[发明专利]使用粘附激光散斑对比分析的血流量测量系统

说明书

本公开涉及使用粘附激光散斑对比分析的血流量测量系统。本文公开了用于样品(诸如血管化组织)的改良激光散斑成像的设备、系统和方法，所述激光散斑成像用于确定样品内光散射颗粒的移动速率。该系统包括邻接光源和光敏检测器的结构。该结构可以定位于邻近样品(如，耦接至样品)并且被配置为相对于样品朝向光源和检测器，使得不阻止包括镜面反射和漫反射的表面反射进入检测器的检测场。在光源和检测器之间沿着结构的分离距离可以进一步使得能够选择性地深度穿透至样品中并且能够对多次散射的光子进行偏置采样。该系统包括可操作地耦接的处理器，该处理器被编程为从检测器得出对比度度量并将所述对比度度量与光散射颗粒的移动速率相关联。

本申请是国际申请日为2017年4月4日、发明名称为“使用粘附激光散斑对比分析的血流量测量系统”的进入中国国家阶段的PCT申请No.201780029605.5的分案申请。

通过引用并入本文

本申请要求2016年4月6日提交的美国临时专利申请No.62/318,884的优先权权益，其出于所有目的通过引用整体并入本文。通过该临时专利申请或来自该临时专利申请以优先权方式与其相关的任何的和所有的申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的实施方案涉及用于对目标样品内的光散射颗粒的移动速率进行光学的、非侵入性的测量的新型方法、设备和系统。特别地，本公开涉及用于通过量化当移动的颗粒散射光时产生的干涉图案的变化来测量光散射颗粒的体积流量和/或移动(如扩散)的设备、方法和系统。

背景技术

可以以多种方式进行用于测定溶液中的粒度和流速的动态光散射(DLS)技术。一种被称为激光散斑成像(LSI)的DLS方法使用相干激光源照亮光散射颗粒的样品，并使用多像素检测器(例如，基于硅的相机传感器)对散射光成像。当散射的相干光重新组合到检测元件上时，传感器记录由光干涉产生的所谓的“散斑”图案。如果散射颗粒在运动，则干涉图案将随时间波动。检测元件具有有限的曝光时间，并且如果干涉图案在曝光期间波动，则散斑将在检测元件内“模糊”或者其光强度将被平均。研究人员之前已经开发出一种方法以通过计算像素强度的局部邻域的标准偏差(其通常归一化至平均值)来量化曝光期间的“模糊”量。该参数通常被称为“散斑对比度”。散斑对比度的减少表示运动(例如，流动或扩散)的增加，反之亦然。LSI是生物医学研究中用于研究血管化组织内血流量的有用技术。血液中的细胞和其它结构在它们流过脉管系统时散射相干光，并且LSI可以量化该流动。

常规LSI的一个缺点是其对运动伪影的高度易感性。每个成像组件和样品都独立固定以确保同轴度。样品通常是生物性的，并且独立于相机和/或光源进行移动。当样品独立于成像系统移动时，来自移动的运动与样品内的散射体的运动相混淆，导致散斑图像中的错误结果。

常规LSI的另一个缺点是对表面反射的易感性、浅深度穿透(通常小于1mm)以及样品内动态颗粒相对于总检测信号的低采样。理想情况下，所有检测到的光子都会从动态颗粒(通常位于样品内)散射出来。然而，在常规的LSI中，许多光子从样品表面经历镜面反射，或散射在样品表面处的静态物体(例如表皮)，其被称为漫反射。例如，镜面反射是镜像面反射光线的过程，而漫反射则是无光泽物体如一张活页纸反射光线的过程。浅穿透和非动态散射事件在很大程度上由于LSI系统几何结构而产生，其中被成像的样品表面也被光源直接照亮。在这种反射几何结构中，来自光源的光照亮了样品表面区域，在本文中称为“照亮区域”。如果表面是光滑的，光可以在照亮区域内的样品表面处镜样反射掉，并且在不探询目标样品性质的情况下进入检测器(移动光散射物如红血细胞)。如果表面是无光泽的或粗糙的(即，如白纸)，光可以在照亮区域内的样品表面上经历漫反射。经历镜面反射或漫反射的光通常不会被位于表面下方的流动颗粒动态散射，并因此很可能不包含任何流动信息。因此，镜面反射和漫反射导致了不希望的信号内容被包括在LSI测量中。本文公开的实施方案旨在改善这些缺点并为医疗和工业应用提供更稳健的动态散射物体测量。

发明内容