[發明專利]基于回溯最短路徑算法的相干光斷層圖像的層分割方法

有效

• 申請號: 201810756901.1
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN109118499B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 劉小明;劉東;王少成;劉俊;張凱;胡威
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T5/00;G06T7/13
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 劉艷艷

本發明公開了一種基于回溯最短路徑算法的相干光斷層圖像的層分割方法，包括步驟：S1、對原始圖像進行去噪處理；S2、對去除噪聲后的圖像，計算圖中所有節點權重，形成權重圖；S3、采用自動初始化端點的方法在權重圖上定義最短路徑算法的起點和終點；S4、在權重圖上用帶回溯的最短路徑算法計算并尋找起點與終點間的最小累計代價路徑；S5、在得到的最小累計代價路徑中去除自定義端點時添加的輔助列，得到相干光斷層圖像中其中一層的層分割結果；限制圖像搜索區域，重復上述步驟S3?S5，最終得到相干光斷層圖像中所有層的分割結果。該分割方法避免了傳統方法中的短路問題且適用于正常與受病變影響相干斷層圖像的分割，具有高準確性和靈活性。

技術領域

本發明涉及相干光斷層圖像處理技術領域，特別是涉及一種基于回溯最短路徑算法的相干光斷層圖像的層分割方法。

背景技術

OCT(Optical Coherence Tomography)，又稱光學相干斷層掃描成像，是一種新的層析成像技術，具有高分辨率，在生物內部結構上斷層成像的特點。OCT之所以能夠獲得近顯微分辨率的次表面圖像，是因為它采用光波作為探測手段，而不是聲波。光波的波長比聲波的波長短，傳播速度比聲波快。OCT是基于低相干干涉技術發展的，近幾十年來取得了巨大的進步。一代OCT又被稱為時域OCT(TD-OCT)，每秒采集400張A掃描圖，軸向分辨率為8微米到10微米。2011年出現了譜域OCT(SD-OCT)。目前商用的譜域OCT設備成像速度比時域OCT設備快10到100倍，軸向分辨率范圍為3到7微米。最近又出現了掃源OCT(SS-OCT)，每秒鐘可以采集超過十萬張的A掃描圖，軸向分辨率可以達到3微米。

OCT可以對生物組織實時地成像，而不需要制備樣品。它不涉及到離子輻射，對人體健康沒有危害。OCT在許多領域得到迅速的發展，通過使用低相干干涉法，OCT可以從生物樣本的反向散射剖面中提供高分辨率的橫截面圖像。這使得在疾病進展期間或在患者認識到視力變化(視敏度)之前，可以觀察到視網膜的病理和形態學變化。在過去的二十年中，OCT已經成為一種成熟的影像學方法，被眼科醫生廣泛應用于視網膜和光學神經疾病的診斷。視網膜層的畸變是專家診斷年齡相關性黃斑變性，黃斑水腫和黃斑裂孔的重要信號。然而，手工層分割通常是一個耗時且可重復度差的過程。因此，OCT圖像的自動或半自動分割方法是必要的。

目前出現了一些自動或半自動的OCT層分割方法，這些方法大致可分為三類:基于A掃描的方法、基于B掃描的方法和基于三維體數據的方法。基于A掃描的方法可以在每一個A掃描剖面上檢測到邊界上的強度峰值點或谷值點，然后用模型擬合技術將檢測到的點連接起來，形成一個平滑和連續的邊界。然而，基于A掃描的方法大多不考慮探測點周圍的信息，容易受到噪聲的影響，因此，基于A掃描的方法的準確性和魯棒性是有限的。基于B掃描的常用方法包括活動輪廓法、基于最短路徑的圖搜索方法以及統計學模型的方法。B掃描方法在一般情況下優于A掃描方法，然而，它們仍有可能無法檢測到病變的視網膜結構。現有的基于體數據的分割方法主要采用基于3D圖的方法和模式識別方法，但這些方法一般計算成本較高，模式識別方法通常需要包括由專家手動分割的訓練數據來學習一種可行的分類模型。這些模式識別方法也在準確性和效率方面受到影響。盡管適用于正常圖像或有限病理的圖像算法已經取得了很大的進展，但對具有明顯病理變化的視網膜圖像層分割仍然是一個挑戰。例如，在黃斑裂孔中，當中心區域出現嚴重變形時，上述方法將不能準確地進行分割。

用于求解圖中最短路徑問題的算法稱為“最短路徑算法”，最常用的最短路徑算法有:Dijkstra算法、Bellman-Ford算法和Floyd-Warshall算法。在最短路徑法中，它通過在兩個給定的點(起點和終點)之間的連通路徑，以最小的累計代價來提取圖像中的曲線狀結構。但是傳統最短路徑算法具有短路問題，本發明提出改進的帶回溯最短路徑算法，可以有效避免短路徑問題，適用于病變視網膜層結構分割圖像。

發明內容

本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種基于回溯最短路徑算法的相干光斷層圖像的層分割方法。