光学相干断层扫描衬比度血管造影算法的研究

摘要

光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography，OCT)，亦称光学相干层析成像，具有非侵入性、图像分辨率高等特点，是上世纪90年代初发展起来的光学成像技术，由于OCT轴向分辨率由光源波长带宽决定，所以轴向分辨率与横向分辨率相互独立。随着光源技术的发展及检测技术的提高，高速的傅立叶域OCT技术得到高速发展，不仅可以实现被测组织结构成像，而且还可以实现被测组织功能成像，尤其是在眼科临床疾病诊断方面得到广泛的应用，例如:糖尿病性视网膜病变、青光眼、年龄相关的黄斑变性等疾病的诊断。由于OCT系统检测时不需要外源造影剂就能够实现组织内微血管造影，且具有很高的分辨率，所以基于光学相干断层扫描的血管造影技术在临床诸多领域广泛应用，成为重要的医学成像技术。近年来，相关研究人员提出了多种光学相干断层扫描血管造影(Optical Coherence Tomography Angiography，OCTA)算法，根据信号来源不同主要分为:基于相位信号、幅度信号和复信号的光相干断层扫描血管造影算法。 (1)首先，本文对光学相干断层扫描血管造影算法的原理进行了理论分析;并将激光散斑衬比成像算法应用到光学相干断层扫描血管造影领域;在此基础上对激光散斑衬比算法进行改进，提出了改进的激光散斑衬比算法，抑制常规散斑衬比算法产生的纹路噪声;利用改进的衬比图像对均值图像进行标注，提出了一种光学相干断层扫描衬比度血管造影(Optical Coherence Tomography Contrast Angiography，OCTCA)算法，进一步提高了血管造影图像信噪比，为获取高信噪比微细血管造影图像开启了新途径。采用的方法是对OCT采集的连续结构图像进行运动伪差校正;对校正后图像进行叠加平均得到增强血流信号图像;对校正后图像进行改进的散斑衬比处理得到衬比图像，其中衬比图像包含动态血流的位置信息;利用衬比图像在增强血流信号图像进行标注，进一步提高图像的信噪比，获得光学相干断层扫描微血管造影图像。 (2)其次，为了验证本文提出的光学相干衬比度血管造影算法的可靠性及有效性，进行了血流仿体实验和动物实验:仿体实验中，采用注射泵将血液仿体注入橡胶管中（内径300μm，外径500μm），通过光学相干断层扫描衬比度算法处理获得仿体血管造影图像，静态管路信号得到明显抑制，血流信息得到加强，验证了算法的有效性;动物实验中，采用光学相干断层扫描衬比度血管造影算法对裸鼠耳部毛细血管组织进行微循环血管造影，抑制了激光散斑衬比血管造影图像的纹路噪声，提高了图像信噪比，获得了清晰的裸鼠耳部微血管图像。 (3)再次，本文对人体眼底组织进行活体实验，利用光学相干断层扫描衬比度血管造影算法对人体眼底组织进行血管造影，获得了清晰的眼底组织微循环血管造影图像，并利用基于灰度特征的视网膜图像分层方法对视网膜分层，显示不同深度血管造影图像，便于查看组织不同部位血管分布情况，结果显示光学相干断层扫描衬比度血管造影算法可以应用于眼科疾病的诊断，应用前景良好。根据文献报道，与3种性能突出的光学相干断层扫描血管造影算法进行评估，包括:散斑方差、灰度差及灰度差平方算法。使用的数据为同一组图像，结果显示本文提出的光学相干断层扫描衬比度血管造影算法可以获得清晰的眼底微血管造影图像，通过图像信噪比、对比度和血管连接度的评估，本文提出的光学相干断层扫描衬比度血管造影算法具有最佳性能。 (4)最后，本文将光学相干断层扫描衬比度血管造影算法应用到小鼠下肢缺血模型的评估，通过对模型下肢股动脉结扎前后光学相干断层扫描血管造影结果进行比较，结果显示光学相干断层扫描血管造影可以在没有创伤的条件下观察小鼠下肢的血管生成情况。 总之，光学相干断层扫描衬比度血管造影算法抑制了静态组织信号，保留了动态血流信息，通过仿真和活体实验验证，光学相干断层扫描衬比度血管造影算法有效、稳定，获得了清晰的被测组织微血管造影图像，可以为病灶组织提供更直观、准确的鉴别，具有可应用性。

目录

声明

摘要

1．1研究背景

1．2 OCT血管造影综述

1．2．1基于相位信号OCT血管造影

1．2．2基于灰度信号OCT血管造影

1．2．3基于复信号OCT血管造影

1．3 OCT血管造影研究中存在的问题

1．4研究目的与内容

1．4．1研究目的

1．4．2研究内容

1．5本文主要创新点

1．6论文结构安排

2．1引言

2．2 OCT成像的基本原理

2．3 OCT血管造影算法及原理

2．3．1基于灰度信号OCTA算法

2．3．2基于复信号OCTA算法

2．3．3基于相位OCTA算法

2．4本章小结

第三章OCT血管造影图像预处理

3．1引言

3．2 OCT视网膜图像分割处理

3．3 OCT视网膜图像运动伪差校正

3．4实验结果与分析

3．4．1图像分割

3．4．2运动伪差校正

3．4本章小结

第四章激光散斑衬比OCT血管造影算法

4．1引言

4．2激光散斑衬比成像的发展

4．3激光散斑衬比成像的原理

4．3．1激光散斑空间衬比

4．3．2激光散斑时间衬比

4．3．3空间衬比和时间衬比与速度的关系

4．4激光散斑衬比OCT血管造影算法

4．4．1激光散斑衬比OCT血管造影算法原理

4．4．2 OCT系统搭建

4．5实验结果与分析

4．6本章小结

第五章改进的散斑衬比OCT血管造影算法

5．1引言

5．2改进的散斑衬比OCT血管造影算法原理

5．3实验结果与分析

5．4本章小结

第六章OCT衬比度血管造影算法

6．1引言

6．2 OCT眼底血管造影系统搭建

6．3 OCT衬比度血管造影算法设计

6．4仿体实验

6．5裸鼠耳部血管造影实验

6．6人体眼底组织活体实验

6．7小鼠下肢缺血评估实验

6．8本章小结

第七章总结与展望

7．1论文工作和总结

7．2存在的问题和展望

参考文献

发表论文

申请专利

参与的科研项目

致谢