CN109717861A

CN109717861A - 一种血流速度的激光散斑检测方法及检测装置

Info

Publication number: CN109717861A
Application number: CN201811628124.9A
Authority: CN
Inventors: 张红艳; 李鹏程
Original assignee: Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Ezhou Institute of Industrial Technology Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明公开了一种血流速度的激光散斑检测方法及检测装置，其中，所述检测方法采用激光散斑血流成像技术获取待测部位的基础血流速度，再获得冷刺激结束后的待测区域血流速度，冷刺激后的待测区域血流速度与基础血流速度的差值再与基础血流速度相比，获得血流速度在冷刺激前后的流速变化比。本发明采用激光散斑血流检测方法实时监测血流速度，可以通过不同阶段的血流速度变化来判断血管情况和供血循环情况，可实时观测微循环的血流状态，无需造影剂、无需扫描、无创且非接触。

Description

一种血流速度的激光散斑检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及一种血流速度的激光散斑检测方法及检测装置，属于激光检测领域。

背景技术

硬皮病是一种以皮肤炎性、变性、增厚和纤维化进而硬化和萎缩为特征的结缔组织病，发病原因尚不明确。硬皮病可分为局限性硬皮病和系统性硬皮病，后者伴有四肢末梢血管及内脏的血管功能紊乱，血管收缩和血管舒张间的平衡被打破，血管舒张减少或血管收缩增加，从而引起血管持续收缩，血流降低。最典型的，系统性硬皮病患者手指端或脚趾端受冷刺激结束后，极易诱发血管发生收缩，指/趾末微循环供血难以恢复或恢复时间加长，该现象被称之为雷诺现象。通过评判系统性硬皮病患者的指/趾末在受冷刺激结束后微循环血流恢复程度可对系统性硬皮病病情进行检测。目前，尚缺乏客观有效的微循环血流实时监测方法或工具，医生往往通过直接观察体征，通过体温、体色、体感来评判病情，这种诊断方法缺乏客观性，易受主观判断和其他环境因素的干扰。因此，急需开发一种血流速度的检测方法和装置，用于各类型相关临床疾病检测。

激光散斑血流成像(laser speckle flowgraphy，LSFG)技术也称激光散斑衬比分析(laserspeckle contrast analysis，LSCA)技术，激光散斑血流成像技术的原理是利用血管中红细胞运动产生的后向动态散斑对比度值来获取血流速度信息，因此通过成像方式能够获得全场的二维高分辨率的血流分布图像，不需要结合机械扫描，也不需要注入外源性物质，就可以实现长时间并且连续性的血流监测。再结合CCD相机以及高性能的并行运算设备，可达到毫秒量级的时间分辨率和微米量级的空间分辨率。该技术采用一种无需扫描的全场光学成像方法，可对血流变化进行定量分析。目前已有临床使用的经验，包括术后血流成像监测、囊肿数据的收集等，该技术可用于进行各类型的血流检测。因此考虑以激光散斑血流成像技术为基础，开发一种血流速度的激光散斑检测方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是获得一种血流速度的激光散斑检测方法及检测装置。

为实现上述发明目的之一，本发明采用的血流速度的激光散斑检测方法的技术方案如下：

所述检测方法采用激光散斑血流成像技术获取待测部位的基础血流速度，再获得冷刺激结束后的待测区域血流速度，冷刺激后的待测区域血流速度与基础血流速度的差值再与基础血流速度相比，获得血流速度在冷刺激前后的流速变化比。激光散斑血流成像技术为现有技术，该技术的具体操作方法和数据处理步骤在此不做赘述。

优选的，冷刺激结束后的血流速度包括冷刺激结束后血流速度和恢复期后血流速度。冷刺激结束后的流速与基础血流速度的差值再与基础血流速度的比值说明待测部位受冷刺激结束后的血管收缩程度，比值数值越低说明受冷刺激结束后的血管收缩程度越强。经过恢复期的恢复，恢复期后的流速与基础血流速度的差值再与基础血流速度的比值说明了待测部位受冷刺激结束后的供血恢复能力，比值数值越低说明受冷刺激结束后待测部位的供血恢复时间越长。

所述恢复期为检测前的统一预设时间，具体为5～15min。恢复期时长以充分判断血供恢复程度和患者耐受度为前提，统一时间可以确保评判标准的统一。

优选的，待测部位为四肢末端。作为一种优选的实施方式，待测部位优选患者的指/趾末接受冷刺激。

冷刺激为可诱发血管收缩但不引起冻伤的低温刺激。考虑到患者的耐受程度，不同患者的冷刺激时间可以不同。

冷刺激的部位即待测部位可以选择整个手部或脚部，分析区域是根据激光散斑血流成像技术的图像进行选择的，在冷刺激前后，所述分析区域的位置、形状、大小、数量应保持一致。

具体的，所述检测方法包括如下步骤：

a)激光照射未接受刺激的待测部位，采用激光散斑血流成像技术处理原始散斑图像获得血流图像；

b)选择待测部位的一个或多个区域作为分析区域，获得分析区域内的基础流速均值，该流速均值为分析区域的血流基值V；

c)对待测部位进行冷刺激，检测冷刺激结束后的待测部位，获得分析区域的冷刺激结束后血流速度，冷刺激结束后血流速度为分析区域的血流速度均值V1；

d)观察待测部位，恢复期结束后对分析区域的恢复期后血流速度进行检测，恢复期后血流速度为分析区域的流速均值V2；

e)(V1-V)/V数值匹配冷刺激结束后的血管收缩程度；(V2-V)/V数值匹配血管恢复能力。(V1-V)/V数值越低说明患者受冷刺激结束后的微循环血管收缩程度越强；(V2-V)/V数值越低说明患者受冷刺激结束后微循环血供恢复时间越长，血管紊乱功能越严重。

本发明的第二个目的是提供一种采用上述血流速度的激光散斑检测方法的检测装置，所述检测装置包括发光组件、光电成像组件、数据分析模块和冷却装置，其中发光组件照射待测区域，光电成像组件将待测区域的光信号收集成图像，数据分析模块将光电成像组件收集待测区域的图像计算为血流速度并进行区域分析。

数据分析模块将收集到的图像进行处理，选择图像中至少一个区域为分析区域，分析区域内所有像素点流速值的均值作为分析区域的冷刺激前后的血流速度。血流图像的血流速度的计算方法如下，利用公式(1)计算衬比值K(x，y)，其中为所收集图像坐标为(x，y)处的像素在空间邻域或时间邻域上的强度均值，则σ(x，y)为相同邻域上的强度方差值；利用公式(2)和(3)进行计算得到坐标为(x，y)处的像素的流速值V(x，y)，其中c为与测量装置相关的矫正常量。

V(x，y)＝c/τ_c (3)。

分析区域内的流速均值也可以通过其他计算方法和公式获得，只要能够获得基础流速、冷刺激后和观察期后的血流速度的变化与基础数据的比值即可。本方法中优选的计算公式不应作为对本发明的限定。

优选的，所述发光组件为激光光源。

优选的，所述激光光源为半导体激光器。任何可以发出激光的光源均可以作为本发明中的激光光源，波长不限。

优选的，所述光电成像组件为模数转换不低于12位的相机或摄像机。相机或摄像机可以选择单色面阵数字CCD或单色面阵数字CMOS传感器。

本发明的检测装置的具体结构可参考现有的激光散斑血流成像装置。

本发明的第三个目的在于提供一种用于检测硬皮病的检测系统，所述系统为上述的采用血流速度的激光散斑检测方法的血流速度的激光散斑检测装置。

一种上述血流速度的激光散斑检测方法和检测装置的应用，所述检测方法和装置可以用于硬皮病的病情检测。所述检测系统为采用上述的血流速度的激光散斑检测方法的检测装置。

本发明的检测方法和装置可以用于其他方面的血流情况检测，刺激方式也不仅限于冷刺激一种，凡是采用上述检测思路对血流速度的变化进行比较判断的方法均应认为落入本发明的保护范围之内。

与现有技术相比，本发明采用激光散斑法实时监测血流速度，可以通过不同阶段的血流速度变化来判断血管情况和供血循环情况，可实时观测微循环的血流状态，无需造影剂、无需扫描、无创且非接触。通过评判系统性硬皮病患者的指/趾末在受冷刺激结束后微循环血流恢复程度，检测结果可以为硬皮病病情的客观诊断提供准确的判断依据。

附图说明

图1为本发明的检测装置的检测流程示意图。

附图标记

1、激光光源；2、光电成像组件；3.数据分析模块；4.冷却装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的一种血流速度的激光散斑检测方法及检测装置作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买得到。

如图1所示，所述检测装置包括发光组件、光电成像组件、数据分析模块和冷却装置，其中发光组件照射待测区域，光电成像组件将待测区域的光信号收集成图像，数据分析模块计算待测区域的血流速度。其中，发光组件为激光光源1，本实施例中采用半导体激光器为激光光源，半导体激光器射出激光经扩束后照射待测区域，并且保证待测区域被射线光束完全覆盖。光电成像组件2为模数转换不低于12位的相机或摄像机，相机或摄像机可以选择单色面阵数字CCD或单色面阵数字CMOS传感器。冷却装置4采用5℃的冷水浸泡方式。

检测装置在使用时，激光光源1发射激光照射待测部位，光电成像组件2将待测部位的激光收集形成基础散斑图像，经数据分析模块3将基础散斑图像处理得到血流图像，选择血流图像中的一个或多个末端区域进行分析，获得该区域的血流速度值，将基础血流速度与冷刺激结束后的血流值进行比较，判断该检测区域的血流速度变化情况。

具体的，本实施例的血流速度检测方法具体包括如下步骤：

1)选择785nm的半导体激光器，激光扩束20°，照射未接受冷刺激的左手，通过处理原始散斑图像获得血流图像；

2)以两个同样大小的圆形在血流图上框取无名指和中指指尖作为分析区域，分析区域内的流速均值，利用公式(1)计算衬比值K(x，y)，其中为所收集图像坐标为(x，y)处的像素在空间邻域或时间邻域上的强度均值，则σ(x，y)为相同邻域上的强度方差值；利用公式(2)和(3)进行计算得到坐标为(x，y)处的像素的流速值V(x，y)，其中c为与测量装置相关的矫正常量；

V(x，y)＝c/τ_c (3)；

3)检测经过冷水浸泡刺激结束后的待测部位，采用相同的公式和算法获得分析区域的冷刺激结束后的血流速度，该速度也是分析区域的血流速度均值V1；

4)观察10min后，对分析区域的恢复期后血流速度进行检测，采用相同的公式和算法获得恢复期后血流速度为分析区域的流速均值V2；

5)判断血流速度的变化情况，V1与V的差值再与V的比值数值越低说明受冷刺激结束后的血管收缩程度越强，V2与V的差值再与V的比值数值越低说明受冷刺激结束后的供血恢复时间越长。

具体的，当检测硬皮病患者时，以分析区域内开始测试时刻的流速均值V1和观察时长结束后的流速均值V2作为评判依据，对患者病情进行判断，(V1-V)/V数值越低说明患者受冷刺激结束后的微循环血管收缩程度越强；(V2-V)/V数值越低说明患者受冷刺激结束后微循环血供恢复时间越长，血管紊乱功能越严重。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种血流速度的激光散斑检测方法，其特征在于：所述检测方法采用激光散斑血流成像技术获取待测部位的基础血流速度，再获得冷刺激结束后的待测区域血流速度，冷刺激后的待测区域血流速度与基础血流速度的差值再与基础血流速度相比，获得血流速度在冷刺激前后的流速变化比。

2.根据权利要求1所述的血流速度的激光散斑检测方法，其特征在于：冷刺激结束后的血流速度包括冷刺激结束后血流速度和恢复期后血流速度。

3.根据权利要求2所述的血流速度的激光散斑检测方法，其特征在于：所述恢复期为检测前的统一预设时间，具体为5～15min。

4.根据权利要求1所述的血流速度的激光散斑检测方法，其特征在于：所述待测部位为四肢末端。

5.根据权利要求1所述的血流速度的激光散斑检测方法，其特征在于：冷刺激为可诱发血管收缩但不引起冻伤的低温刺激。

6.根据权利要求1～5任一项所述的血流速度的激光散斑检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：

e)(V1-V)/V数值匹配冷刺激结束后的血管收缩程度；(V2-V)/V数值匹配血管恢复能力。

7.根据权利要求6所述的血流速度的激光散斑检测方法，其特征在于，所述分析区域内所有像素点流速值的均值为血流速度。

8.一种采用根据权利要求1～7任一项所述的血流速度的激光散斑检测方法的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括发光组件、光电成像组件、数据分析模块和冷却装置，其中发光组件照射待测区域，光电成像组件将待测区域的光信号收集成图像，数据分析模块将光电成像组件收集待测区域的图像计算为血流速度并进行区域分析，冷却装置进行实施引发血管收缩的低温刺激。

9.根据权利要求8所述的血流速度的激光散斑检测装置，其特征在于：所述发光组件为激光光源。

10.一种用于检测硬皮病的检测系统，其特征在于，所述系统为采用根据权利要求1～7任一项所述的血流速度的激光散斑检测方法的检测装置。