專利名稱：基于橫向流速模型的血流流速成像方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及血流成像技術(shù)領域，特別涉及一種基于橫向流速模型的血流流速成像方法。
背景技術(shù)：
體表淺層微循環(huán)系統(tǒng)血流流速分布的快速成像，在臨床上有廣泛的應用，目前，非侵入性的血流成像技術(shù)包括:散斑技術(shù)、超聲多普勒流速儀、激光多普勒流速儀、多普勒光學相干層析、基于高速CMOS相機的激光多普勒血流成像技術(shù)。散斑技術(shù)不能進行定量測量，也不適用于較快的流速，超聲多普勒流速儀只能用于大血管，無法用于微循環(huán)系統(tǒng)。多普勒光學相干層析和激光多普勒流速儀都是單點測量，需要機械掃描實現(xiàn)較大面積成像，成像速度慢。基于高速CMOS相機的激光多普勒血流成像技術(shù)是對激光多普勒流速儀的改進，和激光多普勒流速儀一樣都是基于多普勒效應，使用幀頻率為20KHZ左右的高速CMOS相機，代替機械掃描，實 現(xiàn)快速成像。但是這種高速CMOS相機及所需要的巨大的數(shù)據(jù)傳輸處理速度，使這種成像技術(shù)的成本很高，同時血流流速結(jié)果受多普勒角不確定性影響較大。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種基于橫向流速模型的血流流速成像方法，它能通過紅細胞斷續(xù)進出探測光焦斑導致的背向散射光強信號的低頻漲落去計算血流流速，以代替目前使用的由多普勒效應導致的高頻漲落計算血流流速的方法。
本發(fā)明所提出的技術(shù)解決方案是這樣的: 一種基于橫向流速模型的血流流速成像方法，該成像方法包括如下步驟:用經(jīng)擴束的激光5照射體表6，用CMOS相機7對被照區(qū)域連續(xù)成像，CMOS相機7每個像素記錄的光強信號形成獨立的信號序列，計算每個信號序列的歸一化自相關函數(shù)，歸一化自相關函數(shù)的第一個零點之前部分線性區(qū)域的斜率為紅細胞I橫向穿過探測光焦斑2的渡越時間1I紅細胞的橫向速度為*7^ = Φο，其中，w力探測光焦斑的橫向?qū)挾取?br> 本發(fā)明的原理如下:經(jīng)擴束的激光5以和體表6接近垂直的方向照射體表6，用CMOS相機7對被照區(qū)域進行連續(xù)成像，CMOS相機7的整個像素矩陣等價于并行的探測器陣列，每一個像素即是一個獨立的探測器，記錄對應焦點處隨時間變化的背向散射光強信號。假定某個像素對應的焦斑處的血流情況如

圖1 (a)所示，圖中黑點表示流動的紅細胞，點線矩形框表示探測光的焦斑2，當紅細胞沒有進入探測光焦斑2時，反射回去的信號很弱，當紅細胞I進入探測光焦斑2時，會有較強的反射信號，因此受流動的紅細胞I斷續(xù)進出探測光焦斑2的調(diào)制，背向散射光強信號隨時間形成一個一個的脈沖，當紅細胞I移動速度較慢時，穿過探測光焦斑2的時間較長，產(chǎn)生的脈沖寬度較大，當紅細胞I移動速度較快時，穿過探測光焦斑2的時間較短，產(chǎn)生的脈沖寬度較窄，脈沖的時間寬度對應紅細胞I穿過探測光焦斑2的時間，即渡越時間Tq。圖1 (a)中，在非聚焦區(qū)域穿過探測光束的紅細胞3、4，由于這些紅細胞3、4處于焦斑2之外，對背向散射光強信號的影響較小，因此，焦斑2外的紅細胞的影響可以忽略。圖1 (b)中矩形框表示放大的焦斑2，紅細胞以速度F流過焦斑2，探測光沿豎直方向，多普勒角為的縱向分量導致多普勒頻移，假定為;紅細胞以橫向速度&穿過探測光焦斑2，則背向散射光可表示為馬=A(i)cos(m + Am),假定血管周圍靜止組織的背向散射光為E2 = Bcos(m)，這兩部分光都進入探測器進行干涉(即外差法)，則探測到的光為/ = +52 +A(i)Bcos(A戧),因為著)遠小于5，則探測到的光強信號可以簡化為/ =爐如圖2 (a)所示，其中的高頻振蕩來源于多普勒效應，即cosb ￡；)，所以，基于多普勒效應的血流成像方法都是分析高頻振動信號計算流速，對相機的幀頻要求比較高，一般在20KHZ。圖2 Ca)中的低頻包絡(如圖2 (b)所示)對應于,圖2 (b)中的脈沖就是紅細胞穿過探測光焦斑所形成，因此脈沖的平均時間寬度就是紅細胞穿過探測光焦斑的時間，即渡越時間％，假定探測光焦斑的橫向?qū)挾葹棣虅t紅細胞的橫向速度。P1 = w/tq。由于圖2 (b)中的低頻脈沖的頻率較低，因此對相機的幀頻要求不低于500HZ即可。當相機的曝光時間大于多普勒效應導致的高頻振蕩的幾個周期時，則多普勒效應導致的高頻振蕩就被平均，信號中只有紅細胞斷續(xù)進出探測光焦斑導致的低頻脈沖，如圖2 (b)所示。
雖然橫向流速模型只能得到流速的橫向分量，即Fsm Θ , F為實際流速A力多普勒角，由于體表淺層血管大部分都是和體表接近平行分布，當成像系統(tǒng)和照射激光和體表接近垂直時，多普勒角5的范圍在90° 80°之間，則流速橫向分量的范圍在r~0.98y之間，非常接近實際流速P,所以用橫向流速可以代表實際流速，不用考慮未知的多普勒角的影響，而目前的基于多普勒效應的血流成像方法得到的是流速的縱向分量，即，當多普勒角Θ的范圍在90~ 80度之間時，結(jié)果為O 0.17Φ",和實際流速Γ相差較大，不能反映真實流速。
對于如圖2 (b)所示的信號，由歸一化自相關函數(shù)計算脈沖的平均寬度，即渡越時間％，
權(quán)利要求
1.一種基于橫向流速模型的血流流速成像方法，其特征在于:該成像方法包括如下步驟:用經(jīng)擴束的激光(5 )照射體表(6 )，用CMOS相機(7 )對被照區(qū)域連續(xù)成像，CMOS相機(7 )每個像素記錄的光強信號形成獨立的信號序列，計算每個信號序列的歸一化自相關函數(shù)，歸一化自相關函數(shù)的第一個零點之前線性區(qū)域的斜率為紅細胞(I)橫向穿過探測光焦斑(2)的渡越時間10，紅細胞的橫向速度為&P = w/td ,其中，w為探測光焦斑的橫向?qū)挾取?br> 全文摘要
一種基于橫向流速模型的血流流速成像方法，該方法用經(jīng)擴束的激光照射體表，用CMOS相機對被照區(qū)域連續(xù)成像，體表淺層血管中紅細胞的運動導致背向散射光強漲落，整個像素矩陣作為并行的探測器陣列，CMOS相機的每一個像素作為一個獨立的探測器，連續(xù)成像后，每個像素記錄的光強信號形成獨立的信號序列，計算每個信號序列的歸一化自相關函數(shù)，歸一化自相關函數(shù)的第一個零點之前線性區(qū)域的斜率為紅細胞橫向穿過探測焦斑的渡越時間，紅細胞的橫向速度為，為探測光焦斑的橫向?qū)挾取?br> 文檔編號A61B5/0265GK103211588SQ20131016127
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者王毅, 周紅仙 申請人:王毅