一种可见光OCT弹道散射信号提取方法、装置及存储介质与流程

一种可见光oct弹道散射信号提取方法、装置及存储介质
技术领域
1.本发明涉及oct成像技术领域，尤其是涉及一种可见光oct弹道散射信号提取方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.光学相干断层扫描(optical coherent tomography,oct)已经在眼科、血管内介入等临床医疗场景有广泛应用。传统oct成像系统包括时域oct和频域oct，频域oct利用扫频(扫频oct)或宽谱(谱域oct)弱相干光，可实现快速oct成像。传统oct成像利用近红外波段对组织结构进行成像，近年来出现了使用可见光波段进行谱域oct成像的可见光oct技术。可见光oct成像使用可见光波段，其波长小于传统oct的近红外波段，因此其成像分辨率显著提升。此外，可见光oct使用可见光波段，含氧和缺氧血红蛋白对该波段的光的吸收系数差异显著，可以重建成像区域的血氧信息，这是传统oct成像所不具备的。由于组织对光的散射效应，传统oct信号中同时包含弹道散射和多次散射的信号，其中弹道散射信号为oct成像的有用信号，而多次散射信号往往对传统oct成像产生干扰作用。在可见光oct中，可见光波段的散射系数高于传统oct的近红外波段，因此，系统采集信号中受到多次散射干扰显著，严重影响了成像信噪比。
3.因此，亟需提供一种可见光oct成像弹道散射信号提取方法，减少多次散射干扰，从而提高可见光oct成像信噪比。


技术实现要素：

4.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可见光oct弹道散射信号提取方法、装置及存储介质。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种可见光oct弹道散射信号提取方法，该方法包括如下步骤：
7.s1、按照x
‑
y扫描方式采集可见光oct光谱数据；
8.s2、光谱数据中心化处理；
9.s3、基于中心化处理后的光谱数据构建光谱数据矩阵；
10.s4、基于光谱数据矩阵构建wishart随机矩阵；
11.s5、对wishart随机矩阵进行特征值分解；
12.s6、识别并确定弹道散射光子对应的特征值；
13.s7、基于弹道散射光子的特征值提取弹道散射光子对应光谱数据；
14.s8、进行可见光oct弹道散射光子光谱数据的信号处理并获得三维重建结果。
15.优选地，步骤s2具体为：对成像扫描平面的每个点采集到的光谱数据a(λ
i
)通过下式进行中心化处理得到
16.[0017][0018]
其中，λ
i
为第i个取样波长，λ
i
∈[λ
min
,λ
max
]，i＝1，2，
……
，n，λ
min
为最小波长，λ
max
为最大波长，n为取样波长总个数。
[0019]
优选地，步骤s3具体为：对成像扫描平面的任意一个点p，选定其在x方向上m
‑
1个相邻点，将点p以及对应的m
‑
1个相邻点共m个点对应的中心化处理得到的分别形成m个列向量，将点p对应的列向量作为第一列，m
‑
1个相邻点对应的列向量依次排列形成点p的光谱数据矩阵b，光谱数据矩阵b为n行m列的矩阵。
[0020]
优选地，步骤s4构建的wishart随机矩阵表示为：
[0021]
h＝bb
t
[0022]
其中，h表示wishart随机矩阵，b
t
为b的转置矩阵。
[0023]
优选地，步骤s5特征值分解具体为：
[0024]
h＝uλu
t
[0025]
其中，u为n行n列的酉矩阵，u
t
为u的转置矩阵，uu
t
＝i
n
，i
n
为n阶单位阵，λ为特征值构成的对角阵，λ表示为：
[0026][0027]
其中，l1≥l2≥
……
l
n
。
[0028]
优选地，步骤s6根据弹道散射光子的低秩特性，采用阈值方法确定弹道散射光子的特征值范围，选取对角阵λ中单个或多个较大的特征值作为弹道散射光子对应的特征值。
[0029]
优选地，步骤s6具体为：
[0030]
将对角阵λ中最大的特征值l1作为弹道散射光子的一个特征值；
[0031]
对第n
t
个特征值根据如下方式确实其是否选取为弹道散射光子的特征值：
[0032]
计算参数指标t，
[0033][0034]
若则将选取为弹道散射光子的一个特征值，否则，舍弃
[0035]
优选地，步骤s7具体为：
[0036]
将矩阵λ中对应弹道散射光子的特征值保留，其余特征值均置为零，构建弹道散射光子特征值矩阵
[0037]
获取弹道散射光子对应的光谱数据矩阵
[0038]
取矩阵的第一列数据记作表示点p位置弹道散射光子对应光谱数
据中心化结果；
[0039]
计算弹道散射光子对应光谱数据
[0040]
一种可见光oct弹道散射信号提取装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于当执行所述计算机程序时，实现所述的可见光oct弹道散射信号提取方法。
[0041]
一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述的可见光oct弹道散射信号提取方法。
[0042]
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0043]
(1)可见光oct中弹道散射光子相比多次散射光子具有明显的低秩特性，本发明基于随机矩阵理论，提出了光谱数据构建wishart随机矩阵并通过特征值的分布特性提取弹道散射光子光谱信息的方法，减少多次散射干扰，可显著提高可见光oct成像信噪比；
[0044]
(2)本发明弹道散射光子对应的特征值的选取采用动态选择的方式，不局限于将wishart随机矩阵中的最大特征值作为弹道散射光子对应的特征值，而是利用参数指标t来衡量相应特征值是否被选择，从而能够适用不同的场景，使得最终得到弹道散射信号更加完整，准确；
[0045]
(3)本发明方法亦可用于传统oct系统中，提升成像的信噪比。
附图说明
[0046]
图1为本发明一种可见光oct弹道散射信号提取方法的流程框图；
[0047]
图2为实际数据单点oct信号弹道散射光子提取结果图。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
[0049]
实施例1
[0050]
本发明以可见光光谱(频域)光学相干断层扫描为例来说明所述一种去除图像中多次散射的方法。频域oct测量光谱干涉图以提高成像速度，得到单点深度的信息。检测器的信号可以表示为：
[0051]
s(ω,τ)＝<s
s
(ω)> <s
r
(ω)> 2re[w
sr
(ω)]cos2πωτ
[0052]
如果干涉臂和样品臂之间的路径长度之差在相干长度之内，则将在检测器处观察到干涉信号。但超过相干长度的光子造成多重散射噪声。所以基于随机矩阵理论可以降低频域低多次散射噪声。
[0053]
可见光oct中弹道散射光子相比多次散射光子具有明显的低秩特性，本发明基于随机矩阵理论，提出了一种可见光oct弹道散射信号提取方法，该方法根据光谱数据构建wishart随机矩阵并通过特征值的分布特性提取弹道散射光子光谱信息，具体步骤如下：
[0054]
s1、设定可见光oct系统扫描程序，按照x
‑
y扫描方式对成像平面进行点扫描采集数据。
[0055]
s2、光谱数据中心化处理：对成像扫描平面的每个点采集到的光谱数据a(λ
i
)通过
下式进行中心化处理得到
[0056][0057][0058]
其中，λ
i
为第i个取样波长，λ
i
∈[λ
min
,λ
max
]，i＝1，2，
……
，n，λ
min
为最小波长，λ
max
为最大波长，n为取样波长总个数。
[0059]
s3、基于中心化处理后的光谱数据构建光谱数据矩阵，具体为：对成像扫描平面的任意一个点p，选定其在x方向上m
‑
1个相邻点，将点p以及对应的m
‑
1个相邻点共m个点对应的中心化处理得到的分别形成m个列向量，将点p对应的列向量作为第一列，m
‑
1个相邻点对应的列向量依次排列形成点p的光谱数据矩阵b，光谱数据矩阵b为n行m列的矩阵。
[0060]
需要说明的是：此处选取m
‑
1个相邻点时优选向x轴正方向选取，当x轴正方向的数据点不足时，向x轴负方向依次选取补足m
‑
1个相邻点。
[0061]
s4、基于光谱数据矩阵构建wishart随机矩阵，表示为：
[0062]
h＝bb
t
[0063]
其中，h表示wishart随机矩阵，b
t
为b的转置矩阵，实际上，bb
t
即为矩阵b的协方差矩阵，表示为矩阵h，h为n行n列的矩阵。
[0064]
s5、对wishart随机矩阵进行特征值分解，表示为：
[0065]
h＝uλu
t
[0066]
其中，u为n行n列的酉矩阵，u
t
为u的转置矩阵，uu
t
＝i
n
，i
n
为n阶单位阵，λ为特征值构成的对角阵，λ表示为：
[0067][0068]
其中，l1≥l2≥
……
l
n
。
[0069]
s6、据弹道散射光子的低秩特性，采用阈值方法确定弹道散射光子的特征值范围，选取对角阵λ中单个或多个较大的特征值作为弹道散射光子对应的特征值，具体为：
[0070]
将对角阵λ中最大的特征值l1作为弹道散射光子的一个特征值；
[0071]
对第n
t
个特征值根据如下方式确实其是否选取为弹道散射光子的特征值：
[0072]
计算参数指标t，
[0073][0074]
若则将选取为弹道散射光子的一个特征值，否则，舍弃
[0075]
本发明弹道散射光子对应的特征值的选取采用动态选择的方式，不局限于将wishart随机矩阵中的最大特征值作为弹道散射光子对应的特征值，而是利用参数指标t来衡量相应特征值是否被选择，从而能够适用不同的场景，使得最终得到弹道散射信号更加
完整，准确。
[0076]
s7、基于弹道散射光子的特征值提取弹道散射光子对应光谱数据，具体为：
[0077]
将矩阵λ中对应弹道散射光子的特征值保留，其余特征值均置为零，构建弹道散射光子特征值矩阵
[0078]
获取弹道散射光子对应的光谱数据矩阵
[0079]
取矩阵的第一列数据记作表示点p位置弹道散射光子对应光谱数据中心化结果；
[0080]
计算弹道散射光子对应光谱数据
[0081]
s8、进行可见光oct弹道散射光子光谱数据的信号处理，包括上采样构建k空间、快速傅里叶变换、色散补偿等，最后获得三维重建结果。
[0082]
图2为采用本发明方法得到的实际数据单点oct信号弹道散射光子提取结果图，图中，实线表示原始oct信号，虚线表示提取的弹道散射oct信号。
[0083]
可见光oct中弹道散射光子相比多次散射光子具有明显的低秩特性，本发明基于随机矩阵理论，提出了光谱数据构建wishart随机矩阵并通过特征值的分布特性提取弹道散射光子光谱信息的方法，减少多次散射干扰，可显著提高可见光oct成像信噪比。需要说明的是：本发明方法亦可用于传统oct系统中，提升成像的信噪比。
[0084]
实施例2
[0085]
本实施例提供一种可见光oct弹道散射信号提取装置，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器用于当执行所述计算机程序时，实现如实施例1所述的可见光oct弹道散射信号提取方法，此处可见光oct弹道散射信号提取方法在实施例1中已详细说明，本实施例不再赘述。
[0086]
实施例3
[0087]
本实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如实施例1所述的可见光oct弹道散射信号提取方法，此处可见光oct弹道散射信号提取方法在实施例1中已详细说明，本实施例不再赘述。
[0088]
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。