[发明专利]一种基于能量调制的激光散斑血流成像方法及装置

说明书

本发明一种基于能量调制的激光散斑血流成像方法和装置，采集多帧连续的原始散斑图像；对预处理后的散斑图像进行二维快速傅里叶变换得到频谱图像，计算二维血流信号的频谱能量和二维背景信号的频谱能量，以及计算散斑图像瞬时能量调制参量，用该参量构建单张激光散斑血流的瞬时图像，使用时间窗口模板对连续序列的基于瞬时能量调制的散斑血流图像的两种能量模态进行求和平均，根据求和平均后的两种能量的比值来获得平均能量调制散斑图像。本发明将每张二维散斑图像作为一个处理单元，使用二维快速傅里叶变换进行信号的频域变换处理，由于每张图片只需进行一次变换，具有较高的计算效能，在处理大量级的数据时具有显著优势。

技术领域

本发明属于生物组织医学成像领域，具体涉及一种基于能量调制的激光散斑血流成像方法和装置。

背景技术

激光散斑血流成像(LSCI)是一种利用低能相干光对血流进行监测的光学成像技术。LSCI利用散斑的光强统计量来提取二维血流速度分布图。散斑强度的统计特性分析包括一阶统计和二阶统计，其中一阶统计主要是描述了单个像素点所对应的散斑强度的涨落,包括散斑强度的标准偏差和均值，以及标准偏差和均值的比值，即“衬比值”如下式所示：

其中，K表示衬比值，用来描述由强度变化所引起的散斑模糊程度，δ_I表示整张散斑图像所有像素点光强的标准差，表示整张散斑图像所有像素点光强的均值，I_i为散斑图像上单个像素点的光强。

使用衬比值进行散斑图像的恢复主要是运用了散斑强度的二阶统计特性，在时间和空间上计算散斑图像的强度，然后将单位时间和空间内的衬比值重新构成新的图像。散斑散射粒子的运动所引起的光强抖动引起相机电流的变化，从而导致电场强度的改变，电场的自相关函数如下式所示：

其中，τ_c为电场去相关时间，反映了电场强度波动的快慢，电场去相关时间与散射粒子的速度ν呈反比，散射颗粒运动的速度越快，τ_c越小，电场波动越快。因此通过分析电场的自相关函数，可以根据去相关时间的大小来分析血管的血流速度分布情况。然而电场自相关函数难以直接获得，可以通过相机的电流和光强之间的映射关系，把光强的自相关函数根据Siegert关系式和电场自相关函数联系起来，如下式所示：

g₂(τ)＝＜I(t)I(t+τ)＞/＜I＞²

其中，g₂(τ)为光强自相关函数，为Siegert关系式，β为与散斑大小、偏振、光源相干性等系统参数有关的系统因子。因此，光强和散射粒子的运动速度之间存在着映射关系，粒子的运动速度越大，图像采集设备在有限的积分时间内对光强进行积分平均的作用就越显著，那么光强分布的标准差就会减小，衬比值减小，图像对比度下降，图像模糊程度增大，因此衬比值K和速度ν呈反比。LSCI技术通过对散斑光强进行衬比值运算，将散斑图像转换为衬比图像，根据衬比值和粒子速度的映射关系，获得二维血流速度分布图。