[發(fā)明專利]一種生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710514257.2
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107367462B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鵬程;陳肖
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)鄂州工業(yè)技術(shù)研究院;華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 42225 武漢智權(quán)專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 彭程程

1.一種生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

激勵子系統(tǒng)，用于對被測樣本表面進(jìn)行激勵，在被測樣本表面形成瑞利波；

反射式激光散斑成像子系統(tǒng)，用于采集被測樣本在瑞利波傳播整個過程的所有激光散斑圖像；

信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生兩路時序信號，一路為脈沖信號，控制激勵子系統(tǒng)；另一路為方波信號，控制反射式激光散斑成像子系統(tǒng)對被測樣本的曝光及采集；

所述激勵子系統(tǒng)和反射式激光散斑成像子系統(tǒng)通過時序控制保持同步；

反射式激光散斑成像子系統(tǒng)包括激光器、相機(jī)和計算機(jī)，所述計算機(jī)包括控制模塊、激光散斑襯比計算模塊、散斑襯比數(shù)據(jù)集處理模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和粘彈性計算模塊；

控制模塊用于設(shè)置信號發(fā)生器發(fā)出時序信號的參數(shù)，并控制信號發(fā)生器；

激光散斑襯比計算模塊用于對相機(jī)采集到的某一幀激光散斑圖像，選取尺寸為W×W的空間窗口，并計算出該空間窗口內(nèi)的空間散斑襯比C，賦值給所述空間窗口中心位置的像素；

散斑襯比數(shù)據(jù)集處理模塊用于獲取整個激光散斑圖像中所有像素對應(yīng)的襯比值C(x,y)，以每個像素對應(yīng)的襯比值為灰度，構(gòu)建二維的空間散斑襯比圖像；計算每張散斑圖像的空間散斑襯比，構(gòu)建三維的空間散斑襯比圖像C(x,y,t)，其中x,y表示二維空間，t表示時間；還用于將相機(jī)每次采集的圖像集中次序相同的激光散斑襯比圖像，組合到一個新圖像集，所有新圖像集按次序排列；

數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對散斑襯比數(shù)據(jù)集處理模塊中得到的激光散斑襯比圖像在時間上的分布，在時間域上進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到激光散斑襯比值變化的時空分布ΔC(x,t)；

粘彈性計算模塊用于將激光散斑襯比值變化的時空分布經(jīng)過二維傅里葉變換到波數(shù)和頻率域，計算瑞利波的頻散特性，并代入到粘彈性固體瑞利波的頻散方程中，擬合求解出被測樣本的粘性和彈性。

2.如權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述激勵子系統(tǒng)包括揚聲器驅(qū)動裝置和揚聲器，揚聲器的振動膜片與被測樣本的上表面相接觸，揚聲器驅(qū)動裝置分別連接揚聲器和信號發(fā)生器，信號發(fā)生器輸出脈沖信號激勵揚聲器驅(qū)動裝置驅(qū)動揚聲器。

3.如權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)，其特征在于：激光器用于發(fā)出照射在被測樣本表面的激光光束；所述相機(jī)用于多次采集被測樣本的激光散斑圖像；所述計算機(jī)與信號發(fā)生器相連，用于設(shè)置時序信號的參數(shù)；所述信號發(fā)生器與相機(jī)相連，用于控制相機(jī)的曝光和采集；所述計算機(jī)還連接相機(jī)，用于接收相機(jī)采集激光散斑圖像并進(jìn)行處理。

4.如權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述控制模塊設(shè)置信號發(fā)生器重復(fù)觸發(fā)兩路時序信號20次，首次觸發(fā)延遲50ms后產(chǎn)生160個方波信號，且后一次比前一次延遲50μs，方波信號的參數(shù)為低電平為0V，高電平為5V，頻率為1000Hz，占空比為50％；控制相機(jī)以曝光時間為0.5ms，幀率為1000幀/秒，采集160張激光散斑圖像；控制模塊設(shè)置脈沖信號幅度為50mV，脈沖寬度為0.5ms。

5.如權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述激光散斑襯比計算模塊通過公式

計算空間窗口內(nèi)的散斑襯比C，其中W為空間窗口的尺寸大小，I_i代表該W×W的空間窗口中第i個像素的灰度值，為這W²個像素灰度的平均值。

6.如權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)，其特征在于：數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理包括疊加平均、濾波和選取矩形窗。

7.如權(quán)利要求1所述的生物組織粘彈性的定量檢測系統(tǒng)，其特征在于：所述粘彈性計算模塊通過公式

將ΔC(x,t)變換到波數(shù)和頻域H(k,f)，其中k為波數(shù)，f為波數(shù)頻率，m、n為整數(shù)；并通過瑞利波的傳播特性得到瑞利波的相速度V_R與頻率f的關(guān)系為V_R＝f/k，即瑞利波的頻散特性。