[发明专利]基于MEMS微型振镜的腔道内三维血流成像方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于MEMS微型振镜的腔道内三维血流成像方法和装置。进行光学相干探测，利用MEMS微型振镜扫描探头进入腔道，对腔道内组织进行多次重复扫描，探测腔道内组织三维空间的散射信号探测，由散射信号重建获得结构图像；若结构图像出现非线性畸变，对散射信号的相邻行进行互相关运算来估算扫描速度，根据互相关系数分布对有畸变的结构图像进行数据重采样以实现非线性区域畸变矫正；进行组织运动与图像抖动的矫正；进行血流成像，利用散射信号的时间动态特性，进行运动对比度的光学相干血流造影。本发明可实现人体狭长腔道内血流分布信息的高灵敏提取，并有效提高血流造影图像的信噪比与对比度。

技术领域

本发明大体涉及生物医学成像领域，且更具体地涉及与内窥型光学相干层析成像技术(Endoscopic Optical Coherence Tomography，Endo-OCT)和血流造影(EndoscopicOCT Angiography，Endo-OCTA)相关联的方法、装置及系统，可用于获取腔道内的三维血流信号。

背景技术

传统的影像学检查如CT、核磁共振、超声等可显示整体腔道的结构变化，但是无法进行血管成像，难以准确评估病灶。近来兴起的窄带光成像和共聚焦显微镜可实现黏膜层血管成像。但是窄带光成像分辨率有限，并且只能看到表面血管，无法进行深度的血管探测。而共聚焦显微镜视场很小(0.4mm×0.4 mm),并且需要额外注射造影剂，比如荧光染料。因此它们都无法同时实现非接触式(无需插入或应用任何材料)、大规模(mm到cm的比例)、深度可分辨 (可以区分不同的深度)、高分辨率(μm量级)的腔道内血管成像。

OCT是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。其中基于MEMS(MicroElectroMechanical System，微机电系统)微型振镜的内窥OCT技术多用来实现狭长腔道内疾病的结构成像。但是仅仅依靠现有的结构型MEMS的OCT系统对人体内部腔道所属疾病的诊断存在许多局限性，因此目前迫切需要发展基于MEMS微型振镜的腔道内三维血流成像方法和装置。

然而，MEMS微型振镜在帧扫描边界处的速度不均匀会导致图像的非线性畸变，畸变程度、畸变范围与振镜帧扫描速度以及驱动材料的响应时间直接相关。而血流成像需要稳定的图像序列，因此本发明提出了一种基于行间互相关的非线性畸变矫正方法。

除此之外，内窥成像时由于呼吸、心跳等原因导致的组织运动无法避免，并且内窥探头的高速扫描也会导致图像抖动，而OCTA血流造影需要同一位置处较为稳定的多帧重复。因此，针对组织运动与图像抖动，本发明提出了一种帧间抖动矫正方法。

在结构图像矫正结束之后，根据血流的动态特性，本发明通过OCTA算法获取三维血流图像。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于MEMS微型振镜的腔道内三维血流成像方法和装置，能够利用内窥式MEMS微型振镜探头实现腔道内三维血流特征信息的高灵敏提取，并较好地矫正了MEMS帧扫描中存在的非线性畸变以及组织运动与图像抖动带来的误差。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一、一种基于MEMS微型振镜的腔道内三维血流成像方法：

一种光学相干探测方法，利用MEMS探头实现人体腔道内的光束扫描，具体地是利用MEMS探头中的MEMS微型振镜对人体腔道进行步进式栅形扫描；每一步重复扫描n帧，抑制空间错移导致的背景噪音。具体利用OCT对腔道内组织进行多次重复扫描成像，这样扫描腔道内表面，实现腔道内组织三维空间的散射信号探测。

一种血流成像方法，利用红细胞流动产生的散射信号的时间动态特性，进行运动对比度的光学相干血流造影。基于OCTA算法提取分析动态血流信号，实现腔道内三维血流造影成像。

所述的一种光学相干探测方法中，根据MEMS微型振镜驱动方式的不同，采用电热型、静电型、电磁型或者压电型的内镜式MEMS微型振镜。