[发明专利]用于校准和修正散斑对比流量计的系统和方法

说明书

本文中公开了用于校准来自激光散斑成像系统的对比度测量以准确地确定未知粒子运动特性(如流率)的系统、方法和装置。校准步骤将校准数据存储到存储器，校准数据可包括来自具有已知粒子特性的样本的一组测量和/或噪声估计，包括由与未知粒子运动特性无关的不期望的信号引起的对对比度的影响。校准数据可被访问并用于修正对比度的经验测量和/或内插未知粒子运动特性的值。系统可包括可组合到用于提供经校准的流量测量的单个装置(如可穿戴装置)中的光源、光检测器、处理器和存储器。装置可用于例如测量血流量、心输出量和心率，并且可用于放大脉动信号。

交叉引用

本申请要求于2016年4月20日提交的第62/324,903号美国临时专利申请的优先权权益，该美国临时专利申请出于所有目的通过引用以其整体并入本文。通过对该临时申请或从该临时申请以优先权方式与之相关的任意和所有相关申请通过引用以其整体并入本文。

背景技术

本公开涉及用于对使用激光散斑成像(LSI)进行的流量测量进行校准和修正的装置、系统和方法。LSI是使用干涉测量信息确定样本内的运动速率的光学技术。LSI是通常用相干照明源和图像传感器进行的，其中，光对样本进行询问并对图像传感器进行随机干涉，从而产生标记“散斑”图案。然后在空间和/或时间上对图案进行分析，以确定样本内的粒子运动。

动态光散射(DLS)是利用相干照明和干涉来确定粒度和流体流率的技术。该技术已在医疗应用中使用了一段时间来测量血液灌注[1]。近年来，DLS技术已出现了重大创新并且目前以各种方式进行[2]。一种DLS方法称为激光散斑成像(LSI)，其使用相干激光源照亮光散射粒子的样本，并使用多像素检测器对散射光进行成像。早期反复使用了多个光检测器[3,4]，但目前许多仪器均使用基于硅的相机传感器[5]。当散射的相干光重新组合到检测元件时，传感器记录由光干涉产生的所谓的“散斑”图案。如果散射粒子处于运动，则干涉图案将随时间波动。检测元件具有有限的曝光时间，并且如果干涉图案在曝光期间波动，则散斑将“模糊”，或者它们的光强度将在检测元件像素内被平均。研究人员之前已开发出一种方法，通过在时间和/或空间上分析像素强度值之间的对比度量来量化曝光期间的“模糊”量。量化对比度的一种常用方式是计算像素强度的局部邻域的标准偏差，通常归一化为均值[6]。该参数通常被称为“散斑对比度”。散斑对比度的降低表明流量增加，反之亦然。可选地，可针对多个帧适时地计算散斑对比度。

LSI是生物医学研究中用于研究血管化组织内血流的有用技术[7]。血液中的细胞和其它结构在流过脉管系统时使相干光散射，并且LSI可量化这种流动。进一步的发展已观察到在LSI模型中包含蒙特卡罗模拟结果和静态散射分量[8]。然而，LSI的主要缺点是它非常容易受到多种噪声源的影响。由于LSI依赖于像素之间的标准偏差，所以来自随机和/或系统源的噪声(如散粒噪声或暗传感器噪声)可能影响散斑对比度，并因此影响流量的量化。无数其它因素可能影响散斑图案在传感器上的形成，包括：激光的相干长度(在激光器与制造商之间变化)、光学系统的数值孔径、像素大小、波长和环境光等[9]。

发明内容