[发明专利]一种生物组织粘弹性的定量检测系统

权利要求书

1.一种生物组织粘弹性的定量检测系统，其特征在于，包括：

激励子系统，用于对被测样本表面进行激励，在被测样本表面形成瑞利波；

反射式激光散斑成像子系统，用于采集被测样本在瑞利波传播整个过程的所有激光散斑图像；

信号发生器，用于产生两路时序信号，一路为脉冲信号，控制激励子系统；另一路为方波信号，控制反射式激光散斑成像子系统对被测样本的曝光及采集；

所述激励子系统和反射式激光散斑成像子系统通过时序控制保持同步；

反射式激光散斑成像子系统包括激光器、相机和计算机，所述计算机包括控制模块、激光散斑衬比计算模块、散斑衬比数据集处理模块、数据预处理模块和粘弹性计算模块；

控制模块用于设置信号发生器发出时序信号的参数，并控制信号发生器；

激光散斑衬比计算模块用于对相机采集到的某一帧激光散斑图像，选取尺寸为W×W的空间窗口，并计算出该空间窗口内的空间散斑衬比C，赋值给所述空间窗口中心位置的像素；

散斑衬比数据集处理模块用于获取整个激光散斑图像中所有像素对应的衬比值C(x,y)，以每个像素对应的衬比值为灰度，构建二维的空间散斑衬比图像；计算每张散斑图像的空间散斑衬比，构建三维的空间散斑衬比图像C(x,y,t)，其中x,y表示二维空间，t表示时间；还用于将相机每次采集的图像集中次序相同的激光散斑衬比图像，组合到一个新图像集，所有新图像集按次序排列；

数据预处理模块用于对散斑衬比数据集处理模块中得到的激光散斑衬比图像在时间上的分布，在时间域上进行数据预处理，得到激光散斑衬比值变化的时空分布ΔC(x,t)；

粘弹性计算模块用于将激光散斑衬比值变化的时空分布经过二维傅里叶变换到波数和频率域，计算瑞利波的频散特性，并代入到粘弹性固体瑞利波的频散方程中，拟合求解出被测样本的粘性和弹性。

2.如权利要求1所述的生物组织粘弹性的定量检测系统，其特征在于：所述激励子系统包括扬声器驱动装置和扬声器，扬声器的振动膜片与被测样本的上表面相接触，扬声器驱动装置分别连接扬声器和信号发生器，信号发生器输出脉冲信号激励扬声器驱动装置驱动扬声器。

3.如权利要求1所述的生物组织粘弹性的定量检测系统，其特征在于：激光器用于发出照射在被测样本表面的激光光束；所述相机用于多次采集被测样本的激光散斑图像；所述计算机与信号发生器相连，用于设置时序信号的参数；所述信号发生器与相机相连，用于控制相机的曝光和采集；所述计算机还连接相机，用于接收相机采集激光散斑图像并进行处理。

4.如权利要求1所述的生物组织粘弹性的定量检测系统，其特征在于：所述控制模块设置信号发生器重复触发两路时序信号20次，首次触发延迟50ms后产生160个方波信号，且后一次比前一次延迟50μs，方波信号的参数为低电平为0V，高电平为5V，频率为1000Hz，占空比为50％；控制相机以曝光时间为0.5ms，帧率为1000帧/秒，采集160张激光散斑图像；控制模块设置脉冲信号幅度为50mV，脉冲宽度为0.5ms。

5.如权利要求1所述的生物组织粘弹性的定量检测系统，其特征在于：所述激光散斑衬比计算模块通过公式

计算空间窗口内的散斑衬比C，其中W为空间窗口的尺寸大小，I_i代表该W×W的空间窗口中第i个像素的灰度值，为这W²个像素灰度的平均值。

6.如权利要求1所述的生物组织粘弹性的定量检测系统，其特征在于：数据预处理模块进行数据预处理包括叠加平均、滤波和选取矩形窗。

7.如权利要求1所述的生物组织粘弹性的定量检测系统，其特征在于：所述粘弹性计算模块通过公式

将ΔC(x,t)变换到波数和频域H(k,f)，其中k为波数，f为波数频率，m、n为整数；并通过瑞利波的传播特性得到瑞利波的相速度V_R与频率f的关系为V_R＝f/k，即瑞利波的频散特性。