一种定量激光血流检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医学血流检测技术，具体为一种在固定曝光时间下采用激光照 明，消除静态成分干扰的血流定量检测成像方法，它尤其适合于定量地研究生理和病理状 态下有静态成分干扰的生物组织血流微循环变化，为生命科学基础研究和临床医学诊断治 疗提供重要的信息。
【背景技术】
[0002] 定量地获取血流分布及变化信息对研究生理和病理状态下神经一血管禪合与调 节、药物对血管及微循环作用的效应评价，W及脑缺血、脑溢血等重大脑疾病的诊断与病理 研究有重大意义。基于激光照明，动态散斑统计特性的激光散斑血流成像技术能无需扫描 地、非接触地对血流进行二维的高时间和空间分辨率的成像测量；然而当血管及微循环上 方有静态成分覆盖时，如皮肤、硬脑膜，烦骨等，传统的激光散斑血流成像技术会受到静态 成分的干扰，不能准确地定量测量血流变化。而改进后的多曝光散斑成像技术虽然能够消 除静态成分的干扰，准确量化血流变化，但是该技术需要添加一个声光调制器去改变曝光 时间，同时还要控制激光功率，不仅增加了成像装置的复杂性，而且降低了血流成像的时间 分辨率，不利于研究血流快速变化的生理过程。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种W简易的成像装置，在固定的曝光时间下，定量的激 光血流检测计算方法。该方法解决了在有静态组织成分覆盖时，传统激光散斑成像技术测 得的血流相对变化偏低的问题，实现了血流的定量检测及其二维分布的高分辨率成像。
[0004] 本发明提供了一种抗静态成分干扰的定量激光血流检测计算方法，其步骤为： 阳00引 （1)将激光光束照射在被测对象上，用CCD或CMOS相机通过光学成像系统，W-固 定的曝光时间和帖间隔时间连续采集N帖被测对象反射的激光散斑图像；采集的帖数N为：N> 50 ;
[0006] (2)把被测对象换成成像系统的校正标准盘，重新对焦后W相同的曝光时间和帖 间隔时间采集1帖标准盘反射的激光散斑图像；
[0007] (3)对采集到的被测对象反射产生的某一帖激光散斑图像，在该帖图像上选取一 个尺寸为WXW的空间窗口，该空间窗口内的WXW个像素组成一个大小为w2的像素集，该 像素集内各像素的灰度值设为Il,利用公式（I)计算该空间窗口内的空间散斑衬比氏，赋值 给该空间窗口的中屯、位置的像素；
[0009] 其中W为空间窗口的尺寸大小，Ii代表该WXW的空间窗口中第i个像素的灰度 值，f为运W2个像素灰度的平均值；
[0010] (4)按步骤（3)滑动空间窗口，遍历整个散斑图像，获得所有像素对应的衬比值 IUi, _j);分别^每个像素对应的衬比值为灰度，构建二维的空间散斑衬比图像；
[0011] (5)对所获得的N帖散斑图像重复步骤（3)和（4)操作，得到N帖二维的空间散斑 衬比图像，然后把运N帖空间散斑衬比图像点对点的累加起来取平均完成多帖平均滤波运 算，W获取一帖信噪比较高的空间散斑衬比图像；
[0012] (6)对采集到的被测对象反射产生的N帖激光散斑图像，取出各帖图像中相同位 置处对应的像素，组成大小为N个像素的像素集，该像素集内各像素的灰度值设为Ip,利用 公式（II)计算该时间轴上的衬比Kt;
[0014] 其中N为所采集的图像帖数，Ip代表N帖图像中同一位置处对应N个像素中第P个像素的灰度值，J为运N个像素灰度的平均值；
[001引 （7)按步骤（6)遍历图像中所有的像素，获得所有像素对应的时间衬比值Kt(i，j)。分别W每个像素对应的衬比值为灰度，构建二维的时间散斑衬比图像；
[0016] (8)对步骤（7)获得的时间散斑衬比图像，在该帖图像上选取一个和步骤（3)相同 的尺寸为WXW的空间滑动窗口，依次计算该空间滑动窗口内的各像素的衬比均值，赋值给 该空间滑动窗口的中屯、位置的像素，得到空间平均滤波后的时间散斑衬比图像；
[0017] (9)对采集到的标准盘反射回的激光散斑图像，把该图像被均匀照明区域的所有 像素组成一个像素集N/，W公式（III)计算时间衬比系统校正因子；
[0019] 其中称为静态全局空间衬比，N/为该图像被均匀照明区域的所有像素个数， Ii代表N/个像素中第i个像素的灰度值，/为运N/个像素灰度的平均值；
[0020] (10)对采集到的标准盘反射回的激光散斑图像，把该图像被均匀照明区域的 NgX成个像素划分为Nyw个WXW的小窗口，把对小窗口内的像素组成一个像素集，W公式 (IV)计算小窗口内的局域空间衬比的平方巧1。/ ^
[0022] (11)重复步骤（10)计算出Nyw个小窗口内的空间衬比的平方，空间衬比系统校 正因子PS为所求的Nyw个礁W的均值；
[002引按照公式（V)计算来自于静态成分光子数的比例；
[00对（蝴把步骤（9)计算得到的0t和步骤计算得到的P代入公式（VI)，采用 数值计算解得电场自相关时间X。；
[0027] 其中X=T/Te;T为相机设定的曝光时间；
[00測 （14)利用所得电场自相关时间计算该象素处的脑血流速度V(i，j)，公式如下：
其中C为校正系数
[0030] (巧）按步骤做~（14)遍历图像中所有的象素，获得所有象素对应的电场自相关 函数和血流速度值；
[0031] (16)分别W每个象素对应的血流速度值为灰度，构建二维的血流速度分布图。 阳03引优选的，每帖图像采集的曝光时间为Ims~20ms，帖间隔时间20~200ms。
[0033] 实现上述方法的装置，其结构为：激光光源、第一线偏振片与被测对象依次位于照 明光路上，且第一线偏振片与入射激光光束垂直；被测对象、第二偏振片W及光电成像系统 依次位于成像光路上，第二线偏振片与光电成像系统光轴方向垂直，与光电成像系统同屯、， 且其偏振方向与第一线偏振片的偏振方向相垂直；计算机通过图像采集卡与光电成像系统 相连，用于数据采集和处理。
[0034] 本发明基于动态激光散斑时域和空域统计特性分析，提出了一种在固定曝光时间 下，消除静态成分干扰的定量激光血流检测方法。与其他现有的激光血流检测技术相比， 本发明提供的定量激光血流检测方法优点在于：无需添加额外的装置改变曝光时间，仅需 要在固定曝光时间下即可消除静态成分干扰，完成血流的定量测量。其应用范围在于可用 W研究生理和病理状态下的大鼠、小鼠、兔、猫、猴等实验动物，W及人的脑皮层局部血流分 布，W及神经活动、脑疾病引起的脑皮层血流变化。本发明适用于脑功能成像、神经生理学、 脑疾病病理学和药效评价的研究。
【附图说明】
[0035] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步具体说明。
[0036] 图1是将本发明公开的方法应用于生物组织仿体实验的成像装置图。
[0037] 图2是本发明公开的定量激光血流检测方法的图像操作，流速计算的流程图。
[0038] 图3a是采用其它已有方法（激光散斑成像空间衬比分析）所得的流速二维分布 图。
[0039] 图3b是与图3a同样的实验数据采用本发明公开的方法所得的流速二维分布图。
[0040] 图3c是采用其它已有方法（激光散斑成像空间衬比分析）所得的不同静态成分 覆盖的流速相对变化图。
[0041] 图3d是与图3c同样的实验数据下采用本发明公开的方法所得的不同静态成分覆 盖的流速相对变化图。
【具体实施方式】
[0042] 本发明提出的定量激光血流检测方法采用的成像装置和传统激光散斑血流成像 技术装置相同，如附图1所示，其结构为：激光光束、第一线偏振片与被测对象依次位于照 明光路上，且第一线偏振片与入射激光光束垂直；被测对象、第二偏振片W及光电成像系统 依次位于成像光路上，第二线偏振片与光电成像系统光轴方向垂直，与光电成像系统同屯、， 且其偏振方向与第一线偏振片的偏振方向相垂直；计算机通过图像采集卡与光电成像系统 相连，用于数据采集和处理。
[0043] 对采集得到的激光散斑图像进行操作的流程图如附图2所示。结合图2所示，步 骤为： W44] (1)将激光光束照射在被测对象上，用CCD或CMOS相机通过光学成像系统，W固定 的曝光时间和帖间隔时间连续采集N帖被测对象反射的激光散斑图像；每帖图像采集的曝 光时间为Ims~20ms，帖间隔时间20~200ms，采集的帖数N为：N> 50 ;
[0045] (2)把被测对象换成成像系统的校正标准盘，重新对焦后W相同的曝光时间和帖 间隔时间采集1帖标准盘反射的激光散斑图像；
[0046] (3)对采集到的被测对象反射产生的某一帖激光散斑图像，在该帖图像上选取一 个尺寸为WXW的空间窗口，该空间窗口内的WXW个像素组成一个大小为w2的像素集，该 像素集内各像素的灰度值设为Il,利用公式（I)计算该空间窗口内的空间散斑衬比氏，赋值 给该空间窗口的中屯、位置的像素；
[0048]其中W为空间窗口的尺寸大小，Ii代表该WXW的空间窗口中第i个像素的灰度 值，r为运w2个像素灰度的平均值； W例 （4)按步骤做滑动空间窗口，遍历整个散斑图像，获得所有像素对应的衬比值 IUi, _j);分别^每个像素对应的衬比值为灰度，构建二维的空间散斑衬比图像；
[0050] (5)对所获得的N帖散斑图像重复步骤（3)和（4)操作，得到N帖二维的空间散斑 衬比图像，然后把运N帖空间散斑衬比图像点对点的累加起来取平均完成多帖平均滤波运 算，W获取一帖信噪比较高的空间散斑衬比图像；
[0051] (6)对采集到的被测对象反射产生的N帖激光散斑