用光學(xué)相干斷層掃描血管造影對(duì)局部循環(huán)進(jìn)行量化的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2012年9月10日提交的、題為"用光學(xué)相干斷層掃描血管造影對(duì)局 部循環(huán)進(jìn)行量化（QUANTIFICATION OF LOCAL CIRCULATION WITH OCT ANGL0GRAPHY)"、號(hào) 為61/699,257的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)；以及要求于2013年3月15日提交的、名為 "在活自體內(nèi)定量的光學(xué)血流成像（IN VIVO QUANTITATIVE OPTICAL FLOW IMAGING)"、號(hào)為 61/799, 502的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。明確地要求這些臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并且這些 臨時(shí)申請(qǐng)的公開通過引用被全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開一般涉及生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，以及更具體地，涉及與光學(xué)相干斷層掃描和 血管造影相關(guān)聯(lián)的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
[0004] 對(duì)政府的I持給予致謝。
[0005] 本發(fā)明通過政府支持在由美國國立衛(wèi)生研宄院頒發(fā)的第R01-EY013516號(hào)的基金 下進(jìn)行。政府在本技術(shù)中享有一定的權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0006] 糖尿病性視網(wǎng)膜病變、年齡相關(guān)性黃斑變性和青光眼是典型的眼部疾病，其中已 經(jīng)觀察到血管紊亂和循環(huán)障礙。例如，越來越多的證據(jù)表明，在視神經(jīng)眼部微循環(huán)功能障礙 影響青光眼的進(jìn)展。因此，眼部循環(huán)量化對(duì)于眼科疾病診斷而言是很重要的。
[0007] 目前，一些方法已用于測(cè)量眼部灌注。熒光素血管造影（FA)在健康和疾病方面提 供了有用的定性信息；但是，它僅示出膚淺的視網(wǎng)膜血管，但并沒有評(píng)估深入灌注，諸如在 視神經(jīng)乳頭（ONH)中的微循環(huán)、脈絡(luò)膜血流。此外，注入染料會(huì)引起惡心和過敏反應(yīng)，使得 其不適于用作用于常規(guī)青光眼評(píng)估的工具。激光多普勒血流儀【例如海德堡視網(wǎng)膜流量計(jì) (HRF)】和激光散斑血流儀兩者都可以顯示疾病和正常對(duì)照組之間的差異，在激光多普勒血 流儀中對(duì)流過較小視網(wǎng)膜區(qū)域的毛細(xì)管血流進(jìn)行采樣，而激光散斑血流儀提供對(duì)血流速度 進(jìn)行局部采樣。然而，用這些方法所提供的測(cè)量由于依賴性較小采樣區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度和位 置，因而對(duì)于診斷應(yīng)用而言變化太多。已經(jīng)提出用磁共振成像（MRI)來定量地成像ONH灌 注；然而，對(duì)于該方法而言的主要限制因素是ONH的較小尺寸和有限的分辨率，以檢測(cè)病灶 (focal)循環(huán)或輕微循環(huán)功能不全（insufficiency)。
[0008] 光學(xué)相干斷層掃描（OCT)是一種已被廣泛用于診斷和管理眼部疾病的一種成像 技術(shù)。作為相干檢測(cè)技術(shù)，OCT可以檢測(cè)提供了關(guān)于血流信息的反向散射光的多普勒頻移。 多普勒OCT已經(jīng)用于測(cè)量患有青光眼、視神經(jīng)病變和糖尿病性視網(wǎng)膜病變的患者的人體總 的視網(wǎng)膜血液流動(dòng)（TRBF)。用這種方法，來自中央視網(wǎng)膜血管的全局血流可被量化，但局部 微循環(huán)因?yàn)樗俣确秶鸵灾劣诓荒芫_地進(jìn)行多普勒測(cè)量而不能得到解決。為了測(cè)量局 部微循環(huán)，我們最近開發(fā)出了利用超高速OCT來提供高質(zhì)量的三維（3D)血管造影的頻譜幅 度分離去相關(guān)血管造影（SSADA)算法。因?yàn)镾SADA基于各向同性維度分辨率單元中的反射 率變化，因此其對(duì)于橫向和軸向運(yùn)動(dòng)同樣敏感。因此，其可能提供不依賴于光束入射角的局 部微血管灌注的更公正的估計(jì)。相比而言，多普勒和相位方差OCT血管造影相比于橫向流 動(dòng)而言對(duì)于軸向流動(dòng)更敏感。因此，SSADA會(huì)是用于對(duì)在不同血管床內(nèi)微循環(huán)的血管造影 進(jìn)行定量的良好基礎(chǔ)。
[0009] 由于生物組織的高散射和吸收性質(zhì)，生物組織和脈管系統(tǒng)的活體內(nèi)三維映射是困 難的。一些目前的方法具有較慢的掃描速度，使得難以在活體內(nèi)進(jìn)行三維成像。仍然缺乏 具有更快掃描速度的其它一些技術(shù)，因?yàn)樗鼈儫o法在不產(chǎn)生重疊圖像的情況下深入地掃描 到生物組織內(nèi)，需要使用侵入性操作來掃描感興趣的組織。目標(biāo)在于更深入成像的許多技 術(shù)通常無法提供具有移動(dòng)材料（例如，血流）的組織的深入成像。因此，用于有效地對(duì)結(jié)構(gòu) 和/或組織移動(dòng)（諸如血液流動(dòng)）進(jìn)行成像的方法具有顯著的臨床重要性。
[0010] 光學(xué)相干斷層掃描（OCT)是用于對(duì)生物組織進(jìn)行高分辨率、深度分辨橫截面的和 3維（3D)成像的一種成像模態(tài)。在其許多應(yīng)用中，特別是眼部成像已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有廣泛的臨 床應(yīng)用。在過去十年中，由于光源和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，傅立葉域OCT(包括頻譜（基于頻譜 儀的）OCT和掃頻源0CT)已經(jīng)證實(shí)在靈敏度和成像速度方面具有優(yōu)于那些時(shí)間-域OCT系 統(tǒng)的優(yōu)越性能。傅立葉域OCT的高速度使得其更容易不僅對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，而且更容易對(duì) 血液流動(dòng)進(jìn)行圖像。該功能擴(kuò)展最初由多普勒OCT證實(shí)，其通過評(píng)估相鄰A線掃描之間的 相位差異來對(duì)血液流動(dòng)進(jìn)行成像。雖然多普勒OCT能夠?qū)^大血管內(nèi)的血液流動(dòng)進(jìn)行成 像并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，但是其難于將小血管內(nèi)的緩慢流動(dòng)與血管外組織中的生物運(yùn)動(dòng)區(qū)分開 來。在視網(wǎng)膜血管的成像過程中，多普勒OCT面臨使得大多數(shù)血管幾乎垂直于OCT光束的 附加約束，并且因此，多普勒移位信號(hào)的可檢測(cè)性關(guān)鍵取決于光束入射角。因此，不依賴于 光束入射角的其它技術(shù)對(duì)于視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜血管造影而言是特別具有吸引力的。
[0011] 幾種基于OCT的技術(shù)已被成功地開發(fā)，以對(duì)活體內(nèi)人眼中的微血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行成 像。一個(gè)示例是光學(xué)微血管造影術(shù)（OMAG)，其可以解決（resolve)視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜層兩者 中的微細(xì)血管。OMG通過使用改良的希爾伯特變換以便將散射信號(hào)從靜態(tài)和移動(dòng)的散射體 分離來工作。通過沿著慢掃描軸應(yīng)用OMAG算法，可以實(shí)現(xiàn)毛細(xì)血管血流的高靈敏度成像。 然而，OMG的高靈敏度需要通過解決多普勒相移來精確地去除團(tuán)塊（bulk)運(yùn)動(dòng)。因此，很 容易從系統(tǒng)或生物相的不穩(wěn)定性形成偽影。諸如相位方差和多普勒方差之類的其它相關(guān)方 法已被開發(fā)，以從微血管血流檢測(cè)小的相位變化。這些方法不要求非垂直光束入射并可以 檢測(cè)橫向和軸向流動(dòng)二者。它們還成功地將視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜微血管網(wǎng)絡(luò)可視化。然而，這 些基于相位的方法也需要非常精確地去除由于團(tuán)塊組織的軸向運(yùn)動(dòng)所造成的背景多普勒 相移。偽影也會(huì)由OCT系統(tǒng)中的相位噪聲和橫向組織運(yùn)動(dòng)被引入，而這些也需要被去除。
[0012] 迄今為止，大多數(shù)的前述方法已經(jīng)基于頻譜0CT，它提供了用于評(píng)估相移的高相 位穩(wěn)定性或區(qū)分由血流導(dǎo)致的相差。與頻譜OCT相比，掃頻源OCT從相鄰兩個(gè)周期的調(diào)諧 (tuning)和定時(shí)變化引入相位變化的另一來源。這使得基于相位的血管造影噪聲更大。為 了在掃頻源OCT上使用基于相位的血管造影方法，需要用于降低系統(tǒng)相位噪聲的更復(fù)雜的 方法。另一方面，掃頻源OCT提供優(yōu)于頻譜OCT的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，諸如更長的成像范圍，對(duì)于深 度依賴性更小的信號(hào)轉(zhuǎn)降（roll off)，并且由于邊緣（fringe)被消除，運(yùn)動(dòng)引入的信號(hào)損 失更少。因此，不依賴于相位穩(wěn)定性的血管造影方法可以是用于充分利用掃頻源OCT優(yōu)勢(shì) 的最佳選擇。在本上下文中，基于幅度的OCT信號(hào)分析可以是有利于眼科微血管成像的。
[0013] 在微血管成像中與OCT應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的一個(gè)難題來自于在從活體或原位生物樣品 中獲得的OCT圖像中普遍存在散斑。散斑是帶有隨機(jī)路徑長度的光波相干總和的結(jié)果，且 其通常被認(rèn)為是降低OCT圖像質(zhì)