[发明专利]一种自动分割动静脉血管的激光成像方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于生物医学成像技术方法，具体为一种采用单波长相干光照明，基于激光散斑图像时间序列分析的生物组织动静脉血管自动分割方法和装置，它尤其适合于以高空间分辨率研究生理和病理状态下的生物组织动静脉血管形态和血流分布等，为生命科学基础研究和临床医学诊断治疗提供重要的信息。

背景技术

生物组织中动静脉血管的自动分割对于生物医学研究和临床诊断治疗具有重要意义。目前，对动静脉血管进行完全自动分割的方法的报道非常有限。动脉血管和静脉血管由于含氧血红蛋白(HbO₂)和脱氧血红蛋白(HbR)浓度不同而具有不同的光谱吸收特性。一种常用的方法是采用多个不同中心波长的准单色光轮流照明，通过探测血氧饱和度的值，或探测缺血状态下HbR浓度的变化实现动静脉血管的分离。而采用单波长照明实现动静脉血管自动分离的方法目前尚未见报道。已有文献证明，利用动态激光散斑特性，采用单波长相干光照明获取激光散斑图像序列，对所得图像序列作时间衬比分析得到激光散斑时间衬比图像，能够增强血管结构的对比度，从而有利于将血管结构从背景图像中提取出来。但由于血流速度区域性分布的复杂性造成了散斑衬比分布的复杂性，时间衬比分析方法难以将动脉血管和静脉血管自动分离。若能充分利用动态激光散斑特性与光谱吸收特性在动静脉血管中的差异，则有望实现以单波长照明的方式，通过特定的图像处理方法将动脉血管与静脉血管自动分割开来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效的自动分割生物组织动静脉的激光成像方法，该方法采用单波长激光照明，在时间域对激光散斑图像序列进行分析，实现对生物组织动静脉血管的自动分割。

为解决上述技术问题，本发明提供的自动分割动静脉血管的激光成像方法，其步骤包括：

(1)将激光光束照射到被测对象上。用CCD或CMOS相机通过光学成像系统，以相同的曝光时间和帧间隔时间连续采集N帧被测对象反射的激光散斑图像；每帧图像采集的曝光时间为1ms～100ms，帧间隔时间20～1000ms，采集的帧数N为：N≥50；

(2)对采集所得N帧图像，取出各帧图像中相同位置处对应的像素，组成大小为N个像素的像素集，该像素集内各像素的灰度值设为I_p，利用公式(I)计算该像素集时间轴上的衬比K_t，

Kt=1N-1Σp=1N(Ip-I‾)2/I‾---(I)]]>

其中N为所采集的图像帧数，I_p代表N帧图像中同一位置处对应N个像素中第p个像素的灰度值，为这N个像素灰度的平均值；

(3)按步骤(2)遍历图像中所有的像素，获得所有像素对应的衬比值K_t(i，j)。分别以每个像素对应的衬比值为灰度，构建二维的衬比分布图；

(4)使用阈值分割方法将衬比图像作二值化处理，得到二维血管结构图像I_ves；

(5)将相同的N帧激光散斑图像序列均分为n组，则每组包含N/n帧散斑图像，N/n≥50。也可以有其他的均分方式，但为了保证动静脉分割效果，建议每组至少应该有50帧散斑图像。

(6)对第k组(1≤k≤n)散斑图像序列，对该组所包含的N/n帧图像，取出各帧图像中相同位置处对应的像素，组成大小为N/n个像素的像素集，寻找该像素集中灰度最小值；