CN107822600A - 应用于血管性皮肤病检测、定位的装置和***及工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置，它的样品臂包括探头外壳、把手、准直器、扫描振镜、振镜支架、透镜；其特征在于所述透镜安装在带螺纹透镜架上，所述带螺纹透镜架与探头外壳通过螺纹连接；所述探头外壳的安装透镜的一侧设置支架，支架上安装透光片，光路经过透镜和透光片。***包括样品臂、广角摄像头、参考臂、10:90的耦合器、环形器、光谱仪、计算机、红外宽带光源、红光光源。优越性：本发明在OCT‑A对血管性皮肤病的临床检测中，实现了手术前后扫描位置的一致性，同时使检测更加稳定，减少了检测中的调试时间；本发明极大增加了血管性皮肤病检测过程中的稳定性与方便性。
Description
技术领域
本发明涉及血管性皮肤病检测、定位领域，特别涉及一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置和***及工作方法。
背景技术
血管性皮肤病是皮肤美容临床常见疾病之一。最重要的是血管性皮损会使患者产生严重的心理创伤 。常见的血管性皮肤疾病主要包括：鲜红斑痣、草莓状血管瘤、海绵状血管瘤、混合性血管瘤和毛细血管扩张症等。治疗方法包括手术切除法、电烙术、冷冻、注射硬化剂等, 但这些方法对广泛性、较深的血管性皮损难以控制且副作用较多。解放军总医院激光医学科顾瑛教授发明的光动力疗法(photodynamic therapy,PDT) 既能有效消除病变，又不遗留疤痕，疗效好，副作用小。该疗法于1991年1月在临床应用并取得成功，经数千例临床治疗验证，有效率达98%以上。治疗后的病变色可完全消褪，无疤痕，在十余年的随访中未见复发。目前，光动力疗法治疗血管性皮肤疾病的疗效明显优于国内外现有的其它各种治疗手段，是一种理想的治疗方法。经过近20年对该项技术从基础到临床的***研究发现，PDT治疗血管性皮肤疾病的疗效主要取决于几个关键治疗参数即：血管直径、血管深度、血管密度及表皮层厚度。获取这三个关键治疗参数可以通过病理学活检，但其属于有创检测，活检将遗留斑痕而难于被患者接受。因此，发展一种适合于血管性皮肤疾病病理特点的无创、高精度快速成像手段一直为临床所期待。
随着光学相干断层（Optical Coherence Tomography，简称OCT）成像技术的问世，OCT以其非侵入性，高分辨和快速成像的特点在诸多领域得到了成功应用。由于OCT具备了在皮肤中穿透一定深度的成像能力，为血管性皮肤病的无创检测提供了一项新的可能的光学技术，但由于OCT只能提供结构信息，不能对血管结构实现高精度成像。近年来，随着光学微血管造影技术与OCT技术的突破，OCT微血管造影（Optical Coherence TomographyAngiography，简称OCT-A）实现了无须造影剂、高空间分辨率和快速成像的完美结合，有望为微血管疾病的诊断带来革命性的突破，具有非常广阔的应用前景。
研究表明，在OCT-A使用中，皮肤表面区域对样品臂探头反射的光过强会引起CCD相机接收信号的饱和，当样品臂反射的光功率与参考臂相近时，则干涉现象越明显，成像质量越高。若减小样品臂输出光的光功率，则影响对皮肤的探测深度。并且，在使用OCT-A进行检测时，样品臂透镜的焦点应该在皮肤表面上，每次检测时都需要重新调试，增加了很多繁琐的步骤。基于此，有必要提供一种能够提高血管性皮肤病检测精度和稳定性的装置和***。另外，在血管性皮肤病病灶区域检测中，需要扫描患者手术前和手术后的变化。为确保术前术后扫描的位置相同，有必要提供一种能够比较准确定位的装置。
在专利文献CN201310210400.0中提到一种应用于血糖检测的皮肤区域定位装置、方法及其***。利用上下板开窗区域来确定待测皮肤区域，以方便血糖的检测。然而检测过程中，对皮肤所用压力不同则可能会导致检测区域皮肤到探头中透镜的距离发生变化，不利于检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置和***及工作方法，它能够解决现有技术的不足，在OCT-A对皮肤微血管检测中，不需要反复调节透镜到皮肤的距离及角度，且有效解决了测试中由于发生相对抖动而影响图像质量的问题。另外，需要扫描患者手术前和手术后的变化时，可以准确定位。
本发明的技术方案：一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置，它的样品臂包括探头外壳、把手、准直器、扫描振镜、振镜支架、透镜；其特征在于所述透镜安装在带螺纹透镜架上，所述带螺纹透镜架与探头外壳通过螺纹连接；所述探头外壳的安装透镜的一侧设置支架，支架上安装透光片，光路经过透镜和透光片。
所述探头外壳的安装透镜的一侧安装有广角摄像头。
所述透光片采用红外增透片、玻璃片或盖玻片，所述透光片与透镜的夹角范围在2°～4°。
所述红外增透片下表面的中心处于探头中透镜的焦点处。
所述红外增透片厚0.4-0.8 mm，直径4-6cm。
一种具有应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的***，其特征在于它包括样品臂、广角摄像头、参考臂、10:90的耦合器、环形器、光谱仪、计算机、红外宽带光源、红光光源；所述红外宽带光源发出的光信号经过环形器和耦合器分成两路，10%的光进入参考臂，90%的光进入样品臂，从样品臂和参考臂返回的光在耦合器中发生干涉，形成相干光；相干光经过环形器被光谱仪采集，并且转换为模拟信号；模拟信号传输到计算机中；计算机对信号进行解调、成像；广角摄像头直接连接到计算机。
所述红光光源发出可见光传输到样品臂中，在扫描检测中起到指示作用。
所述广角摄像头直接连接到计算机，在扫描中起到术前术后扫描位置一致性的作用。
所述具有应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的***的工作方法，包括如下步骤：
步骤（1）：指示灯确定扫描的病灶部位位置，选定待测的病灶部位区域后，手持扶手，使指示光垂直对准与待测位置；
若是手术后扫描与手术前对比，则手术前扫描时拍照留档，拍照时要同时拍到正常皮肤区域和病灶部位区域；然后在手术后扫描时，通过摄像头传输到计算机中的图像进行观察，与手术前所拍摄区域进行对比，直至病灶部位区域和正常皮肤区域都可以完全相同重合，即可定位正确。手持扶手，使指示光垂直对准与待测位置；
步骤（2）：手持扶手，根据指示灯的指示，将透光片贴于皮肤的待测皮肤区域；
步骤（3）：手持扶手将透光片贴于皮肤待测区域后，旋转带螺纹透镜架，以此来调节透镜到到透光片的距离；通过观察计算机软件中的图像旋转带螺纹透镜架，使透镜的焦点正好处于透光片下表面贴于皮肤的位置；
步骤（4）：采集病灶部位位置的OCT-A三维图像：从样品臂返回的光与参考臂返回的光在耦合器中发生干涉，通过环形器被光谱仪采集，再传输到计算机中，计算机用于分析处理该三维OCT-A图像；
步骤（5）：对所采集的皮肤微血管的OCT-A三维图像进行提取和处理。
本发明的优越性：1、本发明在OCT-A对血管性皮肤病的临床检测中，实现了手术前后扫描位置的一致性，同时使检测更加稳定，减少了检测中的调试时间；本发明极大增加了血管性皮肤病检测过程中的稳定性与方便性。2、红外增透片可以使红外光的透光率达到99%以上，而其它波段的光透光率有所减弱，减少了干扰。3、红外增透片倾斜一定角度，避免样品臂反射光过强。4、在测试中，红外增透片贴于皮肤增强了探头和皮肤之间的相对稳定性。5、红外增透片使皮肤表面与透镜的距离固定，减少了测试中的调试时间。6、在OCT-A探头中加入摄像头，以摄像头连接计算机来观察血管性皮肤病附近区域进行定位，有利于扫描过程中的定位，使手术前后所扫描的位置一致。
附图说明
图1为本发明所涉应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的结构示意图；
图2为本发明所涉具有应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的***的结构示意图；
图3为一种应用于血管性皮肤病的皮肤区域提取方法过程图；
图4为本发明血流成像算法结构图；
图5为微血管图像的投影图；
图6为本发明血管性皮肤病量化分析过程图。
具体实施方式
为解决在以往OCT-A对皮肤微血管检测中，测试时需要反复调节透镜到皮肤的距离及角度，且测试中容易发生相对抖动而影响图像质量等问题。另外，在血管性皮肤病区域检测中，需要扫描患者手术前和手术后的变化。而扫描部位在脸部，无法用记号笔标出。本实施方式提供一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置和***，下面结合具体的实施例，对应用于血管性皮肤病检测、定位的装置和***进行具体的描述。
如图1，本实施方式提供的应用于血管性皮肤病检测、定位的装置包括探头外壳110、把手120、准直器130、扫描振镜140、振镜支架150、透镜160、带螺纹透镜架170、支架180、红外增透片190、广角摄像头200。注意，支架180的两端长度不同，使红外增透片190倾斜，与透镜160的夹角2°～4°，红外增透片190以螺丝钉固定于支架180上。本装置通过旋转带螺纹透镜架170来微调透镜160到红外增透片190的距离，通过广角摄像头200进行术前术后定位。
将红外增透片190以支架180支撑倾斜2°～4°固定于支架180上，使红外增透片190下表面（与皮肤接触面）中心处于探头中透镜160的焦点处。红外增透片190厚约0.5 mm，直径约5cm，可以使红外光的透光率达到99%以上，而其它波段的光透光率有所减弱，减少了干扰。红外增透片190倾斜2°～4°，避免样品臂反射光过强。在测试中，红外增透片190贴于皮肤增强了探头和皮肤之间的相对稳定性。红外增透片190使皮肤表面与透镜的距离固定，减少了测试中的调试时间。在OCT-A探头中加入摄像头，以摄像头连接计算机来观察血管性皮肤病附近区域进行定位，有利于扫描过程中的定位，使手术前后所扫描的位置一致。
如图2，本实施方式提供的应用于血管性皮肤病检测、定位的***包括样品臂100、广角摄像头200、参考臂300、10:90的耦合器400、环形器500、光谱仪600、计算机700、红外宽带光源800、红光光源900。红外宽带光源800发出的光信号经过环形器500和耦合器400分成两路，10%的光进入可调节参考臂300，90%的光进入可调节样品臂100。从样品臂和参考臂返回的光在耦合器400中发生干涉，形成相干光；相干光经过环形器500被光谱仪600采集，并且转换为模拟信号；模拟信号传输到计算机700中；计算机对信号进行解调、成像。红光光源900发出可见光传输到样品臂100中，在扫描检测中起到指示作用。广角摄像头直接连接到计算机700，在扫描中起到术前术后扫描位置一致性的作用。
下面，我们结合上述应用于血管性皮肤病检测装置和***对应用于血管性皮肤病的肤区域提取方法进行描述。
如图3所示，本实施方式提供的应用于血管性皮肤病的肤区域提取方法，以鲜红斑痣为例，包括如下步骤：
步骤S110、指示灯确定扫描的鲜红斑痣位置。选定待测的鲜红斑痣区域后，手持扶手120，使指示光垂直对准与待测位置。若是手术后扫描与手术前对比，则手术前扫描时拍照留档，拍照时要同时拍到正常皮肤区域和鲜红斑痣区域；然后在手术后扫描时，通过摄像头200传输到计算机700中的图像进行观察，与手术前所拍摄区域进行对比，直至鲜红斑痣区域和正常皮肤区域都可以完全相同重合，即可定位正确。手持扶手120，使指示光垂直对准与待测位置。
步骤S120、将红外增透片190贴于皮肤位置。手持扶手120，根据指示灯的指示，将红外增透片190贴于皮肤的待测皮肤区域。这样会使样品臂100与皮肤待测区域之间的相对抖动减小，提高了检测过程中的稳定性。注意，红外增透片190对皮肤的压力不要太大，否则对皮肤产生压力引起皮肤内部微血管的变化。
步骤S130、旋转透镜架微调透镜位置。手持扶手120将红外增透片190贴于皮肤待测区域后，旋转带螺纹透镜架170，以此来调节透镜160到到红外增透片190的距离。通过观察计算机软件中的图像旋转带螺纹透镜架170，使透镜的焦点正好处于红外增透片190下表面贴于皮肤的位置。只在第一次检测的时候调试红外增透片190的位置，固定后每次检测时，不需要再调试，极大缩短了检测中的采样时间。
步骤S140、采集鲜红斑痣位置的OCT-A三维图像。请参考图2，在本实施方式中，还提供了一种应用于血管性皮肤病检测的皮肤区域定位***。从样品臂100返回的光与参考臂300返回的光在耦合器400中发生干涉，通过环形器500被光谱仪600采集，再传输到计算机700中。计算机700用于分析处理该三维OCT-A图像。利用样品臂100扫描时，需要保证OCT-A的扫描区域在红外增透片190的范围之内。这些OCT-A三维数据将传给计算机700进行分析处理。
步骤S150、对所采集的皮肤微血管的OCT-A三维图像进行提取和处理。由于步骤S140中得到的OCT-A三维数据既包括待测区域皮肤微血管的OCT-A三维数据，还包括皮肤表层的三维数据， 因此，我们需要从OCT-A三维数据中提取出待测区域皮肤微血管的OCT-A三维数据。另外，步骤S140中得到的OCT-A三维数据只是初步采集到的数据，我们需要利用 图像处理技术对其进行进一步的处理。具体步骤如下：
步骤S151，如图4所示，本部分是应用于鲜红斑痣检测、定位的装置和***中血流成像算法的一种实施方式。其中包括：内存数据51，标定算法重采样52，功率谱计算53，生成连续图像54，血流成像算法参数设置55，血流算法处理56，enface处理算法57，血流图像61，采样后数据58，功率原始数据59，图像数据60。具体描述为下：
生成连续图像：在求取血流算法数据之前，需要在完整的连续的图像数据。这些数据应是在每个位置上都有超过或者包含5帧以上的影像数据。
血流成像算法参数设置：需要分别对组织结构图像，血流图像和归一化血流图像的阈值范围进行设置。对于通过重采样获取的数据影像，需要设置标定参数。
血流造影算法处理：OCT-A微血管造影算法是一种新型血管成像算法。其不需要造影剂，成像分辨率高，无创性等特点在医学应用上具有广泛前景。造影算法的基本原理：因为皮肤或者其它组织部位是静止的，而血流是运动的。所以根据相邻帧之间的差异通过相减的方式，得到便可得到血流信息。
Enface处理：对所有的计算得到血流特征信息B-frame数据拼接成矩形体数据，然后利用最强投影算法得到分布的血流分布信息。
血流图像：由enface算法求得的血流分布图像。
图像数据：此处所指的图像数据是指在扫描范围内获得大量图像并且在每一个位置上都有5张或以上的扫描数据。
算法通道：内存数据和标定算法重采样连接，标定算法重采样和功率谱计算连接，功率谱计算和生成连续帧计算连接，生成连续图像和血流成像算法参数设置连接，血流成像算法参数设置连接和血流造影算法处理连接，血流造影算法处理和enface处理连接，enface处理和血流图像连接。同时与之并行的数据通道，内存数据和采样后数据连接，采样后数据和功率原始数据连接，功率原始数据和图像数据连接，图像数据和血流图像连接。
具体实施方式如下：内存数据经过标定算法重采样后得到采样后数据，采样后数据经过功率谱计算得到功率原始数据。功率原始数据经生成连续帧计算算法，获得连续的图像数据。然后利用获取的血流成像算法对连续图像数据计算血流特征，然后进一步利用enface算法求取血流分布特征。如图5为3D微血管图像的投影图。
步骤S152，如图6所示，本图是用于一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置和***中量化分析模块中一种实施方式。其中包括：皮肤血流造影成像71，图像预处理72，血管轮廓提取73，血管直径尺寸74，复杂度分布75，密度分布76，统计分析77，鲜红斑痣恢复情况78。
血管轮廓提取：可以使用基于阈值分割方法也可以是基于梯度的分隔方法，提取血管的轮廓。阈值可借助灰度直方图和戴帽滤波方法结合提取。基于梯度分隔方法可结合距离变换或者形态学方法提取。
血管直径尺寸：血管在不同位置的直径长度。血管直径尺寸提取采用多尺度方法。
密度分布：不同单位区域内血管面积ρ。采用积分法计算单位区域面积内的血管面积，不同区域血管密度分布不同，所以血管密度分布ρ为变量。
复杂度分布：定义血管在单位区域内的面积为ρ,单位区域内的长度为H,则复杂度为单位区域面积与单位区域长度比值：ρ/H
统计分析：分时间阶段分析统计血流参数变换和皮肤恢复性研究关系。
创伤恢复情况：基于统计分析的结果，结合临床经验判断，得出创伤恢复结论。
本实例具体实施流程控制为:血流造影成像通过图像预处理后，再通过血管分隔算法，得到血管轮廓图像。下一步，进行血管直径尺寸提取，复杂度分布计算和密度分布计算。通过对这三者参数进行阶段统计分析，可以研究鲜红斑痣恢复情况。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置，它的样品臂包括探头外壳、把手、准直器、扫描振镜、振镜支架、透镜；其特征在于所述透镜安装在带螺纹透镜架上，所述带螺纹透镜架与探头外壳通过螺纹连接；所述探头外壳的安装透镜的一侧设置支架，支架上安装透光片，光路经过透镜和透光片。
2.根据权利要求1所述一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置，其特征在于所述探头外壳的安装透镜的一侧安装有广角摄像头。
3.根据权利要求1所述一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置，其特征在于所述透光片采用红外增透片、玻璃片或盖玻片，所述透光片与透镜的夹角范围在2°～4°。
4.根据权利要求1所述一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置，其特征在于所述透光片采用红外增透片，红外增透片下表面的中心处于探头中透镜的焦点处。
5.根据权利要求4所述一种应用于血管性皮肤病检测、定位的装置，其特征在于所述红外增透片厚0.4-0.8 mm，直径4-6cm。
6.一种具有权利要求1至5任意一项所述应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的***，其特征在于它包括样品臂、广角摄像头、参考臂、10:90的耦合器、环形器、光谱仪、计算机、红外宽带光源、红光光源；所述红外宽带光源发出的光信号经过环形器和耦合器分成两路，10%的光进入参考臂，90%的光进入样品臂，从样品臂和参考臂返回的光在耦合器中发生干涉，形成相干光；相干光经过环形器被光谱仪采集，并且转换为模拟信号；模拟信号传输到计算机中；计算机对信号进行解调、成像；广角摄像头直接连接到计算机。
7.根据权利要求6所述一种具有应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的***，其特征在于所述红光光源发出可见光传输到样品臂中，在扫描检测中起到指示作用。
8.根据权利要求6所述一种具有应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的***，其特征在于所述广角摄像头直接连接到计算机，在扫描中起到术前术后扫描位置一致性的作用。
9.根据权利要求6所述一种具有应用于血管性皮肤病检测、定位的装置的***，其特征在于它的工作方法包括如下步骤：
步骤（1）：指示灯确定扫描的病灶部位位置，选定待测的病灶部位区域后，手持扶手，使指示光垂直对准与待测位置；
若是手术后扫描与手术前对比，则手术前扫描时拍照留档，拍照时要同时拍到正常皮肤区域和病灶部位区域；然后在手术后扫描时，通过摄像头传输到计算机中的图像进行观察，与手术前所拍摄区域进行对比，直至病灶部位区域和正常皮肤区域都可以完全相同重合，即可定位正确，手持扶手，使指示光垂直对准与待测位置；
步骤（2）：手持扶手，根据指示灯的指示，将透光片贴于皮肤的待测皮肤区域；
步骤（3）：手持扶手将透光片贴于皮肤待测区域后，旋转带螺纹透镜架，以此来调节透镜到到透光片的距离；通过观察计算机软件中的图像旋转带螺纹透镜架，使透镜的焦点正好处于透光片下表面贴于皮肤的位置；
步骤（4）：采集病灶部位位置的OCT-A三维图像：从样品臂返回的光与参考臂返回的光在耦合器中发生干涉，通过环形器被光谱仪采集，再传输到计算机中，计算机用于分析处理该三维OCT-A图像；
步骤（5）：对所采集的皮肤微血管的OCT-A三维图像进行提取和处理。
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