CN111447869A - 利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法 - Google Patents

利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法，本发明具体实施方式中，基于OAMG执行单元的血管图像信息(I‑OAMG(x，y))的强度值和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的强度值以及预定阈值(Tm)，在血管图像信息的误检出区域选择性地强调OAMG执行单元的血管图像信息(I‑OAMG(x，y))和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))中的一个，通过最终血管图像的处理，可以将血管图像提取误差降到最小。

Description

利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法
技术领域
本发明涉及一种利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法，更具体地说，涉及一种通过利用cmOCT和OMAG获取的血管图像信息的强度值来处理最终血管图像，从而最小化血管图像提取误差的技术。
背景技术
血管造影法(angiography)是获取血管(blood vessels)信息的医学成像技术。在现代临床应用中，使用的对血管进行造影的标准技术有荧光素血管造影FA(fluoresceinangiography)和吲哚青绿血管造影ICGA(indocyanine green angiography)。然而，由于上述血管造影技术需要向血管注射造影剂，其可能会引发过敏反应，并且由于提供的信息为二维图像，因此无法了解血管的深度信息。
最近，对于利用光学层析成像系统的血管成像方法进行了各种各样的研究/开发，并且能够获得在不注入造影剂的情况下成像血管相关的三维结构信息的优势。
例如，由于血管具有血液流动现象，因此在同一位置获得的多个断层图像，与静态组织(static tissue)相比，像素值发生变化。因此，利用光学层析成像系统的血管成像方法在相同的位置(图1(a))处获取多个断层图像(图1(b))，通过分析获得的断层图像的单位变化量，提取血管图像信息(图l(c))。通过在整个扫描范围(图1(d))内执行所提取的血管图像信息，能够得出血管图像的三维信息(图1(d))。
其中，由于二维断层图像是通过快速傅里叶变换FFT(fast Fourier transform)计算而得的，因此，其包含了强度(Intensity)信息和相位(Phase)信息。
因此，现有的血管成像方法大致可以分为：利用相位信息的方法和利用强度信息的方法，其中利用相位信息的血管成像方法需要另外的附加设备(相位稳定系统phase-stable system)，该设备能够精确地仅仅除去噪声，从而获得稳定的相位信息。相比之下，利用强度信息的血管成像方法具有无需单独的系统修正就可以适用于血管成像技术的优点。
利用强度的血管成像方法有光学微血管造影法(optically microangiography，以下简称为OMAG)，散斑方差光学相干层析成像(peckle variance Optical coherencetomography，以下简称为svOCT)以及相关映射光学相干层析成像(correlation mappingOptical coherence tomography，以下简称为cmOCT)。其中，OMAG和svOCT通过以像素为单位计算像素值的差异或方差来提取血管信息，而cmOCT则通过计算归一化互相关NCC(normalized cross-correlation)来提取血管信息。
因此，如图2所示，OMAG和svOCT在强度值高于预定阈值的高(超反射Hyper-reflection)区域出现血管图像提取误差，而cmOCT在强度值低于预定阈值的低区域出现血管图像提取误差。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决现有技术的难题，本发明的目的在于提供一种利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法，该利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法基于光学微血管造影法OMAG(optical microangiography)的血管图像信息和基于相关映射光学相干层析成像法cmOCT(correlation mapping Optical coherence tomography)获取血管图像信息以及通过与预定阈值的比较结果处理相应血管图像区域的血管图像，可以从根本上减少血管图像的提取误差。
本发明的目的不限于上述提及的目的，未提及的本发明的其他目的和优点可以通过以下描述进行理解，并且可以通过本发明的实施方式更加清楚地理解。另外，显而易见地，本发明的目的和优点可通过本发明的保护范围中所示的装置和它们的组合来实现。
解决技术问题的技术手段
为了实现上述目的，本发明实施方式的利用光学层析成像系统的血管造影装置包括：
OMAG执行单元，利用(optical microangiography)获取血管图像信息(IOMAG(x，y))；cmOCT执行单元，利用cmOCT(correlation mapping Optical coherence tomography)获取血管图像信息(Icm(x，y))；以及最终血管图像处理单元，依据将上述血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))的各强度值与预定阈值比较的结果，选择处理血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))中的一个，得出最终血管图像。
优选地，上述最终血管图像处理单元包括：
强度值接收模块，接收上述血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))的各强度值；比较模块，比较血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))的各强度值与预定阈值；以及最终血管图像处理模块，依据将血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与上述阈值比较的结果，在血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))的误检出区域选择性地处理血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))中的一个，得出最终血管图像。
优选地，上述最终血管图像处理模块可以在cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))高于上述阈值(Tm)的区域中强调OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))，上述最终血管图像处理模块可以在上述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))低于上述阈值(Tm)的区域中抑制上述OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))。
根据本发明的另一个实施形态，利用光学层析成像系统的血管造影方法包括：分别接收OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的强度值的步骤；比较接收的各血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与预定阈值(Tm)的步骤；以及依据将血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与预定阈值(Tm)比较的结果，处理最终血管图像的步骤，上述处理最终血管图像的步骤可以包括在上述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))高于上述阈值(Tm)的区域中强调OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))，上述处理最终血管图像的步骤可以包括在上述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))低于上述阈值(Tm)的区域中抑制上述OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))。
发明效果
本发明基于OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的强度值以及预定阈值(Tm)，在血管图像信息的误检出区域选择性地强调OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的一个来处理最终血管图像，以此获得将血管图像提取误差减到最小的效果。
附图说明
在本说明书中所附的以下附图中，示出了本发明的优选实施方式，并且与以下本发明的详细说明一并用于进一步理解本发明的技术思想，因此，本发明不应被解释为仅限于这些附图中所述的内容。
图1是示出现有的血管成像的示例图。
图2是示出现有的血管成像中误检出状态的示例图。
图3是示出本发明实施方式的利用光学层析成像系统的血管造影装置的结构示图。
图4是示出本发明实施方式的利用光学层析成像系统的血管造影装置的最终血管图像处理单元的详细结构的框图。
图5及图6是示出本发明实施方式的利用光学层析成像系统的血管造影装置的最终血管图像的示例图。
具体实施方式
下面将结合附图更详细地描述本发明的实施方式。
参考以下结合附图描述的实施方式，将阐明本发明的优点和特性以及实现它们的方法。但是，本发明并不限于以下公开的实施方式，而是可以以各种不同的形式实现，而提供这些实施方式仅仅用于完整公开本发明，使得本领域技术人员完全了解本发明的保护范围，本发明仅由权利要求的保护范围进行限定。
对于本说明书中使用的术语将进行简要描述，而对本发明进行具体描述。
本发明中使用的术语，考虑到其在本发明中的功能，已经选择了当前广泛使用的通用术语，但是也可以依据本领域技术人员的意图、先例或新技术的出现等而变化。另外，申请人在特定情况下任意选定的术语，在这种情况下，将在相应的发明的说明部分中详细描述其含义。因此，本发明中使用的术语不是单纯的术语名称，而是应该根据该术语的含义和本发明通篇的内容来进行定义。
当整个说明书中某一部分“包括”某一构成要素时，这就意味着除非另有记载，否则还可以进一步包括其他构成要素而不是排除其他构成要素。此外，说明书所使用的术语“单元”是指诸如软件、FPGA或ASIC等硬件构成要素，“单元”发挥某些作用。但是，“单元”不限于软件或硬件。“单元”可以位于可寻址存储介质上且可以再生一个或一个以上处理器。
因此，举个例子，“单元”可以包括诸如软件组件、面向对象软件组件、类组件和任务组件等组件、过程、函数、属性、程序、子程序、程序代码的片段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数列和变量。组件和“单元”内提供的功能也可以由更少的组件和“单元”进行组合，或者进一步分离为附加组件和“单元”。
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式，使本领域技术人员能够容易实施。另外，为了清楚地描述本发明，省略了与说明无关的部分。
图3是示出本发明实施方式的利用光学层析成像系统的血管造影装置的结构示图，图4是示出图2中所示的校正单元的详细结构的示图，图5及图6是示出图2所示的各部分的血管成像结果的示例图。参照图3至图6，本发明实施方式的利用光学层析成像系统的血管造影装置可以包括：OMAG执行单元10，cmOCT执行单元20以及最终血管图像处理单元30。
OMAG执行单元10根据光学微血管造影法(optical microangiography)得出血管信息，基于OMAG执行单元10获取的血管图像信息(IOMAG(x，y))由下述式1表示。
[式1]
Figure BDA0002526669170000061
其中，IOMAG(x，y)中的(x，y)坐标值为血管图像信息，N为用于获取血管图像所使用的二维断层图像的数量。与本发明的实施方式相关的本领域技术人员应当能够理解利用接收的断层图像以像素为单位计算像素值的差异或方差从而提取血管图像信息的OMAG一系列操作过程。
另一方面，cmOCT执行单元20通过计算归一化互相关NCC(normalized cross-correlation)来提取血管图像信息，基于cmOCT执行单元20获取的血管图像信息(Icm(x，y))由下述式2表示。
[式2]
Figure BDA0002526669170000071
其中，NCC由下述式3表示。
[式3]
Figure BDA0002526669170000072
Figure BDA0002526669170000073
表示(M，N)大小的框图内的像素平均值。
在该OMAG执行单元10和cmOCT执行单元20各自获取的血管图像信息被传送至最终血管图像处理单元30。
最终血管图像处理单元30基于各个OMAG执行单元10和cmOCT执行单元20得出的血管图像信息的强度值(Intensity)，对最终血管图像进行处理。因此，如图4所示，最终血管图像处理单元30可以包括：强度值接收模块110、比较模块120和最终血管图像处理模块130。
其中，强度值接收模块110接收基于各个OMAG执行单元10和cmOCT执行单元20得出的血管图像信息(IOMAG(x，y))、(Icm(x，y))，并将接收的血管图像信息传送到比较模块120。
比较模块120将接收的血管图像信息(IOMAG(x，y))、(Icm(x，y))的各自的强度值与预定阈值(Tm)进行比较。例如，在OMAG执行单元10的强度值超过预定阈值(Tm)的区域(像素亮区域)中，血管的显现程度高，在cmOCT执行单元20的强度值低于上述阈值(Tm)的区域(像素暗区域)中，血管的显现程度高。
根据下述比较模块120的比较结果，最终血管图像处理模块130根据血管信息(IOMAG(x，y))、(Icm(x，y))的强度值与阈值(Tm)的比较结果，处理基于OMAG执行单元10和cmOCT执行单元20得到的血管图像信息(IOMAG(x，y))、(Icm(x，y))。上述阈值(Tm)由用户基于OMAG执行单元10和cmOCT执行单元20各自的误检出区域确定。
其中，得到的最终血管图像信息(IcmOMAG(x，y))满足下述式4。
[式4]
Figure BDA0002526669170000081
即，当最终血管图像处理模块130在cmOCT执行单元20的血管图像信息(Icm(x，y))在上述阈值(Tm)以上时，强调OMAG执行单元10的血管图像信息(IOMAG(x，y))，当在cmOCT血管信息得出单元20的血管图像信息(Icm(x，y))低于上述阈值(Tm)时，抑制OMAG血管信息得出单元10的血管图像信息(IOMAG(x，y))。
因此，如图5(a)所示，随着在高强度值的OMAG执行单元10的血管图像的误检出区域强调cmOCT执行单元20的血管图像信息(Icm(x，y))，如(c)所示，可以确认最终血管图像得到了改善。
因此，如图6(a)所示，随着在低强度值的cmOCT血管信息得出单元20的血管图像的误检出区域强调OMAG血管信息得出单元10的血管图像信息(IOMAG(x，y))，如(c)所示，可以确认最终血管图像得到了改善。即，如果血管图像信息(Icm(x，y))变高，则血管图像信息(IOMAG(x，y))低，因此血管在误检出区域以像素单位进行划分。
因此，基于OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的强度值以及预定阈值(Tm)，在血管图像信息的误检出区域选择性地强调OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))中的一个，通过处理最终血管图像，可以将血管图像提取误差减到最小。
根据本发明的另一个实施方式，利用光学层析成像系统的血管造影方法包括：分别接收OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的强度值的步骤；比较接收的各血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与预定阈值(Tm)的步骤；以及依据将血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与预定阈值(Tm)比较的结果，处理最终血管图像的步骤，上述处理最终血管图像的步骤包括在上述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))高于上述阈值(Tm)的区域中强调OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))，上述处理最终血管图像的步骤包括在上述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))低于阈值(Tm)的区域中抑制上述OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))。使用上述利用光学层析成像系统的血管造影方法的各步骤都是基于上述OMAG执行单元10，cmOCT执行单元20以及最终血管图像处理单元30执行其功能的，省略其详细的引用。
如上所述，尽管对上述有限的实施方式和附图进行了描述，但本领域技术人员可以依据以上描述进行各种修改和变型。例如，可以按照与所描述的方法不同的顺序执行所描述的技术，和/或将所描述的系统、结构、装置、电路等组件以与所描述的方法不同的形式进行结合或组合，即使被等同物代替或置换，也可以获得合适的结果。因此，本发明的范围不应受限于所描述的实施方式，且不仅应由下述权利要求的保护范围确定，还应由专利保护范围的等同物确定。
工业实用性
因此，利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法，基于OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的强度值以及预定阈值(Tm)，在血管图像信息的误检出区域选择性地强调OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))中的一个，通过处理最终血管图像，可以将血管图像提取误差减到最小。且该利用光学层析成像系统的血管造影装置及方法的操作准确性和可靠性以及效能方面能够取得极大的进步，使得该医疗诊断系统不仅具有充分的销售或商业可行性，而且实际上能够明确实施，因此，这是一种具有工业实用性的发明。

Claims (7)

1.一种利用光学层析成像系统的血管造影装置，其特征在于，该装置包括：
OMAG执行单元，利用OAMG(optical microangiography)获取血管图像信息(IOMAG(x，y))；
cmOCT执行单元，利用cmOCT(correlation mapping Optical coherence tomography)获取血管图像信息(Icm(x，y))；以及
最终血管图像处理单元，依据将所述血管图像信息(IOMAG(x，y))和所述血管图像信息(Icm(x，y))的各强度值与预定阈值比较的结果，选择性地处理血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))中的一个，得出最终血管图像。
2.根据权利要求1所述的利用光学层析成像系统的血管造影装置，其特征在于，所述最终血管图像处理单元包括：
强度值接收模块，接收所述血管图像信息(IOMAG(x，y))和所述血管图像信息(Icm(x，y))的各强度值；
比较模块，比较所述血管图像信息(IOMAG(x，y))和所述血管图像信息(Icm(x，y))的各强度值与预定阈值；以及
最终血管图像处理模块，依据将所述血管图像信息(IOMAG(x，y))和所述血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与所述阈值比较的结果，在血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))的误检出区域选择性地处理血管图像信息(IOMAG(x，y))和血管图像信息(Icm(x，y))中的一个，得出最终血管图像。
3.根据权利要求2所述的利用光学层析成像系统的血管造影装置，其特征在于，所述最终血管图像处理模块被设置为在所述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))高于所述阈值(Tm)的区域中强调所述OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))。
4.根据权利要求2所述的利用光学层析成像系统的血管造影装置，其特征在于，所述最终血管图像处理模块被设置为在所述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))低于所述阈值(Tm)的区域中抑制所述OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))。
5.一种利用光学层析成像系统的血管造影方法，其特征在于，该方法包括：
分别接收OAMG执行单元的血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))的强度值的步骤；
比较接收的各血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与预定阈值(Tm)的步骤；以及
依据将所述血管图像信息(I-OAMG(x，y))的强度值和血管图像信息(Icm(x，y))的强度值与预定阈值(Tm)比较的结果，处理最终血管图像的步骤。
6.根据权利要求5所述的利用光学层析成像系统的血管造影方法，其特征在于，所述处理最终血管图像的步骤包括在所述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))高于所述阈值(Tm)的区域中强调所述OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))。
7.根据权利要求5所述的利用光学层析成像系统的血管造影方法，其特征在于，所述处理最终血管图像的步骤包括在所述cmOCT执行单元的血管图像信息(Icm(x，y))低于所述阈值(Tm)的区域中抑制所述OMAG执行单元的血管图像信息(IOMAG(x，y))。
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