本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域,更具體地,涉及一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù):
無創(chuàng)血氧飽和度檢測(cè)是基于血紅蛋白對(duì)不同波長(zhǎng)光吸收量的變化,從而測(cè)量出氧合血紅蛋白(HbO)占全部血紅蛋白的百分比而實(shí)現(xiàn)的。透視式血氧飽和度檢測(cè)中,如果忽略由于散射、反射等因素造成的衰減,根據(jù)比爾—朗伯定律(Beer-Lambert Law)可以求得血氧飽和度。
若要得出精確的血氧飽和度的值,入射光和透射光的光強(qiáng)測(cè)量應(yīng)盡可能精確,但是現(xiàn)在普遍的測(cè)量方法的精度并不理想且速度不夠快,其主要原因在于探測(cè)器所采集到的信號(hào)的空間分辨率不高、不是全場(chǎng)的光學(xué)掃描、以及血液的流速對(duì)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生較大影響。所以,現(xiàn)有的檢測(cè)血氧飽和度的方法均存在檢測(cè)精度不高的問題,需要改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置,該裝置能對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行全場(chǎng)掃描,對(duì)被測(cè)樣品無損傷,且檢測(cè)的血氧飽和度精度高。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
提供一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置,包括觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源、光纖頭、擴(kuò)束鏡、反射鏡、載物臺(tái)、成像裝置及電腦;載物臺(tái)上開設(shè)有通孔,所述通孔內(nèi)嵌設(shè)有毛玻璃;觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源交替發(fā)射出兩種波長(zhǎng)的激光,激光經(jīng)過光纖頭射向擴(kuò)束鏡,從擴(kuò)束鏡出來的激光通過反射鏡的反射后射向置于毛玻璃上的被測(cè)樣品,激光透射過被測(cè)樣品進(jìn)入成像裝置,成像裝置交替采集兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)并將其作為圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦,電腦對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取被測(cè)樣品的血氧飽和度。
上述方案中,通過設(shè)置觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源并使觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源交替發(fā)射出兩種波長(zhǎng)的激光,用成像裝置交替采集兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)并將其作為圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦,電腦對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取被測(cè)樣品的血氧飽和度。本發(fā)明一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置,能對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行全場(chǎng)掃描,對(duì)被測(cè)樣品無損傷,成像裝置交替采集兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)能有效抑制被測(cè)樣品位置改變和血氧含量改變帶來的影響,檢測(cè)的血氧飽和度精度高。
優(yōu)選地,所述反射鏡與水平面的夾角為45°,觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源、光纖頭及擴(kuò)束鏡的中心位于同一水平線上,毛玻璃的中心與激光經(jīng)過反射鏡反射后的反射光在同一豎直線上。這樣設(shè)置能保證激光的入射光和透射光的光強(qiáng),有利于提高檢測(cè)的血氧飽和度的精度。
優(yōu)選地,所述成像裝置為COMS相機(jī)。這樣設(shè)置不但能獲取更高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù),而且能節(jié)省成本。
優(yōu)選地,觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源交替發(fā)射出的兩種激光的波長(zhǎng)分別為650nm及940nm。血紅蛋白對(duì)這兩種波長(zhǎng)的激光的吸收系數(shù)相差較大,計(jì)算時(shí)產(chǎn)生的誤差小,有利于提高檢測(cè)的血氧飽和度的精度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)方法,該方法使用上述一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置,包括如下步驟:
S1.將被測(cè)樣品放置在載物臺(tái)上的毛玻璃上;設(shè)置成像裝置的采集速度、曝光時(shí)間及采集的激光散斑信號(hào)作為圖像數(shù)據(jù)的幀數(shù),同時(shí)設(shè)置觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源發(fā)射兩種波長(zhǎng)激光的觸發(fā)信號(hào)及成像裝置采集激光散斑信號(hào)的采集信號(hào);
S2.設(shè)置完畢后,向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源發(fā)射波長(zhǎng)為λ1的激光,同時(shí)向成像裝置發(fā)出采集信號(hào),成像裝置開始采集激光散斑信號(hào),采集完成后再次向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源停止發(fā)射波長(zhǎng)為λ1的激光;向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源發(fā)射波長(zhǎng)為λ2的激光,同時(shí)向成像裝置發(fā)出采集信號(hào),成像裝置開始采集激光散斑信號(hào),采集完成后再次向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源停止發(fā)射波長(zhǎng)為λ2的激光;如此往復(fù),直至成像裝置采集的圖像數(shù)據(jù)的幀數(shù)達(dá)到設(shè)置值時(shí)停止;其中,λ1=650nm,λ2=940nm;
S3.將成像裝置交替采集的兩種波長(zhǎng)激光的散斑信號(hào)作為圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦,電腦對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取被測(cè)樣品的血氧飽和度,包括如下步驟:
S31.根據(jù)采集的圖像數(shù)據(jù)的排列順序?qū)⒉ㄩL(zhǎng)λ1及波長(zhǎng)λ2激光照射下采集的圖像數(shù)據(jù)分離出來,第奇數(shù)張的圖像數(shù)據(jù)為波長(zhǎng)λ1激光照射下采集的圖像數(shù)據(jù),第偶數(shù)張的圖像數(shù)據(jù)為波長(zhǎng)λ2激光照射下采集的圖像數(shù)據(jù);
S32.對(duì)分離出的波長(zhǎng)λ1及波長(zhǎng)λ2的圖像數(shù)據(jù)中的每個(gè)像素點(diǎn)按時(shí)間t方向分別進(jìn)行快速傅里葉變換,以得到圖像數(shù)據(jù)的頻域分布;
成像裝置采集的圖像數(shù)據(jù)中任意像素點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度表示為(1)式;
Ip(t)=I0+In(t)+IRBC (1)
其中,I0為背景光強(qiáng),In(t)是系統(tǒng)噪聲,IRBC是紅細(xì)胞對(duì)光的吸收強(qiáng)度;
對(duì)(1)式按公式(2)進(jìn)行快速傅里葉變換,以得到圖像數(shù)據(jù)的頻域分布;
FFTt→u[Ip(t)]=i0[u]+in[u]+iRBC[u±fi] (2)
其中,i0[u]是頻域靜態(tài)信號(hào),in[u]是系統(tǒng)噪聲的頻譜信號(hào),iRBC[u±fi]是頻域動(dòng)態(tài)信號(hào);
S33.對(duì)快速傅里葉變換后得到的頻域信號(hào)FFTt→u[Ip(t)]進(jìn)行低頻濾波,以得到頻域動(dòng)態(tài)信號(hào)iRBC[u±fi];
S34.對(duì)得到頻域動(dòng)態(tài)信號(hào)按(3)式進(jìn)行逆傅里葉變換,以得到血紅細(xì)胞吸收光強(qiáng)的信號(hào)IRBC[t];
iFFTu→t[iRBC(u±fi)]=IRBC[t] (3)
S35.按(4)式計(jì)算血紅細(xì)胞對(duì)波長(zhǎng)λ1及波長(zhǎng)λ2激光的吸收強(qiáng)度的變化量;
S36.根據(jù)Beer-Lambert定律,按(5)式計(jì)算氧合血紅蛋白ΔCHbO(t)和脫氧血紅蛋白ΔCHbR(t)的濃度變化量;
其中,氧合血紅蛋白在650nm和940nm波長(zhǎng)激光照射下的光吸收系數(shù)為368和1214,脫氧血紅蛋白在650nm和940nm波長(zhǎng)激光照射下的光吸收系數(shù)為3750.12和693.44;
S37.根據(jù)(6)式計(jì)算被測(cè)樣品的血氧飽和度;
其中,ΔSO2即為被測(cè)樣品的血氧飽和度。
本發(fā)明一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)方法,能對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行全場(chǎng)掃描,對(duì)被測(cè)樣品無損傷,能同時(shí)檢測(cè)被測(cè)樣品的主干血管及毛細(xì)血管內(nèi)的血氧飽和度,檢測(cè)的血氧飽和度精度高。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置,通過設(shè)置觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源并使觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源交替發(fā)射出兩種波長(zhǎng)的激光,用成像裝置交替采集兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)并將其作為圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦,電腦對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取被測(cè)樣品的血氧飽和度,該裝置能對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行全場(chǎng)掃描,對(duì)被測(cè)樣品無損傷,成像裝置交替采集兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)能有效抑制被測(cè)樣品位置改變和血氧含量改變帶來的影響,檢測(cè)的血氧飽和度精度高;通過將觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源交替發(fā)射出的兩種激光的波長(zhǎng)分別為650nm及940nm,血紅蛋白對(duì)這兩種波長(zhǎng)的激光的吸收系數(shù)相差較大,使得計(jì)算時(shí)產(chǎn)生的誤差小,有利于提高檢測(cè)的血氧飽和度的精度。
附圖說明
圖1為本實(shí)施例一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中成像裝置采集信號(hào)及觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源觸發(fā)信號(hào)示意圖。
圖3為本實(shí)施例一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。其中,附圖僅用于示例性說明,表示的僅是示意圖,而非實(shí)物圖,不能理解為對(duì)本專利的限制;為了更好地說明本發(fā)明的實(shí)施例,附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小,并不代表實(shí)際產(chǎn)品的尺寸;對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說,附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
本發(fā)明實(shí)施例的附圖中相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件;在本發(fā)明的描述中,需要理解的是,若有術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明,不能理解為對(duì)本專利的限制,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
實(shí)施例
本實(shí)施例一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,包括觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1、光纖頭2、擴(kuò)束鏡3、反射鏡4、載物臺(tái)7、成像裝置6及電腦5;載物臺(tái)7上開設(shè)有通孔,所述通孔內(nèi)嵌設(shè)有毛玻璃8;觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1交替發(fā)射出兩種波長(zhǎng)的激光,激光經(jīng)過光纖頭2射向擴(kuò)束鏡3,從擴(kuò)束鏡3出來的激光通過反射鏡4的反射后射向置于毛玻璃8上的被測(cè)樣品,激光透射過被測(cè)樣品進(jìn)入成像裝置6,成像裝置交替采集兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)并將其作為圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦5,電腦對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取被測(cè)樣品的血氧飽和度。
本實(shí)施例中,觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1交替發(fā)射出的兩種激光的波長(zhǎng)分別為650nm及940nm,血紅蛋白對(duì)這兩種波長(zhǎng)的激光的吸收系數(shù)相差較大,計(jì)算時(shí)產(chǎn)生的誤差小,有利于提高檢測(cè)的血氧飽和度的精度。觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1先發(fā)射波長(zhǎng)為650nm的激光,成像裝置6采集650nm激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào),然后,觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1先發(fā)射波長(zhǎng)為940nm的激光,成像裝置6采集940nm激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào),如此反復(fù),直至成像裝置6采集的圖像數(shù)據(jù)的幀數(shù)達(dá)到設(shè)置值時(shí)停止。
使用該裝置檢測(cè)被測(cè)樣品的血氧飽和度時(shí),將被測(cè)樣品放置在載物臺(tái)7上的毛玻璃8上,并使觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1交替發(fā)射波長(zhǎng)為650nm及940nm的激光,成像裝置6交替采集這兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)并將其作為圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦5,電腦5對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取被測(cè)樣品的血氧飽和度。本發(fā)明一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置,能對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行全場(chǎng)掃描,對(duì)被測(cè)樣品無損傷,成像裝置6交替采集兩種波長(zhǎng)激光透射過被測(cè)樣品的散斑信號(hào)能有效抑制被測(cè)樣品位置改變和血氧含量改變帶來的影響,檢測(cè)的血氧飽和度精度高。
其中,所述反射鏡4與水平面的夾角為45°,觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1、光纖頭2及擴(kuò)束鏡3的中心位于同一水平線上,毛玻璃8的中心與激光經(jīng)過反射鏡4反射后的反射光在同一豎直線上。這樣設(shè)置能保證激光的入射光和透射光的光強(qiáng),有利于提高檢測(cè)的血氧飽和度的精度。
另外,所述成像裝置6為COMS相機(jī)。這樣設(shè)置不但能獲取更高空間分辨率的圖像數(shù)據(jù),而且能節(jié)省成本。
本實(shí)施例還提供了一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)方法,該方法使用上述一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)裝置,包括如下步驟,該步驟如圖3所示:
S1.將被測(cè)樣品放置在載物臺(tái)7上的毛玻璃8上;設(shè)置成像裝置6的采集速度、曝光時(shí)間及采集的激光散斑信號(hào)作為圖像數(shù)據(jù)的幀數(shù),同時(shí)設(shè)置觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1發(fā)射兩種波長(zhǎng)激光的觸發(fā)信號(hào)及成像裝置6采集激光散斑信號(hào)的采集信號(hào);具體地,成像裝置6的采集信號(hào)為頻率2f的方波信號(hào),下降沿觸發(fā)成像裝置6曝光,開始采集,不同波長(zhǎng)激光的觸發(fā)信號(hào)頻率為f、兩波長(zhǎng)激光觸發(fā)信號(hào)時(shí)間延遲半周期,成像裝置6采集信號(hào)及觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1觸發(fā)信號(hào)示意圖如圖2所示;
S2.設(shè)置完畢后,向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1發(fā)射波長(zhǎng)為λ1的激光,同時(shí)向成像裝置6發(fā)出采集信號(hào),成像裝置6開始采集激光散斑信號(hào),采集完成后再次向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1停止發(fā)射波長(zhǎng)為λ1的激光;向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1發(fā)射波長(zhǎng)為λ2的激光,同時(shí)向成像裝置6發(fā)出采集信號(hào),成像裝置6開始采集激光散斑信號(hào),采集完成后再次向觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1發(fā)出觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)式雙波長(zhǎng)激光光源1停止發(fā)射波長(zhǎng)為λ2的激光;如此往復(fù),直至成像裝置6采集的圖像數(shù)據(jù)的幀數(shù)達(dá)到設(shè)置值時(shí)停止;其中,λ1=650nm,λ2=940nm;
S3.將成像裝置6交替采集的兩種波長(zhǎng)激光的散斑信號(hào)作為圖像數(shù)據(jù)傳輸至電腦5,電腦5對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以獲取被測(cè)樣品的血氧飽和度,包括如下步驟:
S31.根據(jù)采集的圖像數(shù)據(jù)的排列順序?qū)⒉ㄩL(zhǎng)λ1及波長(zhǎng)λ2激光照射下采集的圖像數(shù)據(jù)分離出來,第奇數(shù)張的圖像數(shù)據(jù)為波長(zhǎng)λ1激光照射下采集的圖像數(shù)據(jù),第偶數(shù)張的圖像數(shù)據(jù)為波長(zhǎng)λ2激光照射下采集的圖像數(shù)據(jù);
S32.對(duì)分離出的波長(zhǎng)λ1及波長(zhǎng)λ2的圖像數(shù)據(jù)中的每個(gè)像素點(diǎn)按時(shí)間t方向分別進(jìn)行快速傅里葉變換,以得到圖像數(shù)據(jù)的頻域分布;
成像裝置6采集的圖像數(shù)據(jù)中任意像素點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度表示為(1)式;
Ip(t)=I0+In(t)+IRBC (1)
其中,I0為背景光強(qiáng),In(t)是系統(tǒng)噪聲,IRBC是紅細(xì)胞對(duì)光的吸收強(qiáng)度;
對(duì)(1)式按公式(2)進(jìn)行快速傅里葉變換,以得到圖像數(shù)據(jù)的頻域分布;
FFTt→u[Ip(t)]=i0[u]+in[u]+iRBC[u±fi] (2)
其中,i0[u]是頻域靜態(tài)信號(hào),in[u]是系統(tǒng)噪聲的頻譜信號(hào),iRBC[u±fi]是頻域動(dòng)態(tài)信號(hào);
S33.對(duì)快速傅里葉變換后得到的頻域信號(hào)FFTt→u[Ip(t)]進(jìn)行低頻濾波,以得到頻域動(dòng)態(tài)信號(hào)iRBC[u±fi];
S34.對(duì)得到頻域動(dòng)態(tài)信號(hào)按(3)式進(jìn)行逆傅里葉變換,以得到血紅細(xì)胞吸收光強(qiáng)的信號(hào)IRBC[t];
iFFTu→t[iRBC(u±fi)]=IRBC[t] (3)
S35.按(4)式計(jì)算血紅細(xì)胞對(duì)波長(zhǎng)λ1及波長(zhǎng)λ2激光的吸收強(qiáng)度的變化量;
S36.根據(jù)Beer-Lambert定律,按(5)式計(jì)算氧合血紅蛋白ΔCHbo(t)和脫氧血紅蛋白ΔCHbR(t)的濃度變化量;
其中,氧合血紅蛋白在650nm和940nm波長(zhǎng)激光照射下的光吸收系數(shù)為368和1214,脫氧血紅蛋白在650nm和940nm波長(zhǎng)激光照射下的光吸收系數(shù)為3750.12和693.44;
S37.根據(jù)(6)式計(jì)算被測(cè)樣品的血氧飽和度;
其中,ΔSO2即為被測(cè)樣品的血氧飽和度。
本發(fā)明一種基于雙波長(zhǎng)激光的血氧飽和度檢測(cè)方法,能對(duì)被測(cè)樣品進(jìn)行全場(chǎng)掃描,對(duì)被測(cè)樣品無損傷,能同時(shí)檢測(cè)被測(cè)樣品的主干血管及毛細(xì)血管內(nèi)的血氧飽和度,檢測(cè)的血氧飽和度精度高。
顯然,本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例,而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。