[發明專利]基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法

在審

• 申請號: 202010954055.1
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112116704A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 齊鵬;曹旭
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/11;G06T7/194;G06T5/00;G06K9/62
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

1.一種基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過FF-OCT系統獲取二維影像序列并進行預處理；

S2、將獲取的二維影像進行分組，每組影像進行魯棒主成分分析，得到影像背景與高響應微血管區域；

S3、將影像背景與高響應微血管區域，結合各組影像間的位置關系和每組影像中的微血管邊界分布，進行微血管的分割和三維重建。

2.根據權利要求1所述的基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法，其特征在于，所述步驟S1中，對二維影像的預處理包括對數變換、灰度拉伸以及減弱椒鹽噪聲的圖像平滑。

3.根據權利要求2所述的基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法，其特征在于，預處理的對數變換包括：

通過對比變化基本公式進行計算變換后的歸一化灰度值s，計算表達式為：

s＝c·log_v+1(1+v·r)

其中，c為常數；v為變換因子，用于指定對數變換強度；r為二維影像的原始灰度值，r∈[0,1]；

通過變化后的歸一化灰度值s計算得到處理后的最終灰度值g，計算表達式為：

4.根據權利要求1所述的基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法，其特征在于，預處理中灰度拉伸的計算表達式為：

其中，max_p∈Imagef_p(x,y)為圖像最大灰度值，min_p∈Imagef_p(x,y)為圖像最小灰度值；f(x,y)為變換前像素坐標(x,y)灰度值，f′(x,y)為變換后像素坐標(x,y)灰度值。

5.根據權利要求1所述的基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法，其特征在于，步驟S2中，二維影像進行分組具體包括：圖像序列采用數組D＝[v₁,v₂,...,v_l]表達，其中為單幅二維圖像數組展平后的列向量，m、n為原圖像的像素尺寸；將像素尺寸為m×n的長度為l的圖像序列以步長l₀分組，得到一系列l₀×(m·n)二維數組。

6.根據權利要求5所述的基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法，其特征在于，對每一組影像數據做魯棒性主成分分析后，即可得到像素尺寸為m×n的前景數組與背景數組微血管紅細胞在影像序列中為動態且位于前景中，而背景組織為靜態且位于背景中，從而確定各組的微血管邊界分布。

7.根據權利要求1所述的基于光學相干層析成像的皮下微血管分割與三維重建方法，其特征在于，魯棒性主成分分析的分解過程可表示為以下凸優化問題：

min_A,E‖A‖_*+θ‖E‖₁,s.t.D＝A+E

其中，‖·‖_*表示矩陣的核范數，即其奇異值的總和；‖·‖₁表示矩陣的1-范數，即矩陣元素絕對值之和；θ為加權參數；D＝A+E為前提條件；

采用不精確增廣拉格朗日乘數法進行求解，記X_n×2m＝(A,E)，f(X)＝‖A‖_*+θ‖E‖₁，h(X)＝D-A-E，則上述凸優化問題的拉格朗日函數為：

其中，·的定義為：A,B〉＝tr(A^TB)，tr(·)為矩陣的跡算符，用于計算矩陣對角線元素之和；‖·‖_F表示矩陣的F-范數，對于A_n×m有A_n×m⊙B_n×m為矩陣間的哈達瑪積；f(X)為待求極小值的目標函數，h(X)為條件函數，即h(X)＝0；Y為拉格朗日乘數。