面向临床应用的激光散斑血流成像系统研究

发布时间：2018-01-28 20:07

本文关键词： 激光散斑血流成像系统大视场系统设计与构建皮肤病内窥血流成像散斑驱动的散斑归一化衬比分析方法　出处：《华中科技大学》2012年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：血流作为反映生物组织血液动力变化的一个重要参数,实现对其监测在生命科学基础研究及疾病临床诊治等方面都具有重要意义。激光散斑血流成像技术相比于其他已有的血流监测手段,具有实时、全场、高时空分辨率的优势,且可对血流变化进行定量分析,因此,激光散斑血流成像系统的设计和应用愈发引起重视,并将具有重大发展前景。但已有研究中,缺乏对激光散斑血流成像系统影响因素的综合性分析,其应用目前也往往局限于基础实验研究。因此,本文通过散斑图像数值模拟与模型实验相结合的方法,系统性分析了影响激光散斑成像系统性能的多个参数,以此为指导设计构建了应用于大视场的同轴激光散斑成像系统并将其应用于临床皮肤病血流监测,进一步分析了与纤维内窥镜结合的内窥激光散斑血流成像系统中传光、传像的问题,以实现生物体腔内组织或深层组织的血流成像。本文取得的主要研究结果如下： (1)通过散斑图像数值模拟和模型实验相结合的方法系统性分析了影响激光散斑成像系统性能的多个参数及其影响规律。指出：在满足一定图像信噪比的条件下,激光光强对散斑图像的衬比影响很小,但光源相干性、偏振度下降,会增大成像系统的系统因子β；系统成像模块的放大倍数和光圈数均会通过影响散斑图像散斑颗粒大小而影响系统因子β,为满足采样定理,要求单个散斑应至少占据两个像素,但散斑颗粒增大会降低图像空间分辨率和衬比计算精度；系统图像采集模块的噪声水平升高会增大系统因子β,其曝光时间会影响系统的速度线性响应范围；实际应用中,需考虑不同成像系统间、同一成像系统不同参数设置下系统因子β的差异以实现流速测量结果的比对。由上述分析,为激光散斑血流成像系统的设计与应用提供了综合指导。 (2)根据大视场的应用需求设计构建了同轴激光散斑血流成像系统,分析了系统不同应用条件对流速测量结果分析的影响：工作距离基本不影响流速相对变化的分析,但工作距离增大会使系统速度线性响应范围向高速方向发展；曝光时间不影响流速相对变化分析,针对大视场成像系统曝光时间不宜设置过短；观测角度改变基本不影响流速相对变化的分析,但观测角度增大会降低视野范围内不同观测点间的可比性；在满足一定图像信噪比条件下,强度均值对流速相对变化分析影响很小。进而将该系统应用于临床皮肤病血流监测,对病灶的定位与分级、治疗效果评价及治疗方案及时调整发挥了重要指导作用。 (3)为实现对生物体深层组织或腔内组织进行血流成像,将激光散斑血流成像技术与纤维内窥镜结合；提出了一种归一化衬比分析方法(nLSSCA),克服了传像光纤空间非连续采样对散斑图像空间统计特性的干扰,且相比于时间衬比分析方法具有更高的时间分辨率和统计精度；通过模型实验和动物实验验证对‘散斑驱动散斑’的光纤照明过程,所得流速信息与实际速度间保持有较好线性关系。
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【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R318.51

【参考文献】