CN113040763B

CN113040763B - 一种基于octa的血糖测试方法与装置

Info

Publication number: CN113040763B
Application number: CN202110467873.3A
Authority: CN
Inventors: 李鹏; 刘开元
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2041-04-28
Also published as: CN113040763A

Abstract

本发明公开了一种基于OCTA的血糖测试方法与装置。本发明在N个不同时间点对目标组织区域进行OCT扫描成像，获得目标组织区域的OCT信号；根据深度方向OCT信号特征计算散射系数；根据时间维度OCT信号特征生成OCTA血流造影矩阵；利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数；根据血流区域和非血流区域的散射系数与血糖浓度的线性拟合关系，获得血糖监测曲线，用于监测血糖浓度。本发明在基于OCT实现无创血糖监测的同时，可以利用OCTA指导被测组织中靶向区域的选择，并有效提高OCT无创血糖检测技术的准确度。

Description

一种基于OCTA的血糖测试方法与装置

技术领域

本发明涉及血糖浓度的无创监测领域的一种血糖测试方法与装置，具体涉及了一种基于OCTA的血糖测试方法与装置。

背景技术

糖尿病是一种以血糖水平异常为特征的代谢疾病。随着人们生活水平的提高，糖尿病的发病率不断提升，预计到2045年，全球约有7亿糖尿病患者。然而，目前对糖尿病的治疗手段十分有限，病人需要长期口服药物或者注射胰岛素来对血糖进行干预，从而实现对疾病进展的控制。对于糖尿病患者来说，一天中需要频繁地基于针刺指尖采血的方法对自身血糖进行监测。这种侵入式的血糖检测方法极大地影响糖尿病人的生活质量。

近年来，已有一些基于光学技术实现血糖无创监测的方法。其中，OCT技术由于其非接触、无标记、深度分辨等特性吸引了诸多研究者的兴趣。在现有的基于OCT实现血糖无创监测的研究中，主要以皮肤中的真皮层为检测靶点。这主要是基于真皮层中富含毛细血管，血糖从毛细血管渗透至细胞间隙液内，使皮肤真皮层的散射系数随血糖浓度的变化而变化。通过检测真皮层所对应的散射系数，可以实现血糖浓度的无创监测。

然而，现有对组织散射系数的提取主要是将样本的OCT强度信号沿垂直于入射光轴方向(x-y)求平均，获得一条一维的沿深度(z)方向的信号强度分布曲线，通过计算该曲线的斜率获得样本整体对应的一个散射系数值，从而判定血糖浓度。这种计算方法将被测组织建模为一简单层状结构，而忽略了组织的异质性，使得计算误差较大，并且无法获得散射系数在三维空间中的分布规律。

除此之外，在近红外波段，血糖浓度的上升会减小组织中非血流区域的体液与散射中心间折射率不匹配现象，从而使得该区域的散射系数变小。然而，在血流区域，血糖浓度的上升不仅会影响上述折射率不匹配现象，还会改变血管内的渗透压，进而影响血红细胞的形态。而后者对血流区域光学特性的影响远大于前者，从而使得组织中血流区域与非血流区域对血糖浓度的变化产生对立的响应，即血糖浓度越大，血流区域的散射系数越大。如果能将组织样本中血流区域和非血流区域进行有效区分，可以显著提升基于OCT对血糖无创监测的准确度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于光学相干层析血流造影 (OpticalCoherence Tomography Angiography，OCTA)的无创血糖监测方法与装置。本发明首先对采集到的组织OCT信号进行补偿修正，求得组织对应的真实散射系数分布，基于OCTA获得组织中血流区域的空间分布矩阵，随后利用 OCTA血管掩模获得组织中血流区域与非血流区域分别对应的散射系数分布，根据散射系数与血糖浓度的关联性，从而更准确地实现血糖的无创监测。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明基于非入侵、无标记、深度分辨的光学相干层析成像方法，在N个不同时间点对生物组织进行OCT探测成像；针对组织的OCT信号，对其系统噪声水平进行矫正，并基于高斯拟合模型对OCT系统灵敏度随量程滚降的特性进行补偿；根据修正后OCT信号的深度方向特征，计算组织散射系数的空间分布；根据OCT信号的时间维度特征生成血流运动造影OCTA，获得组织中血流区域的空间分布；利用OCTA血管掩模方法，提取组织中血流区域和非血流区域的散射系数；根据血流区域和非血流区域的散射系数与血糖浓度的线性拟合关系，获得血糖监测曲线，用于监测血糖浓度，实现血糖浓度的无创、精确检测。

一、一种基于OCTA的血糖测试方法

方法包括

在N个不同时间点对目标组织区域进行OCT扫描成像，获得目标组织区域的OCT信号；

根据深度方向OCT信号特征计算散射系数；

根据时间维度OCT信号特征生成OCTA血流造影矩阵；

利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数；

根据血流区域和非血流区域的散射系数与血糖浓度的线性拟合关系，获得血糖监测曲线，用于监测血糖浓度。

所述的在N个不同时间点对目标组织区域进行OCT扫描成像，获得目标组织区域的OCT信号是采用以下其中一种方法：

通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；

或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；

或者利用扫频光源记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。

所述的根据深度方向OCT信号特征计算散射系数包括：

沿深度方向对OCT信号去除平均系统噪声，获得去噪后的OCT信号；

利用高斯拟合模型对去噪后的OCT信号沿深度方向进行补偿修正，获得修正后的OCT信号；

根据修正后的OCT信号的深度方向特征计算目标组织区域的散射系数。

所述根据修正后的OCT信号的深度方向特征计算目标组织区域的散射系数，具体为：

对修正后的OCT信号的深度方向特征在深度方向上进行线性拟合，获得强度深度曲线，强度深度曲线上每一位置的斜率作为当前位置的散射系数，获得目标组织区域的散射系数；

或者目标组织区域的散射系数通过以下公式进行设置：

其中，x为OCT探测扫描中的快扫描方向的坐标值，y为OCT探测扫描中的慢扫描方向的坐标值，z为深度方向的坐标值，深度方向为垂直于快扫描方向与慢扫描方向构成平面的方向，μ(x,y,z)为当前位置(x,y，z)处的散射系数， I(x,y,z)为当前位置(x,y,z)处修正后的OCT信号的强度，σ为深度方向上每个像素对应的空气中的物理尺寸，n为目标组织区域的折射率。

所述根据时间维度OCT信号特征生成OCTA血流造影矩阵，具体为：

利用血流信号提取方法对OCT信号的相位部分或幅度部分或相位和幅度部分进行分析，获得目标组织区域的OCTA血流造影矩阵。

所述血流信号提取方法包括：差分运算、散斑方差运算、去相关运算或特征分解运算。

所述利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数，具体为：

将OCTA血流造影矩阵中所有血流区域的像素值置为1，所有非血流区域的像素值置为0，获得血流区域的结构掩模矩阵；

将OCTA血流造影矩阵中所有血流区域的像素值置为0，所有非血流区域的像素值置为1，获得非血流区域的结构掩模矩阵；

将血流区域和非血流区域的结构掩模矩阵分别与目标组织区域的散射系数进行点乘，分别获得血流区域和非血流区域的散射系数。

所述血流区域和非血流区域的散射系数具体为血流区域的散射系数、非血流区域的散射系数或者综合血流与非血流区域的散射系数。

二、一种基于OCTA的血糖测试装置

血糖测试装置包括：

一光学相干层析装置，用于对目标组织区域进行OCT信号探测和成像；

一个或多个信号处理器，用于对在N次探测得到的OCT信号进行分析处理，获得血流区域和非血流区域的散射系数，用于监测血糖浓度。

所述的一光学相干层析装置是采用以下的一种：

包括低相干宽带光源和干涉仪、点探测器；

或者包括低相干宽带光源和干涉仪、光谱仪；

或者包括扫频宽带光源和干涉仪、点探测器。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

由于OCT系统中存在不可避免的噪声水平，并且由于OCT系统的探测光在组织中随深度指数衰减，使得系统灵敏度随量程滚降，若不对采集到的OCT 信号强度进行修正补偿，则将获得存在显著误差的组织样本的散射系数分布；除此之外，现有的基于平均后的一维OCT信号计算得到的散射系数会严重影响血糖浓度的检测精度。本发明针对现有问题，去除系统噪声水平对信号的影响，利用高斯拟合模型对组织OCT信号进行校准，计算出散射系数在样本中的二维 /三维空间分布，实现组织散射系数的准确提取。

由于人体组织中血流区域与非血流区域散射系数对血糖变化的响应机制不同，使得这两部分对应的散射系数对血糖浓度的变化的响应也不同。若不对组织中血流区域与非血流区域进行区分，将显著影响基于OCT实现血糖无创检测的准确度。本发明利用深度分辨的OCTA血流造影，结合血管掩模技术，实现组织中血流区域与非血流区域对应的散射系数的准确提取，不仅提升了基于 OCT的无创血糖检测技术的准确度，对研究与血糖相关的微血管疾病也有重要的临床意义。

附图说明

图1为本发明方法的示意图；

图2为本发明装置的示意图；

图3为本发明实施例的示意图；

图4为本发明示例性实施例的活体小鼠视网膜OCT信号强度的实验结果图；

图5为本发明示例性实施例的活体小鼠视网膜散射系数分布的实验结果图；

图6为本发明示例性实施例中基于活体小鼠视网膜不同区域散射系数对血糖浓度检测的实验结果图；

图中：1、在N个不同时间点对目标组织区域进行OCT扫描成像，获得目标组织区域的OCT信号；2、根据深度方向OCT信号特征计算散射系数；2-1、沿深度方向对OCT信号去除平均系统噪声，获得去噪后的OCT信号；2-2、利用高斯拟合模型对去噪后的OCT信号沿深度方向进行补偿修正，获得修正后的OCT信号；2-3、根据修正后的OCT信号的深度方向特征计算目标组织区域的散射系数；3、根据时间维度OCT信号特征生成OCTA血流造影矩阵；4、利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数；5、根据血流区域和非血流区域的散射系数与血糖浓度的线性拟合关系，获得血糖监测曲线，用于监测血糖浓度；6、光源；7、光纤耦合器；8、第一偏振控制器；9、第一参考臂准直镜；10、第一参考臂聚焦透镜；11、第一参考臂反射镜；12、第一样品臂准直镜；13、第一OCT扫描装置；14、样品臂聚焦透镜；15、待测样品；16、信号探测装置；17、信号处理与计算单元；18、超发光二极管光源；19、70:30 光纤耦合器；20、第二偏振控制器；21、第二参考臂准直镜；22、参考臂双胶合透镜；23、参考臂色散匹配透镜；24、第二参考臂反射镜；25、第二样品臂准直镜；26、第二OCT扫描装置；27、样品臂双胶合透镜；28、目镜；29、样本眼；30、探测模块准直镜；31、光栅；32、聚焦透镜；33、线阵相机；34、信号处理模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，附图形成本文的一部分。需要注意的是，这些说明及示例仅仅为示例性的，不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

为了便于理解本发明的实施例，将各操作描述成多个离散的操作，但是，描述的顺序不代表实施操作的顺序。

本发明的实施例如下：

针对样品测量的三维空间，本描述采用x-y-z的三维空间坐标表示。这种描述仅用于促进讨论，而不意欲限制本发明的实施例的应用。其中，Z为深度方向，即沿入射光轴的方向；X为OCT探测扫描中的快扫描方向，Y为OCT探测扫描中的慢扫描方向，且X与Y正交，X-Y平面为垂直于入射光轴的平面。

本发明方法如图1所示，在N个不同时间点对目标组织区域进行OCT扫描成像，获得目标组织区域的OCT信号1。根据深度方向OCT信号特征计算散射系数2。分析血流及其周围静态组织的相对运动，根据时间维度OCT信号特征生成OCTA血流造影矩阵3。这里的相对运动分析指的是对探测到的OCT信号的相位部分或振幅部分或相位和幅度部分进行分析。利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数4。根据血流区域和非血流区域的散射系数与血糖浓度的线性拟合关系，获得血糖监测曲线，用于监测血糖浓度5。

根据深度方向OCT信号特征计算散射系数2，包括：

沿深度方向对OCT信号去除平均系统噪声，获得去噪后的OCT信号2-1；通过以下公式进行设置：

I(z)＝I₀(z)-N(z)

其中，I(z)表示当前深度方向的坐标值z的对应的去噪后的OCT信号的强度，I₀(z)为当前深度方向的坐标值z的对应的OCT信号的强度，N(z)为当前深度方向的坐标值z的对应的平均系统噪声。平均系统噪声具体为：通过遮挡血糖测试装置的样品臂或参考臂后采集血糖测试装置的噪声信号，获得系统噪声，沿深度方向对每一X-Y平面的系统噪声取平均，即依次对Y方向和X方向的系统噪声值求平均，获得一条一维的沿深度方向分布的平均系统噪声。

利用高斯拟合模型对去噪后的OCT信号沿深度方向进行补偿修正，获得修正后的OCT信号2-2；通过以下公式进行设置：

其中，I_correct表示修正后的OCT信号的强度。

高斯拟合模型具体为：

血糖测试装置的信号强度随深度方向衰减的高斯拟合模型通过以下公式进行设置：

S(z)＝exp(-z²/δ²)

其中，S(z)为高斯拟合值，z为深度方向的坐标值，δ为无创血糖监测系统的信号强度衰减参数；信号强度衰减参数δ具体为：通过对无创血糖监测系统进行灵敏度滚降测试，在深度方向上计算单位距离内信号强度的衰减参数并作为信号强度衰减参数δ。

根据修正后的OCT信号的深度方向特征计算目标组织区域的散射系数2-3，具体为：

或者目标组织区域的散射系数通过以下公式进行设置：

其中，x为OCT探测扫描中的快扫描方向的坐标值，y为OCT探测扫描中的慢扫描方向的坐标值，z为深度方向的坐标值，深度方向为垂直于快扫描方向与慢扫描方向构成平面的方向，即光轴方向，μ(x，y,z)为当前位置(x，y，z)处的散射系数，I(x,y,z)为当前位置(x,y,z)处修正后的OCT信号的强度，σ为深度方向上每个像素对应的空气中的物理尺寸，n为目标组织区域的折射率，修正后的OCT信号的深度方向特征具体为修正后的OCT信号的深度方向强度。

根据时间维度OCT信号特征生成目标组织区域的OCTA血流造影矩阵3，具体为：

其中，血流信号提取方法包括：差分运算、散斑方差运算、去相关运算或特征分解运算。

利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数4，具体为：

将OCTA血流造影矩阵中所有血流区域的像素值置为1，所有非血流区域的像素值置为0，获得血流区域的结构掩模矩阵；血流区域的像素点的像素值不为0，非血流区域的像素值为0。

将血流区域和非血流区域的结构掩模矩阵分别与目标组织区域的散射系数进行点乘，点乘具体为血流区域或非血流区域的结构掩模矩阵中第i行第j列的元素a_ij与散射系数中第i行第j列的元素b_ij进行相乘后获得血流区域或非血流区域的散射系数中第i行第j列的元素c_ij，分别获得血流区域和非血流区域的散射系数。

根据血流区域和非血流区域的散射系数与血糖浓度的线性拟合关系，获得血糖监测曲线，用于监测血糖浓度5，血流区域和非血流区域的散射系数具体为血流区域的散射系数、非血流区域的散射系数或者综合血流与非血流区域的散射系数。非血流区域的散射系数对应组织细胞间隙液的葡糖糖浓度，而血流区域的散射系数对应血浆里的葡萄糖浓度，血流和非血流区域的散射系数综合方法可以对血流区域的散射系数和非血流区域的散射系数采用加权平均法获得综合散射系数，从而对被测组织整体对应的葡萄糖浓度进行检测。

血糖测试装置包括：一光学相干层析装置，用于对目标组织区域进行OCT 信号探测和成像；一个或多个信号处理器，用于对在N次探测得到的OCT信号进行分析处理，获得血流区域和非血流区域的散射系数，利用血流区域或非血流区域(或综合血流区域与非血流区域)的散射系数表征血糖浓度。

一光学相干层析装置分别采用以下的一种：包括低相干宽带光源和干涉仪、点探测器；或者包括低相干宽带光源和干涉仪、光谱仪；或者包括扫频宽带光源和干涉仪、点探测器。

图2示出的是本发明中一种基于OCTA的血糖测试装置的示意图。其中，光学相干层析装置包括光源6、光纤耦合器7、第一偏振控制器8、第一参考臂准直镜9、第一参考臂聚焦透镜10、第一参考臂反射镜11、第一样品臂准直镜 12、第一OCT扫描装置13、样品臂聚焦透镜14、待测样品15和信号探测装置 16；信号处理器包括信号处理与计算单元17。

光纤耦合器7的两端各设置有两个分支，光源6与光纤耦合器7一端的其中一个分支相连，光纤耦合器7一端的另一个分支经信号探测装置16后和信号处理与计算单元17相连；光纤耦合器7另一端的其中一个分支与参考臂的一端相连，参考臂包括第一偏振控制器8、第一参考臂准直镜9、第一参考臂聚焦透镜10和第一参考臂反射镜11；光纤耦合器7另一端的其中一个分支与第一偏振控制器8的一端相连，第一偏振控制器8的另一端与第一参考臂准直镜9的入射端相连，第一参考臂准直镜9和第一参考臂反射镜11之间设置有第一参考臂聚焦透镜10，第一参考臂反射镜11处于第一参考臂聚焦透镜10的焦点处；光纤耦合器7另一端的其中一个分支与样品臂的一端相连，样品臂包括第一样品臂准直镜12、第一OCT扫描装置13、样品臂聚焦透镜14和待测样品15；光纤耦合器7另一端的其中一个分支与第一样品臂准直镜12的入射端相连，第一样品臂准直镜12和待测样品15之间设置有样品臂聚焦透镜14，待测样品15处于样品臂聚焦透镜14的焦点处，第一样品臂准直镜12和样品臂聚焦透镜14之间设置有第一OCT扫描装置13。

光源6发出的探测光经光纤耦合器7被分为两束光：其中一束光经第一偏振控制器8后进入该装置的参考臂部分，依次通过第一参考臂准直镜9和第一参考臂聚焦透镜10后，汇聚于第一参考臂反射镜11上；另一束光进入到该系统的样品臂部分，依次经过第一样品臂准直镜12和第一OCT扫描装置13后，经样品臂聚焦透镜14汇聚于待测样品15上。而后参考臂和样品臂各自的背向散射光在光纤耦合器7发生干涉后被信号探测装置16采集，并传输到信号处理与计算单元17。第一偏振控制器8用于调整参考臂光束的偏振态，使两臂的干涉信号最大化。

根据干涉信号探测方式的不同，图2所示的一种基于OCTA的血糖测试装置具体包括：

1.时间域探测装置。光源6为低相干宽带光源，信号探测装置16为一点探测器。通过沿光轴方向移动第一参考臂反射镜11的位置来改变参考臂光程，利用点探测器采集由参考臂返回光和样品某一空间深度上的背向散射光构成的低相干干涉信号，从而获得深度分辨的OCT采样体。光轴方向为深度方向。

2.光谱域探测装置。光源6为低相干宽带光源，第一参考臂反射镜11的位置固定不变，信号探测装置16为一光谱仪。利用光谱仪中的高速线阵相机实现对样品某一位置深度方向上干涉信号的同时探测，利用傅里叶变换的方法解析干涉光谱信号，实现样品深度方向上散射信号的并行探测，从而获得深度分辨的OCT采样体。

3.扫频探测装置。光源6为扫频宽带光源，第一参考臂反射镜11的位置固定不变，信号探测装置16为一点探测器。利用点探测器对扫频光源发出的低相干干涉光谱进行分时记录，利用傅里叶变换的方法解析干涉光谱信号，实现样品深度方向上散射信号的并行探测，从而获得深度分辨的OCT采样体。

对于上述不同的信号探测装置，可分别结合图1中所述的散射系数的提取方式，并基于动态血流与静态组织的相对运动获得血流区域的空间分布，实现对血流区域和非血流区域的散射系数的分别提取。

图3示出的是本文所公开的一个示例性实施例。基于OCTA的血糖测试装置，包括超发光二极管光源18、70:30光纤耦合器19、第二偏振控制器20、第二参考臂准直镜21、参考臂双胶合透镜22、参考臂色散匹配透镜23、第二参考臂反射镜24、第二样品臂准直镜25、第二OCT扫描装置26、双胶合透镜27、目镜28、样本眼29、探测模块准直镜30、光栅31、聚焦透镜32、线阵相机33 和信号处理模块34。

超发光二极管光源18与70:30光纤耦合器19的一端的其中一个分支相连， 70:30光纤耦合器19的一端的另一个分支经探测模块准直镜30、光栅31、聚焦透镜32、线阵相机33后与信号处理模块34相连，70:30光纤耦合器19的另一端的其中一个分支与参考臂相连，参考臂包括第二偏振控制器20、第二参考臂准直镜21、参考臂双胶合透镜22、参考臂色散匹配透镜23和第二参考臂反射镜24；70:30光纤耦合器19的另一端的其中一个分支与第二偏振控制器20的一端相连，第二偏振控制器20的另一端与第二参考臂准直镜21的入射端相连，第二参考臂准直镜21和第二参考臂反射镜24之间依次设置有参考臂双胶合透镜22和参考臂色散匹配透镜23，参考臂双胶合透镜22靠近第二参考臂准直镜 21，参考臂色散匹配透镜23靠近第二参考臂反射镜24，参考臂双胶合透镜22 和参考臂色散匹配透镜23的焦点重合，从而以平行光照射于第二参考臂反射镜 24上；70:30光纤耦合器19的另一端的其中一个分支与样品臂相连，样品臂包括第二样品臂准直镜25、第二OCT扫描装置26、双胶合透镜27、目镜28和样本眼29；第二样品臂准直镜25和样本眼29之间依次设置有第二OCT扫描装置 26、双胶合透镜27和目镜28，目镜28与双胶合透镜27的焦点重合，从而以平行光照射于样本眼29的眼表，并经眼球汇聚于视网膜上。

本实施例的基于OCTA的血糖测试装置为光谱域OCT，其中超发光二极管光源18的中心波长为840nm，带宽为100nm，通过高速线阵相机33对样品的 OCT信号进行实时采集，并将其传输至信号处理模块34；第二样品臂准直镜25 出射的平行光入射至第二OCT扫描装置26，第二OCT扫描装置26出射的平行光入射至双胶合透镜27中，第二OCT扫描装置26由两块平面扫描振镜组成，通过调节两块平面扫描振镜的相对位置控制OCT信号采集的范围。由本发明装置中所使用的超发光二极管18所发出的探测光，经光纤传输至70:30光纤耦合器19中，并分为两路光束分别进入参考臂和样品臂中。其中，70％的探测光进入参考臂中，通过第二偏振控制器20后传输至第二参考臂准直镜21，经准直后通过参考臂双胶合透镜22和参考臂色散匹配透镜23后，以平行光形式照射于第二参考臂反射镜24上，随后该光束按原路返回至70:30光纤耦合器19中；30％的探测光进入样品臂中，经第二样品臂准直镜25和扫描振镜26后，依次通过双胶合透镜27和目镜28进入样本眼29中，样本眼29中光束经眼睛聚焦于视网膜上；随后，携带样本眼29眼底信息的探测光束原路返回至70:30光纤耦合器19；由参考臂和样品臂返回的背向散射光在70:30光纤耦合器19中发生干涉，所产生的干涉光依次通过探测模块准直镜30和光栅31后，经聚焦透镜32汇聚于线阵相机33上，实现信号的探测与记录，随后由信号处理模块34对其进行采集并进一步处理。

图4的(A)示出了活体小鼠视网膜成像实验中，小鼠视网膜某一横断面的 OCT信号强度分布图像，图4的(B)示出了经过矫正后的信号强度分布图像，图4的(C)示出了对上述原始和矫正后的OCT信号强度沿垂直于光轴方向平均后，得到的归一化OCT信号强度随深度变化的曲线。可以发现，经过矫正，可以有效地去除系统噪声，并对血糖测试装置灵敏度随量程滚降进行补偿。

图5的(A)示出了活体小鼠视网膜某一横断面上的散射系数分布图，图5 的(B)和图5的(C)分别示出了视网膜中血流区域和非血流区域对应的散射系数分布。

图6示出了针对10只不同血糖浓度的活体小鼠，基于其视网膜不同区域的散射系数对血糖无创监测的效果。由于组织的散射系数与血糖浓度成线性关系，拟合获得血糖监测曲线，采用线性拟合优度系数R来测试血糖监测曲线对血糖监测的准确性，R越接近1，表示准确性越高。图6的(A)为基于视网膜血流区域的散射系数对血糖浓度的血糖监测曲线以及线性拟合优度系数R，R＝0.80；图6的(B)为基于视网膜整体的散射系数对血糖浓度的血糖监测曲线以及线性拟合优度系数R，R＝0.51。

上述实验结果充分说明：利用本发明所涉及的一种基于OCTA的血糖测试方法与系统，可以准确的提取出生物组织中散射系数的分布，并对组织中血流区域和非血流区域进行分割，从而精准地实现血糖浓度的无创检测。

Claims

1.一种基于OCTA的血糖测试方法，其特征在于：包括

在N个不同时间点对目标组织区域进行OCT扫描成像，获得目标组织区域的OCT信号(1)；

根据深度方向OCT信号特征计算散射系数(2)；

根据时间维度OCT信号特征生成OCTA血流造影矩阵(3)；

利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数(4)；

所述利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数(4)包括将血流区域和非血流区域的结构掩模矩阵分别与目标组织区域的散射系数进行点乘，分别获得血流区域和非血流区域的散射系数；

根据血流区域和非血流区域的散射系数与血糖浓度的线性拟合关系，获得血糖监测曲线，用于监测血糖浓度(5)；

2.根据权利要求1所述的一种基于OCTA的血糖测试方法，其特征在于：所述的在N个不同时间点对目标组织区域进行OCT扫描成像，获得目标组织区域的OCT信号(1)是采用以下其中一种方法：

通过扫描改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；

或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的光谱域OCT成像方法；

或者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OCTA的血糖测试方法，其特征在于：所述的根据深度方向OCT信号特征计算散射系数(2)包括：

沿深度方向对OCT信号去除平均系统噪声，获得去噪后的OCT信号(2-1)；

利用高斯拟合模型对去噪后的OCT信号沿深度方向进行补偿修正，获得修正后的OCT信号(2-2)；

根据修正后的OCT信号的深度方向特征计算目标组织区域的散射系数(2-3)。

4.根据权利要求3所述的一种基于OCTA的血糖测试方法，其特征在于：所述根据修正后的OCT信号的深度方向特征计算目标组织区域的散射系数(2-3)，具体为：

或者目标组织区域的散射系数通过以下公式进行设置：

其中，x为OCT探测扫描中的快扫描方向的坐标值，y为OCT探测扫描中的慢扫描方向的坐标值，z为深度方向的坐标值，深度方向为垂直于快扫描方向与慢扫描方向构成平面的方向，μ(x,y,z)为当前位置(x,y,z)处的散射系数，I(x,y,z)为当前位置(x,y,z)处修正后的OCT信号的强度，σ为深度方向上每个像素对应的空气中的物理尺寸，n为目标组织区域的折射率。

5.根据权利要求1所述的一种基于OCTA的血糖测试方法，其特征在于：所述根据时间维度OCT信号特征生成OCTA血流造影矩阵(3)，具体为：

6.根据权利要求5所述的一种基于OCTA的血糖测试方法，其特征在于：所述血流信号提取方法包括：差分运算、散斑方差运算、去相关运算或特征分解运算。

7.根据权利要求1所述的一种基于OCTA的血糖测试方法，其特征在于：所述利用OCTA血管掩模区分血流区域和非血流区域的散射系数(4)进一步还包括：

将OCTA血流造影矩阵中所有血流区域的像素值置为0，所有非血流区域的像素值置为1，获得非血流区域的结构掩模矩阵。

8.用于实施权利要求1～7任一所述方法的一种基于OCTA的血糖测试装置，包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于OCTA的血糖测试装置，其特征在于：所述的一光学相干层析装置是采用以下的一种：

包括低相干宽带光源和干涉仪、点探测器；

或者包括低相干宽带光源和干涉仪、光谱仪；

或者包括扫频宽带光源和干涉仪、点探测器。