[发明专利]基于多角度散射随机矩阵的3D内窥镜用血流成像方法

说明书

本发明涉及一种基于多角度散射随机矩阵的3D内窥镜用血流成像方法，该方法包括如下步骤：S1、将光源接入3D内窥镜的n根导光束，并控制每个导光束依次通光形成一个照明周期，使用3D内窥镜的两个相机的近红外通道同步采集原始散斑图像，一个照明周期采集2n张原始散斑图像；S2、对于任意一个像素位置分别构建初始散射光强矩阵；S3、获取像素点的单次散射光强二阶中心矩、多次散射光强二阶中心矩以及多次散射光强一阶中心矩；S4、遍历所有像素点；S5、获取各像素点的单次散射衬比度值和多次散射衬比度值，按照像素点位置排列组成单次散射衬比度图像和多次散射衬比图像。与现有技术相比，本发明能够得到更为精准的表层和深部血流信息。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其是涉及一种基于多角度散射随机矩阵的3D内窥镜用血流成像方法。

背景技术

3D内窥镜是外科手术中的一种新兴工具，可以提供实时深度感知。通过三维重建人体内部组织器官或病灶部位的轮廓数据，3D内窥镜有效提高了当前诊疗过程的准确性、可行性和科学性。目前，在腹腔、颅腔、消化内科等多种科室都已经引入使用了3D内窥镜。

目前临床已经使用静脉注射吲哚菁绿染料并结合荧光成像获得肿瘤和脉管系统血流的可视化影像，但该技术受制于染料注射代谢周期影响，且易出现假阳性的结果。激光散斑衬比成像(laser speckle contrast imaging，LSCI)作为一种简单且低成本的方法，可以获取整个视野的2D血流灌注图，并实时提供血流变化的动态描述，因此可以用作术中血流监测工具。与荧光成像相比，LSCI无需造影剂，因此可以在手术期间的任何时候按需使用。反射式激光散斑系统记录到的信号同时包含单次散射和多次散射光子，分别对应术中对象表层和较深层血管的血流信息，目前传统的LSCI方法还无法实现单次和多次散射光强的统计分离。

大部分医学临床诊断治疗不仅有对立体化可视的需求，也有对不同深度血管血流等生理信息显影的需求，如果能实现基于LSCI技术的单次和多次散射光强统计分离并与3D内窥镜有效结合，将显著提高3D内窥镜在精准手术、微创手术等应用中的作用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多角度散射随机矩阵的3D内窥镜用血流成像方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多角度散射随机矩阵的3D内窥镜用血流成像方法，该方法包括如下步骤：

S1、将近红外相干激光光源接入3D内窥镜的n根导光束，并控制每个导光束依次通光形成一个照明周期，使用3D内窥镜的两个相机的近红外通道同步采集原始散斑图像，一个照明周期采集N＝2n张原始散斑图像；

S2、对于任意一个像素位置，采用T个照明周期采集的原始散斑图像的像素点灰度数据构建N×T大小的初始散射光强矩阵；

S3、基于初始散射光强矩阵获取对应像素点的单次散射光强二阶中心矩、多次散射光强二阶中心矩以及多次散射光强一阶中心矩；

S4、依次遍历原始散斑图像中的所有像素点，重复步骤S2～S3；

S5、基于单次散射光强二阶中心矩获取各个像素点的单次散射衬比度值，基于多次散射光强二阶中心矩以及多次散射光强一阶中心矩获取各个像素点的多次散射衬比度值，并按照像素点位置排列组成表征表层相对血流速度的单次散射衬比度图像以及表征深部相对血流速度的多次散射衬比图像。

优选地，步骤S1具体为：

将近红外相干激光光源接入3D内窥镜的n根导光束，3D内窥镜前端以固定位置分布n根导光束的出光口，不同导光束发光时与两个相机以及成像组织形成不同角度关系，在一个照明周期内导光束依次轮流发光，使用两个相机的近红外通道同步连续采集n帧原始散斑图像，单个照明周期记录到的总帧数为N＝2n。