基于多角度散射随机矩阵的3D内窥镜用血流成像方法与流程

技术特征：
1.一种基于多角度散射随机矩阵的3d内窥镜用血流成像方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，步骤s2中构建初始散射光强矩阵的具体方式包括：对于原始散斑图像的每个像素位置，将单个照明周期的n个成像角度的n张原始散斑图像的像素点灰度数据转化为一个列向量；按时间顺序依次排列t个照明周期获得的列向量，构建出初始散射光强矩阵s
h
，s
h
的大小为n
×
t。4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，步骤s3具体包括：s31、将初始散射光强矩阵转换为协方差矩阵；s32、对协方差矩阵进行特征值分解；s33、利用最小和次小的特征值以及分布计算多次散射光强二阶中心矩；s34、基于初始散射光强矩阵的二阶中心矩和多次散射光强二阶中心矩计算单次散射光强二阶中心矩；s35、依据单次散射光强负指数分布特点求解单次散射光强一阶中心矩，进而求解多次散射光强一阶中心矩。5.根据权利要求4所述的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，其特征在于，步骤s31协方差矩阵通过下式获得：
其中，m
h
为协方差矩阵，s
h
为初始散射光强矩阵，矩阵与s
h
维度相同，中的元素值为s
h
矩阵中对应位置元素所在行的均值，为的转置矩阵。6.根据权利要求4所述的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，其特征在于，步骤s32对协方差矩阵进行特征值分解表示为：m
h
＝uγv
t
其中，m
h
为协方差矩阵，γ为对角阵，u和v是特征向量矩阵，γ矩阵主对角线上的元素为协方差矩阵m
h
的特征值。7.根据权利要求4所述的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，其特征在于，步骤s33中多次散射光强二阶中心矩通过下式获得：其中，为多次散射光强二阶中心矩，λ
n
为协方差矩阵进行特征值分解得到的最小特征值，λ
n
‑1为协方差矩阵进行特征值分解得到的次小特征值，α和β为正实数系数，α β＝1，q＝n/t。8.根据权利要求4所述的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，其特征在于，步骤s34中单次散射光强二阶中心矩通过下式获得：其中，为单次散射光强二阶中心距，为多次散射光强二阶中心矩，为初始散射光强矩阵的二阶中心矩，γ为正实数系数，γ小于1。9.根据权利要求4所述的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，其特征在于，步骤s35单次散射光强一阶中心矩和多次散射光强一阶中心矩通过下式获得：征在于，步骤s35单次散射光强一阶中心矩和多次散射光强一阶中心矩通过下式获得：其中，为单次散射光强一阶中心矩，为的平方根，为单次散射光强二阶中心距，为多次散射光强一阶中心矩，μ为初始散射光强矩阵中像素点灰度数据的平均值。10.根据权利要求1所述的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，其特征在于，步骤s5中各个像素点的单次散射衬比度值和多次散射衬比度值通过下式获得：得：
其中，k
s
为单次散射衬比度值，为的平方根，为单次散射光强二阶中心距，k
m
为多次散射衬比度值，为的平方根，为多次散射光强二阶中心矩，为多次散射光强一阶中心矩。

技术总结
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。息。息。


技术研发人员：苗鹏
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2021.09.28
技术公布日：2021/12/3