一種局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置及檢測方法，本發(fā)明的裝置包括能發(fā)射近紅外光到待測局部腦組織表面、并探測從待測局部腦組織表面反射回來的光強的光學(xué)探頭，以及控制所述光學(xué)探頭發(fā)射、獲取光學(xué)信號的控制器。本發(fā)明選用多波長光源，使用連續(xù)波，價格低、信號穩(wěn)定、方法易實現(xiàn)，可快速普及，采用普通光敏探測器，既保障了較高的測量靈敏度，又大大提高了儀器的便攜性；本發(fā)明可以無創(chuàng)、實時、快速、準(zhǔn)確地檢測局部腦組織的血氧血容量絕對值，從而準(zhǔn)確反映出病變區(qū)域與正常區(qū)域的差異，或者反映病人與正常人之間的差異。
【專利說明】一種局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]測量腦組織血氧飽和度的濃度，并觀察其隨時間變化的規(guī)律，有助于了解腦疾病患者及手術(shù)過程中的患者局部腦組織血氧飽和度的絕對值濃度，為醫(yī)生的診斷提供依據(jù)。
[0003]相對于廣泛使用的醫(yī)學(xué)檢測技術(shù):核磁共振成像技術(shù)(fMRI)、正電子發(fā)射斷層成像(PET)、腦電/時間相關(guān)電位(EEG/ERP)，新興的近紅外腦功能光譜術(shù)或成像(NIRS/fNIRI)具有可便攜， 價格低廉，時間分辨率高，非侵入性檢測等優(yōu)勢。近紅外光譜術(shù)作為一項非侵入式光學(xué)監(jiān)測手段，其應(yīng)用范圍越來越普遍，主要被用來觀察皮層區(qū)域血液動力學(xué)變化，具體包括含氧血紅蛋白(Hb02)和脫氧血紅蛋白(Hb)濃度變化，腦血流(cerebralblood flow, CBF)以及腦血容量(cerebral blood volume, CBV)變化。
[0004]目前，研究人員一般利用光學(xué)方法對人體組織血氧飽和度的參數(shù)進行無創(chuàng)檢測。在使用近紅外光譜方法檢測人體組織氧的技術(shù)發(fā)明專利中，發(fā)明專利ZL200310113534.7提出的吸氧刺激下新生兒腦部局部組織氧飽和度的檢測方法，是對新生兒的局部腦組織在吸氧刺激下的血氧飽和度變化的相對量測量，不能進行絕對量測量，因此不能反映病人與正常人之間的差異，或者病變區(qū)域與正常區(qū)域的差異。發(fā)明專利ZL200610112598.9提供的人體組織氧合與還原血紅蛋白絕對量的檢測方法也只做到了對人體組織氧合與還原血紅蛋白的相對量測量，不能提供基線的準(zhǔn)確測量，因此也無法實現(xiàn)絕對量的檢測。此外，目前大部分文獻是利用頻域的方法對人體組織的血氧參數(shù)進行測量。如M.A.McIntosh團隊，就通過多距離頻域測量(FDMD)的方法對腦組織的含氧血紅蛋白進行了絕對量的測量，但該方法使用光纖束，成本過高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種成本低廉、可靠性高的局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置及檢測方法，無創(chuàng)、實時地檢測局部腦組織的血氧血容量絕對值，從而正確反映局部腦組織病變區(qū)域與正常區(qū)域的差異，方便定量比較不同人的血液動力學(xué)參數(shù)差異，提高檢測診斷的可靠性與可行性。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置，包括能發(fā)射紅外光到待測局部腦組織表面、并探測從待測局部腦組織表面反射回來的光強的光學(xué)探頭，以及控制所述光學(xué)探頭發(fā)射、獲取光學(xué)信號的控制器；所述光學(xué)探頭包括一個以上可發(fā)出至少兩種波長近紅外光的光源和設(shè)置在所述光源周圍的一個以上探測通道，所述探測通道包括兩個以上光敏探測器。
[0007]本發(fā)明的光學(xué)探頭可以采用一個可發(fā)出至少兩種波長近紅外光的光源，所述光源中心點與所述光敏探測器中心點之間的距離為2.5cm~4.5cm，這樣可以保證達到理想的探測深度；同一探測通道上相鄰的兩個光敏探測器的中心點之間的距離不超過Icm ;同一探測通道上相鄰的兩個光敏探測器的中心點與光源中心點之間的兩根連線的夾角α的取值范圍為0〈α〈13.5°ο
[0008]所述光敏通道可以采用兩個光敏探測器，兩個光敏探測器的中心點與光源中心點之間的兩根連線的夾角α的取值范圍為4.9°〈α〈9.5°。
[0009]所述光敏通道還可以采用三個光敏探測器，相鄰兩個光敏探測器的中心點與光源中心點之間的連線的兩個夾角取值范圍均為O~6°。
[0010]本發(fā)明的光學(xué)探頭也可以采用兩個以上至少可發(fā)出兩種波長近紅外光的光源，相鄰兩個光源中心點之 間的距離不超過1cm。
[0011]本發(fā)明的光學(xué)探頭可以是四個均勻分布在同一條直線上的光源和兩組分布在所述光源所在直線上下兩側(cè)的探測通道，每組探測通道包括五個均勻分布的探測通道，相鄰的兩個光源之間共用該兩個光源之間的兩個探測通道。
[0012]本發(fā)明還提供了一種上述裝置檢測血氧血容量絕對量的方法，該方法為:
[0013]I)光源照射到待測局部腦組織表面，利用下式計算光密度OD:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置，其特征在于，包括能發(fā)射紅外光到待測局部腦組織表面、并探測從待測局部腦組織表面反射回來的光強的光學(xué)探頭，以及控制所述光學(xué)探頭發(fā)射、獲取光學(xué)信號的控制器；所述光學(xué)探頭包括一個以上可發(fā)出至少兩種波長近紅外光的光源和設(shè)置在所述光源周圍的一個以上探測通道，所述探測通道包括兩個以上光敏探測器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置，其特征在于，所述光學(xué)探頭包括一個可發(fā)出至少兩種波長近紅外光的光源，所述光源中心點與所述光敏探測器中心點之間的距離為2.5cm~4.5cm ;同一探測通道上相鄰的兩個光敏探測器的中心點之間的距離不超過Icm ;同一探測通道上相鄰的兩個光敏探測器的中心點與光源中心點之間的兩根連線的夾角α的取值范圍為0〈 α <13.5°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置，其特征在于，所述光敏通道包括兩個光敏探測器；所述夾角α的取值范圍為4.9°〈α〈9.5°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置，其特征在于，所述光敏通道包括三個光敏探測器，相鄰兩個光敏探測器的中心點與光源中心點之間的連線的兩個夾角取值范圍均為O~6°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置，其特征在于，所述光學(xué)探頭包括兩個以上至少可 發(fā)出兩種波長近紅外光的光源，相鄰兩個光源中心點之間的距離不超過1cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部腦組織血氧血容絕對量檢測裝置，其特征在于，所述光學(xué)探頭包括四個均勻分布在同一條直線上的光源和兩組分布在所述光源所在直線上下兩側(cè)的探測通道，每組探測通道包括五個均勻分布的探測通道，相鄰的兩個光源之間共用該兩個光源之間的兩個探測通道。
7.一種利用權(quán)利要求1~6之一所述的裝置檢測局部腦組織血氧血容絕對量的方法，其特征在于，該方法為: 1)光源照射到待測局部腦組織表面，利用下式計算光密度OD:
OD = 1gh-:
U 其中，U。和U分別為光源的初始電壓和光敏探測器測得的出射電壓信號； 2)以光學(xué)探頭中光源和與該光源周圍的光敏探測器之間的間距為橫坐標(biāo)，以上述光密度為縱坐標(biāo)，繪制不同間距下光密度變化分布，計算光源發(fā)出的波長為Ai的近紅外光的光密度隨所述間距變化的斜率S (Ai)和截距In Ui),并根據(jù)下式計算出波長為Xi的近紅外光的光擴散因子D (Ai);
D ( λ j) =2.3S ( λ j) +D (cal)； 其中，D (cal)取值為3.03 ;i=l、2…； 3)利用上述光擴散因子D(Xi)計算所述波長為λi的近紅外光的光衰減因子μ ' t(Ai):
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，若所述間距個數(shù)為兩個，則直接連接兩個間距對應(yīng)的光密度點畫直線，求出該直線的斜率；若間距個數(shù)大于2，用最小二乘估計方法擬合光密度隨間距的變化的擬合直線，進而得到該擬合直線的斜率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述光源個數(shù)為兩個以上時，生物組織細胞色素氧化酶濃度的絕對量Qta的計算公式如下:
【文檔編號】A61B5/1455GK103735274SQ201310727464
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】李婷, 趙越, 李凱, 孫云龍 申請人:電子科技大學(xué)