一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法和装置。利用OCT扫描血管内腔，采集表面以下二维/三维空间的干涉光谱信号，OCT工作波段的中心波长在1200

【技术实现步骤摘要】
一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法和装置


[0001]本专利技术涉及生物医学成像领域的一种脂质斑块检测方法和装置，具体涉及了一种结合光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，OCT)成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法和装置。

技术介绍

[0002]易损斑块(Vulnerable Plaque)是指那些不稳定和有血栓形成倾向的斑块。由于易损斑块具有表面包膜非常薄、内部脂质含量大以及炎症物质较多等特点，因而易发生破裂、出血、钙化、或形成血栓。研究表明，易损斑块与心血管疾病的发生紧密相关，是诱发血栓、急性冠脉综合症、冠心病等疾病的主要原因。其中，脂质成分的存在是斑块易损性的重要指标，因此准确地判断出心血管脂质斑块非常重要。
[0003]冠状动脉造影通常用于检测冠状动脉的位置和狭窄程度。然而，血管造影只能“看到”血液，不能看到血管结构和斑块组成。近红外光谱(Near
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infrared spectroscopy,NIRS)基于有机分子对近红外光的吸收，NIRS的结果以“化学图”和彩色编码图的形式显示，表明在给定位置存在脂质核心的可能性，但其只能提供成分数据，无法显示斑块特征。血管内超声(Intravascular ultrasound,IVUS)是一种侵入性成像技术，使用超声来可视化冠状动脉壁内部，由于IVUS图像分辨率有限(约150
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200μm)，在有限的分辨率下预测斑块进展具有挑战性。
[0004]OCT是于上世纪九十年代专利技术的一种低相干干涉成像技术，具有非接触性、非侵害性、无标记、高灵敏度以及高分辨率等优点。自1996年首次出现将OCT与内窥探头相结合的研究后，内窥OCT技术在胃肠道、气道、卵巢、尿道、心血管等内部器官的疾病诊断研究中被广泛使用。其中，血管内OCT(Intravascular Optical Coherence Tomography，IV
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OCT)已成为经皮冠状动脉介入治疗(Percutaneous Coronary Intervention,PCI)手术中常用的成像技术。
[0005]但是，现有OCT技术利用脂质斑块在全波段范围内的高吸收系数(或衰减系数)特性来和其他组织成分进行区分，这种全波段的方法特异性和区分度有限；也有OCT技术利用多个(N＝16)短时傅里叶变换来构建波长分辨的吸收系数(或衰减系数)曲线进行主成分分析提取脂质斑块，但是这种多波段的方法信噪比较低。因此，如何提高OCT图像中脂质斑块检测方法的区分度和信噪比是当前急需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法和装置，能够利用内窥式微型探头实现血管壁光谱信号提取，分成双波段(N＝2)计算光吸收系数(或衰减系数)，利用1310nm前后波段脂质斑块的吸收特性造成的光吸收系数(或衰减系数)差异，在短波段吸收系数(或衰减系数)大、长波段吸收系数(或衰减系数)小，进行基于双波段(N＝2)的脂质斑块分类。
[0007]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0008]一、一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法
[0009]一种弱相干光学成像方法，利用OCT扫描血管内腔，采集表面以下二维/三维空间的干涉光谱信号；
[0010]一种吸收系数的分光谱计算方法，将干涉光谱信号分为N个光谱波段，分别计算每个光谱波段的吸收系数，N为大于1的整数，得到血管内腔组织的N帧吸收系数图像；
[0011]一种基于光谱吸收的脂质斑块检测方法，根据OCT工作波段的中心波长和血管内腔组织的N帧吸收系数图像，进行脂质斑块的特征识别与检测。
[0012]所述的一种弱相干光学成像方法，OCT成像是采用以下方法的一种：
[0013]通过改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；
[0014]或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的谱域OCT成像方法；
[0015]或者利用探测器记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。
[0016]所述OCT工作波段的中心波长在1200
‑
1350纳米之间。
[0017]所述的计算每个光谱波段信号的吸收系数，具体包括：
[0018]对于每个光谱波段信号，通过短时傅里叶变换算法得到波数可分辨的OCT强度信号，根据深度方向的OCT强度信号计算光吸收系数，获得血管内腔组织的当前帧吸收系数图像。
[0019]所述的根据深度方向的OCT强度信号计算光吸收系数，具体包括：
[0020]沿深度方向对OCT强度信号去除平均系统噪声，获得去噪后的OCT强度信号；
[0021]对去噪后的OCT强度信号在深度方向上进行线性拟合，获得强度深度曲线，强度深度曲线上每一位置的斜率作为当前位置的光吸收系数，获得目标组织区域的光吸收系数；
[0022]或者目标组织区域的光吸收系数通过以下公式计算获得：
[0023][0024]其中，x为OCT探测扫描中的快扫描方向的坐标值，y为OCT探测扫描中的慢扫描方向的坐标值，z为深度方向的坐标值，深度方向为垂直于快扫描方向与慢扫描方向构成平面的方向，即光轴方向，μ(k,x,y,z)为当前波段k当前位置(x,y,z)处的光吸收系数，S
′
(k,x,y,z)为当前波段k当前位置(x,y,z)处去噪后的OCT信号的强度，σ为深度方向上每个像素对应的空气中的物理尺寸，n为目标组织区域的折射率。
[0025]所述的一种基于光谱吸收的脂质斑块检测方法，根据OCT工作波段的中心波长和血管内腔组织的N帧吸收系数图像，进行脂质斑块的特征识别与检测，具体包括：
[0026]根据OCT工作波段的中心波长将血管内腔组织的N帧吸收系数图像分为短波段吸收系数图像和长波段吸收系数图像，利用脂质斑块分析方法对短波段吸收系数图像和长波段吸收系数图像进行特征识别，实现脂质斑块的检测。
[0027]所述脂质斑块分析方法，包括：
[0028]将短波段吸收系数图像和长波段吸收系数图像直接相减计算吸收系数差值，当吸收系数差值大于预设阈值时，则为脂质斑块；
[0029]或者根据短波段吸收系数图像和长波段吸收系数图像，利用平均方法处理吸收系
数图像可获得不同波长下的衰减系数曲线，再分别对短波段衰减系数曲线和长波段衰减系数曲线进行主成分分析后得到对应的特征值，由得到的所有特征值组成主成分特征值空间，最后对主成分特征值空间进行聚类，实现脂质斑块的检测；
[0030]或者根据短波段吸收系数图像和长波段吸收系数图像构建短长波段吸收系数空间，对短长波段吸收系数空间进行聚类，实现脂质斑块的检测；
[0031]或者根据短波段吸收系数图像和长波段吸收系数图像构建短长波段吸收系数空间，利用多元线性回归模型对短长波段吸收系数空间进行分类，获得分类曲线，实现脂质斑块的检测。
[0032]所述聚类，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法，其特征在于，包括：一种弱相干光学成像方法(1)，利用OCT扫描血管内腔，采集表面以下二维/三维空间的干涉光谱信号；一种吸收系数的分光谱计算方法(2)，将干涉光谱信号分为N个光谱波段，分别计算每个光谱波段的吸收系数，N为大于1的整数，得到血管内腔组织的N帧吸收系数图像；一种基于光谱吸收的脂质斑块检测方法(3)，根据OCT工作波段的中心波长和血管内腔组织的N帧吸收系数图像，进行脂质斑块的特征识别与检测。2.根据权利要求1所述的一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法，其特征在于，所述的一种弱相干光学成像方法(1)，OCT成像是采用以下方法的一种：通过改变参考臂光程的时间域OCT成像方法；或者利用光谱仪记录光谱干涉信号的谱域OCT成像方法；或者利用探测器记录光谱干涉信号的扫频OCT成像方法。3.根据权利要求1所述的一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法，其特征在于，所述OCT工作波段的中心波长在1200
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1350纳米之间。4.根据权利要求1所述的一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法，其特征在于，所述的计算每个光谱波段信号的吸收系数，具体包括：对于每个光谱波段信号，通过短时傅里叶变换算法得到波数可分辨的OCT强度信号，根据深度方向的OCT强度信号计算光吸收系数，获得血管内腔组织的当前帧吸收系数图像。5.根据权利要求1所述的一种结合OCT成像和吸收光谱的脂质斑块检测方法，其特征在于，所述的根据深度方向的OCT强度信号计算光吸收系数，具体包括：沿深度方向对OCT强度信号去除平均系统噪声，获得去噪后的OCT强度信号；对去噪后的OCT强度信号在深度方向上进行线性拟合，获得强度深度曲线，强度深度曲线上每一位置的斜率作为当前位置的光吸收系数，获得目标组织区域的光吸收系数；或者目标组织区域的光吸收系数通过以下公式计算获得：其中，x为OCT探测扫描中的快扫描方向的坐标值，y为OCT探测扫描中的慢扫描方向的坐标值，z为深度方向的坐标值，深度方向为垂直于快扫描方向与慢扫描方向构成平面的方向，即光轴方向，μ(k,x,y,z)为当前波段k当前位置(x,y,z)处的光吸收系数，S
′
(k,x,y,z)为当前波段k当前位置(x,y,z)处去噪后的OCT信号的强度，σ为深度方向上每...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，姚霖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：