基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法。本发明专利技术对配准后的图像分别进行血管分割和激光散斑衬比分析，得到血管分割图和激光散斑衬比图像；通过血管分割图得到血管段长度，通过激光散斑衬比图像得到激光散斑衬比波形，得到传导时间差，从而求得血液流速；进一步，通过血液流速和传导时间差进行动脉与静脉血管分类；并且为了进一步提高激光散斑衬比波形的信号质量，引入光电容积脉搏波信号进行噪声滤除工作；本发明专利技术广泛应用于视网膜血液流速测量、脑部血液流速测量、微循环分析和液体传输等领域；能够实现更为精准的流速测量并进行定量分析同时结构简单，成本低廉，具有广阔的应用前景。

Measurement of blood flow velocity based on the difference of conduction time of laser speckle contrast waveform

The invention discloses a blood flow measurement method based on the difference of conduction time of laser speckle contrast waveform. According to the invention, the blood vessel segmentation and laser speckle contrast analysis are respectively carried out on the registered image to obtain the blood vessel segmentation image and the laser speckle contrast image; the length of the blood vessel segment is obtained through the blood vessel segmentation image, the laser speckle contrast waveform is obtained through the laser speckle contrast image, and the conduction time difference is obtained, so as to obtain the blood flow rate; further, the blood flow rate and the conduction time difference are carried out In addition, in order to further improve the signal quality of the laser speckle contrast waveform, the optical capacitance product pulse wave signal is introduced for noise filtering; the invention is widely used in the fields of retinal blood flow measurement, brain blood flow measurement, microcirculation analysis and liquid transmission; it can achieve more accurate flow measurement and quantitative analysis at the same time With simple structure and low cost, it has a broad application prospect.

【技术实现步骤摘要】
基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法
本专利技术涉及激光散斑衬比成像技术，具体涉及一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法。
技术介绍
激光散斑衬比成像(laserspeckleflowgraphy，LSFG)技术也称激光散斑衬比分析(laserspecklecontrastanalysis，LSCA)技术，激光散斑衬比成像技术进行血液流速测量的原理是利用血液中红细胞运动产生的后向动态散斑对比度值来获取血流速度信息。所需器件简单，仅通过常规成像方式便可获得全场的二维高分辨率的血流分布图像，不需要结合机械扫描，也不需要注入外源性物质，即可实现长时间连续性的血流监测。现阶段，此项技术已经广泛应用于视网膜血管分析、皮肤组织血流分析、脑血管血流分析等领域，同时也受到术后血流成像监测、囊肿数据的收集等临床领域的关注。但是，激光散斑衬比成像技术在实际的测量过程中受到多种因素的影响，其中最常见的包括液体流速、管道弹性以及液体浓度。这些因素使得激光散斑衬比成像技术的测量结果存在较大的误差，不能有效的对血液流速进行定量分析，严重阻碍了激光散斑衬比成像技术的进一步发展。
技术实现思路
针对于现有的激光散斑衬比成像技术存在的无法对血液流速进行定量分析的问题，本专利技术提出了一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法。现有的激光散斑血液流速成像装置采用激光光源发出激光，照射到待测对象的血管，相机采集血管反射的激光，采集1～60s，形成血液的激光散斑视频数据。本专利技术的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，包括定距离平均时间差的方法，或者变距离拟合时间差的方法。本专利技术的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过定距离平均时间差的方法测量，包括以下步骤：1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到起始段与终止段的中心之间的距离s；5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到起始段和终止段的激光散斑衬比波形；6)激光散斑衬比波形降噪：分别将起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；7)波形传导时间差计算：计算降噪后的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差x，在采集帧率fps已知的情况下，起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t为：t＝x×1/fps8)血液流速计算：根据起始段与终止段的中心之间的距离s以及起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t，得到血液流速v：v＝s/t。进一步，通过血管直径d获得血流流量Q：Q＝v×π×d2/4。其中，在步骤2)中，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析的方法采用时间衬比计算法、空间衬比计算法或时间-空间衬比法。在步骤6)中，采用通带为0.5～15Hz的带通滤波分别对起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波。进一步，还包括修正传导时间差的方法，包括以下步骤：起始段和终止段在原始位置即为第一平移位置处得到的传导时间差t1；在激光散斑衬比图像中，保持起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段同时向同一方向移动设定的像素到第二平移位置处，移动1～5个像素，针对第二平移位置处的起始段和终止段重复步骤5)～7)，得到第二平移位置处的传导时间差t2；重复上述过程n次，n≥2，得到第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差t1～tn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差t。本专利技术的基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，通过变距离拟合时间差的方法测量，包括以下步骤：1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到第j距离处的起始段与终止段的中心之间的距离sj；5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的第j距离处的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到第j距离处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；6)激光散斑衬比波形降噪：分别将第j距离处的起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；7)波形传导时间差计算：计算降噪后的第j距离处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差xj，在采集帧率fps已知的情况下，第j距离处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差tsj为：tsj＝xj×1/fps8)保持起始段位置不变，按照设定的步长k，5～10个像素，将终止段从第j距离处移动距离k至第j+1距离处，二者之间的距离sj+1＝si+k，重复上述步骤4)～7)m次，m≥2，得到第一位置处至第m位置处的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差ts1～tsm，第一位置处的起始段与终止段的中心之间的距离s1为步骤3)中确定的原始位置处的起始段与终止段之间的距离；9)血液流速计算：将ts1,ts2,…,tsm作为因变量，s1,s2,…,sm作为自变量进行一元线性回归分析，并采用拉依达准则对异常点进行剔除，则此一元线性回归模型中的斜率a即为此血管段中的血液流速。进一步，还包括修正传导时间差的方法，包括以下步骤：第j距离处的起始段和终止段在原始位置即为第j距离处的第一平移位置处得到的传导时间差tsj1；在激光散斑衬比图像中，保持第j距离处的起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段同时向同一方向移动设定的像素到第j距离处的第二平移位置处，移动1～5个像素，针对第j距离处的第二平移位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，其特征在于，通过定距离平均时间差的方法测量，所述血液流速测量方法包括以下步骤：/n1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；/n2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；/n3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；/n4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到起始段与终止段的中心之间的距离s；/n5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到起始段和终止段的激光散斑衬比波形；/n6)激光散斑衬比波形降噪：分别将起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；/n7)波形传导时间差计算：计算降噪后的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差x，在采集帧率fps已知的情况下，起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t为：/nt＝x×1/fps/n8)血液流速计算：根据起始段与终止段的中心之间的距离s以及起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t，得到血液流速v：/nv＝s/t。/n...

【技术特征摘要】
1.一种方法基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，其特征在于，通过定距离平均时间差的方法测量，所述血液流速测量方法包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到起始段与终止段的中心之间的距离s；
5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别将起始段和终止段的激光散斑衬比值均值按照时间进行排列，得到起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
6)激光散斑衬比波形降噪：分别将起始段和终止段的激光散斑衬比波形进行滤波，得到降噪后的起始段和终止段的激光散斑衬比波形；
7)波形传导时间差计算：计算降噪后的起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的帧数差x，在采集帧率fps已知的情况下，起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t为：
t＝x×1/fps
8)血液流速计算：根据起始段与终止段的中心之间的距离s以及起始段的激光散斑衬比波形与终止段的激光散斑衬比波形之间的传导时间差t，得到血液流速v：
v＝s/t。


2.如权利要求1所述的血液流速测量方法，其特征在于，还包括修正传导时间差的方法，包括以下步骤：起始段和终止段在原始位置即为第一平移位置处得到的传导时间差t1；在激光散斑衬比图像中，保持起始段和终止段之间的距离不变，将起始段和终止段同时向同一方向移动设定的像素到第二平移位置处，移动1～5个像素，针对第二平移位置处的起始段和终止段重复步骤5)～7)，得到第二平移位置处的传导时间差t2；重复上述过程n次，n≥2，得到第一平移位置处至第n平移位置处的传导时间差t1～tn，对这n个值取均值作为最终的传导时间差t。


3.一种基于激光散斑衬比波形传导时间差的血液流速测量方法，其特征在于，通过变距离拟合时间差的方法测量，所述血液流速测量方法包括以下步骤：
1)对血液的激光散斑视频数据进行图像配准，得到配准后的图像；
2)对配准后的图像进行血管分割，得到血管分割图；同时，对配准后的图像进行激光散斑衬比分析，得到激光散斑衬比图像；
3)确定分析区域：在血管分割图上确定待分析的血管段，并在待分析的血管段中选取两个彼此之间有距离的小区域，其中近心侧的小区域称为起始段，远心侧的小区域称为终止段；
4)血管段长度计算：对确定了待分析的血管段的血管分割图进行血管中心线提取，获取血管网络的走向和血管直径d，并沿血管网络的走向计算得到第j距离处的起始段与终止段的中心之间的距离sj；
5)计算激光散斑衬比波形：将在血管分割图上确定的第j距离处的起始段和终止段对应到激光散斑衬比图像上，在激光散斑衬比图像中，分别逐帧计算得到起始段和终止段的激光散斑衬比值均值，分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯夕萌，卢闫晔，任秋实，邹达，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11