CN108120851B - 一种血液仿体的流速测量方法及仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种血液仿体的流速测量方法及仪器，其中的血液仿体的流速测量方法包括步骤：S1：获取被测血液仿体的多幅成像彩色图；S2：将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像；S3：对各血液仿体特征图像进行预处理，得到各血液仿体特征图像中的颗粒数值；S4：删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值；S5：根据平均成像颗粒数值计算得到被测血液仿体流速。由此本发明能够提高测量结果的准确性，并有利于研究出与血液更加相近的血液仿体。
Description
技术领域
本发明涉及一种血液仿体的流速测量方法及仪器。
背景技术
目前，一般通过基于线阵CCD的方法及系统实现对血液流速的测量。该血液流速测量系统的工作原理是：通过在线阵CCD检测系统中，被测对象在CCD上成像，以线阵CCD作为光电传感器接收被测对象的图像信号；CCD传感器将被测对象的光学图像转换为电平信号，其中每个电平的大小对应于像素所接收光强的强弱，信号输出的时间顺序对应着像素的位置顺序；然后，将CCD输出的电平信号转换成离散的灰度值后通过处理器分析处理得到被测血液流速——首先对CCD输出的每一帧信号中的灰度值做间隔象元相减，然后对相减结果绝对值化，再设置合适阈值二值化，同时利用二值化后的信号确定带误差的血样边缘位置，最后对一系列位置量做差分处理后得到去除误差的血样流速。
但是，由于现有基于线阵CCD的血液流速测量系统和方法利用线阵CCD获取血液信息，而血液信息是丰富多样的，直接利用CCD获取可能会导致获取的信号出现偏差，而通过将光学图像转换为电平信号进行处理，很有可能会忽略掉一些重要的信息，而导致测量结果出现偏差。
发明内容
为解决上述现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种血液仿体的流速测量方法，能够提高测量结果的准确性，并有利于研究出与血液更加相近的血液仿体。另外，本发明还提供了一种实现上述方法的甚高频超声血液仿体流速测量系统。
为达到本发明的第一目的，本发明提供了一种血液仿体的流速测量方法，包括以下步骤：
获取被测血液仿体的多幅成像彩色图；
将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像；
对各血液仿体特征图像进行预处理，得到各血液仿体特征图像中的颗粒数值；
删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值；
根据平均成像颗粒数值计算得到被测血液仿体流速。
相对于现有技术，本发明通过获取被测血液仿体的多幅成像彩色图，并通过对获取的各成像彩色图进行处理，最终以筛选得到的多幅图像的平均成像颗粒数值作为结果数据而获取被测血液仿体的流速，以颗粒数值和血液仿体流速之间的关系而获取流速结果，具有更高的可靠性和准确性。由此，本发明能够提高测量结果的准确性，不仅对血液流速测量具有较好的启发性，也为血液仿体是否与血液相同或相似程度的大小提供了可靠的依据，更有利于研究出与血液更加相近的血液仿体，从而使得需要对血液的某些特性如流速与人体温度之间的关系进行科学研究的过程中，可以直接用经过本发明血液仿体的流速测量方法测量后且符合规定的血液仿体替换血液，而不需要利用生物体的血液进行研究。
进一步，所述步骤获取被测血液仿体的多幅成像彩色图中，是通过超声波换能器获取被测血液仿体流动中的多幅成像彩色图，并保存于存储设备。通过此处限定，有利于获得高分辨率的血流仿体的成像彩色图像。
进一步，所述步骤将将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像，具体包括以下步骤：
通过Imread函数读入由存储设备存储的多幅成像彩色图；
通过Rgb2gray函数分别将多幅成像彩色图转换为多幅灰度图像；
将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像。
通过上述限定，有利于将非血液仿体的图像部分删除，从而进一步提高测量结果的准确性。
进一步，所述步骤对各血液仿体特征图像进行预处理，得到各血液仿体特征图像中的颗粒数值，具体包括以下步骤：
通过medfilt2函数对各血液仿体特征图像进行中值滤波处理；
通过graythresh函数寻找经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像的最佳阈值；
通过im2bw函数根据所述最佳阈值对经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像进行二值化处理；
通过bwlabel函数计算得到经过二值化处理后的血液仿体特征图像中的颗粒数值。
通过上述限定，更优利于血液仿体中的颗粒的显现，从而提高颗粒数值计算的准确性。
进一步，所述步骤删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值，具体包括以下步骤：
将各二值化特征图像中的颗粒数值分别记录为数组[n1，n2，n3，…，nn]；
通过max函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值，及通过min函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最小颗粒数值；
删除数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值和最小颗粒数值，并对剩余的所有颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值。
通过此处限定，有利于避免偏离过大的颗粒数值对后续测量结果造成的影响。
进一步，所述步骤根据平均成像颗粒数值计算得到被测血液仿体流速中，具体包括以下步骤：
调用预存的流速数据库，所述流速数据库记录有流速与平均成像颗粒数值之间的对应关系；
根据平均成像颗粒数值在流速数据库中查找得到相应的流速，得到血液仿体流速。
通过此处限定，进一步提高了血液仿体的流速的测量结果的准确性。
进一步，在实现血液仿体的流速的测量之前，所述流速数据库的建立包括以下步骤：
S61：通过注射泵设定血液仿体的多个不同流速；
S62：获取同一流速下的血液仿体的多幅成像彩色图；
S63：将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体试验图像；
S64：对各血液仿体试验图像进行预处理，得到各血液仿体试验图像中的颗粒数值；
S65：删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值；
S66：记录当前流速及在当前流速下的血液仿体的平均成像颗粒数值；
S67：检测是否已经完成对所有不同流速下的血液仿体的成像颗粒数值的获取，是则执行步骤S68，否则返回步骤S62；
S68：记录各流速及与其相应的平均成像颗粒数值之间的对应关系，生成流速数据库；
且/或，被测血液仿体由尼龙颗粒、纯净水、纯甘油、葡聚糖和非离子表面活性剂组成；尼龙颗粒为直径为5μm的聚酰胺颗粒，葡聚糖为平均分子量为200000的右旋糖酐，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；且尼龙颗粒、纯净水、纯甘油、葡聚糖和非离子表面活性剂的重量与血液仿体的总重比依次分别为1.82％、83.86％、10.06％、3.36％和0.9％。
通过上述步骤S61～S68完成流速数据库的建立，为后续对血液仿体的流速测量提供了准确度高的流速数据库，从而更加有利于提高流速测量结果。
为达到本发明的另一目的，本发明还提供了一种血液仿体的流速测量仪器，其包括模拟血液循环系统和成像系统；
所述模拟血液循环系统包括注射器、注射泵、盛放有液体介质的介质容器、模拟血管、以及回收容器；所述注射泵与注射器驱动连接；所述模拟血管局部浸没于介质容器中，其一端与注射器的注射口连通相接，另一端与所述回收容器连通相接；
所述成像系统包括依次信号连接的超声换能器、下位机和上位机；所述超声换能器的超声波发射端和回波接收端都朝向模拟血管中浸没于介质容器中的部分，用于获取流经模拟血管中的液体的回波信号，并将回波信号传输至所述下位机，由下位机对回波信号进行处理得到成像彩色图，并传输至上位机；所述上位机包括存储器和处理器；所述存储器适于存储多条指令和成像彩色图；所述指令适于由处理器加载并执行根据权利要求1～7任一项所述的血液仿体的流速测量方法。
本发明血液仿体的流速测量仪器具有本发明血液仿体的流速测量方法所产生的有益效果，且本发明血液仿体的流速测量仪器还具有结构简单、容易实现、成本低、可靠性强的特点。
进一步，所述模拟血管为医用硅胶管，所述医用硅胶管的内径和外径分别为1.5mm和2mm；
且/或，所述超声换能器设置于模拟血管的上方，且其超声波发射端与模拟血管的顶面之间的距离为8～10mm；
且/或，所述超声换能器为一中心频率为50MHz的PVDF压电晶体换能器，且其焦点长度为9～10mm，相对带宽为70％；
且/或，所述下位机为FPGA集成电路板；
且/或，所述上位机为计算机；
且/或，所述注射器中盛放有血液仿体，并可由注射泵驱动而将血液仿体注射到所述模拟血管中；所述血液仿体为上述提及的血液仿体的流速测量方法中的被测血液仿体。
且/或，所述介质容器盛放有的液体介质为蒸馏水。
通过利用生物性能与机械性能和人体血管相近的医用硅胶管作为模拟血管，并对医用硅胶管的内径和外径进行限定，更有利环境相似度的提高；通过对超声换能器的限定，有利于获取分辨率更高的成像图，从而为后续测量结果的计算提供更可靠的依据；通过对下位机和上位机的限定，有利于进一步简化本仪器的结构；通过对介质容器中盛放的液体介质进行限定，有利于提高超声传播的介质的适用性和可靠性，并有利于保证血液仿体所在的环境温度与人体温度一致。
进一步，本发明血液仿体的流速测量仪器还包括第一升降台和/或第二升降台；
所述第一升降台包括固定基座、升降机构和第一升降平台；所述升降机构安装于固定基座顶面，并与第一升降平台驱动连接，可驱动第一升降平台做竖向往复直线运动；所述介质容器放置于所述第一升降平台顶面；
所述第二升降台包括固定支杆和第二升降平台；所述固定支杆平行设置于所述介质容器一侧外；所述第二升降平台一端活动套装于所述固定支杆，并可沿所述固定支杆的高度方向做竖向往复直线运动，另一端设有用于安装超声换能器的安装部。
通过增设第一升降台和/或第二升降台，方便随时能够按需调整超声换能器与模拟血管之间的距离，从而使得模拟血管能够位于换能器的焦点处，以获得具有更高分辨率的成像图。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明血液仿体的流速测量方法的方法流程图；
图2为通过本发明步骤S22处理得到的被测血液仿体的一灰度图像的示意图；
图3为通过本发明步骤S23处理得到的被测血液仿体的一血液仿体特征图像的示意图；
图4为本发明通过步骤S61～S68获得的15种流速分别与其对应的平均成像颗粒数之间的关系示意图；
图5为本发明血液仿体的流速测量仪器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种血液仿体的流速测量方法，包括以下步骤：
S1：获取被测血液仿体的多幅成像彩色图；在步骤S1中，是通过超声波换能器获取被测血液仿体流动中的多幅成像彩色图，并保存于存储设备；
S2：将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像；
S3：对各血液仿体特征图像进行预处理，得到各血液仿体特征图像中的颗粒数值；
S4：删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值；
S5：根据平均成像颗粒数值计算得到被测血液仿体流速。
为进一步完善本发明的血液仿体的流速测量方法，以获得更加准确的测量结果，作为一种更优的技术方案，本实施例对所述步骤S2～S5进行了以下完善：
所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：通过Imread函数读入由存储设备存储的多幅成像彩色图；
S22：通过Rgb2gray函数分别将多幅成像彩色图转换为多幅灰度图像，如图2所示；
S23：将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像，如图3所示。
所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31：通过medfilt2函数对各血液仿体特征图像进行中值滤波处理；
S32：通过graythresh函数寻找经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像的最佳阈值；其中，graythresh函数会根据图像的背景的不同，自动调整阈值；
S33：通过im2bw函数根据所述最佳阈值对经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像进行二值化处理；
S34：通过bwlabel函数计算得到经过二值化处理后的血液仿体特征图像中的颗粒数值。
所述步骤S4具体包括以下步骤：
S41：将各二值化特征图像中的颗粒数值分别记录为数组[n1，n2，n3，…，nn]；
S42：通过max函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值，及通过min函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最小颗粒数值；
S43：删除数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值和最小颗粒数值，并对剩余的所有颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值。
本实施例中，所述步骤S41中的数组[n1，n2，n3，…，nn]的数量一共为20个，而所述步骤S43中，删除掉最大颗粒数值和最小颗粒数值后，剩下18个颗粒数值。
所述步骤S5具体包括以下步骤：
S51：调用预存的流速数据库，所述流速数据库记录有流速与平均成像颗粒数值之间的对应关系；
S52：根据平均成像颗粒数值在流速数据库中查找得到相应的流速，得到血液仿体流速，并显示。
本实施例中，在实现血液仿体的流速的测量之前，所述流速数据库的建立包括以下步骤：
S61：通过注射泵设定血液仿体的多个不同流速；
S62：获取同一流速下的血液仿体的多幅成像彩色图；该步骤S62中，也是通过超声波换能器获取被测血液仿体流动中的多幅成像彩色图，并保存于存储设备；
S63：将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体试验图像；
S64：对各血液仿体试验图像进行预处理，得到各血液仿体试验图像中的颗粒数值；
S65：删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值；
S66：记录当前流速及在当前流速下的血液仿体的平均成像颗粒数值；
S67：检测是否已经完成对所有不同流速下的血液仿体的成像颗粒数值的获取，是则执行步骤S68，否则返回步骤S62；
S68：记录各流速及与其相应的平均成像颗粒数值之间的对应关系，生成流速数据库。其中，各流速及与其相应的平均成像颗粒数值之间的对应关系可以用表格的方式表达，也可以用图示的方式表达，如图4所示，为15种流速分别与其对应的平均成像颗粒数之间的关系示意图，所述15种流速的范围为100ml/h～1500ml/h，分别取值为100ml/h、200ml/h、300ml/h、400ml/h、500ml/h、600ml/h、700ml/h、800ml/h、900ml/h、1000ml/h、1100ml/h、1200ml/h、1300ml/h、1400ml/h和1500ml/h，并在每种流速中选取连续的20幅图像进行步骤S61～S68的处理，经过多次处理后，每种流速下对应的平均颗粒数值可以是一个值，也可以是一个值域。
在本实施例中，所述步骤S63具体包括以下步骤：
S631：通过Imread函数读入由存储设备存储的多幅成像彩色图；
S632：通过Rgb2gray函数分别将多幅成像彩色图转换为多幅灰度图像；
S633：将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像。
所述步骤S64具体包括以下步骤：
S641：通过medfilt2函数对各血液仿体特征图像进行中值滤波处理；
S642：通过graythresh函数寻找经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像的最佳阈值；其中，graythresh函数会根据图像的背景的不同，自动调整阈值；
S643：通过im2bw函数根据所述最佳阈值对经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像进行二值化处理；
S644：通过bwlabel函数计算得到经过二值化处理后的血液仿体特征图像中的颗粒数值、所述步骤S65具体包括以下步骤：
S651：将各二值化特征图像中的颗粒数值分别记录为数组[n1，n2，n3，…，nn]；
S652：通过max函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值，及通过min函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最小颗粒数值；
S653：删除数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值和最小颗粒数值，并对剩余的所有颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值。本实施例中，所述步骤S651中的数组[n1，n2，n3，…，nn]的数量一共为20个，而所述步骤S653中，删除掉最大颗粒数值和最小颗粒数值后，剩下18个颗粒数值。
本实施例中，本发明还提供了一种与血液十分相近的血液仿体，该血液仿体由尼龙颗粒、纯净水、纯甘油、葡聚糖和非离子表面活性剂组成。尼龙颗粒为直径为5μm的聚酰胺颗粒，葡聚糖为平均分子量为200000的右旋糖酐，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；且尼龙颗粒、纯净水、纯甘油、葡聚糖和非离子表面活性剂的重量与血液仿体的总重比依次分别为1.82％、83.86％、10.06％、3.36％和0.9％。其中，尼龙颗粒是与红细胞尺寸相似的，用作散射子。聚酰胺颗粒也是用作散射子，也可选用相对密度为1.02g/cm3。由此，本发明的血液仿体不仅具有与人全血相似的物理特性和声学特性，并且在150天内特性几乎没有改变，符合国际标准协议。
另外，为实现上述方法，并为血液仿体搭建一个模拟血流超声成像实验平台，以便于研究使用，请参阅图5，本发明还提供了一种血液仿体的流速测量仪器，其包括第一升降台1、第二升降台2、模拟血液循环系统和成像系统4。
所述第一升降台1包括固定基座11、升降机构12和第一升降平台13。所述升降机构12安装于固定基座11顶面，并与第一升降平台13驱动连接，可驱动第一升降平台13做竖向往复直线运动。在本实施例中，所述升降机构12为通过机械传动和锁定的升降栅栏，其具体结构与现有技术的升降栅栏的具体结构相同，故在此不赘述。
所述模拟血液循环系统包括注射器、注射泵31、盛放有液体介质A的介质容器32、模拟血管33、以及回收容器34。所述注射器与注射泵31驱动连接；所述模拟血管33局部浸没于介质容器32中，其一端与注射泵31的注射口连通相接，另一端与所述回收容器34连通相接。所述介质容器32放置于所述第一升降平台13顶面，且所述注射泵31和所述回收容器34分别设置于第一升降平台13的相对两侧外。所述注射泵31中盛放有血液仿体B。
所述成像系统4包括依次信号连接的超声换能器41、下位机42和上位机。所述超声换能器41的超声波发射端和回波接收端都朝向模拟血管33中浸没于介质容器32中的部分，用于获取流经模拟血管33中的液体的回波信号，并将回波信号传输至所述下位机42，由下位机42对回波信号进行处理得到成像彩色图，并传输至上位机。所述上位机包括存储器和处理器；所述存储器适于存储多条指令和成像彩色图；所述指令适于由处理器加载并执行本发明的血液仿体的流速测量方法。
所述第二升降台包括固定支杆和第二升降平台2。所述固定支杆平行设置于所述介质容器32一侧外。所述第二升降平台2一端活动套装于所述固定支杆，并可沿所述固定支杆的高度方向做竖向往复直线运动，另一端设有用于安装超声换能器41的安装部。在本实施例中，安装部开设有通孔，用于放置超声换能器41；而该通孔周围设有贯穿其的螺孔，螺孔中螺纹连接有紧固螺栓。由此，在安装部的通孔中放置好超声换能器41后，便将紧固螺栓往通孔的轴心方向运行而锁紧超声换能器41，此时，所述超声换能器41是设置于模拟血管33的上方，且优选地，其超声波发射端与模拟血管33之间的距离为8～10mm，优选为9mm，以使得模拟血管33位于超声换能器41的焦点处，从而进一步提高获取得到的图像的清晰度。
为进一步提高血液仿体流经的环境相似度，优选地，所述模拟血管33为医用硅胶管，所述医用硅胶管的内径和外径分别为1.5mm和2mm。
为进一步提高获得的成像图像的分辨率，优选地，所述超声换能器41为一中心频率为50MHz的PVDF压电晶体换能器，且其焦点长度为9～10mm，相对带宽为70％。
本实施例中，所述下位机42为FPGA集成电路板，以及，所述上位机为计算机。
本实施例中，所述注射泵31为医用注射泵31，其为HK-400型号的注射泵31，用于推动50ml的医用注射器来制造血流仿体的流动。
为提高超声传播的介质的适用性和可靠性，并有利于保证血液仿体所在的环境温度与人体温度一致，作为一种更优的技术方案，所述介质容器32盛放有的液体介质A为蒸馏水，而进一步优选地，所述介质容器32中设置有恒温器，用于维持介质容器32中盛放有的蒸馏水的温度与人体温度保持一致。
在本实施例中，上位机和下位机42之间通过USB接口连接。
以下，说明一下本发明血液仿体的流速测量仪器的工作原理：
首先，开启电源，使上位机、下位机42、注射泵31和超声波换能器都处于运行状态。接着，通过上位机设置注射泵31的注射速度，使得注射泵31按照一定的注射速度推动注射器将血液仿体推出至模拟血管33中，并在模拟血管33中流动，最后由模拟血管33的另一端流出，而被回收于所述回收容器34中。在血液仿体流经模拟血管33中浸没在蒸馏水的部分时，下位机42会驱动MOSEFT晶体管产生一电压为±90V的单周期正弦脉冲信号，从而激励超声换能器41产生超声波探测血液仿体中的模拟红细胞的运动，且超声换能器41接收经过血液仿体反射回来的回波信号，并反馈至下位机42。此时，下位机42会完成回波信号的处理，也即，对回波信号依次进行信号放大处理、AD转换处理、动态滤波处理、正交检波处理、对数放大处理、二次采样处理等，并将最终处理的结果，并通过USB接口将最终结果传送至上位机，由上位机显示采集到的所有成像彩色图，并根据所述步骤S1～S5对其中连续的20幅成像彩色图进行处理，得到当前血液仿体的流速。同样，本发明血液仿体的流速测量仪器也可以实现步骤S61～S68，与上述原理相似，只是将求出颗粒数值作为目的，而将流速作为已知条件，而建立流速与平均成像颗粒数值之间的关系。
另外，本发明还具有其它变形实施例，例如：
1)将第一升降平台13和/或第二升降平台2删除，这么一来，直接通过外置支持吊挂的部件实现对超声换能器41的放置。
2)改变升降机构12的结构，如将升降机构12改为电动推杆或输出轴外围安装有滚珠丝杆的电机或气缸或油缸，此时，第一升降平台13直接与升降机构12的输出轴电连接，并通过同步带驱动。
相对于现有技术，本发明血液仿体的流速测量方法及仪器通过获取被测血液仿体的多幅成像彩色图，并通过对获取的各成像彩色图进行处理，最终以筛选得到的多幅图像的平均成像颗粒数值作为结果数据而获取被测血液仿体的流速，以颗粒数值和血液仿体流速之间的关系而获取流速结果，具有更高的可靠性和准确性。由此，本发明能够提高测量结果的准确性，不仅对血液流速测量具有较好的启发性，也为血液仿体是否与血液相同或相似程度的大小提供了可靠的依据，更有利于研究出与血液更加相近的血液仿体，从而使得需要对血液的某些特性如流速与人体温度之间的关系进行科学研究的过程中，可以直接用经过本发明血液仿体的流速测量方法测量后且符合规定的血液仿体替换血液，而不需要利用生物体的血液进行研究。且本发明血液仿体的流速测量仪器还具有结构简单、容易实现、成本低、可靠性强的特点。
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。
Claims (8)
1.一种血液仿体的流速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取被测血液仿体的多幅成像彩色图；
将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像；
对各血液仿体特征图像进行预处理，得到各血液仿体特征图像中的颗粒数值；
删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值；
根据平均成像颗粒数值计算得到被测血液仿体流速；
所述步骤对各血液仿体特征图像进行预处理，得到各血液仿体特征图像中的颗粒数值，具体包括以下步骤：
通过medfilt2函数对各血液仿体特征图像进行中值滤波处理；
通过graythresh函数寻找经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像的最佳阈值；
通过im2bw函数根据所述最佳阈值对经中值滤波处理后的各血液仿体特征图像进行二值化处理；
通过bwlabel函数计算得到经过二值化处理后的血液仿体特征图像中的颗粒数值；
所述步骤根据平均成像颗粒数值计算得到被测血液仿体流速中，具体包括以下步骤：
调用预存的流速数据库，所述流速数据库记录有流速与平均成像颗粒数值之间的对应关系；
根据平均成像颗粒数值在流速数据库中查找得到相应的流速，得到血液仿体流速。
2.根据权利要求1所述的血液仿体的流速测量方法，其特征在于：所述步骤获取被测血液仿体的多幅成像彩色图中，是通过超声波换能器获取被测血液仿体流动中的多幅成像彩色图，并保存于存储设备。
3.根据权利要求2所述的血液仿体的流速测量方法，其特征在于：所述步骤将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像，具体包括以下步骤：
通过Imread函数读入由存储设备存储的多幅成像彩色图；
通过Rgb2gray函数分别将多幅成像彩色图转换为多幅灰度图像；
将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体特征图像。
4.根据权利要求1所述的血液仿体的流速测量方法，其特征在于：所述步骤删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值，具体包括以下步骤：
将各二值化特征图像中的颗粒数值分别记录为数组[n1，n2，n3，…，nn]；
通过max函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值，及通过min函数求出数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最小颗粒数值；
删除数组[n1，n2，n3，…，nn]中的最大颗粒数值和最小颗粒数值，并对剩余的所有颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值。
5.根据权利要求1所述的血液仿体的流速测量方法，其特征在于：在实现血液仿体的流速的测量之前，所述流速数据库的建立包括以下步骤：
S61：通过注射泵设定血液仿体的多个不同流速；
S62：获取同一流速下的血液仿体的多幅成像彩色图；
S63：将各成像彩色图转换为灰度图像，并将每连续的两帧灰度图像相减，得到多幅血液仿体试验图像；
S64：对各血液仿体试验图像进行预处理，得到各血液仿体试验图像中的颗粒数值；
S65：删除所有颗粒数值中的最大颗粒数值和最小颗粒数值；并对剩余的颗粒数值进行叠加平均处理，得到平均成像颗粒数值；
S66：记录当前流速及在当前流速下的血液仿体的平均成像颗粒数值；
S67：检测是否已经完成对所有不同流速下的血液仿体的成像颗粒数值的获取，是则执行步骤S68，否则返回步骤S62；
S68：记录各流速及与其相应的平均成像颗粒数值之间的对应关系，生成流速数据库；
且/或，被测血液仿体由尼龙颗粒、纯净水、纯甘油、葡聚糖和非离子表面活性剂组成；尼龙颗粒为直径为5μm的聚酰胺颗粒，葡聚糖为平均分子量为200000的右旋糖酐，非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；且尼龙颗粒、纯净水、纯甘油、葡聚糖和非离子表面活性剂的重量与血液仿体的总重比依次分别为1.82％、83.86％、10.06％、3.36％和0.9％。
6.一种血液仿体的流速测量仪器，其特征在于：包括模拟血液循环系统和成像系统；
所述模拟血液循环系统包括注射器、注射泵、盛放有液体介质的介质容器、模拟血管、以及回收容器；所述注射泵与注射器驱动连接；所述模拟血管局部浸没于介质容器中，其一端与注射器的注射口连通相接，另一端与所述回收容器连通相接；
所述成像系统包括依次信号连接的超声换能器、下位机和上位机；所述超声换能器的超声波发射端和回波接收端都朝向模拟血管中浸没于介质容器中的部分，用于获取流经模拟血管中的液体的回波信号，并将回波信号传输至所述下位机，由下位机对回波信号进行处理得到成像彩色图，并传输至上位机；所述上位机包括存储器和处理器；所述存储器适于存储多条指令和成像彩色图；所述指令适于由处理器加载并执行根据权利要求1～5任一项所述的血液仿体的流速测量方法。
7.根据权利要求6所述的血液仿体的流速测量仪器，其特征在于：所述模拟血管为医用硅胶管，所述医用硅胶管的内径和外径分别为1.5mm和2mm；
且/或，所述超声换能器设置于模拟血管的上方，且其超声波发射端与模拟血管的顶面之间的距离为8～10mm；
且/或，所述超声换能器为一中心频率为50MHz的PVDF压电晶体换能器，且其焦点长度为9～10mm，相对带宽为70％；
且/或，所述下位机为FPGA集成电路板；
且/或，所述上位机为计算机；
且/或，所述注射器中盛放有血液仿体，并可由注射泵驱动而将血液仿体注射到所述模拟血管中；所述血液仿体为权利要求5中所述的血液仿体的流速测量方法中的被测血液仿体；
且/或，所述介质容器盛放有的液体介质为蒸馏水。
8.根据权利要求6所述的血液仿体的流速测量仪器，其特征在于：还包括第一升降台和/或第二升降台；
所述第一升降台包括固定基座、升降机构和第一升降平台；所述升降机构安装于固定基座顶面，并与第一升降平台驱动连接，可驱动第一升降平台做竖向往复直线运动；所述介质容器放置于所述第一升降平台顶面；
所述第二升降台包括固定支杆和第二升降平台；所述固定支杆平行设置于所述介质容器一侧外；所述第二升降平台一端活动套装于所述固定支杆，并可沿所述固定支杆的高度方向做竖向往复直线运动，另一端设有用于安装超声换能器的安装部。
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