[發明專利]基于超聲結構分層引導的光聲內窺定量層析成像方法及其系統

有效

• 申請號: 202010616808.8
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111829956B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 楊思華;郭婷;熊科迪
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/06;G01N29/09;G01N29/44;G06T7/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于超聲結構分層引導的光聲內窺定量層析成像方法及其系統，方法包括下述步驟：圖像采集；超聲圖像中不同聲阻抗層的分割及邊緣識別，分割超聲圖像得到相應生理結構分層圖像并識別邊緣得到位置矩陣；光聲圖像分層提取，基于所得位置矩陣，對與超聲成像同步的光聲成像圖像中提取對應的各層光聲信號；光聲圖像的參數量化，對定量層析的三維圖像中的血管結構特征識別和參數量化。本發明實現對腔體壁內的血管結構定量的分層、提取和量化，有助于腔體壁內血管結構的精確光聲數據分析，有望應用于醫學影像信息分析等領域。

技術領域

本發明涉及光聲內窺成像的研究領域，特別涉及一種基于超聲結構分層引導的光聲內窺定量層析成像方法及其系統。

背景技術

在生物醫學成像的最新進展中，光聲內窺成像技術作為一種新型非侵入性的成像技術，它提供了結構、功能和分子成像。光聲內窺成像技術以其高靈敏度的功能信息和大的成像深度，在微型化探頭中實現了對內部組織的高分辨率成像。在光聲內窺成像中，通過使用超聲換能器檢測脈沖激光誘導的超聲波，利用重建算法將采集的光聲數據反演為反應組織內部光吸收差異分布的圖像。

超聲內窺成像是一種相對成熟的技術，超聲可以穿透深部組織，觀察到各層次的組織學特征，有較高的穿透深度，但是其穿透深度和分辨率成反比，組織對比度差限制了超聲內鏡識別淺層結構的能力。

光聲-超聲雙模態成像同時結合了光學吸收成像的高對比度和聲學成像的結構特性，能夠提供腔體組織不同參量的表征。專利《一種光聲超聲雙模態內窺鏡成像系統》專利號：CN 103976703B，2014.05.27提到了同時進行光聲、超聲成像的系統，但只簡單的進行了同一部位的光聲成像和超聲成像，并未實現將兩種成像方式的深度融合。專利《超聲圖像邊緣提取方法和裝置》專利號：CN103065299B，2016.06.15中，只是介紹了一種超聲圖像分割得到對應的圖像邊緣信息的方法且計算復雜，并未實現指導光吸收機構分層。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于超聲結構分層引導的光聲內窺定量層析成像方法及系統，基于超聲圖像中組織分層結果(聲阻抗差異結構邊界)引導光聲圖像處理，實現對腔體壁內的血管結構定量的按解剖結構分層、提取和量化，有助于腔體壁內血管結構的精確光聲數據分析。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

基于超聲結構分層引導的光聲內窺定量層析成像方法，包括下述步驟：

超聲圖像中不同聲阻抗層分割及邊緣識別，根據腔體不同的聲阻抗結構產生的超聲回波信號幅值的差異，分割超聲圖像得到相應生理結構分層圖像，并識別各層邊緣得到位置矩陣；

光聲圖像分層提取，基于得到超聲圖像各聲阻抗層邊緣的位置矩陣，在與超聲成像同步的光聲成像圖像中提取對應的各層光聲信號；

光聲圖像的參數量化，對提取出的各層光聲信號的血管結構特征識別和參數量化，量化各層血管結構的面積、長度、節段數以及節點數。

進一步的，所述超聲圖像中不同聲阻抗層分割及邊緣識別步驟具體為：

圖像預處理，基于中值濾波消除隨機信號干擾，并將圖像轉為灰度圖，提取圖像灰度直方圖；

圖像分割，設置多個不同閾值提取出腔體壁因聲阻抗差異造成的不同聲阻抗分層圖像；

邊緣識別，將分層圖像做二值處理，對層信號進行膨脹腐蝕，利用Sobel算子對圖像分割步驟得到的腔體壁各組織層的邊緣準確識別，得到邊緣位置矩陣。

進一步的，所述圖像分割具體為：

首先基于Ostu閾值法分割出腔體壁區域，然后基于灰度直方圖局部像素統計設置多閾值，將感興趣區域逐層分割；所述感興趣區域是指所需要識別提取的不同的層。