一种漫射光相关动态血流成像方法技术

本发明专利技术提供了一种漫射光相关动态血流成像方法，包括如下步骤：S1：建立数学模型，并获取完整DCT信号，根据数学模型计算得到血流指数的求取方程，S2：根据完整DCT信号通过血流指数的求取方程计算获得基线血流影像，S3：获得基线血流影像之后，利用每一次光开关切换后采集的部分DCT信号，通过计算获得血流影像的变化，S4：将血流影像的变化与基线血流影像叠加，从而获得动态血流影像。本发明专利技术有益效果：利用每一次光开关切换后采集的光子信息来更新血流影像，无需每步数据采集的等待时间，从而实现动态的血流成像。现动态的血流成像。现动态的血流成像。

【技术实现步骤摘要】
一种漫射光相关动态血流成像方法


[0001]本专利技术属于组织血流成像领域，尤其是涉及一种漫射光相关动态血流成像方法。

技术介绍

[0002]脑部血流影像对于深入了解脑功能和早期诊断各类脑疾病具有重要意义。例如，脑卒中和颅骨损伤会引起脑部微循环的障碍。近年来的研究表明，其他脑部障碍（例如老年痴呆、精神障碍）也将导致血流动力学的异常。除了脑部血流监测，乳腺部位的血流影像也将为乳腺癌的早期检测提供生理依据。
[0003]目前临床使用的脑血流设备主要是灌注磁共振（ASL
‑
MRI）技术,可以提供高分辨率的全脑血流影像，但是该技术的测量成本昂贵，并且不容易实现动态和连续测量。在很多情形下，脑部微循环的障碍需要动态诱发生理改变来检测。近红外漫射光是实现血氧成像的一种传统技术，该技术的原理是通过光强的变化来计算组织内部的吸收系数。近年来，一种新的近红外漫射光成像技术得到了发展，称为漫射光相关断层成像（DCT）；DCT的测量原理是红细胞的随机运动会引起光场的扰动，计算光场的时间自相关函数可以对红细胞的运动进行量化，进而估计组织微循环的血流信息。具体过程是：数字相关器将探测器采集的光子数（即光强）进行时间自相关计算获得归一化的光强自相关函数g2(τ)，进一步，根据西格特关系，可获得归一化光场时间自相关函数g1(τ)，这是用于进行DCT血流重建计算的原始数据。
[0004]DCT的血流重建算法经历了解析方法、有限元方法和迭代线性方法这三个阶段。其中，迭代线性方法可以从较少的测量数据（例如48=6*8）稳定地重建出较多单元（例如：1536=16*16*6）的血流三维影像。
[0005]DCT技术需要在被测组织的表面的多个位置发射和接收光子（称为光源
‑
探测器（S
‑
D）阵列）。早期的DCT系统将S
‑
D阵列通过同一个镜头系统来发射和采集光子，但是大量使用的光子硬件增加了DCT的设备成本。利用机械马达在空间来扫描线性探头可以分时、分步地采集DCT数据，但是这种方式需要较长时间的机械扫描（每步几十秒），严重延长了数据采集的时间。为了解决这个问题，出现了透镜转角和光开关的方式来分时共享硬件的光源和探测器。例如，使用光开关实现组织表面不同S
‑
D位置的切换只需0.1秒，极大地缩短了数据采集时间。尽管如此，在具有M个光源、每个光源周围分布J个探测器的光纤阵列使用时，需要光开关切换M次，才能完成M*J阵列的完整数据采集，因此，如果从完整的DCT信号中重建血流图像，将需要一定时间来进行数据采集。
[0006]例如，在使用1个光源和6个探测器的硬件配置中，需要光开关切换8次，才能完成6*8阵列的完整数据采集，因此，如果从完整的DCT信号中重建血流图像，将有较长的时间等待数据采集，而无法实现动态的血流成像。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种漫射光相关动态血流成像方法，以期解决上述部
分技术问题中的至少之一。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术第一方面提出了，一种漫射光相关动态血流成像方法，包括如下步骤：S1：建立数学模型，并获取完整DCT信号，根据数学模型计算得到血流指数的求取方程；S2：根据完整DCT信号通过血流指数的求取方程计算获得基线血流影像；S3：获得基线血流影像之后，利用每一次光开关切换后采集的部分DCT信号，通过计算获得最终血流影像，将最终血流影像与基线血流影像叠加，从而获得动态血流影像。
[0009]进一步的，步骤S1建立数学模型并得到血流指数的求取方程的步骤如下：S101：将待测组织分划为多个单元；S102：从DCS设备中读取初始时刻的完整的归一化光强时间自相关曲线；S103：根据西格特关系转换成归一化光场时间自相关曲线作为基线数据；S104：根据步骤S103的基线数据计算得到血流指数的求取方程为：；其中Db为血流指数，符号T代表矩阵的转置，n为单元的编号，将一维的行向量转换为一维的列向量。
[0010]进一步的，步骤S2获得基线血流影像的步骤如下：S201：对于任意一组光源
‑
探测器组合，选取若干个延迟时间点，通过最小二乘法拟合获得一阶斜率，进而得到一阶线性方程组，该方程组共包括多个线性方程、多个血流指数变量。
[0011]S202：在一阶线性方程组中，执行下列代数计算：；其中，x
current
代表当前值；x
update
代表更新值；代表矩阵的第k行，以上计算遍历矩阵，使用上述公式得到的确定的x
update
作为x
current
进行递归计算，直到所有的x
j
(j=1,...,n)满足，停止递归并获得一阶血流指数，其中变量x代表血流指数Db，x
j
为含有n个分量的列向量；S203：将步骤S202中获得的一阶血流指数，通过最小二乘法拟合获得二阶斜率，进而得到二阶线性方程组，通过步骤S202中的目标函数获得二阶血流指数；S204：重复步骤S202至S203，获得五阶血流指数，并作为基线血流影像。
[0012]进一步的，步骤S3的实施步骤如下：S301：在获得基线血流影像的下一次光开关切换时，根据采集的部分DCT信号，得到相应的归一化光场时间自相关曲线，并求得血流指数变量；S302：根据步骤S301中求得的血流指数变量，通过计算得到此次光开关切换后的一维血流数据；S303：根据步骤进行计算获得多组一维血流数据，并依次将多组一维血流数据叠加换算成一组三维血流数据，得到本次光开关切换后的最终血流影像；
每一次光开关切换时，依次执行步骤S301至S303，完成新一次的影像更新，直至测试完成。
[0013]进一步的，步骤S301中求得血流指数变量后，将一阶线性方程组减去光开关切换前的一阶斜率，得到差值：；其中，Δx
j
=ΔDb(j),即第j个单元的血流指数变化值，Δb(i)为第i个探测器的斜率差值。
[0014]进一步的，步骤S302中得到次光开关切换后的一维血流数据的计算过程如下：S30201：计算每个变量的权重因子，定义阈值因子并确定阈值，做如下判断：；其中WF
j
为权重因子，TF
λ
为阈值；设有n
‑
l个变量为零，使用权重因子与剩余l个变量组成的一阶线性方程计算得到第p个变量：；进一步，得到一阶线性方程组中第p个变量的平均结果；S30202：以确定的解为初值，执行下列的代数计算：；其中，Δx
scurrent
代表当前值；Δx
supdate
代表更新值；代表A
s
矩阵的第i行，以上计算遍历A
s
方程组；S30203：以步骤S30202确定的Δx
supdate
作为Δx
scurrent
重复步骤S30202的计算，并重复这个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种漫射光相关动态血流成像方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：建立数学模型，并获取完整DCT信号，根据数学模型计算得到血流指数的求取方程；S2：根据完整DCT信号通过血流指数的求取方程计算获得基线血流影像；S3：获得基线血流影像之后，利用每一次光开关切换后采集的部分DCT信号，通过计算获得最终血流影像，将最终血流影像与基线血流影像叠加，从而获得动态血流影像。2.根据权利要求1所述的一种漫射光相关动态血流成像方法，其特征在于：步骤S1建立数学模型并得到血流指数的求取方程的步骤如下：S101：将待测组织分划为多个单元；S102：从DCS设备中读取初始时刻的完整的归一化光强时间自相关曲线；S103：根据西格特关系转换成归一化光场时间自相关曲线作为基线数据；S104：根据步骤S103的基线数据计算得到血流指数的求取方程为：；其中Db为血流指数，符号T代表矩阵的转置，n为单元的编号，将一维的行向量转换为一维的列向量。3.根据权利要求1所述的一种漫射光相关动态血流成像方法，其特征在于：步骤S2获得基线血流影像的步骤如下：S201：对于任意一组光源
‑
探测器组合，选取若干个延迟时间点，通过最小二乘法拟合获得一阶斜率，进而得到一阶线性方程组，该方程组共包括多个线性方程、多个血流指数变量；S202：在一阶线性方程组中，执行下列代数计算：；其中，x
current
代表当前值；x
update
代表更新值；代表矩阵的第k行，以上计算遍历矩阵，使用上述公式得到的确定的x
update
作为x
current
进行递归计算，直到所有的x
j
(j=1,...,n)满足，停止递归并获得一阶血流指数，其中变量x代表血流指数Db，x
j
为含有n个分量的列向量；S203：将步骤S202中获得的一阶血流指数，通过最小二乘法拟合获得二阶斜率，进而得到二阶线性方程组，通过步骤S202中的目标函数获得二阶血流指数；S204：重复步骤S202至S203，获得五阶血流指数，并作为基线血流影像。4.根据权利要求1所述的一种漫射光相关动态血流成像方法，其特征在于：步骤S3的实施步骤如下：S301：在获得基线血流影像的下一次光开关切换时，根据采集的部分DCT信号，得到相应的归一化光场时间自相关曲线，并求得血流指数变量；S302：根据步骤S301中求得的血流指数变量，通过计算得到此次光开关切换后的一维血流数据；S303：根据步骤进行计算获得多组一维血流数据，并依次将多组一维血流数据叠加换
算成一组三维血流数据，得到本次光开关切换后的最终血流影像；每一次光开关切换时，依次执行步骤S301至S303，完成新一次的影像更新，直至测试完成。5.根据权利要求4所述的一种漫射光相关动态血流成像方法，其特征在于：步骤S301中求得血流指数变量后，将一阶线性方程组减去光开关切换前的一阶斜率，得到差值：；其中，Δx
j = ΔDb(j), 即第j个单元的血流指数变化值，Δb(i) 为第i个探测器的斜率差值。6.根据权利要求5所述的一种漫射光相关动态血流成像方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚禹，李庐佳，张炜，
申请(专利权)人：海脉医疗科技天津有限公司，
类型：发明
国别省市：