一種用于激光散斑血流速度的定量成像裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種光學(xué)成像技術(shù)，尤其設(shè)及一種基于激光散斑原理和多普勒原理的 血流成像系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，激光散斑血流成像技術(shù)越來越成熟，其具有光學(xué)成像無電離福射、非接觸測 量的優(yōu)勢。具體而言，該技術(shù)利用生物組織后向散斑來獲取血流速度信息，通過成像方式即 獲得全場的二維高分辨率血流分布圖像，其優(yōu)勢在于：無需結(jié)合機械掃描；無需注入造影 劑等外源性物質(zhì)，可實現(xiàn)長時間連續(xù)的血流監(jiān)測；結(jié)合CCD相機等圖像采集設(shè)備及高性能 并行運算設(shè)備，該技術(shù)可達到微米量級的空間分辨率和毫秒量級的時間分辨率，真正實現(xiàn) 了實時高分辨血流成像。
[0003] 現(xiàn)有一種快速激光散斑血流成像系統(tǒng)，包括激光器、激光擴束器、平面鏡、毛玻璃、 步進電機、被測對象、CCD相機、計算機，其原理是激光器發(fā)射出的激光通過激光擴束器進行 擴束，經(jīng)過平面鏡反射后，再通過由步進電機帶動的勻速旋轉(zhuǎn)的毛玻璃散射后，照射在被測 對象表面，被測對象對入射來的激光產(chǎn)生后向散射，所產(chǎn)生的后向散射光在圖像采集設(shè)備 表面形成散斑，圖像采集設(shè)備對所形成的散斑進行成像，并將所成像的圖像送至計算機進 行處理，計算機遍歷第P帖圖像中所有像素點，計算得到所有像素點的散斑圖像模糊度，然 后計算所有像素點對應(yīng)的相對血流速度，并根據(jù)像素點的相對血流速度建立相對血流速度 分布圖。但是運種成像系統(tǒng)時間分辨率較低，步進電機容易抖動，造成圖像抖動，使其穩(wěn)定 性差。
[0004] 現(xiàn)有的多次曝光對比度成像法，如美國發(fā)明專利申請US20120095354"激光散斑多 次曝光定量成像方法"，運種方法是利用多次曝光的方法提高成像的定量性，但是存在系統(tǒng) 復(fù)雜昂貴、速度較慢的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一目的是提供一種用于激光散斑血流速度的定量成像裝置，該裝置具 有在空間域的高精度、定量性好的優(yōu)點，可W實現(xiàn)局部激光多普勒信號的測量；且其穩(wěn)定性 好，提高了成像的定量性，速度快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。
[0006] 本發(fā)明實現(xiàn)第一發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種用于激光散斑血流速度的定量成像裝置，其中：包括激光器、毛玻璃、圖像采 集設(shè)備、計算機，所述激光器的下方設(shè)有所述毛玻璃；所述圖像采集設(shè)備與計算機連接，所 述圖像采集設(shè)備的下方設(shè)有分光鏡。
[0008] 運樣，激光器發(fā)出的光，通過圖像采集設(shè)備的采集，更好地形成激光散斑，成像質(zhì) 量更好。
[0009] 進一步地，為了使成像裝置的成像質(zhì)量更好，上述分光鏡的下方設(shè)有明場照明。
[0010] 進一步地，為了只允許和激光器發(fā)射出的激光波長相同的光波通過，上述分光鏡 和所述明場照明之間設(shè)有濾光片。
[0011] 進一步地，為了壓制其他光源如室內(nèi)雜散光源的影響，從而提高激光散斑的對比 度，上述激光器為兩個或兩個W上。
[0012] 進一步地，為了提高圖像的穩(wěn)定性，上述圖像采集設(shè)備為兩個或兩個W上。
[0013] 本發(fā)明的第二目的是提供一種用于激光散斑血流速度的定量成像方法，該方法具 有在時間域的高精度，定量性好的優(yōu)點，可W實現(xiàn)局部激光多普勒信號的測量；且其穩(wěn)定性 好，提高了成像的定量性，速度快，操作簡單。
[0014] 本發(fā)明實現(xiàn)第二發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：
[0015] 一種用于激光散斑血流速度的定量成像方法，包括W下步驟：
[0016] A、照射：
[0017] 用激光器作為光源，通過毛玻璃，照射在被測對象表面上，然后進行下一步；
[0018] B、形成散斑：
[0019] 被測對象表面對入射來的激光產(chǎn)生后向散射，所產(chǎn)生的后向散射光在圖像采集設(shè) 備表面形成散斑，然后進行下一步；
[0020] C、曝光成像：
[0021] 圖像采集設(shè)備依次W基準曝光時間t曝光成像，并將成像的無縫時間序列送至計 算機，進行下一步處理；
[0022] D、散斑圖像對比度：
[0023] 計算機遍歷所有成像中所有像素點，計算得到所有像素點的散斑圖像對比度，然 后進行下一步；
[0024] E、建立血流速度分布圖：
[0025] 根據(jù)散斑圖像對比度，計算所有像素點對應(yīng)的相對血流速度，建立血流速度分布 圖。
[00%] 進一步地，上述D步計算得到所有像素點的散斑圖像對比度，包括計算橫縱坐標 分別為x、y的像素點的散斑圖像對比度(；t(x，y，n，m): 陽027]等效曝光時間nt對應(yīng)的圖像Im(x,y) =I(X，y, 1)+…+1 (X，y,k)+…+1 (X，y,η);
[0031] 其中，t是基準曝光時間；η是一個選定的自然數(shù)，nt是η倍于基準曝光時間的等 效曝光時間；k為自然數(shù)，k遍歷1到η;i，j均為遍歷-(-l+m)/2到（-l+m)/2,m表示窗 口大小，MEAN(Im(X，y)，m)表示圖像上WX、y點為中屯、點的mXm大小采樣窗口的平均像素 灰度值，SD(Im(x,y),m)表示圖像上表示圖像上Wx、y點為中屯、點的mXm大小采樣窗口的 統(tǒng)計像素灰度值與平均像素灰度值的標準公差。
[0032] 進一步地，上述E步建立血流速度分布圖，包括：
[0033] 等效曝光時間nt的散斑圖像對比度
[0034] C"t=sqrt(TcX(1-exp(-2Xnt/Tc)) / (2Xnt))
[0035] 其中sqrt是平方根函數(shù)，Tc是像素點對應(yīng)的速度相關(guān)時間，nt是等效曝光時間； exp是We為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)；
[0036] 然后計算所有像素點對應(yīng)的相對血流速度V(x，y)，建立相對血流速度分布圖，
[0037] V(X，y) =Lamda/ ((2XPUXTc) 陽03引其中，Lamda為激光波長，Pi是圓周率。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0040] (一）、本發(fā)明具有同時在時間域和空間域的高精度，定量性好的優(yōu)點，可W實現(xiàn) 局部激光多普勒信號的測量；且成像裝置分辯率高，成像質(zhì)量好，圖像穩(wěn)定性強。
[0041] (二）、本發(fā)明排除雜散光源的影響，提高激光散斑的對比度。
[0042] (Ξ)、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，形成散斑速度快，成本低。
[0043] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
【附圖說明】
[0044] 圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖（箭頭表示光的方向）。 W45] 圖2為本發(fā)明實施例一的對比度計算原理圖。
[0046] 圖3為本發(fā)明實施例一的血流速度分布圖。
【具體實施方式】W47] 實施例一 W4引圖1示出，本例的結(jié)構(gòu)是運樣的：
[0049] 一種用于激光散斑血流速度的定量成像裝置，其中：包括Ξ個激光器1、毛玻璃2、 兩個CMOS相機4、計算機5,所述激光器1的下方設(shè)有所述毛玻璃2;所述兩個CMOS相機4 分別與計算機5連接，所述兩個CMOS相機4的下方設(shè)有50:50分光鏡6。
[0050] 而且，本例的50:50分光鏡6的下方設(shè)有發(fā)光二極管8 ;在所述50:50分光鏡6和 發(fā)光二極管8之間設(shè)有濾光片7。
[0051] 本例用波長785納米的半導(dǎo)體激光器作為光源，CMOS相機的像素為640X480,曝 光時間0. 6ms，讀出頻率750帖每秒。
[0052] 使用本例的裝置，實現(xiàn)定量成像的方法，采用如下步驟： 陽05引 A、照射：
[0054] 用激光器作為光源，通過毛玻璃，照射在被測對象表面上，然后進行下一步； 陽化5] B、形成散斑：
[0056] 被測對象表面對入射來的激光產(chǎn)生后向散射，所產(chǎn)生的后向散射光在兩個相機的 表面（即成像鏡頭）形成散斑，然后進行下一步；
[0057] C、曝光成像：
[0058] 兩個相機依次W基準曝光時間t曝光成像，并將成像的無縫時間序列送至計算 機；計算機把兩個相機獲取的圖像按時間次序排列，基準曝光時間是t，I(X，y，η)表示兩個 相機連續(xù)采集到的第η帖圖像上x、y點的像素灰度值，t是基準曝光時間；η是一個選定的 自然數(shù)，nt是η倍于基準曝光時間的等效曝光時間；k為自然數(shù)，k遍歷1到η;運樣在假設(shè) 信號不變和忽略讀出噪聲的情況下，就可W組成不同等效曝光時間的圖像，例如
[0059] 等效曝光時間t,It(x,y) =I(X，y, 1);
[0060]等效曝光時間 2t,l2t(x，y) =I(X，y, 1)+1 (X，y, 2); 陽061]等效曝光時間n1：，Int(x,y) =I(X，y, 1)+...+1 (X，y,k)+...+I(X，y,n);
[0062] 對于等效曝光時間nt,圖像就是Im(x,y)。