[发明专利]时空自适应样本系综去相关运算的血流量化方法与系统

说明书

本发明公开了一种时空自适应样本系综去相关运算的血流量化方法与系统。通过一种信号采集方法，对流动样本收集三维空间内散射信号；通过一种时空样本系综方法，在时间维度和空间维度上建立散射信号的样本系综；通过一种运动自适应方法，用于自适应地调整样本系综的大小，抑制组织抖动造成的虚假信号；通过一种血流量化方法，根据自适应的样本系综量化血液动力学参数。本发明能有效提升去相关系数量化血流的动态范围，抑制量化的不确定度，提升血流量化的分辨能力。

技术领域

本发明大体涉及生物医学成像领域，且更具体地涉及与光学相干层析成像 技术(Optical Coherence Tomography，OCT)和光学相干血流造影(OCT Angiography，OCTA)相关联的血流造影和血液动力学量化。

背景技术

脑部血流变化和神经活动有着密切联系，这一机制被称为神经血管耦合。 因此，对血液动力学响应的观测被广泛应用于对脑活动的评估。目前，荧光血 流造影是血流灌注成像中的常用方法，但是这种方法缺乏深度方向的分辨能力， 不能提供定量信息，进一步地限制了它的应用。线扫描双光子显微成像也可以 被用于测量单独血管的流速或流量，但是它有限的扫描速度使得它难以满足同 时对大量血管进行量化的需求。

近年来，以光学相干层析技术为基础发展起来的光学相干血流造影OCTA， 能够通过对血红细胞的运动增强，提供非侵入性的、无标记的、毛细血管级别 的三维血流灌注成像。这种二维或三维的血流信息数据更有利于同时观测一定 深度内的多个血管。因此，很多研究致力于发展基于OCTA的血管成像和血流 测量技术，这其中，基于相关运算的OCTA方法具有很好的发展前景。目前， 基于相关运算的OCTA在临床和体外实验中被广泛使用，而且，散射光信号的 去相关系数被证明和散射颗粒的动态高度相关，据此可以对散射颗粒的大小和 运动速度进行量化。

用去相关性系数计算的OCTA信号，被证明和血流流速、流量等血液动力 学参数之间有紧密的联系。但是，体外仿体实验表明，去相关系数和血流流速 之间存在的线性关系，只存于有限的动态范围内，且这一范围小于去相关系数 的理论动态范围0到1。对于一个给定的时间间隔，背景噪声和饱和状态分别决 定了能够测量的最小速度和最大速度。为了克服这种动态范围的限制，很重要 的一点是要扩大能够用来测量的动态范围，同时提升对血流速度的分辨能力。 实际中，去相关系数的饱和值远低于理论值1，因此极大地限制了最大可分辨的 流速。而去相关估计的不确定度(即方差)则决定了血流量化的分辨能力。去 相关系数的饱和值和不确定度都能通过扩大用来估计去相关系数的样本系综的 大小来提升。但是，系综内样本数量在空间维度的扩大同时还受空间分辨率的 制约，而在时间维度上寻求扩大样本量，则会受到生物组织运动的影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于时空自适应样本系综去相关 运算的血流量化方法与系统，方法中用于计算去相关系数的样本系综在时间维 度和空间维度同时扩展样本数量，显著地扩大了血流量化的动态范围，减小了 不确定度，提高了对血流速度的分辨能力，各时间点的子窗口采用自适应的窗 口大小，有效抑制了生物组织运动对量化结果的影响。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一、一种时空自适应样本系综去相关运算的血流量化方法：

一种信号采集方法，用于对流动样本收集三维空间内散射信号；

一种时空样本系综方法，用于在时间维度和空间维度上建立散射信号的样 本系综构成时间-空间样本系综；

一种运动自适应方法，用于自适应地调整样本系综的大小，抑制组织抖动 造成的虚假信号，获得自适应的样本系综；

一种血流量化方法，用于根据自适应的样本系综量化血液动力学参数，实 现血流量化检测。

所述的流动样本为包含血流区域的生物组织样本，例如脑皮层。