[發明專利]一種基于機器學習的光學相干血管造影成像方法

在審

• 申請號: 201910513946.0
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN112085830A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 劉曦;盧閆曄;任秋實;黃智宇
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/33;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種基于機器學習的光學相干血管造影成像方法。本發明利用OCTA設備采集得到的樣品的OCT三維結構圖像，生成網絡模型訓練所需的原始數據集，剔除配準效果較差的整組OCT結構圖像，采用OCTA算法進行造影成像生成訓練數據集，建立機器學習網絡模型并訓練機器學習網絡模型，從而通過機器學習網絡模型進行OCTA造影；本發明在OCTA領域能夠發揮巨大作用，能夠生成信噪比更高、血管連接度更好的血管造影圖，并且在很大程度上抑制了OCT圖像中常見的散斑效應；標簽圖像是由算法自動生成，擴大了這一方法的適用性而不受到不同系統帶來本身系統誤差的影響；能夠使用更小的探測功率進行成像減少傷害，或在成像時減少成像所需的數據量，能夠更快的完成掃描。

技術領域

本發明涉及光學相干血管造影成像技術，具體涉及一種基于機器學習的光學相干血管造影成像方法。

背景技術

光學相干層析成像(Optical Coherent Tomography,OCT)是一種高分辨、非接觸、速度快的三維成像技術。它利用了生物組織中散射光的相干原理，其信號對比度來源于不同生物組織光散射能力的差異。OCT技術結合了半導體和超快激光技術，利用寬帶光源、邁克爾遜干涉儀和光電探測器等核心部件獲得生物組織的背向散射信號，最終能夠通過計算機的數字信號處理獲得生物組織的實時微米級斷層圖像。因此，OCT技術早已成為解剖結構影像診斷的重要手段之一，它不僅在眼科臨床檢查中發揮著重要作用，還在諸如皮膚醫學、腸胃醫學、心臟病學和神經醫學等領域發揮著重要的推動作用。

隨著科學技術的發展，OCT技術在過去近30年的時間中經歷了多次軟硬件上的重大突破和發展，擁有更快的成像速度和更高的系統靈敏度。特別是2002年以后，隨著頻域OCT技術的成熟，OCT技術得到了各領域的關注和應用。

1991年，美國麻省理工學院的Huang等搭建了第一臺OCT原型機，其縱向分辨率達15μm，并將第一幅離體人眼視網膜OCT掃描圖像與相應的組織切片圖發表于Science雜志,驗證了OCT系統的可行性。Wojtkowski等在2002年獲得了世界上第一幅基于頻域OCT技術的活體人眼視網膜圖像，Johannes和Leitgeb又相繼從理論和實驗上對比了頻域OCT相比時域OCT在各項參數，證明頻域OCT擁有更高的靈敏度和更快的成像速度。自此，頻域OCT逐漸取代了時域OCT，并且得到了廣泛的關注和應用。

光學相干血管造影成像(Optical Coherent Tomography Angiography,OCTA)是近年來出現的新型無創血管成像技術。具體成像時，信號光通過振鏡系統對樣品進行掃描，掃描區域一般為矩形，分為快軸方向與慢軸方向，掃描時，信號光在快軸方向連續重復掃描多次(一般為4次)，以此記錄下同一位置在不同時刻的OCT信號，隨后通過算法處理去除組織信息，提取血流信號，生成血管造影圖像。它巧妙利用流動的紅細胞作為造影劑，即當紅細胞在血管中不斷流動時，血管內的OCT信號不斷變化，以此與靜態組織的穩定信號相區別。

目前OCTA的成像算法依據血管信息的來源主要分為基于相位變化的、基于振幅變化的、基于相位與振幅聯合變化的三類成像算法。其本質是通過解析計算的方式對比同一位置不同時刻的OCT信號。但是這些方法往往只利用了OCT信號中的一部分信息，導致造影圖像信噪比較低，散斑嚴重等問題。目前解決這一問題的主要手段是增加同一位置的掃描次數，增強血管信號的強度，這一方法將導致掃描時間過長，樣品的顫動會產生偽影，如眼科檢查時，病人眼睛的抖動和呼吸。另外，長時間的激光輻照也會對生物組織造成傷害。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于機器學習的光學相干血管造影成像方法。

本發明的基于機器學習的光學相干血管造影成像方法，包括以下步驟：

1)生成原始數據集：