本技术公开了一种基于机械臂辅助的扩大OCT扫描范围的方法,涉及涉及生物医学成像技术领域,包括:S100:扫描区域定义;S200:OCT扫描并存储;S300:表面检测;S400:自适应调整机械臂位姿;S500:扫描区域范围全域扫描;S600:三维图像重建。本发明实现了从样品表面检测、姿态调整到图像重建的全流程,扩大了OCT扫描范围,扩展了OCT在医学和工业领域中的应用场景。
背景技术
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)技术自20世纪90年代以来,已成为生物医学成像领域的一种重要工具。OCT技术利用低相干光干涉原理,能够提供微米级分辨率的一维深度图像、二维截面图像或三维立体图像,对生物组织进行非侵入性、高分辨率的成像。OCT技术在眼科、心血管疾病、呼吸系统、消化系统、阴道疾病等领域的诊断和治疗中发挥着重要作用。在工业领域,OCT也被用于检查透明或半透明材料的内部质量,如镜片、涂层和薄膜等。尽管OCT技术在成像深度和分辨率上取得了显著进展,但其在大规模成像应用中仍面临挑战。OCT的成像范围受限于系统能够检测到的最高频率,通常在几毫米到几十毫米之间。时域OCT(TD-OCT)理论上可以实现大规模成像,但受限于低灵敏度和采集速度。为了解决这一问题,研究者们提出了多种技术方案,如循环测距OCT和长距离OCT,但这些方法需要昂贵的新型光源和高采样率的数字化器。
近年来,随着机器人技术的快速发展,其在成本降低和应用范围扩大的同时,也被引入到OCT中以扩展高分辨率断层成像的规模。《Robotic-arm-assisted flexible largefield-of-view optical coherence tomography》(Biomed. Opt. Express 12,4596–4609(2021),Huang等)结合深度相机进行大规模空间映射,RGB相机用于精确的目标定位,以及带有OCT探头的机械臂,该系统使用实时3D OCT成像来调整探头相对于样品的位置并优化成像姿态。后续,《Automated robot-assisted wide-field optical coherencetomography using structured light camera》(Biomed. Opt. Express 14, 4310–4325(2023),Li等)用3D结构光相机替换了深度相机,能够生成样品表面的精确3D点云,从而实现机械臂扫描路径的自动规划。此外,《Large area robotically assisted opticalcoherence tomography (LARA-OCT)》(Biomed.Opt. Express 15, 3993–4009 (2024),Lotz等)展示了一种使用7-DOF机械臂和3.3 MHz扫描源OCT进行的大范围机器人辅助OCT成像,他们直接使用OCT追踪样品表面并进行图像拼接,从而省略了额外的机器视觉系统,如相机、定位、跟踪或导航设备。这种方法通过使用OCT追踪样品表面,可以最小化系统的硬件成本和复杂性,从而有利于其应用和普及,但是当遇到具有高度不规则表面的三维物体时,仍然存在局限性。《Large area kidney imaging for pre-transplant evaluation usingreal-time robotic optical coherence tomography,Ma等》(Commun. Eng. 3, 122(2024))使用实时机器人OCT进行的大面积肾脏成像用于移植前评估,并进行病理学组织分析。然而,上述现有技术在面对成像伪影时,其基于规则的特征提取容易受到影响,尤其是在处理具有复杂曲率的物体时,需要进一步开发更为鲁棒的表面检测技术。
因此,本领域的技术人员致力于开发一种基于机械臂辅助的扩大OCT扫描范围的方法。
实现思路