激光散斑信號(hào)處理方法研究.pdf

1、了解腦組織不同成分在正常生理狀態(tài)下或者病理狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng),對(duì)研究神經(jīng)血管耦合機(jī)制、腦部疾病的診斷預(yù)防、藥物評(píng)估以及術(shù)中監(jiān)測(cè)等都有重大意義。激光散斑襯比成像技術(shù)以其簡(jiǎn)單的成像系統(tǒng)、高時(shí)空分辨率、無(wú)需掃描的且非接觸的二維流速全場(chǎng)成像等特點(diǎn),在腦皮層功能研究、視網(wǎng)膜疾病和皮膚疾病的診斷和治療、藥物評(píng)價(jià)等領(lǐng)域的血流動(dòng)態(tài)變化檢測(cè)中取得了重大應(yīng)用,是生命科學(xué)基礎(chǔ)研究和臨床診斷的重要工具。但是該技術(shù)本身不具備動(dòng)靜脈分割能力,不能獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)腦皮層不同

2、成分的血流變化分析?；诠鈱W(xué)影像的動(dòng)靜脈分割技術(shù)是提取組織不同成分的一個(gè)有效技術(shù)手段,對(duì)于基礎(chǔ)研究、臨床診斷、術(shù)中監(jiān)測(cè)等有很重大的意義。不過(guò),目前的動(dòng)靜脈分割技術(shù)和激光散斑襯比成像技術(shù)結(jié)合,會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題,比如降低系統(tǒng)時(shí)間分辨率、使成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。因此,本文對(duì)激光散斑數(shù)據(jù)所攜帶的信息進(jìn)行進(jìn)一步分析:通過(guò)分析激光散斑強(qiáng)度的分布,提出了基于單波長(zhǎng)激光散斑相對(duì)最小反射率(Relative temporal minimum reflect

3、ance,RTMR)分析的動(dòng)靜脈分割法,該方法具有簡(jiǎn)單、自動(dòng)以及準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)結(jié)合激光散斑襯比成像,在不改變激光散斑成像系統(tǒng)地前提下,實(shí)現(xiàn)了腦皮層不同組織成分獨(dú)立的血流變化分析。主要內(nèi)容如下:
　　(1)提出一種自動(dòng)有效的基于單波長(zhǎng)激光散斑相對(duì)最小反射率分析的動(dòng)靜脈分割法。襯比值比較小,并且CCD記錄的散斑圖像互相統(tǒng)計(jì)獨(dú)立時(shí),Rayleigh分布函數(shù)是實(shí)際的積分散斑強(qiáng)度概率密度函數(shù)的一個(gè)很好的近似。通過(guò)Rayleigh分布

4、函數(shù)得出激光散斑最小光強(qiáng)的表達(dá)式,發(fā)現(xiàn)它是平均光強(qiáng)和血流速度的整合參數(shù)。在激光散斑最小光強(qiáng)圖內(nèi),根據(jù)激光散斑最小光強(qiáng)值,對(duì)血管進(jìn)行分類(lèi)。不過(guò)由于平均光強(qiáng)分布和入射光強(qiáng)有關(guān),因此激光散斑最小光強(qiáng)存在背景不均勻現(xiàn)象,為此引入激光散斑相對(duì)最小反射率這個(gè)參量。空間任意一點(diǎn)的激光散斑相對(duì)最小反射率定義為:該點(diǎn)的激光散斑最小光強(qiáng)除以該點(diǎn)在激光散斑時(shí)域內(nèi)均圖內(nèi)的鄰域的非血管腦皮層組織的平均光強(qiáng)。在RTMR圖中:動(dòng)脈血管區(qū)域值最大;靜脈血管區(qū)域值相對(duì)最

5、小,部分可能和非血管皮層區(qū)域重疊;非血管腦皮層區(qū)域的RTMR值在了兩類(lèi)血管之間。為了避免誤判靜脈區(qū)域,所以先通過(guò)RTMR值采用多閾值法逐個(gè)像素的提取動(dòng)脈網(wǎng)絡(luò)(即對(duì)于血管內(nèi)的一個(gè)像素,如果它的RTMR值比它的鄰域內(nèi)非血管腦組織像素的RTMR值平均值大,則該像素屬于動(dòng)脈),然后從血管網(wǎng)絡(luò)圖中減去動(dòng)脈結(jié)構(gòu),得出靜脈網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)證明基于單波長(zhǎng)激光散斑相對(duì)最小反射率分析的動(dòng)靜脈分割法的準(zhǔn)確率高,動(dòng)脈的PTR(True Positive rate)是

6、98.5％,靜脈的PTR是95％,動(dòng)脈的誤判率是1.5％,靜脈的誤判率是5％。同時(shí)分析了激光散斑相對(duì)最小反射率分析的有效波長(zhǎng),成像深度等參數(shù),其中最佳波長(zhǎng)可能是600nm,成像深度大概是幾百微米。
　　(2)基于單波長(zhǎng)激光散斑相對(duì)最小反射率分析的動(dòng)靜脈分割法和激光散斑襯比成像技術(shù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)大鼠腦皮層不同成分組織在CSD模型中的獨(dú)自的血流變化分析。準(zhǔn)確地顯示了微小區(qū)域內(nèi),微動(dòng)脈、微靜脈以及非血管腦皮層組織各自在CSD過(guò)程中的血流變化