[發(fā)明專利]一種基于兩階段空間映射的組織血氧成像檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011018040.0
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112168180B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 童善保;禹婧祎;苗鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學;上海德芬生物科技有限公司
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455;G06T7/00;G06K9/62
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種基于兩階段空間映射的組織血氧成像檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據(jù)組織的解剖學特征和個體影像學數(shù)據(jù)，構(gòu)建組織模型，并確定組織結(jié)構(gòu)參數(shù)，若沒有個體影像學數(shù)據(jù)，則需對組織結(jié)構(gòu)參數(shù)的可變范圍進行設(shè)定，其中，組織結(jié)構(gòu)參數(shù)包括組織的區(qū)域大小、厚度及分層；

S2、確定組織中含有物質(zhì)的種類，并對各物質(zhì)種類的光學參數(shù)可變范圍進行設(shè)定，其中，組織中含有物質(zhì)包括：含氧血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、水和脂肪，所述光學參數(shù)包括吸收系數(shù)、散射系數(shù)、折射率和各向異性參數(shù)，并對光學特性參數(shù)保留1％～20％的擾動范圍；

S3、通過蒙特卡洛仿真的方式，對組織模型進行反射式光學成像模擬，得到不同血氧含量條件下，組織結(jié)構(gòu)參數(shù)以及各物質(zhì)種類的光學參數(shù)在可變范圍內(nèi)各種組合對應(yīng)的組織全光譜信息，至此構(gòu)建得到第一階段從低維的血氧含量到高維的組織結(jié)構(gòu)參數(shù)和各物質(zhì)種類的光學參數(shù)的映射數(shù)據(jù)集；

S4、基于照明光源的光譜分布以及相機RGB通道的光譜響應(yīng)特性，得到高維光譜數(shù)據(jù)到低維RGB通道的映射數(shù)據(jù)集，其中，所述RGB通道包括R通道、G通道和B通道；

S5、采用流形降維算法，以血氧飽和度作為主參數(shù)，對高維光譜數(shù)據(jù)進行降維處理，并構(gòu)建第一核函數(shù)，進一步實現(xiàn)降維后數(shù)據(jù)集與低維RGB通道數(shù)據(jù)集的映射；

S6、基于L1范數(shù)優(yōu)化算法，分別得到RGB三個通道的第一核函數(shù)的逆運算映射關(guān)系，至此完成第二階段高維到低維的映射，以得到血氧飽和度的估計值；

S7、實時獲取術(shù)中組織區(qū)域監(jiān)控視頻，并基于步驟S6得到的逆運算映射關(guān)系，實時轉(zhuǎn)換得到血氧含量的檢測圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于兩階段空間映射的組織血氧成像檢測方法，其特征在于，所述步驟S1中組織模型至少包括兩層：第一層為組織邊界外的空氣層，第二層為組織層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于兩階段空間映射的組織血氧成像檢測方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟：

S31、以一組包含不同波長且數(shù)目一定的光子作為入射光源，設(shè)定光子的初始權(quán)重為1，之后執(zhí)行步驟S32，開始模擬光子在組織模型中傳播的過程；

S32、使光子從上方垂直進入組織模型；

S33、計算光子的補償以及下一個傳輸位置坐標；

S34、光子與組織模型發(fā)生吸收作用，使得光子權(quán)重衰減；

S35、光子與組織模型發(fā)生散射作用，使得光子傳播方向發(fā)生改變；

S36、當光子權(quán)重衰減至0或者光子逸出組織模型，則認為光子已消亡，終止模擬過程；

S37、統(tǒng)計組織模型入射側(cè)各波長下光子的數(shù)量，獲得組織模型在不同光波長下的反射光譜分布，根據(jù)組織模型中光學特性參數(shù)的可變范圍進行多次模擬過程，最終得到具有一定變化范圍區(qū)間的組織模型的反射光譜。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于兩階段空間映射的組織血氧成像檢測方法，其特征在于，所述步驟S4具體是分別獲取照明光源的光譜功率分布以及相機的光譜敏感曲線，以計算得到組織模型各空間位置處經(jīng)相機拍攝獲得的RGB三通道光強值組合，即得到高維光譜數(shù)據(jù)到低維RGB通道的映射數(shù)據(jù)集。