[发明专利]多光束相干人体皮肤灌注成像系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无创、实时监测组织血流的皮肤灌注成像技术，具体涉及一种多光束相干人体皮肤灌注成像系统和方法，属于临床组织血流成像领域。

背景技术

在1960年早期，激光的发明者和首先使用激光者发现当激光照射粗造表面时，会形成一些随机的颗粒状的斑点。起先他们称这种效应为“颗粒”，后来称之“散斑”。散斑即当激光照射在相对粗糙（和光的波长相比）的物体表面上，经过不同光程的散射光之间相互干涉，形成随机干涉图样。

当被激光照亮的区域经过CCD成像系统时，产生颗粒状或斑纹状像面散斑。如果散射介质在运动，图像中的每一个象素将产生随时间变化的散斑图样。该图样在时间和空间上的强度变化包含着散射介质的运动信息。通过分析散斑强度在时间上的变化（如激光多普勒测速仪），或强度变化的空间统计特性（如激光散斑衬比成像），都可获得定量的流速信息。

激光多普勒测速技术可以无损伤、连续地测定组织微血管血液速度，因为适应范围广、操作简便而得到广泛应用。但是激光多普勒技术只能逐点取样测血流速度，成像则需要配备扫描装置等，空间分辨率低。

激光散斑衬比成像方法可以获取血流速度信息，其原理是利用相干光照射在血管上，被血管中运动的红细胞散射后相互干涉，形成斑点式的光强分布，通过解析这种由红细胞运动造成的时间域或空间域的散斑模糊效应，可以获取运动粒子的速度信息。激光散斑衬比成像技术无需扫描便能实现较高的空间分辨率和时间分辨率，能够活体地、动态地、非接触式地监测血管管径和血流速度变化，获得血流动力学的多个指标，具有全场成像、实时性强、结构简单等诸多优点，受到了越来越多的神经科学工作者和医学工作者的关注。但是激光散斑衬比成像只能获取皮肤表面的血流速度信息，而不能得到深度信息。

发明内容

本发明所要解决的问题是结合激光多普勒原理和激光散斑衬比成像技术，目的是提供一种多光束相干人体皮肤灌注成像系统和方法，设计合理、方法简单、成本相对低廉。

为达到上述目的，本发明的构思如下：

激光器发出的光通过输出光纤均匀照射在被测组织表面形成多光束相干光，当多光束相干光叠加进入组织后，在传播过程中就由于组织细胞的散射形成随机分布的散射图样。通过计算机控制高速相机进行数据采集，获取后向散射光得到散射图案。在数据分析中，我们首先通过傅里叶变换的手段，基于激光多普勒的原理求解皮肤组织的灌注量，使其成像深度与激光多普勒血流检测一致，之后使用衬比度分析来得到相干时间的估算，使其成像空间分辨率与激光散斑衬比成像一致。因此其主要优势为即能检测成像深度，又提高了成像分辨率，在时间分辨率方面可实时检测并显示。

根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种多光束相干人体皮肤灌注成像系统，包括激光器、光分路器、单模光纤、高速相机、滤光片、调节支架、计算机，若干所述单模光纤安装在光分路器上，所述激光器连接光分路器输入端的单模光纤，光分路器的输出端的单模光纤均匀地围绕在高速相机镜头周围，所述的滤光片紧贴在高速相机镜头上，所述的计算机与激光器以及高速相机相连，控制激光的开关和图像的采集，所述调节支架一端连接高速相机，另一端固定。

所述的激光器发出的光的波长为830nm。

所述的滤光片滤掉波长800nm以下的光。

所述的光分路器为单输入16输出。

所述的光分路器的16根输出光纤均匀地围绕在相机镜头周围。

所述的高速相机的帧速率达到10000帧每秒，且在该系统中，分别工作在高速和低速两个模式，其中高速为1万帧每秒，低速为200帧每秒。

一种多光束相干人体皮肤灌注成像方法，采用上述的多光束相干人体皮肤灌注成像系统，成像步骤如下：

A．    调整成像位置：根据成像对象位置，移动调节支架，使高速相机镜头对准皮肤表面；通过软件打开高速相机，根据成像区域，调整高速相机与皮肤表面的距离,使其停在图像最清晰位置；

B．    打开激光器：通过软件控制打开激光器，使激光通过光分路器，由16根单模光纤照射在皮肤表面，形成相干光；

C．    图像采集：图像采集速率分为高速，即每秒1万帧和低速，即每秒200帧，二者每隔1秒互相切换；

D．    图像处理：对于高速下的1万张图像，对每一个像素点I(x,y,t)求快速傅里叶变换，同时应用下述公式获得组织内血细胞浓度C和组织灌注量P的信息：