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微循环血液流速测量的研究

中国生物医学工程学报 2005年第6期24卷 717-722页

作者：沈兵刁越曾衍钧胡金麟北京工业大学生命科学与生物医学工程学院北京100022 解放军总医院微循环实验室北京100853

本研究根据微循环的特征,把微循环分为多种类型,不同类型用不同的测量方法。引入了傅立叶变换(FFT)的数字信号处理方法,对微循环血液平均流速的测量方法进行了系统的分析。对传统的方法进行了改进,引入新的测量方法进行了尝试。结果显示... 详细信息

本研究根据微循环的特征,把微循环分为多种类型,不同类型用不同的测量方法。引入了傅立叶变换(FFT)的数字信号处理方法,对微循环血液平均流速的测量方法进行了系统的分析。对传统的方法进行了改进,引入新的测量方法进行了尝试。结果显示,分类后测量方法变得简单,实时性和准确性都有改进,从FFT变换的试验中得到很多有益的结果。

关键词：数字图象处理数字信号处理微循环血液流速速度测量

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热传递法无创测量血液流速

仪器仪表学报 2006年第z2期27卷 1178-1180页

作者：李俊峰唐飞徐效文王东生清华大学精密仪器与机械学系北京100084

介绍了一种利用人体皮肤和接触导体的热传递来无创测量局部皮肤组织血液流速的方法。该方法使用热量作为指示剂,利用血液是人体体内主要热传递媒介的特性,通过测量人体皮肤组织表面温度和接触导体的温度变化曲线,对获得的金属导体温度... 详细信息

介绍了一种利用人体皮肤和接触导体的热传递来无创测量局部皮肤组织血液流速的方法。该方法使用热量作为指示剂,利用血液是人体体内主要热传递媒介的特性,通过测量人体皮肤组织表面温度和接触导体的温度变化曲线,对获得的金属导体温度曲线进行归一化并求平均得到表征血液流速的数值。实验结果表明,该数值与血液流速具有很好的相关性,该装置实现了对人体皮肤组织的血液流速的快速测量,而且结构简单、方便实用。

关键词：热传递血液流速无创

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热扩散法测量血液流速

仪器仪表学报 2008年第5期29卷 978-981页

作者：唐飞王晓浩王东生清华大学精密仪器与机械学系精密测试技术与仪器国家重点实验室北京100084

介绍了一种利用人体皮肤和接触导体的热传递来无创测量局部皮肤组织中血液流速的方法。使用热量作为指示剂,利用血液是人体内主要热传递媒介的特性,通过测量与人体皮肤接触的金属导体的温度变化,可以得到血液流速。该方法无需加热人体... 详细信息

介绍了一种利用人体皮肤和接触导体的热传递来无创测量局部皮肤组织中血液流速的方法。使用热量作为指示剂,利用血液是人体内主要热传递媒介的特性,通过测量与人体皮肤接触的金属导体的温度变化,可以得到血液流速。该方法无需加热人体表面组织,结构简单。进行了理论推导、模拟仿真,提出了采用归一化差均值作为表征血液流速的量,并研制了实验系统。利用该实验系统测得的血液流速与用Doppler血流计测得的标准血液流速之间的相关系数达到0.914。

关键词：血液流速测量热扩散无创

基于线阵CCD的高速数据采集和血液流速检测系统

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基于线阵CCD的高速数据采集和血液流速检测系统

作者：邵佩重庆大学

学位级别：硕士

临床研究表明,血液流变学指标与心血管、动脉、血液等方面的众多疾病有高度相关性,在医学研究和临床诊断中具有重要的参考价值。血液粘度作为血液流变性的重要指标之一,它反映了血液运输供应状况,影响血液在体内的流动性。可以定性的看... 详细信息

临床研究表明,血液流变学指标与心血管、动脉、血液等方面的众多疾病有高度相关性,在医学研究和临床诊断中具有重要的参考价值。血液粘度作为血液流变性的重要指标之一,它反映了血液运输供应状况,影响血液在体内的流动性。可以定性的看出,粘度越低,血液流速变化越慢;反之,血液粘度越高,血流速度变化越快。因此通过测量在恒定压力条件下的血液流速的变化对反映血液粘度具有重要意义。电荷耦合器件(CCD)是一种高性能的半导体光电器件,近年来在天文摄像、消费电子、工业检测等领域得到了广泛的应用。将CCD技术应用于几何测量可以实现高精度、在线动态检测和非接触测量等要求。为此,本课题以TCD1702C作为图像传感器,对离体血液进行速度测量。本课题研究的重点是基于CPLD和PIC单片机的线阵CCD数据采集系统的硬件电路设计,也包括支持系统运行所需的软件。论文首先介绍了线阵CCD的工作原理,提出了系统的总体设计方案。整个系统分为三个模块。模块一:CCD驱动模块,其核心是一片复杂可编程逻辑器件(CPLD),对CPLD编程产生CCD的驱动脉冲及同步控制信号;模块二:数据采集模块,CCD视频输出信号预处理后,在测量单滴血液在毛细玻璃管中的流速时,由高精度AD转换模块对CCD输出信号进行采样,将输出的模拟信号转换成数字量,使用高速缓存器FIFO对血液覆盖的有效像元信号进行储存,在测量连续血液在毛细玻璃管中的流速时,通过比较电路产生的二值化信号使PIC单片机中的捕捉功能对血液覆盖的有效像元信号进行捕捉;模块三:数据处理与显示模块,将数据送入PIC单片机进行数据处理,得到血液流速,并通过串口通信将包含血液流速信息的数据采集到上位机,本课题用Visual Basic 6.0开发了PC机的软件,设计出程序界面图,以显示血液流速曲线。在系统硬件电路调试通过的基础上,编写了系统运行所需的软件,并进行了软件仿真,给出了实验分析。

关键词：血液流速线阵CCD CPLD PIC单片机 Visual Basic 6.0

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基于视频的微循环血液流速测量

基于视频的微循环血液流速测量

作者：沈兵北京工业大学

学位级别：硕士

微循环是血液循环的重要组成部分，据统计，人体物质交换的80%以上在微血管区域完成，对它的研究，有利于认识发病机理，分析判断病情。血液流速是其中比较重要的指标，本课题的目的是为了更加准确地测量复杂多样的微循环血液的流速。... 详细信息

微循环是血液循环的重要组成部分，据统计，人体物质交换的80%以上在微血管区域完成，对它的研究，有利于认识发病机理，分析判断病情。血液流速是其中比较重要的指标，本课题的目的是为了更加准确地测量复杂多样的微循环血液的流速。在微循环范围内，从血管管径上可以分为小血管和大血管。对小血管，由于相关算法适用的流速范围较大，所以本文只采用相关算法。用相关算法时，血液流速是血管上两窗口间的距离除以血液流过两窗口所用时间，时间用两窗口血液灰度信号最大相关计算得到，微循环血液流速测量的研究已经有很长的时间[9]，其中血管窗口的选取现在有多种方法，但现有的方法要么窗口取得不准确[9]，要么实时性较差。本文用信号处理的方法，对微血管进行了准确的分割，使窗口和血液的流向一致，实时性较好，并且允许血管有轻微的晃动。大血管的情况复杂一些，第一类血管的血液和周围的组织都很复杂（见图3.1），这类血管有些血液和组织还很相似，特征是流速比较低，细胞团块边缘清晰，在一定时间内的形变较小，本文用模板匹配法，较好的测量出这类血液的流速。第二类血管内的血液流速很高（见图3.5），看不清细胞，本文用傅立叶变换，可以求出每帧血液的流速。第三类微血管内血液流动特性是时快时慢，很难在标准视频设备下测量出来，但如果在高速采集卡下的视频图象和第一类一样时，可以用第一类相同的方法测量出来。本课题用到数字图象处理，数字信号处理和图形学等多方面的知识，软件采用visual c++开发。

关键词：微循环数字图象处理数字信号处理血液流速速度测量

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动脉狭窄对血液流速的影响

上海力学 1995年第3期16卷 192-199页

作者：吴驰柳兆荣复旦大学

为了定量计算动脉局部狭窄对动脉管中血液流动速度的影响,本文分别对狭窄区域内定常流动和非定常流动进行了求解,得出了狭窄区域内定常流和脉动流的速度表达式。本文将均匀段的流速波形经Fourier分解成定常和脉动两部分,然后分别计算出... 详细信息

为了定量计算动脉局部狭窄对动脉管中血液流动速度的影响,本文分别对狭窄区域内定常流动和非定常流动进行了求解,得出了狭窄区域内定常流和脉动流的速度表达式。本文将均匀段的流速波形经Fourier分解成定常和脉动两部分,然后分别计算出狭窄区域内对应的宝常和脉动流速,经Fourier合成还原成流速时域波形,同时针对各种情况将不同狭窄对不同的流速波形的影响作了分析比较;对不同狭窄和不同的轴向位置综合对流速波形的特征值的作用情况进行了计算说明。本文为临床上诊断血管特性提供了有应用前景的血液动力学理论结果。

关键词：动脉狭窄定常流脉动流血液流速生物力学

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激光宽场多普勒血液流速系统关键技术研究

激光宽场多普勒血液流速系统关键技术研究

作者：王刚电子科技大学

学位级别：硕士

血液与人体健康不可分割,通过研究血液微循环系统可以得到身体组织病变情况,例如烧伤、眼底疾病等。传统血液流速的检测方法主要是超声波,但是超声波横向分辨率不足,只能够测量动脉和较粗静脉血流,无法检测血液微循环系统。而采用激光... 详细信息

血液与人体健康不可分割,通过研究血液微循环系统可以得到身体组织病变情况,例如烧伤、眼底疾病等。传统血液流速的检测方法主要是超声波,但是超声波横向分辨率不足,只能够测量动脉和较粗静脉血流,无法检测血液微循环系统。而采用激光多普勒测血流,可以满足血液微循环系统检测横向分辨率的要求,又具有无创性、操作简单等优点,在临床医学上有广泛的应用价值,所以在国内外医疗器械方面备受关注。通过查阅相关文献研究了多种激光多普勒血液流速系统后,本设计摒弃单点和扫描式测血流的方法,而选择目前具有代表性的激光宽场多普勒成像测血流技术做为主要研究对象。主要研究内容如下:1.深入学习光外差干涉理论和血液灌注成像理论,结合激光多普勒血液流速系统特点,对光源、图像传感器等关键器件进行选型。综合分析现有实验系统结构,设计了一种新式检测光路系统。2.完成高帧频图像采集系统硬件电路设计,包括:图像传感器控制电路、现场可编程门阵列(FPGA)交互电路、同步动态存储器(SDRAM)控制电路、单片机STC51接口电路和CY7C68013A外围电路。在PCB设计阶段进行串扰仿真和反射仿真,确定器件走线拓扑结构、端接方式、板层结构等规则约束,并绘制PCB板。3.激光宽场多普勒血液流速系统软件设计,包括:FPGA时钟管理程序设计、图像传感器控制程序设计、SDRAM读写程序设计、CY7C68013A读写程序设计、CY7C68013A固件程序和USB 2.0上位机控制程序设计等。程序模块之间采用仿顺序操作和并行操作相结合的方式进行交互,并利用Modelsim-Altera对每个逻辑模块进行仿真。最后,利用Labview中的VISA控件完成了上位机界面制作,并与高帧频图像采集系统建立通信。4.利用自主设计的高帧频图像采集设备搭建了实验系统,对活体皮肤组织进行成像,系统采样帧频为8kfps,得到组织血液微循环系统灌注成像图最大分辨率为64x64,并能够清晰看到血流图变化。通过进一步白板实验研究,消除了实验系统噪声对血流成像产生的影响,并对血液灌注成像影响因素进行了分析。

关键词：激光多普勒血液流速现场可编程门阵列血液灌注成像

基于FPGA的高频超声血液流速检测技术的研究及系统实现

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基于FPGA的高频超声血液流速检测技术的研究及系统实现

作者：杨亚普郑州大学

学位级别：硕士

血液的动力学参数与血管的生理功能具有直接的联系，血液流速和血流量的无创可视化实时监测对心血管疾病的早期诊断、血行障碍的判定以及治疗方案的评估具有实际的临床价值，在生物医学领域具有极大的需求。超声多普勒血液流速检测系统... 详细信息

血液的动力学参数与血管的生理功能具有直接的联系，血液流速和血流量的无创可视化实时监测对心血管疾病的早期诊断、血行障碍的判定以及治疗方案的评估具有实际的临床价值，在生物医学领域具有极大的需求。超声多普勒血液流速检测系统具有无创、方便有效、实时显示、价格低廉等优势，已被广泛应用于测量人体的血液动力学参数。本文在深入学习血管内血液流动特征和超声脉冲多普勒血流测量原理基础上，针对脉冲多普勒高频超声（大于20MHz）成像系统，提出了一种新的回波信号正交解调方案。并以Altera CycloneIII系列EP3C40F484C8型FPGA（FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列）芯片为控制核心实现全数字化信号处理方案的脉冲多普勒血液流速测量系统。系统的硬件结构按照实际功能可划分为超声发射激励电路、差分放大和高速A/D转换模拟前端电路、回波信号采集与处理的数字信号处理电路、计算机与FPGA间数据传输模块，以及用于频谱显示的人机交互控制模块。数字电路的实现方案使系统电路集成化、小型化、低噪声，稳定性和可靠性得到提高。系统软件主要包括FPGA内部通过VHDL语言实现的换能器激励模块、回波信号的正交解调和频谱分析等信号处理模块和USB3.0数据传输模块。脉冲多普勒频谱频移信号将传输至计算机端由VC实现的用户交互界面进行血流速度的频谱波形图进行显示。系统的算法均采用模块化结构设计，易于算法的升级和系统的扩展，可以满足不同的需求。FPGA的高速并行数字信号处理特点，也使系统的实时性得到提高。本文搭建了基于超声多普勒血流速度物理模型的实验平台，对系统的各个部分进行联合调试，并对其正确性进行试验验证。实验结果表明研究设计的基于FPGA的高频脉冲多普勒超声血液流速测量系统可以完成对血管内不同深度的血流进行实时检测，得到得到了流速的抛物线剖面图。同时高频超声拥有更高的空间分辨率使系统对慢速血流和微循环血管的检测也具有良好的性能，对评估小动物心血管功能和后续科学研究具有重要意义。

关键词：脉冲多普勒数字正交解调 FPGA 高频超声血液流速

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基于光纤传感技术的血液流速测量技术研究

基于光纤传感技术的血液流速测量技术研究

作者：周恒长春理工大学

学位级别：硕士

血液是人体内的重要组成部分,与人体健康密切相关。随着光纤技术的发展,以及人们对血液相关检测技术的要求提高,血液流速的测量精度正日益受到人们的重视。目前,检测血液流速的方式由植入式检测向无创检测发展,检测对象由大血管向皮肤... 详细信息

血液是人体内的重要组成部分,与人体健康密切相关。随着光纤技术的发展,以及人们对血液相关检测技术的要求提高,血液流速的测量精度正日益受到人们的重视。目前,检测血液流速的方式由植入式检测向无创检测发展,检测对象由大血管向皮肤浅表和组织的微循环方向延伸。无创检测作为一个新概念,备受国内外关注。然而,由于血液存在位置的特殊性,出于安全性的考虑,激光设备的发射功率受到限制,要实现对血液流速的高精度测量,需解决传感器系统的结构设计问题。本文完成的主要工作有：分析国内外在血液流速检测方面的研究现状,并介绍了光纤传感技术在血液流速测量领域的应用;通过对无创检测、多普勒频移和差频干涉等技术综合探讨,设计一种新式传感器;通过选用合适的激光器检测皮下有限深度内血管的血液流速,得到信号的频移、干涉条纹数量、血液流速等特性。最后,选用合适的信号放大、串行接口等器件,通过实验研究影响微弱信号接收的关键技术,并做进一步的完善。

关键词：血液流速光纤传感器激光多普勒频移差频干涉