CN113017569A - 基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统，其包括：OCT成像组件，用于分别向样品臂的皮肤伤口处和参考臂同时进行至少两次照射，并使从参考臂返回的光与从样品臂返回的光进行干涉，得到至少两组光谱干涉数据；光谱子带数据获取模块，用于截取光谱干涉数据得到光谱子带数据；自相关函数计算模块，用于在时域上对至少两组光谱子带数据进行自相关函数计算；愈合情况识别模块，用于根据自相关结果判断样品臂上皮肤伤口愈合情况。本发明利用OCT具有获取生物组织深度信息的能力，对其光谱子带数据的提取解剖，实现对伤口愈合情况的检查，具有非接触、无辐射、无损伤、准确率高、适用性强等特点。

Description

基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统

技术领域

本发明涉及医疗器件领域，具体涉及一种基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统。

背景技术

皮肤伤口，例如人体手臂，手指的划伤等，如何判断检查其伤口的愈合状况，通常都是通过医生眼睛的直接观察和诊断经验来判断该伤口是否已经愈合，大都是通过皮肤的表面信息来做出判断。传统的检查方法，一方面依赖于医生的经验，具有较大的主观性，其准确性也无法完全保证，另一方面则无法获得皮肤深层的成像信息，仅仅通过皮肤表面状况，手段过于单一，同时由于没有具体数据支撑，也无法量化其愈合的程度。光学相干断层成像(OCT)利用低相干光干涉原理，基于迈克尔逊干涉仪系统，是一种无接触、无损伤、快速、高分辨率、具有深度信息的实时2D和3D成像技术，被广泛运用于人眼成像检测，如眼角膜和视网膜成像，同时随着其快速发展，也逐渐开始发展到皮肤的检查领域。通过OCT系统，其成像深度可以渗透到皮肤下层2-3mm，对角质层、颗粒层等结构信息均能实现成像。能够提供除了皮肤表面外的深度成像，为伤口愈合情况提供更多信息，以提高检查准确性。

利用OCT成像对皮肤进行检查的手段，近年来发展较快，大多数研究都是通过传统方法，采用B-scan或者三维OCT图像，直接获得其内部结构信息，但而并未进一步对光谱数据进行深入研究，从而丢失部分组织细节信息，从而影响最后的伤口愈合状况判断精度。例如，国内天津大学王志龙等人，通过OCT对皮肤进行检测，对表层皮结构成像，通过皮肤组织真皮层的乳头层与网络层、正常皮肤组织与伤疤组织的对比，可以用于分析皮肤组织内部细微结构特征分布及变化。但其方法仅获得结构信息，没有提取光谱的子带信息，在一定程度上缺乏检查准确性。又如丹麦科技大学Niels提出的高分辨率OCT皮肤检测系统，虽然可以达到很高的轴向分辨率，但其方法也是停留在对皮肤组织结构和血管成像，也未深入研究光谱子带所携带的组织信息。总之，现有基于OCT系统的皮肤检查方法，大都集中于结构信息本身，未对光谱子带随着时间的变化规律进行研究，存在判断信息有限、准确率偏低等缺陷。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统解决了现有皮肤伤口愈合情况只能人为检查的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统，其包括：

OCT成像组件，用于分别向样品臂的皮肤伤口处和参考臂同时进行至少两次照射，并使从参考臂返回的光与从样品臂返回的光进行干涉，得到至少两组光谱干涉数据；

光谱子带数据获取模块，用于截取光谱干涉数据得到光谱子带数据；

自相关函数计算模块，用于在时域上对至少两组光谱子带数据进行自相关函数计算，得到自相关结果；

愈合情况识别模块，用于根据自相关结果判断样品臂上皮肤伤口愈合情况。

进一步地，OCT成像组件包括近红外激光光源、10：90分光棱镜、二维振镜和光谱仪；

近红外激光光源，用于产生不同波长的近红外激光；

10：90分光棱镜，用于将近红外激光按照10：90分光，并将90比例的光束传播到样品臂的皮肤伤口处，将10比例的光束传播到参考臂；

二维振镜，用于对样品臂的皮肤伤口区域进行逐点扫描；

光谱仪，用于获取从参考臂返回的光与从样品臂返回的光干涉后的光谱干涉数据。

进一步地，光谱子带数据获取模块截取光谱干涉数据得到光谱子带数据的具体方法为：

对光谱干涉数据进行降噪和线性化后通过Cosine窗口函数进行逐段截取，得到光谱子带数据。

进一步地，自相关函数计算模块在时域上对光谱子带数据进行自相关函数计算的具体方法为：

在时域上根据公式：

对光谱子带数据进行自相关函数计算，得到自相关结果r；其中x_i表示第一次光谱子带数据中i位置处不同波长的光强幅值，

表示第一次光谱子带数据中不同波长的平均幅值；y_i表示第二次光谱子带数据中i位置处不同波长的光强幅值，

表示第二次光谱子带数据中不同波长的平均幅值。

进一步地，愈合情况识别模块根据自相关结果判断样品臂上皮肤伤口愈合情况的具体方法为：

若自相关结果小于0.3，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为初期愈合阶段；

若自相关结果大于等于0.3小于等于0.7，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为中期愈合阶段；

若自相关结果大于0.7，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为后期愈合阶段。

本发明的有益效果为：

1、本发明对干涉光谱数据进行子带截取处理，分析随着时间子带光谱的变化情况，通过分析计算皮肤伤口区域的光谱子带时域自相关结果，判断检查伤口愈合情况，具有非接触、无辐射、无损伤、准确率高、适用性强等特点。

2、本发明无需改变原始的OCT系统结构，也不要增加昂贵的光学，机械移动扫描器件等，提供了伤口愈合情况的量化数据与指标，增强了诊断的客观性和可靠性。

附图说明

图1为本系统的结构框图；

图2为实施例中OCT成像组件的一个结构示意图。

其中：1、近红外激光光源；2、准直透镜；3、10：90分光棱镜；4、参考臂；5、二维振镜；6、样品臂的皮肤伤口区域；7、衍射光栅；8、线相机。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统包括：

OCT成像组件，用于分别向样品臂的皮肤伤口处和参考臂同时进行至少两次照射，并使从参考臂返回的光与从样品臂返回的光进行干涉，得到至少两组光谱干涉数据；

光谱子带数据获取模块，用于截取光谱干涉数据得到光谱子带数据；

自相关函数计算模块，用于在时域上对至少两组光谱子带数据进行自相关函数计算，得到自相关结果；

愈合情况识别模块，用于根据自相关结果判断样品臂上皮肤伤口愈合情况。OCT成像组件包括近红外激光光源、10：90分光棱镜、二维振镜和光谱仪；

近红外激光光源，用于产生不同波长的近红外激光；

10：90分光棱镜，用于将近红外激光按照10：90分光，并将90比例的光束传播到样品臂的皮肤伤口处，将10比例的光束传播到参考臂；

二维振镜，用于对样品臂的皮肤伤口区域进行逐点扫描；

光谱仪，用于获取从参考臂返回的光与从样品臂返回的光干涉后的光谱干涉数据。光谱子带数据获取模块截取光谱干涉数据得到光谱子带数据的具体方法为：

对光谱干涉数据进行降噪和线性化后通过Cosine窗口函数进行逐段截取，得到光谱子带数据。

自相关函数计算模块在时域上对光谱子带数据进行自相关函数计算的具体方法为：在时域上根据公式：

对光谱子带数据进行自相关函数计算，得到自相关结果r；其中x_i表示第一次光谱子带数据中i位置处不同波长的光强幅值，

表示第一次光谱子带数据中不同波长的平均幅值；y_i表示第二次光谱子带数据中i位置处不同波长的光强幅值，

表示第二次光谱子带数据中不同波长的平均幅值。

在具体实施过程中，当伤口还处于快速修复阶段，其光谱数据变化较快，其子带时域自相关性较差，结果则更接近于0，而随着皮肤伤口的愈合，其光谱数据会更加趋于稳定，其子带时域自相关性较好，结果则更接近于1。因此，愈合情况识别模块根据自相关结果判断样品臂上皮肤伤口愈合情况的具体方法可以为：若自相关结果小于0.3，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为初期愈合阶段；若自相关结果大于等于0.3小于等于0.7，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为中期愈合阶段；若自相关结果大于0.7，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为后期愈合阶段。且可以进行多次扫描检测，并将多次扫描检测的结果平均值作为最终的伤口愈合情况。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，近红外激光光源1发射处的近红外激光通过准直透镜2射入10：90分光棱镜3，10：90分光棱镜3将90比例的光束通过二维振镜5传播到样品臂的皮肤伤口区域6，将10比例的光束传播到参考臂4处，从样品臂的皮肤伤口区域6和光束传播到参考臂4反射回来的光线进入10：90分光棱镜3后开始产生干涉，并通过衍射光栅7被线相机8捕获，线相机8将捕获的干涉数据上传至光谱仪，并通过光谱仪获取光谱子带数据。

其中近红外激光光源1可以采用Thorlabs公司的SLD1325，其中心波长为1325nm，带宽为100nm，可以根据不同的成像区域来调节最优光强度。二维振镜5可以采用GVS112/M系列Galvo扫描振镜，光束直径可达10mm，能够覆盖本实验中的所有波长范围。成像物镜为Thorlabs公司的LSM03系列，其有效焦距为36mm，工作距离为25.1mm，横向分辨率可达13μm。光谱仪可以采用Wasatch公司的Cobra 1300系列，共有2048个像素点，覆盖波长为1100nm至1500nm，总共带宽为400nm，其光谱仪分辨率约为0.20nm。

综上所述，本发明利用OCT具有获取生物组织深度信息的能力，提供轴向高分辨成像信息，对其光谱子带数据的提取解剖，进一步挖掘出可以体现组织细节的信息，实现对伤口愈合情况的检查，具有非接触、无辐射、无损伤、准确率高、适用性强等特点。本发明无需改变原始的OCT系统结构，也不要增加昂贵的光学，机械移动扫描器件等，提供了伤口愈合情况的量化数据与指标，增强了诊断的客观性和可靠性。

Claims (5)

1.一种基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统，其特征在于，包括：

OCT成像组件，用于分别向样品臂的皮肤伤口处和参考臂同时进行至少两次照射，并使从参考臂返回的光与从样品臂返回的光进行干涉，得到至少两组光谱干涉数据；

光谱子带数据获取模块，用于截取光谱干涉数据得到光谱子带数据；

自相关函数计算模块，用于在时域上对至少两组光谱子带数据进行自相关函数计算，得到自相关结果；

愈合情况识别模块，用于根据自相关结果判断样品臂上皮肤伤口愈合情况。

2.根据权利要求1所述的基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统，其特征在于，OCT成像组件包括近红外激光光源、10：90分光棱镜、二维振镜和光谱仪；

近红外激光光源，用于产生不同波长的近红外激光；

10：90分光棱镜，用于将近红外激光按照10：90分光，并将90比例的光束传播到样品臂的皮肤伤口处，将10比例的光束传播到参考臂；

二维振镜，用于对样品臂的皮肤伤口区域进行逐点扫描；

光谱仪，用于获取从参考臂返回的光与从样品臂返回的光干涉后的光谱干涉数据。

3.根据权利要求1所述的基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统，其特征在于，光谱子带数据获取模块截取光谱干涉数据得到光谱子带数据的具体方法为：

对光谱干涉数据进行降噪和线性化后通过Cosine窗口函数进行逐段截取，得到光谱子带数据。

4.根据权利要求1所述的基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统，其特征在于，自相关函数计算模块在时域上对光谱子带数据进行自相关函数计算的具体方法为：

在时域上根据公式：

对光谱子带数据进行自相关函数计算，得到自相关结果r；其中x_i表示第一次光谱子带数据中i位置处不同波长的光强幅值，

表示第一次光谱子带数据中不同波长的平均幅值；y_i表示第二次光谱子带数据中i位置处不同波长的光强幅值，

表示第二次光谱子带数据中不同波长的平均幅值。

5.根据权利要求1所述的基于光谱子带时域自相关的皮肤伤口愈合情况检查系统，其特征在于，愈合情况识别模块根据自相关结果判断样品臂上皮肤伤口愈合情况的具体方法为：

若自相关结果小于0.3，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为初期愈合阶段；

若自相关结果大于等于0.3小于等于0.7，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为中期愈合阶段；

若自相关结果大于0.7，则将样品臂上皮肤伤口愈合情况判定为后期愈合阶段。

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