口单元170是键盘的情况下的键向上或键向下、在用户接口单元170是鼠标的情况下的点击或者在用户接口单元170是GUI的情况下的触摸。
[0033] 从光产生单元110产生的光学信号OS的示例可包括超发光二极管（SLD）信号或者边缘发射发光二极管（ELED）信号。然而，本发明不限于此，任何不同种类的光学信号可用作光学信号OS。从光产生单元110产生的光学信号OS被发送到干涉仪120。光学信号OS可通过自由空间或者通过传输介质被发送到干涉仪120。传输介质可以是例如光纤。参照更加详细地示出了图1的干涉仪120的图3，OCT设备（即，断层扫描图像产生设备100）的干涉仪120接收光学信号OS并将光学信号OS分离为测量信号MS和参考信号RS。为此，可在干涉仪120中形成至少两个分开的信号路径P1和P2。从光学信号OS分离出的测量信号MS可通过所述分开的信号路径的信号路径P2发送，参考信号RS可通过所述分开的信号路径的信号路径P1发送。
[0034] 干涉仪120可根据划分比将光学信号OS分离为测量信号MS和参考信号RS。所述划分比可被定义为参考信号RS的输出强度与测量信号MS的输出强度之比。例如，干涉仪120可根据比5:5将光学信号OS分离为测量信号MS和参考信号RS。另外，干涉仪120还可根据比9:1或任何其它划分比将光学信号OS分离为测量信号MS和参考信号RS。当通过使用图3的分束器121将光学信号OS分离为测量信号MS和参考信号RS时，可根据分束器
121的透射和反射特性确定划分比。
121的透射和反射特性确定划分比。
[0035] 干涉仪120将测量信号MS发送到相位调制器PMD，探测器130将通过相位调制器PMD调制的测量信号MS施加到目标对象160。从探测器130施加的测量信号MS在目标对象160中被反射或散射。
[0036] 图4是示出图1的相位调制器PMD的操作的示例的示图。在图4中，为便于解释，省略将经过相位调制的测量信号MS施加到目标对象160的探测器130。参照图1和图4，相位调制器PMD可包括扫描镜131。扫描镜131绕轴131a旋转。
[0037] 由于扫描镜131绕轴131a旋转，所以测量信号MS沿目标对象160的第一方向（即，横向方向或行方向）B-Scan被施加并被相位调制。例如，扫描镜131基于与目标对象160的行方向的一个像素对应的单位旋转，并且测量信号MS可在沿行方向按一个像素移动目标对象160时被施加。结果，测量信号MS可基于与一个像素对应的单位被相位调制。相位调制器PMD可以是Galvano扫描器，在此情况下，第一方向B-Scan指示由于Galvano扫描器的枢轴关闭（pivot-off）导致的方向。
[0038] 基于行方向的像素单位而施加在目标对象160上的测量信号MS在目标对象160的第二方向（即，竖直方向或列方向）A-Scan上被反射或散射。目标对象160的第二方向A-Scan可以是与目标对象160的第一方向B-Scan垂直的方向。
[0039] 反射的或散射的测量信号MS被发送到干涉仪120作为响应信号AS。
[0040] 例如，响应信号AS可通过与测量信号MS被施加于目标对象160的路径相同的路径被发送到干涉仪120。可选择地，响应信号AS可通过与测量信号MS被施加于目标对象160的路径不同的路径被发送到干涉仪120。响应信号AS以及测量信号MS可通过自由空间或传输介质（诸如光纤）被发送到干涉仪120。干涉仪120产生由于响应信号AS与参考信号RS之间的干涉引起的干涉信号CS。
[0041] 详细地讲，参考信号RS在干涉仪120中通过路径P1被发送到参考镜122，被参考镜122反射，并被发送到分束器121。参考信号RS的被发送到分束器121的部分被分束器121反射，其它部分穿过分束器121。穿过分束器121的参考信号RS与被分束器121反射的响应信号AS干涉。
[0042] 干涉信号CS被输入到检测器140。检测器140检测通过响应信号AS与参考信号RS之间的干涉产生的干涉信号CS，以作为帧单位的原数据RDTA。可通过图4的扫描镜131的一个旋转处理同时获得基于帧单位形成的原数据RDTA，或者可通过扫描镜131的重复的旋转操作依次获得原数据RDTA的第一至第N行RD1至RDN，其中，扫描镜131的重复的旋转操作与第二方向上的像素的数量对应。
[0043] 例如，检测器140基于相对于目标对象160的行单位检测如下面的等式1的干涉信号CS的光强度I。在下面的等式中，“Ir”指示参考信号RS的光强度，“Is”指示响应信号AS的光强度。“k”指示波长，“Zrs”指示参考信号RS与响应信号AS之间的光程差（或者目标对象160的深度信息的差）。“x”指示图4的第一方向（即，行方向）上的像素的数量，“fB·x”指示相位解调的值。
[0044]
[0045] 检测器140可通过使用光接收单元（未示出）检测干涉信号CS的光强度“I”，光接收单元的代表性示例可包括光电检测器。以上已描述了检测光干涉信号的处理。然而，根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生方法不限于从光干涉信号产生断层扫描图像，并且可通过检测指示关于目标对象的断层扫描图像的信息的其它信号并随后分析检测到的信号来产生目标对象的断层扫描图像。
[0046] 参照图1和图2，当按以上处理执行操作S220时，通过检测器140检测到的原数据RDTA被发送到图像处理装置200以产生断层扫描图像。图像处理装置200对从检测器140接收的原数据RDTA进行解调（操作S240），并产生目标对象160的断层扫描图像（操作S260）。为便于解释，以下可使用电信号ES以及干涉信号CS。
[0047] 图像处理装置200可包括固定窗口滤波单元210和图像产生单元230。固定窗口滤波单元210可对原数据RDTA进行解调。固定窗口滤波单元210是设置的具有固定窗口尺寸的滤波器，可通过调整滤波器函数的参数并基于行单位对原数据RDTA进行滤波来执行解调操作，其中，滤波器函数定义了固定窗口滤波单元210的滤波操作。
[0048] 可以以具有与窗口尺寸信号XFW对应的固定尺寸的窗口来设置固定窗口滤波单元210。例如，如图5中所示，响应于窗口尺寸信号XFW，固定窗口滤波单元210可被设置为具有基于中心值对称的尺寸“a”（这里，“a”是常数）。
[0049] 根据本发明的当前实施例，在对原数据RDTA进行解调之前，可针对固定窗口滤波单元210设置固定窗口尺寸。例如，当图1的断层扫描图像产生设备100被设立或开启时，固定窗口滤波单元210可响应于通过用户接口单元170接收的窗口尺寸信号XFW来设置固定窗口尺寸。在此情况下，每当图1的断层扫描图像产生设备100被设立或开启时，固定窗口滤波单元210可被设置为具有不同窗口尺寸。可基于点击来设置窗口尺寸。
[0050] 如以上所述，固定窗口滤波单元210的滤波操作可通过滤波器函数来定义。在此情况下，为了对原数据RDTA进行滤波，将原数据RDTA的每行乘以滤波器函数的运算被执行与固定窗口尺寸对应的次数。以下，将以特定滤波器函数的示例来描述滤波操作。
[0051] 固定窗口滤波单元210可通过使用如图6中所示的残留边带滤波器（VSB）220执行滤波操作（即，解调）。在此情况下，固定窗口滤波单元210的滤波操作可通过下面的等式2来定义。在下面的等式2中，函数“y”是被输出为滤波结果信号的解调信号，函数“x”是指示原数据RDTA的每行的信号。函数“δ”与函数“h”之和是滤波器函数。另外，“N”指示窗口尺寸。
[0052]
[0053]
[0054] 在等式2中，假设函数“h”通过下面的等式3来设置。由于当“n”是偶数时函数“y”的值为0，因此等式2排除了此情况。
[0055]
[0056] 因此，在图6的残留边带滤波器（VSB）220中，针对窗口尺寸“N”的一半执行乘法运算。等式2的系数“coeffs”可被定义为下面的等式4。在等式4中，“T”指示持续时间，“R”指示滚降（roll-off）。
[0057]
[0058] 如以上所述，可通过调整定义滤波的滤波器函数的至少一个参数并针对频域设置干涉信号的波形的形状来执行根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生方法。
[0059] 例如，如图7中所示，当改变滤波器函数的滚降R的值时，在频域的原数据RDTA的波形中，可改变上升或下降时间段的斜度。因此，可改变原数据RDTA的波形的平坦度。图7示出了当滚降R的值是0.6时波形的平坦度最佳的示例。然而，滚降R的最佳值可根据操作环境而改变并且不限于图7的示例。另外，如图8中所示，通过改变滤波器函数的持续时间T，可改变频域的干涉信号CS的波形的宽度。以相同的方式，干涉信号CS的波形的平坦度还可随着干涉信号CS的波形的宽度的改变而改变。
[0060] 如上所述，尽管乘法运算的次数没有改变，但是根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生设备和方法可因固定窗口尺寸而提高解调的干涉信号的波形的平坦度。因此，在根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生设备和方法中，如图9中所示，可不增加窗口尺寸（即，乘法运算的次数）来提高平坦度。图9示出当窗口尺寸最大为8时平坦度最佳，当窗口尺寸最小为2时平坦度最差的情况。
[0061] 当解调的干涉信号的波形的平坦度较差时，可能出现图10A中所示的折叠现象（folding phenomenon）。然而，为了防止图10A的折叠现象，如图10B中所示，根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生设备和方法可通过上述的在不增加乘法运算的次数的情况下调整滤波器函数的参数来提高解调的干涉信号的波形的平坦度。因此，根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生设备和方法可减少执行干涉信号的解调所需的时间和资源消耗，并还可防止折叠现象。
[0062] 另外，如上所述，在产生断层扫描图像中，当通过滤波对调制的原数据进行解调时，根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生设备和方法可通过固定针对滤波设置的窗口尺寸，来保持断层扫描图像的质量并还降低原数据的解调所需的复杂度。另外，当对原数据执行解调时，根据本发明的当前实施例的断层扫描图像产生设备和方法还可在不产生域（诸如时间域与频域）之间的改变的情况下降低复杂性。
[0063] 参照回图1和图2，图像产生单元230接收解调的原数据RDTA′，并通过处理接收的数据产生目标对象160的断层扫描图像TIMG（操作S260）。例如，当基于第一方向（即，B-Scan方向）的行单位执行原数据RDTA的解调时，可基于第二方向的列单位执行图像产生单元230的信号处理。图像产生单元230可基于行单位（即，图4的RD1至RDn）或者一次接收通过固定窗口滤波单元210解调的原数据RDTA′。当图像产生单元230基于行单位（即，图4的RD1至RDn）接收解调的原数据RDTA′时，图像产生单元230可包括用于临时存储每行的解调结果的存储区域（未示出）。当图像产生单元230一次接收解调的原数据RDTA′时，固定窗口滤波单元210可包括用于临时存储每行的解调结果的存储区域（未示出）。
[0064] 图像产生单元230可通过将解调的原数据RDTA′从波长域转换为深度域来执行信号处理。为此，图像产生单元230可针对解调的原数据RDTA′执行背景减法，执行k线性化，并随后执行快速傅里叶变换（FFT）。然而，本发明不限于此，图像产生单元230可通过使用其它各种算法之一将解调的原数据RDTA′从波长域转换为深度域来执行信号处理。随着针对目标对象160检测的波长通过使用深度信息被处理，图像产生单元230可产生目标对象160的断层扫描图像TIMG。
[0065] 产生的断层扫描图像TIMG可被存储在存储装置300中。另外，产生的断层扫描图像TIMG可被显示在显示单元400上。作为用于从图像处理装置200接收图像信号并输出图像的装置的显示单元400可以是存在于图像处理装置200外部的独立装置，并且可以是包括在图像处理装置200中的组件。图像处理装置200可通过使用执行上述组件的功能的专用芯片来实现，并且可通过使用通用中央处理单元（CPU）和存储在存储装置300中的专用程序来实现。
[0066] 根据图2的实施例的断层扫描图像产生方法可被写为计算机程序，并且可被实现在使用计算机可读记录介质执行程序的通用数字计算机中。计算机可读记录介质的示例可包括磁存储介质（例如，ROM、软盘、硬盘等）、光学记录介质（例如，CD-ROM或DVD）等。
[0067] 尽管已经参照本总发明构思的示例性实施例具体示出和描述了本总发明构思，但是本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本总发明构思的精神和范围的情况下，在此可进行形式和细节上的各种改变。
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