CN113425260B - 一种近红外乳腺扫描成像方法及相关组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近红外乳腺扫描成像方法，该方法通过双向探测器对乳房进行双向扫描，则基于双向扫描可以得到两组透射数据，基于两组透射数据分别对乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，可以得到两套含有乳房高度未知数的光学传播方程，两组方程联立后就是正定方程组，方程数量多于未知数的数量，两组方程联立进行光学系数求解后可以确定每个划定的高度对应的值，得到真正的横截面成像值，因此该可以支持在重叠于同一探测器平面投影点的不同高度的乳房内部点的光学重建，实现真正的三维重建。本发明还公开了一种近红外乳腺扫描成像装置、设备、系统及可读存储介质，具有相应的技术效果。

Description

一种近红外乳腺扫描成像方法及相关组件

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种近红外乳腺扫描成像方法、装置、设备、系统及可读存储介质。

背景技术

随着物理光学的发展以及光在组织中传播的数学模型的不断进步，扩散光学层析成像技术(DOT，Diffuse Optical Tomography)使得有针对性的乳房组织癌变透视成像成为可能。该技术使用非电离的近红外范围内的光(波长从 700到1,200nm)产生乳房的图像，只需在加压的情况下将图像垫放在乳房上，即可在不到30秒的时间内进行光学扫描。光学成像方法提供了区分其他形式无法区分的软组织的潜力，天然生色团(例如血红蛋白)的特异性吸收也可以提供生物学或功能信息，具有安全、非电离辐射、高灵敏度、可动态成像和功能性成像等优点。

在目前的基于DOT的红外乳头成像中，都是对乳房施压并将的光学组织压缩成一个等效的二维吸光平面，得到二维红外成像结果，重建出二维的光学吸收系数进行分析，由于设备和系统设计所限，或者再进一步将二维红外成像结果映射到三维空间中，生成伪三维红外成像结果。而不论是二维或伪三维，均无法真正反映三维组织光学性质，不能获取乳房内部任意高度的细节，无法确定乳房体内部任意高度的光学吸收状况。

综上所述，如何重建乳房的三维红外图像，对乳房内部光学吸收状况进行完整还原，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种近红外乳腺扫描成像方法、装置、设备、系统及可读存储介质，以重建受压迫的乳房的三维红外图像，以及得到任意高度的乳房内部光学吸收状况。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种近红外乳腺扫描成像方法，包括：

获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据；

根据所述透射数据对所述乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，得到两套扩散光学成像方程组；

联立所述两套扩散光学成像方程组进行光学系数求解，得到所述指定高度界面层对应的光学吸收系数；

根据各所述指定高度截面层对应的所述光学吸收系数进行三维重建，生成三维乳房吸光度图像。

可选地，所述获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据，包括：

确定所述第一灯板与所述第二灯板中待点亮的亮灯位；其中，所述第一灯板为所述第一探测器的近红外光源，所述第二灯板为所述第二探测器的近红外光源；

确定当前待施加的压力值，并对所述乳房加压至所述压力值；

确定所述亮灯位中当前待点亮的亮灯位，作为目标亮灯位；其中，所述目标亮灯位的数量为1；

点亮所述第二灯板中的所述目标亮灯位，获取所述第一探测器采集生成的透射数据；点亮所述第一灯板中的所述目标亮灯位，获取所述第二探测器采集生成的透射数据；

判断是否存在未经点亮的所述亮灯位；

若是，执行所述确定所述亮灯位中当前待点亮的亮灯位的步骤；若否，执行所述确定当前待施加的压力值的步骤。

可选地，所述确定所述第一灯板与所述第二灯板中待点亮的亮灯位，包括：

根据乳房的摆放位置及形状大小确定在所述第一灯板与所述第二灯板中被所述乳房覆盖的远离乳头区域均匀分布的LED灯。

可选地，在所述根据乳房的摆放位置及形状大小确定在所述第一灯板与所述第二灯板中被所述乳房覆盖的远离乳头区域均匀分布的LED灯之后，还包括：

根据所述乳房的大小确定最少亮灯位数量；

判断所述LED灯的数量是否达到所述最少亮灯位数量；

若未达到，输出提示信息。

可选地，所述指定高度截面层的数量以及高度根据所述乳房的大小和厚度确定。

一种近红外乳腺扫描成像装置，包括：

数据获取单元，用于获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据；

体素建模单元，用于根据所述透射数据对所述乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，得到两套扩散光学成像方程组；

联立求解单元，用于联立所述两套扩散光学成像方程组进行光学系数求解，得到所述指定高度界面层对应的光学吸收系数；

三维重建单元，用于根据各所述指定高度截面层对应的所述光学吸收系数进行三维重建，生成三维乳房吸光度图像。

一种近红外乳腺扫描成像设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述近红外乳腺扫描成像方法的步骤。

一种近红外乳腺扫描成像系统，包括：

设置于第一灯板中的第二探测器，用于采集加压过程中所述第二灯板发出的近红外光经过乳房后生成的透射数据；

设置于第二灯板中的第一探测器，用于采集加压过程中所述第一灯板发出的近红外光经过所述乳房后生成的透射数据；

加压装置，用于对所述乳房进行加压测试；

如上所示的近红外乳腺扫描成像设备。

可选地，所述第二探测器设置于所述第一灯板的中央，所述第一探测器设置于第二灯板的中央。

一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述近红外乳腺扫描成像方法的步骤。

本发明实施例所提供的方法，通过双向探测器对乳房进行双向扫描，则基于双向扫描可以得到两组透射数据，基于两组透射数据分别对乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，可以得到两套含有乳房高度未知数的光学传播方程，两组方程联立后就是正定方程组，方程数量多于未知数的数量，两组方程联立进行光学系数求解后可以确定每个划定的高度对应的值，得到真正的横截面成像值，因此该可以支持在重叠于同一探测器平面投影点的不同高度的乳房内部点的光学重建，实现真正的三维重建。

相应地，本发明实施例还提供了与上述近红外乳腺扫描成像方法相对应的近红外乳腺扫描成像装置、设备、系统和可读存储介质，具有上述技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种近红外乳腺扫描成像方法的实施流程图；

图2为本发明实施例中一种探测器与灯板的安装示意图；

图3为本发明实施例中一种三维乳房立体模型示意图；

图4为本发明实施例中一种乳房横截面体素网格划分示意图；

图5a为本发明实施例中一种亮灯位选择示意图；

图5b为本发明实施例中另一种亮灯位选择示意图；

图6为本发明实施例中一种点亮过程的实现流程示意图；

图7为本发明实施例中一种近红外乳腺扫描成像装置的结构示意图；

图8为本发明实施例中一种近红外乳腺扫描成像设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种近红外乳腺扫描成像方法，可以重建受压迫的乳房的三维红外图像，也可以得到任意高度的乳房内部光学吸收状况。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例中一种近红外乳腺扫描成像方法的流程图，该方法包括以下步骤：

S101、获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据；

本实施例是一种基于DOT(Diffuse Optical Tomography)扩散光学层析成像方法，成像过程中需要对乳房施加5-10mm Hg的压力，使得乳房中的不饱和氧血在疑似病灶区域发生异常活跃的生理反应(早期乳腺癌肿瘤区会有新生血管聚集的现象)，再通过近红外光的物理光学原理，根据不同生物组织具有不同的光吸收、光散射特性，通过灯板发出近红外光，探测器安装在灯板对面，灯板与探测器之间为待扫描成像的乳房，通过探测器采集乳房的近红外光透射情况，分析近红外光的透射情况来获取乳房的组织结构分布，本实施例中对于加压测试的具体实现过程不做限定，可以参照相关技术的实现方式。

探测器一般可以使用高灵敏度的红外CCD成像相机，或者CMOS其它类型红外成像装置，本实施例中对于探测器的具体设备类型以及设备型号不做限定。

为实现三维成像，本实施例中采用双探测器对乳房进行双向成像，其中，两探测器(第一探测器和第二探测器)相对设置，第一探测器对应的第一灯板需与第一探测器相对设置，第二探测器对应的第二灯板需与第二探测器相对设置，因此，第一探测器与第二灯板需设置于同侧，第二探测器与第一灯板需设置于同侧，如图2所示为一种探测器与灯板的安装示意图，则上方探测器可以采集下方光源经乳房遮挡后透射出的图像，下方探测器可以采集上方光源经乳房遮挡后透射出的图像，实现双向探测。本步骤中获取的透射数据为第一探测器和第二探测器分别采集生成的透射数据，通过两组透射数据进行扩散建模，可以实现增加高度信息后的正定方程组求解。需要说明的是，针对每个探测器与灯板的组合进行透射数据的采集的过程本实施例中不做限定，可以参照相关探测的过程实现。

本实施例中基于扩散光学层析成像进行双向探测计算，可以对于同一个乳房获得两套扩散光学成像方程组，因此可以沿乳房高度方向增加一个未知数的维度。也就是说，在乳房内部任意空间高度做横截面，都可以计算出该截面处的光学吸收系数，基于光学扩散模型进行多断层图像信息获取，通过各断层图像以及断层高度信息实现三维建模。

S102、根据透射数据对乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，得到两套扩散光学成像方程组；

本实施例采用的三维乳房立体模型如图3所示，图3中的xy平面为灯板所在平面，z轴为乳房高度方向，灯板的光束沿z轴方向射出，经过乳房之后被上方(或下方)的探测器接收。图中的横截面即为平行于xy平面的任意位置横截面。本实施例的双向成像可以在任意位置设置横截面进行建模，从而得到乳房三维立体模型中任意点的光学吸收系数。需要说明的是，本实施例中对于指定高度截面层的数量以及高度不做限定，可以设置统一的数量以及高度标准；为精准对于不同乳房实现精准扫描，可以根据乳房的大小和厚度确定指定高度截面层的数量以及高度。一般来说，对于压缩之后厚度为3～7cm左右的乳房，可以设置8～24层横截面进行建模，层数可以根据乳房大小和厚度进行增减，比如乳房体积大且厚度大时可以适当增加横截面数量。一般来说8～16 层已经足以在医疗成像系统中对肿瘤位置进行定位，较多的层数可以在三维重建过程中增加模型精度，但对医学筛查或诊断来说并不一定是必须的。

确定指定高度截面层的高度信息后，对乳房所在的三维空间进行离散化，具体方式为：对每一层横截面都进行体素化(体素一词来源于英文voxel)，例如将乳房所在的某个横截面区域划分为240个体素(也可以是其它数值，可以根据精度需求进行调节)，如图4所示为一种乳房横截面体素网格划分示意图。三维乳房的光学吸收系数建模问题即被离散化为：对乳房所在空间内的所有截面层的体素进行建模的过程。需要说明的是，在对任意指定高度横截面层进行层面体素建模的过程可以参照现有的二维体素建模的过程，本实施例中对此不做限定。为加深理解，本实施例中介绍一种实现方式，具体如下：

光学系数建模的公式如下：

将探测器所拍摄到的图像中，每一个像素称为一个探测器像素点。上式中 S_i,_j为第i个LED灯源照射时探测器像素点j所接收的强度，n＝1,2,…,N表示将乳房所在区域划分为N个体素，α₀为背景光学吸收系数，r_i,n为从第i个LED 灯源到第n个体素的距离，r_n,j为从第n个体素到第j个探测器像素点的距离， r_i,_j为从第i个LED灯源到第j个探测器像素点的距离，δμ_n为第n个体素处的光学吸收系数变化量——这就是我们所求的量，它可以反映乳房内部新生血管及组织分布，从而分析病灶的位置和良恶性状况。

对于每一个探测器像素点j，可以把上式(光学系数建模公式)写成简单的矩阵形式(该公式与上述光学系数建模公式是完全等价的)：

s_j＝K_jδμ_n

为简便起见，现以一个光板仅包含3个LED灯为例，可以得到如下方程：

其中y为各探测器接收的数据，K为光学系数建模公式中的Σ项，B_k为位置矩阵，L为正则化矩阵，x具有如下结构：

Δ、σ_1,2,3分别为探测器和LED光源的修正因子，和器材参数有关。

上述为针对一个探测器进行体素建模的过程，针对两个探测器分别进行体素建模的过程均可以参照上述过程，则针对两个探测器的分别体素建模，可以得到两套扩散光学成像方程组。

S103、联立两套扩散光学成像方程组进行光学系数求解，得到指定高度界面层对应的光学吸收系数；

光学系数求解需要通过已知的y和A求出x，从而得到δμ，这个方程必须进行逆向求解才能得到x，逆解只能是数值方法——例如用最小二乘法逐渐逼近真实解。在只有一个方向探测器和光源的情况下，该方程是正定的，即使分为多个横截面求解，所得的结果也近似为将所有横截面压平成一个平面的结果。

但是本申请中提出采用双向探测器和光源方案，在通过两组相对的探测器针对每个划分的高度进行离散求解后生成包括z值的两组方程组，两组方程组联立后就是正定方程组，方程数量多于未知数的数量，可以进行多截面的联立求解，得到真正的任意三维横截面位置的光学吸收系数。

S104、根据各指定高度截面层对应的光学吸收系数进行三维重建，生成三维乳房吸光度图像。

在得到各横截面对应的光学吸收系数后，进行整体三维光学重建的过程可以参照相关三维重建技术的实现方式，具体可以包括以下步骤：对不同发光源位置扫描的红外图像信号序列组及红外光时空信息序列组进行影像化处理，获得出光部所在位置坐标处的受压迫的乳房的红外影像组；对不同位置坐标处的红外影像组进行融合处理，也可以计算任意高度的乳房内部光学吸收状况，以此就可以重建受压迫的乳房的三维红外图像，本实施例中对此不再赘述。

基于上述介绍，本发明实施例所提供的技术方案通过双向探测器对乳房进行双向扫描，则基于双向扫描可以得到两组透射数据，基于两组透射数据分别对乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，可以得到两套含有乳房高度未知数的光学传播方程，两组方程联立后就是正定方程组，方程数量多于未知数的数量，两组方程联立进行光学系数求解后可以确定每个划定的高度对应的值，得到真正的横截面成像值，因此该可以支持在重叠于同一探测器平面投影点的不同高度的乳房内部点的光学重建，实现真正的三维重建。

需要说明的是，基于上述实施例，本发明实施例还提供了相应的改进方案。在优选/改进实施例中涉及与上述实施例中相同步骤或相应步骤之间可相互参考，相应的有益效果也可相互参照，在本文的优选/改进实施例中不再一一赘述。

上述实施例中对于每个探测器与灯板的组合进行透射数据的采集的过程本实施例中不做限定，本实施例中对一种透射数据采集的过程进行介绍，具体地，获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据的过程具体可以包括以下步骤：

(1)确定第一灯板与第二灯板中待点亮的亮灯位；

第一灯板为第一探测器的近红外光源，第二灯板为第二探测器的近红外光源；

一个灯板中包含很多灯位，需要灯位根据乳房摆放位置及形状大小选择性地点亮，具体地亮灯位选择规则本实施例中不做限定，可选地，可以根据乳房的摆放位置及形状大小确定在第一灯板与第二灯板中被乳房覆盖的远离乳头区域均匀分布的LED灯。

本实施例提供的上述选择规则主要从三方面进行限制，首先，所有点亮的 LED灯都必须保证被乳房区域完全盖住，不可以存在漏光或者光源太过接近乳房边缘而导致的漫射区超出乳房范围的情况，也就是说LED光源所发射的所有光线，都需要经过乳房内部进行透射，而不能直接进入探测器；其次，LED 灯的位置具有等间距的均匀间隔，例如乳房中心大致位于图4所示的9号灯位置时，可以选取7/8/9/10/11号灯，尽量避免选取7/8/10/11/12这样不均匀分布的灯，否则会影响计算效果；最后，亮灯位要尽量远离乳头区域，因为乳头的光学吸收系数很大(成像效果呈现为基本不透光)，异于乳房的其它组织，也不能通过饱和氧血或不饱和氧血的含量来反映可疑病灶的分布，故而亮灯位的中心一般选在乳房被照亮区域正中位置略微偏下的地方，如图5a所示，而图 5b所示中选取的亮灯位太过靠近乳房，因此是不适合的灯位。本实施例中仅以上述选取规则为例进行介绍。

另外，在上述选取规则的基础上，为保证对于乳房的特征提取效果，可以进一步对选取的亮灯位的数量进行限制，避免亮灯位数量过少导致探测器所得到的信息过少。可选地，在根据乳房的摆放位置及形状大小确定在第一灯板与第二灯板中被乳房覆盖的远离乳头区域均匀分布的LED灯之后，可以进一步执行以下步骤：

根据乳房的大小确定最少亮灯位数量；

判断LED灯的数量是否达到最少亮灯位数量；

若未达到，输出提示信息。

其中，每种乳房大小对应的最少亮灯位数量的具体设置本实施例中不做限定，一般对于C～D罩杯的乳房，应建议点亮7～9颗灯，并不少于5颗LED灯 (即最少亮灯位数量为5)；对于B罩杯乳房，一般点亮5～7颗灯，并不少于 3颗灯(即最少亮灯位数量为3)；对于A罩杯及以下大小的乳房，应点亮3 颗灯，最低不少于2颗灯(即最少亮灯位数量为2)。

(2)确定当前待施加的压力值，并对乳房加压至压力值；

施加的压力值的大小可以按照相关的标准来确定，本实施例中对此不做限定，一般来说施加的最大压力应至少达到15mm Hg，在实际使用过程中可以取5～10mm Hg的压力段进行成像，即对乳房加压至压力值的过程具体可以为控制气膜开始施压，从5mm Hg增加至10mm Hg并保持。

(3)确定亮灯位中当前待点亮的亮灯位，作为目标亮灯位；

根据乳房摆设位置和大小选取需要点亮的LED灯位，即待点亮的亮灯位，该灯位在上下面板中处于完全相同的相对位置(即上下灯板选取相同的LED 灯序号)。

目标亮灯位的数量为1，各参与成像的n个LED亮灯位需要逐一点亮，即逐一将确定的亮灯位作为目标亮灯位，直至所有亮灯位都点亮。

(4)点亮第二灯板中的目标亮灯位，获取第一探测器采集生成的透射数据；

(5)点亮第一灯板中的目标亮灯位，获取第二探测器采集生成的透射数据；

对于步骤(4)以及步骤(5)的执行先后顺序不做限定，分别点亮下灯板和上灯板同一序号的LED灯，用上板探测器和下板探测器分别拍摄一幅图像，重复该过程直至所有选取的LED灯位都被点亮拍摄完毕，至此该帧拍摄结束。

(6)判断是否存在未经点亮的亮灯位；

(7)若是，执行确定亮灯位中当前待点亮的亮灯位的步骤；

(8)若否，执行确定当前待施加的压力值的步骤。

上述点亮过程的实现流程如图6所示，该过程中将参与成像的n个LED 亮灯位完成逐次点亮一遍的过程称为一个周期，每一周期上下面板的探测器各能获取n张近红外成像图像，总计2n幅图像。一个周期所成像的所有2n幅图片对应整个乳房施压过程的一帧，一般来说压力从5mm Hg逐渐增加到10mm Hg并稳定在10mm Hg，需要经历约30帧(也就是30个周期)左右的时间，其中压力稳定在10mm Hg的时间为m帧(m一般不少于15)。因此在整个加压扫描的过程中，我们会得到大约2n*m幅图像，作为采集得到的透射数据，其中应有至少2n*15幅图像是稳定在10mm Hg的过程中拍摄的。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种近红外乳腺扫描成像装置，下文描述的近红外乳腺扫描成像装置与上文描述的近红外乳腺扫描成像方法可相互对应参照。

参见图7所示，该装置包括以下模块：

数据获取单元110主要用于获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据；

体素建模单元120主要用于根据透射数据对乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，得到两套扩散光学成像方程组；

联立求解单元130主要用于联立两套扩散光学成像方程组进行光学系数求解，得到指定高度界面层对应的光学吸收系数；

三维重建单元140主要用于根据各指定高度截面层对应的光学吸收系数进行三维重建，生成三维乳房吸光度图像。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种近红外乳腺扫描成像设备，下文描述的一种近红外乳腺扫描成像设备与上文描述的一种近红外乳腺扫描成像方法可相互对应参照。

该近红外乳腺扫描成像设备包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现上述方法实施例的近红外乳腺扫描成像方法的步骤。

具体的，请参考图8，为本实施例提供的一种近红外乳腺扫描成像设备的具体结构示意图，该近红外乳腺扫描成像设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU) 322(例如，一个或一个以上处理器)和存储器332，存储器332存储有一个或一个以上的计算机应用程序342或数据344。其中，存储器332可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器332的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对数据处理设备中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器322可以设置为与存储器332通信，在近红外乳腺扫描成像设备301 上执行存储器332中的一系列指令操作。

近红外乳腺扫描成像设备301还可以包括一个或一个以上电源326，一个或一个以上有线或无线网络接口350，一个或一个以上输入输出接口358，和/或，一个或一个以上操作系统341。

上文所描述的近红外乳腺扫描成像方法中的步骤可以由近红外乳腺扫描成像设备的结构实现。

相应于上面的设备实施例，本发明实施例还提供了一种近红外乳腺扫描成像系统，该系统主要包括：第一灯板与第一探测器、第二灯板与第二探测器、加压装置以及近红外乳腺扫描成像设备。

灯板的具体形态为若干近红外LED光源按照阵列式等距排列所形成的光滑透光面板，一般建议面板大小不得小于30*20cm，LED灯的数量不小于100 个，图2中只标注了18个，仅做示意用。

其中，第一探测器安装于第二灯板中，主要用于采集加压过程中第一灯板发出的近红外光经过乳房后生成的透射数据；

第二探测器安装于第一灯板中，主要用于采集加压过程中第二灯板发出的近红外光经过乳房后生成的透射数据；

第一灯板与第二灯板相对设置，第一探测器与第二探测器也相对设置，而探测器在灯板中的安装位置本实施例中不做限定，可以设置在任意位置，可选地，探测器可以隐藏在面板中央，以便于透射数据的高精准提取。同一块面板上的LED灯和探测器尽量不要同时工作，因此同侧光源和探测器不会相互影响。探测器一般可以使用高灵敏度的红外CCD成像相机，或者CMOS其它类型红外成像装置，本实施例中对于探测器的具体设备型号选择不做限定。

加压装置，主要用于对乳房进行加压测试，比如可以为气膜施压装置。加压装置可以设置于灯板处，紧贴乳房表面。具体地，一般的加压测试的过程加压装置主要用于在检测过程中给乳房施加5-10mm Hg的压力，使得乳房中的不饱和氧血在疑似病灶区域发生异常活跃的生理反应(早期乳腺癌肿瘤区会有新生血管聚集的现象)，由于通过近红外光的物理光学原理，不同生物组织具有不同的光吸收、光散射特性，因此可以通过分析近红外光的透射情况来获取乳房的组织结构分布。对于加压装置的具体设备型号本实施例中不做限定，可以参照相关技术中的设备选用方式，在此不再赘述。

近红外乳腺扫描成像设备的工作过程可以参照上述实施例的介绍，近红外乳腺扫描成像设备与加压装置、第一灯板、第一探测器、第二灯板、第二探测器连接，主要需要完成灯板、探测器以及加压装置的操控(包括光源操控、扫描操控、加压操控)以及基于透射数据的数据分析、建模、计算工作。

具体地，该设备主要可以包括三个组成部分，中控主机、信号传输装置以及人机交互装置。其中，中控主机主要完成信号(包括控制信号)的存储、数学建模及计算(基于透射数据的三维建模过程)、三维多断层数据(即三维乳房吸光度图像)的生成。控制图像采集(即透射数据的采集)，光源控制，扫描控制，和超声成像控制等，并实现数据处理计算，完成三维超声图像重建和光学断层成像重建处理；信号传输装置主要负责将探测器所采集到的数据传输给中控主机；机交互装置可以包括键盘、鼠标等等。最理想的交互系统是触屏面板，这样可以方便操作者直接用手指控制三维模型的旋转、分层显示以及进行必要的初始设定，初始设定可以包括设定受检者的性别、年龄、乳房尺寸等。

相应地，近红外乳腺扫描成像系统中可以进一步包括显示模块，信号传输装置可以将最终计算所得的三维乳房吸光度图像数据传输给显示装置，显示装置比如显示器，用于显示三维乳房吸光度图像数据。由于我们的建模计算结果是三维的，并且带有多断层信息——也就是可以显示不同高度的乳房横截面效果图，因此显示模块同时具备三维模型显示、断层面选取和显示的功能。以便于观察者可以在生成的三维乳房模型中点击相应高度位置，即可观察该位置的横截面效果，从而能够更好地分析整个乳房的可疑病灶结构，以获得精准的恶性区域。

相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种可读存储介质，下文描述的一种可读存储介质与上文描述的一种近红外乳腺扫描成像方法可相互对应参照。

一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例的近红外乳腺扫描成像方法的步骤。

该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。

本领域技术人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

Claims (10)

1.一种近红外乳腺扫描成像方法，其特征在于，包括：

获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据；

根据所述透射数据对所述乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，得到两套扩散光学成像方程组；

光学系数建模的公式如下：

将探测器所拍摄到的图像中，每一个像素称为一个探测器像素点，上式中S_i,j为第i个LED灯源照射时探测器像素点j所接收的强度，n＝1,2,…,N表示将乳房所在区域划分为N个体素，α₀为背景光学吸收系数，r_i,n为从第i个LED灯源到第n个体素的距离，r_n,j为从第n个体素到第j个探测器像素点的距离，r_i,j为从第i个LED灯源到第j个探测器像素点的距离，δμ_n为第n个体素处的光学吸收系数变化量；

联立所述两套扩散光学成像方程组进行光学系数求解，得到所述指定高度截面层对应的光学吸收系数；

通过两组相对的探测器针对每个划分的高度进行离散求解后生成包括三维空间中z值的两组方程组，两组方程组联立得到正定方程组，进行多截面的联立求解，得到任意三维横截面位置的光学吸收系数；

根据各所述指定高度截面层对应的所述光学吸收系数进行三维重建，生成三维乳房吸光度图像。

2.根据权利要求1所述的近红外乳腺扫描成像方法，其特征在于，所述获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据，包括：

确定第一灯板与第二灯板中待点亮的亮灯位；其中，所述第一灯板为所述第一探测器的近红外光源，所述第二灯板为所述第二探测器的近红外光源；

确定当前待施加的压力值，并对所述乳房加压至所述压力值；

确定所述亮灯位中当前待点亮的亮灯位，作为目标亮灯位；其中，所述目标亮灯位的数量为1；

点亮所述第二灯板中的所述目标亮灯位，获取所述第一探测器采集生成的透射数据；点亮所述第一灯板中的所述目标亮灯位，获取所述第二探测器采集生成的透射数据；

判断是否存在未经点亮的所述亮灯位；

若是，执行所述确定所述亮灯位中当前待点亮的亮灯位的步骤；若否，执行所述确定当前待施加的压力值的步骤。

3.根据权利要求2所述的近红外乳腺扫描成像方法，其特征在于，所述确定所述第一灯板与所述第二灯板中待点亮的亮灯位，包括：

根据乳房的摆放位置及形状大小确定在所述第一灯板与所述第二灯板中被所述乳房覆盖的远离乳头区域均匀分布的LED灯。

4.根据权利要求3所述的近红外乳腺扫描成像方法，其特征在于，在所述根据乳房的摆放位置及形状大小确定在所述第一灯板与所述第二灯板中被所述乳房覆盖的远离乳头区域均匀分布的LED灯之后，还包括：

根据所述乳房的大小确定最少亮灯位数量；

判断所述LED灯的数量是否达到所述最少亮灯位数量；

若未达到，输出提示信息。

5.根据权利要求1所述的近红外乳腺扫描成像方法，其特征在于，所述指定高度截面层的数量以及高度根据所述乳房的大小和厚度确定。

6.一种近红外乳腺扫描成像装置，其特征在于，包括：

数据获取单元，用于获取加压过程中相对设置的第一探测器和第二探测器对乳房进行近红外光透射采集生成的透射数据；

体素建模单元，用于根据所述透射数据对所述乳房所在空间内指定高度截面层的体素进行建模，得到两套扩散光学成像方程组；

所述体素建模单元，具体用于光学系数建模的公式如下：

将探测器所拍摄到的图像中，每一个像素称为一个探测器像素点，上式中S_i,j为第i个LED灯源照射时探测器像素点j所接收的强度，n＝1,2,…,N表示将乳房所在区域划分为N个体素，α₀为背景光学吸收系数，r_i,n为从第i个LED灯源到第n个体素的距离，r_n,j为从第n个体素到第j个探测器像素点的距离，r_i,j为从第i个LED灯源到第j个探测器像素点的距离，δμ_n为第n个体素处的光学吸收系数变化量；

联立求解单元，用于联立所述两套扩散光学成像方程组进行光学系数求解，得到所述指定高度界面层对应的光学吸收系数；

所述联立求解单元，具体用于通过两组相对的探测器针对每个划分的高度进行离散求解后生成包括三维空间中z值的两组方程组，两组方程组联立得到正定方程组，进行多截面的联立求解，得到任意三维横截面位置的光学吸收系数；

三维重建单元，用于根据各所述指定高度截面层对应的所述光学吸收系数进行三维重建，生成三维乳房吸光度图像。

7.一种近红外乳腺扫描成像设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述近红外乳腺扫描成像方法的步骤。

8.一种近红外乳腺扫描成像系统，其特征在于，包括：

设置于第一灯板中的第二探测器，用于采集加压过程中第二灯板发出的近红外光经过乳房后生成的透射数据；

设置于第二灯板中的第一探测器，用于采集加压过程中所述第一灯板发出的近红外光经过所述乳房后生成的透射数据；

加压装置，用于对所述乳房进行加压测试；

以及如权利要求7所述的近红外乳腺扫描成像设备。

9.根据权利要求8所述的近红外乳腺扫描成像系统，其特征在于，所述第二探测器设置于所述第一灯板的中央，所述第一探测器设置于第二灯板的中央。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述近红外乳腺扫描成像方法的步骤。

Images