CN109452944A - 基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统。该系统包括：荧光激发光源可激发毛细血管中荧光物质发光；长波通滤光片滤除激发光；光电传感器检测发射荧光信号并产生荧光脉搏波信号；放大器对荧光脉搏波模拟信号进行放大；低通、高通滤波器分别滤除环境中超过脉搏频率成分的干扰信号，及滤除组织或环境中恒定的不随血液流动变化的荧光信号；控制器储存A/D转换器传输的脉搏波数字信号；显示屏显示被放大后的脉搏波的信息。本申请基于荧光脉搏波，实时连续地检测血管中荧光物质的含量，从而获得血液中荧光物质的浓度和被机体代谢状况等信息，或监测到器官移植过程中组织器官的血液灌注情况，以评价器官存活状况。
Description
技术领域
本发明属于医学设备领域，涉及一种应用于外科手术中以实现辅助成像的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统。
背景技术
现有的一种无创脉搏血氧检测方法是采用光电脉搏技术通过朗伯比尔定律检测血红蛋白的吸收光情况，用以获得心率、脉搏等生理指标，同时实现血氧含量的无创检测。该方法以朗伯比尔定律为基础，选用不同波长的光测量吸光度，通过联立方程获得血液中各个成分的浓度血氧值。当光入射到人体组织，一部分被血液吸收，一部分被非血液成分吸收。由于非血液成分的厚度恒定，对光的吸收量保持不变，血液对光的吸收量随动脉波动呈周期性变化，因此，透射(漫反射)光强度也随动脉周期呈周期性变化。因透射(漫反射)光携带有血液成分的信息，因此，通过检测血液容量波动引起的漫反射光的变化，就可以消除非血液成分的影响，求得血氧饱和度SaO2。但是，这种血液血氧检测方法存在一定的计算误差，获得的血样饱和度数据准确性差。
现有的一种检测器官移植血液灌注情况的方法是通过光声成像系统获得局部组织供血情况。这种采用光声成像系统检测方法会对被检测部位进行限制，具有很大的操作局限性，检测成本高，且难以在临床中推广。
荧光探测是一种非常灵敏和有效的技术，它可广泛应用于物质结构探测和表面现象观察。荧光标记材料在长时间生命活动监测及活体示踪方面具有独特的应用优势，因此，荧光成像技术也越来越广泛地应用于医学领域中。
基于现有技术存在的不足，亟需提出一种能够实时连续检测血液中荧光物质的含量，成本低，灵敏度高的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，以获得血液中荧光物质浓度和被机体代谢状况等信息，或监测到器官移植过程中组织器官的血液灌注情况。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种低成本，高灵敏度，能够实时连续检测血液中荧光物质的含量的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，通过该检测系统检测到的血液中荧光物质含量来获得血液中荧光物质浓度和被机体代谢状况等信息，或监测到器官移植过程中组织器官的血液灌注情况。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案如下：
一种基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，所述检测系统包括：
荧光激发光源，可激发毛细血管中荧光物质发光；
长波通滤光片，用于滤除激发光；
光电传感装置，用于检测发射荧光信号并产生荧光脉搏波模拟信号；
放大器，其与光电传感装置连接，用于对所述荧光脉搏波模拟信号进行放大；
高通滤波器，其与放大器连接，用于滤除组织或环境中恒定的不随血液流动变化的荧光信号；
低通滤波器，其与高通滤波器连接，用于滤除环境中超过脉搏频率成分的干扰信号；
A/D转换器，其与低通滤波器连接，用于将荧光脉搏波模拟信号转换成脉搏波数字信号；
控制器，其与A/D转换器连接，用于接收并储存A/D转换器传输的脉搏波数字信号；
显示屏，其与控制器连接，用于显示脉搏波的信息。
优选的，所述荧光激发光源与光电传感装置均封装在指夹、耳夹、用于与患者皮肤紧密贴合的平面装置中的任一种装置内部。
优选的，所述光电传感装置的表面固定有长波通滤光片。
优选的，所述荧光激发光源为激发光二极管，所述激发光二极管通过不透明硅胶封装在指夹、耳夹、平面装置中的任一种装置内部的同一侧位置。
优选的，包括检测装置本体，所述放大器、高通滤波器、低通滤波器、A/D转换器和控制器均集成在所述检测装置本体的内部。
优选的，所述显示屏安装在所述检测装置本体的表面，或，所述显示屏通过无线数据传输方式与所述检测装置本体连接。
进一步的，还包括连接显示屏和控制器的无线数据传输模块，所述无线数据传输模块为蓝牙模块、WiFi模块、红外遥控模块、4G/3G模块中的任一种。
优选的，所述显示屏为安装在生理监测系统的显示屏。
优选的，所述控制器包括单片机，所述单片机通过数据线与A/D转换器连接，用于接收并储存A/D转换器传输的脉搏波数字信号。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明以脉搏波检测的形式排除外界环境光或血液以外组织中存在的荧光干扰，仅实时连续地检测血管中荧光物质的含量与存在情况，通过荧光物质的含量及存在情况获得血液中荧光物质的浓度和被机体代谢状况等信息，或监测到器官移植过程中组织器官的血液灌注情况，以评价器官存活状况。本发明的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统具有结构简单，成本低，灵敏度高，无创性等特点。
附图说明
图1是本发明优选实施方式提供的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统的结构组成图；
图2是本发明优选实施方式提供的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统的原理图。
附图中：
1、荧光激发光源；2、长波通滤光片；3、光电传感装置；4、放大器；5、低通滤波器；6、高通滤波器；7、A/D转换器；8、控制器；9、显示屏；10、指夹；11、检测装置本体。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
优选实施方式
本实施方式提供了一种基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，如图1和图2所示，该检测系统包括荧光激发光源1、长波通滤光片2、光电传感装置3、放大器4、低通滤波器5、高通滤波器6、A/D转换器7、控制器8和显示屏9等组成部分。
患者被注射荧光物质后，荧光激发光源1可激发毛细血管中荧光物质发光。长波通滤光片2可滤除激发光，仅让发射荧光传输至光电传感装置3中。由于血液随心动周期充盈组织，导致光电传感装置3可检测发射荧光信号并产生荧光脉搏波模拟信号。放大器4的输入端与光电传感装置3的输出端连接，可对荧光脉搏波模拟信号进行放大。高通滤波器6的输入端与放大器4的输出端连接，高通滤波器6可滤除组织或环境中可能存在的恒定的不随血液流动变化的荧光信号(恒定发光背景)。低通滤波器5的输入端与高通滤波器6的输出端连接，低通滤波器5可滤除环境中超过脉搏频率成分(例如，超过血液脉动信号的50Hz以上)的干扰信号，这里的干扰信号包括主要的工频干扰信号、以及振动、噪声干扰信号等)。A/D转换器7的输入端与低通滤波器5的输出端连接，A/D转换器7可将荧光脉搏波模拟信号转换成脉搏波数字信号。控制器8包单片机，单片机通过数据线与A/D转换器7连接，可接收并储存A/D转换器7传输的脉搏波数字信号。显示屏9与控制器7连接，用来显示被放大后的脉搏波的信息，从显示屏9上可看出脉搏波的波形、幅度以及脉率等特征信息，其中，脉搏波的幅度反映荧光物质的浓度信息。
为了使光电传感装置3仅检测到发射荧光信号，避免检测到激发光信号，将长波通滤光片2安装在光电传感装置3的表面，以分隔开光电传感装置3与荧光激发光源1，方便筛选出需要的荧光光谱和排除不需要的激发光等发光背景、噪音和干扰。长波通滤光片2可选择透过率高(透过率为95％以上)，截止好，抗强光，不脱膜的玻璃滤光片。
荧光激发光源1与上述固定有长波通滤光片2的光电传感装置3均被封装在指夹10(参见图1)、耳夹、用于与患者皮肤紧密贴合的平面装置中的任一种装置内部，当然还可以被封装在用来检测其他组织且具有两端的装置的内部。指夹10可夹于被测者手指末端指节，耳夹可夹于耳垂的两侧，平面装置可以为贴片或其他扁平状的贴合皮肤的测试装置。
具体的，以指夹10为例，荧光激发光源1与光电传感装置3可被封装在指夹10的同侧夹片内部，或者，二者被封装在指夹10的异侧夹片内部。以耳夹为例，荧光激发光源1与光电传感装置3可被封装在耳夹的同侧夹片内部，或者，二者被封装在耳夹的异侧夹片内部。以平面装置为例，荧光激发光源1与光电传感装置3被封装在平面装置(即，荧光激发光源1与光电传感装置3位于同侧)内。
在本实施方式中，荧光激发光源1选择激发光二极管，激发光二极管可通过不透明硅胶封装在指夹10、耳夹、平面装置中的任一种装置内部的同侧位置，也可通过不透明硅胶封装在指夹10、耳夹、用来检测其他组织且具有两端的装置的异侧位置。
本发明的检测系统包括检测装置本体11，放大器4、高通滤波器6、低通滤波器5、A/D转换器7和控制器8均集成在检测装置本体11的内部。显示屏9通过有线数据连接方式或无线数据连接方式与检测装置本体11连接。其中，显示屏9通过无线数据传输模块与控制器9的单片机连接，无线数据传输模块为蓝牙模块、WiFi模块、红外遥控模块、4G/3G模块中的任一种。
显示屏9可直接固定安装在检测装置本体11的表面，方便操作人员直接监测到脉搏波；或者，显示屏9安装在检测装置本体11外部的装置上，操作人员可在远距离处监测脉搏波。当显示屏9安装在检测装置本体11的外部时，可将显示屏9安装在生理监测系统(能够监测人体的血压、心率、体温等生理指标)上，增加了监测的生理指标，扩大了使用范围；进一步的，显示屏9即为生理监测系统的显示屏，无需在生理监测系统上单独再设置另一显示屏，不仅增加了监测的生理指标，扩大了使用范围，而且节省了空间，节约了成本，同时方便携带。
本发明的指夹10、耳夹等装置用于监测手术中注射至患者体内的荧光物质在患者血液中的浓度变化情况，为荧光成像效果提供参考，并用于评价患者对于荧光物质的代谢状况。本发明的平面装置可用于与移植器官(如皮肤)接触并指示器官血液灌注情况，用于评价器官存活状况。
本发明以脉搏波检测的形式排除外界环境光或血液以外组织中存在的荧光干扰，仅实时连续地检测血管中荧光物质的含量与存在情况，通过荧光物质的含量及存在情况获得血液中荧光物质的浓度和被机体代谢状况等信息，或监测到器官移植过程中组织器官的血液灌注情况，以评价器官存活状况。本发明的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统具有结构简单，成本低，灵敏度高，无创性等特点。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：
荧光激发光源(1)，可激发毛细血管中荧光物质发光；
长波通滤光片(2)，用于滤除激发光；
光电传感装置(3)，用于检测发射荧光信号并产生荧光脉搏波模拟信号；
放大器(4)，其与光电传感装置(3)连接，用于对所述荧光脉搏波模拟信号进行放大；
高通滤波器(6)，其与放大器(4)连接，用于滤除组织或环境中恒定的不随血液流动变化的荧光信号；
低通滤波器(5)，其与高通滤波器(6)连接，用于滤除环境中超过脉搏频率成分的干扰信号；
A/D转换器(7)，其与低通滤波器(5)连接，用于将荧光脉搏波模拟信号转换成脉搏波数字信号；
控制器(8)，其与A/D转换器(7)连接，用于接收并储存A/D转换器(7)传输的脉搏波数字信号；
显示屏(9)，其与控制器(8)连接，用于显示脉搏波的信息。
2.根据权利要求1所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：所述荧光激发光源(1)与光电传感装置(3)均封装在指夹(10)、耳夹、用于与患者皮肤紧密贴合的平面装置中的任一种装置内部。
3.根据权利要求2所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：所述光电传感装置(3)的表面固定有长波通滤光片(2)。
4.根据权利要求2所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：所述荧光激发光源(1)为激发光二极管，所述激发光二极管通过不透明硅胶封装在指夹(10)、耳夹、平面装置中的任一种装置内部的同一侧位置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：包括检测装置本体(11)，所述放大器(4)、高通滤波器(6)、低通滤波器(5)、A/D转换器(7)和控制器(8)均集成在所述检测装置本体(11)的内部。
6.根据权利要求5所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：所述显示屏(9)安装在所述检测装置本体(11)的表面，或，所述显示屏(9)通过无线数据传输方式与所述检测装置本体(11)连接。
7.根据权利要求6所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：还包括连接显示屏(9)和控制器(8)的无线数据传输模块，所述无线数据传输模块为蓝牙模块、WiFi模块、红外遥控模块、4G/3G模块中的任一种。
8.根据权利要求7所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：所述显示屏(9)为安装在生理监测系统的显示屏。
9.根据权利要求1所述的基于荧光脉搏波的血液荧光物质无创检测系统，其特征在于：所述控制器(8)包括单片机，所述单片机通过数据线与A/D转换器(7)连接，用于接收并储存A/D转换器(7)传输的脉搏波数字信号。
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