[發明專利]一種基于逆向主成分分析法的3D血管成像算法

有效

• 申請號: 201810658187.2
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN109171670B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 田潔
• 申請（專利權）人: 天津海仁醫療技術有限公司;天津恒宇醫療科技有限公司
• 主分類號: A61B5/02
• 分類號: A61B5/02
• 代理公司: 天津市君硯知識產權代理有限公司 12239
• 代理人: 張東浩

本發明提供了一種基于逆向主成分分析法的3D血管成像算法，涉及醫用血管成像技術領域，首先，采用心電門控法進行心電信號采集，根據心電信號輸出門控信號并傳輸至光譜儀，生成結構圖像數據并對結構圖像數據進行配準。其次，構建復信號統計模型，采用逆向主成分分析法提取復信號統計模型中的血管紅細胞反射信號，并生成血流圖像。最后，采用獨立成分分析模型獲得血流圖像輪廓點集群的獨立元軸，利用差分搜索算法計算獨立元軸的平移量和旋轉量，再對血流圖像進行配準。該技術方案提高了三維血管成像的信噪比，減少了由生物組織反射產生的雜亂背景信息，提高了成像圖像質量，緩解了現有技術存在的血管成像質量低、噪聲嚴重的技術問題。

技術領域

本發明涉及醫用血管成像技術領域，尤其是涉及一種基于逆向主成分分析法的3D血管成像算法。

背景技術

現代醫學認為，生物組織的病變狀態和相關部位的血管形態有著緊密的關系，其中，光相干層析成像(OCT)是一種新型成像技術，具有無創性、高分辨率、非入侵性及成像深度較高等優點。然而在病變早期，正常組織與病變組織間的散射特性的區別不明顯，導致OCT結構性圖像無法及時提供有效信息指導臨床治療等結果。光學相干斷層微血管成像(OCTA)是一種基于OCT基礎上實現對微型血管成像的技術，其既可以實現快速、無創、無標記、高分辨率成像，也可以獲得組織血管的三維血管造影。OCTA技術已能從組織的微結構中分離出血管，如相位分辨光學多普勒斷層掃描PRODT，該方法主要基于比較OCTA信號一個B-掃描內的相鄰A-掃描之間的相位差，該相位差與血流速度有直接關系。

雖然目前PRODT已被廣泛使用，但由于其對血流的靈敏度較低，很難清楚地觀察到流速為0.1～0.9mm/s或者流速更低的疾病狀態下的毛細血管。為了提高其靈敏度，研究人員已提出了一些改進方法，例如利用前向和后向B-掃描，及利用相鄰的B-掃描之間的相位方差。由于相鄰的B-掃描之間的時間間隔相對較長(ms量級)，使得該方法能夠對擁有緩慢血流的毛細血管進行成像，且相位分辨光學多普勒斷層掃描方法需要較長的采集時間(25min)，并且對物體運動偽影非常敏感。

在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：OCTA系統活體成像過程中，由于存在諸如心跳、呼吸等不可避免的生物抖動，導致成像信噪比降低，圖像質量受損；OCTA數據采集過程中，相鄰光序列掃描的位置偏移引起的相關噪聲導致成像質量降低；OCTA圖像重構過程中，相鄰兩幀圖像的位置偏移導致圖像中存在抖動噪聲。目前廣泛使用的血流成像算法靈敏度較低，無法提取細小血管的圖像；現存血流圖像重構算法無法高效去除由生物組織反射引起的雜亂背景信息。因此，現有技術存在血管成像質量低、噪聲嚴重的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于逆向主成分分析法的3D血管成像算法，以緩解現有技術中存在的血管成像質量低、噪聲嚴重的技術問題。

本發明實施例提供了一種基于逆向主成分分析法的3D血管成像算法，包括如下步驟：

數據采集步驟：采用心電門控法進行心電信號采集，根據心電信號輸出門控信號并傳輸至光譜儀，根據輸出門控信號生成結構圖像數據，對結構圖像數據進行配準；

圖像重建步驟：根據結構圖像數據構建復信號統計模型，復信號統計模型為包括非血流組織成分的組織反射信號、血流成分的紅細胞反射信號和高斯白噪聲的線性統計模型；具體的，復信號統計模型為I＝I_c+I_b+N，其中，I為組織復信號強度矩陣，I_c為非血流組織反射信號強度矩陣，I_b為血流組織中血管紅細胞反射信號強度矩陣，N則為高斯白噪聲分量；

采用逆向主成分分析法提取復信號統計模型中的血管紅細胞反射信號，計算血管紅細胞反射信號的特征值及特征向量，提取的血管紅細胞反射信號為I_b＝(1-H(w))×I，并生成血流圖像，其中，H(w)為根據紅細胞反射信號的特征值及特征向量構建的濾波信號響應函數；