Name: 双模式成像，皮肤组织氧合和血管功能 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-12-08T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 35 s
Description: 了解双模式成像技术用于无创评估皮肤组织氧合与血管功能。该方法整合红外相机、CCD相机和液晶可调滤光片，实现伤口愈合监测与血管热反应性研究。

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本研究由美国国立卫生研究院（NIH）资助，项目编号为 RO1 HL073087、GM 077185 和 GM 069589，授予 CKS。此外，还获得了 DHLRI 再生医学项目的资助。作者感谢以下来自俄亥俄州立大学的人员提供的技术支持和临床指导：Sabyasachi.Biswas 博士（综合伤口中心）、Allison Spiwak 博士（循环技术部）、Joseph Agoston（循环部）、Thoma Shives（循环部）、Joseph Ewing（机械工程系）、Scott Killinger（机械工程系）以及 Xiaoyin Ge（电气工程系）。

1. 通过多光谱成像绘制组织氧合图
一种综合性伤口中心（CWC）双模成像系统，以下简称CWC系统，由俄亥俄州立大学开发，用于皮肤组织氧合的多光谱成像以及血管功能的热成像。采用宽间隔二阶导数光谱技术，基于多光谱图像重建组织氧合图谱1。在本研究中，一名健康受试者就座，左前臂置于台面上。将前臂位于CWC系统视野范围内的一部分区域涂抹印度墨水（1%溶于乙醇）以模拟不同肤色。采集多光谱图像，并基于宽间隔二阶导数光谱重建氧合图谱。将重建所得的氧合图谱与商用Hypermed OxyVu高光谱组织氧合测量系统获取的结果进行比较。
采用闭塞后反应性充血（PORH）方案2，在同一受试者身上研究了组织对血管闭塞的氧响应。在进行PORH测试前，使用绑于左上臂的血压袖带记录受试者的收缩压和舒张压。PORH方案包括：2分钟的闭塞前基线期、2分钟的超收缩压闭塞期（收缩压+50 mm Hg）以及2分钟的反应性充血期。在PORH测试期间，以每波长0.75秒的采样速率，在四个波长（即530 nm、550 nm、570 nm和590 nm）下采集多光谱图像。深层组织氧饱和度和皮肤组织氧张力分别通过OxiplexTS组织分光光度计（ISS Inc., Urbana Champaign, IL）和TCM经皮氧监测仪（Radiometer, Denmark）在同一手臂上同步记录。
2. 通过动态热成像技术绘制血管功能图谱
采用相同的CWC系统，在一名健康受试者身上进行了动态热成像检测。受试者以仰卧位舒适地平躺在检查台上，左臂置于台面上，左手背朝上，正对CWC系统的红外相机单元。在同一手的手指尖放置一个激光多普勒探头，用于持续监测指端皮肤灌注情况。在左上臂放置一个压力袖带，以产生不同程度的血流阻断。实验开始前，要求受试者静息至少10分钟，并通过压力袖带记录其收缩压和舒张压。动态热成像图像在以下袖带压力水平下采集：无阻断、0.5倍舒张压、0.5倍（舒张压+收缩压）以及1.5倍收缩压。在每个压力水平下，通过将一个室温（25°C）的水袋放置于左手30秒，施加热刺激。热刺激移除后，立即以每秒2帧的速率采集左手热成像图像，同时激光多普勒探头以10 Hz的采样频率记录指尖皮肤灌注情况。每次测试之间的间隔时间为10分钟。事先标记左手位置，以确保后续测量位置一致。通过计算温度响应和血管功能指数来评估不同阻断水平下的组织血管功能。血管功能指数定义为热刺激后时间的平方根与相应温度变化的比值。
3. 组织氧合与血管功能图谱之间的共定位
通过动态热成像获取的皮肤组织血管功能图与通过多光谱成像获取的皮肤组织氧合图，由一种先进的成像算法进行共配准。在生物组织上放置了四个具有同时热学和光学对比度的基准标记，以辅助图像共配准。目前，将光学图像（及氧合图）与热图像（及血管功能图）共配准的方案包括以下关键步骤：1）将所有图像转换为灰度图像，并将像素强度值在0到1之间进行归一化；2）对于光学照片，识别出像素强度值高于经验性全局阈值的前景区域（即皮肤区域，该阈值为整幅图像平均强度值的0.8倍）；使用形态学闭运算填充前景区域中的小孔洞；3）将前景中强度值低于全局阈值以及自适应局部阈值的较暗区域识别为基准标记区域，其中自适应局部阈值由20×20像素邻域内的平均像素值定义，该方法可适应光照变化；4）使用形态学操作进一步优化基准标记区域，以去除噪声和尖峰；选取四个区域的质心作为光学照片中的控制点；5）采用类似步骤在热图像中识别标记区域；6）基于空间邻近性匹配两组控制点（因两台相机位置相近）；7）以热图像为参考，计算两幅图像之间的仿射变换，并相应地变换光学照片及氧合图（该图由与光学照片相同的相机获得）；8）最后生成叠加图像用于可视化。
4. 代表性结果：
氧合方案（即方案 #1）的代表性结果是基于宽间隔二阶导数光谱法重建的皮肤组织氧合图。宽间隔二阶导数光谱法有效降低了组织背景吸收引起的测量伪影，从而使皮肤氧合测量受模拟皮肤颜色变化的影响减小。我们还展示了一种反应性充血（PORH）方案，其中同时记录了皮肤组织氧合图、深层组织氧合以及皮肤组织氧张力。
血管功能实验方案（即方案 #2）的代表性结果包括皮肤组织的温度分布、皮肤组织对外部热刺激的温度变化，以及通过动态热成像技术获得的皮肤组织血管指数图。观察到皮肤组织血管指数的热成像结果与激光多普勒法测量的皮肤组织灌注量之间存在相关性。
共配准方案（即方案 #3）的代表性结果包括组织氧合图、血管指数图，以及通过多对比度基准标记物共配准的摄影图像、氧合图像和血管指数图像的融合图像。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig1.jpg" alt="热成像系统示意图，包含CCD相机和可调滤光片；用于光谱分析的移动推车。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 
 图1. 用于无接触式组织氧合与血管功能成像的CWC双模系统装置。 该系统安装在一台移动推车上，包括一个红外热成像相机、一个CCD相机、一个液晶可调滤光片以及一个宽带光源。通过计算机实现数据采集、分析和显示任务的同步。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig2.jpg" alt="组织氧合与血管功能系统；热成像，激光多普勒血流/浓度图。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 2"> 
 图 2. CWC 系统的软件界面。 软件界面在 Labview 环境中编程实现。界面上方左侧为硬件配置与系统校准的控制面板。界面右侧为红外相机采集的组织温度图的实时显示。界面底部为皮肤组织灌注的激光多普勒测量结果。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig3.jpg" alt="组织氧合图；含SO2曲线图，用于血管功能分析的双模式系统。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图3"> 
 图3. CWC系统软件界面（续）。 此为显示组织氧合参数的弹出窗口。左侧为根据多光谱图像重建的组织氧合图。界面右侧自上而下显示以下组织氧合参数：（1）从组织氧合图中选定的兴趣区域（ROI）计算得到的皮肤组织氧合平均值；（2）由OxplexTS组织氧合仪监测的深层组织氧合；（3）由TCM经皮氧监测仪监测的皮肤组织氧张力。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig4.jpg" alt="组织氧合图、灰度图像、彩色标尺、组织分析、氧含量百分比表示。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 4"> 
 图 4. 采用 OxyVu 成像系统进行皮肤组织氧合成像。 左侧为皮肤组织的灰度图像。在皮肤表面涂覆一层墨水以模拟皮肤颜色。右侧为 OxyVu 系统获取的皮肤组织氧合分布图。分别在墨水涂覆区域内部和外部选取了两个方形感兴趣区域（ROIs）。在墨水涂覆区域内，平均皮肤组织氧合水平为 62.8±11.0%；在墨水涂覆区域外，平均皮肤组织氧合水平为 44.0±11.0%。墨水涂覆皮肤区域内外的组织氧合测量值相差 18.8%。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig5.jpg" alt="组织氧合百分比图、血液氧水平的灰度图像对比、颜色编码结果。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 5"> 
 图 5. 采用 CWC 系统进行皮肤组织氧合成像。 多光谱图像由 CWC 系统在同一受试者的同一皮肤位置采集，该位置与图 4 中的位置相同。左侧图像为皮肤组织的单波长图像，右侧图像为重建的皮肤组织氧合图。在皮肤上涂抹了一层浓度与图 4 相同的墨水。分别在墨水涂抹区域内部和外部选取了两个方形感兴趣区域（ROI）。在墨水涂抹区域内的 ROI 中，平均皮肤组织氧合水平为 60.9±6.9%；在墨水涂抹区域外的 ROI 中，平均皮肤组织氧合水平为 65.8±5.5%。在墨水涂抹皮肤区域内外测得的皮肤组织氧合水平相差 4.9%。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig6.jpg" alt="组织氧合柱状图；皮肤墨迹效应；CWC 与 OxyVu 对比；统计结果 p=0.728，p&lt;0.001。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 6"> 
 图 6. 模拟皮肤颜色变化对皮肤组织氧合测量可靠性的影响。 采用统计分析方法评估模拟皮肤颜色变化对 OxyVu 和 CWC 成像系统氧合测量结果的显著性影响。针对每种成像系统，通过在墨迹标记区域内外各随机选取 10 个感兴趣区域（ROIs），分别计算其平均皮肤组织氧合值。我们的零假设为：皮肤颜色的变化不会影响皮肤组织氧合的测量结果。该零假设分别通过图 4（即 OxyVu 测量结果）和图 5（即 CWC 测量结果）中的氧合图进行检验。Student t 检验结果显示，OxyVu 测量的 p 值远小于 0.001，表明应拒绝零假设。因此，皮肤颜色的变化确实会影响 OxyVu 成像系统的皮肤组织氧合测量结果。相比之下，CWC 测量的 p 值为 0.728，表明皮肤颜色变化对 CWC 成像系统的皮肤组织氧合测量结果无显著影响。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig7.jpg" alt="静态平衡分析、热成像序列、热量分布、数据图表、闭塞研究。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图7"> 
 图7. 健康受试者前臂在血管闭塞后反应性充血（PORH）期间，通过CWC系统获得的皮肤组织氧合图像。 PORH测试在健康受试者的前臂上进行，操作步骤遵循 #1。(a) 单波长灰度图像，显示前臂并放置四个基准标记用于图像配准。(b) 血管闭塞前获取的基础皮肤组织氧合图。(c) 血管闭塞（收缩压 + 50 mmHg）2分钟后获得的皮肤组织氧合图。(d) 反应性充血后的皮肤组织氧合图。在血管闭塞前、闭塞期间及闭塞后均观察到皮肤组织氧合的显著变化。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig8.jpg" alt="阻塞压力示意图；皮肤和深层组织氧合参数，显示数据趋势的张力图。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 8"> 
 图 8. 在 PORH 测试期间连续监测的组织氧合参数。 （a）中的测试方案显示了测试前基线期，随后为超收缩期阻塞期，最后为反应性充血期。（b）中绘制了 PORH 过程中皮肤组织氧合持续时间的变化曲线，该曲线通过对 CWC 皮肤氧合图中选定感兴趣区域（ROI）进行平均获得。我们还使用 OxiplexTS 组织血氧仪监测了深层组织氧合情况，结果如（c）所示。经皮组织氧张力也通过 TCM 设备进行监测，并在（d）中绘制。CWC 对皮肤组织氧合的测量结果与其他氧合参数在 PORH 过程中的变化趋势高度一致。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig9.jpg" alt="热成像序列，血管阻断压力，手部热图，随时间变化的温度。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图9"> 
 图9. 不同血管阻断压力下的皮肤组织反应。 在移除受试者左手的热刺激（即室温25°C的水袋）后，立即采集热成像图像。横轴对应于移除热刺激后的不同时间点。纵轴对应以下4个血管阻断压力水平：0（无阻断）、0.5DBP、0.5(DBP+SBP)、1.5SBP，其中DBP为舒张压，SBP为收缩压。对于该特定受试者，DBP为69mmHg，SBP为123mmHg。测试结果表明，组织对体外热刺激的温度反应与血管阻断程度相关。增加阻断压力会降低热反应速率。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig10.jpg" alt="热成像、血流灌注；阻塞效应、手部示意图、颜色标度分析。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 10"> 
 图10. 不同血管阻塞压力下重建的血管指数图。 每个像素点的血管功能指数（v）是通过对皮肤组织温度变化（ΔT）与热刺激后时间的平方根（√t）进行回归分析得出的：Δ √t + K + ε，其中ε为随机误差，K为常数。从左至右的血管功能指数图分别对应以下阻塞条件：（a）无阻塞，（b）0.5DBP，（c）0.5(DBP+SBP)，（d）1.5SBP。该受试者的舒张压（DBP）为69 mmHg，收缩压（SBP）为123 mmHg。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig11.jpg" alt="血管功能指数与多普勒测量值关系图；线性拟合 R²=0.8611；数据相关性分析。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 11"> 
 图 11. 血管功能指数与皮肤组织灌注的相关性。 受试者 #2 在每个阻塞压力下的指尖血管功能指数，是通过计算组织血管指数图中五个感兴趣区域（ROIs）的平均值得出的。皮肤组织灌注使用激光多普勒仪在其中一个指尖进行测量。指尖血管功能指数与激光多普勒测量值呈显著相关，表明动态热成像方法在组织血管功能定量评估方面具有应用潜力。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig12.jpg" alt="血管指数图生成流程；图像分割、标记物追踪、氧分布图、数据分析。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图12"> 
 图12. 图像配准流程。 第一行显示：(a) 归一化后的照片，(b) 分割出的前景区域，以及 (c) 照片图像中分割出的标记物。第二行显示：(d) 归一化后的灌注图，(e) 分割出的前景区域，以及 (f) 灌注图中分割出的标记物。计算了两组标记物位置之间的仿射变换。通过应用该恢复的仿射变换，对照片图像和氧分布图进行变换，得到配准后的图像 (g 和 h)。
<img src="/files/ftp_upload/2095/2095fig13.jpg" alt="共配准结果对比；血管功能图的图像分析；示意图；研究方法。" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图13"> 
 图13. 共配准结果。 转换后的血红蛋白图和氧合图，以及灌注图经过共配准后以热图形式显示。图（a）中的热图由红通道中100%的转换后血红蛋白图像、绿通道中100%的转换后氧合图像，以及蓝通道中50%的灌注图组成。为了更清晰地显示血管结构，我们展示了另一种共配准结果，如图（b）所示。该热图由红通道中100%的转换后血红蛋白图像、绿通道中50%的转换后氧合图像，以及蓝通道中50%的经处理灌注图组成，其中血管指数图被反转，且仅保留前景区域内的信息。

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无利益冲突声明。

氧气在生物组织中以多种形式存在，例如与血红蛋白或肌红蛋白结合的氧、溶解氧以及活性氧。氧的运输在维持组织活性和正常代谢过程中起着关键作用3。急性轻度至中度缺氧会引发代谢适应、血管调节和促血管生成反应4。严重缺氧和无氧状态则会导致血管生成不足和细胞死亡。供氧受限与耗氧增加之间的失衡是多种疾病（如慢性伤口）的主要致病因素之一5。在缺血性伤口的情况下，由于灌注不足导致氧气供应受限，无法满足修复过程的代谢需求，并削弱了用于抗感染的呼吸爆发功能。对皮肤组织氧合状态和血管功能进行同步评估，在慢性伤口管理中具有重要的临床意义。 高光谱成像技术通过在不同波长下照射组织并检测组织的反射率来估算皮肤组织氧合水平6。高光谱成像的一个主要优势在于其能够无创、非接触地检测组织的功能特性。然而，许多高光谱成像系统的氧合测量可靠性会受到皮肤颜色及其他背景吸收变化的影响。宽间隔二阶导数光谱法此前已被开发用于组织氧合测量，可显著减少散射和皮肤色素沉着的干扰1。我们将二阶导数光谱法的原理应用于多光谱成像，并验证了在模拟皮肤颜色变化条件下，皮肤组织氧合水平的测量结果具有一致性。 既往通过测量组织热扩散率来研究组织灌注7。已开发出一种单罩法，用于施加热刺激并成像组织的动态响应，以估算皮肤组织的热惯性分布8。在人体前臂皮肤上进行的动脉袖带阻断实验表明，在血流阻断前后，热惯性与激光多普勒成像仪测得的血流灌注之间存在线性关系8。此外，还曾采用集总生物热模型来估算静脉阻断体积描记过程中指尖的血管反应性9。尽管已有上述研究，但从皮肤温度测量中量化皮肤血流灌注仍具挑战性，原因在于灵敏度不足、对皮下脂肪厚度的依赖性，以及其他影响因素，如血管收缩、血管舒张和运动伪影等10。在本实验方案中，我们采用红外相机捕捉皮肤组织在室温热刺激下的温度动态变化。所选热刺激条件旨在尽量减少血管收缩和血管舒张的影响。未来仍需进一步的建模与测量工作，以明确血管功能指数与皮肤组织灌注之间可靠的定量相关性。 在步骤#3中，我们使用仿射变换来完成图像配准任务。然而，由于两个相机在三维空间中以不同的角度放置，采用与这两个相机之间三维变换相关的转换方法可能会更加准确。目前我们正在探索这一方向，即利用对极几何对相机在三维空间中的外参进行标定。

<table><tbody><tr><td>Higgins 书法防水黑色墨水</td><td>Sanford</td><td>44314</td><td>稀释至 1%</td></tr><tr><td>Hamamatsu ORCA ER 深度制冷 CCD 相机</td><td>Hamamatsu Corp.</td><td>C4742-80-12AG</td><td></td></tr><tr><td>Varispec SNIR 液晶可调谐滤光片</td><td>Cambridge Research Systems</td><td>VIS-10-HC-20</td><td></td></tr><tr><td>ThermoVision A40 红外相机</td><td>FLIR Systems Inc.</td><td>A40</td><td></td></tr><tr><td>Thorlabs OSL1 高强度光纤光源</td><td>Thorlabs Inc.</td><td>OSL1</td><td></td></tr></tbody></table>

双模态成像技术用于皮肤组织氧合与血管功能检测

Dual-mode Imaging of Cutaneous Tissue Oxygenation and Vascular Function

准确评估皮肤组织氧合状态和血管功能对于多种健康障碍（如慢性伤口）的恰当检测、分期和治疗至关重要。我们报道了一种双模态成像系统的开发，用于无创、非接触式地成像皮肤组织氧合状态和血管功能。该成像系统集成了红外相机、CCD相机、液晶可调滤光片和高强度光纤光源。采用Labview编程构建了用于设备控制、同步、图像采集、处理和可视化的人机界面。CCD相机采集的多光谱图像用于重建组织氧合图。红外相机采集的动态热成像图像用于重建血管功能图。通过基准标记实现皮肤组织氧合图像与血管功能图像的共配准。该双模态成像系统的性能特征已在人体中进行了测试。

开发了一种双模成像系统，用于无接触评估皮肤组织氧合和血管功能。

准确评估皮肤组织氧合状态和血管功能对于多种健康问题的恰当检测、分期和治疗至关重要……

准确评估皮肤组织氧合状态及血管功能对于多种健康障碍（包括慢性伤口）的恰当检测、分期和治疗至关重要。本文采用一种新型双模成像系统，无创地对皮肤组织氧合状态及组织血管热反应性进行成像。该系统整合了一台红外相机、一台CCD相机、一个液晶可调滤光片以及一个高强度光纤光源。通过使用双模成像系统监测血压袖带，在健康受试者的臂部组织中诱导氧合变化，并与深部组织氧合及皮肤组织氧张力的同时测量结果进行比较；此外，还记录对外部热刺激响应的组织温度变化，以重建血管热反应性图谱。皮肤组织氧合图谱与组织血管热反应性图谱通过先进的共配准算法进行融合。本研究中，我们介绍了一种新型成像系统的开发，用于无创监测伤口组织的氧饱和度以及动态热成像特征，这有助于研究放热性炎症过程，并追踪炎症后血管生成阶段温暖血液流入伤口组织的情况。从临床角度来看，该成像系统有望帮助解答急性和慢性伤口管理领域的一些关键问题，例如图像引导下的清创术。此外，通过反复测量组织氧合水平，该系统还可无创地监测伤口对治疗干预的反应情况。该双模态成像系统由俄亥俄州立大学综合伤口中心研发，是实现同步评估伤口组织氧合状态与血管功能的第一步。如您所见，该系统现已准备好进行功能测试，目前正在进行相关工作以改进工程设计的标准化方案，并建立经过验证的系统用于常规临床应用。除了成像硬件和重建算法外，我们还开发了更快的图像配准方法，用于整合和可视化不同成像模式所获取的叠加图像。该方法具有模块化特点，便于未来集成新的成像平台。首先选择一名健康受试者，让其左前臂平放在台面上。使用刷子在受试者前臂上涂抹一层薄薄的印度墨水，以模拟不同的肤色。在受试者前臂上放置四个基准标记，以定义一个感兴趣区域（ROI），该区域包含墨水、涂绘的皮肤以及正常皮肤。这些基准标记具有同时存在的热学和光学对比度，有助于图像的配准。本研究采用俄亥俄州立大学综合伤口中心开发的双模态成像系统。该成像系统由红外相机、CCD相机、液晶可调滤光片和高强度光纤光源组成，用于进行组织氧合的多光谱成像。关闭所有外部光源，然后让受试者摆好手臂位置并采集图像。成像软件会自动校准每个波长的曝光时间。在从感兴趣区域采集完样本图像后，将一块白板放置在成像区域，并在不同波长下获取反射率图像。这些将用于校准。获取参考图像后，根据宽间隙计算反射率比值，并据此推导每个像素处的组织氧合水平。二阶导数光谱。作为对比，使用商业系统获取皮肤组织氧合图，以确定皮肤颜色变化是否影响各系统中的氧合测量结果。采用统计分析软件进行学生t检验，比较有墨水区域与无墨水区域的测量值。接下来，将血压袖带放置在受试者的左上臂。测定并记录受试者的收缩压和舒张压。将 plex TS 组织光谱仪和 A TCM 经皮氧监测仪的传感器置于同一手臂上，并开启设备，预热 20 分钟，同时监测皮肤组织氧合图。通过执行肢体组织的缺血后反应性充血（PORH）来引入氧合变化。点击开始按钮以开始成像。监测缺血前基线状态两分钟。接下来，将血压袖带充气至高于收缩压 50 毫米汞柱，以诱导产生收缩期上水平的阻塞。保持袖带充气状态两分钟，期间持续监测组织参数的变化。最后迅速放气，解除袖带压力，以诱导反应性充血。记录所有组织氧参数，持续两分钟。进行动态热成像检查时，需让健康受试者保持舒适状态。让受试者就座，左臂置于台面上，左手背朝向成像系统的红外相机单元。随后将激光多普勒探头放置于左手指尖，以每秒10赫兹的采样频率持续监测皮肤灌注情况。将血压袖带放置于受试者左上臂。然后测定并记录受试者的收缩压和舒张压。通过调节血压袖带的充气压力，产生不同水平的血管阻塞，具体压力水平如下：无阻塞、0.5倍舒张压、0.5倍舒张压与收缩压的组合，以及1.5倍收缩压。接下来，在两个血管阻塞水平下进行热成像检测，即无阻塞和每个血管阻塞水平下的收缩期阻塞。通过将一个室温水袋放置于左手30秒以引入热刺激。在移除水袋后立即开始以每秒两帧的成像速率连续采集热成像图像。使用软件确定组织血管热反应性功能。通过将热刺激持续时间的平方根与相应的组织温度变化相除，计算热成像图中每个像素点的功能指数。通过取组织血管热反应性图中五个感兴趣区域（ROI）的平均值，计算每个阻塞压力下的手指血管热反应性值。将不同阻塞水平下获得的手指血管热反应性值与激光多普勒测量的手指血管灌注结果进行比较。将多光谱成像获得的氧合图与动态热成像获得的血管功能图进行共配准。使用 MATLAB 将所有图像转换为灰度图像，然后通过将像素强度值归一化至 0 到 1 之间进行标准化处理。接下来，在氧合图或多光谱图像上，识别前景或皮肤区域，其像素强度值需大于整幅图像平均强度值的经验全局阈值的0.8倍。随后通过形态学操作进一步优化图像。接着，为适应光照变化，识别定位标记（fiduciary markers）。这些标记将在前景中显示为较暗的区域，并具有强度值，低于全局和自适应局部阈值。通过形态学操作优化这些基准标记区域，以去除图像中的噪声，并在光学照片中选择这四个区域的 OID 作为控制点。重复类似的步骤，以在血管功能图或热成像图中识别标记区域。根据空间邻近性匹配两组控制点。将两组控制点归一化至相同尺度后，将第一幅图像中的每个控制点与另一幅图像中最接近的控制点进行匹配。在第二步中，计算两幅图像之间的精细变换，包括平移、旋转和缩放信息，并以血管功能图作为参考。然后，利用计算得到的变换对氧合图进行变换。最后，对配准后的图像进行叠加以实现可视化。此处展示的是使用全面的伤口中心双模成像系统从健康受试者前臂获取的重建皮肤组织氧合图。需要注意的是，在染色区域与非染色组织区域之间未观察到明显的氧合差异。从墨水涂绘区域的外部和内部随机选择了10个感兴趣区域（ROI），以评估氧合测量结果。此处显示的结果表明，综合伤口中心系统对组织氧合的测量不受皮肤颜色的显著影响。相比之下，使用商用系统获取的组织氧合测量结果则受到皮肤颜色的显著影响。综合伤口中心成像系统能够在 PORH 检测的基线闭塞和充血阶段持续监测皮肤组织氧合水平的变化。在 PORH 检测过程中，皮肤组织氧合水平的变化与深层组织氧合水平的变化相一致。该综合伤口中心成像系统还能够成像皮肤组织血管的热反应性。这些图像显示了同一受试者在不同血管闭塞压力（由加压袖带引入）下的代表性血管功能图。受试者指尖的平均血管功能指数与指尖的激光多普勒测量结果相关。皮肤组织灌注。成像系统获取的氧合图与血管功能图通过配准算法进行融合。该图展示了一幅典型的图像融合结果。我们在此拥有一种双模态成像系统，可用于同时评估连续的组织氧合状态与组织血管的热反应性。可以添加其他平台，例如荧光成像。硬件与软件组件的系统集成是关键基石。在此基础上，系统中的图像配准算法可轻松调整，以兼容更多成像模式，从而使该产品具备高度的多功能性。观看本视频后，您应能充分理解这种新型成像方法所展现出的应用前景。该系统的开发是俄亥俄州立大学综合伤口中心开展跨学科转化研究的范例。祝您的实验顺利成功。

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双模式成像，皮肤组织氧合和血管功能

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双模态成像技术用于皮肤组织氧合与血管功能检测

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