一种基于时空调制的血流速度测量装置及方法与流程

技术特征：

1.一种基于时空调制的血流速度测量装置，其特征在于，包括电脑(1)、成像装置(2)、显微镜(3)、端口(4)及光源(5)；光源(5)通过端口(4)照射在置于显微镜(3)载物台(7)上的被测样品(6)，成像装置(2)固定于显微镜(3)目镜上方，成像装置(2)用于采集被测样品(6)的图像数据并将所述图像数据传输至电脑(1)，电脑(1)对接收的图像数据进行处理以获取被测样品(6)的血流速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于时空调制的血流速度测量装置，其特征在于，所述成像装置(2)为COMS相机。

3.根据权利要求1至2任一项所述的一种基于时空调制的血流速度测量装置，其特征在于，所述光源(5)发出的光为白光。

4.一种基于时空调制的血流速度测量方法，其特征在于，使用权利要求3所述的基于时空调制的血流速度测量装置，包括以下步骤：

S1.采集被测样品(6)的图像数据：将被测样品(6)放在显微镜(3)的载物台(7)上，并使被测样品(6)位于显微镜(3)的物镜的正下方，将光源(5)发出的光通过端口(4)照射在被测样品(6)上，对显微镜(3)进行聚焦，聚焦结束后用成像装置(2)采集被测样品(6)在显微镜(3)目镜中的成像以作为采集的被测样品(6)的图像数据，成像装置(2)采集的图像总帧数为F，成像装置(2)的帧率为f；

S2.成像装置(2)将采集到的被测样品(6)的图像数据传输至电脑(1)，电脑(1)对接收的图像数据进行处理以得到被测样品(6)的血流速度，包括如下步骤：

S21.对采集到的F帧图像数据逐一像素点进行时间调制后再进行空间调制，以将背景组织信号与血红细胞信号进行分离，得到血红细胞信号I_st(x，y，t)；

S22.对采集到的血红细胞信号I_st(x，y，t)进行自相关运算，以获取血红细胞的渡越时间；

S23.对采集到的血红细胞信号I_st(x，y，t)进行图像分割，以获取血红细胞的长度；

S24.用血红细胞的长度与血红细胞的渡越时间的比值作为血红细胞的流动速度，即被测样品(6)的血流速度。

5.根据权利要求4所述的一种基于时空调制的血流速度测量方法，其特征在于，步骤S21中，对F帧图像数据上每个像素点处的原始信号I(x，y，t)进行快速傅里叶变换，对快速傅里叶变换后的信号FFT[I(x,y,t)]进行第一次带通滤波，对第一次带通滤波后的信号I_RBC(f)进行快速逆傅里叶变换，以得到经过时间调制后的血红细胞信号I′_t(x,y,t)；对经过时间调制后的血红细胞信号I′_t(x,y,t)进行二维空间傅里叶变换，对二维空间傅里叶变换后的信号I_st(f_x,f_y,t)进行第二次带通滤波，对第二次带通滤波后的信号进行二维空间逆傅里叶变换，以得到经过时空调制后的血红细胞信号I_st(x，y，t)；

I(x,y,t)＝I₀+I_N(x,y,t)+I_RBC(x,y,t) (1)

其中，I(x，y，t)为像素点(x，y)位置处的原始信号，I₀为背景组织散射产生的散射光强度，I_N(x,y,t)为噪声信号强度，I_RBC(x,y,t)为运动的血红细胞散射产生的散射光强度，信号为非周期的脉冲信号；

$I_{RBC}(x,y,t)=M\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}rect\left(\frac{t-t_i-\frac{{\mathrm{\τ}}_0}{2}}{{\mathrm{\τ}}_0}\right)---\left(2\right)$

其中，N为采集过程中通过的血红细胞个数，M为血红细胞散射光强幅值，rect[(t-t_i-τ₀/2)/τ₀]为单位矩形函数，τ₀为矩形函数的宽度，t_i是第i个血红细胞通过该像素位置的起始时间；

$I_{RBC}(x,y,f)={\mathrm{BPF}}_{f_1~f_2}\[FFT\[I(x,y,t)\]\]---\left(3\right)$

其中，为执行第一次带通滤波，带通窗口范围为f₁～f₂，f₁为f/F，f₂<f/2，f为成像装置(2)的帧率，F为采集的图像总帧数，FFT[I(x,y,t)]为进行快速傅里叶变换；

I′_t(x,y,t)＝FFT^-1[I_RBC(x,y,f)] (4)

其中，FFT^-1[]为进行快速逆傅里叶变换；

I_st(f_x,f_y,t)＝FFT2[I′_t(x,y,t)] (5)

其中，FFT2为进行二维空间傅里叶变换；第二次带通滤波的带通窗口范围为f₃～f₄，f₃＝0，f₄＝f/2-10Hz；

I_st(x,y,t)＝IFFT2[I_st(f_x,f_y,t)] (6)

其中，IFFT2为进行二维空间逆傅里叶变换。

6.根据权利要求4所述的一种基于时空调制的血流速度测量方法，其特征在于，步骤S22中利用公式(7)得到血红细胞的自相关函数；

$R_{XX}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=E\&lsqb;I_{st}(x,y,t)I_{st}(x,y,t+\mathrm{\&tau;})\&rsqb;=\frac{1}{F}{\&Sigma;}_0^T{I}_{sti}(x,y,t)I_{sti}(x,y,t+{\mathrm{\&tau;}}_i)---\left(7\right)$

其中，E[]为平均值运算，T为信号的周期，F为成像装置(2)采集的图像总帧数为，τ为移动时间变量；

对自相关函数按公式(8)进行归一化处理，得到血红细胞的归一化的自相关函数；

${\mathrm{\&rho;}}_{XX}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=\frac{R_{XX}\left(\mathrm{\&tau;}\right)}{R_{XX}\left(0\right)}---\left(8\right)$

所述血红细胞的渡越时间为自相关曲线初始时刻点与曲线纵坐标首次为0时刻点两点间曲线的斜率的倒数。

7.根据权利要求4所述的一种基于时空调制的血流速度测量方法，其特征在于，步骤S23中使用单阈值图像分割方法对采集到的血红细胞信号I_st(x，y，t)进行图像分割，以提取血红细胞的边界，计算多个血红细胞沿流经方向的最大长度并取平均值作为血红细胞的长度。