CN113288137A - 一种全脑域血氧检测探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全脑域血氧检测探头，包括主板和与所述主板电性连接的呈间隔设置的光源、第一传感器、第二传感器，所述主板、光源、第一传感器和第二传感器设置于硅胶壳体中，光源、第一传感器和第二传感器所对应的硅胶壳体的同一侧表面处分别设有向其外侧凸出的锥形凸起，每一个所述锥形凸起的端部分别设置一非球面的聚光透镜，聚光透镜所形成的焦点位于所述光源、第一传感器和第二传感器上。本发明在探头的光源和两传感器处分别设置了可以拨开头发的圆锥形凸起，并在圆锥形凸起端部设置聚光透镜，避免了由于探头压到头发而对光源或传感器造成干扰，可以在不剪掉头发的情况下对长有头发的头皮位置进行血氧饱和度监测，检测更便利、更准确。

Description

一种全脑域血氧检测探头

技术领域

本发明涉及人体血氧检测技术领域，具体涉及一种全脑域血氧检测探头。

背景技术

脑血氧饱和度反映的是脑组织中血液溶氧的能力，也就是在脑组织中含氧血红蛋白浓度相对于总血红蛋白的百分比。脑血氧饱和度的实时监测，可以为医护人员及时了解病患脑部状态提供关键信息。

1977年

发表文章论证了近红外光谱技术用以检测成年人强力呼吸时大脑皮层血氧变化的可行性，发现了血液中的还原血红蛋白和氧合血红蛋白分别在735nm和850nm处有两个吸收峰，利用该波长范围光强的变化可以反映组织中血红蛋白的载氧情况，从此开启了大脑血氧检测及成像的新领域，功能近红外光谱技术得到越来越多的研究和应用。在1985年，Brazy和Ferrari将功能近红外光谱技术首先应用于新生儿和脑血管病人的临床研究。1989年，日本滨松公司研发出第一台基于连续波技术的单通道近红外临床设备--NIRO-1000。但是直到1991年之前，功能近红外光谱技术仅能用于婴儿大脑皮层功能活动的检测，主要原因是当时采用的是透射光检测技术，而限于近红外光对人体组织的穿透能力，该技术还无法对深层组织进行检测。后来，光学理论的发展使人们利用光散射理论模型描述出了光子在人体组织中的基本运动规律，同时计算机技术的应用更加准确的确定了光子在人体组织中传播时的分布情况，从而开创了反射式扩散光学成像技术。与此同时，功能近红外成像设备的可检测通道数目也开始逐步增加，空间分辨率随之提高。1994年，日本的日立公司开发了10通道的功能近红外设备并于1998年实际用于临床。1999年，美国的TechEn公司也开始了功能近红外设备的开发。到2011年，美国的另一家NIRx医疗科技公司已经研发出了256通道的可穿戴功能近红外系统用于成人前额叶的血氧检测。作为新兴的医学影像方法，功能近红外光谱技术与目前已有的CT、MRI、PET、EEG和MEG等技术手段相比，不仅具有非常高的时间分辨率，而且作为一种非侵入式的检测技术，更为安全和可靠。

目前市面上的脑血氧探头由于头发对探头光源和传感器的遮挡，只能检测没有头发遮盖的，裸露的皮肤部位的血氧饱和度数值。如果临床需要对头皮部位的血氧饱和度进行监测，则需要将测试部位的头发剃除。

发明内容

本发明为了实现对头部全脑域的血氧饱和度检测，解决对有头发覆盖部位的血氧饱和度准确检测，避免头发对脑部血氧饱和度检测的影响，为此，本发明提供了一种全脑域血氧检测探头。

本发明采用如下技术方案：

一种全脑域血氧检测探头，所述探头包括主板和与所述主板电性连接的呈间隔设置的光源、第一传感器、第二传感器，所述主板、光源、第一传感器和第二传感器设置于硅胶壳体中，所述光源、第一传感器和第二传感器所对应的硅胶壳体的同一侧表面处分别设有向其外侧凸出的锥形凸起，每一个所述锥形凸起的端部分别设置一非球面的聚光透镜，所述聚光透镜所形成的焦点位于所述光源、第一传感器和第二传感器上。

进一步地，所述锥形凸起内部填充有透明的光学胶。

优选地，所述锥形凸起为圆锥形凸起，其由所述硅胶壳体向着外侧延伸而成，所述光源、第一传感器和第二传感器位于所述锥形凸起的底部中心位置。

更进一步地，所述聚光透镜的内侧面向着所述主板方向延伸，形成一导光柱，所述导光柱与所述主板和锥形凸起的内侧面所形成的空间内填充有透明的光学胶。

所述聚光透镜的端部受光面面积小于1mm²。

优选地，所述聚光透镜的端部受光面面积小于人的头发发根间隙。

所述探头的两端分别设有用于贯穿绑带的通孔，所述绑带包括竹炭纤维内层和弹性棉麻布外层。

本发明技术方案，具有如下优点：

A.本发明的全脑域血氧监测探头，在探头的光源、第一传感器和第二传感器对应的位置分别设置了凸出其侧面的锥形凸起，探头光源和两传感器处的圆锥形凸起能够拨开头皮上的头发，使探头的光源和传感器可以直接接触头皮，避免由于探头压到头发而对光源或传感器造成干扰，可以对头部任何区域进行全脑域的血氧饱和度监测，可以在不剪掉头发的情况下对长有头发的头皮位置进行血氧饱和度监测，检测更便利、更准确。

B.本发明在探头光源和两传感器处的圆锥形凸起处使用非球面聚光透镜与头皮(皮肤)接触，通过透镜的聚光效果以及锥形凸起内部光学胶与内壁形成的镜面反射作用，提高了光源处近红外光线的射出强度，加大了第一传感器和第二传感器接收的光的强度，大大提高近红外光线的通过率，降低光源的损耗，提高血氧的检测质量，保证血氧探头各传感器采集数据的一致性，提高血氧探头对全脑域血氧饱和度监测的性能。

C.本发明还在聚光透镜的内侧面向着主板1方向延伸形成一导光柱，导光柱具有类似光纤作用，将光限制在导光柱内部进行传播，进一步提高光源的利用率。

D.本发明所提供的检测探头可以配合脑氧监测头盔、脑氧检测头带等辅助产品进行配合使用，对多脑域的血氧饱和度进行监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的第一种实施例的脑血氧检测探头检测原理图；

图2为本发明所提供的脑血氧检测探头整体结构图；

图3为本发明所提供的第一种实施例的脑血氧检测探头截面示意图；

图4为本发明所提供的第二种实施例的脑血氧检测探头检测原理图；

图5为本发明所提供的第二种实施例的脑血氧检测探头截面示意图；

图6为本发明与常规检测探头在同一位被试者同时检测到的电压关系。

图中标识如下：

1-主板；2-光源；3-第一传感器；4-第二传感器；5-硅胶壳体；6-锥形凸起；7-聚光透镜；8-光学胶；9-导光柱；10-头发；20-绑带；30-通孔；40-头皮；50-脑组织。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供了一种全脑域血氧检测探头，包括绑带20、主板1和与主板1电性连接的呈间隔设置的光源2、第一传感器3、第二传感器4，主板1、光源2、第一传感器3和第二传感器4设置于硅胶壳体5中，光源2、第一传感器3和第二传感器4所对应的硅胶壳体5的同一侧表面处分别设有向其外侧凸出的锥形凸起6，每一个锥形凸起6的端部分别设置一非球面的聚光透镜7，聚光透镜7所形成的焦点位于光源2、第一传感器3和第二传感器4上。这里所采用的锥形凸起6的高度等于所选聚光透镜7的焦距。设置在探头光源、第一传感器3和第二传感器4处的锥形凸起6可以拨开对长有头发的头皮位置进行血氧饱和度监测，实现无创、实时的脑血氧饱和度监测；采用柔性的硅胶材质制作，可以完美贴合头部不同区域的皮肤。

进一步优选的，还可以在锥形凸起6内部填充透明的光学胶8，本发明中的聚光透镜7采用的是凸透镜，能起到聚光作用，在探头的锥形凸起6的内壁与内部填充的光学胶水会产生镜面效果，可以反射光源产生的或传入探头的第一传感器3和第二传感器4位置的近红外光线，保证近红外光线在探头内的有效传导。

本发明中所采用的锥形凸起6优选为圆锥形凸起，其由硅胶壳体5向着外侧延伸而成，光源2、第一传感器3和第二传感器4位于圆锥形凸起6的底部中心位置。

如图1所示，光线在圆锥形内壁的反射和透镜的聚光作用下，将光源2产生的光进行聚集，提高光源2使用效率。同时，第一传感器3上的聚光透镜7和第二传感器4上的聚光透镜7能够将从脑组织50、头皮40各个方向反射回来的光线聚焦到第一传感器3和第二传感器4的表面，提高第一传感器3和第二传感器4接收光的强度，进而提高探头检测血氧饱和度的性能。

本发明中所采用探头的聚光透镜为φ3mm，焦距2mm非球面凸透镜，当然还可以根据不同光源、传感器的尺寸选配不同直径、焦距的聚光透镜。聚光透镜的受光面积(漏出探头部分)约为1mm²，一般人发根间距大概在0.5-1.5mm左右，本发明采用探头为1mm²的受光面积可以满足大部分人的需求，当然还可以采用小于1mm²的受光面积，使得聚光透镜7的端部受光面面积小于人的头发10发根间隙。

通过在探头的光源和两传感器位置设置圆锥形凸起，圆锥形凸起为相对头发摩擦力较大的硅胶材质，将探头放到头皮上轻轻来回移动几次可以有效将头发拨开，使聚光透镜避开头发直接与头皮接触，避免头部发丝遮挡第一传感器和第二传感器，并通过圆锥形凸起的内壁对光线的反射作用，聚光透镜的聚光作用提高了光源处近红外光线的射出强度，加大了第一传感器和第二传感器接收的光的强度，保证血氧探头各传感器采集数据的一致性，提高血氧探头对全脑域血氧饱和度监测的性能。

如图4和图5所示，本发明还可以进一步提升聚光透镜7的聚光能力，聚光透镜7的内侧面向着主板1方向延伸，形成一导光柱9，导光柱9与主板1和锥形凸起6的内侧面所形成的空间内填充有透明的光学胶8，将聚光透镜7向着内侧进行延伸，直接将聚光后的光线导入或导出，进一步提高近红外光线的通过率，如图4中的光线走向，可以清楚地看出导光柱9所起到的作用，导光柱9能够起到类似光纤的作用，将光限制在导光柱内部进行传播，进一步的提高光源的利用率。

本发明所提供的检测探头可以配合脑氧监测头盔、脑氧检测头带等辅助产品进行配合使用，对多脑域的血氧饱和度进行监测，在探头的两端各有一个通孔30，可以使探头的绑带20从通孔30内穿过，探头可以在绑带20任意位置停留，以便将探头通过绑带20固定到头部任意脑域。绑带20内层为竹炭纤维，外层为弹性棉麻布，保证头带在佩戴过程中的舒适性。

图6所示为本发明探头与常规探头在同一位被试者同时检测到的电压关系：图中最下面的两条曲线为一通道和二通道的常规探头检测到的曲线，上面两条曲线是本发明探头检测到的曲线。通过数据可以看出，本发明探头所检测到的电压值明显高于常规探头电压值。因此，本发明通过透镜的聚光效果以及锥形凸起内部光学胶与内壁形成的镜面反射作用，提高了光源处近红外光线的射出强度，加大了第一传感器和第二传感器接收的光的强度，大大提高近红外光线的通过率，降低光源的损耗，提高血氧的检测质量，保证血氧探头各传感器采集数据的一致性，提高血氧探头对全脑域血氧饱和度监测的性能。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种全脑域血氧检测探头，所述探头包括主板(1)和与所述主板(1)电性连接的呈间隔设置的光源(2)、第一传感器(3)、第二传感器(4)，所述主板(1)、光源(2)、第一传感器(3)和第二传感器(4)设置于硅胶壳体(5)中，其特征在于，所述光源(2)、第一传感器(3)和第二传感器(4)所对应的硅胶壳体(5)的同一侧表面处分别设有向其外侧凸出的锥形凸起(6)，所述每一个所述锥形凸起(6)的端部分别设置一非球面的聚光透镜(7)，所述聚光透镜(7)所形成的焦点位于所述光源(2)、第一传感器(3)和第二传感器(4)上。

2.根据权利要求1所述的全脑域血氧检测探头，其特征在于，所述锥形凸起(6)内部填充有透明的光学胶(8)。

3.根据权利要求2所述的全脑域血氧检测探头，其特征在于，所述锥形凸起(6)为圆锥形凸起，其由所述硅胶壳体(5)向着外侧延伸而成，所述光源(2)、第一传感器(3)和第二传感器(4)位于所述锥形凸起(6)的底部中心位置。

4.根据权利要求3所述的全脑域血氧检测探头，其特征在于，所述聚光透镜(7)的内侧面向着所述主板(1)方向延伸，形成一导光柱(9)，所述导光柱(9)与所述主板(1)和锥形凸起(6)的内侧面所形成的空间内填充有透明的光学胶(8)。

5.根据权利要求1所述的全脑域血氧检测探头，其特征在于，所述聚光透镜(7)的端部受光面面积小于1mm²。

6.根据权利要求4所述的全脑域血氧检测探头，其特征在于，所述聚光透镜(7)的端部受光面面积小于人的头发(10)发根间隙。

7.根据权利要求1-6任一所述的全脑域血氧检测探头，其特征在于，所述探头的两端分别设有用于贯穿绑带(20)的通孔(30)，所述绑带(20)包括竹炭纤维内层和弹性棉麻布外层。

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