一种人体皮肤激光散斑血流快速成像系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及医疗检测领域，具体涉及一种人体皮肤激光散斑血流快速成像系统及其使用方法。


背景技术：

2.皮肤血流循环状态是血管通路、功能水平以及心血管疾病表征的主要标志。皮肤血流灌注的定义为单位时间内流过皮肤的血液量，是人体微循环监测、健康诊断、预后评估等过程中的重要指标之一。
3.激光散斑血流成像技术具有无创、大视场、快速实时监测等诸多优点，可以实现对皮肤血流的大面积监测，能获得血流流速分布，在生物医疗光子成像领域有诸多应用，如对动物的脑皮层、内脏、眼底、视网膜、耳廓、皮肤等等，进行血流成像，进一步推进生物医疗的研究，对人体的应用有皮肤烧伤恢复监测、糖尿病的并发症糖尿病足的病理诊断、组织舒张压血流监测等。
4.现有技术中，照明光束的截面尺寸小，照明区域内光强不均匀，造成在激光散斑成像中，图像亮度或光强度空间分布梯度大，图像处理时误差大。另外，对于实际应用中图像采集设备难以确定采集区域。


技术实现要素：

5.为解决以上问题，本发明一方面提供了一种人体皮肤激光散斑血流快速成像系统，包括激光器、激光扩束装置、反射镜、检偏器、滤光装置、图像采集模组、激光测距模组、激光定位模组、计算机，激光器、激光扩束装置、反射镜依次位于照明光路上，人体皮肤反射照明光，人体皮肤、检偏器、滤光装置、图像采集模组依次位于成像光路上，激光测距模组和激光定位模组发出激光，经人体皮肤反射后分别重新进入激光测距模组和激光定位模组，计算机分别与图像采集模组、激光测距模组、激光定位模组相连。
6.更进一步地，激光测距模组的波长均为633纳米。
7.更进一步地，激光器为半导体激光器。
8.更进一步地，成像光路和激光测距模组、激光定位模组发出激光的光路平行。
9.更进一步地，激光扩束装置包括平凹透镜和平凸透镜，平凹透镜靠近激光器一侧。
10.更进一步地，还包括线偏振器，线偏振器位于照明光路上激光器和激光扩束装置之间。
11.另一方面，本发明还提供了一种人体皮肤激光散斑血流快速成像系统的使用方法，该使用方法包括如下步骤：
12.步骤1、应用激光测距模组和激光定位模组确定图像采集模组至皮肤的距离，定位人体皮肤区域；
13.步骤2、将激光光束照射到人体皮肤的待测区域；
14.步骤3、通过图像采集模组采集待测区域的图像，采集图像的帧数为n；
15.步骤4、计算公式(i)计算衬比度k(x,y)，
[0016][0017]
其中k(x,y)是在(x,y)象素处的衬比值，i
x,y
(n)是在第n幅图像中(x,y)象素坐标处的光强，是n幅图像在(x,y)处光强的平均值；
[0018]
步骤5、利用衬比度计算血流速度v(x,y)＝c/k2(x,y)，其中c为校正系数。
[0019]
更进一步地，在步骤3中，帧数n等于10。
[0020]
更进一步地，在步骤4中，计算衬比度k(x,y)的区域大于激光光束照射的区域。
[0021]
本发明的有益效果：本发明提供了一种人体皮肤激光散斑血流快速成像系统，包括激光器、激光扩束装置、反射镜、检偏器、滤光装置、图像采集模组、激光测距模组、激光定位模组、计算机，激光器、激光扩束装置、反射镜依次位于照明光路上，人体皮肤反射照明光，人体皮肤、检偏器、滤光装置、图像采集模组依次位于成像光路上，激光测距模组和激光定位模组发出激光，经人体皮肤反射后分别重新进入激光测距模组和激光定位模组，计算机分别与图像采集模组、激光测距模组、激光定位模组相连。与现有技术相比，本发明包括激光测距模组和激光定位模组，能够准确确定待测皮肤的位置和与图像采集模组之间的距离，所采集的图像便于数据处理；上位机图形化系统能够全程显示被检测区域的原始图像及采集到并处理后图像，便于操作人员能够清晰完整地查看到被检测皮肤的血流状态，极大的方便了用户的使用。
[0022]
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0023]
图1是本发明的人体皮肤激光散斑血流快速成像系统的示意图。
[0024]
图2是激光扩束装置示意图。
[0025]
图3是本发明的激光散斑血流快速成像系统结合阻断后反应性充血对手部灌注量检测的效果图。
[0026]
图中：1、激光器；2、激光扩束装置；3、反射镜；4、人体皮肤；5、检偏器；6、滤光装置；7、图像采集模组；8、激光测距模组；9、激光定位模组；10、计算机。
具体实施方式
[0027]
为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术作进一步详细说明。
[0028]
实施例1
[0029]
本发明提供了一种人体皮肤激光散斑血流快速成像系统，如图1所示，包括激光器1、激光扩束装置2、反射镜3、检偏器5、滤光装置6、图像采集模组7、激光测距模组8、激光定位模组9、计算机10。激光器1为氦氖激光器或半导体激光器。优选地，激光器1为半导体激光器。检偏器5为偏振片。滤光装置6为滤光片。图像采集模组7包括光电成像器件。激光器1、激光扩束装置2、反射镜3依次位于照明光路上。如图2所示，激光扩束装置2为伽利略扩束结
构，激光扩束装置2包括平凹透镜和平凸透镜，平凹透镜靠近激光器1一侧。经激光扩束装置2后，激光光斑增大，照射人体皮肤4的面积增加，图像采集时，可以采集均匀照射区域，相邻像素之间的差值小，后续处理时，误差小。人体皮肤4反射照明光。人体皮肤4、检偏器5、滤光装置6、图像采集模组7依次位于成像光路上。图像采集模组7包括光电成像器件。光电成像器件为面阵数字ccd相机或ccd摄像机或cmos相机或cmos摄像机。滤光片位于成像光路上，在人体皮肤4和光电成像器件之间；检偏器5位于成像光路上滤光片和光电成像器件之间。激光测距模组8和激光定位模组9发出激光，经人体皮肤4反射后分别重新进入激光测距模组8和激光标定位组9。激光测距模组8的波长均为633纳米。成像光路和激光测距模组8发出激光的光路平行，便于准确测量人体皮肤4和图像采集模组7中成像装置之间的距离。激光定位模组9用于标注成像的具体位置，能够确定人体皮肤4采集待测区域。激光测距模组8测量图像采集模组7中光电成像器件至待测人体皮肤4的距离，用于调节光电成像器件的光学参数，例如ccd相机的焦距等，使得采集的激光散斑图像更清晰。激光测距模组的波长为950纳米。计算机10分别与图像采集模组7、激光测距模组8、激光定位模组9相连。计算机10形成上位机，图像采集模组7采集原始激光散斑血流图像后，传输给上位机，上位机编程一套实时时空联合算法和计算血流灌注量的算法的图形化软件系统。另外，计算机10连接显示装置，显示装置用于显示计算机10获取或根据预设逻辑计算出的参数信息，这些参数信息包括图像信息、曲线信息和数据信息。上位机图形化系统能够全程显示被检测区域的原始图像及处理后的图像，便于操作人员能够清晰完整地查看到被检测人体皮肤4的血流状态，极大地方便了用户的使用。更进一步地，还包括线偏振器，线偏振器位于照明光路上激光器1和激光扩束装置2之间。
[0030]
在本发明中，激光器1发射的光经过激光扩束装置2扩束，再经过反射镜3照射在被测对象人体皮肤4上，人体皮肤4产生散射，经过图像采集模组7形成散斑图像，散斑图像传输进入计算机10，计算机10采用时空联合算法计算血流相对速度并形成分布图。本发明采用激光散斑血流检测方法实时监测血流速度，可以通过不同阶段的血流速度变化来判断血管情况和供血循环情况，可实时观测微循环的血流状态；另外，本发明提出以伽利略扩束结构设计扩束器，扩展激光光路，结合反射镜3、滤光装置6、检偏器5使其光路结构可调并简洁；另外，还设计了一套波长633nm激光测距模组8和激光定位模组9，以调节图像采集模组7的相关参数和定位成像具体位置，提高了装置的成像性能，便于后续图像计算。
[0031]
实施例2
[0032]
本发明还提供了一种人体皮肤激光散斑血流快速成像系统的使用方法，该使用方法包括如下步骤：
[0033]
步骤1、应用激光测距模组8和激光定位模组9确定图像采集模组7至人体皮肤4的距离和定位人体皮肤4区域；
[0034]
步骤2、将激光光束照射到人体皮肤4的待测区域；
[0035]
步骤3、通过图像采集模组采集待测区域的图像，采集图像的帧数为n，帧数n等于10；
[0036]
步骤4、计算公式(i)计算衬比度k(x,y)，
[0037][0038]
其中k(x,y)是在(x,y)象素处的衬比值，i
x,y
(n)是在第n幅图像中(x,y)象素坐标处的光强，是n幅图像在(x,y)处光强的平均值，计算衬比度k(x,y)的区域大于激光光束照射的区域。计算衬比度的区域大于激光光束照射的区域可以保证计算的衬比度包含感兴趣的区域，然后从中把感兴趣区域提出出来。是n幅图像在(x,y)处光强的平均值，是指不同帧时(x,y)处的平均值。
[0039]
步骤5、利用衬比度计算血流速度v(x,y)＝c/k2(x,y)，其中c为校正系数。另外，血流速度正比于而速度正比于t/τc，其中t是电荷耦合器的曝光时间，τc是自相关时间。
[0040]
本发明采用时空联合算法计算衬比度的方法是取多张采集到的原始激光散斑图像，在时间和空间维度取得这些原始散斑图像中的一系列像素点的光强值，计算得到衬比度的值后，再得到相对血流速度分布。
[0041]
图3为激光散斑血流快速成像系统结合阻断后反应性充血对手部灌注量检测的效果图。图a、c、e分别是人体手臂阻断后反应性充血过程中手指原始激光散斑图像，依次对应该实验中的正常、缺血、再灌注过程中的三种状态。图b、d、f分别对应三种状态下由原始激光散斑图像处理得到的血流速度图。图a、c、e看不出明显变化，但是从图b、d、f可以看出，在灌注状态下血流速度大于正常状态下血流速度，正常状态下血流速度大于缺血状态下血流速度。实验结果本发明中的方法能够准确地测定血流速度。
[0042]
现有技术中，对激光散斑血流灌注量测量时，通常采用的方法复杂、不易实现。本发明提出的激光散斑血流灌注量测量方法简单，容易实现，该方法可以用于人体皮肤4血流灌注量的血流流速分布获取，具有对待测皮肤组织进行全面、实时测量及表征的优点。
[0043]
以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。