一种基于光学相干层析成像的血管成像方法及其系统与流程

本发明涉及血管造影成像，具体是一种基于光学相干层析成像的血管成像方法及其系统。

背景技术：

1、通过注射外源造影剂并采用影像设备可实现对人体血管的造影成像，然而造影剂对人体会产生一定的副作用。oct技术是一种利用光照成像的方法，与人体不发生直接接触，没有侵入性，这种成像模式对人体没有任何副作用，同时oct技术采用显微物镜可以实现在空间三个维度上均为微米级的高分辨率成像。针对活体生物组织成像时，oct信号包括有静态组织信号、动态血液和血细胞信号。静态组织信号在时间域具有高度相关性，而动态血液和血细胞信号则在时间域具有较高的非相关性。利用oct技术，可对同一截切面进行多次扫描成像，每次成像存在一定时延，可获得的截切面任意一个像素的时间信号为复数信号，针对该信号的去相关方法包括有：基于相位的去相关、基于振幅的去相关和基于复振幅的去相关。对于基于相位的去相关方法，只考虑了相位信息，而活体生物体的生理抖动和成像系统的振动都将对相位产生扰动，需要剔除这部分因素影响，因此该方法容易产生较大背景噪声。基于振幅的去相关方法，只考虑强度信息，而流动血液和血红细胞产生的强度变化不是很明显，因此该方法对于提取血管部分的信息不够敏感，对于小血管的造影成像有所缺失。基于复振幅的去相关方法，同时考虑相位和强度组分，提升了对血管成像的灵敏度。

2、基于复振幅的去相关方法主要包括有复数差分方法和归一化的复数与复共轭乘积方法，基于复数差分法也需要校正生物体的全局抖动产生的相位扰动，而基于归一化的复数与复共轭乘积法由于在它们的乘积过程中提取了相位扰动因子并采用取模操作(如表达式a所示)，因此自动消除了该相位因子，不需要提前进行相位校正，设置的去相关函数为曲线类型如图4所示。但是以上两种方法尽管各自将静态背景尽可能的置零，同时保留了血流信息，但是由于系统干涉引入的噪声、采集过程引入的噪声和生物组织呼吸心态引入的噪声都将对静态组织产生不定影响，同时血流信息的差异也存在相关性，无法单纯通过差分方法或者复数去相关方法来有效提取。因此，基于oct技术，通过物理手段实现的血管造影成像方法，依然存在着较大的图像背景噪声影响和血管对比度较低的现象。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于光学相干层析成像的血管成像方法及其系统，通过本发明的方法和系统有效地增强血流信号和静态组织背景信号的差异，提高基于oct技术实现的血管造影成像的图像对比度和清晰度。

2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明是一种基于光学相干层析成像的血管成像方法，包括如下操作：利用光谱域oct成像采集系统对样品进行扫描并逐点采集干涉光谱信号；

4、利用oct图像重建方法，对干涉光谱信号进行波数域的均匀采样和逆傅里叶变换运算，得到样品任意点的轴向深度反射率信息，并且为复数信号，记做r(x,y,z,t)，其中，x，y，z用于表示像素位置，t表示重复测量次数为1,2,…,n，n为连续测量次数，r表示复数；

5、对于任意一个y轴坐标位置下的n个b-scan的x-z截面的结构信号，采用去相关函数进行时域去相关，得到去相关信号；

6、将结构信号、去相关信号和强度掩模信号进行乘积，获得血管造影成像的三维信号，结合三维中值滤波和高斯滤波的图像处理方法，通过沿着深度方向做最大值投影来绘制表征二维正面的血管造影图像

7、本发明的进一步改进在于：利用光谱域oct成像采集系统对样品进行扫描并逐点采集干涉光谱信号具体操作为：对同一样品b-scan进行多次重复采集：光谱域oct成像系统在同一y轴向位置处，沿x轴向对b-scan的x-z截面进行连续地重复扫描，重复次数为n，然后沿着y轴向移动一个位置，再次沿x轴向对b-scan的x-z截面进行连续地重复扫描，重复次数为n，直至y轴向的扫描完成为止。

8、本发明的进一步改进在于：所述去相关函数表达式为：

9、

10、其中，在一个深度窗口中，任意深度像素位置处的归一化复数互相关w(m)为一个长度为2l+1的沿深度方向的开关窗口，r*为复数r的复共轭，t为重复测量次数，z表示b-scan的x-z截面的像素在z轴上的位置，g为去相关信号，l为定值，m为自变量，取值为2l+1。

11、本发明的进一步改进在于：所述将结构信号、去相关信号和强度掩模信号进行乘积，获得血管造影成像的三维信号的具体步骤包括：

12、a、获取结构信号：获取任意一个y坐标处的n个b-scan的x-z截面的结构信号，并以对数形式表达，表示为：istruct＝log10(|r|2)，其中，r表示复数，istruct为结构信号；

13、b、制作强度掩模信号：针对去相关信号g设置一个阈值，低于阈值信号的数值置0，高于阈值信号的数值置1，将二值化的强度掩模信号记做imask；

14、c、采用结构信号、去相关信号和强度掩模信号的乘积表征血管造影成像的三维信号，表达式为：

15、iangio＝istruct×g×imask；

16、其中，iangio为血管造影成像的三维信号。

17、本发明是一种基于光学相干层析成像的血管成像系统，所述血管成像系统包括oct图像采集系统模块、oct结构图像重建模块、血管图像分析获取模块、图像优化处理模块；

18、所述oct图像采集系统模块，用于利用光谱域oct成像模式通过逐点扫描的成像方法采集样品任意点的干涉光谱信息；

19、所述oct结构图像重建模块，用于对所述oct图像采集系统模块获得的干涉光谱信号进行波数域的均匀化采样和逆傅里叶变换运算，得到样品任意点的轴向深度反射率信息，并且为复数信号；

20、所述血管图像分析获取模块，用于对复数信号进行时域去相关，并提取血管造影成像的三维信号；

21、所述图像优化处理模块，用于对样品血管造影成像的三维信号进行三维中值滤波和高斯滤波优化处理，将优化后的三维信号，通过沿着深度方向做最大值投影来绘制表征二维正面的血管造影图像。

22、本发明的进一步改进在于：所述oct图像采集系统模块采用的成像方式为b-m模式。

23、本发明的进一步改进在于：所述血管图像分析获取模块采用去相关函数对复数信号进行时域去相关，去相关函数表达式为：

24、

25、其中，w(m)为一个长度为2l+1的沿深度方向的开关窗口，r*为复数r的复共轭，t为重复测量次数，z表示b-scan的x-z截面的像素在z轴上的位置，g为去相关信号，l为定值，m为自变量，取值为2l+1。

26、本发明的进一步改进在于：所述血管图像分析获取模块提取的血管造影成像的三维信号表达式为：

27、iangio＝istruct×g×imask；

28、其中，imask为强度掩模信号，istruct为结构信号，iangio为血管造影成像的三维信号。

29、本发明的有益效果是：本发明通过设计的去相关函数在信号去相关的基础之上，进一步优化去除了静态组织信号本身就存在不相关的扰动噪声，同时进一步优化去除了动态血流信号中存在的少量具有相关性的信号背景，有效地提高血管成像的对比度，可以更好地表征较细小的血管脉络分布。