CN111493854B - 一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，包括人体血管数据的获取、重建、功率谱计算、获得连续的图像数据、计算组织结构信息和血流分布特征信息、En face算法获取血流分布特征及En face图像；可以直观显示体表一定深度下三维微细结构及血管结构的“投影”图，以方便评估皮肤一定深度下血流及周边组织的情况，为微血管疾病的诊断、研究皮肤烧伤及创伤恢复等方面提供临床参考依据。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及医学成像技术领域，尤其是一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法。
(二)背景技术：
光学相干断层成像(Optical Coherence Tomography，OCT)是20世纪 90年产生的一门新的成像技术。该技术在医学应用上具有高分辨率、非侵入式成像特征。
OCT可分为时域OCT和频域OCT，其中频域OCT扫描速度远远大于时域OCT，已经取代时域OCT。频域OCT按照成像原理不同，又可以分为利用扫频激光进行成像的SS-OCT(Swept-Source Optical Coherence Tomography，扫频光学相干断层成像)和利用光栅配合CCD成像的 SD-OCT(Spectral Domain Optical Coherence Tomography，谱域光学相干断层成像)。OCT以其非侵入性，高分辨和快速成像的特点在诸多领域得到了成功应用。由于OCT具备了在皮肤中穿透一定深度的成像能力，为血管性皮肤病的无创检测提供了一项新的可能的光学技术，起初OCT只能提供结构信息，不能对血管结构实现高精度成像，近年来随着光学微血管造影技术与OCT技术的突破，OCT微血管造影(Optical Coherence TomographyAngiography，简称OCT-A)实现了无须造影剂、高空间分辨率和快速成像的完美结合，为微血管疾病的诊断、研究皮肤烧伤及创伤恢复等方面带来革命性的突破，具有非常广阔的应用前景。
其它血流检测方法如激光散斑成像、激光多普勒成像都是二维成像，只能看皮肤浅层的血流信息，并且成像分辨率低。OCT成像则是断层成像，可以查看不同深度的血流信息，根据需要可对不同皮肤血流深度进行检测。医务人员在判读OCT血管成像时，可得到“血流”及“组织”两张位于同一平面的En face图像，由此可以评估体表皮肤一定深度下血流及周边组织的情况，两者可相互对照。此外，医务人员也可对En face层面上异常的区域直接观察其对应的B扫描的情况，进而了解病变所累及的深度。
然而在对皮肤感兴趣区域进行OCT检测成像之后，医务人员并不能直接根据三维的结构和血流成像图进行诊断，需要将三维的图像沿某个方向进行切面，或者将三维的图像“投影”到某个感兴趣的平面上，才能形成包含不同深度的结构或血流信息的“En face”图像，医务人员才能在某各解剖层面准确地对病变进行诊断。
基于En face-OCT的血管成像技术，可以实现微细血管的高精度成像。由于其无创、无损、无接触以及不依赖造影剂等一系列突出的优点，En face-OCT已经成为眼科成像领域最重要的研究热点。
眼球组织与人体内组织存在结构和光学特性上的不同，如透明度、光波穿透深度、组织折射率等。在心血管病的诊治、消化道、食道或者肺的损伤以及肿瘤研究方面，血流造影技术也具有非常重要的意义，但是由于缺乏能够对血流灌注进行成像的方法，因此，Enface-OCT的成像方法还不能直接用于人体其他组织的血流成像，从而限制了其对相关疾病的临床评价及诊治。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，它可以弥补现有技术的不足，操作方便，是一种可以直观显示人体内组织的结构及其不同层次的微血管分布的诊断和评估方法。
本发明的技术方案：一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)通过OCT系统获取人体血管数据并存储；
(2)利用基于OCT的成像技术对皮肤待检测区域的三维成像数据进行重建，经过功率谱计算，得到功率原始数据；将功率原始数据进行生成连续帧的计算处理，从而分别获得待检测区域皮肤的组织和血流的连续图像数据；
(3)分别构建待检测区域皮肤的三维组织结构图像数据及三维血管分布数据；该数据是一系列连续的B-frame数据拼接成的矩形体数据；
(4)分别计算步骤(3)中连续图像数据中的皮肤组织特征信息和血流特征信息，再利用En face算法对数据进行处理，从而获取关于待检测区域皮肤的组织和血流的投影分布特征，得到关于待检测区域皮肤的两幅En face图像，一幅是皮肤组织En face图像，一幅是皮肤血流分布 En face图像；
(5)将步骤(4)得到的同一待检测皮肤区域同一皮肤结构深度的皮肤组织En face图像和皮肤血流分布En face图像进行显示处理，使两幅图像在同一平面显示，即得到“血流”及“组织”位于同一平面的En face 图像，由此，医务人员可以评估体表皮肤一定深度下的血流及周边组织的情况，两者可相互对照，有助于获得全面的病变信息。
所述步骤(2)中功率谱计算是对重建后的数据进行傅里叶变换后取对数运算，得到功率原始数据。
所述步骤(2)中获得的连续图像数据是指在血管的每个横截面位置上获取的5帧或者5帧以上的影像数据。
所述步骤(4)中的En face算法对数据的处理，是指从连续图像数据中计算得到待检测区域皮肤的血流特征或组织结构特征信息的B-frame数据，将其拼接成矩形体数据，并分别获得关于待检测区域皮肤的组织和血流的投影分布信息，得到关于待检测区域皮肤的两幅En face 图像。
所述获取投影分布信息得到En face图像的过程是由以下步骤构成：
①假设，获得Q1,Q2,Q3……Qn共n幅连续的图像数据，且每幅图像都是由m个A-line数据组成，其中每个A-line数据都可以用s个像素值表示，记为：
②将
中的这些像素值按数值大小降序进行重排列，得到一组新的数据
③将n幅连续的图像数据分别进行投影，得到n个数据，每一个数据都可记作一个新的A-line数据Vn；将每幅图像的m个A-line数据分别进行投影，得到新的A-line数据中的一个点数据，即Vn＝[Vn1,Vn2,Vn3,......Vnm]；
④n个新A-line数据则构成En face图像数据，即Vn1,Vn2,Vn3,......Vnm，从而可以获得一个En face图像。
所述m、n、s均为大于零的正整数。
所述n幅连续的图像数据是OCT重建的待检测区域皮肤组织结构的图像时，最后得到的是皮肤组织En face图像；所述所述n幅连续的图像数据是OCT重建的待检测区域皮肤血流分布的图像时，最后得到的是皮肤血流分布En face图像。
所述步骤③中的将图像Qn中的每一个A-line数据
投影成Vnm的方法可以是以下任意一种：
方法一：采用最大值进行投影，取En face图像第n个“A-line”Vn中的第m个点数据的值，即：
方法二：采用一段最大值的平均进行投影，即用连续图像数据中每个A-line数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和的平均值进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法三：采用一段最大值的和投影，即用连续图像数据中每个A-line 数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法四：采用最小值进行投影，即：
本发明中血流造影算法处理的基本原理是：人体内其它组织部位是静止的，而血流是在血管中流动的，因此可以根据相邻帧之间的差异，通过相减的方式，得到运动的血流信息。所述血流造影算法处理的具体方法为：OCT系统采集装置在同一个位置采集5帧或5帧以上图像数据，每帧图像数据包括振幅分量A和相位分量ω。可以只用基于振幅分量差异的方法ΔA求取血流信息，也可以用基于振幅和相位两种差异ΔA+Δω的方式求取血流信息。仅使用振幅差异计算血流分布信息的方法不要求相位的稳定性，对采集装置的要求相对较低，在处理复杂度上相对简单；而基于振幅和相位差异求取血流分布信息的方法可以在成像细节和血管连通性上获得更好的效果，但处理时间相对较长。可根据实际需要选择使用哪种方法。
本发明的优越性：可以直观显示体表一定深度下三维微细结构及血管结构的“投影”图，以方便评估皮肤一定深度下血流及周边组织的情况，为微血管疾病的诊断、研究皮肤烧伤及创伤恢复等方面提供临床参考依据。
(四)附图说明：
附图1为本发明所涉一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法原理示意图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)通过OCT系统获取人体血管数据并存储；
(2)利用基于OCT的成像技术对皮肤待检测区域的三维成像数据进行重建，经过功率谱计算，得到功率原始数据；将功率原始数据进行生成连续帧的计算处理，从而分别获得待检测区域皮肤的组织和血流的连续图像数据；
(3)分别构建待检测区域皮肤的三维组织结构图像数据及三维血管分布数据；该数据是一系列连续的B-frame数据拼接成的矩形体数据；
(4)分别计算步骤(3)中连续图像数据中的皮肤组织特征信息和血流特征信息，再利用En face算法对数据进行处理，从而获取关于待检测区域皮肤的组织和血流的投影分布特征，得到关于待检测区域皮肤的两幅En face图像，一幅是皮肤组织En face图像，一幅是皮肤血流分布 En face图像；
(5)将步骤(4)得到的同一待检测皮肤区域同一皮肤结构深度的皮肤组织En face图像和皮肤血流分布En face图像进行显示处理，使两幅图像在同一平面显示，即得到“血流”及“组织”位于同一平面的En face 图像，由此，医务人员可以评估体表皮肤一定深度下的血流及周边组织的情况，两者可相互对照，有助于获得全面的病变信息。
所述步骤(2)中功率谱计算是对重建后的数据进行傅里叶变换后取对数运算，得到功率原始数据。
所述步骤(2)中获得的连续图像数据是指在血管的每个横截面位置上获取的5帧或者5帧以上的影像数据。
所述步骤(4)中的En face算法对数据的处理，是指从连续图像数据中计算得到待检测区域皮肤的血流特征或组织结构特征信息的 B-frame数据，将其拼接成矩形体数据，并分别获得关于待检测区域皮肤的组织和血流的投影分布信息，得到关于待检测区域皮肤的两幅En face 图像。
所述获取投影分布信息得到En face图像的过程是由以下步骤构成：
①假设，获得Q1,Q2,Q3……Qn共n幅连续的图像数据，且每幅图像都是由m个A-line数据组成，其中每个A-line数据都可以用s个像素值表示，记为：
②将
中的这些像素值按数值大小降序进行重排列，得到一组新的数据
③将n幅连续的图像数据分别进行投影，得到n个数据，每一个数据都可记作一个新的A-line数据Vn；将每幅图像的m个A-line数据分别进行投影，得到新的A-line数据中的一个点数据，即Vn＝[Vn1,Vn2,Vn3,......Vnm]；
④n个新A-line数据则构成En face图像数据，即Vn1,Vn2,Vn3,......Vnm，从而可以获得一个En face图像。
所述m、n、s均为大于零的正整数。
所述n幅连续的图像数据是OCT重建的待检测区域皮肤组织结构的图像时，最后得到的是皮肤组织En face图像；所述所述n幅连续的图像数据是OCT重建的待检测区域皮肤血流分布的图像时，最后得到的是皮肤血流分布En face图像。
所述步骤③中的将图像Qn中的每一个A-line数据
投影成Vnm的方法可以是以下任意一种：
方法一：采用最大值进行投影，取En face图像第n个“A-line”Vn中的第m个点数据的值，即：
方法二：采用一段最大值的平均进行投影，即用连续图像数据中每个A-line数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和的平均值进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法三：采用一段最大值的和投影，即用连续图像数据中每个A-line 数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法四：采用最小值进行投影，即：
如图1所示，本发明所述的方法具体步骤如下：
用基于OCT的成像技术重建出皮肤待检测区域在一定深度范围内的三维成像数据(包括三维组织结构图像数据及三维血管分布数据)，这些三维图像数据是由一系列连续的B-frame数据拼接成的矩形体数据，将这些B-frame数据记为Q1,Q2,Q3……Qn共n幅，Q1,Q2,Q3……Qn既可以是OCT重建的结构图像，也可以是OCT重建的血管分布图像，对它们的处理方法是相同的。假设其中的任意一幅图像Qn是由m个A-line 数据组成，其中任意一个A-line数据用其中的像素值记为
为获得En face图像，将每一幅图像数据Qn“投影”成En face图像中的一个“A-line”数据Vn，因此首先需要将每一幅图像Qn中的每一个A-line数据投影成En face图像中一个“A-line”数据Vn中的一个点数据vnm，Vn＝[vn1,vn2,vn3……vnm]。总共n个“A-line”数据V1，V2……Vn，形成整个En face图像(m,s,n均为正整数)。如图 1所示，Q1中的X1投影成v11，X2投影成v12……Xm投影成v1m，即Q1整体投影成V1，Q2同样按此投影成V2……Qn投影成Vn。
将图像Qn中的每一个A-line数据
投影成 vnm的方法如下：
首先将
作一个重排列，即将这些像素值按数值大小降序排列后记为
“投影”的计算方法包括但不限于以下几种：
方法一：采用最大值进行投影，取En face图像第n个“A-line”Vn中的第m个点数据的值，即：
方法二：采用一段最大值的平均进行投影，即用连续图像数据中每个A-line数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和的平均值进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法三：采用一段最大值的和投影，即用连续图像数据中每个A-line 数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法四：采用最小值进行投影，即：
采用上述方法，分别对同一深度范围内OCT重建的结构图像和血管分布图像进行显示处理，可得到“血流”及“组织”两张位于同一平面的En face图像，由此可以评估体表皮肤一定深度下血流及周边组织的情况，两者可相互对照，提供更全面的病变信息。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)通过OCT系统获取人体血管数据并存储；
(2)利用基于OCT的成像技术对皮肤待检测区域的三维成像数据进行重建，经过功率谱计算，得到功率原始数据；将功率原始数据进行生成连续帧的计算处理，从而分别获得待检测区域皮肤的组织和血流的连续图像数据；
(3)分别构建待检测区域皮肤的三维组织结构图像数据及三维血管分布数据；该数据是一系列连续的B-frame数据拼接成的矩形体数据；
(4)分别计算步骤(3)中连续图像数据中的皮肤组织特征信息和血流特征信息，再利用En face算法对数据进行处理，从而获取关于待检测区域皮肤的组织和血流的投影分布特征，得到关于待检测区域皮肤的两幅En face图像，一幅是皮肤组织En face图像，一幅是皮肤血流分布En face图像；
(5)将步骤(4)得到的同一待检测皮肤区域同一皮肤结构深度的皮肤组织En face图像和皮肤血流分布En face图像进行显示处理，使两幅图像在同一平面显示，即得到“血流”及“组织”位于同一平面的En face图像；
所述步骤(4)中的En face算法对数据的处理，是指从连续图像数据中计算得到待检测区域皮肤的血流特征或组织结构特征信息的B-frame数据，将其拼接成矩形体数据，并分别获得关于待检测区域皮肤的组织和血流的投影分布信息，得到关于待检测区域皮肤的两幅En face图像。
2.根据权利要求1所述一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于所述步骤(2)中功率谱计算是对重建后的数据进行傅里叶变换后取对数运算，得到功率原始数据。
3.根据权利要求2所述一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于所述步骤(2)中获得的连续图像数据是指在血管的每个横截面位置上获取的5帧或者5帧以上的影像数据。
4.根据权利要求1所述一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于所述获取投影分布信息得到En face图像的过程是由以下步骤构成：
①假设，获得Q1，Q2，Q3……Qn共n幅连续的图像数据，且每幅图像都是由m个A-line数据组成，其中每个A-line数据都可以用s个像素值表示，记为：
②将
中的这些像素值按数值大小降序进行重排列，得到一组新的数据
③将n幅连续的图像数据分别进行投影，得到n个数据，每一个数据都可记作一个新的A-line数据Vn；将每幅图像的m个A-line数据分别进行投影，得到新的A-line数据中的一个点数据，即Vn＝[Vn1，Vn2，Vn3，......Vnm]；
④n个新A-line数据则构成En face图像数据，即Vn1，Vn2，Vn3，......Vnm，从而可以获得一个En face图像。
5.根据权利要求4所述一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于所述m、n、s均为大于零的正整数。
6.根据权利要求4所述一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于所述n幅连续的图像数据是OCT重建的待检测区域皮肤组织结构的图像时，最后得到的是皮肤组织En face图像；所述所述n幅连续的图像数据是OCT重建的待检测区域皮肤血流分布的图像时，最后得到的是皮肤血流分布En face图像。
7.根据权利要求4所述一种用于皮肤结构与血流三维成像的显示方法，其特征在于所述步骤③中的将图像Qn中的每一个A-line数据
投影成Vm的方法可以是以下任意一种：
方法一：采用最大值进行投影，取En face图像第n个“A-line”Vn中的第m个点数据的值，即：
方法二：采用一段最大值的平均进行投影，即用连续图像数据中每个A-line数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和的平均值进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法三：采用一段最大值的和投影，即用连续图像数据中每个A-line数据从最大像素值依降序到第k个最大值这一段像素值的和进行投影，即
其中k是正整数，1≤k≤s；
方法四：采用最小值进行投影，即：
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