一种基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法

本发明属于光声显微生物成像应用领域，具体为一种基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法。

背景技术：

0、发明背景

1、对糖尿病患者来说，糖尿病足是非常严重的并发症。糖尿病足的发生往往在糖尿病发展到后期，由于血管内部长时间处于高血糖环境，进而出现血管内斑块加重和血栓形成，可以导致肢体早期出现缺血性表现，即冷、痛和麻木。到后期会出现远端肢体坏死，形成溃疡，导致溃疡面产生，严重的可以引起整个下肢肢体的急性缺血坏死。部分病人组织坏死多可以看得到创面上会有严重的异味发生，导致骨头外露。糖尿病足病人往往后期都涉及到肢体丢失的问题，这是最严重的危害。另外，严重糖尿病足患者，如果感染创面和患肢的感染控制不住，感染会往全身蔓延，最后形成脓毒血症的情况发生，导致患者出现中毒性休克，危及到患者的生命。

2、已有研究表明浅表血管的生长和功能异常是糖尿病足疾病的重要标志，糖尿病的生理病理变化需要通过血管系统传递及演进。同时由于糖尿病足的血管系统更能够直接且明确的反映组织病变信息，因此，对糖尿病足的血管功能成像研究成为精准医学亟待突破的重点(组分识别、钙化/血氧监测等)。然而，现有的临床糖尿病足的血管影像技术主要存在的问题是侵入性、有辐射、精度低、误差高、成本高等，不适用于早期病变筛查及治疗监测的问题。因此，探索糖尿病足的血管结构与功能的新型可视化机制的需求非常迫切。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出了一种基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法。

2、实现本发明目的的技术方案为：一种基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，所述方法包括以下步骤：

3、s1：基于光声成像结果，构建n组健康程度不同的糖尿病足模型；使用多波长光声显微镜获取目标糖尿病足区域组织微结构以及血管中化学成分所对应光吸收波段的光声信号；

4、s2:基于k-wave快速算法，利用获取的光声信号，得出所有波长对应的光声二维谱，获取不同参数的光声二维谱与对照组光声二维谱进行比较以确定在光声二维谱中表征这些参数的特征区间；

5、s3：利用光声谱信息量化对糖尿病足组织微结构进行评估分析，确定光声二维谱与组织微结构的映射关系；

6、s4：利用光声谱信息量化对糖尿病足血管内化学成分进行评估分析，确定光声二维谱与糖尿病足组织中各化学成分的映射关系。

7、优选地，基于光声成像结果，构建n组健康程度不同的糖尿病足模型的具体方法为：

8、对志愿者足部进行光声成像，提取成像结果中的血管平均数目、血管密度、血管弯曲度作为区分健康程度的参数，根据志愿者数量划定不同健康程度的区间，作为健康程度不同的糖尿病足模型，将一组健康足模型作为对照组。

9、优选地，基于k-wave快速算法，利用获取的光声信号，得出所有波长对应的光声二维谱，获取不同参数的光声二维谱与对照组光声二维谱进行比较以确定在光声二维谱中表征这些参数的特征区间的具体方法为：

10、将一维光声信号换算到频域，将一维光声信号对应的二维谱按激光波长顺序排列，得出对应的光声二维谱。

11、优选地，步骤s2中，选取光声二维谱横坐标对应波长位置，光声二维谱中的频率作为横坐标，功率谱密度作为纵坐标，作出对应波长下光声二维谱的拟合曲线，并提取拟合线斜率；

12、从同一幅光声二维谱中提取多个波长对应参数的拟合曲线，将拟合曲线与对照组的光声二维谱的拟合曲线进行对比，确定特征参数区域。

13、优选地，通过逐步改变血氧含量参数，分析对应的光声二维谱或者拟合曲线的改变，以确定光声二维谱中反映组织特性、组织微结构、血管内各种化学成分在光声二维谱中对应的特征参数区域。

14、优选地，利用光声谱信息量化对糖尿病足血管内化学成分进行评估分析，确定光声二维谱与糖尿病足组织中各化学成分的映射关系的具体方法为：

15、利用光声谱分析糖尿病足血管内化学成分，提取出糖尿病足血管内含氧蛋白、缺氧蛋白、含钙量、血糖含量、血脂含量所对应的特征参数区域的光声二维谱；

16、将多种成分的特征参数区域中的二维谱累加，得到光吸收谱信息；

17、利用光吸收谱信息求解血管内成分含量相关信息。

18、优选地，利用光吸收谱信息求解血管内成分含量相关信息的具体公式为：

19、

20、式中，λ1…λn分别为n种成分的特征区域所对应的特征波长，μ代表组织的吸光系数，ε代表对应化学成分的吸光系数，c代表对应化学成分在组织中的浓度；下标hb、hbo2均表示糖尿病足病变血管定量评估中所选取的化学成分。

21、优选地，针对微血管结构以及血管中化学成分的激发光源波长范围包含紫外至红外波段。

22、本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明通过光声谱用于糖尿病足血管定量评估的评价机制研究，可以高效地提取糖尿病足血管的分布情况、钙化程度、氧饱和度、血糖含量、血红蛋白浓度和氧代谢率等多参量信息，实现与传统临床病理信息的统一和扩展；2)本发明可以实现对糖尿病足高危人群的有效检测，发现高危因素，提前早期干预，减少糖尿病足发生；为深入理解糖尿病足血管结构、功能信息与临床病变等级的关系，糖尿病足血管稳态维持及血管重构的分子机制、揭示糖尿病足的发病机制，以及糖尿病足的靶标血管的精确诊断定位和优化治疗方案提供新影像技术手段；3)本发明研制的基于糖尿病足的深穿透、高分辨率多光谱光声血管显微术，也可扩展应用至全身浅表关键器官的血管功能化检测，为链接血管与临床病理诊疗提供新的科学途径和手段。

技术特征：

1.一种基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，基于光声成像结果，构建n组健康程度不同的糖尿病足模型的具体方法为：

3.根据权利要求1所述的基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，基于k-wave快速算法，利用获取的光声信号，得出所有波长对应的光声二维谱，获取不同参数的光声二维谱与对照组光声二维谱进行比较以确定在光声二维谱中表征这些参数的特征区间的具体方法为：

4.根据权利要求1所述的基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，步骤s2中，选取光声二维谱横坐标对应波长位置，光声二维谱中的频率作为横坐标，功率谱密度作为纵坐标，作出对应波长下光声二维谱的拟合曲线，并提取拟合线斜率；

5.根据权利要求1或4所述的基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，通过逐步改变血氧含量参数，分析对应的光声二维谱或者拟合曲线的改变，以确定光声二维谱中反映组织特性、组织微结构、血管内各种化学成分在光声二维谱中对应的特征参数区域。

6.根据权利要求1所述的基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，利用光声谱信息量化对糖尿病足血管内化学成分进行评估分析，确定光声二维谱与糖尿病足组织中各化学成分的映射关系的具体方法为：

7.根据权利要求1所述的基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，利用光吸收谱信息求解血管内成分含量相关信息的具体公式为：

8.根据权利要求1所述的基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，其特征在于，针对微血管结构以及血管中化学成分的激发光源波长范围包含紫外至红外波段。

技术总结
本发明公开了一种基于糖尿病足血管病变定量评估的光声谱方法，包括：基于光声成像结果，构建n组健康程度不同的糖尿病足模型；使用多波长光声显微镜获取目标糖尿病足区域组织微结构以及血管中化学成分所对应光吸收波段的光声信号；基于k‑wave快速算法，利用获取的光声信号，得出所有波长对应的光声二维谱，获取不同参数的光声二维谱与对照组光声二维谱进行比较以确定在光声二维谱中表征这些参数的特征区间；利用光声谱信息量化对糖尿病足组织微结构进行评估分析，确定光声二维谱与组织微结构的映射关系；利用光声谱信息量化对糖尿病足血管内化学成分进行评估分析，确定光声二维谱与糖尿病足组织中各化学成分的映射关系。

技术研发人员：马海钢,于音什,封婷,左超,陈钱,高杨
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13