光学相干断层扫描衬比度血管造影算法的研究

发布时间：2020-06-07 09:54

【摘要】：光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography,OCT),亦称光学相干层析成像,具有非侵入性、图像分辨率高等特点,是上世纪90年代初发展起来的光学成像技术,由于OCT轴向分辨率由光源波长带宽决定,所以轴向分辨率与横向分辨率相互独立。随着光源技术的发展及检测技术的提高,高速的傅立叶域OCT技术得到高速发展,不仅可以实现被测组织结构成像,而且还可以实现被测组织功能成像,尤其是在眼科临床疾病诊断方面得到广泛的应用,例如:糖尿病性视网膜病变、青光眼、年龄相关的黄斑变性等疾病的诊断。由于OCT系统检测时不需要外源造影剂就能够实现组织内微血管造影,且具有很高的分辨率,所以基于光学相干断层扫描的血管造影技术在临床诸多领域广泛应用,成为重要的医学成像技术。近年来,相关研究人员提出了多种光学相干断层扫描血管造影(Optical Coherence Tomography Angiography,OCTA)算法,根据信号来源不同主要分为:基于相位信号、幅度信号和复信号的光相干断层扫描血管造影算法。(1)首先,本文对光学相干断层扫描血管造影算法的原理进行了理论分析;并将激光散斑衬比成像算法应用到光学相干断层扫描血管造影领域;在此基础上对激光散斑衬比算法进行改进,提出了改进的激光散斑衬比算法,抑制常规散斑衬比算法产生的纹路噪声;利用改进的衬比图像对均值图像进行标注,提出了一种光学相干断层扫描衬比度血管造影(Optical Coherence Tomography Contrast Angiography,OCTCA)算法,进一步提高了血管造影图像信噪比,为获取高信噪比微细血管造影图像开启了新途径。采用的方法是对OCT采集的连续结构图像进行运动伪差校正;对校正后图像进行叠加平均得到增强血流信号图像;对校正后图像进行改进的散斑衬比处理得到衬比图像,其中衬比图像包含动态血流的位置信息;利用衬比图像在增强血流信号图像进行标注,进一步提高图像的信噪比,获得光学相干断层扫描微血管造影图像。(2)其次,为了验证本文提出的光学相干衬比度血管造影算法的可靠性及有效性,进行了血流仿体实验和动物实验:仿体实验中,采用注射泵将血液仿体注入橡胶管中(内径300μm,外径500μm),通过光学相干断层扫描衬比度算法处理获得仿体血管造影图像,静态管路信号得到明显抑制,血流信息得到加强,验证了算法的有效性;动物实验中,采用光学相干断层扫描衬比度血管造影算法对裸鼠耳部毛细血管组织进行微循环血管造影,抑制了激光散斑衬比血管造影图像的纹路噪声,提高了图像信噪比,获得了清晰的裸鼠耳部微血管图像。(3)再次,本文对人体眼底组织进行活体实验,利用光学相干断层扫描衬比度血管造影算法对人体眼底组织进行血管造影,获得了清晰的眼底组织微循环血管造影图像,并利用基于灰度特征的视网膜图像分层方法对视网膜分层,显示不同深度血管造影图像,便于查看组织不同部位血管分布情况,结果显示光学相干断层扫描衬比度血管造影算法可以应用于眼科疾病的诊断,应用前景良好。根据文献报道,与3种性能突出的光学相干断层扫描血管造影算法进行评估,包括:散斑方差、灰度差及灰度差平方算法。使用的数据为同一组图像,结果显示本文提出的光学相干断层扫描衬比度血管造影算法可以获得清晰的眼底微血管造影图像,通过图像信噪比、对比度和血管连接度的评估,本文提出的光学相干断层扫描衬比度血管造影算法具有最佳性能。(4)最后,本文将光学相干断层扫描衬比度血管造影算法应用到小鼠下肢缺血模型的评估,通过对模型下肢股动脉结扎前后光学相干断层扫描血管造影结果进行比较,结果显示光学相干断层扫描血管造影可以在没有创伤的条件下观察小鼠下肢的血管生成情况。总之,光学相干断层扫描衬比度血管造影算法抑制了静态组织信号,保留了动态血流信息,通过仿真和活体实验验证,光学相干断层扫描衬比度血管造影算法有效、稳定,获得了清晰的被测组织微血管造影图像,可以为病灶组织提供更直观、准确的鉴别,具有可应用性。
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且无需注射造影剂。逡逑自从首次利用多普勒原理实现ＯＣＴ血流测量以来，ＯＣＴＡ技术的研究得到了逡逑蓬勃发展。图１．１［１７］显示近年来有关ＯＣＴＡ算法发表文献的数量，表明这一发展对逡逑研究和临床的重要性。在本综述中，简要介绍几种ＯＣＴＡ技术，根据信号来源的不逡逑同，大体可以分为三类：基于相位信号、基于灰度信号、基于复信号。逡逑ＯＣＴＡ文献逡逑１８０逡逑１６０逡逑１４０逦、逡逑１２０逦ｊｆ逡逑１００逡逑８０逡逑６０逦ｊＴ逡逑４０逡逑２０逡逑0邋，＿邋？邋？丨邋ｌ０ｍ４ｒ逡逑２００４邋２００５邋２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６逡逑图１．１邋ＯＣＴＡ文献发表数量［１７］逡逑Ｆｉｇ邋１邋？邋１邋Ｎｕｍｂｅｒ邋ｏｆ邋ＯＣＴＡ邋ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ邋ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ逡逑１．２．１基于相位信号ＯＣＴ血管造影逡逑基于相位信号的ＯＣＴ血管造影技术通过测量由移动散射体引起的多普勒频移逡逑或相位信号的变化来检测血流信号，例如，利用血管内流动的红血细胞。多普勒０ＣＴ逡逑能够非侵入地对各种组织中的血流信号进行检测和成像，然而，该技术存在一些局逡逑限性：测量血流角度依赖性的限制；对垂直于扫描束的流动不敏感。可以通过测量逡逑ＯＣＴ信号相移的方差及相位变化，使ＯＣＴＡ与血管的角度依赖性最小化。逡逑（１）多普勒ＯＣＴ血管造影逡逑２０世纪９０年代中期，在ＯＣＴ发明之后，学者们开始研究使用ＯＣＴ技术测量逡逑血流速度。１９９７年

ｓｈｉｆｔｓ邋ｄｕｅ邋ｔｈｅ邋ｍｏｖｅｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｍｉｒｒｏｒ邋ｉｎ邋ｓａｍｐｌｅ邋ａｎｎ．邋（ｂ）邋Ｔｈｅ邋Ｄｏｐｐｌｅｒ邋ｓｈｉｆｔｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔａｔｉｃ逡逑ｔｉｓｓｕｅ邋ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ邋ａｎｄ邋ｍｏｖｉｎｇ邋ｐａｒｔｉｃｌｅｓ．逡逑如图２．２ａ［９３］展示出了一个典型的ｋ－ｗ空间，在样品臂中使用压电反射镜，速度逡逑为７；。然而，生物组织是光学不均匀的，这将导致ＤＣ分量周围的频率展宽，如图逡逑２．２ｂ所示。考虑到样本内出现多个流速，图２．２ｂ显示了一个特定ｋ分量的典型多逡逑普勒频移分布。由于静态组织背景导致的频率展宽在零频附近，以灰色表示，而多逡逑普勒由于运动的粒子发生的移位是红色的。为了清楚起见，称这种处理方案为多普逡逑勒域处理方法。逡逑通过使用参考臂中的压电反射镜或偏移加速扫描器将调制频率ｆｍ引入到ＯＣＴ逡逑信号中，该扫描器将所有多普勒频率偏移，如图２．２ｂ中所示。这将导致大多数多普逡逑勒频率将具有正值。因此，沿着时间ｔ轴进行二维ｋ－ｔ空间数据的希尔伯特变换，逡逑然后沿着ｋ轴进行傅立叶变换，导致负的ｔｏ值出现在负的深度平面上，而其他像素逡逑出现在正深度平面上。逡逑与基于相位信号的多普勒ＯＣＴ相比
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R816.2

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 张霞;何兴无;;CUDA平台下的超声弹性成像并行处理算法[J];计算机与数字工程;2012年09期

2 高万荣,陶纯堪,卞松龄,聂守平,刘明;一种新的生物医学用快速实时低相干显微成象原理[J];光子学报;1998年07期

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本文编号：2701238