激光散斑去相关标准差算法的研究与实现

发布时间：2020-11-15 01:12

　　 由于生物组织微血流成像可以提供除组织结构信息以外的组织血流信息,因此组织微循环相关研究领域日益引起人们重视。激光散斑成像是利用一定波长的激光器照射在被测物上,由于激光的干涉特性,被测物内不同运动状态的激光散斑亮暗是不一样的,从而可根据散斑的概率统计来获取被测物的运动状态。作为研究组织微血管血流成像方法之一的激光散斑血流成像技术具有高分辨率,非接触性等特点,现己成为该研究领域的一个热点。鉴于现有传统激光散斑血流成像技术对浅表血管成像不清晰,易受被测物自身状态影响,如呼吸、心跳、组织运动等,本论文提出了一种激光散斑去相关标准差算法(Laser Speckle De-correlation Standard Deviation Algorithm,LSDSDA),探究了 LSDSDA算法在浅表血管成像上的应用可行性,并对该算法实用性进行了试验研究,主要研究内容和试验结果与讨论将分为四部分,如下所述:(1)针对激光散斑会受被测物自身影响,例如被测物自身的呼吸心跳等影响,本论文提出LSDSDA算法,该算法先后对原始散斑图像进行双三次插值、去相关算法、去相关标准差算法计算以及图像处理,最终得到血流图像。该算法能有效降低静态散斑对被测物的运动信息的影响,提升血流图像的信噪比、增强血管可见性。(2)本论文搭建了一套激光散斑血流成像系统,采用波长为650nm的半导体激光器和扩束器得到具有高功率密度的激光散斑。通过OpenCV编程来控制puA1600单色工业相机实时采集和存储图像,并在计算机上同步显示图像。(3)本论文设计了一款宽度300微米,深度为250微米的“凹”型微流体靶,通过控制howkmed(?)注射泵的流速来获取0.0mm/s至10.36mm/s(最小间隔为0.37mm/s)共29种不同流速下散斑图像,通过微流体靶试验验证了所设计成像系统的可行性,同时也证明LSDSDA算法和激光散斑时间衬比分析算法(LaserSpeckle Temporal Contrast Analysis,LSTCA)一样,均能评估血流流速。(4)利用所设计的成像系统采集裸鼠耳朵散斑图像,对所采集到的散斑图像分别进行LSDSDA算法与LSTCA运算,得到相应的血流图像。通过裸鼠试验证明了LSDSDA算法能有效的提升了微血管的可见性、血流图信噪比以及血管连接度。综上所述,本论文提出了 LSDSDA算法,并根据该算法设计了一套激光散斑血流成像系统,实现了在不同流速下对微流体靶的血流变化分析,同时也获得了清晰的正常裸鼠耳朵微血管血流图像,该血流图像能有效区分裸鼠耳朵血管和其余组织。
【学位单位】：北京协和医学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH77
【部分图文】：

因而科研人员认为动态散斑包含被测物的运动速度变化的信息。??近二十年来，科研人员对激光散斑成像进行了大量的研究。ＩＳＩ?Ｗｅｂｏｆｋｎｏｗｌｅｄｇｅ??数据库检索主题为激光散斑成像的文献引用频次数据（如图１．１所示），从该数据可??看出，１９９８年至２０１８年为期２０年内有关激光散斑成像技术被引用频次整体呈现为??上升趋势，目前大约有３７个国家在研宄激光散斑成像或研宄如何改进该算法，有??效推进了该算法的理论与应用前景的研究［７１。??／?？?＼??３００－?＼??＾?？?＼??２００－?攀?攀?＼??．?一?Ｚ?＼??１００－??？?？??５０?一？???????１９９８?１?９９９?２０００?２００１?２００２?２００３?２００４?２００５?２００６?２００７?２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７?２０１８??图１．１近２０年有关激光散斑成像技木被引用频次曲线图??１??

血细胞本身的转动与变形，故难以得到激光散斑粒子运动速度ｖ与＾的关系，一般认??为＾与乂成反比关系，如公式（１－１２）所示。当Ｐ?＝?１时，通过ＭＡＴＬＡＢ编程可得到??公式（１－１１）的曲线图，如图１．２所示，从图中可看出，衬比值Ｋ２取值范围在［０，??１］，Ｋ２值会随着速度增加而降低，当被测物处于绝对静止时，Ｋ２?＝?１；被测物速度??越大，Ｋ２反而越小。??１??????????????０．８－?－??０．６－?＿??ＣＭ??０．４－??０．２－?＼??ｕ?－２－１０?１２??１０?１０?１０?１０?１０??Ｔ／ｔｃ??图１．２?ＬＳＣＡ算法时间衬比Ｋ２和Ｔ／ｈ的关系曲线图??３??

主要基于时间积分的散斑图像内一阶空间统计量，激光散斑衬比图像中每个像素点??均对应着散斑衬比值Ｋ。通常采用一个Ｎ?ｘ?Ｎ大小的像素滑动窗来计算局部散斑的衬??比值＆，并把＆赋予该窗的中心点，该算法示意图如图１．３所示，其中队乂凡为窗??的大小，ＲＸＣ为散斑图像的像素大小。根据公式（１－１３）来计算窗口内空间激光散??斑衬比值＆，并将Ｋｓ放入窗口的中心位置，其中和５５分别为光强平均值和标准差。??从理论的角度来看，ＬＳＳＣＡ具有时间分辨率较高，但因其自身的加窗效应使得其散??斑图像空间分辨率下降Ｉ９１。??（１－１３）??．．??［雨?｜?｜?｜?｜?｜?｜?｜?｜?｜?｜?匪??」；???ＥｉＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥＥ?Ｒ??Ｃ??图１．３激光散斑空间衬比分析算法示意图??４??
【参考文献】

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本文编号：2884161