CN117752298B - 基于octa的毛细血管血流流速测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法及系统，涉及图像数据处理领域，针对目前对视网膜毛细血管血流速度不便测量及测量精度差的问题，基于不同组织与血浆和红细胞对光谱的吸收不同，在非侵入的视网膜OCTA影像上任意位置选取毛细血管进行扫描成像，获取红细胞与血浆等不同物质的吸收光谱并进行处理，通过对光谱吸收曲线进行相似性评估，得到毛细血管血流的绝对流速大小及方向，从而达到准确的流速测量。
Description
技术领域
本发明涉及图像数据处理领域，具体涉及基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法及系统。
背景技术
视网膜是眼睛中的重要组成部分，视网膜毛细血管的健康对于维持视觉功能至关重要。目前视网膜成像技术大多以获取视网膜组织和血管的结构信息为目标，但是随着研究的深入，在众多的眼部疾病中，血流动力学的变化是先于结构变化发生的。毛细血管血流流速作为血流动力学的重要指标，可以用于早期诊断和监测多种视网膜疾病，视网膜毛细血管血流流速测量可以用来监测血流速度的变化，通过测量毛细血管血流流速，及早发现问题，采取干预措施，以防止或减轻疾病的进展；还可以用于研究和了解视网膜血流对各种眼部疾病和全身健康的影响，有助于改进治疗方法。
光谱技术可以帮助医生进行疾病的诊断和监测。例如，紫外光吸收光谱(UV-Vis)可以用于检测血液中的化学物质浓度，如血红蛋白和血糖。现有技术中的OCTA（光相干断层扫描血流成像）中，OCTA提供的图像只能描绘血管的结构信息，没有血流参数比如血流速度和血流方向的相关信息，这些血流参数正是血流动力学的重要指标。
现有的毛细血管血流参数测量方法主要以视觉技术为主，包括荧光造影技术、眼底相机技术和自适应光学技术。荧光造影技术主要利用注射的荧光造影剂来进行视觉成像，但容易引起过敏等症状，存在潜在风险；眼底相机只能获取血管结构信息，测量毛细血管的血流参数；自适应光学视场小，需要造影剂配合还存在潜在风险。而现有的多普勒光学相干层析成像（DOCT）、基于特征分解的多信号分类方法等，其测量准确度较差，难以对血流参数进行准确的获取。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法及系统，基于不同组织与血浆和红细胞对光谱的吸收不同，在非侵入的视网膜OCTA影像上任意位置选取毛细血管进行扫描成像，获取红细胞与血浆等不同物质的吸收光谱并进行处理，通过对光谱吸收曲线进行相似性评估，得到毛细血管血流的绝对流速大小及方向，从而达到准确的流速测量。
本发明的第一目的是提供一种基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，采用以下方案：
包括：
获取OCTA图像，选取毛细血管并设定间隔布置的第一位置和第二位置，进行交替扫描，分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线；
分别将第一位置和第二位置对应的光谱吸收曲线按照扫描时间顺序分段，得到光谱吸收曲线段并进行排列；
选取第一位置和第二位置对应光谱吸收曲线中具有相似性的时间段，并将选取时间段内对应的光谱吸收曲线段进行相关性分析，标注相关性最高的两段光谱吸收曲线段，并计算其时间间隔；
获取第一位置和第二位置之间的毛细血管长度，结合时间间隔，计算毛细血管血流流速。
进一步地，记录所获取OCTA图像的Bscan总数和扫描电压，计算第一位置和第二位置之间的毛细血管长度。
进一步地，在对第一位置和第二位置进行交替扫描时，记录第一位置和第二位置扫描的Bscan位置，同时记录扫描光线数量和曝光时间。
进一步地，所述分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线包括：对于第一位置和第二位置，根据OCTA图像定位到其所对应的毛细血管位置，对扫描数据进行处理得到单次扫描的血浆或红细胞吸收曲线，作为光谱吸收曲线。
进一步地，所述对扫描数据进行处理包括：对扫描后的数据进行短时傅里叶变换，从而生成与波长相关的光谱吸收曲线。
进一步地，所述相关性最高的两段光谱吸收曲线段中，其中一段是从第一位置的光谱吸收曲线选取的，其中另一段是从第二位置的光谱吸收曲线选取的，计算该两段光谱吸收曲线段所对应扫描时间的时间差。
进一步地，所述时间差通过两段光谱吸收曲线段间隔扫描次数、扫描光线数量和曝光时间计算得出。
进一步地，依据相关性最高的两段光谱吸收曲线段出现的时间先后，对毛细血管内血流的方向进行判定。
进一步地，在判定时：
若第一位置所对应的相关性最高的一段光谱吸收曲线段出现较早，判定毛细血管内的血流从第一位置流向第二位置；
若第二位置所对应的相关性最高的一段光谱吸收曲线段出现较早，判定毛细血管内的血流从第二位置流向第一位置。
本发明的第二目的是提供一种基于OCTA的毛细血管血流流速测量系统，包括：
数据获取模块，被配置为：获取OCTA图像，选取毛细血管并设定间隔布置的第一位置和第二位置，进行交替扫描，分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线；
光谱吸收曲线分段排序模块，被配置为：分别将第一位置和第二位置对应的光谱吸收曲线按照扫描时间顺序分段，得到光谱吸收曲线段并进行排列；
相关性分析模块，被配置为：选取第一位置和第二位置对应光谱吸收曲线中具有相似性的时间段，并将选取时间段内对应的光谱吸收曲线段进行相关性分析，标注相关性最高的两段光谱吸收曲线段，并计算其时间间隔；
血流运动状态判断模块，被配置为：获取第一位置和第二位置之间的毛细血管长度，结合时间间隔，计算毛细血管血流流速、判断血流方向。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
（1）针对目前对视网膜毛细血管血流速度不便测量及测量精度差的问题，基于不同组织与血浆和红细胞对光谱的吸收不同，在非侵入的视网膜OCTA影像上任意位置选取毛细血管进行扫描成像，获取红细胞与血浆等不同物质的吸收光谱并进行处理，通过对光谱吸收曲线进行相似性评估，得到毛细血管血流的绝对流速大小及方向，从而达到准确的流速测量。
（2）相比于传统的视网膜毛细血管血流流速测量方法，实现非侵入、微循环血管的血流流速测量。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1和2中基于OCTA的毛细血管血流流速测量的流程图。
图2为本发明实施例1和2中预处理过程的示意图。
图3为本发明实施例1和2中计算第一位置和第二位置间毛细血管长度的示意图。
图4为本发明实施例1和2中光谱数据处理的示意图。
图5为本发明实施例1和2中毛细血管内血流方向判断的示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明的一个典型实施例中，如图1-图5所示，给出一种基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法。
利用荧光造影剂计算毛细血管血流的流速，可能引起患者的不适，导致其普适度低；采用DOCT进行测量对血管要求较高，不能适用于视网膜内的毛细血管的血流流速测量；基于特征分解的多信号分类方法是进行流速估计，难以满足血流流速的精确测量。
基于此，本实施例提供一种基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，适用于视网膜内的毛细血管血流流速的测量，通过对毛细血管的重复扫描和不同组织对光谱的吸收不同，实现对毛细血管绝对流速的快速、准确测量。
OCTA是指光学相干层析血管造影，能够实现非接触性、非侵入性的光学影像检查。
下面，结合附图对基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法进行详细说明。
基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，包括：
获取OCTA图像，选取毛细血管并设定间隔布置的第一位置和第二位置，进行交替扫描，分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线；
分别将第一位置和第二位置对应的光谱吸收曲线按照扫描时间顺序分段，得到光谱吸收曲线段并进行排列；
选取第一位置和第二位置对应光谱吸收曲线中具有相似性的时间段，并将选取时间段内对应的光谱吸收曲线段进行相关性分析，标注相关性最高的两段光谱吸收曲线段，并计算其时间间隔；
获取第一位置和第二位置之间的毛细血管长度，结合时间间隔，计算毛细血管血流流速。
其中，记录所获取OCTA图像的Bscan总数和扫描电压，以用作计算第一位置和第二位置之间的毛细血管长度。
本实施例中，Bscan是指B型扫描，为一个直线扫描，包含深度信息，为OCTA图像的一个组成切面，用于对深度信息方向的毛细血管进行定位。
如图1所示，选取一根毛细血管，在毛细血管上选取相异的两个位置作为第一位置和第二位置，对第一位置和第二位置进行交替扫描。在对第一位置和第二位置进行交替扫描时，记录第一位置和第二位置扫描的Bscan位置，同时记录扫描光线数量和曝光时间。
如图2所示，对于第一位置和第二位置，根据OCTA图像定位到其所对应的毛细血管位置，对扫描数据进行处理得到单次扫描的血浆或红细胞吸收曲线，作为光谱吸收曲线。
对扫描后的数据进行短时傅里叶变换，从而生成与波长相关的光谱吸收曲线，将光谱吸收曲线按照扫描时间进行排列，得到第一位置和第二位置按扫描时间排列的光谱吸收曲线。
如图4所示，对第一位置和第二位置某个时间段内的相似光谱吸收曲线进行相关性评估，得到相关性最高的两段光谱吸收曲线段，其中一段是从第一位置的光谱吸收曲线选取的，其中另一段是从第二位置的光谱吸收曲线选取的，计算这两段光谱吸收曲线段所对应扫描时间的时间差。
时间差能够通过两段光谱吸收曲线段间隔扫描次数、扫描光线数量和曝光时间计算得出，该时间差即为毛细血管内血液经过第一位置和第二位置的时长。
可实现非侵入、准确的毛细血管血流流速测量，利用光谱吸收曲线信息来获取血流的准确流速，从而达到准确的流速测量。
另外，在获取毛细血管血流流速后，依据相关性最高的两段光谱吸收曲线段出现的时间先后，还能够对毛细血管内血流的方向进行判定。
如图5所示，若第一位置所对应的相关性最高的一段光谱吸收曲线段出现较早，则证明第一位置处于第二位置的上游，毛细血管内的血流是从第一位置流向第二位置；反之，若第二位置所对应的相关性最高的一段光谱吸收曲线段出现较早，则证明第一位置处于第二位置的下游，毛细血管内的血流是从第二位置流向第一位置。
基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，如图1所示，具体包括：
S1预处理：
S1.1选取OCTA图像，如图2中的（a），记录扫描Bscan总数和扫描电压U；
S1.2选取任意位置的一根毛细血管，如图2中的流程①，对选取的毛细血管设定第一位置和第二位置，对第一位置和和第二位置进行交替扫描，如图2中的（b），记录扫描的Bscan位置、扫描光线数量Aline和曝光时间t；
S1.3对第一位置，根据OCTA图像定位到毛细血管的位置，利用短时傅里叶变换生成与波长相关的单次扫描的血浆或红细胞吸收曲线，如图2中的流程②，并把光谱吸收曲线按照扫描时间进行排列，得到如图2中的（c）所示的图像；
S1.4对第二位置，根据OCTA图像定位到毛细血管的位置，利用短时傅里叶变换生成与波长相关的单次扫描的血浆或红细胞吸收曲线，如图2中的流程②，并把光谱吸收曲线按照扫描时间进行排列，得到如图2中的（d）所示的图像。
S2获取毛细血管长度：
S2.1如图3所示，根据第一位置和第二位置，计算第一位置和第二位置之间的血管长度ΔS；
计算公式为：
其中Bscan1为第一位置，本实施例中的第一位置对应图2、图4和图5中的第一位置（Bscan1）；Bscan2为第二位置，本实施例中的第二位置对应图2、图4和图5中的第二位置（Bscan2）；Bscan为扫描总数，U为扫描电压。
S3光谱数据处理：
S3.1对第一位置按时间排列的光谱吸收曲线和第二位置按时间排序的光谱吸收曲线，选取某一时间段内具有相似性的光谱吸收曲线段，如图4中（a）和（b）中虚线标记的区域所示；
S3.2如图4中的流程①以及图4中的（c）所示，对选取时间段内（时域上的变化）的光谱吸收曲线段做相关性分析，并标注相关性最高的两段光谱吸收曲线段，并绘制相关性曲线，如图4中的（d）和流程②；
S3.3记录相关性最高的两段光谱吸收曲线段间隔扫描次数N，如图4中的流程③，根据公式，计算毛细血管血流时间。
如图4中的（e）所示，其中Aline为扫描光线数量，t为曝光时间。
S4计算毛细血管流速：
S4.1根据公式，计算毛细血管血流速度。
S4.2判定血流方向。相关性最高的两段光谱吸收曲线段，如图5中的（a）所示，若第一位置的光谱吸收曲线段先于第二位置的光谱吸收曲线段出现，则判定为正向流动；如图5中的（b）所示，若第二位置的光谱吸收曲线段先于第一位置的光谱吸收曲线段出现，则判定为负向流动。
利用在非侵入的视网膜OCTA影像上任意位置选取毛细血管进行扫描成像，获取红细胞与血浆等不同物质的吸收光谱并进行处理，通过对光谱吸收曲线进行相似性评估，得到毛细血管血流的绝对流速大小，实现对视网膜毛细血管血流流速的快速，准确测量。
实施例2
本发明的另一典型实施方式中，如图1-图5所示，给出一种基于OCTA的毛细血管血流流速测量系统。
该测量系统包括：
数据获取模块，被配置为：获取OCTA图像，选取毛细血管并设定间隔布置的第一位置和第二位置，进行交替扫描，分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线；
光谱吸收曲线分段排序模块，被配置为：分别将第一位置和第二位置对应的光谱吸收曲线按照扫描时间顺序分段，得到光谱吸收曲线段并进行排列；
相关性分析模块，被配置为：选取第一位置和第二位置对应光谱吸收曲线中具有相似性的时间段，并将选取时间段内对应的光谱吸收曲线段进行相关性分析，标注相关性最高的两段光谱吸收曲线段，并计算其时间间隔；
血流运动状态判断模块，被配置为：获取第一位置和第二位置之间的毛细血管长度，结合时间间隔，计算毛细血管血流流速。
其中，基于OCTA的毛细血管血流流速测量系统的工作方法与实施例1中记载的基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法相同，参见实施例1中的记载，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，其特征在于，包括：
获取OCTA图像，选取毛细血管并设定间隔布置的第一位置和第二位置，进行交替扫描，分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线；
分别将第一位置和第二位置对应的光谱吸收曲线按照扫描时间顺序分段，得到光谱吸收曲线段并进行排列；
选取第一位置和第二位置对应光谱吸收曲线中具有相似性的时间段，并将选取时间段内对应的光谱吸收曲线段进行相关性分析，标注相关性最高的两段光谱吸收曲线段，并计算其时间间隔；
获取第一位置和第二位置之间的毛细血管长度，结合时间间隔，计算毛细血管血流流速、判断血流方向；
其中，
记录所获取OCTA图像的Bscan总数和扫描电压，计算第一位置和第二位置之间的毛细血管长度；
所述分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线包括：对于第一位置和第二位置，根据OCTA图像定位到其所对应的毛细血管位置，对扫描数据进行处理得到单次扫描的血浆或红细胞吸收曲线，作为光谱吸收曲线；
所述相关性最高的两段光谱吸收曲线段中，其中一段是从第一位置的光谱吸收曲线选取的，其中另一段是从第二位置的光谱吸收曲线选取的，计算该两段光谱吸收曲线段所对应扫描时间的时间差；
所述时间差通过两段光谱吸收曲线段间隔扫描次数、扫描光线数量和曝光时间计算得出。
2.如权利要求1所述的基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，其特征在于，在对第一位置和第二位置进行交替扫描时，记录第一位置和第二位置扫描的Bscan位置，同时记录扫描光线数量和曝光时间。
3.如权利要求1所述的基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，其特征在于，所述对扫描数据进行处理包括：对扫描后的数据进行短时傅里叶变换，从而生成与波长相关的光谱吸收曲线。
4.如权利要求1所述的基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，其特征在于，依据相关性最高的两段光谱吸收曲线段出现的时间先后，对毛细血管内血流的方向进行判定。
5.如权利要求4所述的基于OCTA的毛细血管血流流速测量方法，其特征在于，在判定时：
若第一位置所对应的相关性最高的一段光谱吸收曲线段出现较早，判定毛细血管内的血流从第一位置流向第二位置；
若第二位置所对应的相关性最高的一段光谱吸收曲线段出现较早，判定毛细血管内的血流从第二位置流向第一位置。
6.基于OCTA的毛细血管血流流速测量系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，被配置为：获取OCTA图像，选取毛细血管并设定间隔布置的第一位置和第二位置，进行交替扫描，分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线；
光谱吸收曲线分段排序模块，被配置为：分别将第一位置和第二位置对应的光谱吸收曲线按照扫描时间顺序分段，得到光谱吸收曲线段并进行排列；
相关性分析模块，被配置为：选取第一位置和第二位置对应光谱吸收曲线中具有相似性的时间段，并将选取时间段内对应的光谱吸收曲线段进行相关性分析，标注相关性最高的两段光谱吸收曲线段，并计算其时间间隔；
血流运动状态判断模块，被配置为：获取第一位置和第二位置之间的毛细血管长度，结合时间间隔，计算毛细血管血流流速、判断血流方向；
其中，
记录所获取OCTA图像的Bscan总数和扫描电压，计算第一位置和第二位置之间的毛细血管长度；
所述分别获取第一位置和第二位置对应处毛细血管的光谱吸收曲线包括：对于第一位置和第二位置，根据OCTA图像定位到其所对应的毛细血管位置，对扫描数据进行处理得到单次扫描的血浆或红细胞吸收曲线，作为光谱吸收曲线；
所述相关性最高的两段光谱吸收曲线段中，其中一段是从第一位置的光谱吸收曲线选取的，其中另一段是从第二位置的光谱吸收曲线选取的，计算该两段光谱吸收曲线段所对应扫描时间的时间差；
所述时间差通过两段光谱吸收曲线段间隔扫描次数、扫描光线数量和曝光时间计算得出。
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