一种甲襞微循环血管三维扫描分析系统及方法

摘要

本发明提供了一种甲襞微循环血管三维扫描分析系统，包括低相干光源、光纤耦合器、参考臂、样品臂、光谱仪、CCD相机、三维位移装置以及上位机，低相干光源用于发出光束，光纤耦合器用于对光束进行分光处理以及对参考臂反射的参考光信号与样品臂反射的甲襞光信号进行干涉处理，光谱仪用于接收并根据干涉处理后的参考光信号以及甲襞光信号生成干涉光谱，CCD相机用于采集干涉光谱并转换成干涉数字信号，上位机用于接收并根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图，样品臂固定安装在三维位移装置上。本发明可实现甲襞微循环血管三维图像的快速扫描分析。

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体而言，涉及一种甲襞微循环血管三维扫描分析系统及方法。

背景技术

微循环通常是指位于血液循环系统的末梢部分(即微动脉和微静脉之间)的血液循环，其是血液与组织之间物质交换的场所。在人体微循环中，常见的观察和检测部位包括甲襞微循环、舌下微循环、眼球微循环、牙龈微循环等。甲襞微循环血管位于指甲末梢皮肤下约200微米处，大致平行于皮肤表面。由于手指容易固定，故而可防止过度的抖动对观测所造成较大的影响。通过对甲襞微血管形态的研究，可以辅助诊断黑足、心脏病、高血压或糖尿病等病症，对基础和临床医学均具有重要的意义。

传统的甲襞微循环检测仪在对甲襞微循环进行观测时，需要手动调节样品臂位置以对物镜进行对焦，其工作效率低，有待改进。

发明内容

基于此，为了解决传统的甲襞微循环检测仪在对甲襞微循环进行观测时，需要手动调节样品臂位置以对物镜进行对焦而存在工作效率低的问题，本发明提供了一种甲襞微循环血管三维扫描分析系统及方法，其具体技术方案如下：

一种甲襞微循环血管三维扫描分析系统，包括低相干光源、光纤耦合器、参考臂、样品臂、光谱仪、CCD相机、三维位移装置以及上位机，所述低相干光源用于发出光束，所述光纤耦合器用于对所述光束进行分光处理以及对所述参考臂反射的参考光信号与所述样品臂反射的甲襞光信号进行干涉处理，所述光谱仪用于接收并根据干涉处理后的参考光信号以及甲襞光信号生成干涉光谱，所述CCD相机用于采集干涉光谱并转换成干涉数字信号，所述上位机用于接收并根据所述干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图，所述样品臂固定安装在所述三维位移装置上。

所述三维位移装置可驱动所述样品臂分别在X轴、Y轴以及Z轴方向上移动，用于自动调节所述样品臂中物镜与甲襞之间的距离以实现物镜的自动对焦。通过光学相干层析成像技术，并利用所述三维位移装置自动实现所述样品臂中物镜的自动对焦，可以解决传统的甲襞微循环检测仪在对甲襞微循环进行观测时，需要手动调节样品臂位置以对物镜进行对焦而存在工作效率低的问题，可实现甲襞微循环血管三维图像的快速扫描分析。

进一步地，所述参考臂包括第一准直透镜以及第一反射镜，所述光纤耦合器的一路光经所述第一准直透镜透射至所述第一反射镜后形成所述参考光信号，所述参考光信号经所述第一准直透镜反射至所述光纤耦合器。

进一步地，所述样品臂包括第二准直透镜、扫描振镜以及物镜，所述光纤耦合器的另一路光先后经所述第二准直透镜、所述扫描振镜以及所述物镜后对甲襞进行扫描并形成所述甲襞光信号，所述甲襞光信号先后经所述物镜、所述扫描振镜以及所述第二准直透镜反射至所述光纤耦合器。

进一步地，所述三维位移装置的X轴、Y轴以及Z轴的量程均为25cm。

进一步地，所述甲襞微循环血管三维扫描分析系统还包括位于所述物镜正下方的检测平台，所述检测平台上设有手指凹槽。

相应地，本发明提供一种甲襞微循环血管三维扫描分析方法，其包括如下步骤：

自动调节样品臂与甲襞距离以对物镜进行对焦；

对低相干光源发出光束进行分光处理，并对参考臂反射的参考光信号与样品臂反射的甲襞光信号进行干涉处理；

根据干涉处理后的参考光信号以及甲襞光信号生成干涉光谱；

采集干涉光谱并转换成干涉数字信号；

根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图。

进一步地，所述根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图的具体方法包括如下步骤：

对所述干涉数字信号进行去噪处理；

对去噪处理后的所述干涉数字信号进行傅里叶变换；

通过OMAG算法提取傅里叶变换后的所述干涉数字信号的微血管信号；

通过三维重建算法对所述微血管信号进行处理以生成所述甲襞微循环血管三维视图。

进一步地，所述甲襞微循环血管三维扫描分析方法还包括如下步骤：根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管二维enface视图，并根据所述甲襞微循环血管二维enface视图对微血管的直径进行量化处理。

进一步地，所述根据所述甲襞微循环血管二维enface视图对微血管的直径进行量化处理的具体方法包括如下步骤：

选出微血管区域；

通过OTSU法分割所述微血管区域中的微血管；

对所述微血管进行开运算；

提取所述微血管的骨架并记录所述骨架的长度；

根据所述微血管区域的面积以及所述骨架的长度计算所述微血管的直径。

进一步地，所述甲襞微循环血管三维扫描分析方法还包括如下步骤：显示开运算后的所述微血管。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明一实施例中一种甲襞微循环血管三维扫描分析系统的整体结构示意图；

图2是本发明一实施例中一种甲襞微循环血管三维扫描分析方法的整体流程示意图；

图3是本发明一实施例中一种甲襞微循环血管三维扫描分析方法的根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图的具体方法的流程示意图；

图4是本发明一实施例中一种甲襞微循环血管三维扫描分析方法的根据所述甲襞微循环血管二维enface视图对微血管的直径进行量化处理的具体方法的流程示意图。

附图标记说明：

1、低相干光源；2、光纤耦合器；3、参考臂；4、样品臂；5、光谱仪；6、CCD相机；7、上位机；8、检测平台；30、第一准直透镜；31、第一反射镜；40、第二准直透镜；41、扫描振镜；42、物镜。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，本发明一实施例中的一种甲襞微循环血管三维扫描分析系统，包括低相干光源1、光纤耦合器2、参考臂3、样品臂4、光谱仪5、CCD相机6、三维位移装置(图中未示出)以及上位机7，所述低相干光源1用于发出光束，所述光纤耦合器2用于对所述光束进行分光处理以及对所述参考臂3反射的参考光信号与所述样品臂4反射的甲襞光信号进行干涉处理，所述光谱仪5用于接收并根据干涉处理后的参考光信号以及甲襞光信号生成干涉光谱，所述CCD相机6用于采集干涉光谱并转换成干涉数字信号，所述上位机7用于接收并根据所述干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图，所述样品臂4固定安装在所述三维位移装置上。

所述三维位移装置用于自动调节所述样品臂4中物镜42与甲襞之间的距离以实现物镜42的自动对焦，所述低相干光源1的中心波长为1290mm，带宽为80mm。通过光学相干层析成像技术，并利用所述三维位移装置自动实现所述样品臂4中物镜42的自动对焦，可以解决传统的甲襞微循环检测仪在对甲襞微循环进行观测时，需要手动调节样品臂4位置以对物镜42进行对焦而存在工作效率低的问题，可实现甲襞微循环血管三维图像的快速扫描分析。

在其中一个实施例中，所述参考臂3包括第一准直透镜30以及第一反射镜31，所述光纤耦合器2的一路光经所述第一准直透镜30透射至所述第一反射镜31后形成所述参考光信号，所述参考光信号经所述第一准直透镜30反射至所述光纤耦合器2。

在其中一个实施例中，所述样品臂4包括第二准直透镜40、扫描振镜41以及物镜42，所述光纤耦合器2的另一路光先后经所述第二准直透镜40、所述扫描振镜41以及所述物镜42后对甲襞进行扫描并形成所述甲襞光信号，所述甲襞光信号先后经所述物镜42、所述扫描振镜41以及所述第二准直透镜40反射至所述光纤耦合器2。

具体而言，所述光谱仪5为Linear-k光谱仪5，所述上位机7中安装有通过Labview软件开发的采集控制界面。所述甲襞微循环血管三维扫描分析系统通过采集控制界面控制重复扫描次数、帧数、线数以及扫描振镜41的工作电压。

在其中一个实施例中，所述三维位移装置的X轴、Y轴以及Z轴的量程均为25cm。所述三维位移装置可在X轴、Y轴以及Z轴三个方向上调节所述样品臂4的位置，所述三维位移装置在Z轴上的高度位置通过步进电机进行调控。

在其中一个实施例中，所述样品臂4还包括镜头转换器，所述物镜42包括两个，两个所述物镜42具有不同口径(如54mm以及18mm)且均安装在所述镜头转换器上。通过设置所述镜头转换器，可以实现两种甲襞微循环血管采集模式的镜头转换。

在其中一个实施例中，所述甲襞微循环血管三维扫描分析系统还包括位于所述物镜42正下方的检测平台8，所述检测平台8上设有手指凹槽。

在其中一个实施例中，如图2所示，本发明提供一种甲襞微循环血管三维扫描分析方法，其包括如下步骤：

自动调节样品臂4与甲襞距离以对物镜42进行对焦；

对低相干光源1发出光束进行分光处理，并对参考臂3反射的参考光信号与样品臂4反射的甲襞光信号进行干涉处理；

根据干涉处理后的参考光信号以及甲襞光信号生成干涉光谱；

采集干涉光谱并转换成干涉数字信号；

根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图。

通过自动调节样品臂4与甲襞距离以对物镜42进行对焦，并通过光学相干层析成像技术生成甲襞微循环血管三维视图，可以解决传统的甲襞微循环检测仪在对甲襞微循环进行观测时，需要手动调节样品臂4位置以对物镜42进行对焦而存在工作效率低的问题，可实现甲襞微循环血管三维图像的快速扫描分析。

在其中一个实施例中，所述自动调节样品臂4与甲襞距离以对物镜42进行对焦的具体方法包括如下步骤：

根据甲襞微循环血管三维视图与物镜42焦平面之间的距离；

控制三维位移装置在Z轴方向上移动所述距离，实现对物镜42进行对焦。

在其中一个实施例中，如图3所示，所述根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管三维视图的具体方法包括如下步骤：

对所述干涉数字信号进行去噪处理；

对去噪处理后的所述干涉数字信号进行傅里叶变换；

通过OMAG(Optical Microangiography，光学微血管造影)算法提取傅里叶变换后的所述干涉数字信号的微血管信号；

通过三维重建算法对所述微血管信号进行处理以生成所述甲襞微循环血管三维视图。

在其中一个实施例中，所述甲襞微循环血管三维扫描分析方法还包括如下步骤：根据干涉数字信号生成甲襞微循环血管二维enface视图，并根据所述甲襞微循环血管二维enface视图对微血管的直径进行量化处理。

在其中一个实施例中，如图4所示，所述根据所述甲襞微循环血管二维enface视图对微血管的直径进行量化处理的具体方法包括如下步骤：

选出微血管区域；

通过OTSU法分割所述微血管区域中的微血管；

对所述微血管进行开运算以进行去噪处理；

提取所述微血管的骨架并记录所述骨架的长度；

根据所述微血管区域的面积以及所述骨架的长度计算所述微血管的直径。

另外，还可以对所述微血管进行闭运算以连通断开的微血管。

在其中一个实施例中，所述甲襞微循环血管三维扫描分析方法还包括如下步骤：显示开运算后的所述微血管。

通过对微血管的直径进行量化处理并显示开运算后的所述微血管，便于根据所述微血管进行观察分析，以辅助诊断黑足、心脏病、高血压或糖尿病等病症。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。