一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法技术

本发明专利技术提供了一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，包括S1、在归一化光场时间自相关函数g1(τ)曲线上选取n个点，产生新变量[x(i),y(i)],1≤i≤n；S2、执行关于[x(i),y(i)]的四则运算；S3、由步骤S2的结果获得一阶血流值Db1；S4、计算中间变量M1，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得二阶血流值Db2；S5、重复步骤S4，分别计算出三阶血流值Db3、四阶血流值Db4和五阶血流值Db5。本发明专利技术所述的漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，克服了现有单纯性方法曲线拟合求解血流存在的不易计算、耗时长不足和稳定性差的问题。耗时长不足和稳定性差的问题。耗时长不足和稳定性差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法


[0001]本专利技术属于生物医学工程中的组织血流测量
，尤其是涉及从近红外漫射光相关谱数据中计算组织血流的一种方法。

技术介绍

[0002]脑部血流的实时监测对于手术和重症病人的重要性不言而喻。例如，颈动脉翻瓣手术过程中需要实时监测由于血管钳夹引起的局部脑灌注不足。另外，其他脑部障碍(例如睡眠呼吸暂停或迷走神经性晕厥)也导致血流震荡或者不稳定。因此，脑部血流的测量对于多种疾病的诊断和治疗非常重要，尤其是脑部局部缺血、中风、睡眠中呼吸暂停、迷走神经性晕厥等重要疾病。除了脑部血流监测，骨骼肌血流也是评估肌肉功能和外周血管疾病、老年性肌纤维疼痛等病症的重要生理参数之一。
[0003]目前医院里使用的脑血流设备主要是超声多普勒(又称为经颅多普勒)和灌注磁共振(ASL
‑
MRI)技术,但是，这两种技术都存在局限性。超声多普勒测量的是脑主干血管，但是很多脑疾病与局部微血管循环有关；ASL
‑
MRI可以得到很高空间分辨率,但是测量成本昂贵，也不容易实现动态和连续测量。近红外漫射光谱(NIRS)是检测局部组织血氧的传统技术，近年来，一种新的NIRS技术得到了发展，称为漫射光相关谱技术(DCS)；DCS是利用时间自相关方法来快速估计红细胞的运动引起的光场扰动，是一种直接测量组织血流的新技术。该技术具有无创、低成本、便携等优点，近些年来发展很快。
[0004]在DCS数据采集过程中，将光源和探测器放置于被测组织(例如头部前额)的同侧，相距几毫米至几厘米，光源发射的近红外光子进入脑皮层后被运动的红细胞多次散射，造成光场扰动；少部分光子从表层逸出并被探测器收集；数字相关器将探测器采集的光子数(即光强)进行时间自相关计算，获得归一化光强自相关函数g2(τ)，并由西格特关系获得归一化光场时间自相关函数g1(τ)，这里τ为延迟时间。由于非归一化光场时间自相关函数G1(τ)满足扩散偏微分方程，因此目前的求解方法是将微分方程的解析表达式与g1(τ)曲线做拟合；曲线拟合的基本过程是：先将一个假定的血流值代入解析表达式，得到不同延迟时间τ的时间自相关函数g1(τ)的理论值，再将所有延迟时间的g1(τ)理论值与测量值求残差平方和；然后将假定的血流值迭代变化以寻求最小的残差平方和；这个过程主要用的是非线性的单纯形方法寻求最优解。但是，这种非线性拟合的方法不是直接的数据四则运算(即数据的加减乘除)，迭代变化的耗时长，不易实现实时的血流计算。另外，此方法容易受到噪声点的影响使得求解不稳定。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，以克服现有单纯性方法曲线拟合求解血流存在的不易计算、耗时长不足和稳定性的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1、在归一化光场时间自相关函数g1(τ)曲线上选取n个点，产生新变量[x(i),y(i)],1≤i≤n；
[0009]S2、执行关于[x(i),y(i)]的运算；
[0010]S3、由步骤S2的结果获得一阶血流值Db1；
[0011]S4、计算中间变量M1，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得二阶血流值Db2；
[0012]S5、计算中间变量M2，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得三阶血流值Db3；
[0013]S6、计算中间变量M3，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得四阶血流值Db4；
[0014]S7、计算中间变量M4，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得五阶血流值Db5。
[0015]进一步的，所述步骤S1的具体计算过程为：从实验中获取了归一化光强自相关函数g2(τ)，并根据西格特关系(
g2
(τ)＝1+β|g1(τ)|2)转换成归一化光场时间自相关曲线g1(τ)；这里β取值为0.5；在此曲线上取n个点，获得n对数据(τ(n),g1(n))，并做下列变量替换：
[0016]x(i)＝τ(i)，
[0017]y(i)＝g1(i)
‑
1，1≤i≤n。
[0018]进一步的，所述步骤S2中，关于[x(i),y(i)]的四则运算具体如下：
[0019][0020]yxm表示x(i)和y(i)乘积的平均值；
[0021][0022]xxm表示x(i)平方的平均值；
[0023][0024]ym表示y(i)的平均值；
[0025][0026]xm表示x(i)的平均值；
[0027]b＝(yxm
‑
ym
·
xm)/(xxm
‑
xm
·
xm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0028]b表示x(i)数组和y(i)数组线性回归的斜率。
[0029]进一步的，所述步骤S3中计算一阶血流值Db1的方法为：
[0030]令b1＝b,计算一阶血流值：
[0031]Db1＝
‑
b1/(2
·
μs
′
·
ppath
·
k0
·
k0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0032]其中μs
’
，k0，ppath均为常数；μs
’
是约化散射系数，k0＝2π
·
nf/λ，这里nf是组织的折射系数，λ是光的波长；ppath是光子在组织内传输的平均路径，平均路径可以直接得到。
[0033]进一步的，所述步骤S4中获得二阶血流值Db2的方法为：
[0034]令M1＝2
·
k0
·
k0
·
Db1
·
μs
′
，做下列变量替换：
[0035]x(i)＝τ(i)，
[0036]y(i)＝g1(i)
‑1‑
1/2
·
M1
·
M1
·
ppath2
·
τ(i)
·
τ(i)，1≤i≤n；
[0037]这里ppath2是是光子在组织内传输路径平方的均值，称为二阶平均路径；重复S2的计算过程，获得更新的b；
[0038]令b2＝b,计算二阶血流值Db2，
[0039]Db2＝
‑
b2/(2
·
μs
′
·
ppath
·
k0
·
k0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)。
[0040]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、在归一化光场时间自相关函数g1(τ)曲线上选取n个点，产生新变量[x(i),y(i)],1≤i≤n；S2、执行关于[x(i),y(i)]的四则运算；S3、由步骤S2的结果获得一阶血流值Db1；S4、计算中间变量M1，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得二阶血流值Db2；S5、计算中间变量M2，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得三阶血流值Db3；S6、计算中间变量M3，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得四阶血流值Db4；S7、计算中间变量M4，更新变量y(i)的值并执行步骤S2的四则运算，获得五阶血流值Db5。2.根据权利要求1所述的一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，其特征在于：所述步骤S1的具体计算过程为：从实验中获取了归一化光强自相关函数g2(τ)，并根据西格特关系(g2(τ)＝1+β|g1(τ)|2)转换成归一化光场时间自相关曲线g1(τ)；这里β取值为0.5；在此曲线上取n个点，获得n对数据(τ(n),g1(n))，并做下列变量替换：x(i)＝τ(i)，y(i)＝g1(i)
‑
1，1≤i≤n。3.根据权利要求1所述的一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，其特征在于：所述步骤S2中，关于[x(i),y(i)]的四则运算具体如下：yxm表示x(i)和y(i)乘积的平均值；xxm表示x(i)平方的平均值；ym表示y(i)的平均值；xm表示x(i)的平均值；b＝(yxm
‑
ym
·
xm)/(xxm
‑
xm
·
xm)
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(5)b表示x(i)数组和y(i)数组线性回归的斜率。4.根据权利要求1所述的一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，其特征在于：所述步骤S3中计算一阶血流值Db1的方法为：令b1＝b,计算一阶血流值：Db1＝
‑
b1/(2
·
μs
′
·
ppath
·
k0
·
k0)
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(6)
其中μs
’
，k0，ppath均为常数；μs
’
是约化散射系数，k0＝2π
·
nf/λ，这里nf是组织的折射系数，λ是光的波长；ppath是光子在组织内传输的平均路径，平均路径可以直接得到。5.根据权利要求1所述的一种漫射光相关谱血流测量的实时计算方法，其特征在于：所述步骤S4中获得二阶血流值Db2的方法为：令M1＝2
·
k0
·
k0
·
Db1
·
μs
′
，做下列变量替换：x(i)＝τ(i)，y(i)＝g1(i)
‑1‑
1/2
·
M1
·
M1
·
ppath2
·
τ(i)
·
τ(i)，1≤i≤n；这里ppath2是是光子在组织内传输路径平方的均值，称为二阶平均路径；重复S2的计算过程，获得更新的b；令b2＝b,计算二阶血流值Db2，Db2＝
‑
b2/(2

【专利技术属性】
技术研发人员：尚禹，陈少扬，李庐佳，张炜，
申请(专利权)人：海脉医疗科技天津有限公司，
类型：发明
国别省市：