基于光学相干层析成像技术的血管造影研究

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眼底血管作为人体唯一直接可见的血管,不仅维持着眼睛的正常功能,反映眼底本身的健康状况,而且作为脑血管的分支,也能够反映出全身组织器官的健康与否。因此高分辨率,高灵敏度的眼底血管成像对眼科的基础研究以及临床治疗具有十分重要的作用。在临床的眼底血管成像技术中,荧光造影与吲哚菁绿造影作为临床金标准能够较好地显示出眼底血管的细微变化,但是造影剂的注射不仅对病人是有创的,而且也可能会引起一些不良反应,如恶心,呕吐,皮肤染色以及过敏等,因而在一定程度上限制了荧光造影和吲哚菁绿造影的应用范围。其他方法如多普勒超声技术,激光散斑技术等虽然能够成像眼底血流,但是它们的分辨率较低,而且无法提供血管的三维结构。光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)是一种生物组织微观成像的新技术,因其高分辨率,无损伤和非侵入的优点,在临床医学中,尤其是眼科疾病的诊断和治疗中发挥了巨大的作用。近年来利用OCT技术进行无标记血管造影的研究成为该领域新的研究热点之一,发展了多种光学相干血管造影技术,在扫描速度较高(大于50 kHz/s)的OCT系统上取得了较好的成像结果。然而对于当前临床中广泛使用的谱域OCT系统,其扫描速度相对较低(一般低于40KHz/s),在应用现有的光学相干血管造影技术进行成像时,无法获得满意的血流图像。为了解决上述问题,本文设定的研究目的在于基于现有临床上广泛使用的低速频域OCT技术,探索适用于临床应用的无标记,高分辨率,三维的血管造影方法,为拓展OCT在眼科疾病的诊断和治疗中的应用提供更多的功能信息依据。首先,本文对OCT信号进行优化处理,以获得更好的图像质量。在采集OCT图像的过程中,不可避免地会引入噪声,降低成像的质量。为此,本文针对OCT中的噪声,尤其是由于生物组织的高散射引起的散斑噪声进行降噪处理。本文采用了一种联合小波系数相关性分析以及小波系数阈值化处理的降噪方法对在体成像的OCT图像进行处理,与其他降噪方法相比,具有较高的降噪性能,提高了图像的质量,为后续光学相干血管造影的研究奠定了基础。其次,本文通过对现有光学相干血管造影算法的综合分析,分别对基于多普勒效应的光学相干血管造影和基于散斑效应的光学相干血管造影在低速OCT系统上的应用进行了研究,发现并验证了现有的光学相干血管造影方法并不适用于低速的OCT系统,无法获得满意的造影效果。最后,归纳上述研究结果,本文结合与血流直接相关的相位信息以及具有高灵敏度和信噪比的幅值信息,利用相位直方图分析实现动态滤波,发展了一种适用于低扫描速度OCT系统的联合相位与幅值的光学相干造影方法。利用相位信息获得组织与血流的多普勒频移分布,由于血流存在多普勒频移,使得血流信息位于高频区域,通过直方图分析确定组织成分的频域分布范围,并以此为截止频率构建高通滤波函数,实现动态地分离组织和血流信息,进行血流成像。该方法利用相位信息和幅值信息能够较好的实现血流成像,而且直方图分析能够动态地确定组织成分,与利用经验阈值进行截止频率的方法相比具有较高的灵敏性。其实验结果表明,在低扫描速度下,该方法能够较好的成像视网膜血管和脉络膜血管,同时对细微的毛细血管也能够进行成像,论证了该方法适用于临床OCT应用的可行性。
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