一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法及系统，可用于皮肤血流灌注的监测，解决了现有技术中，对皮肤血流灌注监测时，无法同时获取皮肤血流流速分布和血容积脉搏波，不能对皮肤血流灌注全面测评的问题。本发明专利技术提出了一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，采用两台视频成像系统同步控制，实时采集血容积和激光散斑视频图像并同步处理，同时获得血流流速分布和血容积脉搏波，实现对待测皮肤血流灌注实时、全面监测。为了实现上述方法，本发明专利技术还提出了一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像系统，该系统包括：激光光源、准直扩束镜、绿光光源、分束镜、第一滤光片、第一视频成像模块、第二滤光片、偏振片、第二视频成像模块。

【技术实现步骤摘要】
一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法及系统
本专利技术属于皮肤血流灌注监测
，具体涉及一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法及系统，可用于对待测皮肤组织血流灌注情况实时、全面的表征。
技术介绍
皮肤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。现有技术中，用于监测皮肤血流灌注的常用方法有激光散斑衬比成像、成像式光电容积描记术等。如图3所示，激光散斑衬比成像技术可以实现对皮肤血流的大面积监测，但仅能获得血流流速分布，无法准确获取皮肤血容积信号；如图4所示，成像式光电容积描记术可以实现对皮肤血容积变化进行监测，但仅能获得皮肤血容积脉搏波，而无法对血流流速进行测量；现有技术各自存在的弊端，均无法具备同时获取皮肤血流流速分布和血容积脉搏波的能力，进而无法实现对皮肤血流灌注进行全面的、实时的测量及表征。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中，对待测皮肤组织皮肤血流灌注进行测量时，通常采用的方法不能实现同时获取皮肤血流流速分布和血容积脉搏波的问题，提出一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法及系统，此成像方法及系统可用于皮肤血流灌注的血流流速分布和血容积脉搏波的获取，具有对待测皮肤组织进行全面、实时测量及表征的技术特点。本专利技术的技术解决方案是：一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，包括以下步骤：步骤1、使激光光源1的入射光经过准直扩束镜2，形成准直扩束光束，将准直扩束光束和绿光光源4的入射光同时照射到待测皮肤组织3；步骤2、经待测皮肤组织3反射的光束通过分束镜5，形成反射光束和透射光束；步骤3、反射光束经过第一滤光片6滤除激光光源成分后进入第一视频成像模块7，获得待测皮肤组织3的血容积信号；第一视频成像模块7对血容积信号进行处理，得到血容积脉搏波；同时，透射光束经第二滤光片8滤除绿光光源成分后，经偏振片9形成偏振光，偏振光进入第二视频成像模块10，获得激光散斑视频图像；第二视频成像模块10对激光散斑视频图像处理后，得到待测皮肤组织3的血流流速分布；步骤4、将待测皮肤组织3的血容积脉搏波与血流流速分布相结合，实现对待测皮肤组织3的实时血流灌注表征。进一步地，所述的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于：步骤3中，所述获得待测皮肤组织3的血容积信号具体为：第一视频成像模块7采集的反射光束光强变化信号，对其光强变化做区域平均以提取待测皮肤组织3的血容积信号；所述第一视频成像模块7对血容积信号进行处理，得到血容积脉搏波PPGf(i,j,t)，具体计算公式为：式中PPG(i,j,t)表示第i行、第j列t时刻的区域平均灰度值；I(i,j,t)表示第i行、第j列t时刻的灰度值；i和j表示图像x和y方向的像素点坐标，m表示选定区域像素的行数，n表示选定区域像素的列数；M表示图像像素的行数,N表示图像像素的列数，t表示时刻；对灰度信号进行巴特沃斯滤波，获得其血容积信号，对血容积信号进行处理，得到血容积脉搏波PPGf(i,j,t)，具体计算公式如下：[b,a]＝butter(4,2*[0.53.5]/Fs)PPGf(i,j,t)＝filtfilt(b,a,PPG(i,j,t))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。进一步地，所述的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于：步骤3中，所述第二视频成像模块10对激光散斑视频图像采集处理后，得到待测皮肤组织3的血流流速分布，具体为：按如下公式计算激光散斑衬比值C(x’,y’,t’)，其中，为子图像中心点(x’,y’,t’)的均值，σ(x′，y′，t′)为子图像中心点(x’,y’,t’)的标准方差；通过改变空间维度和时间维度，得到待测皮肤组织3的实时激光散斑衬比图，使用时空联合衬比方法，得到待测皮肤组织3血流流速分布。进一步地，所述的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于：所述步骤3中，对灰度信号进行巴特沃斯滤波时的滤波频率为0.5Hz–3.5Hz。进一步地，一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像系统，其特征在于：包括激光光源1、准直扩束镜2、绿光光源4、分束镜5、第一滤光片6、第一视频成像模块7、第二滤光片8、偏振片9以及第二视频成像模块10；所述激光光源1的入射光经过准直扩束镜2，形成准直扩束光束；所述准直扩束光束和绿光光源4的入射光照射到待测皮肤组织3；经待测皮肤组织3反射的光束通过分束镜5，形成反射光束和透射光束；所述反射光束经过第一滤光片6后形成滤波光束，滤波光束进入第一视频成像模块7；所述第一视频成像模块7采集反射光束的光强变化信号，对其光强变化做区域平均以提取待测皮肤组织3的血容积信号，并对血容积信号进行处理，得到待测皮肤组织3的血容积脉搏波；所述透射光束经过第二滤光片8后，再经过偏振片9形成偏振光，偏振光进入第二视频成像模块10；所述第二视频成像模块10从偏振光中获得激光散斑视频图像，对激光散斑视频图像采集处理后，得到待测皮肤组织3的血流流速分布；所述激光光源1为偏振光源；所述偏振片9的偏振方向与激光光源1的偏振方向垂直。进一步地，所述的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像系统，其特征在于：所述第一视频成像模块7包括第一视频成像相机、安装在第一视频成像相机上的第一镜头以及与第一视频成像相机电连接的第一图像处理单元；所述第二视频成像模块10包括第二视频成像相机、安装在第二视频成像相机上的第二镜头以及与第二视频成像相机电连接的第二图像处理单元；所述滤波光束进入第一镜头后，经第一视频成像相机获得血容积信号，第一图像处理单元对血容积信号进行处理，得到待测皮肤组织3的血容积脉搏波；所述偏振光进入第二镜头后，经第二视频成像相机获得激光散斑视频图像，对激光散斑视频图像采集处理后，得到待测皮肤组织3的血流流速分布。进一步地，所述的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于：所述激光光源1、绿光光源4的波长分别为632.8nm、533nm；经过第一滤光片6的反射光束波长为533nm；经过第二滤光片8的透射光束波长为632.8nm。本专利技术与现有技术相比，其有益效果如下：1)、本专利技术提供了一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法及系统，可同步获取血流流速分布及血容积脉搏波，实现对皮肤组织全面的实时血流灌注情况监测。2)、本专利技术的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法及系统，扩展了在非接触血流灌注检测中的应用范围，为皮肤组织提供客观指标。附图说明图1为本专利技术一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像系统实施例的结构示意图；图2为本专利技术一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法实施例的成像流程示意图；图3为现有激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、使激光光源(1)的入射光经过准直扩束镜(2)，形成准直扩束光束，将准直扩束光束和绿光光源(4)的入射光同时照射到待测皮肤组织(3)；/n步骤2、经待测皮肤组织(3)反射的光束通过分束镜(5)，形成反射光束和透射光束；/n步骤3、反射光束经过第一滤光片(6)滤除激光光源成分后进入第一视频成像模块(7)，获得待测皮肤组织(3)的血容积信号；第一视频成像模块(7)对血容积信号进行处理，得到血容积脉搏波；/n同时，透射光束经第二滤光片(8)滤除绿光光源成分后，经偏振片(9)形成偏振光，偏振光进入第二视频成像模块(10)，获得激光散斑视频图像；第二视频成像模块(10)对激光散斑视频图像处理后，得到待测皮肤组织(3)的血流流速分布；/n步骤4、将待测皮肤组织(3)的血容积脉搏与血流流速分布相结合，实现对待测皮肤组织(3)的实时血流灌注表征。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、使激光光源(1)的入射光经过准直扩束镜(2)，形成准直扩束光束，将准直扩束光束和绿光光源(4)的入射光同时照射到待测皮肤组织(3)；
步骤2、经待测皮肤组织(3)反射的光束通过分束镜(5)，形成反射光束和透射光束；
步骤3、反射光束经过第一滤光片(6)滤除激光光源成分后进入第一视频成像模块(7)，获得待测皮肤组织(3)的血容积信号；第一视频成像模块(7)对血容积信号进行处理，得到血容积脉搏波；
同时，透射光束经第二滤光片(8)滤除绿光光源成分后，经偏振片(9)形成偏振光，偏振光进入第二视频成像模块(10)，获得激光散斑视频图像；第二视频成像模块(10)对激光散斑视频图像处理后，得到待测皮肤组织(3)的血流流速分布；
步骤4、将待测皮肤组织(3)的血容积脉搏与血流流速分布相结合，实现对待测皮肤组织(3)的实时血流灌注表征。


2.根据权利要求1所述的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于：
步骤3中，所述获得待测皮肤组织(3)的血容积信号具体为：第一视频成像模块(7)采集的反射光束光强变化信号，对其光强变化做区域平均以提取待测皮肤组织(3)的血容积信号；所述第一视频成像模块(7)对血容积信号进行处理，得到血容积脉搏波PPGf(i,j,t)，具体计算公式为：



式中PPG(i,j,t)表示第i行、第j列t时刻的区域平均灰度值；I(i,j,t)表示第i行、第j列t时刻的灰度值；i和j表示图像x和y方向的像素点坐标，m表示选定区域像素的行数，n表示选定区域像素的列数；M表示图像像素的行数，N表示图像像素的列数，t表示时刻；
对灰度信号进行巴特沃斯滤波，获得其血容积信号，对血容积信号进行处理，得到血容积脉搏波PPGf(i，j，t)，具体计算公式如下：
[b，a]＝butter(4，2*[0.53.5]/Fs)
PPGf(i，j，t)＝filtfilt(b，a，PPG(i，j，t))
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所述的一种用于皮肤血流灌注表征的双模成像方法，其特征在于：
步骤3中，所述第二视频成像模块(10)对激光散斑视频图像采集处理后，得到待测皮肤组织(3)的血流流速分布，具体为：
按如下公式计算激光散斑衬比值C(x’，y’，t’)，



其中，为子图像中心点(x’，y’，t’)的均值，σ(x′，y′，t′)为子图像中心点(x’，y’，t’)的标准方差；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕媛媛，周亮，刘朝晖，乔文龙，孙笑敩，姜乐，赵鹤童，
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：陕西;61