[发明专利]皮肤光学相干层析成像图像中表皮层的自动识别方法

说明书

一种皮肤光学相干层析成像(OCT)图像中表皮层的自动识别方法。该方法首先通过寻找皮肤OCT二维图像中每列的轴向梯度最大值位置，结合边界连续性得到空气‑表皮分界线；然后取出图像中每个边界像素在深度方向上的一定数量像素组成新图像，对新图像进行滑动窗口处理得到每列的平均信号，根据峰值得到表皮‑真皮分界线的大致区域；通过多尺度拓扑传递得到连续梯度边界线；在该图像中使用种子填充和形态学算法识别表皮层所在区域，通过边界跟踪算法提取表皮层区域的边界位置。本发明不需要手动识别，能够自动分割出表皮‑真皮分界线处弯曲的乳突状结构，且适用于对因皮炎等疾病导致真皮层信号强度减弱的皮肤OCT图像。

技术领域

本发明涉及光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,简称OCT)，特别是一种自动提取皮肤光学相干层析成像图像中信息的方法，更确切地说是一种皮肤光学相干层析成像图像中表皮层的自动识别方法。

背景技术

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography，以下简称OCT)是一种基于低相干光干涉术的探测样品背向散射光的生物医学成像技术，可非侵入、高分辨、在体检测生物组织内部微结构。20世纪90年代初，美国麻省理工学院的J.G.Fujimoto和D.Huang等人首次提出此概念，并获得了视网膜和冠状动脉等离体组织的结构图像。近年来其应用领域逐渐扩大，包括皮肤科、心血管、牙科和神经科等。

人体皮肤是由不同层组成的复杂系统。衰老影响人类皮肤，在医学、社会和美学问题上日趋重要。而且皮肤与外界世界接触，极易受到损伤。所有皮肤疾病高达6000余种，人群患病率接近100％，造成了极大社会负担。组织学是皮肤形态学研究的金标准，但是组织活检是侵入性检测，对病人造成痛苦，可能会改变原始形态，而且不能在一个区域重复研究、跟踪疾病治疗效果。OCT提供了一种用于表面皮肤组织的体内成像的非侵入方法。由于其相对高分辨和高成像深度，OCT填补了超声和共聚焦显微镜之间的成像空白，并已用于筛查皮肤疾病和监测干预措施。

研究表明，随着年龄增加，皮肤的表皮层会变薄，表皮-真皮分界线会趋于平坦。表皮层厚度是皮肤老化和健康的指标，表皮-真皮分界线的局部形状是检测皮肤健康、衰老和光损伤的重要因素，所以表皮的识别在皮肤医学，整形外科和药理学等医学领域具有重要意义。

炎症性皮肤病很常见，如接触性皮炎和银屑病等。银屑病也称牛皮癣，是一种慢性皮肤病，影响了1-3％的人口。其主要症状是皮肤斑块发展，表皮厚度增加。与正常皮肤相比，牛皮癣皮肤光学相干层析图像的空气-表皮分界线更不规则，入口信号更强，真皮-表皮分界线呈锯齿状，真皮中的信号强度较小。在临床和实验研究中，通过肉眼的视觉评分被用于量化和监测疾病的治疗效果，但缺乏客观性和可靠性，如综合牛皮癣面积和严重程度的PASI评分(Psoriasis Area and Severity Index)。基于图像分析得到的表皮厚度已被建议作为牛皮癣严重程度的替代指标。OCT图像表皮层识别是在体、便捷、非侵入的方法，在疾病治疗效果研究并减少病人遭受痛苦方面具有重大意义。

现有的皮肤光学相干层析成像图像中表皮层的识别方法主要分为手动分割、依靠灰度信息的算法分割两类，分别如下：

1)研究者手动识别方法。该方法主要由研究者依靠商用OCT系统配置的测量软件，根据经验手动标记出表皮层区域。(参见在先技术[1]Gambichler T,Moussa G,RegeniterP,et al.Validation of optical coherence tomography in vivo using cryostathistology[J].Physics in MedicineBiology,2007,52(5):75-85.)