寧波材料所所屬慈溪醫(yī)工所提出3D視網(wǎng)膜光學(xué)相干斷層掃描中的降噪技術(shù)
光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)（Optical Coherence Tomography，OCT）是近十年迅速發(fā)展起來的一種成像技術(shù)，它利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號，通過掃描，可得到生物組織二維或三維結(jié)構(gòu)圖像，它可以實(shí)現(xiàn)對生物組織高分辨率的非侵入層析測量，一種微米級的生物學(xué)組織橫斷面成像模式具有廣泛的應(yīng)用前景，已被廣泛用于眼科視網(wǎng)膜成像。第一代OCT是時域模式（TD-OCT）。TD-OCT在軸向掃描或A掃描中的采集可達(dá)每秒400次。在2001年，頻域OC（SD-OCT）被開發(fā)出來，它可以在一次A掃描中獲取所有的信息并使用固定鏡頭使該方法具有更快的采集速度，以至獲得的數(shù)據(jù)量大幅增加。目前的商用SD-OCT比TD-OCT的速度快了很多倍。例如，SPECTRALIS（海德堡工程，海德堡，德國），可達(dá)到每秒40000次掃描。如此之快的速度也使得3D數(shù)據(jù)成為可能。最近，拓普康已經(jīng)開發(fā)了ATLANTIS（日本拓普康公司），一個變頻源頭的OCT（SS-OCT）成像模式，其利用波長在1050nm范圍的變頻光源，具有更快的掃描速度（約為每秒100,000次）。光學(xué)相干成像的質(zhì)量對后續(xù)的圖像分析、疾病檢測具有非常重要的意義。傳統(tǒng)的二維光學(xué)相干成像常采用重疊掃描的方法來降低噪音。在最新的三維光學(xué)相干成像，由于數(shù)據(jù)采集時間的限制，無法采取重疊掃描的方法來降低噪音。類似于許多其他成像模式，OCT圖像也會受到斑點(diǎn)“噪音”的影響，這是一種粒狀“噪音”，內(nèi)在地存在于OCT中，會降低OCT的圖像質(zhì)量，影響視覺識別和診斷，增加了后續(xù)圖像自動化分析的挑戰(zhàn)難度，如各種視網(wǎng)膜層分割等。因此，減少斑點(diǎn)噪音是非常重要的。
寧波材料所所屬慈溪醫(yī)工所程駿博士在醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域頂級期刊IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING發(fā)表的論文“Speckle Reduction in 3D Optical CoherenceTomography of Retina by A-Scan Reconstruction”中提出了利用相鄰A-掃描之間的高度相似性和矩陣補(bǔ)全的方法來降低噪音，將三維OCT的問題變成一個低秩矩陣分解問題，為降噪提供優(yōu)化思路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所提出的方法在增加峰值的同時降低均方誤差信噪比和平均結(jié)構(gòu)相似性。該方法優(yōu)于其他方法如NLM、NCDF和BM4D，具有較少的偽像。并且首次證明了該方法能使得后續(xù)的圖像處理，如視網(wǎng)膜圖像的分層變得更加容易。通過未去噪的原始圖像和去噪過程的圖像對比可以看出，經(jīng)過去噪，能夠更加清晰的看出各層之間的分界線。通過對8個大型視網(wǎng)膜數(shù)據(jù)集進(jìn)行驗(yàn)證，表明該方法具有良好的降噪效果，可使自動視網(wǎng)膜層分割更準(zhǔn)確。該技術(shù)可以嵌入到當(dāng)前OCT機(jī)器來增強(qiáng)可視化的圖像質(zhì)量并方便隨后的分析，如視網(wǎng)膜層分割等，為醫(yī)生和患者提供便捷。
去噪前的原始OCT黃斑圖像和去噪后的OCT黃斑圖像
（慈溪醫(yī)工所 程駿）