CN110507305A - 基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法 - Google Patents
基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110507305A CN110507305A CN201910795223.4A CN201910795223A CN110507305A CN 110507305 A CN110507305 A CN 110507305A CN 201910795223 A CN201910795223 A CN 201910795223A CN 110507305 A CN110507305 A CN 110507305A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser speckle
- waveform
- section
- contrasts
- initial segment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 title claims abstract description 73
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims abstract description 80
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims abstract description 50
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 11
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 41
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 22
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 22
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 claims description 7
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 4
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 claims description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 2
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 claims 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 abstract description 2
- 210000001525 retina Anatomy 0.000 abstract description 2
- 230000008344 brain blood flow Effects 0.000 abstract 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 208000033748 Device issues Diseases 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000009087 cell motility Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 210000003743 erythrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 1
- 210000001210 retinal vessel Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Public Health (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hematology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法。本发明对配准后的图像分别进行血管分割和激光散斑衬比分析，得到血管分割图和激光散斑衬比图像；通过血管分割图得到血管段长度，通过激光散斑衬比图像得到激光散斑衬比波形，得到传导时间差，从而求得血液流速；进一步，通过血液流速和传导时间差进行动脉与静脉血管分类；并且为了进一步提高激光散斑衬比波形的信号质量，引入光电容积脉搏波信号进行噪声滤除工作；本发明广泛应用于视网膜血液流速测量、脑部血液流速测量、微循环分析和液体传输等领域；能够实现更为精准的流速测量并进行定量分析同时结构简单，成本低廉，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及激光散斑衬比成像技术，具体涉及一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法。
背景技术
激光散斑衬比成像(laser speckle flowgraphy，LSFG)技术也称激光散斑衬比分析(laserspeckle contrast analysis，LSCA)技术，激光散斑衬比成像技术进行血液流速测量的原理是利用血液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。所需器件简单，仅通过常规成像方式便可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，即可实现长时间连续性的血流监测。现阶段，此项技术已经广泛应用于视网膜血管分析、皮肤组织血流分析、脑血管血流分析等领域，同时也受到术后血流成像监测、囊肿数据的收集等临床领域的关注。
但是，激光散斑衬比成像技术在实际的测量过程中受到多种因素的影响，其中最常见的包括液体流速、管道弹性以及液体浓度。这些因素使得激光散斑衬比成像技术的测量结果存在较大的误差，不能有效的对血液流速进行定量分析，严重阻碍了激光散斑衬比成像技术的进一步发展。
发明内容
针对于现有的激光散斑衬比成像技术存在的无法对血液流速进行定量分析的问题，本发明提出了一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法。
现有的激光散斑血液流速成像装置采用激光光源发出激光，照射到待测对象的血管，相机采集血管反射的激光，采集1～60s，形成血液的激光散斑视频数据。
本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，包括定距离平均时间差的方法，或者变距离拟合时间差的方法。
本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过定距离平均时间差的方法测量，包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到起始段与终止段的中心之间的距离s；
5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差x，在采集帧率fps已知的情况下，起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t为：
t＝x×1/fps
8)血液流速计算：根据起始段与终止段的中心之间的距离s以及起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t，得到血液流速v：
v＝s/t。
进一步，通过血管直径d获得血流流量Q：
Q＝v×π×d2/4。
其中，在步骤2)中，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析的方法采用时间衬比计算法、空间衬比计算法或时间-空间衬比法。
在步骤6)中，采用通带为0.5～15Hz的带通滤波分别对起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波。
进一步，还包括修正传导时间差的方法，包括以下步骤：起始段和终止段在原始位置即为第一平移位置处得到的传导时间差t1；在激光散斑衬比图像中，保持起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段同时向同一方向移动设定的像素到第二平移位置处，移动1～5个像素，针对第二平移位置处的起始段和终止段重复步骤5)～7)，得到第二平移位置处的传导时间差t2；重复上述过程n次，n≥2，得到第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差t1～tn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差t。
本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过变距离拟合时间差的方法测量，包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到第j距离处的起始段与终止段的中心之间的距离sj；
5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的第j距离处的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到第j距离处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将第j距离处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的第j距离处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差xj，在采集帧率fps已知的情况下，第j距离处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差tsj为：
tsj＝xj×1/fps
8)保持起始段位置不变，按照设定的步长k，5～10个像素，将终止段从第j距离处移动距离k至第j+1距离处，二者之间的距离sj+1＝si+k，重复上述步骤4)～7)m次，m≥2，得到第一位置处至第m位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差ts1～tsm，第一位置处的起始段与终止段的中心之间的距离s1为步骤3)中确定的原始位置处的起始段与终止段之间的距离；
9)血液流速计算：将ts1,ts2,…,tsm作为因变量，s1,s2,…,sm作为自变量进行一元线性回归分析，并采用拉依达准则对异常点进行剔除，则此一元线性回归模型中的斜率a即为此血管段中的血液流速。
进一步，还包括修正传导时间差的方法，包括以下步骤：第j距离处的起始段和终止段在原始位置即为第j距离处的第一平移位置处得到的传导时间差tsj1；在激光散斑衬比图像中，保持第j距离处的起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段同时向同一方向移动设定的像素到第j距离处的第二平移位置处，移动1～5个像素，针对第j距离处的第二平移位置处的起始段和终止段重复步骤5)～7)，得到第j距离处的第二平移位置处的传导时间差tsj2；重复上述过程n次，n≥2，得到第j距离处的第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差tsj1～tsjn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差tsj。
进一步地，为了进一步提高激光散斑衬比波形的信号质量，引入光电容积脉搏波信号进行噪声滤除工作。
激光散斑技术受限于图像采集器的采集速度、激光散斑衬比分析方法使得计算得到的激光散斑衬比波形信噪比较低。而光电容积脉搏波信号的获取不受到上述问题的限制，信噪比极高。同时激光散斑衬比波形和光电容积脉搏波信号具有极高的相似性，两者均是由心脏周期性搏动产生的。因此，采用光电容积脉搏波信号进行降噪的方法，包括以下步骤：a)在激光散斑数据采集的过程中，同步采集光电容积脉搏波信号；b)提取其特征；c)建立噪声模型；d)采用噪声模型对激光散斑衬比波形进行降噪。通过滤波器设计、独立成分分析或机器学习等技术对激光散斑衬比波形降噪能够有效的提高最终血液流速的测量精度。
进一步，本发明还包括根据得到的血液流速和传导时间差进行动脉与静脉血管分类的方法，包括以下步骤：传导时间差t以起始段的激光散斑衬比波形为准，当t>0时，判定血液由起始段流向终止段，同时血液流速大于流速阈值，判断为动脉；当t＜0时，判定血液由终止段流向起始段，同时血液流速小于流速阈值，判断为静脉。
本发明的优点：
本发明对配准后的图像分别进行血管分割和激光散斑衬比分析，得到血管分割图和激光散斑衬比图像；通过血管分割图得到血管段长度，通过激光散斑衬比图像得到激光散斑衬比波形，得到传导时间差，从而求得血液流速；进一步，通过血液流速和传导时间差进行动脉与静脉血管分类；并且为了进一步提高激光散斑衬比波形的信号质量，引入光电容积脉搏波信号进行噪声滤除工作；本发明广泛应用于视网膜血液流速测量、脑部血液流速测量、微循环分析和液体传输等领域；能够实现更为精准的流速测量并进行定量分析同时结构简单，成本低廉，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法的实施例一的流程图；
图2为本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法的实施例二的流程图；
图3为本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法的实施例三的流程图；
图4为本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法的实施例四的流程图；
图5为本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法的实施例四采用的装置的示意图；
图6为本发明的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法的实施例中从激光散斑衬比图像得到激光散斑衬比波形的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例一
如图1所示，本实施例的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过定距离平均时间差的方法测量，包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，包括100个像素，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，分别有15个像素，其中近心侧的小区域称为起始段ROI1，远心侧的小区域称为终止段ROI2；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到起始段ROI1与终止段ROI2的像素中心之间的距离s；
5)计算激光散斑衬比波形：在血管分割图上分别对起始段ROI1和终止段ROI2建立遮罩，得到起始段和终止段遮罩图像；将每一帧散斑衬比图像分别与起始段和终止段遮罩图像相乘，从而将在血管分割图上确定的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上；在激光散斑衬比图像中，每一个像素的值都是激光散斑衬比值，所有像素的值取平均记得到激光散斑衬比值均值，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到起始段和终止段的激光散斑衬比波形LSPW1和LSPW2，如图6所示；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别采用通带为0.5～15Hz的带通滤波对起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形LSPW1和LSPW2；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差x，在采集帧率fps已知的情况下，起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t为：
t＝x×1/fps
8)血液流速计算：根据起始段与终止段的中心之间的距离s以及起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t，得到血液流速v：
v＝s/t
进一步，通过血管直径d获得血流流量Q：
Q＝v×π×d2/4。
然后，根据得到的血液流速和传导时间差进行动脉与静脉血管分类：传导时间差t以起始段的激光散斑衬比波形为准，当t>0时，判定血液由起始段流向终止段，同时血液流速v大于流速阈值th，判断为动脉；当t＜0时，判定血液由终止段流向起始段，同时血液流速v小于流速阈值th，判断为静脉。
实施例二
如图2所示，本实施例的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过定距离平均时间差及修正传导时间差的方法测量，包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到起始段与终止段的中心之间的距离s；
5)计算激光散斑衬比波形：在血管分割图上分别对起始段ROI1和终止段ROI2建立遮罩，得到起始段和终止段遮罩图像；将每一帧散斑衬比图像分别与起始段和终止段遮罩图像相乘，从而将在血管分割图上确定的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到第i平移位置处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将第i平移位置处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的第i平移位置处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的第i平移位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差xi，在采集帧率fps已知的情况下，第i平移位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差ti为：
ti＝xi×1/fps
8)在激光散斑衬比图像中，保持起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段从第i平移位置处同时向同一方向移动设定的像素到第i+1平移位置处，移动1～5个像素，重复步骤5)～7)，得到第i+1平移位置处的传导时间差ti+1；重复上述过程n次，n≥2，得到第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差t1～tn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差t；起始段和终止段在原始位置即为第一平移位置处得到的传导时间差t1；
9)血液流速计算：根据起始段与终止段的中心之间的距离s以及起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t，得到血液流速v：
v＝s/t。
进一步，通过血管直径d获得血流流量Q：
Q＝v×π×d2/4。
实施例三
如图3所示，本实施例的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过变距离拟合时间差及修正传导时间差的方法测量，包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到第j距离处的起始段与终止段的中心之间的距离sj；
5)计算激光散斑衬比波形：在血管分割图上分别对起始段ROI1和终止段ROI2建立遮罩，得到起始段和终止段遮罩图像；将在血管分割图上确定的第j距离处的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到第j距离处的第i平移位置处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将第j距离处的第i平移位置处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的第j距离处的第i平移位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差xji，在采集帧率fps已知的情况下，第j距离处的第i平移位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差tsji为：
tsji＝xji×1/fps
8)在激光散斑衬比图像中，保持第j距离处的起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段从第j距离处的第i平移位置处同时向同一方向移动设定的像素到第i+1平移位置处，重复步骤5)～7)，得到第j距离处的第i+1平移位置处得到的传导时间差即为tsji+1；重复上述过程n次，n≥2，得到第j距离处的第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差tsj1～tsjn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差tsj；
9)保持起始段位置不变，按照设定的步长k，5～10个像素，将终止段从第j距离处移动距离k至第j+1距离处，二者之间的距离sj+1＝si+k，重复上述步骤4)～8)m次，m≥2，得到第一位置处～第m位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差ts1～tsm，第一位置处的起始段与终止段的中心之间的距离s1为步骤3)中确定的原始位置处的起始段与终止段之间的距离；
10)血液流速计算：将ts1,ts2,…,tsm作为因变量，s1,s2,…,sm作为自变量进行一元线性回归分析，并采用拉依达准则对异常点进行剔除，则此一元线性回归模型中的斜率a即为此血管段中的血液流速。
实施例四
如图4所示，本实施例的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过变距离拟合时间差及修正传导时间差的方法测量，并且采用光电容积脉搏波信号进行降噪的方法，包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到第j距离处的起始段与终止段的中心之间的距离sj；
5)计算激光散斑衬比波形：在血管分割图上分别对起始段ROI1和终止段ROI2建立遮罩，得到起始段和终止段遮罩图像；将在血管分割图上确定的第j距离处的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到第j距离处的第i平移位置处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将第j距离处的第i平移位置处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，采用光电容积脉搏波信号进行降噪的方法：a)在激光散斑数据采集的过程中，同步采集光电容积脉搏波信号；b)提取其特征；c)建立噪声模型；d)采用噪声模型对激光散斑衬比波形进行降噪，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的第j距离处的第i平移位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差xji，在采集帧率fps已知的情况下，第j距离处的第i平移位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差tsji为：
tsji＝xji×1/fps
8)在激光散斑衬比图像中，保持起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段从第j距离处的第i平移位置处同时向同一方向移动设定的像素到第i+1平移位置处，重复步骤5)～7)，得到第j距离处的第i+1平移位置处的传导时间差tsji+1；重复上述过程n次，n≥2，得到第j距离处的第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差tsj1～tsjn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差t sj；
9)保持起始段位置不变，按照设定的步长k，5～10个像素，将终止段从第j距离处移动距离k至第j+1距离处，二者之间的距离sj+1＝si+k，重复上述步骤4)～8)m次，得到第一位置处～第m位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差ts1～tsm，第一位置处的起始段与终止段的中心之间的距离s1为步骤3)中确定的原始位置处的起始段与终止段之间的距离；
10)血液流速计算：将ts1,ts2,…,tsm作为因变量，s1,s2,…,sm作为自变量进行一元线性回归分析，并采用拉依达准则对异常点进行剔除，则此一元线性回归模型中的斜率a即为此血管段中的血液流速。
如图5所示，本实施例的同步采集光电激光散斑血液流速测量系统包括：激光光源1、第一透镜2、分光镜3、激光散斑光路、光电容积脉搏波光路、高精度模拟数字转换器14、相机12和计算机13；其中，光电容积脉搏波光路包括第二透镜4和光电传感器6；激光散斑光路包括中空反射镜7、接收物镜8、中继透镜10和第三透镜11；光电传感器6连接至高精度模拟数字转换器14；高精度模拟数字转换器14、激光光源1和相机12分别连接至计算机13；激光光源1发出激光，经过第一透镜2后，由分光镜3分成两路，一路进入激光散斑光路，另一路进入光电容积脉搏波光路；进入光电容积脉搏波光路的激光经过中空反射镜7反射后，经接收物镜8汇聚至眼底9；眼底的反射光通过中空反射镜7中间的小孔，经中继透镜10和第三透镜11聚焦后，由相机12接收，传输至计算机13，得到血液的激光散斑视频数据；进入光电容积脉搏波光路的激光，经过第二透镜4汇聚至手指5上，手指的透射光由光电传感器6接收，采集电容积脉搏波信号并转换为电信号，传输至经高精度模拟数字转换器14转换为数字信号传输至计算机13。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种方法基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，其特征在于，通过定距离平均时间差的方法测量，所述血液流速测量方法包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到起始段与终止段的中心之间的距离s；
5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差x，在采集帧率fps已知的情况下，起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t为：
t＝x×1/fps
8)血液流速计算：根据起始段与终止段的中心之间的距离s以及起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t，得到血液流速v：
v＝s/t。
2.如权利要求1所述的血液流速测量方法，其特征在于，还包括修正传导时间差的方法，包括以下步骤：起始段和终止段在原始位置即为第一平移位置处得到的传导时间差t1；在激光散斑衬比图像中，保持起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段同时向同一方向移动设定的像素到第二平移位置处，移动1～5个像素，针对第二平移位置处的起始段和终止段重复步骤5)～7)，得到第二平移位置处的传导时间差t2；重复上述过程n次，n≥2，得到第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差t1～tn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差t。
3.一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，其特征在于，通过变距离拟合时间差的方法测量，所述血液流速测量方法包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到第j距离处的起始段与终止段的中心之间的距离sj；
5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的第j距离处的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到第j距离处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将第j距离处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的第j距离处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差xj，在采集帧率fps已知的情况下，第j距离处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差tsj为：
tsj＝xj×1/fps
8)保持起始段位置不变，按照设定的步长k，将终止段从第j距离处移动距离k至第j+1距离处，二者之间的距离sj+1＝si+k，重复上述步骤4)～7)m次，m≥2，得到第一位置处至第m位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差ts1～tsm，第一位置处的起始段与终止段的中心之间的距离s1为步骤3)中确定的原始位置处的起始段与终止段之间的距离；
9)血液流速计算：将ts1,ts2,…,tsm作为因变量，s1,s2,…,sm作为自变量进行一元线性回归分析，并采用拉依达准则对异常点进行剔除，则此一元线性回归模型中的斜率a即为此血管段中的血液流速。
4.如权利要求3所述的血液流速测量方法，其特征在于，还包括修正传导时间差的方法，包括以下步骤：第j距离处的起始段和终止段在原始位置即为第j距离处的第一平移位置处得到的传导时间差tsj1；在激光散斑衬比图像中，保持第j距离处的起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段同时向同一方向移动设定的像素到第j距离处的第二平移位置处，移动1～5个像素，针对第j距离处的第二平移位置处的起始段和终止段重复步骤5)～7)，得到第j距离处的第二平移位置处的传导时间差tsj2；重复上述过程n次，n≥2，得到第j距离处的第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差tsj1～tsjn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差tsj。
5.如权利要求1或3所述的血液流速测量方法，其特征在于，在步骤2)中，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析的方法采用时间衬比计算法、空间衬比计算法或时间-空间衬比法。
6.如权利要求1或3所述的血液流速测量方法，其特征在于，在步骤6)中，采用通带为0.5～15Hz的带通滤波分别对起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波。
7.如权利要求1或3所述的血液流速测量方法，其特征在于，还包括通过血管直径d获得血流流量Q：
Q＝v×π×d2/4。
8.如权利要求1或3所述的血液流速测量方法，其特征在于，还包括采用光电容积脉搏波信号进行降噪的方法，包括以下步骤：a)在激光散斑数据采集的过程中，同步采集光电容积脉搏波信号；b)提取其特征；c)建立噪声模型；d)采用噪声模型对激光散斑衬比波形进行降噪。
9.如权利要求1或3所述的血液流速测量方法，其特征在于，还包括根据得到的血液流速和传导时间差进行动脉与静脉血管分类的方法，包括以下步骤：传导时间差t以起始段的激光散斑衬比波形为准，当t>0时，判定血液由起始段流向终止段，同时血液流速大于流速阈值，判断为动脉；当t＜0时，判定血液由终止段流向起始段，同时血液流速小于流速阈值，判断为静脉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910795223.4A CN110507305B (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910795223.4A CN110507305B (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110507305A true CN110507305A (zh) | 2019-11-29 |
| CN110507305B CN110507305B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=68626085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910795223.4A Active CN110507305B (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110507305B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113040770A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-29 | 中南大学湘雅医院 | 一种多功能手指动静脉穿刺探头 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1792323A (zh) * | 2005-12-30 | 2006-06-28 | 华中科技大学 | 一种经颅脑血流高分辨成像方法及其装置 |
| CN101697871A (zh) * | 2009-11-16 | 2010-04-28 | 华中科技大学 | 一种自动分割动静脉血管的激光成像方法和装置 |
| US20120162438A1 (en) * | 2009-09-04 | 2012-06-28 | The John Hopkins University | Multimodal laser speckle imaging |
| CN103941873A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-23 | 北京智谷睿拓技术服务有限公司 | 识别方法和设备 |
| US20140316284A1 (en) * | 2011-09-26 | 2014-10-23 | The Johns Hopkins University | Anisotropic processing of laser speckle images |
| US20170303801A1 (en) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | Ren-Guey Lee | Method and device for detecting blood flow rate |
| CN109141272A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-04 | 北京理工大学 | 基于扫描振镜的高速运动目标形变模拟系统及测量方法 |
| CN109222952A (zh) * | 2018-07-17 | 2019-01-18 | 上海健康医学院 | 一种激光散斑血流灌注成像方法 |
| CN211094079U (zh) * | 2019-08-27 | 2020-07-28 | 北京大学 | 一种同步采集光电激光散斑血液流速测量系统 |
-
2019
- 2019-08-27 CN CN201910795223.4A patent/CN110507305B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1792323A (zh) * | 2005-12-30 | 2006-06-28 | 华中科技大学 | 一种经颅脑血流高分辨成像方法及其装置 |
| US20120162438A1 (en) * | 2009-09-04 | 2012-06-28 | The John Hopkins University | Multimodal laser speckle imaging |
| CN101697871A (zh) * | 2009-11-16 | 2010-04-28 | 华中科技大学 | 一种自动分割动静脉血管的激光成像方法和装置 |
| US20140316284A1 (en) * | 2011-09-26 | 2014-10-23 | The Johns Hopkins University | Anisotropic processing of laser speckle images |
| CN103941873A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-23 | 北京智谷睿拓技术服务有限公司 | 识别方法和设备 |
| US20170303801A1 (en) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | Ren-Guey Lee | Method and device for detecting blood flow rate |
| CN109222952A (zh) * | 2018-07-17 | 2019-01-18 | 上海健康医学院 | 一种激光散斑血流灌注成像方法 |
| CN109141272A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-04 | 北京理工大学 | 基于扫描振镜的高速运动目标形变模拟系统及测量方法 |
| CN211094079U (zh) * | 2019-08-27 | 2020-07-28 | 北京大学 | 一种同步采集光电激光散斑血液流速测量系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| YICHEN DING ET AL: "Observation of mesenteric microcirculatory disturbance in rat by laser oblique scanning optical microscopy", 《SCIENTIFIC REPORTS》 * |
| 张秋实 等: "用于医学成像的碲锌镉单极型探测器研究进展", 《半导体光电》, vol. 34, no. 2 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113040770A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-06-29 | 中南大学湘雅医院 | 一种多功能手指动静脉穿刺探头 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110507305B (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tan et al. | Non-invasive continuous blood pressure measurement based on mean impact value method, BP neural network, and genetic algorithm | |
| CN109124615B (zh) | 一种可选区高动态激光散斑血流成像装置及方法 | |
| CN105476665B (zh) | 一种基于超声的血流速度测量及血流流量测量方法 | |
| CN102551684B (zh) | 脉象检测系统 | |
| CN211094079U (zh) | 一种同步采集光电激光散斑血液流速测量系统 | |
| Westerdale et al. | Flow velocity vector fields by ultrasound particle imaging velocimetry: in vitro comparison with optical flow velocimetry | |
| JPH0792184A (ja) | 血流測定装置 | |
| US10426337B2 (en) | Flow imaging in an optical coherence tomography (OCT) system | |
| CN105708496B (zh) | 一种基于超声的血流信息多维成像系统 | |
| CA2811902C (en) | Image processing method and apparatus | |
| CN110507305A (zh) | 基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法 | |
| CN106419890B (zh) | 一种基于时空调制的血流速度测量装置及方法 | |
| Kassam et al. | Method for estimating the Doppler mean velocity waveform | |
| CN106175689B (zh) | 全场光学相干层析方法及装置 | |
| CN110118715A (zh) | 一种血细胞脉冲信号分析装置以及方法 | |
| CN104688199B (zh) | 一种基于皮肤色素浓度差分的非接触式脉搏测量方法 | |
| CN111543971A (zh) | 时空自适应样本系综去相关运算的血流量化方法与系统 | |
| CN107080558B (zh) | 一种局部脉搏波速度测量装置及其测量方法 | |
| US20220151565A1 (en) | Signal quality index evaluation circuit | |
| van den Bos–van et al. | In vivo comparison of pulse wave velocity estimation based on ultrafast plane wave imaging and high-frame-rate focused transmissions | |
| CN108926360B (zh) | 一种查找目标频谱线的峰值速度点的方法和装置 | |
| CN112085657A (zh) | 一种基于双目立体视觉跟踪和视网膜血管特征的oct图像拼接方法 | |
| CN108872667B (zh) | 一种具有高精度波形分析功能的数字示波器 | |
| CN111493832A (zh) | 一种基于En face-OCT的内窥成像方法 | |
| Heo et al. | Combination digital breast tomosynthesis and diffuse optical tomography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |