用于测量血流速度的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及采用光扫描显微镜测量颗粒在流体中移动的速度的方法，颗粒例如是红细胞，流体例如是血流。本发明专利技术方法包括如下步骤：通过在含有所述物体的平面上进行ｘ和ｙ光扫描而捕获图像；在平面（ｘ，ｙ）上检测平面（ｘ，ｙ）上的标记；由如此确定的斜率估计物体的速度ｖ↓［ｘ］。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用光扫描显微镜测量微观物体在流体例如血流中移动的速度的方法。该方法特别地、但是不惟一地被应用于微循环研究，在该研究中，困难在于检测颗粒如移动的红细胞或者白细胞，估计这些颗粒的移动方向及其速度。然而，本专利技术可被应用于其他领域，如显微流体学。通常使用反映移动中的物体的顺序图像，采用成像系统来估计该物体的移动速度。基本的假设是，检测系统的捕获速度(acquisitionrate)使得物体从一张图像缓慢移动到下一张图像。物体在图像序列的在不同位置上的出现，使得可能借助于对探测系统的校正来确定后者的速度。在J.Appl.Physiol.22(2)333-337，1967中出版的文章H.Wayland和RC.Johnson，“Red blood cell velocity measurement in microvessels bya two-slit photometric method”中描述了一种双狭缝光度法，是已知的。通过双狭缝光度法进行测量可能是用于自动测量血流速度的最古老方法。该方法测量红细胞的速度，并优选应用于毛细血管和小静脉中，血细胞在小静脉中以单列纵队、分离的或者小聚集体形式循环。使用两个放置在显示顺序的屏幕上的裂缝，在视频序列(videosequence)上进行测量。这两个裂缝是平行的，并且垂直于进行测量的血管。发光二极管与两个裂缝中的每一个相对放置。所用的设备提供了两种测量方法。在第一种方法中，两个裂缝相隔45-70μm(在组织上处于相等的距离)。通过计算源自发光二极管的两个信号的相关度来测量速度。在第二种测量方法中，两个裂缝十分靠近7.4μm的相等的组织距离，即稍微小于红细胞平均直径的距离。结果，分别由上、下游二极管发出的两个连续信号是由同一个血细胞产生的，因此可能计算该血细胞的速度。然而，该方法的局限在于需要在极细的血管中进行测量，以便将观察限制在一个红细胞上，所测量的速度是每秒30张图像的图像频率的结果，它不能超过2mm/s。时空投影方法(“线移图”)也是已知的。该方法是前一种方法的延伸。不必在两个点上对信号采样，使用者可以选择一个感兴趣的区域，即标记在血管中的矩形。在每张图像中，根据血管轴线的各个点上的血管宽度，计算灰度的平均值，将感兴趣的区域的信号线性投射到血管的轴线的一个方向上。然后，垂直排列所捕获的每张图像的一维信号，以生成一个显示血细胞轨迹的时空图像。将相邻的信号关联来估计速度。这种方法被用于CapImage和Capiscop软件程序中，以及Cytoscan捕获设备中。这种方法特别地被描述在出版在NatureMedictine，51209-1213，1999的文章W.Groner，I.W.Winkelaman，A.G.Harris，G..Inde，G.I.Bouma，K.Kessmer和R.G.Nadeau，“Orthogonal Polarization Spectral ImagineA new method for study ofmicrocirculation.”。主要的局限在于由于图像频率(如果可选择地在两个视频流的交错视野中进行测量，图像频率为25张图像/秒或者50张图像/秒)，所测量的速度范围不能超过2mm/s。SLO(扫描激光检眼镜)是一种原理基于非光纤共焦显微镜的设备。以每秒50张交错图像的速度捕获图像。该设备所用的测量速度的方法基于细胞监测。同一张图像是由对应于两个间隔20秒的瞬时的交错场构成，因此移动中的血细胞出现在图像上的两个不同位置上，一次位于偶数行，而另一次位于奇数行。一旦定位了该血细胞的两种图像，可立即测量速度.该设备的宽视野(最高达到1200μm)，使得可能测量几cm/s的速度。这种设备的局限主要是由于对血细胞的监测；要求所标记的血细胞尺寸大(白细胞为12μm)并且数量少。这种方法似乎不能被应用于测量红细胞的速度，红细胞的尺寸较小(7-8μm)处于远远地高的浓度下(比白细胞浓度高1000倍)，并且更难标记。另一种通常与Cytoscan或者SLO结合使用的测量方法是通过多普勒效应测量红细胞的速度。多普勒效应描述相对于观察者移动的物体所反射的光波所经历的频移。对于血流来说，移动的物体是红细胞。给定波长的单频波(例如激光)沿着血管被发送。通过多普勒效应测量速度具有快速和精确的优点。根据所用的材料和分析软件，最大可测量速度在1mm/s到数mm/s之间变化。多普勒效应的缺点在于难以精确地确定要测量速度的区域，特别是深度方面。被反射的光可来源于不同的血管，血细胞在这些血管中以不同速度循环。时空分析方法也是已知的。这种用于测量白细胞速度的方法在Yoshinobu Sato等人，“Measuring microcirculation usingspatiotemporal image analysis”，CVRMed，302-308，1995中被描述。这种分析方法包括三个主要步骤i)首先，通过在序列框架的像素的时间变量的柱形图上进行区段化，来从图像中提取血管。ii)然后，由连续的血管图像构建时空图像。如果每张顺序图像被沿着血管的轴线或者轮廓投射，该图像可以是三维的或者平面的。iii)然后，通过在所选方向上应用滤波器组(例如Gabor滤波器组)加强由白细胞移动留在时空图像中的轨迹。通过设立最佳响应的阈值，来提取轨迹。最后步骤包括将轨迹连接在一起，来重新构建白细胞的完整轨迹。捕获这些轨迹使得可能通过计算出其正切值，以达到估计白细胞在其轨迹上的速度的目的。在时空分析领域还已知的有文章-“Two-photon imaging of neocortical microcirculation.”D.Kleinfeld和W.Denk；In Imaging NeuronsA Laboratory Manual(R.Yuste，F.Lanni和A.Konnerth编辑)，1999，Cold Spring HarborLaboratary Press，NY，23.1-23.15；可以从如下网址获得http//physics.ucsd.edu/neurophysies/publieations/kleinfeld_denk_cshl_2003.pdf；和“Two-photon imaging of capillary blood flow in olfactory bulbglomeruli”E.Chaigneau等人，PNAS，2003年10月28日；100(22)13081-13086；可以从如下网址获得http//www.pnas.org/cgi/content/full/100/22/13081。这些文章描述了一种测量速度的方法，通过使用非光纤显微镜，沿着血管的轴线进行几个连续的扫描。从而在不同的连续瞬间，从相同区段中捕获几张“一维”图像。将这些图像首尾连接放置，形成全面显像，其纵座标是时间轴。颗粒在血管中的移动以斜线(obliqueband)形式显示。通过计算全面显像上各条线的斜率，来确定各点的速度。但是，该方法的缺陷在于，事实上将捕获装置与血管轴线平行放置是必要的。而且，为了构建全面显像，有必要从相同区段捕获数张图像。在大部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
用光扫描显微镜测量微观物体在流体如血流中移动的速度的方法，该方法包括如下步骤：－通过对含有所述物体的平面进行ｘ轴和ｙ轴方向光扫描而捕获图像；－在捕获所述图像的过程中，在平面（ｘ，ｙ）中检测由所述物体的移动产生的脊线； －确定平面（ｘ，ｙ）中的所述脊线的斜率；和－从如此确定的斜率估计所述物体的速度Ｖ↓［ｇ］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F拉科姆比，G勒高阿尔赫，A帕詹特，N阿雅彻，
申请(专利权)人：莫纳基技术公司，
类型：发明
国别省市：FR[]