CN107320112B - 微循环的多参数成像检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微循环的多参数成像检测方法，包括：启动双波长激光系统以发出两个具有相同偏振方向的线偏振激光；将两个线偏振激光垂直照射到被测组织；收集从被测组织内部经过多次散射后返回的光线，得到被测组织的第一成像；根据照射光的波长，将第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像；分别对第一通道成像与第二通道成像进行光电转换，获取第一通道成像数字图像信号与第二通道成像数字图像信号；对第一通道成像数字图像信号及第二通道成像数字图像信号进行处理以获得二维血流图和组织活力指数图。本发明能通过单个成像系统同时检测肢端微循环的血流速度及红细胞浓度。本发明还公开了一种微循环的多参数成像检测装置。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学成像技术领域，具体涉及微循环的多参数成像检测方法及装置。
背景技术
微循环是指微动脉与微静脉之间的血液循环，是人体循环系统中最基层的结构和功能单元，也是人体血液与各组织、细胞进行物质交换的途径。人体的每个器官和组织细胞主要由微循环提供氧气、养料和输送能量，排出二氧化碳以及代谢废物。而红细胞是血液中数量最多的细胞，占血细胞总数的99％，作为人体体内通过血液输送氧气的主要媒介，因而，红细胞多个参数的检测对判断人体体内组织的健康状况及疾病的治疗有着重要的指导和辅助作用。
很多重症患者在接收长期治疗时，由于血液循环功能有所下降，且手指脚趾长期无法活动，使得患者的肢端供血不足，如果处理不及时将引起组织坏死。然而在现有技术中，一般的光学成像技术无法对甲襞区域以外的微循环进行成像，且有些光学成像系统用途单一，如激光散斑成像系统，虽能反映大视场的微循环血液流动性，但对红细胞浓度变化的检测并不敏感，在临床检测中的作用十分有限。
发明内容
本发明实施例提供一种微循环的多参数成像检测方法及装置，能通过单个成像系统同时检测肢端微循环的血流速度及红细胞浓度，且能在非接触的情况下检测甲襞区域以外的肢端组织，操作简单。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种微循环的多参数成像检测方法，包括：
启动双波长激光系统以发出具有相同偏振方向的第一线偏振激光以及第二线偏振激光；其中，所述第一线偏振激光的波长在红光或近红光波段范围内，所述第二线偏振激光的波长在绿光波段范围内；
将所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光垂直照射到被测组织；
收集从所述被测组织表面反射回来的光线和所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线，并滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像；
根据所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的波长，将所述第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像；其中，所述第一通道成像是由所述第一线偏振激光照射所述被测组织得到的，所述第二通道成像是由所述第二线偏振激光照射所述被测组织得到的；
分别对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换，获取所述第一通道成像数字图像信号与所述第二通道成像数字图像信号；
对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，以及对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
在一种可选的实施方式中，所述对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，具体为：
利用N*N大小的滑动窗，根据公式(Ⅰ)对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行遍历，得到每一滑动窗内像素灰度集的空间统计量K，
其中，N为滑动窗一边长的像素个数，Ii为滑动窗内第i个像素的灰度值，
为滑动窗内所有像素的平均灰度值；
根据公式(Ⅱ)计算每一滑动窗内中心像素的血流值V(x,y)，
V(x,y)＝b/K2(x,y) (Ⅱ)
其中，b为校准系数，x、y分别代表该像素在图像中的坐标；
以每个像素对应的血流值V(x,y)为灰度，构建所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号对应的二维血流图，即获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：根据每一帧的所述二维血流图中每个像素对应的血流值V(x,y)，计算出该帧二维血流图的平均血流值，并根据所述每一帧的时间顺序得出所述被测组织的平均血流值变化趋势线。
在一种可选的实施方式中，所述对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图，具体为：
对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号根据公式(Ⅲ)进行差分运算，得到第一组织活力指数M，
其中，Mred、Mgreen分别为所述第一通道成像数字图像信号的矩阵和所述第二通道成像数字图像信号的矩阵，k为红细胞对所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的吸收差异系数，Kgain为系统常数；
对所述第一组织活力指数M根据公式(Ⅳ)进行线性修正，得到第二组织活力指数TiVi，
TiVi＝Me-p*M (Ⅳ)
其中，p为经验因子；
根据所述第二组织活力指数TiVi得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
在一种可选的实施方式中，所述根据所述第二组织活力指数TiVi得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图，具体为：
根据所述第二组织活力指数TiVi得到所述被测组织的第二成像，对所述第二成像进行伪彩色编码后，得到表征所述被测组织红细胞浓度的组织活力指数图。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：根据每一帧的所述组织活力指数图对应的第二组织活力指数TiVi，计算出该帧组织活力指数图的红细胞浓度平均值，并根据所述每一帧的时间顺序得出所述被测组织的红细胞浓度平均值变化趋势线。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：对于一组织区域M,分别计算在不同时刻t0与t1的所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，并通过方程式(Ⅴ)计算出所述被测组织的氧合血红蛋白的浓度变化量ΔCoh以及还原血红蛋白的浓度变化量ΔCdoh，
其中，I(M,λred,t1)、I(M,λred,t0)、I(M,λgreen,t1)、I(M,λgreen,t0)分别为在t1与t0时刻所述第一通道成像数字图像信号及所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，εoh(red)、εoh(green)、εdoh(red)、εdoh(green)分别为氧合血红蛋白与还原血红蛋白对所述第一线偏振激光的消光系数及所述第二线偏振激光的消光系数。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：根据时间顺序分别对所述被测组织的氧合血红蛋白的浓度变化量ΔCoh以及还原血红蛋白的浓度变化量ΔCdoh进行排序，得到所述被测组织的血氧浓度变化趋势线。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：计算所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，并根据所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值计算出所述被测组织的脉搏血氧饱和度。
为了实现相同的目的，本发明另一方面提供了一种微循环的多参数成像检测装置，包括：双波长激光系统、光学成像探头、检偏器、分光镜、成像接收系统以及信号处理器；
所述双波长激光系统用于发出具有相同偏振方向的第一线偏振激光以及第二线偏振激光，所述第一线偏振激光的波长在红光或近红光波段范围内，所述第二线偏振激光的波长在绿光波段范围内；并将所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光垂直照射到被测组织；
所述光学成像探头用于收集从所述被测组织表面反射回来的光线和所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线，并传输至所述检偏器；
所述检偏器的偏振方向与所述第一线偏振激光及所述第二线偏振激光的偏振方向相互垂直，用于滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像，并将所述第一成像传输至所述分光镜；
所述分光镜用于根据所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的波长，将所述第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像；其中，所述第一通道成像是由所述第一线偏振激光照射所述被测组织得到的，所述第二通道成像是由所述第二线偏振激光照射所述被测组织得到的，并分别将所述第一通道成像与所述第二通道成像传输至所述成像接收系统；
所述成像接收系统包括两个相同的成像接收器，两个相同的所述成像接收器分别用于对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换，获取所述第一通道成像数字图像信号与所述第二通道成像数字图像信号，并将所述第一通道成像数字图像信号以及所述第二通道成像数字图像信号传输至所述信号处理器；
所述信号处理器用于执行所述微循环的多参数成像检测方法，对所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以得到表征所述被测组织的血流速度的二维血流图以及表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：本发明提供了一种微循环的多参数成像检测方法及装置，利用两种不同波长的线偏振激光作为照射光源，对被测组织进行照射，并收集被测组织内部散射回来的光线，再根据激光光源的波长对散射回来的光线进行分离，利用两个相同的成像接收器接收不同波长的光线，得到被测组织的两个光通道成像，通过对其中一个光通道成像进行处理，得到表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，并通过对同一时刻采集到的两个光通道成像进行处理，得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图；本发明实施例的微循环的多参数成像检测方法及装置能通过单个成像系统同时检测肢端微循环的血流速度及红细胞浓度，且能在非接触的情况下检测甲襞区域以外的肢端组织，操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的微循环的多参数成像检测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的微循环的多参数成像检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种微循环的多参数成像检测方法的流程示意图。在本发明实施例中，所述微循环的多参数成像检测方法包括：
S1、启动双波长激光系统以发出具有相同偏振方向的第一线偏振激光以及第二线偏振激光；其中，所述第一线偏振激光的波长在红光或近红光波段范围内，所述第二线偏振激光的波长在绿光波段范围内；
S2、将所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光垂直照射到被测组织；
S3、收集从所述被测组织表面反射回来的光线和所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线，并滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像；
S4、根据所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的波长，将所述第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像；其中，所述第一通道成像是由所述第一线偏振激光照射所述被测组织得到的，所述第二通道成像是由所述第二线偏振激光照射所述被测组织得到的；
S5、分别对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换，获取所述第一通道成像数字图像信号与所述第二通道成像数字图像信号；
S6、对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，以及对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
本发明实施例的工作原理是：利用两个偏振方向相同、波长不同的线偏振激光垂直照射到所述被测组织，滤除从所述组织表面反射回来的未携带微循环信息的光线，得到表征所述被测组织内部的所述第一成像；根据照射光的波长对所述第一成像进行分离，得到第一通道成像与第二通道成像；由于红细胞对不同波长的光具有不同的吸收特性，具体为：红细胞对红光吸收较多，对绿光吸收较少；而周围组织对不同波长的光的吸收特性并不存在太大差异；因此，所述第一通道成像与所述第二通道成像均携带有被测组织微循环中红细胞信息，对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换、数据处理，能获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，以及表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
优选地，在步骤S1中，所述第一线偏振激光的波长为780nm，所述第二线偏振激光的波长为530nm。
在一种可选的实施方式中，在步骤S3中，所述滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像的方法具体为：利用偏振方向与所述第一线偏振激光垂直的检偏器，滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像。
所述检偏器的偏振方向与所述第一线偏振激光的偏振方向垂直，即也与所述第二线偏振激光的偏振方向垂直，实现正交偏振光对微循环进行成像。下面将简述所述第一线偏振激光的成像原理：所述第一线偏振激光照射被测组织时，一部分偏振光直接由所述被测组织表面反射，反射后的此部分偏振光的偏振态不会发生改变；另一部分偏振光则穿过所述被测组织投射入组织内部，此部分的偏振光在所述组织内部发生散射，在任意一次散射中，所述偏振光的偏振态都有可能发生改变，因而入射到所述组织内部的线偏振激光在经过多次散射后去极化成为非偏振光，这些去极化的非偏振光在人体组织中经过多次散射后返回组织表面。可以理解，从所述被测组织表面反射回来的光线不携带微循环信息，从所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线携带微循环信息；当从所述被测组织表面反射回来的光线和所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线经过所述检偏器时，由于所述检偏器的偏振方向与所述第一线偏振激光的偏振方向是相互垂直的，因此所述检偏器能将从所述被测组织表面反射回来的不携带微循环信息的光线滤除，并保留从所述被测组织内部经过多次散射后返回的携带微循环信息的光线，得到表征所述被测组织内部的第一成像。所述第二线偏振激光的成像原理与所述第一线偏振激光的成像原理相同，此处将不再赘述。
在一种可选的实施方式中，在步骤S4具体为：根据所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的波长，利用分光镜将所述第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像。分光镜的工作原理是本领域技术人员的公知常识，此处将不再赘述。
在一种可选的实施方式中，在步骤S5具体为：通过两个完全相同的成像接收器分别对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换，获取所述第一通道成像数字图像信号与所述第二通道成像数字图像信号。
所述成像接收器为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器或CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)。
在一种可选的实施方式中，所述对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，具体为：
利用N*N大小的滑动窗，根据公式(Ⅰ)对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行遍历，得到每一滑动窗内像素灰度集的空间统计量K，
其中，N为滑动窗一边长的像素个数，Ii为滑动窗内第i个像素的灰度值，
为滑动窗内所有像素的平均灰度值；
根据公式(Ⅱ)计算每一滑动窗内中心像素的血流值V(x,y)，
V(x,y)＝b/K2(x,y) (Ⅱ)
其中，b为校准系数，x、y分别代表该像素在图像中的坐标；
以每个像素对应的血流值V(x,y)为灰度，构建所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号对应的二维血流图，即获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图。
可以理解的是，由于对所述被测组织的检测是连续的、实时的，因而所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号为视频信号，因而对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号的每一帧均需进行上述处理，以获得每一帧的所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号对应的二维血流图，实现微循环血流速度的实时检测。
优选地，通过对所述第一通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图。由于波长在红光波段或近红光波段的光比波长在绿光波段的光对生物组织有更强的穿透力，因此，优选对所述第一通道成像数字图像信号进行处理以获取所述被测组织的二维血流图。
在一种可选的实施方式中，所述滑动窗的大小为5*5或7*7。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：根据每一帧的所述二维血流图中每个像素对应的血流值V(x,y)，计算出该帧二维血流图的平均血流值，并根据所述每一帧的时间顺序得出所述被测组织的平均血流值变化趋势线。所述平均血流值变化趋势线反映所述被测组织在一定时间内的平均血流值的变化情况。
在一种可选的实施方式中，所述对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图，具体为：
对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号根据公式(Ⅲ)进行差分运算，得到第一组织活力指数M，
其中，Mred、Mgreen分别为所述第一通道成像数字图像信号的矩阵和所述第二通道成像数字图像信号的矩阵，k为红细胞对所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的吸收差异系数，Kgain为系统常数；
对所述第一组织活力指数M根据公式(Ⅳ)进行线性修正，得到第二组织活力指数TiVi，
TiVi＝Me-p*M (Ⅳ)
其中，p为经验因子；
根据所述第二组织活力指数TiVi得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
所述第一通道成像数字图像信号的矩阵和所述第二通道成像数字图像信号的矩阵分别从所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号中直接得到；所述第二组织活力指数TiVi的数值大小与所述被测组织微循环的红细胞浓度相对应，因此能根据所述第二组织活力指数TiVi得到所述被测组织的组织活力指数图。通过公式(Ⅰ)和公式(Ⅱ)依次对所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行差分运算、线性修正后，将所述被测组织中不含红细胞的周围组织被过滤掉，所述被测组织微循环的红细胞凸显出来，进而得到表征所述被测组织微循环的红细胞浓度的组织活力指数图。
由于对所述被测组织的检测是连续的、实时的，因而所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号为视频信号，因而对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行上述处理，即对所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号对应帧进行上述处理，以获得每一帧对应的组织活力指数图，实现微循环红细胞浓度的实时检测。
在一种可选的实施方式中，所述根据所述第二组织活力指数TiVi得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图，具体为：
根据所述第二组织活力指数TiVi得到所述被测组织的第二成像，对所述第二成像进行伪彩色编码后，得到表征所述被测组织红细胞浓度的组织活力指数图。
为了使成像结果更加直观，对所述第二成像进行伪彩色编码，得到彩色的组织活力指数图，所述伪彩色编码的技术为本领域技术人员的公知常识，此处将不再赘述。优选地，所述方法还包括生成能反映所述组织活力指数图中成像颜色相对应的红细胞浓度数值的颜色对照表，以使操作者能更直观地看出所述被测组织微循环的红细胞浓度数值。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：根据每一帧的所述组织活力指数图对应的第二组织活力指数TiVi，计算出该帧组织活力指数图的红细胞浓度平均值，并根据所述每一帧的时间顺序得出所述被测组织的红细胞浓度平均值变化趋势线。所述红细胞浓度平均值变化趋势线反映所述被测组织在一定时间内的红细胞浓度平均值的变化情况。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：对于一组织区域M,分别计算在不同时刻t0与t1的所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，并通过方程式(Ⅴ)计算出所述被测组织的氧合血红蛋白的浓度变化量ΔCoh以及还原血红蛋白的浓度变化量ΔCdoh，
其中，I(M,λred,t1)、I(M,λred,t0)、I(M,λgreen,t1)、I(M,λgreen,t0)分别为在t1时刻所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值、在t0时刻所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值、在t1时刻所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值以及在t0时刻所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，εoh(red)、εoh(green)、εdoh(red)、εdoh(green)分别为氧合血红蛋白对所述第一线偏振激光的消光系数、氧合血红蛋白对所述第二线偏振激光的消光系数、还原血红蛋白对所述第一线偏振激光的消光系数以及还原血红蛋白对所述第二线偏振激光的消光系数。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：根据时间顺序分别对所述被测组织的氧合血红蛋白的浓度变化量ΔCoh以及还原血红蛋白的浓度变化量ΔCdoh进行排序，得到所述被测组织的血氧浓度变化趋势线。所述红血氧浓度变化趋势线反映所述被测组织在一定时间内的血氧浓度的变化情况。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：计算所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，得到所述第一通道成像数字图像信号的像素灰度均值波形以及所述第二通道成像数字图像信号的像素灰度均值波形，分别对所述第一通道成像数字图像信号的像素灰度均值波形以及所述第二通道成像数字图像信号的像素灰度均值波形进行滤波、消除基线漂移后，得到所述第一通道成像数字图像信号的像脉搏波信号以及所述第二通道成像数字图像信号的脉搏波信号，并根据所述第一通道成像数字图像信号的像脉搏波信号以及所述第二通道成像数字图像信号的脉搏波信号计算出所述被测组织的脉搏血氧饱和度。
为了实现相同的目的，本发明另一方面提供了一种微循环的多参数成像检测装置，包括：双波长激光系统101、光学成像探头102、检偏器103、分光镜104、成像接收系统105以及信号处理器106；
所述双波长激光系统101用于发出具有相同偏振方向的第一线偏振激光以及第二线偏振激光，所述第一线偏振激光的波长在红光或近红光波段范围内，所述第二线偏振激光的波长在绿光波段范围内；并将所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光垂直照射到被测组织；
所述光学成像探头102用于收集从所述被测组织表面反射回来的光线和所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线，并传输至所述检偏器103；
所述检偏器103的偏振方向与所述第一线偏振激光及所述第二线偏振激光的偏振方向相互垂直，用于滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像，并将所述第一成像传输至所述分光镜104；
所述分光镜104用于根据所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的波长，将所述第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像；其中，所述第一通道成像是由所述第一线偏振激光照射所述被测组织得到的，所述第二通道成像是由所述第二线偏振激光照射所述被测组织得到的，并分别将所述第一通道成像与所述第二通道成像传输至所述成像接收系统105；
所述成像接收系统105包括两个相同的成像接收器，两个相同的所述成像接收器分别用于对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换，获取所述第一通道成像数字图像信号与所述第二通道成像数字图像信号，并将所述第一通道成像数字图像信号以及所述第二通道成像数字图像信号传输至所述信号处理器106；
所述信号处理器106用于执行所述微循环的多参数成像检测方法，对所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以得到表征所述被测组织的血流速度的二维血流图以及表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
具体地，所述信号处理器106包括第一运算模块及第二运算模块；所述第一运算模块用于对对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图；所述第二运算模块用于对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
在一种可选的实施方式中，所述信号处理器106还包括用于计算每一帧所述二维血流图的平均血流值的第三运算模块。
在一种可选的实施方式中，所述信号处理器106还包括用于计算每一帧所述组织活力指数图的红细胞浓度平均值的第四运算模块。
在一种可选的实施方式中，所述信号处理器106还包括用于计算所述氧合血红蛋白的浓度变化量以及所述还原血红蛋白的浓度变化量的第五运算模块。
在一种可选的实施方式中，所述信号处理器106还包括用于计算所述脉搏血氧饱和度的第六运算模块。
本发明实施例的循环的多参数成像检测装置的基本工作原理与所述循环的多参数成像检测方法相同，此处将不再赘述。
在一种可选的实施方式中，所述双波长激光系统101包括双波长激光光源1011与起偏器1012，所述双波长激光光源1011用于发出两个不同波长的激光，所述起偏器1012设置在所述双波长激光光源1011的光路前进方向上，用于将所述双波长激光光源1011发出的激光转换为线偏振激光。
在一种可选的实施方式中，所述成像接收器为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。
在一种可选的实施方式中，所述微循环的多参数成像检测装置还包括报警装置，所述报警装置用于在检测到所述平均血流值变化趋势线、所述红细胞浓度平均值变化趋势线或所述血氧浓度变化趋势线在一段时间内持续呈现下降趋势，或所述平均血流值变化趋势线、所述红细胞浓度平均值变化趋势线和所述血氧浓度变化趋势线均呈现下降趋势时，发出警报。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：本发明提供了一种微循环的多参数成像检测方法及装置，利用两种不同波长的线偏振激光作为照射光源，对被测组织进行照射，并收集被测组织内部散射回来的光线，再根据激光光源的波长对散射回来的光线进行分离，利用两个相同的成像接收器接收不同波长的光线，得到被测组织的两个光通道成像，通过对其中一个光通道成像进行处理，得到表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，并通过对同一时刻采集到的两个光通道成像进行处理，得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图；本发明实施例的微循环的多参数成像检测方法及装置能通过单个成像系统同时检测肢端微循环的血流速度及红细胞浓度，且能在非接触的情况下检测甲襞区域以外的肢端组织，操作简单；进一步地，本发明实施例还能实现氧合血红蛋白浓度变化量、还原血红蛋白浓度变化量以及脉搏血氧饱和度的检测；进一步地，本发明实施例还通过变化趋势线呈现各个检测参数的变化情况。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，包括：
启动双波长激光系统以发出具有相同偏振方向的第一线偏振激光以及第二线偏振激光；其中，所述第一线偏振激光的波长在红光或近红光波段范围内，其波长为780nm，所述第二线偏振激光的波长在绿光波段范围内，其波长为530nm；
将所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光垂直照射到被测组织；
收集从所述被测组织表面反射回来的光线和所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线，并滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像；
根据所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的波长，将所述第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像；其中，所述第一通道成像是由所述第一线偏振激光照射所述被测组织得到的，所述第二通道成像是由所述第二线偏振激光照射所述被测组织得到的；
分别对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换，获取第一通道成像数字图像信号与第二通道成像数字图像信号；
对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，对同一时刻采集的所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号根据公式(Ⅲ)进行差分运算，得到第一组织活力指数M，
其中，Mred、Mgreen分别为所述第一通道成像数字图像信号的矩阵和所述第二通道成像数字图像信号的矩阵，k为红细胞对所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的吸收差异系数，Kgain为系统常数；
对所述第一组织活力指数M根据公式(Ⅳ)进行线性修正，得到第二组织活力指数TiVi，
TiVi＝Me-p*M (Ⅳ)
其中，p为经验因子；
根据所述第二组织活力指数TiVi得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
2.如权利要求1所述的微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，所述对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行处理以获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图，具体为：
利用N*N大小的滑动窗，根据公式(Ⅰ)对所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号进行遍历，得到每一滑动窗内像素灰度集的空间统计量K，
其中，N为滑动窗一边长的像素个数，Ii为滑动窗内第i个像素的灰度值，
为滑动窗内所有像素的平均灰度值；
根据公式(Ⅱ)计算每一滑动窗内各像素的血流值V(x,y)，
V(x,y)＝b/K2(x,y) (Ⅱ)
其中，b为校准系数，x、y分别代表该像素在图像中的坐标；
以每个像素对应的血流值V(x,y)为灰度，构建所述第一通道成像数字图像信号或所述第二通道成像数字图像信号对应的二维血流图，即获得表征所述被测组织的血流速度的二维血流图。
3.如权利要求2所述的微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，所述方法还包括：根据每一帧的所述二维血流图中每个像素对应的血流值V(x,y)，计算出该帧二维血流图的平均血流值，并根据所述每一帧的时间顺序得出所述被测组织的平均血流值变化趋势线。
4.如权利要求1所述的微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，所述根据所述第二组织活力指数TiVi得到表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图，具体为：
根据所述第二组织活力指数TiVi得到所述被测组织的第二成像，对所述第二成像进行伪彩色编码后，得到表征所述被测组织红细胞浓度的组织活力指数图。
5.如权利要求1所述的微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，所述方法还包括：根据每一帧的所述组织活力指数图对应的第二组织活力指数TiVi，计算出该帧组织活力指数图的红细胞浓度平均值，并根据所述每一帧的时间顺序得出所述被测组织的红细胞浓度平均值变化趋势线。
6.如权利要求1所述的微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，所述方法还包括：对于一组织区域M,分别计算在不同时刻t0与t1的所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，并通过方程式(Ⅴ)计算出所述被测组织的氧合血红蛋白的浓度变化量ΔCoh以及还原血红蛋白的浓度变化量ΔCdoh，
其中，I(M,λred,t1)、I(M,λred,t0)、I(M,λgreen,t1)、I(M,λgreen ,t0)分别为在t1与t0时刻所述第一通道成像数字图像信号及所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，εoh(red)、εoh(green)、εdoh(red)、εdoh(green)分别为氧合血红蛋白与还原血红蛋白对所述第一线偏振激光的消光系数及所述第二线偏振激光的消光系数。
7.如权利要求6所述的微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，所述方法还包括：根据时间顺序分别对所述被测组织的氧合血红蛋白的浓度变化量ΔCoh以及还原血红蛋白的浓度变化量ΔCdoh进行排序，得到所述被测组织的血氧浓度变化趋势线。
8.如权利要求1所述的微循环的多参数成像检测方法，其特征在于，所述方法还包括：计算所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值，并根据所述第一通道成像数字图像信号的像素平均灰度值和所述第二通道成像数字图像信号的像素平均灰度值计算出所述被测组织的脉搏血氧饱和度。
9.一种微循环的多参数成像检测装置，其特征在于，包括：双波长激光系统、光学成像探头、检偏器、分光镜、成像接收系统以及信号处理器；
所述双波长激光系统用于发出具有相同偏振方向的第一线偏振激光以及第二线偏振激光，所述第一线偏振激光的波长在红光或近红光波段范围内，所述第二线偏振激光的波长在绿光波段范围内；并将所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光垂直照射到被测组织；
所述光学成像探头用于收集从所述被测组织表面反射回来的光线和所述被测组织内部经过多次散射后返回的光线，并传输至所述检偏器；
所述检偏器的偏振方向与所述第一线偏振激光及所述第二线偏振激光的偏振方向相互垂直，用于滤除从所述被测组织表面反射回来的光线，得到被测组织的第一成像，并将所述第一成像传输至所述分光镜；
所述分光镜用于根据所述第一线偏振激光与所述第二线偏振激光的波长，将所述第一成像分离出第一通道成像与第二通道成像；其中，所述第一通道成像是由所述第一线偏振激光照射所述被测组织得到的，所述第二通道成像是由所述第二线偏振激光照射所述被测组织得到的，并分别将所述第一通道成像与所述第二通道成像传输至所述成像接收系统；
所述成像接收系统包括两个相同的成像接收器，两个相同的所述成像接收器分别用于对所述第一通道成像与所述第二通道成像进行光电转换，获取第一通道成像数字图像信号与第二通道成像数字图像信号，并将所述第一通道成像数字图像信号以及所述第二通道成像数字图像信号传输至所述信号处理器；
所述信号处理器用于执行如权利要求1～8任一项所述的微循环的多参数成像检测方法，对所述第一通道成像数字图像信号和所述第二通道成像数字图像信号进行处理以得到表征所述被测组织的血流速度的二维血流图以及表征所述被测组织的红细胞浓度的组织活力指数图。
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