利用自动图像分析测试机能微循环几何结构和速度分布制造技术

本发明专利技术提供了对微脉管视频序列进行量化估计的分析算法，该视频序列提供每个脉管段的脉管厚度、脉管长度和血流速度。本发明专利技术还提供了用于计算分布在视觉上具有不同厚度的脉管上的机能微脉管密度和血流速度的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及分析微脉管视频的方法。更具体地，本专利技术涉及测量 机能樣支循环几何结构和血液速度分布。
技术介绍
显微镜检查是使用活体显微镜对微脉管床成像的技术。长时间以来， 其为研究易进入组织(例如，皮肤或指甲下方的毛细管床)的微循环 的唯一可用技术。然而，基于显微镜的结构使毛细管显樣i镜检查系统不能进入深处的组织。最近的研究描述了正交偏振光i普(Orthogonal Polarization Spectral, OPS )成像或测流暗牙见野 (Side-stream Dark Field, SDF)成像。这些技术基本上是具有改 进的目标照射的手持式显微镜，从而其获得的对比度比毛细管显农吏镜 检查系统获得的对比度更高。这些系统的另 一优点在于长的探针， 其使得尖端可达活体显微镜不能到达的器官表面。OPS成像系统已被 证明在研究例如人体曱皱、败血症期间的舌下组织、动脉 瘤手术期间的脑组织、鼠结肠、鼠皮瓣和仓鼠皮瓣的微 循环中具有价值。 一些OPS研究者使用半定量方式的分析，其中将血 流(没有流动、间歇流动、緩慢流动、持续流动)记为三个脉 管类型小(10-25|Lim)、中(25-50,)和大(50-100,)。除了用于描述微循环的定量几何参数之外，越来越关注微循环血14, 19,20]。空间相关技术从参考帧中选择片段并在接下来的帧中 跟踪该片段。在微循环中，这种片段经受形态改变。这是由于脉管壁 附近的细胞以低于中心处的细胞的速度移动、并且例如由于脉管曲率 而观察到径向运动和垂直于焦平面的运动而造成的。光流技术依赖于可追踪对象的强度随时间变化保持恒定的事实。细胞或细胞群也 在垂直于焦平面的方向移动。这使得对象的强度在其它细胞重叠时会 及时改变，从而不满足持续对象强度的约束。使用各向异性扩散滤波 可克服这一 问题，但需要存在相对大的等离子体间隙以4企测大的红血球栓。用于速度估计的时空图已在微循环的许多研究中使用。这些图绘制了直脉管段随时间变化的纵向强度曲线。 时空图的对角带表示穿过脉管移动的对象。当等离子体间隙或白血球 通过脉管时观察到亮带，而暗带则表示存在红血球。该才支术的一大优 势在于其包括了用于速度估计的全部可用的空间和时间凄t据，并且研 究者从时空图中出现的线接收流动类型的即时光学反馈。Klyscz和coworkers 描述了展示量化分析微脉管视频的技术 的计算机程序。用屏幕上测径器确定局部脉管宽度，用允许交互追踪 脉管的制图工具获得脉管长度。其提供了机能毛细管密度(FCD)，该 密度定义为脉管总长度(L)(由用户追踪得到)与感兴趣的图像面积 (A)的比值。其还利用时空图估计血流速度。该方法要求 用户在脉管的中心线处绘制直线。该直线指示获取图像数据以生成时 空图的位置。尽管该图在其区域内是唯一的，但其需要大量的用户交 互，从而增加了观察者偏差并使分析耗时。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供分析微脉管视频以确定血流速度的方法， 该方法需要较少的用户交互并减小了观察者偏差。该目的通过^是供分析孩i脉管视频以确定血流速度的方法而实现， 该方法包括接收微脉管视频图像序列，每个视频图像均显示脉管结构； 在脉管结构中识别脉管中心线像素； 通过对中心线像素分组而定义脉管段；为每个脉管段自动生成时空图，该时空图在与每个脉管段相关联 的中心线像素处生成；6利用时空图自动估计每个脉管段中的血流速度。根据本专利技术的一个方面，提供了一种计算机程序产品，其被^没置 为在加载到计算机上时使计算机能够执行上述方法。根据本专利技术的另一方面，提供了包括这种计算机程序产品的数据 载体。附图说明下面参照附图利用大量示例性实施方式对本专利技术进行更详细的描述。图1A和1B示出了指示根据本专利技术实施方式的处理步骤的流程图2示出了预定的捕获区域，在该区域中搜寻下一中心线像素； 图3A示出了正交像素栅格中描述实际脉管中心线的假想线； 图3B和3C示出了局部^^管方向p的两个实例； 图4A示出了原始的脉管图像；图4B示出了图4A的脉管的拉直版本(中心线在每个水平线的中途)；图4C示出了图4A的原始图像中的中心线以及脉管壁检测的早期 结果(示出了脉管壁被误解的位置)；图4D示出了填充间隙和平滑脉管壁的结果； 图5示出了时空图的实例；图6A示出了弯曲的段中的中心线的一部分的实例； 图6B示出了由于脉管方向改变导致的时空图中的方向(即，速 度方向)的可能的错误改变；图7A是在一个灰度级得到的、作为p和p的函数的霍夫计数的图示；图7B是至少为图7A的最大值的90%的单元的霍夫计数的图示； 图7C是图7B中的霍夫计数在显示全部灰度级(或选定灰度级) 的总和的图示；图8A是作为p的函数的霍夫计数的图示；7图8B是显示p的定义的相应时空图9示出了不同方向的模拟脉管的平均长度估计相对于实际脉管 长度和宽度(以像素为单位)的误差，误差条指示由脉管方向引起的 误差；图IO示出了具有/=100像素且『0。的模拟脉管在不同的分析尺度 (a)下长度估计误差；图11示出了不同分析尺度下的厚度估计误差(尺度为sigma=3.0) 的图示；图IIB示出了不同方向的模拟脉管的平均厚度估计相对于实际脉 管厚度的误差的图示；图12A示出了速度增加的十一个时空图12B示出了利用结构张量、灰度级霍夫变换和交互地追踪图 12A的时空图中的五条线进行速度估计的精度的图示；图12C示出了交互估计的速度误差的图示，其中实线表示平均速 度误差，虚线表示伴随的速度误差范围；图13A示出了健康男性个体的舌下视频序列的平均帧；图13B示出了叠加有分析结果的图13A的图像；图14A示出了健康男性个体的机能微循环密度分布；图14B示出了健康男性个体的速度分布的图示；均帧；图15B示出了与图15A相同的数据，但其叠加有分析结果；图15C示出了在脱位过程中获得的帧的平均；图15D显示了叠加在图15C上的分析结果；图16示出了由图15A中的箭头标记的小静脉的时空图17A示出了心脏脱位之前和之中的机能孩"盾环密度分布；以及图17B示出了心脏脱位之前和之中的速度分布的图示。具体实施例方式利用当前可用的成像4支术(例如，毛细管显孩i镜4企查、OPS或SDF成像)，在存在包含血红蛋白的红血球的情况下^f又观察到"脉管，，，与 背景介质不同，血红蛋白高度吸收入射波长。在不存在红血球的情况 下，毛细管本身基本是这些成像技术不可见的。微循环的视频仅显示 出由脉管壁描绘并因此被称为"脉管，，的红血球栓。利用时空图的脉管分段和血流速度估计需要多个图像处理步骤。 图1A和1B示出了根据本专利技术实施方式的处理步骤的流程图。这些处 理步骤可由配置为执行这些处理步骤中的 一 个或多个的计算机执4亍。在第一步骤2中，从成像系统接收微循环视频序列。在产生该—见频序列时，轻微的尖端移动与手持式微脉管的高效光学放大相结合可导致图像间移动(inter-image translation )。该图像内移动会妨碍速度测量， 并且，根据一个实施方式，利用2D互相关(见Altman)在图像登 记步骤4对图像内移动进行补偿。在图像登记步骤4，可通过两个方 式加强图像对比度。其一，可通过减去与图像最佳匹配的二次多项式 表面并加上原始图像的平均图像强度，来减小每一帧本文档来自技高网...

【技术保护点】
对用于确定血流速度的微脉管视频进行分析的方法，所述方法包括：　接收一系列微脉管视频图像，每个所述视频图像均显示脉管结构；　识别所述脉管结构中的脉管中心线像素；　通过对所述中心线像素进行分组来定义脉管段；　自动生成用于 每个所述脉管段的时空图，所述时空图生成在与每个所述脉管段相关联的所述中心线像素处；　利用所述时空图自动估计每个所述脉管段中的血流速度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰尼斯基斯波尔特乌斯赫尔拉杜斯多，
申请(专利权)人：MVM知识产权有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]