基于自适应阈值分割的血流成像方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自适应阈值分割的血流成像方法与系统。在T个不同时间点对组织样本进行OCT扫描成像，分析血流与周围组织的相对运动生成OCTA血流运动造影，利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割；其中血流相对运动的提取方法包括分析计算OCT振幅、相位或复数信号的时间动态特性；自适应阈值分割包括基于随机相幅矢量和的统计模型和深度方向自适应阈值的计算。本发明专利技术利用深度自适应阈值，提高了血流与背景组织信号的对比度，提高了信噪比。

The method and system of blood flow imaging based on adaptive threshold segmentation

The invention discloses a blood flow imaging method and system based on adaptive threshold segmentation. The OCT scan imaging of tissue samples in T at different time points, the relative motion analysis of blood and surrounding tissues to generate OCTA flow motion imaging, adaptive threshold of OCTA flow motion contrast image using feature statistical distribution of dynamic and static blood tissue signal segmentation; extraction methods including blood relative motion analysis including time dynamic characteristics calculation OCT amplitude, phase or complex signal; adaptive threshold segmentation including the calculation of the statistical model and the depth direction vector and the random phase amplitude based on adaptive threshold. The invention makes use of the depth adaptive threshold to improve the contrast between the blood flow and the background signal and improve the signal to noise ratio.

【技术实现步骤摘要】
基于自适应阈值分割的血流成像方法与系统
本专利技术大体涉及生物医学成像领域，且更具体地涉及与光学相干层析成像技术(OpticalCoherenceTomography，OCT)和血流成像(OCTAAngiography，OCT-A)相关联的血流造影和阈值分割方法。技术背景相比于目前的生物医学成像手段，OCT成像技术具有无标记、非接触性、非侵害性、实时性、高灵敏度以及高分辨率等优点。这些优势特征使得OCT在近十多年中发展迅猛，并已经被临床医学广泛接受。OCT系统主要通过探测由于生物样品光学不均匀性所导致的后向散射光光强的变化来获得样品的折射率信息，进而重构样品的光学结构图像。然而在疾病的早期阶段，正常与病变的生物组织间的散射特性的区别很小，以至于难以被检测和判别，因此，这种结构型OCT系统在临床应用上存在许多局限性，并由此催生了许多的功能型OCT系统。功能型OCT系统所展示的各种不同生理信息的对比机制，大大拓展了OCT的使用范围和应用领域。其中，光学微血管造影(OCTAngiography,OCTA)技术作为一种能够实时地从静态组织背景中高精度提取血流信号的新型技术，能够实时、非侵入地监测血管信号，对与血管相关联的疾病的早期诊断有着重大意义。该技术在被专利技术以来得到了很快发展，并在眼底血管成像和脑皮层血管成像的研究中得到了应用。为了实现OCTA血流图像获取，目前采用的做法是以一定的时间间隔，对同一空间位置进行多次OCT探测。在获取到的OCT复信号后，可采用幅度差分、复信号差分、相位差分、多普勒方差、互相关算法等方法来分析动态血流和静态组织的运动对比度信息，获取OCTA血流造影图像，并选择一个阈值对OCTA血流造影图像进行全局阈值分割，抑制静态组织的背景噪声。然而，OCT探测光束在探测样品中传输时存在随深度方向的衰减，全局阈值分割造成动态血流和静态组织的分割误差，导致OCTA血流造影图像中信噪比和图像对比度低不能满足临床应用的要求。OCTA信号的时间统计特性表明：组织样品在空间域中某一点处的OCT复数信号，可表示为OCT相干门内的多个独立微小散射粒子后向散射光的贡献之和，即多个微小独立相幅矢量的复数叠加。对于动态的血流区域，这种运动的血红细胞是独立微小散射体，由于红细胞流动随时间流动，其光学散射信号在时间上是变化的，信号幅度分布特征视为大量随机相幅矢量和的时间统计特性，并服从瑞利分布；对于静态组织区域其信号可视为同一散射体的固定散射信号与随机系统噪声的叠加，并且信号的幅度值服从高斯分布。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种基于自适应阈值分割的血流成像方法与系统。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一、一种基于自适应阈值分割的血流成像方法，包括：在T个不同时间点对组织样本进行OCT扫描成像；分析血流与周围组织的相对运动生成OCTA血流运动造影；利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割。所述在T个不同时间点对组织样本进行OCT扫描成像采用以下方式之一：通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；利用扫频光源记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。所述在T个不同时间点对组织样本进行OCT扫描成像的扫描成像方式进一步包括：在T个不同时间点对组织样本的相同或相邻空间位置进行扫描。所述分析血流与周围组织的相对运动生成OCTA血流运动造影，包括对T个不同时间点扫描得到的OCT信号的幅度部分、或相位部分、或对包含幅度和相位的复数OCT信号进行分析，得到OCTA血流运动造影图像。所述的利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割，包括：对深度方向不同位置的OCTA血流运动造影图像信号的分布进行统计和函数拟合，得到不同深度下动态血液和静态组织的分割阈值，对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割。所述利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割，具体包括：对单一深度depth下OCTA血流运动造影断层图像(x-y)的信号幅度进行统计分析，获得统计分布曲线；统计分布曲线是指单一深度depth下OCTA血流运动造影断层图像(x-y)中信号幅度的数量统计后，以横坐标为信号幅度，纵坐标为概率密度的曲线。利用随机相幅矢量和的统计模型对深度下信号的统计分布曲线进行函数拟合，获得两条拟合函数曲线；计算两条拟合函数曲线交点处的信号幅度作为该深度下的动态血流和静态组织的分割阈值ATdepth；重复步骤～，对各个深度的断层图像(x-y)进行处理获得对应的各个分割阈值，作为各个深度的自适应阈值AT；利用自适应阈值AT对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值分割，得到对比度增强的OCTA血流运动造影图像。所述的利用随机相幅矢量和的统计模型对该深度下信号的分布进行函数拟合，具体包括：基于随机相幅矢量和的统计模型，对动态血流和静态组织信号幅度的统计分布曲线，进行双瑞利函数拟合。所述的计算拟合后两函数曲线交点处的信号幅度作为该深度下的动态血流和静态组织的分割阈值ATdepth，具体包括：拟合得到静态组织和动态血流两个区域的信号幅度分布曲线，将两曲线交点处的信号幅度作为两个区域的分割阈值。所述的对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值分割，得到对比度增强的OCTA血流运动造影图像，具体包括：将OCTA血流运动造影图像中信号幅度小于对应自适应阈值的点视为静态组织，并将信号幅度置为0，作为背景信号；同时将信号幅度大于或等于对应自适应阈值的点视视为动态血流，信号幅度值保持不变，作为目标信号，从而得到增强的OCTA血流运动造影图像。具体实施中由OCTA血流运动造影图像各深度对应的自适应阈值组成构建自适应阈值矩阵，用自适应阈值矩阵对OCTA血流运动造影图像进行处理分割。二、一种基于自适应阈值分割的血流成像系统，包括：一OCT光学相干层析装置，用于对组织样本进行OCT探测和成像；一OCT扫描装置，用于在T个不同时间点对组织样本进行OCT探测；一个或多个信号处理器，用于对T次扫描得到的OCT信号进行运动分析分析得到OCTA血流运动造影图像。一个或多个信号处理器，用于对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值分割。所述的一种光学照明与探测装置是采用以下的一种：包括低相干光源、干涉仪和探测器；或者包括低相干光源、干涉仪和光谱仪；或者包括扫频宽光谱光源、干涉仪和探测器。所述的OCT扫描装置中选择地装配有一个可见光指示装置，可见光指示装置用于指示OCT探测光束的位置和指导探测目标的放置位置。可见光指示装置主要由可见光指示光源和准直透镜组成。本专利技术基于光学相干层析成像(OCT)的无标记、三维、血流运动造影技术，首先利用血流相对运动获得初步的OCTA血流图像，然后利用动态血流和静态组织的统计分布特征进行自适应阈值分割。其中，血流相对运动的提取方法包括分析计算OCT振幅、相位或复数信号的时间动态特性；自适应阈值分割包括基于随机相幅矢量和的统计模型和深度方向自适应阈值的计算及分割。计算不同深度下的OCTA血流造影图像的信号幅度统计分布曲线，通过双瑞利函数拟合和交点处信号幅度得到不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应阈值分割的血流成像方法，其特征在于包括：在T个不同时间点对组织样本进行OCT扫描成像(1)；分析血流与周围组织的相对运动生成OCTA血流运动造影(2)；利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割(3)。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应阈值分割的血流成像方法，其特征在于包括：在T个不同时间点对组织样本进行OCT扫描成像(1)；分析血流与周围组织的相对运动生成OCTA血流运动造影(2)；利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割(3)。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应阈值分割的血流成像方法，其特征在于：所述在T个不同时间点对组织样本进行OCT扫描成像(1)采用以下方式之一：通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；利用扫频光源记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。3.根据权利要求1所述的一种基于自适应阈值分割的血流成像方法，其特征在于：所述分析血流与周围组织的相对运动生成OCTA血流运动造影(2)，包括对T个不同时间点扫描得到的OCT信号的幅度部分、或相位部分、或对包含幅度和相位的复数OCT信号进行分析，得到OCTA血流运动造影图像。4.根据权利要求1所述的一种基于自适应阈值分割的血流成像方法，其特征在于：所述的利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割，包括：对深度方向不同位置的OCTA血流运动造影图像信号的分布进行统计和函数拟合，得到不同深度下动态血液和静态组织的分割阈值，对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割。5.根据权利要求1或4所述的一种基于自适应阈值分割的血流成像方法，其特征在于：所述利用动态血流和静态组织信号的统计分布特征对OCTA血流运动造影图像进行自适应阈值的分割(3)，具体包括：对单一深度depth下OCTA血流运动造影断层图像(x-y)的信号幅度进行统计分析，获得统计分布曲线(31)；利用随机相幅矢量和的统计模型对深度下信号的统计分布曲线进行函数拟合(32)，获得两条拟合函数曲线；计算两条拟合函数曲线交点处的信号幅度作为该深度下的动态血流和静态组织的分割阈值ATdepth(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，杨珊珊，李培，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33