生物组织血流、血氧和血容量的多参数检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种生物组织血流、血氧和血容量的多参数检测方法及装置。该方法用两个不同波长激光同时照射到生物组织，光电成像系统连续采集若干帧被激光束照明的生物组织彩色图像。取出图像上每个像素上的红色通道与绿色通道光强值，分别构成红色通道图像与绿色通道图像。应用激光散斑血流成像数据分析方法及双波长光谱数据分析方法处理上述红色通道图像与绿色通道图像，得到相应生物组织的血流、氧合血红蛋白浓度、还原血红蛋白浓度多个生理参数的二维空间分布及其动态变化信息。本发明解决了基于多波长分时成像的多参数血流成像系统难以实现准确时间同步的缺点，也避免了基于多相机拍摄的多参数血流成像系统需使用多个相机从而增加成本的缺点。

主权项

一种生物组织血流、血氧和血容量的多参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以两束不同波长的激光光束同时照明被测生物组织，在t时刻用配置了彩色相机的光电成像系统连续采集N帧被激光束照明的生物组织图像；(2)对彩色相机输出的每一帧原始RGB三通道图像数据，取出每个像素上的红色通道与绿色通道光强值，分别构成相应的红色通道图像与绿色通道图像，共获得N帧红色通道图像与N帧绿色通道图像；(3)对于步骤(2)所得N帧红色通道图像，取出各帧图像中相同位置处对应的像素，组成大小为N个像素的像素集，利用公式(1)计算该像素集灰度值的时域统计量C，$C=\frac{\sigma }{\bar{I}}=\frac{\sqrt{\frac{{\Sigma }_{i=1}^N{(I_i-\bar{I})}^2}{N-1}}}{\bar{I}}=\frac{\sqrt{\frac{{\mathrm{N\Sigma }}_{i=1}^N{I_i}^2-{\left({\Sigma }_{i=1}^N{I}_i\right)}^2}{N(N-1)}}}{\frac{{\Sigma }_{i=1}^N{I}_i}{N}}---\left(I\right)$其中N为所采集的图像帧数，I_i代表N帧图像中同一位置处对应N个像素中第i个像素的灰度值，为这N个像素灰度的平均值；(4)利用所得C值计算该象素处的血流值V(x,y)，x,y分别代表该象素在图像中的坐标，公式如下：$V(x,y)=\frac{b}{C^2\left(xy\right)},$其中b为校正系数；(5)按步骤(2)‑(3)遍历图像中所有的像素，获得所有像素对应的V(x,y)；分别以每个像素对应的V值为灰度，构建t时刻的生物组织二维血流图像V(x,y,t)；(6)对步骤(2)所得N帧红色通道图像做平均，得到红色通道平均反射光强图像I(x,y,λ₁,t)，步骤(2)所得N帧绿色通道图像做平均，得到绿色通道平均反射光强图像I(x,y,λ₂,t)；(7)在不同时刻t₁和t₂，按步骤(1)‑(6)得到t₁时刻的红绿色通道平均反射光强图像I(x,y,λ₁,t₁)、I(x,y,λ₂,t₂)，及t₂时刻的红绿色通道平均反射光强图像I(x,y,λ₁,t₂)、I(x,y,λ₂,t₂)；(8)利用上述步骤后所得数据，按下式计算氧合血红蛋白与还原血红蛋白浓度的变化：$\left[\begin{array}{c}\Delta \left[{\mathrm{HbO}}_2\left(t\right)\right]\\ \Delta \left[HbR\left(t\right)\right]\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{ϵ}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\lambda }_1}& {ϵ}_{HbR}^{{\lambda }_1}\\ {ϵ}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{{\lambda }_2}& {ϵ}_{HbR}^{{\lambda }_2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\frac{ln\left(I\right(x,y,{\lambda }_1,0)/I(x,y,{\lambda }_1,t)}{L_{{\lambda }_1}\left(t\right)}\\ \frac{ln\left(I\right(x,y,{\lambda }_2,0)/I(x,y,{\lambda }_2,t)}{L_{{\lambda }_2}\left(t\right)}\end{array}\right]---\left(II\right)$式(II)中Δ[HbO₂(t)]为含氧血红蛋白浓度的变化，Δ[HbR(t)]为脱氧血红蛋白浓度的变化，分别代表含氧血红蛋白与脱氧血红蛋白在两个照明激光束波长λ₁与λ₂对应的摩尔消光系数，与分别代表是波长λ₁与λ₂对应的路径差分因子；(9)利用步骤(8)中所得含氧血红蛋白浓度变化Δ[HbO₂(t)]与脱氧血红蛋白浓度变化Δ[HbR(t)]即可按下式计算血氧、血容量变化，血氧：$\Delta Oxy=\frac{\Delta \left[{\mathrm{HbO}}_2\left(t\right)\right]}{\Delta \left[{\mathrm{HbO}}_2\left(t\right)\right]+\Delta \left[HbR\left(t\right)\right]},$血容量：ΔBV＝Δ[HbO₂(t)]+Δ[HbR(t)]。