一种皮肤不同深度血流灌注实时监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种皮肤不同深度血流灌注实时监测方法及系统，其主要实现步骤是：1、待监测皮肤区域的反射光分光；2、采集反射光的图像信息，计算待监测皮肤区域图像中各个像素点随时间变化的血容积信号；3、采集透射光各个谱段的图像信息，计算待监测皮肤区域图像中各个谱段下的光谱脉搏波信号；4、将各个谱段脉搏波信号与血容积信号做互相关运算，得到待监测皮肤区域不同深度下的血流灌注图。通过本发明专利技术实现了对皮肤组织不同深度血流灌注的监测，大大拓展了基于成像法的血流灌注监测的适用范围。拓展了基于成像法的血流灌注监测的适用范围。拓展了基于成像法的血流灌注监测的适用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种皮肤不同深度血流灌注实时监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种皮肤血流灌注监测技术，具体涉及一种皮肤不同深度血流灌注实时监测方法及系统。

技术介绍

[0002]皮肤血流灌注反映着单位时间内流过皮肤血液量的多少，是衡量皮肤组织愈合、微循环、代谢等过程的重要指标，在健康监测、精神状态评估以及外科护理等领域有重要的应用价值。目前在实际应用中较为广泛可用于皮肤血流灌注监测的相关方法和技术包括激光散斑衬比成像和激光多普勒成像等。但是它们的共同缺点是设备复杂且昂贵。同时市场还有一些利用低廉的成像方法可以实现皮肤血流灌注的非接触、便携式监测，但是这些方法无法实时获取皮肤不同深度的血流灌注情况，致使其无法在皮肤深度方向上更精确地反映不同层的血流灌注特性，且不能实时对血流灌注进行监测，从而限制了这些方法在实际应用中的适用范围。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中现有方法无法实时获取皮肤不同深度的血流灌注情况，致使其无法在皮肤深度方向上更精确地反映不同层的血流灌注特性，以及不能实时对血流灌注进行监测的问题，本专利技术提供了一种皮肤不同深度血流灌注实时监测方法及系统。
[0004]本专利技术的具体技术方案是：
[0005]提供了一种皮肤不同深度血流灌注实时监测方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：待监测皮肤区域的反射光分光；
[0007]白光光源照射待监测皮肤区域，由皮肤组织反射后的光经过分束为一路反射光和一路透射光；
[0008]步骤2：采集反射光的图像信息，计算待监测皮肤区域图像中各个像素点随时间变化的血容积信号；
[0009]步骤3：采集透射光各个谱段的图像信息，计算待监测皮肤区域图像中各个谱段下的光谱脉搏波信号；
[0010]步骤4：将各个谱段脉搏波信号与血容积信号做互相关运算，获得互相关系数，所得互相关系数经过像素重排后得到待监测皮肤区域不同谱段下的血流灌注图，不同谱段对应着待监测皮肤区域的不同深度。
[0011]进一步地，所述步骤2中各像素点血容积信号的具体获取过程为：
[0012]步骤2.1：采用相互重叠的区域平均计算方法计算反射光图像中各像素点的灰度变化信号PPG(i,j,t)，具体计算公式如下：
[0013][0014]式中，i和j表示反射光图像中x和y方向的像素点坐标；
[0015]m，n表示所求平均的区域大小，
[0016]I表示t时刻的图像，M,N表示图像I的大小；
[0017]步骤2.2：对各像素点的灰度变化信号进行0.5Hz
–
3Hz范围的巴特沃斯滤波，获得各像素点的血容积信号，具体计算公式如下：
[0018]PPG
f
(i,j,t)＝filtfilt(b,a,PPG(i,j,t))
[0019][b,a]＝butter(4,2*[0.5 3]/Fs)
[0020]式中，Fs为视频相机采集帧率，b和a为巴特沃斯滤波系数，filtfilt为零相移滤波器。
[0021]进一步地，上述步骤3中各个谱段下的光谱脉搏波信号的具体获取过程为：透射光图像是由红到蓝的光谱混叠的视频图像，对混叠图像相近颜色区域求均值以获得各颜色的光谱脉搏波信号，光谱脉搏波信号数由皮肤分层数决定，具体计算公式如下：
[0022][0023]式中，λ表示颜色，λ1表示蓝光，λn表示红光，d表示光谱展开像素数，c表示需要区分的光谱通道数，即光谱信号个数。
[0024]进一步地，上述步骤4中通过各像素点血容积信号和各谱段下光谱脉搏波信号在时间T内做互相关运算的具体计算公式如下：
[0025][C(i,j,λ),L(i,j,λ)]＝XCORR(PPG
f
(i,j,t),PPG(λ,t))
[0026]式中，C(i,j,λ)为互相关系数，L(i,j,λ)表示相位延迟，XCORR表示互相关。
[0027]本专利技术提供了一种皮肤不同深度血流灌注实时监测系统，用于实现上述方法，该监测系统包括白光光源、分束镜、前置物镜、狭缝、准直镜、闪耀光栅、第一视频成像相机、第二视频成像相机以及数据处理单元；
[0028]白光光源照射待测皮肤区域；
[0029]由皮肤组织反射后的光经过分束镜分为一路反射光和一路透射光；
[0030]反射光的光路上设置第一视频成像相机，用于连续采集待监测皮肤区域的反射光图像；
[0031]透射光的光路上依次设置前置物镜、狭缝、准直镜、闪耀光栅以及第二视频成像相机；
[0032]透射光进入前置物镜成像在狭缝处，经过狭缝的光经准直镜变为平行光，再经过闪耀光栅进行光谱分光，最后由第二视频成像相机完成待监测皮肤区域的光谱图像采集，所获得的光谱图像是狭缝区域对应的皮肤组织光谱展开像；
[0033]数据处理单元分别与第一视频成像相机、第二视频成像相机相连接，通过获得的待监测皮肤区域的反射光图像计算血容积信号，通过获得的待监测皮肤区域的光谱图像计算光谱脉搏波信号，最后将血容积信号和光谱脉搏波信号进行做互相关运算，所得互相关系数经过像素重排后得到待监测皮肤区域不同深度下的血流灌注图。
[0034]本专利技术的有益效果是：
[0035]1、本专利技术提供的皮肤不同深度血流灌注监测方法，通过将待测皮肤区域的反射光分为一路反射光和一路透射光，并利用反射光图像计算血容积信号，利用透射光图像计算
光谱脉搏波信号，并将血容积信号和光谱脉搏波信号做互相关运算，通过获得的互相关系数经过像素重排后得到待监测皮肤区域不同深度下的血流灌注图，实现了的对皮肤组织不同深度血流灌注的监测，大大拓展了基于成像法的血流灌注监测的适用范围。
[0036]2、本专利技术的装置通过将待监测皮肤区域的反射光一分为二，同时第一视频成像相机和第二视频成像相机同步工作以保证视频图像的同步、实时采集，从而实现了对皮肤不同深度血流灌注的实时监测，进一步的提升了基于成像法的血流灌注监测的适用范围。
附图说明
[0037]图1为皮肤不同深度血流灌注实时监测系统的结构示意图。
[0038]图2为皮肤不同深度血流灌注实时监测流程图。
[0039]图3为反射光图像计算血容积信号过程示意图。
[0040]图4为透射光图像计算光谱脉搏波信号过程示意图。
[0041]图5为获取不同深度血流灌注图过程的示意图。
[0042]附图标记如下：
[0043]1‑
白光光源、2
‑
分束镜、3
‑
前置物镜、4
‑
狭缝、5
‑
准直镜、6
‑
闪耀光栅、7
‑
第一视频成像相机、8
‑
第二视频成像相机。
具体实施方式
[0044]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种皮肤不同深度血流灌注实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：待监测皮肤区域的反射光分光；白光光源照射待监测皮肤区域，由皮肤组织反射后的光经过分束为一路反射光和一路透射光；步骤2：采集反射光的图像信息，计算待监测皮肤区域图像中各个像素点随时间变化的血容积信号；步骤3：采集透射光各个谱段的图像信息，计算待监测皮肤区域图像中各个谱段下的光谱脉搏波信号；步骤4：将各个谱段脉搏波信号与血容积信号做互相关运算，获得互相关系数，所得互相关系数经过像素重排后得到待监测皮肤区域不同谱段下的血流灌注图，不同谱段对应着待监测皮肤区域的不同深度。2.根据权利要求1所述的皮肤不同深度血流灌注实时监测方法，其特征在于：所述步骤2中各像素点血容积信号的具体获取过程为：步骤2.1：采用相互重叠的区域平均计算方法计算反射光图像中各像素点的灰度变化信号PPG(i，j，t)，具体计算公式如下：式中，i和j表示反射光图像中x和y方向的像素点坐标；m，n表示所求平均的区域大小，I表示t时刻的图像，M，N表示图像I的大小；步骤2.2：对各像素点的灰度变化信号进行0.5Hz
‑
3Hz范围的巴特沃斯滤波，获得各像素点的血容积信号，具体计算公式如下：PPG
f
(i，j，t)＝filtfilt(b，a，PPG(i，j，t))[b，a]＝butter(4，2*[0.53]/Fs)式中，Fs为视频相机采集帧率，b和a为巴特沃斯滤波系数，filtfilt为零相移滤波器。3.根据权利要求2所述的皮肤不同深度血流灌注实时监测方法，其特征在于：所述步骤3中各个谱段下的光谱脉搏波信号的具体获取过程为：透射光图像是由红到蓝的光谱混叠的视频图像，对混叠图像相近颜色区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：周亮，刘朝晖，孙笑敩，李治国，刘凯，单秋莎，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：