[發(fā)明專利]一種三維非剛性光學(xué)相干斷層掃描圖像的配準(zhǔn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710080611.5
• 申請(qǐng)日: 2017-02-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106934761A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳新建;魏強(qiáng)定;石霏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T3/00
• 分類號(hào): G06T3/00
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像配準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是對(duì)三維OCT(光學(xué)相干斷層成像)的掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)的三維非剛性光學(xué)相干斷層掃描圖像的配準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

視網(wǎng)膜是腦部神經(jīng)組織的延伸，具有復(fù)雜的多層次組織結(jié)構(gòu)。SD-OCT技術(shù)能提供快速的、高分辨率的、顯示視網(wǎng)膜內(nèi)部分層的三維圖像，可為臨床眼科醫(yī)生對(duì)疾病的診斷和治療提供參考和幫助。視網(wǎng)膜OCT圖像的配準(zhǔn)對(duì)臨床實(shí)踐具有重要意義。

目前的視網(wǎng)膜OCT圖像配準(zhǔn)算法存在以下的缺陷：(1)大部分算法都不是完全意義上的三維配準(zhǔn)算法，都是先對(duì)某一維或是某兩維進(jìn)行配準(zhǔn)，然后再對(duì)剩下的維數(shù)進(jìn)行配準(zhǔn)，這樣做會(huì)使得之前得到的配準(zhǔn)結(jié)果在另外的維度上發(fā)生形變。(2)大部分已有的視網(wǎng)膜配準(zhǔn)算法都是針對(duì)正常視網(wǎng)膜設(shè)計(jì)的，當(dāng)視網(wǎng)膜組織由于病變產(chǎn)生較大的形變時(shí)，這些算法將失效。

脈絡(luò)膜新生血管又稱視網(wǎng)膜下新生血管，是來(lái)自脈絡(luò)膜毛細(xì)血管的增殖血管，通過(guò)Bruch膜的裂口而擴(kuò)展，位于Bruch膜與視網(wǎng)膜色素上皮之間、或神經(jīng)視網(wǎng)膜與視網(wǎng)膜色素上皮之間、或位于視網(wǎng)膜色素上皮與脈絡(luò)膜之間增殖形成。目前為止，還沒(méi)有針對(duì)脈絡(luò)膜新生血管的視網(wǎng)膜OCT圖像的三維非剛性配準(zhǔn)方法的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為：提供一種三維非剛性光學(xué)相干斷層掃描圖像的配準(zhǔn)方法，將基于灰度和基于特征的配準(zhǔn)方法進(jìn)行結(jié)合，對(duì)三維OCT(光學(xué)相干斷層成像)的掃描圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，提高配準(zhǔn)結(jié)果的精確度和可靠性。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體為：一種三維非剛性光學(xué)相干斷層掃描圖像的配準(zhǔn)方法，包括步驟：

S1，對(duì)OCT掃描圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括依次對(duì)OCT掃描圖像進(jìn)行OCT去噪、圖像分層和圖像投影，得到視網(wǎng)膜血管的二維投影圖像；

S2，從視網(wǎng)膜血管的二維投影圖像中提取血管圖像；

S3，對(duì)提取的血管圖像進(jìn)行二維特征點(diǎn)的提取，根據(jù)得到的二維特征點(diǎn)返回到三維空間得到三維特征點(diǎn)；

S4，對(duì)固定圖像以及待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行基于特征點(diǎn)的仿射變換，得到粗配準(zhǔn)的視網(wǎng)膜圖像；

S5，利用基于灰度的非剛性配準(zhǔn)方法對(duì)粗配準(zhǔn)的視網(wǎng)膜圖像進(jìn)行進(jìn)一步配準(zhǔn)，得到精確配準(zhǔn)的結(jié)果。

進(jìn)一步的，本發(fā)明步驟S1中，對(duì)OCT掃描圖像的預(yù)處理還包括病變區(qū)域移除。對(duì)于有新生血管疾病的病人，對(duì)視網(wǎng)膜圖像進(jìn)行投影，其病變區(qū)域會(huì)造成非血管的陰影區(qū)域，這片區(qū)域的灰度值與血管的灰度值非常的接近，在檢測(cè)血管時(shí)，會(huì)有誤檢，所以利用圖像處理技術(shù)中的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法將這片區(qū)域移除，更有利于提取血管點(diǎn)

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟S1中，OCT去噪為采用曲線異向擴(kuò)散濾波方法對(duì)視網(wǎng)膜圖像進(jìn)行濾波，以去除散斑噪聲，并保留圖像的邊界。優(yōu)選的，曲線異向擴(kuò)散濾波時(shí)，濾波參數(shù)包括時(shí)間步長(zhǎng)、迭代次數(shù)和傳導(dǎo)率，分別選用經(jīng)驗(yàn)值0.0625秒、5次和3。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟S1中，采用圖搜索算法對(duì)OCT去燥后的圖像進(jìn)行分層，分為5層，依次為神經(jīng)纖維層的上邊界層、神經(jīng)纖維層的下邊界層、內(nèi)核層的邊界層、內(nèi)外視網(wǎng)膜的邊界層和布魯赫莫層。現(xiàn)有技術(shù)對(duì)視網(wǎng)膜圖像進(jìn)行分層時(shí)，已經(jīng)可以分至10層以上，本發(fā)明僅根據(jù)算法需要從視網(wǎng)膜圖像中分出5層。

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟S1中，圖像投影時(shí)，對(duì)外層視網(wǎng)膜進(jìn)行投影，即計(jì)算內(nèi)外視網(wǎng)膜的邊界層與布魯赫莫層的在各位置處的平均灰度值，作為投影圖像在相應(yīng)位置的灰度值，即得到視網(wǎng)膜血管的投影圖像。

例如：定義沿三維空間的Y軸對(duì)視網(wǎng)膜圖像進(jìn)行分層；即分層后的各層圖像沿Y軸排列，同時(shí)各層圖像之間視網(wǎng)膜圖像相應(yīng)位置的X軸和Z軸坐標(biāo)不變，僅Y軸坐標(biāo)變化。在計(jì)算坐標(biāo)為(x,z)的投影圖像位置的灰度值I(x,z)時(shí)，公式如下：

為方便描述，定義內(nèi)外視網(wǎng)膜的邊界層為第四層，布魯赫莫層為第五層；上式中，x、y、z表示圖像的坐標(biāo)，y1表示第四層的Y軸坐標(biāo)，y2表示第五層的Y軸坐標(biāo)，I表示像素值(灰度值)，n表示視網(wǎng)膜圖像的(x,z)坐標(biāo)處第四層到第五層之間的像素個(gè)數(shù)。當(dāng)x、z固定時(shí)，即可以通過(guò)求第四層與第五層之間的平均灰度值得到投影圖像。

進(jìn)一步的，步驟S1還包括對(duì)視網(wǎng)膜血管的投影圖像進(jìn)行上采樣至512像素×512像素，以便于血管的提取。病變區(qū)域的移除設(shè)置于圖像投影及上采樣之后。

本發(fā)明步驟S3中，對(duì)提取的血管圖像進(jìn)行二維特征點(diǎn)的提取，即提取血管圖像中的二維的血管點(diǎn)作為二維特征點(diǎn)。本發(fā)明對(duì)二維血管圖像進(jìn)行二維特征點(diǎn)的提取為現(xiàn)有技術(shù)。