[發明專利]一種基于光學相干斷層掃描系統的脈絡膜三維血管成像及定量化分析方法與裝置

在審

• 申請號: 202010660715.5
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111862114A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 周翔天;沈梅曉;吳昊;陳思思;金梓
• 申請（專利權）人: 溫州醫科大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/12;G06T7/136;G06T11/00;G06N3/04;G06N3/08;A61B3/10;A61B3/12
• 代理公司: 溫州金甌專利事務所(普通合伙) 33237
• 代理人: 王宏雷

一種基于光學相干斷層掃描系統的脈絡膜三維血管成像及定量化分析方法與裝置，基于OCT后向散射信號逆向補償的思想，將OCT獲取的深部脈絡膜血管及基質因后向散射衰減信號進行逆向補償，增強脈絡膜血管的信噪比；在獲取增強的OCT脈絡膜圖像信號后，進一步采用基于深度學習的分割方法，對脈絡膜與視網膜上皮層以及脈絡膜與鞏膜之間的邊界進行智能化分割，克服傳統算法在三維脈絡膜邊界分割的耗時、準確性低的缺點；在邊界分割基礎上，進一步采用改進的自適應閾值分割方法，自動分離出三維脈絡膜血管與非血管組織，并根據圖像中血管在三維體空間的分布及占比，計算出能夠表征脈絡膜缺血的全局和各區域定量化指標。

技術領域

本發明涉及OCT技術領域，具體涉及一種基于光學相干斷層掃描系統的脈絡膜三維血管成像及定量化分析方法與裝置。

背景技術

脈絡膜是位于視網膜和鞏膜之間高度血管化且富含色素的組織。主要功能是向RPE和視網膜外層提供氧氣和營養物質，其輸送的氧氣大約占視網膜氧耗的90％，是維持視網膜外層感光細胞高代謝活動所必須的；尤其在黃斑中心凹無血管區，脈絡膜是其物質交換的唯一途徑。很多疾病與脈絡膜的血管結構異常密切相關，如年齡相關性黃斑病變、高度近視黃斑病變、糖尿病視網膜病變等。因此，實現脈絡膜血管的定量分析具有重要的意義。

頻域光學相干斷層成像技術可實現眼底三維成像，經過平均化的圖像增強技術或采用高穿透性的掃頻光源，能夠顯示完整的脈絡膜血管組織和基質組織，為脈絡膜血管分析提供了很有利的影像技術。但目前的系統并沒有解決后向散射衰減而導致的脈絡膜深部血管信噪比差的問題，從而導致血管邊界分割的困難。基于此原因，目前針對OCT圖像中定量化脈絡膜血管分析算法大部分也只是采用傳統圖像處理方法，但由于脈絡膜位RPE下方，光經RPE之后因色素吸收衰減，同時脈絡膜自身富含色素，光經脈絡膜深度上發生了光信號的衰減，導致脈絡膜與色素上皮層的邊界及脈絡膜與鞏膜邊界較模糊。此外，由于脈絡膜內存在血管(低信號)與非血管(高信號)成分，與內外邊界的對比度低、邊界連續性差，導致傳統的分割方法入最短路徑圖論算法較難實現邊界的自動分割。因此，自動分化準確性低，需要大量的邊界探測后手動校正，較耗時。由于脈絡膜信號在OCT圖像中的亮度受RPE層、OCT儀器種類和操作過程中聚焦情況等相關因素的影響，因此既往基于固定閾值法來分離脈絡膜血管和基質在理論上存在較大局限性，普適性差。

發明內容

為了現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于光學相干斷層掃描系統的脈絡膜三維血管成像及定量化分析方法與裝置，適用于對組織具有較高穿透的能夠獲取脈絡膜的所有OCT系統及其圖像，具有自動、普適性強、且能高精度反映脈絡膜三維血管異常。

本發明采用的技術解決方案是：一種基于光學相干斷層掃描系統的脈絡膜三維血管成像及定量化分析方法，包括以下步驟：

(1)獲得圖像信號預處理后的脈絡膜的OCT圖像；

(2)基于深度學習智能化分割脈絡膜內外邊界；

(3)自適應閾值分離出脈絡膜血管與非血管；

(4)三維全局和各區域定量化指標。

所述的步驟(2)基于深度學習智能化分割脈絡膜內外邊界，包括以下步驟：

a、基于傳統的最短路徑圖論算法和對數千張OCT影像脈絡膜的內外邊界進行半自動標注，準確描繪出圖像中脈絡膜的上下邊界；將已標注的脈絡膜圖像集按8：2隨機分為訓練集、測試集兩個部分；

b、將訓練圖像輸入開源的深度學習神經網絡模型中，訓練優化算法設為隨機梯度下降法(SGD)，算法學習比率為1.0e-5，迭代動量為0.9，迭代代價函數為Dice系數，迭代遍歷數為150，批樣本量為8，此外，對輸入圖像進行必要的增強處理，改善模型的魯棒性，其中，Dice系數計算公式為：