本发明专利技术涉及一种多光束相干人体皮肤灌注成像系统和方法，属于临床诊断领域。该成像系统由激光器、光分路器、单模光纤、高速相机、滤光片、计算机等组成。本发明专利技术利用相干光在人体组织中传播的散射作用，通过特种光纤的多光束相干照明改善相干光的散射特性，结合传统的激光散斑衬比成像和激光多普勒血流监测技术的优点，得到准确的人体体表灌注成像。该方法不仅可以得到与激光多普勒血流监测一致的成像深度，还能达到与激光散斑衬比成像一致的高时空分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无创、实时监测组织血流的皮肤灌注成像技术，具体涉及一种多 光束相干人体皮肤灌注成像系统和方法，属于临床组织血流成像领域。
技术介绍
在1960年早期，激光的专利技术者和首先使用激光者发现当激光照射粗造表面时，会 形成一些随机的颗粒状的斑点。起先他们称这种效应为"颗粒"，后来称之"散斑"。散斑即 当激光照射在相对粗糙(和光的波长相比）的物体表面上，经过不同光程的散射光之间相互 干涉，形成随机干涉图样。 当被激光照亮的区域经过CCD成像系统时，产生颗粒状或斑纹状像面散斑。如果 散射介质在运动，图像中的每一个象素将产生随时间变化的散斑图样。该图样在时间和空 间上的强度变化包含着散射介质的运动信息。通过分析散斑强度在时间上的变化(如激光 多普勒测速仪)，或强度变化的空间统计特性(如激光散斑衬比成像)，都可获得定量的流速 信息。 激光多普勒测速技术可以无损伤、连续地测定组织微血管血液速度，因为适应范 围广、操作简便而得到广泛应用。但是激光多普勒技术只能逐点取样测血流速度，成像则需 要配备扫描装置等，空间分辨率低。 激光散斑衬比成像方法可以获取血流速度信息，其原理是利用相干光照射在血管 上，被血管中运动的红细胞散射后相互干涉，形成斑点式的光强分布，通过解析这种由红细 胞运动造成的时间域或空间域的散斑模糊效应，可以获取运动粒子的速度信息。激光散斑 衬比成像技术无需扫描便能实现较高的空间分辨率和时间分辨率，能够活体地、动态地、非 接触式地监测血管管径和血流速度变化，获得血流动力学的多个指标，具有全场成像、实时 性强、结构简单等诸多优点，受到了越来越多的神经科学工作者和医学工作者的关注。但是 激光散斑衬比成像只能获取皮肤表面的血流速度信息，而不能得到深度信息。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是结合激光多普勒原理和激光散斑衬比成像技术，目的是 提供一种，设计合理、方法简单、成本相对低廉。 为达到上述目的，本专利技术的构思如下： 激光器发出的光通过输出光纤均匀照射在被测组织表面形成多光束相干光，当多光束 相干光叠加进入组织后，在传播过程中就由于组织细胞的散射形成随机分布的散射图样。 通过计算机控制高速相机进行数据采集，获取后向散射光得到散射图案。在数据分析中，我 们首先通过傅里叶变换的手段，基于激光多普勒的原理求解皮肤组织的灌注量，使其成像 深度与激光多普勒血流检测一致，之后使用衬比度分析来得到相干时间的估算，使其成像 空间分辨率与激光散斑衬比成像一致。因此其主要优势为即能检测成像深度，又提高了成 像分辨率，在时间分辨率方面可实时检测并显示。 根据上述构思，本专利技术采用如下技术方案： 一种多光束相干人体皮肤灌注成像系统，包括激光器、光分路器、单模光纤、高速相机、 滤光片、调节支架、计算机，若干所述单模光纤安装在光分路器上，所述激光器连接光分路 器输入端的单模光纤，光分路器的输出端的单模光纤均匀地围绕在高速相机镜头周围，所 述的滤光片紧贴在高速相机镜头上，所述的计算机与激光器以及高速相机相连，控制激光 的开关和图像的采集，所述调节支架一端连接高速相机，另一端固定。 所述的激光器发出的光的波长为830nm。 所述的滤光片滤掉波长800nm以下的光。 所述的光分路器为单输入16输出。 所述的光分路器的16根输出光纤均匀地围绕在相机镜头周围。 所述的高速相机的帧速率达到10000帧每秒，且在该系统中，分别工作在高速和 低速两个模式，其中高速为1万帧每秒，低速为200帧每秒。 一种多光束相干人体皮肤灌注成像方法，采用上述的多光束相干人体皮肤灌注成 像系统，成像步骤如下： A. 调整成像位置：根据成像对象位置，移动调节支架，使高速相机镜头对准皮肤表面； 通过软件打开高速相机，根据成像区域，调整高速相机与皮肤表面的距离，使其停在图像 最清晰位置； B. 打开激光器：通过软件控制打开激光器，使激光通过光分路器，由16根单模光纤照 射在皮肤表面，形成相干光； C. 图像采集：图像采集速率分为高速，即每秒1万帧和低速，即每秒200帧，二者每隔 1秒互相切换； D. 图像处理：对于高速下的1万张图像，对每一个像素点J(x，y，t)求快速傅里叶变 换，同时应用下述公式获得组织内血细胞浓度组织灌注量/?勺信息：其中，a, 6为常数系数，/为频率，5/乃为功率谱； 对于低速下的200张图像，利用散斑衬比度算法求得衬比度值尤其中，〇为图像中散斑光强的标准差，为图像中散斑光强的均值， 根据以下公式，通过用直和曝光时间球得相关时间re，其中C为常数系数。 与现有技术相比，本专利技术具有如下突出的实质性特点和显著的进步： 本专利技术一款用于无创监测组织血流的皮肤灌注成像系统，通过低能量相干激光束，生 成监测区域的血流灌注量伪彩图像，设计合理、方法简单、成本相对低廉。本系统和方法可 用于监测健康或患病组织的微循环状况，亦可用于研宄不同生理刺激下的微循环反应。监 测过程为非接触式，应用领域非常广泛，包括烧伤评估、整形外科、伤口愈合以及皮肤病科 等。【附图说明】 图1为本专利技术多光束相干人体皮肤灌注成像系统结构图。 图2为本专利技术产品设计及应用图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的实施做进一步的当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多光束相干人体皮肤灌注成像系统，其特征在于，包括激光器、光分路器、单模光纤、高速相机、滤光片、调节支架、计算机，若干所述单模光纤安装在光分路器上，所述激光器连接光分路器输入端的单模光纤，光分路器的输出端的单模光纤均匀地围绕在高速相机镜头周围，所述的滤光片紧贴在高速相机镜头上，所述的计算机与激光器以及高速相机相连，控制激光的开关和图像的采集，所述调节支架一端连接高速相机，另一端固定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，苗鹏，巢珍，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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