(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211211080.6 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 陈斌　桑旭　潘德清　李东　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 钱宇婧 (51)Int.Cl. A61B 5/026(2006.01) G06T 7/00(2017.01) (54)发明名称 一种耦合激光散斑和荧光成像的血液流速 测量系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种耦合激光散斑和荧光成 像的血液流速测量系统及方法， 通过分光模块获 取散射激光和激发光荧光信号； 将 散射激光透过 体视显微镜照射到皮肤组织表 面， 再反射至体视 显微镜后输入至第一分光模块， 获取激光后向散 射光； 将荧光粒子激发光透过体视显微镜照射到 皮肤组织表 面， 再反射至体视显微镜后输入至第 二分光模块， 获取发射光荧光信号； 采用光线处 理模块对激光后 向散射光和发射光荧光信号进 行处理， 能获取准确的血液信息； 图像采集模块 采集聚焦后的激光散斑信号和荧光粒子发射光， 能实现信息的实时采集； 通过流场信息处理模块 获取激光散斑血流相对速度场图像和血液绝对 速度场图像， 将两个图像输入流速分析模块， 能 够获取准确的血 液流速。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115444390 A 2022.12.09 CN 115444390 A 1.一种耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量系统， 其特征在于， 包括流场信息采 集模块、 流场信息处理模块和流速分析模块， 所述流场信息采集模块包括激光散斑光源模 块、 荧光光源模块、 第一分光模块、 第二分光模块、 体视显微镜、 第一光线处理模块、 第二光 线处理模块及图像采集模块； 激光散斑光源模块输出激光， 将激光输入至第一分光模块后输出散射激光； 将散射激 光透过体视显微镜照射到皮肤组织表面， 再反射至体视显微镜后输入至第一分光模块， 第 一分光模块输出激光后向散射光至第一光线处理模块， 第一光线处理模块输出聚焦后的激 光散斑信号， 并采用图像采集模块采集聚焦后的激光散斑信号； 荧光光源模块输出荧光粒子激发光， 将荧光粒子激发光输入至第 二分光模块后输出荧 光粒子激发光， 将荧光粒子激发光透过体视显微镜照射到皮肤组织表面， 再反射至体视显 微镜后输入至第二分光模块， 第二分光模块输出发射光荧光信号至第二光线处理模块， 第 二光线处理模块输出聚焦后的荧光粒子发射光， 并采用图像采集模块采集聚焦后的荧光粒 子发射光； 将采集的聚焦后的激光散斑信号输入至流场信息处理模块后输出激光散斑血流相对 速度场图像； 将采集的聚焦后的荧光粒子发射光输入至流场信息处理模块后输出血液绝对 速度场图像， 将激光散斑相对血流图像和血液绝对速度场图像输入至流速 分析模块后输出 血液流速。 2.根据权利要求1所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量系统， 其特征在于， 所述流场信息处 理模块包括散斑对比度分析模块和荧 光粒子图像测速分析模块； 将聚焦后的激光散斑信号输入至散斑对比度分析模块输出激光散斑血流相对速度场 图像； 将聚焦后的荧光粒子发射光输入至荧光粒子图像测速分析模块输出血液绝对速度场 图像。 3.根据权利要求1所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量系统， 其特征在于， 所述第一分光模块 为偏振分光单 元； 所述第二分光模块 为二向色镜单 元。 4.根据权利要求3所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量系统， 其特征在于， 所述激光散斑光源 模块包括90 5nm半导体激光单 元和激光 准直扩束单 元； 所述905nm半导体激光单元输出激光， 并将激光输入至激光准直扩束单元， 输出放大后 的激光， 并将放大后的激光输入至偏振分光单 元。 5.根据权利要求3所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量系统， 其特征在于， 所述荧光光源模块包括 氙灯单元与激发光滤光单 元； 所述氙灯单元输出宽带白光， 并将宽带白光输入至激发光滤光单元， 输出荧光粒子激 发光， 并将荧 光粒子激发光输入至二向色镜单 元。 6.根据权利要求1所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量系统， 其特征在于， 所述第一光线处理模块包括干涉带通滤光单元和 第一聚焦透镜单元； 所述第二光线处理模 块包括发射 光滤光单 元和第二聚焦透 镜单元； 将激光后向散射光输入至干涉带通滤光单元进行滤光处理后再输入至第一聚焦透镜 单元， 输出聚焦后的激光散斑信号； 将发射光荧光信号输入至发射光滤光单元进行滤光处理后再输入至第二聚焦透镜单 元， 输出聚焦后的荧 光粒子发射 光。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115444390 A 27.根据权利要求1所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量系统， 其特征在于， 所述图像采集模块包括第一相机和第二相机； 所述第一相机的第 一输入端口连接有同步器， 所述第 一相机的第 二输入端口连接有触 发器， 所述第二相 机的第一输入端口与所述同步器相连， 所述第二相 机的第二输入端口与 和所述触发器相连； 第一相机采集聚焦后的激光散斑信号， 第二相机采集聚焦后的荧 光粒子发射 光。 8.一种耦合激光散斑和荧 光成像的血 液流速测量方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 激光散斑光源模块输出激光至第 一分光模块后输出散射激光， 将散射激光透过体视显 微镜照射到皮肤组织表面， 再反射至体视显微镜后传输至第一分光模块， 第一分光模块输 出激光后向散射 光至第一 光线处理模块， 第一 光线处理模块输出聚焦后的激光散斑信号； 荧光光源模块输出荧光粒子激发光至第 二分光模块后输出荧光粒子激发光， 将荧光粒 子激发光透过体视显微镜照射到皮肤组织表面， 再反射至体视显微镜后传输至第二分光模 块， 第二分光模块输出发射光荧光信号至第二光线处理模块， 第二光线处理模块输出聚焦 后的荧光粒子发射 光； 采用图像采集模块采集 聚焦后的激光散斑信号和聚焦后的荧光粒子发射光； 将采集的 聚焦后的激光散斑信号输入至流场信息处理模块输出激光散斑血流相对速度场图像； 将采 集的聚焦后的荧 光粒子发射 光输入至流场信息处 理模块输出 血液绝对速度场图像； 将激光散斑血流相对速度场图像和血液绝对速度场图像均输入至流速分析模块， 获取 血液流速， 实现对血 液流速的实时测量。 9.根据权利要求8所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量方法， 其特征在于， 获取血液流速的方法如下： 对血液绝对速度场图像采用金字塔式Lucas –Kanade光流法获取荧光粒子图像绝对速 度场； 对激光散斑血流相对速度场图像进行空间对比度分析， 获取激光散斑成像血液相对流 速场； 对荧光粒子图像绝对速度场按M ×M空间窗格进行局部平均， 得到荧光粒子图像M ×M空 间窗格局部平均速度矢量场及换算系数； 散斑血流指数图像与换算系数相乘， 获取 血液流速。 10.根据权利要求9所述的耦合激光散斑和荧光成像的血液流速测量方法， 其特征在 于， 获取激光散斑成像血 液相对流速场的方法如下： 计算激光散斑图像 像素点的散斑血流指数SFI的方法如下： 其中， K为M ×M的空间窗格内对比度值； 将连续获取的两帧激光散斑血流指数图像的均 值图像， 作为 最终的激光散斑成像血 液相对流速场； M×M的空间窗格内对比度K的表达式如下： 其中， σs表示M×M的空间窗格内像素 灰度标准差， <I>表示M ×M个像素点灰度值的均值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115444390 A 3