光學(xué)相干斷層成像的配準(zhǔn)與分割技術(shù)研究及應(yīng)用.x

光學(xué)相干斷層成像的配準(zhǔn)與分割技術(shù)研究及應(yīng)用光學(xué)相干斷層成像(OpticalCoherenceTomography,OCT)技術(shù)是一種針對(duì)生物組織的高分辨率、深度斷層解析的三維成像技術(shù),OCT基于寬帶光源的低相干性通過(guò)測(cè)量生物組織的后向散射光和反射光的強(qiáng)度以及時(shí)間延遲計(jì)算出生物組織的二維斷層圖像和三維圖像,自發(fā)明以來(lái)被廣泛應(yīng)用于多種疾病的治療當(dāng)中,其中在眼部疾病的治療應(yīng)用最為廣泛和成熟。在最近幾年當(dāng)中隨著光源和檢測(cè)技術(shù)的提高,頻域OCT(Fourier-domainOCT)已經(jīng)在靈敏度、掃描分辨率以及掃描速度等方面超越了傳統(tǒng)的時(shí)域OCT(Time-domainOCT),這些方面的提高使得頻域OCT在對(duì)生物組織進(jìn)行成像的同時(shí)還可以根據(jù)檢測(cè)出的血流信息得到眼底的血管造影。這一應(yīng)用首先出現(xiàn)于多普勒OCT之中,在掃描過(guò)程中使用血管造影技術(shù)通過(guò)計(jì)算相鄰A-line之間的相位差得到眼底的血管造影圖像。在此之后,多種OCT血管造影(OCTAngiography,OCTA)技術(shù)被提出并應(yīng)用于眼底的血管網(wǎng)絡(luò)成像。其中美國(guó)OregonHealth&ScienceUniversity,CaseyEyeInstitute的YaliJia教授和DavidHuang教授于2012年提了分光譜幅度去相關(guān)血管成像(Split-spectrumamplitudedecorrelationangiography,SSADA)技術(shù),與已有方法相比基于這一血管造影技術(shù)的眼底圖像在血管對(duì)比度、密度和連通性等方面有了很大提高。而高質(zhì)量的OCT和OCTA數(shù)據(jù)能夠幫助醫(yī)生更加精確的判斷患者的病情從而做出準(zhǔn)確的診斷。想要提高OCT和OCTA圖像的質(zhì)量,除了提高OCT系統(tǒng)本身的掃描精度和速度以外,對(duì)于獲得的OCT和OCTA圖像的后期處同樣重要。而配準(zhǔn)與分割作為最基本的圖像處理操作,在OCT和OCTA圖像的后期處理中有著重要作用,其中配準(zhǔn)可以用于同一區(qū)域連續(xù)掃描得到的數(shù)據(jù)之間的配準(zhǔn),通過(guò)將連續(xù)掃描得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)與融合,可以達(dá)到消除眼動(dòng)所造成的形變,并提高OCTA中血管網(wǎng)絡(luò)的對(duì)比度、密度和連通性;還可以用于同一患者的同一眼底區(qū)域不同時(shí)間掃描得到的OCT或OCTA之間的配準(zhǔn),通過(guò)圖像之間的配準(zhǔn)進(jìn)一步將病變區(qū)域配準(zhǔn),使得醫(yī)生可以更直觀、更準(zhǔn)確的了解病人在這段時(shí)間的病情變化,從而能夠更加準(zhǔn)確的對(duì)治療方案進(jìn)行調(diào)整;此外,配準(zhǔn)還可以用于OCT或OCTA與傳統(tǒng)眼底圖像之間的配準(zhǔn),如彩色眼底照片(colorfundusphotograph,CFPs)、熒光素眼底血管造影(fluoresceinfundusangiography,FFAs)和吲哚青綠血管造影(indocyaninegreenangiography,ICGAs)等,每一種圖像都有其各自的優(yōu)點(diǎn),將同一患者同一眼底區(qū)域的OCT或OCTA與這些圖像進(jìn)行配準(zhǔn),可以使醫(yī)生根據(jù)不同圖像所提供的信息更加全面客觀地進(jìn)行臨床診斷。分割主要可以用于視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜中各個(gè)細(xì)胞層之間的分割,并可以根據(jù)分割后各個(gè)細(xì)胞層之間的邊界得到不同細(xì)胞層的二維投影(enfaceOCT或enfaceOCTA),而許多疾病在眼底的不同細(xì)胞層之間的表象也不同,這些基于分割邊界的二維投影圖像可以幫助醫(yī)生更加準(zhǔn)確詳細(xì)的判斷病人的病情并加以治療;此外,分割還可以用于患者的OCT或OCTA中多種病變區(qū)域的分割,由于醫(yī)生的判斷有著很強(qiáng)的主觀性,對(duì)病變區(qū)域的自動(dòng)分割可以更加客觀的將病變區(qū)域分割出來(lái)并進(jìn)行一系列的量化分析,可以輔助醫(yī)生進(jìn)行更加精確的診斷?；谂錅?zhǔn)與分割在OCT和OCTA中的各種應(yīng)用,我們分別進(jìn)行了四個(gè)方面的研究并取得了一定的成果。第一,我們提出了一種二維平行樣條配準(zhǔn)的方法,用于超高速OCT系統(tǒng)(掃描速度大于200kHz)下連續(xù)掃描得到的兩個(gè)大尺寸enfaceOCTA之間的配準(zhǔn),通過(guò)對(duì)兩幅enfaceOCTA的配準(zhǔn)與融合,我們可以得到一個(gè)消除了運(yùn)動(dòng)偽影并且加強(qiáng)了血管網(wǎng)絡(luò)對(duì)比度、密度以及連通性的融合圖像,對(duì)超高速OCT系統(tǒng)在臨床治療中的作用有著很大提高;第二,我們基于前一種方法提出了一個(gè)三維配準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)重建方法,用于超高速OCT系統(tǒng)下連續(xù)掃描得到的兩對(duì)三維數(shù)據(jù)(OCT和OCTA)之間的配準(zhǔn),這一方法可以解決三維OCT和OCTA中由于眼動(dòng)所造成的各種形變(尤其是軸向形變),重建出符合真實(shí)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的三維OCT和OCTA,幫助醫(yī)生從三維層面更加準(zhǔn)確立體的了解患者的病情;第三,我們提出了一種多模態(tài)眼底圖像之間的配準(zhǔn)方法,可以將傳統(tǒng)的眼底圖像(CFPs、FFAs和ICGAs)與enfaceOCT(也可寫(xiě)作OCTfundus,OFIs)進(jìn)行配準(zhǔn),配準(zhǔn)后的多模態(tài)眼底圖像可以幫助醫(yī)生更加全面的進(jìn)行診斷,這個(gè)方法同樣可以用于同一患者同一區(qū)域不同時(shí)序掃描的OFIs之間的配準(zhǔn),幫助醫(yī)生更加客觀精確的了解患者的病情發(fā)展;第四,我們提出了一種視神經(jīng)盤(pán)(opticdisc)邊界及其周邊視網(wǎng)膜中各細(xì)胞