[发明专利]基于多尺度熵的生物组织太赫兹成像方法、系统和设备

说明书

本发明公开了一种基于多尺度熵的生物组织太赫兹成像方法、系统和设备。该方法利用整个太赫兹时域光谱信号的信息，得到被测生物组织样品上各点在不同时间尺度下熵值的大小；再选取其中某个尺度下的熵值或对多个尺度下的熵值进行加和，从而重构出被测生物组织样品的太赫兹图像。本方法克服了传统的生物组织太赫兹成像方法仅利用了某个时间或频率点的光谱信息的局限性，提高了不同样品之间的成像对比度。

技术领域

本发明涉及太赫兹波的生物组织成像应用领域，特别是涉及一种基于多尺度熵的生物组织太赫兹成像方法、系统和设备。

背景技术

太赫兹波具有光子能量低、穿透性强、频谱覆盖有机和生物大分子的振动和转动能级等特性，能够发掘出全新的光谱分析和成像检测技术，在医学和生物识别领域有重要的应用前景。并且其成像设备比起磁共振成像和计算机断层扫描成像等，简单、便携，可用于医学手术的实时导航。太赫兹成像作为一种新兴的研究生物组织特性和成像识别的手段，越来越多地引起关注。

太赫兹成像已经被应用到动物组织、人体牙齿、骨骼、乳腺癌、皮肤和黑色素瘤等多种生物组织样品的成像中，用来区分不同的组织成分和辅助辨析病变组织和正常组织。已有的用于生物组织太赫兹成像的方法，主要是基于太赫兹时域信号的最大值、最小值或峰峰值，或者基于相应的进行傅里叶变换后的频谱中某一个频率点的幅度值，或者基于与参考太赫兹信号进行比对计算后得出的某一个频率点的吸收系数或折射率的大小。

但是与常见的具有典型吸收峰的生物大分子不同，生物组织在太赫兹波段没有明显的特征吸收峰，在基于以上指标进行太赫兹成像时，不同组织尤其是病变组织样本和正常组织样本之间的成像对比度有待进一步显著提高，尤其是当成像系统的信噪比较低时。并且已有的用于生物组织太赫兹成像的方法往往仅利用了某一个时间点或者频率点下的信息，整个太赫兹信号的利用率和相应的成像区分度有待进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于多尺度熵的生物组织太赫兹成像方法、系统和设备，利用整个太赫兹时域光谱信号的信息并计算其在不同时间尺度下的熵，从考虑与不同生物组织样品相互作用后太赫兹时域信号复杂性不同的角度，来显著提高不同生物组织之间的太赫兹成像对比度。

为达上述目的，具体地，本发明提供了以下的技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于多尺度熵的生物组织太赫兹成像方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、对被测样品进行二维成像，得到所述被测样品上各点的太赫兹时域信号；

步骤2、计算所述各点的太赫兹时域信号的多尺度熵，得到被测样品上各点在不同尺度下的熵值；

步骤3、选取特定尺度下的所述熵值，重构所述被测样品的太赫兹图像；该特定尺度可以是选取一个尺度，也可以是选取多个尺度，例如选取两个尺度，分别是尺度为5和尺度为10，具体选取数量，可以依据用户的比对需求进行设定；而具体选取的尺度的值，也是可以根据用户的比对需求进行调整的，此处不以此为限；

步骤4、将多个尺度下的所述熵值进行加和，重构所述被测样品的太赫兹图像。

优选地，所述步骤2中计算各点的太赫兹时域信号的多尺度熵，为首先对太赫兹时域信号在不同时间尺度下进行粗粒化处理，然后在每个尺度下计算粗粒化后的时间序列的样本熵值的均值。

优选地，所述步骤2进一步包括：步骤201、针对长度为N的所述太赫兹时域信号，分别构造尺度为1～τ_t时的粗粒化时间序列，其中，当尺度为τ时，粗粒化时间序列的个数也为τ，其中，τ_t≥2，1≤τ≤τ_t；

步骤202、在每个尺度τ下，分别计算τ个粗粒化时间序列的样本熵值，并且进一步计算在尺度为τ时的熵值；