CN107822618A - 非侵入式脑死亡检测评估仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非侵入式脑死亡检测评估仪器，其技术特点是：包括光学信号采集系统，向病人大脑发出近红外光并收集响应信号，将响应信号传输给所述控制与数据传输系统；控制与数据传输系统，控制光学信号采集系统并将采集到的数据整合传输到数据分析与脑死亡评估系统；数据分析与脑死亡评估系统，综合分析控制光学信号采集系统传来的人体光学信号，并将得到的结果显示。本发明设计合理，实现了非侵入式的、完全无创的、实时连续检测、可连续检测48小时以上的、便携式的光学检测脑死亡的功能；同时可以实时提供脑部代谢数据，并利用成像系统进行动态显示，使得评估结果更加直观，使用更加方便。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其是一种非侵入式脑死亡检测评估仪器。
背景技术
脑死亡意味着人类生命的终结，被定义为大脑和脑干功能的永久性丧失。临床症状一般是由于颅内压增高所致，当颅内压超过了患者的收缩压，将导致脑循环停止。脑死亡评估具有重要意义，例如，器官移植在很大程度上依赖于脑死亡患者的器官，它在许多国家的器官捐赠总额中占22％以上。此外，由于医疗资源有限，对已经脑死亡的患者进行抢救是毫无意义，只能增加患者及其家属的痛苦和经济负担。在神经基础上确定脑死亡的国际标准包括四个原则：无脑电活动、无自主呼吸、不可逆深昏迷和脑干反射消失。当上述原则得到满足，并且结果在72小时内没有变化时，则确诊为脑死亡。一些临床评估方法，如呼吸暂停试验、脑干功能检查等作为诊断的补充方法。然而，标准的临床评价方法受到一些限制：呼吸暂停试验需要断开呼吸机，并且没有统一的国际标准；脑干反射应通过定位特定的颅神经进行检查，且程序复杂；深反应迟钝昏迷应测试刺激胸骨中央的深部或双侧锁骨。有些病人可能继续表现出一些反射性脊柱活动，这可能使床边工作人员或没有经验的临床医生感到困惑。上述评估方法均是在某些情况下是侵入性的、昂贵的甚至是危险的。
在医院里，目前对脑死亡判断的辅助手段，有下列方法：脑电图(EEG)、超声多普勒(TCD)及计算机断层扫描血管造影(CTA)。其中EEG要求的高灵敏度，可能会受重症监护室中其他设备信号的干扰，而且药物、代谢紊乱和温度也会对它造成显著影响，这些因素可导致假阳性或假阴性结果，并降低诊断的准确率。脑死亡主要是由脑损伤造成的，而TCD在检测具有脑损伤的病人时，容易出现假阴性。CTA灵敏度相对较低。确认脑死亡的理想方法需满足普遍适用，可在床边简单进行，没有任何药物和其他因素的副作用，以及高度敏感。然而，现有的方法均不能满足所有这些标准。
经检索发现如下与脑死亡相关的专利文献：专利申请号为201510351836.0且专利名称为“对死亡或脑死亡的大脑进行脑激活的方法及装置”的发明专利，专利申请号为200980153309.1且专利名称为“用于向脑死亡的、心脏搏动的潜在器官供者施用的包含去甲肾上腺素和NET抑制剂的组合物”的发明专利，以及专利申请号为201280026744.X且专利名称为“器官保存组合物及其用途”。其中“对死亡或脑死亡的大脑进行脑激活的方法及装置”的原理是对刚刚死亡或脑死亡的人体的大脑进行神经刺激，使其恢复神经活动。“用于向脑死亡的、心脏搏动的潜在器官供者施用的包含去甲肾上腺素和NET抑制剂的组合物”和“器官保存组合物及其用途”均是关于脑死亡器官捐赠中器官保存溶液的研究。
综上所示，目前没有一种能够满足普遍适用、可在床边简单进行、没有任何药物和其他因素的副作用以及高度敏感的脑死亡检测评估的仪器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、安全可靠、使用方便且适用范围广泛的非侵入式脑死亡检测评估仪器。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种非侵入式脑死亡检测评估仪器，包括：
光学信号采集系统，向病人大脑发出近红外光并收集响应信号，将响应信号传输给所述控制与数据传输系统；
控制与数据传输系统，控制光学信号采集系统并将采集到的数据整合传输到数据分析与脑死亡评估系统；
数据分析与脑死亡评估系统，综合分析控制光学信号采集系统传来的人体光学信号，并将得到的结果显示。
进一步的，所述光学信号采集系统与控制与数据传输系统采用有线方式连接在一起；所述控制与数据传输系统与数据分析与脑死亡评估系统通过有线方式或无线方式连接在一起。
进一步的，所述光学信号采集系统由软板电路和柔性材料构成，所述软板电路由两个能发射不同波长近红外光的光源和能探测病人头部组织传输回来光的衰减变化的光敏探测器组成，所述光敏探测器分布在光源周围。
进一步的，所述光学信号采集系统采用一个光源的长方形排布方式，或者采用二个光源的长方形排布方式，或者采用一个光源的椭圆形排布方式。
进一步的，所述光源的波长在600～980nm范围内，所述光源中心与光敏探测器中心之间的距离为15mm～45mm。
进一步的，所述光源的波长组合为700～750nm和800～850nm。
进一步的，所述控制与数据传输系统和数据分析与脑死亡评估系统集成在一台主机上，该主机包括：
光源驱动模块，根据用户提供的要求或系统设定，在控制模块的控制下驱动光源发出设定要求频率的多波长近红外光；
数据放大滤波模块，将从光学信号采集系统得到的光学信号转化成电信号，然后进行放大滤波；
A/D转换模块，将数据放大滤波模块放大滤波后的信号进行模数转换并传送给数据传输与存储模块；
主控模块，根据时钟模块提供的时钟，对控制与数据传输系统中的各个模块操作和模块间的数据传输进行控制；
数据传输与存储模块，进行数据存储并根据需求选择有线和无线传输方式与数据处理模块进行数据传输；
数据处理模块，对控制与数据传输系统初步处理的光学数字信号进行处理，将其转化为血液动力学参数；
脑死亡评估模块，将血液动力学参数组合分析，并根据病人的情况综合分析，获得分析信息，并将结果传输到控制器显示模块；
控制器显示模块，由带有DSP主控芯片或者独立DSP芯片和显示屏组成，通过成像算法对数据再处理成像；
电源模块，采用有线电源供电充电、移动电源储电方式为光学信号采集系统、控制与数据传输系统及数据分析与脑死亡评估系统供电。
进一步的，所述主控模块还连接一能够根据各种情况发出不同的语音提示的报警模块。
进一步的，所述控制与数据传输系统作为主机，所述数据分析与脑死亡评估系统作为上位机，具体结构包括：
光源驱动模块，根据用户提供的要求或系统设定，在控制模块的控制下驱动光源发出设定要求频率的多波长近红外光；
数据放大滤波模块，将从光学信号采集系统得到的光学信号转化成电信号，然后进行放大滤波；
A/D转换模块，将数据放大滤波模块放大滤波后的信号进行模数转换并传送给数据传输与存储模块；
主控模块，根据时钟模块提供的时钟，对控制与数据传输系统中的各个模块操作和模块间的数据传输进行控制；
数据传输与存储模块，进行数据存储并根据需求选择有线和无线传输方式与数据处理模块进行数据传输；
数据处理模块，对控制与数据传输系统初步处理的光学数字信号进行处理，将其转化为血液动力学参数；
脑死亡评估模块，将血液动力学参数组合分析，并根据病人的情况综合分析，获得分析信息，并将结果传输到成像模块和显示模块；
成像模块，基于扩散光学近似或Monte Carlo获得光传输的逆问题得到血液动力学参数在脑部检测部位的分布图像；
显示模块，实时显示脑死亡评估模块得到的血液动力学参数和处理结果；
电源模块，采用有线电源供电充电、移动电源储电方式为光学信号采集系统、控制与数据传输系统及数据分析与脑死亡评估系统供电。
进一步的，所述主控模块还连接一能够根据各种情况发出不同的语音提示的报警模块。
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其光学信号采集系统利用近红外光检查技术获取脑部代谢的变化情况，利用其与正常病人的差异，从而对脑死亡进行检测评估，实现了非侵入式的、完全无创的、实时连续检测、可连续检测48小时以上的、便携式的光学检测脑死亡的功能；同时可以实时提供脑部代谢数据，并利用成像系统进行动态显示，使得评估结果更加直观，使用更加方便。
附图说明
图1为本发明的组成原理图；
图2为本发明将控制与数据传输系统和数据分析与脑死亡评估系统集成在主机上的实施例示意图；
图3为本发明将控制与数据传输系统作为主机并将数据分析与脑死亡评估系统作为上位机的实施例示意图；
图4为本发明实施例第一种光学探头示意图；
图5为本发明实施例第二种光学探头示意图；
图6为本发明实施例第三种光学探头示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种非侵入式脑死亡检测评估仪器，如图1所示，包括光学信号采集系统100、控制与数据传输系统200和数据分析与脑死亡评估系统300，所述光学信号采集系统100、控制与数据传输系统200及数据分析与脑死亡评估系统300连接在一起。所述光学信号采集系统100向病人大脑发出近红外光并收集响应信号，并将响应信号传输给所述控制与数据传输系统200。所述控制与数据传输系统200控制光学信号采集系统，并将采集到的数据整合传输到数据分析与脑死亡评估系统300。所述数据分析与脑死亡评估系统300综合分析人体光学信号，并将得到的结果显示。
本发明的控制与数据传输系统200和数据分析与脑死亡评估系统300既可以集成在一起，也可以作为两个相互连接的设备来实现。图2给出的实施例是将控制与数据传输系统200和数据分析与脑死亡评估系统300集成在一台主机上；图3给出的实施例是将控制与数据传输系统200作为主机并将数据分析与脑死亡评估系统300作为上位机。
在本发明实施例中，所述光学信号采集系统由软板电路和柔性材料组成。所述软板电路由两个能发射不同波长近红外光的光源110和能探测病人头部组织传输回来光的衰减变化的光敏探测器111组成。光源110的波长在600-980nm范围内，典型的波长组合至少包括700-750nm，800-850nm两个波长。光敏探测器111分布在光源周围，根据部位的需要，所述光源中心与所述的光敏探测器中心之间的距离为15mm～45mm。光敏探测器的最小响应度要满足能探测到光源低功率下的光功率信号。
柔性材料减缓对头部造成压力，增强舒适感，光敏探测器还有附带的绑腹带、吸附皮肤的软体材料、或者医用粘贴材料。
在本发明实施例中，所述控制与数据传输系统200包括：
光源驱动模块210，根据用户提供的要求或系统设定，驱动光源发出设定要求频率的多波长近红外光。
数据放大滤波模块211，将从光学信号采集系统得到的光学信号转化成电信号，然后进行放大滤波。
A/D转换模块212，与数据放大滤波模块211及数据传输与存储模块214相连接，将放大滤波后的信号进行模数转换并传给数据传输与存储模块214。
主控模块213，根据时钟模块提供的时钟，对控制与数据传输系统中的各个模块操作和模块间的数据传输进行控制。
数据传输与存储模块214，数据传输根据需求选择有线接口技术和无线通信技术进行数据传输，有线接口技术包括USB、串口等，无线通信技术包括蓝牙、WIFI等。存储模块包括主机的存储器和外扩存储器，外扩存储器包括SD(TF)卡、小型u盘等。
控制器显示模块215(如图2所示)，由带有DSP主控芯片或者独立DSP芯片和显示屏组成，通过成像算法对数据再处理成像，该模块也可以交由数据分析与脑死亡评估系统功能中的成像模块与显示模块显示。
电源模块216，采用有线电源供电充电，移动电源储电。有外供电的情况下，有线电源供电，并给移动电源充电。突发情况或在急救车上可以用移动电源中的储电，最少能使整个系统工作两个小时以上。
报警模块217，与主控模块213相连接根据各种情况发出不同的语音提示。
在本发明实施例中，所述数据分析与脑死亡评估系统300包括：
数据处理模块310，与数据传输与存储模块214及脑死亡评估模块相连接，对控制与数据传输系统初步处理的光学数字信号进行处理，由空间分辨近红外光谱术或修正Beer-Lambert定律将光学数字信号转化为血液动力学参数。
脑死亡评估模块311，将血液动力学参数组合分析，并根据病人的情况综合分析，获得分析信息，并将结果传输到控制器显示模块215(如图2所示)，或者传输到成像模块312和显示模块313(如图3所示)。
成像模块312(如图3所示)，基于扩散光学近似或Monte Carlo获得光传输的逆问题得到血液动力学参数在脑部检测部位的分布图像。
显示模块313(如图3所示)，实时显示脑死亡评估模块得到的血液动力学参数和处理结果。
由于氧是生命活动必要的物质，非脑死亡病人的氧代谢正常，血氧饱和度处于平衡；脑死亡病人的代谢下降，甚至停止。于是可以针对不同个体通过检测大脑前庭的氧代谢来计算脑代谢指数，并且可以根据影响指数高低发出不同的警报提示。
下面举例给出三种光学信号采集系统的范式：
图4给出一个光学信号采集系统长方形排布方式，d1(两个光敏探测器之间的距离)的取值应在5mm～10mm之间，d2(光源与其周围的光敏探测器之间的距离)的取值应在15mm～45mm之间。
图5给出另一个光学信号采集系统长方形排布方式，d1(两个光敏探测器之间的距离)的取值应在5mm～10mm之间，d2(光源与其周围的光敏探测器之间的距离)的取值应在15mm～45mm之间，d3(两个光源之间的距离)的取值应在40mm～60mm之间。
图6给出一个光学信号采集系统椭圆形排布方式，d1(两个光敏探测器之间的距离)的取值应在5mm～10mm之间，d2(光源与其周围的光敏探测器之间的距离)的取值应在15mm～45mm之间。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于包括：
光学信号采集系统，向病人大脑发出近红外光并收集响应信号，将响应信号传输给所述控制与数据传输系统；
控制与数据传输系统，控制光学信号采集系统并将采集到的数据整合传输到数据分析与脑死亡评估系统；
数据分析与脑死亡评估系统，综合分析控制光学信号采集系统传来的人体光学信号，并将得到的结果显示。
2.根据权利要求1所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述光学信号采集系统与控制与数据传输系统采用有线方式连接在一起；所述控制与数据传输系统与数据分析与脑死亡评估系统通过有线方式或无线方式连接在一起。
3.根据权利要求1所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述光学信号采集系统由软板电路和柔性材料构成，所述软板电路由两个能发射不同波长近红外光的光源和能探测病人头部组织传输回来光的衰减变化的光敏探测器组成，所述光敏探测器分布在光源周围。
4.根据权利要求3所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述光学信号采集系统采用一个光源的长方形排布方式，或者采用二个光源的长方形排布方式，或者采用一个光源的椭圆形排布方式。
5.根据权利要求3所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述光源的波长在600～980nm范围内，所述光源中心与光敏探测器中心之间的距离为15mm～45mm。
6.根据权利要求5所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述光源的波长组合为700～750nm和800～850nm。
7.根据权利要求1至6任一项所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述控制与数据传输系统和数据分析与脑死亡评估系统集成在一台主机上，该主机包括：
光源驱动模块，根据用户提供的要求或系统设定，在控制模块的控制下驱动光源发出设定要求频率的多波长近红外光；
数据放大滤波模块，将从光学信号采集系统得到的光学信号转化成电信号，然后进行放大滤波；
A/D转换模块，将数据放大滤波模块放大滤波后的信号进行模数转换并传送给数据传输与存储模块；
主控模块，根据时钟模块提供的时钟，对控制与数据传输系统中的各个模块操作和模块间的数据传输进行控制；
数据传输与存储模块，进行数据存储并根据需求选择有线和无线传输方式与数据处理模块进行数据传输；
数据处理模块，对控制与数据传输系统初步处理的光学数字信号进行处理，将其转化为血液动力学参数；
脑死亡评估模块，将血液动力学参数组合分析，并根据病人的情况综合分析，获得分析信息，并将结果传输到控制器显示模块；
控制器显示模块，由带有DSP主控芯片或者独立DSP芯片和显示屏组成，通过成像算法对数据再处理成像；
电源模块，采用有线电源供电充电、移动电源储电方式为光学信号采集系统、控制与数据传输系统及数据分析与脑死亡评估系统供电。
8.根据权利要求7所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述主控模块还连接一能够根据各种情况发出不同的语音提示的报警模块。
9.根据权利要求1至6任一项所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述控制与数据传输系统作为主机，所述数据分析与脑死亡评估系统作为上位机，具体结构包括：
光源驱动模块，根据用户提供的要求或系统设定，在控制模块的控制下驱动光源发出设定要求频率的多波长近红外光；
数据放大滤波模块，将从光学信号采集系统得到的光学信号转化成电信号，然后进行放大滤波；
A/D转换模块，将数据放大滤波模块放大滤波后的信号进行模数转换并传送给主控模块；
主控模块，根据时钟模块提供的时钟，对控制与数据传输系统中的各个模块操作和模块间的数据传输进行控制；
数据传输与存储模块，进行数据存储并根据需求选择有线和无线传输方式与数据处理模块进行数据传输；
数据处理模块，对控制与数据传输系统初步处理的光学数字信号进行处理，将其转化为血液动力学参数；
脑死亡评估模块，将血液动力学参数组合分析，并根据病人的情况综合分析，获得分析信息，并将结果传输到成像模块和显示模块；
成像模块，基于扩散光学近似或Monte Carlo获得光传输的逆问题得到血液动力学参数在脑部检测部位的分布图像；
显示模块，实时显示脑死亡评估模块得到的血液动力学参数和处理结果；
电源模块，采用有线电源供电充电、移动电源储电方式为光学信号采集系统、控制与数据传输系统及数据分析与脑死亡评估系统供电。
10.根据权利要求9所述的非侵入式脑死亡检测评估仪器，其特征在于：所述主控模块还连接一能够根据各种情况发出不同的语音提示的报警模块。
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- 2017-11-29 CN CN201711222326.9A patent/CN107822618A/zh active Pending
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