本發(fā)明屬于組織紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)成像領(lǐng)域，尤其是涉及一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法、設(shè)備及可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、乳腺癌是女性最具威脅的惡性腫瘤，目前臨床上進(jìn)行無創(chuàng)乳腺檢查(乳腺鉬靶、彩超、磁共振等)主要是形態(tài)學(xué)的影像方法，在惡性腫瘤的早期檢測(cè)方面具有滯后性。如何在腫瘤細(xì)胞聚集成腫塊之前就將其成功檢測(cè)，是實(shí)現(xiàn)乳腺癌早篩的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。眾所周知，腫瘤細(xì)胞的無節(jié)制增殖造成局部組織的毛細(xì)血管無序增生和局部缺氧，具有“高紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、低血氧、代謝旺盛”等特征；但是另一方面，乳腺腫瘤引起的組織血液動(dòng)力學(xué)等功能性異常無法通過常規(guī)的超聲多普勒技術(shù)測(cè)出，因此無法對(duì)早期乳腺癌做出預(yù)測(cè)。近紅外散射光是實(shí)現(xiàn)血氧成像的一種傳統(tǒng)技術(shù)，該技術(shù)的原理是通過光強(qiáng)的變化來計(jì)算組織內(nèi)部的吸收系數(shù)。近年來，一種新的近紅外散射光成像技術(shù)得到了發(fā)展，稱為近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)斷層成像(sct)；sct的測(cè)量原理是紅細(xì)胞的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起光場(chǎng)的擾動(dòng)，計(jì)算光場(chǎng)的時(shí)間自時(shí)間自相關(guān)函數(shù)可以對(duì)紅細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行量化，進(jìn)而估計(jì)組織微循環(huán)的血流信息。具體過程是：數(shù)字時(shí)間自相關(guān)器將探測(cè)器采集的光子數(shù)(即光強(qiáng))進(jìn)行時(shí)間自時(shí)間自相關(guān)計(jì)算獲得歸一化的光強(qiáng)自時(shí)間自相關(guān)函數(shù)g2(τ)，進(jìn)一步，根據(jù)西格特關(guān)系，可獲得歸一化光場(chǎng)時(shí)間自時(shí)間自相關(guān)函數(shù)g1(τ)，這是用于進(jìn)行sct紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)重建計(jì)算的原始數(shù)據(jù)。

2、sct的重建算法經(jīng)歷了解析方法和有限元方法這兩個(gè)階段。其中，解析方法需要假定被測(cè)組織具有規(guī)則的幾何形狀(例如：長(zhǎng)方體)，這不適用于乳腺這類不規(guī)則形狀的組織。有限元方法需要在被測(cè)組織表面的大量位置發(fā)射和接收光子(稱為光源-探測(cè)器(s-d)陣列)，為了獲得大量的光子信息，sct系統(tǒng)將s-d陣列通過同一個(gè)鏡頭系統(tǒng)來發(fā)射和采集光子，但是大量使用的光子硬件增加了sct的設(shè)備成本。利用機(jī)械馬達(dá)在空間來掃描線性探頭可以分時(shí)、分步地采集sct數(shù)據(jù)，但是這種方式需要較長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械掃描(每步幾十秒)，嚴(yán)重延長(zhǎng)了數(shù)據(jù)采集的時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中組織紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)成像算法中數(shù)據(jù)采集耗時(shí)多，需要硬件設(shè)備成本高的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法，以大大縮短數(shù)據(jù)采集時(shí)間，而且，提高紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層影像的采集精度。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法，包括如下步驟：

3、步驟s1：建立數(shù)學(xué)模型，獲得紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)的求取方程，通過多次光開關(guān)切換獲取完整sct信號(hào)；

4、步驟s2：根據(jù)完整sct信號(hào)和紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)的求取方程，通過線性迭代的方式計(jì)算獲得紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層影像；

5、所述步驟s1具體包括以下步驟：

6、步驟s101：將待測(cè)組織分劃為多個(gè)單元；

7、步驟s102：從sct設(shè)備中，通過多次光開關(guān)切換讀取完整的歸一化光強(qiáng)時(shí)間自時(shí)間自相關(guān)曲線；

8、步驟s103：根據(jù)西格特關(guān)系轉(zhuǎn)換成歸一化光場(chǎng)時(shí)間自時(shí)間自相關(guān)曲線作為光子數(shù)據(jù)；

9、步驟s104：根據(jù)步驟s103的光子數(shù)據(jù)確定紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)的求取方程為：

10、db＝[db(1),db(2),...db(n)]t；

11、其中db為紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)，db(1),db(2),...db(n)分別表示第1、2……n個(gè)單元的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)；符號(hào)t代表矩陣的轉(zhuǎn)置，n為單元的編號(hào)。

12、所述步驟s2具體包括以下步驟：

13、步驟s201：對(duì)于任意一組光源-探測(cè)器組合，選取若干個(gè)延遲時(shí)間點(diǎn)，通過最小二乘法擬合獲得一階斜率，進(jìn)而得到一階線性方程組，該方程組共包括多個(gè)線性方程、多個(gè)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)變量；

14、步驟s202：在一階線性方程組中，執(zhí)行下列代數(shù)計(jì)算：

15、

16、其中，xcurrent代表當(dāng)前值；xupdate代表更新值；a(k,·)代表a矩陣的第k行，以上計(jì)算遍歷一階線性方程組，將得到的xupdate作為xcurrent進(jìn)行遞歸計(jì)算，直到所有的列向量xj(j＝1,...,n)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前值和更新值滿足停止遞歸并獲得一階紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)，xj為含有n個(gè)分量的列向量；

17、步驟s203：將步驟s202中獲得的一階紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)，通過最小二乘法擬合獲得二階斜率，進(jìn)而得到二階線性方程組，通過步驟s202中的目標(biāo)函數(shù)獲得二階紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)；

18、步驟s204：多次重復(fù)步驟s202至s203，依次獲得三至五階的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)db(3)…db(5)，將五階的紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)db(5)作為紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層影像。

19、此外，本發(fā)明還提供了一種電子設(shè)備，包括處理器以及與處理器通信連接，且用于存儲(chǔ)所述處理器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器，所述處理器用于執(zhí)行所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法。

20、此外，本發(fā)明還提供了一種服務(wù)器，包括至少一個(gè)處理器，以及與所述處理器通信連接的存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行如所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法。

21、此外，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法。

22、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法具有以下有益效果：

23、(1)本發(fā)明所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法，可以利用光開關(guān)切換的測(cè)量方式獲得完整的sct數(shù)據(jù)；

24、(2)本發(fā)明所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法，可以利用完整的sct數(shù)據(jù)，使用線性迭代的方式獲得紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的斷層影像，相對(duì)于現(xiàn)有的解析方法和有限元求解方法，對(duì)方程組病態(tài)性的抗干擾能力更強(qiáng)，獲得的影像結(jié)果也更穩(wěn)定。

技術(shù)特征：

1.一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法，其特征在于：所述步驟s1具體包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法，其特征在于：所述步驟s2具體包括以下步驟：

4.一種電子設(shè)備，包括處理器以及與處理器通信連接，且用于存儲(chǔ)所述處理器可執(zhí)行指令的存儲(chǔ)器，其特征在于：所述處理器用于執(zhí)行上述權(quán)利要求1-3任一所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法。

5.一種服務(wù)器，其特征在于：包括至少一個(gè)處理器，以及與所述處理器通信連接的存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有可被所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行的指令，所述指令被所述處理器執(zhí)行，以使所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1-3任一所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法。

6.一種計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種近紅外散射光時(shí)間自相關(guān)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像(SCT)方法，包括如下步驟：S1：建立數(shù)學(xué)模型，獲得紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)的求取方程，通過多次光開關(guān)切換獲取完整SCT信號(hào)；S2：根據(jù)完整SCT信號(hào)和紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)指數(shù)的求取方程，通過線性迭代的方式計(jì)算獲得紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層影像。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明利用多次光開關(guān)切換來采集完整的SCT光子信號(hào)，并通過線性迭代的方式實(shí)現(xiàn)紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)斷層成像，其抗干擾能力更強(qiáng)，獲得的影像結(jié)果也更穩(wěn)定。

技術(shù)研發(fā)人員：尚禹,桂志國(guó),吳旭升,郭維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9