论文摘要
研究目的:微循环信息独特而丰富,它是任何动物活体组织不可缺少的组成部分,并且是活体细胞与外部环境之间独特的物质交流途径。研究发现,机体生命体征的变化会引起人体各个器官功能的变化,对已经存在功能异常的器官影响更大。生命体征的变化对器官微循环的影响已经引起研究人员的高度重视。因此,进行微循环与其它生命体征的同步检测与观察就显得非常重要。本研究目标即是开发一套能在检测微循环的同时同步观测体温、血压等生命体征的软件系统,该类软件系统目前国内外尚未见相关报道。本研究以计算机为主体,配以通用的压力、温度传感器与相应的数据采集卡和通用的数字摄像机配以相应的图像采集卡,利用基于虚拟仪器的程序设计语言LabVIEW开发出一套集微循环图像采集与体温、血压等生命体征检测为一体的基于虚拟仪器的多功能检测系统。该系统可在检测体温、血压、心率、平均动脉压等参数的同时,观察、测量、记录微循环指标,并实现对所观测参数的分析、存储、打印等功能。还可通过更换不同的激光探头或微循环显微镜实现对外周不同部位(包括:球结膜、眼底、肠系膜、耳廓等)微循环的观察。同时该系统具有虚拟仪器的共同特点,即灵活性与可扩展性强,可通过增加新的程序功能模块扩展其功能,为系统应用于其他领域或其官功能柃测打下良好的基础。研究方法:该软件使用虚拟仪器程序设计语言LabVIEW编写,包括两个主要的功能模块:图像处理功能模块和数据处理功能模块。在运行主程序前首先进行图像采集卡参数的设置,包括灰度值的修正、观察范围等参数的设置;并根据摄像头的高度,使用标准长度模块测出摄像头CCD间隔象素点所对应的实际距离用于像素与距离转换。运行主程序,将摄像头连续采集到的图像信息保存到指定的AVI文件,同时对每帧图像进行实时处理。系统主要根据如下两个指标将血细胞识别为处理对象:图像上每个血细胞的平均象素值和血细胞的大小。在将血细胞识别为对象的同时系统对所识别的对象进行编号,编号从0开始依次将识别出的血细胞编号为0、1、2、……、n。系统设定为将其中标号为0的血细胞作为分析对象,保存其中心点坐标值用以进行数据分析。所编写的程序使系统能够对血细胞的标号进行识别。由于实验过程中摄像头固定所以视野固定而血液在不停的流动,当由于血液的流动致使原来标号为0的血细胞流出视野时,系统将对视野内识别出的血细胞进行重新编号,并重新取标号为0的血细胞进行分析。为避免由于分析的血细胞的变化所导致数据分析结果的错误,系统中还设计了该错误的处理程序,以确保由于血细胞变化引起的数据分析的错误不会导致最终所获得的实验数据的错误。本软件完成如下数据分析功能:采集时间记录、血细胞运动速度计算显示、微循环情况实时显示。实验完成后可以实现对所保存的数据的分析及整个实验过程的回放。在微循环检测的同时可根据用户指令触发生命体征检测功能,实时检测并显示相应时刻的血压、体温、心率和平均动脉压,在前面板的Waveform Chart控件中可以观测生命体征的变化趋势。也可由用户指令选择保存有价值的图像和生命体征信息,对这些数据信息进行实时检测、保存、处理,实验结束后实现相关数据的回放功能。研究结果:建立了基于虚拟仪器LabVIEW的多功能检测系统,实现了在进行微循环研究的过程中对机体生命体征进行同步检测的目的。在利用虚拟仪器研究微循环血流速度领域提出了一种无须跟踪单个特定血细胞的血流速度的计算方法。通过程序处理使得由于识别对象标号发生变化引起的研究对象的变化不会影响程序的运行和试验结果的准确性。该系统实现了对所观测数据的实时检测、分析、存储,可以精确地得到实验数据。系统在运行过程中将实验结果保存为两种形式:AVI文件和LVM文件。AVI文件记录了实验的完整过程,可以使用通用的AVI播放器进行播放,并可引入其他程序进行数据处理分析。LVM文件保存了所分析对象的参数值和生命体征数据值,以二元数组的形式保存在指定的文件中,程序读入后可形象的显示血细胞运动速度和各个生命体征的变化趋势。实验结论:基于虚拟仪器LabVIEW的多功能检测系统实现了微循环实验过程中生命体征检测和微循环血流速度等数据信息和图像信息的同步实时采集、记录、分析和保存功能。系统具有较好的稳定性,大鼠实验结果显示系统具有良好的准确性和灵敏性。本系统为研究生命体征变化对器官微循环功能的影响及生命体征与器官微循环功能的定量关系提供了一种新的方法与途径。