專利名稱：一種激光散斑血流成像分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物組織血流成像方法領(lǐng)域，具體為一種激光散斑血流成 像分析方法，它尤其適合于以高時(shí)空分辨率研究生理和病理狀態(tài)下的生物 組織局部血流分布和血管形態(tài)等。
背景技術(shù)：
激光散斑血流成像廣泛應(yīng)用于研究生理和疾病狀態(tài)下生物組織局部二 維血流變化。但現(xiàn)有的激光散斑血流成像分析方法不能同時(shí)兼顧圖像的時(shí) 間分辨率和空間分辨率。如專利文獻(xiàn)"利用激光散斑成像儀監(jiān)測(cè)腸系膜上
微循環(huán)血流時(shí)空響應(yīng)特性的方法"(其公開(kāi)號(hào)為CN1391869，
公開(kāi)日為 2002.07.12)，其襯比計(jì)算方法見(jiàn)附圖1 (a))，需要計(jì)算空間鄰域內(nèi)的襯比 值，因而降低了圖像的空間分辨率；而"一種經(jīng)顱腦血流高分辨成像方法 及其裝置"(其公開(kāi)號(hào)為CN1792323，
公開(kāi)日為2006.06.28)，其襯比計(jì)算方 法見(jiàn)附圖1 (b))，則需要對(duì)時(shí)間序列上的若干幀原始散斑圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分 析，時(shí)間分辨率較差，不能滿足實(shí)時(shí)成像的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種激光散斑血流成像分析方法，該方法能夠 解決現(xiàn)有激光散斑成像方法不能兼顧空間分辨率和時(shí)間分辨率的局限性， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物組織血流二維分布的實(shí)時(shí)高分辨成像。
本發(fā)明提供的激光散斑血流成像分析方法，其步驟包括
(1) 將激光光束照射到被測(cè)對(duì)象上；
(2) 以相同的曝光時(shí)間和幀間隔時(shí)間連續(xù)采集AA幀被測(cè)對(duì)象反射的激 光散斑圖像；每幀圖像采集的曝光時(shí)間為lms 100ms，幀間隔時(shí)間20
41000 ms，采集的幀數(shù)7V為,1^V5100;
(3)對(duì)采集所得iV幀圖像，取出各幀圖像中相同位置處對(duì)應(yīng)A^M大
小空間鄰域內(nèi)的像素，組成大小為A^A^x^個(gè)像素的像素集，2^V^7，利
用該像素集內(nèi)各像素的灰度值/p，利用公式(I)計(jì)算該空間鄰域內(nèi)的襯比《
S〃
=
、r
其中々為所采集的圖像幀數(shù)，M代表空間鄰域?qū)挾龋┐韜幀圖像
中同一位置處對(duì)應(yīng)的空間鄰域內(nèi)共7VxMxiV,個(gè)像素中第p個(gè)像素的灰度值， 7為這7Vxi^xA^個(gè)像素灰度的平均值；
(4) 利用所得空間襯比^,計(jì)算該空間鄰域處對(duì)應(yīng)的生物組織的血流速
度f(wàn)^',力，/， 分別為該空間鄰域位置處對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)值；
(5) 按步驟(2) (4)遍歷圖像中所有的像素，獲得所有像素對(duì)應(yīng) 的血流速度F(/,力；
(6) 分,別以每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的血流速度值為灰度，構(gòu)建二維的血流速度 分布圖。
如果需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)血流分布監(jiān)測(cè)，則包括步驟(7)，在每一個(gè)需要對(duì) 血流分布進(jìn)行成像的時(shí)間點(diǎn)重復(fù)(2) (6)的步驟，獲得不同時(shí)刻的二 維生物組織血流分布圖像。
本發(fā)明基于激光散斑血流成像時(shí)空聯(lián)合分析，對(duì)生物組織血流進(jìn)行高 時(shí)間和空間分辨率成像。與其它現(xiàn)有的激光散斑血流成像方法相比，本發(fā) 明所提供的激光散斑血流成像時(shí)空聯(lián)合分析方法的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)合了空間 散斑襯比分才斤方法與時(shí)間散斑襯比分析方法的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率、 高空間分辨率的激光散斑血流成像，用于對(duì)生物組織二維血流分布和血管 形態(tài)，及血流動(dòng)力學(xué)變化的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高時(shí)間、空間分辨率的監(jiān)測(cè)。其 應(yīng)用范圍廣泛，可用于研究生理和病理狀態(tài)下的大鼠、小鼠、兔、貓、猴
5等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，以及人體的皮膚、眼底、腦皮層局部血流分布，以及神經(jīng)活 動(dòng)、腦疾病引起的腦皮層血流變化。本發(fā)明適用于腦功能成像、神經(jīng)生理 學(xué)、疾病病理學(xué)和藥效評(píng)價(jià)的研究。


圖1是已有的激光散斑空間襯比成像方法(圖1 (a))，激光散斑時(shí)間 襯比成像方法(圖1 (b))和本發(fā)明提出的激光散斑成像的時(shí)空聯(lián)合分析方 法(圖1 (c))示意圖。
圖2是本發(fā)明公開(kāi)的方法與激光散斑空間襯比分析方法在大鼠腦皮層 血流成像中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。
圖3本發(fā)明公開(kāi)的方法與激光散斑時(shí)間襯比分析方法在大鼠腦皮層血 流成像中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較。
具體實(shí)施例方式
生物組織血流分布圖像的重建需要利用在每一個(gè)需要測(cè)量血流的空間 鄰域所采集的若干幀激光散斑圖像，對(duì)所采集的激光散斑圖像序列進(jìn)行時(shí) 間域與空間域上的聯(lián)合統(tǒng)計(jì)特性分析，計(jì)算激光散斑圖像中每個(gè)空間鄰域 內(nèi)對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列上所有像素光強(qiáng)(即圖像灰度)的統(tǒng)計(jì)量，以此統(tǒng)計(jì)量 反映該像素所對(duì)應(yīng)生物組織處的血流速度；如此遍歷圖像中所有像素，即 可獲得高分辨的二維生物組織血流分布圖像。如附圖l(c)所示，其計(jì)算襯比 值所使用的空間鄰域小于空間襯比算法所使用的空間鄰域，所需時(shí)間序列 圖像幀數(shù)小于時(shí)間襯比算法所需幀數(shù)。因此本發(fā)明提出的襯比計(jì)算方法為 綜合考慮統(tǒng)計(jì)精度，時(shí)間分辨率和空間分辨率的平衡提供了另一種選擇。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)對(duì)象為Wistar大鼠，固定于工作臺(tái)3上，以780nm的半導(dǎo)體激光 器為光源，jt直擴(kuò)束后的激光光束1經(jīng)第一線偏振片2后斜入射到去皮后 的大鼠頭部。大鼠頭部反射形成的激光散斑經(jīng)第二線偏振片4后由帶宏視 鏡頭的電荷耦合器件相機(jī)構(gòu)成的光電成像系統(tǒng)5成像，光學(xué)系統(tǒng)放大倍數(shù)
6設(shè)為0.5倍p曝光時(shí)間5ms，幀間隔時(shí)間25ms，連續(xù)采集40幀激光散斑 圖像。利用所采集的前10幀激光散斑圖像，按本發(fā)明所述方法(見(jiàn)公式(I))
計(jì)算激光散斑襯比，再利用公式(n)計(jì)算空間鄰域處對(duì)應(yīng)的生物組織的血流
速度F(/J)，進(jìn)一步重建二維腦血流分布圖像，其中校正系數(shù)c取值為l。
W，, : .、 (II) 其中c為校正系數(shù)。
K"力
為與其它方法比較，選取原始散斑圖中某一位置處5xl0個(gè)像素的血管
區(qū)域，分別用空間襯比，時(shí)間襯比和本發(fā)明所提出的襯比計(jì)算方法計(jì)算該
區(qū)域內(nèi)的襯比圖，并計(jì)算襯比的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。圖2為采用不同空間鄰
域計(jì)算所得空間襯比值與采用本發(fā)明提出的襯比計(jì)算方法所得襯比值的比
較?？梢钥闯?，采用本發(fā)明提出的方法得到的襯比值隨空間鄰域變化趨勢(shì)
并不明顯，這說(shuō)明即使使用很小的^1WW，仍然能夠保證足夠統(tǒng)計(jì)i
而使用空間襯比方法得到的襯比值則隨空間鄰域的增大而增大，當(dāng)使用較
小的空間鄰域時(shí)，由于統(tǒng)計(jì)量太少，其襯比值偏離準(zhǔn)確值較大。圖3 (a)
中給出了 2x2和3x3的空間鄰域下，本發(fā)明所提出的方法得到的襯比值與
采用時(shí)間襯比計(jì)算方法得到的襯比值隨統(tǒng)計(jì)幀數(shù)的變化?？梢钥吹剑?dāng)統(tǒng)
計(jì)幀數(shù)較少時(shí)，時(shí)間襯比計(jì)算方法得到的襯比值稍小于時(shí)空聯(lián)合分析方法
得到的襯比值，從而說(shuō)明時(shí)本發(fā)明提出的襯比計(jì)算方法即使使用較少的幀
數(shù)(例如10幀)，仍然可以得到比時(shí)間襯比計(jì)算方法所的結(jié)果更為準(zhǔn)確的
襯比值。另外可以看到，采用時(shí)本發(fā)明提出的襯比計(jì)算方法所得結(jié)果中， 圖像噪聲要小于采用時(shí)間襯比計(jì)算方法所的結(jié)果的噪聲。因此，通過(guò)上述
比較證明了本發(fā)明提出的襯比計(jì)算方法可以同時(shí)兼顧時(shí)間分辨率和空間分 辨率，為生物組織血流測(cè)量中統(tǒng)計(jì)精度，時(shí)間襯比，空間襯比三者的平衡 提供了更多的選擇。
以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而己，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施 例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等 效或修改，.都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種激光散斑血流成像分析方法，其步驟為(1)將激光光束照射到被測(cè)對(duì)象上；(2)以相同的曝光時(shí)間和幀間隔時(shí)間連續(xù)采集N幀被測(cè)對(duì)象反射的激光散斑圖像；每幀圖像采集的曝光時(shí)間為1ms～100ms，幀間隔時(shí)間20～1000ms，采集的幀數(shù)N為1≤N≤100；(3)對(duì)采集所得N幀圖像，取出各幀圖像中相同位置處對(duì)應(yīng)Ns×Ns大小空間鄰域內(nèi)的像素，組成大小為N×Ns×Ns個(gè)像素的像素集，2≤Ns≤7，利用該像素集內(nèi)各像素的灰度值Ip，利用公式(I)計(jì)算該空間鄰域內(nèi)的襯比Kst，其中N為所采集的圖像幀數(shù)，Ns代表空間鄰域?qū)挾?，Ip代表N幀圖像中同一位置處對(duì)應(yīng)的空間鄰域內(nèi)共N×Ns×Ns個(gè)像素中第p個(gè)像素的灰度值，<overscore>I</overscore>為這N×Ns×Ns個(gè)像素灰度的平均值；(4)利用所得空間襯比Kst計(jì)算該空間鄰域處對(duì)應(yīng)的生物組織的血流速度V(i，j)；(5)按步驟(2)～(4)遍歷圖像中所有的像素，獲得所有像素對(duì)應(yīng)的血流速度V(i，j)，i，j分別為該空間鄰域位置處對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)值；(6)分別以每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的血流速度值為灰度，構(gòu)建二維的血流速度分布圖。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光散斑血流成像分析方法，其特征在于 它還包括步驟(7)，在每一個(gè)需要對(duì)血流分布進(jìn)行成像的時(shí)間點(diǎn)重復(fù)步驟 (2) (6)，獲得不同時(shí)刻的二維生物組織血流分布圖像。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光散斑血流成像分析方法，其特征在 于步驟(4)中利用公式(II)計(jì)算空間鄰域處對(duì)應(yīng)的生物組織的血流速度WO'),其中c為校正系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光散斑血流成像分析方法。將激光光束照射到被測(cè)對(duì)象上，以相同的曝光時(shí)間和幀間隔時(shí)間連續(xù)采集N幀被測(cè)對(duì)象反射的激光散斑圖像；取出各幀圖像中相同位置處對(duì)應(yīng)N_s×N_s大小空間鄰域內(nèi)的像素，組成像素集，計(jì)算該空間鄰域內(nèi)的襯比K_st，再由襯比與血流速度的關(guān)系式計(jì)算對(duì)應(yīng)的生物組織的血流速度V(i，j)，以每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的血流速度值為灰度，構(gòu)建二維的血流速度分布圖。本發(fā)明基于激光散斑血流成像時(shí)空聯(lián)合分析，對(duì)生物組織血流進(jìn)行高時(shí)間和空間分辨率成像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物組織二維血流分布和血管形態(tài)，及血流動(dòng)力學(xué)變化的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高時(shí)間、空間分辨率的監(jiān)測(cè)。本發(fā)明適用于腦功能成像、神經(jīng)生理學(xué)、疾病病理學(xué)和藥效評(píng)價(jià)的研究。
文檔編號(hào)A61B5/02GK101485565SQ20091006074
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月13日
發(fā)明者李鵬程, 邱建軍, 駱清銘 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)