CN204379247U - 一种手持式近红外脑血肿检伤装置 - Google Patents

Abstract

一种手持式近红外脑血肿检伤装置，包括含有光源探头和探测器探头的检测仪本体，还包括一可沿检测仪本体下部滑动导向柱移动的遮光罩，以使检测时遮光罩覆盖光源探头和探测器探头与头部曲面接触形成暗室；本实用新型中所用光源探头和探测器探头为弹性探头机构，包括有屏蔽罩、安装座、弹簧以及锥形座和光纤探头，使用中具备独立的上下弹性运动能力,可适应头部不同曲面状；本实用新型还集成了光源模块、探测器模块及光纤/光源耦合、光纤/探测器的滤光与耦合，实现了探头耗材小成本便捷更换。

Description

一种手持式近红外脑血肿检伤装置

技术领域

本实用新型属于生物光学探测装置，涉及一种手持式近红外脑血肿检伤装置。

背景技术

在战时、训练、事故、灾害等战现场，不可避免地存在由于爆炸、跌落及冲击等力学因素，作用于人体大脑形成损伤出血，导致形成致命的颅内血肿。据统计，战争中死亡的战士有近50％是因为头部受伤所导致。而在平时，因事故、车祸、灾害造成的颅脑损伤已成为继肿瘤、心脑血管病之后占第二位导致死亡的病因。

外伤性脑血肿的救治关键在于及时准确检测、对症处置并快速后送。尤其是在伤后l小时的黄金时间段。然而，由于缺乏能在现场进行的客观可靠的检测脑血肿手段，不能有针对性地对脑血肿伤员进行救治及后送，使许多伤员丧失了最佳的救治时机。

目前，能够对脑血肿进行准确检测的是计算机断层扫描技术(CT)，被称为诊断颅内血肿的“金标准”。然而，CT设备昂贵且很难用于院前现场，且其在农村、社区、偏远地区小医疗机构也不普及，使用上受到很大限制；另外，CT并不适用于对伤员脑出血情况进行连续检测。另外，也不能对无法移动的伤员、迟发性脑出血以及脑部手术后出血情况的高频度进行检测。因此，需要一种便携、可持续检测脑血肿的医疗仪器。

目前，基于近红外光可轻易穿透皮肤、颅骨等组织及其对颅内出血的敏感性原理，已出现采用近红外检测技术设计的便携式脑血肿检测仪器。

美国专利文献US8060189公开了一种近红外脑血肿探测系统，其商业化产品分别为Inftrascanner1000/2000型脑血肿扫描仪。其中1000型为分体式设计，由探测器及PDA组成，两者由蓝牙联接。2000型为新一代装备，为一体式设计。探测器的底座上安装有近红外光源、近红外检测器及光纤探头，然而其两个光纤探头不能独立运动，或光纤探头固定在一体积较大的探头罩上，两探头无弹性，不能适合人体头部的曲面三维形状，无法控制测量力度，导致测量误差的增加，更换时存在与成本高的探头罩整体抛弃的浪费，且携带量受限；无论是1000型还是2000型，均无可靠的遮光设计，无法屏蔽对测量结果影响巨大的外界环境光线，导致在室外或室内强环境光线下测量误差增加。目前已商用的Infrascanner Model 1000主要参数(来自FDA认证文件)为：测量深度：表皮下3.5cm；最小可检测到出血量3.5ml；检测灵敏度88％，特异性90.7％；检测时间3min。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可在院前及战现场无CT条件下实现对伤员脑血肿的快速检伤的手持式装置，其特点是便携、无创、快速，准确且不需要任何试剂。

本实用新型采用以下技术方案：

一种手持式近红外脑血肿检伤装置，包括含有光源探头和探测器探头的检测仪本体，还包括一遮光罩，其中，所述检测仪本体下部设滑动导向柱，遮光罩由深色遮光软质材料成型，为向下敞口的罩体，套装在检测仪本体外，遮光罩内侧上部设有与滑动导向柱形状与尺寸相匹配的滑动面以套接滑动导向柱使遮光罩与检测仪本体实现相对运动。

以上所述装置，检测仪本体外部为便于握持的中空壳体，壳体下段一定长度的滑动导向柱外沿尺寸略小于壳体上段外周尺寸，以限制遮光罩上移距离；壳体最底端安装有底座，底座尺寸略大于滑动导向柱的外周尺寸以限制遮光罩的下移尺寸；底座装配有向下伸出的光源探头和探测器探头。

所述装置中，遮光罩沿导向柱可移动距离内上下运动时，遮光罩的长度设计为：使其在滑动导向柱的最上端时未遮挡光源探头和探测器探头，同时使其移动至滑动导向柱的最下端时可完全超过两探头，并与头部曲面接触形成暗室。

所述装置中，检测仪本体内部装配有垂直于底座的两块平行的控制电路板即左控制电路板和右控制电路板，装有电池的电池仓室，电池两极连入控制电路板；光源探头和探测器探头分布与底座连接且探头尖端向下伸出底座。

所述装置中，左控制电路板、右控制电路板、电池仓室、及光源探头和探测器探头的上段均被封闭在壳体和底座围成的空间内，光源探头和探测器探头两尖端之间最优距离为3-5cm，电池、电路板和探头上段电连接。

所述装置中，所述光源探头和探测器探头为弹性探头机构；该弹性探头机构包括有屏蔽罩、安装座、弹簧以及锥形座和光纤探头，其中：

屏蔽罩为带侧敞开面的圆柱腔体，其上端开设通孔用于引出安装座内装设的光电元件的供电及控制线，下端设外凸的底用以与底座固定，屏蔽罩底端和底座相对位置均设有开口；

安装座为台阶状中空柱，轴向套装在屏蔽罩的空腔内并下部穿过底座，安装座设有台阶凸筋，其最大外径与屏蔽罩内径相等，下部最小外径与底座的开口相等以使安装座能够固定安装在底座上；

安装座上端相对开有两个一定长度长孔，其台阶凸筋上部设有台阶，台阶上套设弹簧，弹簧的下部抵住安装座设计台阶凸筋，其自由长度大于长孔长度；

锥形座固定安装在安装座的底端，其具有纵向安装孔；

光纤探头穿插在光纤探头安装孔中，安装在在安装座的底端。

所述装置中，安装座为向下尺寸缩小的台阶状中空柱，轴向套装在屏蔽罩的空腔内并下部穿过底座的开口，安装座设计台阶凸筋，其最大外径与屏蔽罩内径相等，下部最小外径与底座的开口相等，以将安装座固定安装在底座上；

安装座在上端相对开有两个纵向有一定长度的长孔，其台阶凸筋上部设有台阶，台阶上套设弹簧，弹簧的下部抵住安装座设计台阶凸筋，其自由长度高于长孔的最下端；屏蔽罩的相应位置也开有螺孔，弹簧下部抵住安装座的台阶凸筋，安装时以工具或手临时将弹簧上部压缩到安装座的长孔最上端以下，并可预留出螺钉旋入的空间，用长度可伸入长孔2-4mm的螺钉从屏蔽罩螺孔旋入安装座长孔中，屏蔽罩螺孔的高原设计正好使螺钉旋入后位于安装座的长孔最上端，螺钉将压迫弹簧使弹簧具有一定的预弹性，安装座顶部与屏蔽罩的顶部之间有一移动距离实现安装座弹性地上下移动一定距离。

所述装置中，用于安装光源探头的安装座内由上至下装设有LD光源模块和准直透镜,准直透镜与LD光源模块下端的距离为1-4mm；或，用于安装探测器探头的安装座内由上至下装配有精密光电二极管和滤光片,光纤探头的上端与滤光片紧贴安装。

所述装置中，所述锥形座内部纵向通孔为光纤探头安装孔，在其柱面部分下部设两个横向向内渐缩的中心孔，中心孔内分别由内至外安装钢珠、弹簧及顶丝；

所述光纤探头由光纤探头座、光纤保护管和光纤组成为一整体，光纤穿设于光纤保护管内，光纤前端为半球面并略向前伸出光纤保护管，光纤盒光纤保护管固定在光纤座内。

所述装置中，所述壳体最顶端设显示模块，电池仓盖、电源开关及功能按键固定在壳体侧面适于操作或观看的位置；

检测仪本体中左控制电路板、右控制电路板、显示模块、电源开关、功能按键、LD光源模块、精密光电二极管、电池等部件电连接形成电路控制系统，其中右控制电路板实现系统的主要控制功能，包括对电源开关、功能按键的状态进行检测，对LD光源模块、显示模块等进行控制；左控制电路板主要实现供电及对精密光电二极管测量数据采集，左控制电路板的DC/DC芯片与电池连接，信号放大电路与精密光电二极管连接，将精密光电二极管微弱电流信号的放大并将其转换为电压信号；AD采样芯片与信号放大电路连接，将放大电路的模拟信号转换为数字信号，并将信号发送给右控制电路板。

采用以上设计，本实用新型以相对简单可靠的结构与设计实现了近红外光检测脑血肿伤员的功能；其主要特点为：

1.集成式光纤探头，可同时实现以下功能：

●光源探头及探测器探头独立弹性运动，可适应头部不同曲面状；

●设计可对内部电路实现电磁屏蔽的结构，使检测仪避免受外界干扰。

●集成了光源模块、探测器模块及光纤/光源耦合、光纤/探测器的滤光与耦合。

●实现了探头耗材小成本便捷更换。

2.设计了可上下滑动的遮光罩

检测伤员时遮光罩在上方，检测人员可准确判断光纤探头与伤员头皮的接触情况，确认光纤探头与伤员头皮接触后，再向下推动遮光罩，遮光罩与伤员头部曲面形成暗室，遮挡外部光线进入，防止室外或室内强光等外界光线干扰测量。

附图说明

图1A是本实用新型近红外脑血肿检测仪构成及外观示意图。

图1B为近红外脑血肿检测仪中遮光罩沿箭头方向运动示意图。

图1C为遮光罩结构组成示意图

图2A和图2B为检测仪本体1的外部构成示意图。

图3A和图3B为检测仪本体1的内部构成示意图。

图3C为检测仪本体1底座与探头位置与连接图。

图4A为本实用新型中弹性探头机构的结构图。

图4B为弹性探头机构去掉屏蔽罩及弹簧后结构示意图(进一步说明弹性探头机构结构的示意图)。

图4C为弹性探头机构运动示意图。

图5A为本实用新型中可更换光纤探头结构的示意图。

图5B为锥形安装座结构示意图。

图5C为本实用新型中光纤探头与锥形安装座配合安装结构图。

图5D为本实用新型中光纤探头结构图。

图6A显示光源探头的光电元件。

图6B显示探测器探头的光电元件。

图7为本实用新型近红外脑血肿检测仪的电路控制图。

图8为本实用新型近红外脑血肿检测仪测量流程图。

图9A为通常检测中光源光功率与时间的关系图。

图9B为本实用新型检测中光源光功率与时间的关系图。

具体实施方式

近红外手持式脑血肿检伤仪主要用于院前、战现场等无CT情况下使用，可早期快速检测外伤性脑血肿，包括额叶、颞叶、顶叶及枕叶颅脑部位硬膜内、硬膜下、蛛网膜及脑皮质血肿，使脑血肿伤员得到及时的救治。

其技术原理：波长600-900nm的近红外光对皮肤、颅骨有良好的穿透性，基于颅内血肿与非血肿部位对近红外光吸收系数差异(通常达10倍以上)，通过比较伤员脑部对称部位对近红外光的吸收特性，判定颅内血肿风险。

$\mathrm{\ΔOD}={\log }_{10}\left(\frac{I_N}{I_H}\right)$

其中，ΔOD为两侧光密度差，I_N为正常侧光密度,I_H为血肿侧光密度。

本实用新型利用该原理设计了新型近红外手持式脑血肿检伤仪。下面结合附图给出的实施例说明本实用新型的具体构成、工作原理和检测过程。

图1A和图1B显示了本实用新型近红外脑血肿检测仪构成图，其包括检测仪本体1和遮光罩2(见图1B)两部分，其中，检测仪本体1外观为便于握持的人体工程学设计，在其下端设有供遮光罩2下行外围尺寸略小的一段滑动导向柱14(结合图2A所示)；遮光罩2由深色遮光软质材料如硅胶、橡胶或其它类似材料成型，其套装在检测仪本体1下部滑动导向柱14外，遮光罩2内侧上部设有与滑动导向柱14形状与尺寸相匹配的滑动副，如图1C所示，例如，遮光罩2内侧设计有与滑动导向柱14尺寸外形相配合的滑动部件21，该滑动部件21由尼龙或其它摩擦阻力小的高分子材料成型，表面光滑，一端可嵌入遮光罩2的软质罩体22设计的槽中，另一端卡套在滑动导向柱14外缘，在滑动时与滑动导向柱14接触易于相对运动，使遮光罩2可沿检测仪本体1的滑动导向柱14移动一距离；当遮光罩2向下移动到检测仪本体1的底座15(图2A所示)处时，结合图1B所示，由于底座15外沿设计突出于滑动导向柱14，挡住遮光罩2不能再向下移动，形成一定的移动距离：当遮光罩2上移至距离的最上端时(检测仪本体1上段尺寸略大于滑动导向柱14外围尺寸阻挡遮光罩2继续上移)，使可露出检测仪本体1前端的探头18、19(结合图2A所示)，方便测量者判断在测量时是否与伤员的头皮接触；当遮光罩2下移至距离的最下端时(底座15外沿设计突出于滑动导向柱14，挡住遮光罩2不能再向下移动)，其移动距离设计使遮光罩2的软质罩体22下沿超过探头18、19，以便于在探头与头部曲面接触的同时，遮光罩2与头部共同形成局部暗室，可阻挡外部光线进入探头，减少外界光线对检测的影响。

图2A和图2B显示了检测仪本体1的外部构成。其包括一由高分子材料(如ABS、PVC等)材料注塑而成、形状便于握持的中空壳体12，壳体最顶端固定显示模块11，电池仓盖13、电源开关16及功能按键17等功能部分通过卡扣及螺纹固定在壳体侧面适于操作或观看的位置，壳体12下部延伸出外周尺寸略小于壳体12的滑动导向柱14，壳体12最底端安装有底座15，底座15外沿尺寸略大于滑动导向柱14的外周尺寸，底座15装配有向下伸出的光源探头18和探测器探头19。

图3A和图3B显示了检测仪本体1的内部构成，包括通过插接与螺纹连接的与底座15紧固且垂直与底座的两块平行的控制电路板，即左控制电路板31和右控制电路板32，左控制电路板31和右控制电路板32平行边的一侧垂向可设电池仓室33，其中装设2AA电池，由设于外部对应位置的电池仓盖13取放电池，电池两极连入电路板，所有电路系统均通过标准插接头通电连接，通过2AA电池供电(电池供电通过控制电路板上的电源管理芯片形成稳定的±12V，+5V，+3V分别对各个模块进行供电)。光源探头18和探测器探头19分布安装在左控制电路板31和右控制电路板32中间且与底座15连接，结合图3C，光源探头18、探测器探头19有螺纹安装孔，通过螺钉固定与底座15固定连接，探头尖端(参见图3C)向下伸出底座15，且光源探头18和探测器探头19两尖端之间最优距离为3-5cm。装配时，左控制电路板31、右控制电路板32、电池仓室33、及光源探头18和探测器探头19的上段均被封闭在壳体12和底座15围成的空间内，电池、电路板和探头之间电连接，如此形成检测仪本体1。

本实用新型中，光源探头18和探测器探头19最优设计成弹性探头机构。

图4A，4B，4C以光源探头18为例说明该弹性探头机构的构成。光源探头18包括有屏蔽罩181、安装座182、弹簧183以及锥形座184和光纤探头185，其中，屏蔽罩181为带侧敞开面的圆柱腔体(参见图3C和图4A)，由铝、铜、钢等金属材料制成(可对内部电路实现电磁屏蔽，使检测仪避免受外界干扰)，其上端开设通孔用于引出安装座182内装设的光电元件的供电及控制线，下端设外凸的底用以与底座15固定，屏蔽罩181底端和底座15相对位置均有开口。安装座182为向下尺寸缩小的台阶状中空柱，轴向套装在屏蔽罩181的空腔内并下部穿过底座15的开口，安装座182设计台阶凸筋，其最大外径与屏蔽罩181内径相等，下部最小外径与底座15的开口相等，两处配合设计为安装座182提供了运动导向，如此安装座182能够固定安装在底座15上。安装座182在上端相对开有两个纵向有一定长度的长孔1821，其台阶凸筋上部设有台阶，台阶上套设弹簧183，弹簧183的下部抵住安装座182设计台阶凸筋，其自由长度高于长孔1821的最下端。屏蔽罩181的相应位置也开有螺孔188，安装时首先将弹簧183压缩到安装座182的长孔1821高度以下，使用长度可穿入两长孔1821且伸入其中2-4mm的螺钉186从屏蔽罩181螺孔188旋入安装座182上端长孔1821中，由于弹簧183的下部抵住安装座182设计台阶凸筋，上端螺钉186压迫弹簧183使弹簧183具有一定的预弹性，安装座182顶部与屏蔽罩181的顶部之间有一距离成为“移动距离d”(图4C)，可实现安装座182弹性地上下移动一定的距离。另外，使用长度可伸入两长孔1821的2-4mm的螺钉186可同时防止安装座182与屏蔽罩181的旋转运动，该旋转运动可能导致安装座182内部引线的损坏(参见图6A，针对光源器探头18的安装座里面由上至下装设有LD光源模块186和准直透镜188；针对探测器探头19的安装座内由上至下装配有精密光电二极管191和滤光片192，参见图6B)。

同样，探测器探头19通过同样的方式具备独立的上下弹性运动能力。

继续结合图5A、图5B、图5C及图5D所示，显示了本实用新型可更换光纤探头结构：锥形座184通过粘接或螺纹连接的方式安装在在安装座182的底端，图5B显示锥形座184内部纵向设有通孔，作为光纤探头185的光纤探头安装孔1845，安装方向为自下而上(图5C显示安装过程)。锥形座184在柱面部分下部开有两个横向长孔，长孔的内孔为向内渐缩的中心孔1841，孔内分别由内至外安装钢珠1843、弹簧1844及顶丝1842三个部件，由于中心孔1841的最小孔径设计小于钢珠1843的直径，用顶丝1842预紧后钢珠1843在中心孔1841内弹性突出，光纤探头185穿插在光纤探头安装孔中1845。本实用新型通过更换光纤探头结构实现了光纤探头耗材的更换。当光纤探头185插入时，其上部设计的凹槽可与可与锥形座184的中心孔1841中的向安装孔1845内弹性突出的钢珠1843配合，使光纤探头185位置固定于锥形座184内，不会掉出，更换方便，同时可以完成光传导功能。当检测完毕一名伤员后，可方便用手向下施力拔出光纤探头185，更换新的光纤探头185。

继续结合图5D所示，光纤探头185由三部分组成，光纤探头座1851与光纤保护管1852及光纤1853粘接或一次成型，可整体作为耗材更换；光纤保护管1852为金属或其它材料制成，可对光纤1853进行有效的保护，并防止光线在两探头之间直接传播，导致测量失败；光纤1853与人体接触部分(最底端)设计为半球面以减少与人头部皮肤接触时的不舒适感。该设计的光纤探头185结构简单性能可靠，且制造成本与工艺难度很低，保证了其成为可抛弃的低值耗材。

本实用新型涉及的光源探头18、探测器探头19均可采用如图5D所示相同的光纤探头185，这样光源探头18和探测器探头19可方便无区分的更换光纤探头185。

本实用新型中，图6A显示了光源探头18的光学元件。安装座182中装设的光源模块186为LD光源模块(内部包括LD激光器、模块安装座及控制电路)，LD光源模块通过螺纹可旋入安装座182(参见图5A和图5B)中，准直透镜188也通过螺纹从下方旋入安装座182中，其与光源模块186下端的距离为1-4mm。LD光源模块186发出的808nm的近红外光通过准直透镜188后耦合到光纤探头185上端面，由光纤探头中的光纤1853导出(如图6A箭头方向)，实现光源光路的功能。

图6B显示了探测器探头19的光学元件。在安装座182中，上部有精密光电二极管191(自带初级运算放大电路)，其正下方安装滤光片192，光纤探头185的上端与滤光片192紧贴安装以保证光的耦合效率。从脑组织中散射返回的光(如图6B箭头方向)通过光纤探头185中的光纤1853导入，由滤光片192过滤掉其中绝大部分非808nm红外光以减少外界光线的干扰，耦合进入精密光电二极管191中，实现检测光路的功能。通过电路控制系统(后面详述)将精密光电二极管191采集的光信号转换为电信号通过引线从屏蔽罩181上端通孔中引出至显示模块11。

本实用新型的电路控制系统见图7，包括左控制电路板31、右控制电路板32、显示模块11、电源开关16、功能按键17、LD光源模块186、精密光电二极管191、电池等部件，各部件连接关系如图7所示，图中箭头方向为数据或信号流向。右控制电路板32实现系统的主要控制功能，包括对电源开关16、功能按键17的状态进行检测，对LD光源模块186、显示模块11等进行控制；左控制电路板31主要实现供电及对精密光电二极管191测量数据采集。

其中：左控制电路板31主要由已知的DC/DC芯片、信号放大电路、AD采样芯片构成。DC/DC芯片与电池连接，将2节5号干电池的2-3V电压转换为电路系统所需的稳定的3.3V、5V、±12V电压，向系统供电，所有电路系统元件均通过标准插接头通电连接。信号放大电路与精密光电二极管191连接，主要实现精密光电二极管191微弱电流信号的放大，将其转换为电压信号；AD采样芯片与信号放大电路连接，将放大电路的模拟信号转换为数字信号，并将信号发送给右控制电路板32。

这里，信号放大电路通常要包含两级以上。一种实现方式下，设计两级放大电路，初级放大电路将精密光电二极管191的微弱电流信号变换为mV级电压信号，第二级放大电路再将该信号进一步放大。由于精密光电二极管191的测量信号受颅骨厚度、头发疏密程度等影响，使得测量信号个体差异巨大，为满足动态测量要求，设计第二级放大电路能实现放大增益的动态调整(具体调整方法下文详述)。在另一种实现方式下，还可以设计第三级放大电路，目的在于可在该级放大电路上实现信号的滤波。初级放大电路一般选用专门针对光电二极管信号处理的放大电路芯片，如OPA128等，第二、第三级放大电路可选用通用的放大器实现。

AD采样芯片选取上应注意采样频率(通常不小于1MHz)，测量精度最低为10位，一种实现方式可选取AD7960。

右控制电路板32主要由单片机系统构成，一种实现方式可采用51系列单片机，如C8051F330，其接口丰富，有UART串口可方便与显示模块11连接，有SPI串口可方便和左控制电路板31的AD采样芯片连接，数字I/O口分别与电源开关16、功能按键17和LD光源模块186连接，可实现电源开关与功能按键的检测以及LD光源模块的控制。

单片机中装载有：1)公知的光密度测量算法，该算法是根据光电二极管191的灵敏度、电路放大倍数、AD采样的数模对应关系确定测量到的光功率，然后对该光功率取以10为底的对数得到光密度；

2)预设的检测点顺序程序，该顺序预设为左额叶LF/右额叶RF，LT左颞叶/右颞叶RT，左顶叶LP/右顶叶RP，左枕叶LO/右枕叶RO的顺序，功能按键17的按动次数对应测量点的顺序实现逐点测量各位置下的光密度；

3)LD光源模块186的开关程序，LD光源模块调制为宽度为10ms的脉冲，脉冲间隔约167ms，则在采样的过程中开启光源，其它时间光源处于关闭状态。

4)LD光源的输出功率与电路的放大倍数调整程序：光源功率可设置为2个功率档，对应不同的光功率，例如可设置功率档1、2分别对应100％、20％的光源最大输出功率。测量电路的放大倍数可通过采用可调整放大倍数的运放放大器来实现，通常将放大倍数的调整设置在放大电路的最后一级放大器上，采用3个档位，最后一级的放大倍数可设置为1、10、100。光功率与放大倍数有9个组合，程序控制这9个组合按照固定的顺序逐个检测测量点，获取数据。最终选取的数据是在检测电路测量范围的10％-70％的数据。

精密光电二极管191：应选取暗电流小(通常情况下要小于30pA)且测量频带较宽(带宽大于1KHz)的芯片，芯片在800nm左右的近红外区测量灵敏度在0.5A/W，一种实现方式可选择滨淞光学的S2386。

LD光源模块186：选择脉冲调制的LD模块，LD光源的调制频率应该大于10KHz(有别于现有的连续光脑血肿检测设备，现有设备频率接近100Hz)，本实用新型采用脉冲调制的LD作为光源，配合优化的LD光源控制方式(由单片机控制脉冲式开关)与精密光电二极管数据采样，可实现低光源平均功率下的测量，其优点是在保证同样的测量灵敏度下使测量所需的光功率最小，从而大大降低了测量的风险性。LD光源模块186包含了驱动LD的恒流源电路，并可实现通过调整电阻或电压来控制输出光功率。在一种实现方式下LD恒流源电路可采取芯片TCA62723实现。

显示模块11：主要实现测量过程中测量位置的提示、测量结果的显示等功能。在一种实现方式下，显示模块可采取LED屏幕，其特点是功耗低；在另一种实现方式下，显示模块可采取数码管，其特点是显示直观、实现简单；在另一种实现方式下，显示模块可采取点阵LCD屏幕，其特点是显示内容丰富。

将以上设计的各部件装配得到本实用新型近红外脑血肿检测仪。

使用该近红外脑血肿检测仪进行检测，具体流程参见图8。过程包括：

(1)被检人员以坐姿或卧姿接受检查，检测前应清理头部污物；

(2)按电源开关16打开检测仪；

(3)装配光源探头18和探测器探头19的光纤探头185；

(4)用手拨开检测位置头发，露出头皮，将光纤探头185贴住头皮(光源探头18和探测器探头19位于检测位置中间)，探头方向为被测颅骨面法向；

(5)向下按压检测仪壳体，就可压缩弹性探头，由具有弹性行程(在弹簧松弛状态)按压至全行程(至弹簧压缩状态)；全行程是指弹簧压缩距离，为图4的移动距离。

(6)推下遮光罩2将探头完全遮住，阻挡外部光线对测量的干扰；

(7)按下功能按键17进行测量，至显示模块11显示出该测量位置光密度值OD(通常测量时间为10s)，本检测位置测量完毕；

(8)向上推遮光罩2，重复(4)-(7)的步骤对下一测量位置进行检测；

(9)当8个测量点均测量完成后，程序自动启动计算，测试完成后显示测量结果。

这里：步骤(7)中，对于每个测量点，仪器要获得该测量点由LD光源照射所得的光密度值OD，设光电二级管的灵敏度为S(单位为A/W)，设初级放大电路的增益为O₁(单位为V/A)，第2、第3级总增益为O₂，放大电路输出信号电压V_o，则

V₀＝OD·S·O₁·O₂

优化一：为提高测量数据抗干扰性，对每个测量点要进行多次重复测量以消除单次测量的误差；同时为消除背景光对测量的影响，要对光源未开启与开启后的信号分别进行测量。设重复测量次数为n，光源未开启下光密度值平均为OD_c，光源开启后测量的光密度平均值为OD_o，则有：

${\mathrm{OD}}_c=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{OD}}_{\mathrm{ci}}$

${\mathrm{OD}}_o=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{OD}}_{\mathrm{oi}}$

最终当前测量点的光密度值OD为光源开启后与开启前光密度平均值的差OD_o-OD_c，从而有效消除背景光的干扰。

优化二：为实现在不影响测量灵敏度的前提下大幅降低光源功率的目标，需要对LD光源控制方式进行优化。其主要措施是仅仅让采样的过程中开启光源，其它时间光源处于关闭状态(通过程序控制，选用脉冲调制的光源，该类型光源的开关是通过单片机数字输出管脚的电平来控制，从而可方便控制光源开启与关闭)。以每个测量点10s的测量时间(这是该类仪器每个测量点通常的测量时间)为例，说明优化LD光源控制方式的优势。通常的做法是在当前测量点测量的过程中(从功能按键按下至该点测量结束，10s)，LD光源始终处于开启状态，则光功率与时间的关系见图9A。本实用新型设AD采样时间为10ms，每个测量点每种光功率与放大倍数组合下重复测量次数为10，则优化后光功率与时间的关系见图9B，可见，本实用新型LD光源调制为宽度为10ms的脉冲，脉冲间隔约167ms。比较LD光源的辐射光能量(由图中曲线下面积计算获得)，在优化前的测量方法下，单个测量点的辐射光能量为0.175J(图9A)，而优化后，单个测量点的辐射光能量为0.0105J(图9B)。优化后辐射光能量大为下降(为优化前的6％)，有效降低了仪器的功耗，同时提升了测量激光的安全性。

优化三：为使测量仪器适应巨大的个体差异，测量中应动态调整LD光源的输出功率与电路的放大倍数。一种实现方式下，可将光源功率设为2档(输出光功率分别为30mW与5mW)，放大电路的总体增益设为3档(分别为 )(光源功率的调整通过调整光源供电电流，光源是通过恒流源进行供电，可调整恒流源的供电电流调整光源输出功率)，则在每个测量点均可按照不同的光功率与放大增益的组合进行测量，最终的光功率值选取信号幅度(光密度运算的原始数据)居中的数值，从而可有效避免信号过小或超出测量范围的情况。例如电路测量范围为0-5V，则测量数据通常选取0.1V-4.5V的数据。

这里，步骤(8)中检测顺序:一种顺序是检测人员按照左额叶LF/右额叶RF，LT左颞叶/右颞叶RT，左顶叶LP/右顶叶RP，左枕叶LO/右枕叶RO的顺序进行检测(在检测仪单片机中预设了测量顺序，每一点按动一次功能按键17)，注意检测时左右对称位置的差异不得大于3cm。当这8个测量点均测量完成后，在显示模块上显示测量结果。

另一种顺序是，配合功能按键17实现测量位置先后顺序的选择：长按功能按键17可改变当前测量位置的顺序，如若想先测量右颞叶，则可3次长按功能按键，先跳过左额叶、右额叶、左颞叶的测量。当所需测量点按照使用者的选择顺序均测量完成后，检测仪显示测量结果。这样的实现方式优点在于给使用者提供便利(例如对某确定部位进行复查，则无需进行8个测量点逐一进行检测)，使得测量顺序不是仅仅按照事先设定的进行。

这里，步骤(9)中，当8个测量点均测量完成后，单片机开始计算测量结果。设左侧额、颞、顶、枕的光密度分别记为OD_LF、OD_LT、OD_LP、OD_LO，右侧额、颞、顶、枕的光密度分别记为OD_RF、OD_RT、OD_RP、OD_RO，则额、颞、顶、枕4组对称部位的光密度差分别为：

ΔOD_F＝OD_LF-OD_RF

ΔOD_T＝OD_LT-OD_RT

ΔOD_P＝OD_LP-OD_RP

ΔOD_O＝OD_LO-OD_RO

额、颞、顶、枕的光密度差只要有绝对值大于0.3的，则判定存在脑血肿，光密度差为正则在右侧，为负则在左侧。若额、颞、顶、枕的光密度差的绝对值大于0.2而小于等于0.3，则怀疑存在脑血肿的高风险，光密度差为正则怀疑在右侧，为负则怀疑在左侧。若额、颞、顶、枕的光密度差的绝对值均小于等于0.2，则判定无脑血肿。举例来说，设光密度差数据为(额叶F)-0.12，(颞叶T)为0.37，(顶叶P)为-0.25，(枕叶O)为0.06，则判定为右侧颞叶存在血肿，左侧顶叶怀疑有血肿的风险，额叶与枕叶无血肿。

检测实例：

使用本实用新型仪器样机进行了检验(与武警后勤学院附属医院脑科医院、天坛医院合作)，阶段性结果表明，样机的检测特异性及灵敏度均符合设计要求，所有的9例伤员检测结论与CT扫描结果一致，所有检测的9名伤员检测结果见表1。证实了近红外手持式脑血肿检测仪应用的有效性。

表1 临床测试结果(年龄 19-85岁 男6 女3 9名伤员)

序号	CT检测结果	本装置检测结果
			1	左颞硬膜内血肿，约30ml	左颞叶血肿，额叶正常
2	右顶叶硬膜内血肿，5ml	右顶叶血肿,颞叶正常
			3	对冲伤，左顶、颞叶血肿50ml	左顶、颞叶血肿，额叶正常
4	对冲伤，左颞叶血肿10ml	左颞叶血肿，额叶、顶叶正常
			5	右额叶硬膜下血肿约40ml	右额叶血肿，顶叶、颞叶正常
6	左颞叶硬膜下血肿30ml	左颞叶血肿，额叶、顶叶正常
			7	左枕、顶叶硬膜内血肿10ml	左枕叶、左顶叶血肿额、颞叶正常
8	右顶叶硬膜下血肿20ml	右顶叶血肿额叶正常
			9	左额叶对冲伤血肿5ml	左额叶血肿，顶叶、颞叶正常

以1号伤员为例，其各部位检测数据如表2：

表2 1号伤员的检测数据

	额叶F	颞叶T	顶叶P	枕叶O
					左侧测量值ODL	4.11	3.25	3.12	3.65
右侧测量值ODR	3.99	3.67	3.25	3.76
					光密度差ΔOD	0.12	0.42	0.13	0.11

由表2测量数据可知，以本检测仪分别检测了1号伤员的额叶、颞叶、顶叶及枕叶左右对称部分共8个数据，其中，额叶、顶叶及枕叶的光密度差均小于0.3，可判定1号伤员额叶、顶叶及枕叶无血肿。其颞叶的测量结果表明，左右光密度差大于为0.42，大于判定值0.3，因此，可认为1号伤员颞叶部分存在脑血肿，且由于左侧测量值较小，因此，仪器判定1号伤员的左颞叶存在脑血肿。结合1号伤员的头部CT扫描结果，CT扫描结果也判定1号伤员的左颞叶存在脑血肿，两者检测结果是一致的。8号伤员的头部CT扫描结果也与本检测仪检测结果吻合。

本实用新型特点：

1.集成式光纤探头，可同时实现以下功能：

●光源探头18及探测器探头19各自独立弹性运动，可适应头部不同曲面状。

●光源探头及探测器探头均设计有电磁屏蔽罩，可对内部电路实现电磁屏蔽，使检测仪避免受外界干扰。

●集成了光源模块、探测器模块及光纤/光源耦合、光纤/探测器的滤光与耦合。本实用新型通过采用集成结构的探头18，19实现了耦合。

●且两探头结构简单，体积质量微小，方便作为低价耗材大量携带；实现

了探头耗材便捷更换。

本实用新型通过锥形座与光纤探头组成的更换光纤探头结构设计实现了光纤探头耗材的更换，且光源探头和检测器探头中的光纤探头完全相同，更换时无需区分，可以互换。

2.本实用新型检测伤员时遮光罩在上方，检测人员可准确判断光纤探头与伤员头皮的接触情况，确认光纤探头与伤员头皮接触后，再向下推动遮光罩，遮光罩与伤员头部形成暗室，遮挡外部光线进入，干扰测量。

本实用新型中设计中采用滑动式遮光罩及光纤外部嵌套金属管的结构，提高了测量的准确度，并在结构上易于实现。

3.LD光源脉冲式开关设计，光源自身辐射光能量大为下降至优化前(已有检测仪，包括美国专利US8060189)的6％，有效降低了仪器的功耗，同时提升了测量激光的安全性。

4.整机高度集成，整体设计结构紧凑、轻巧，重量含两节AA电池仅500g，外形尺寸仅有135×65×80mm，耗材(光纤探头)小，可方便大量携带。

5.检测过程测量深度为3mm，无创、快速、准确，且不需要任何试剂。可以说本装备以简单可靠的结构实现及达到了国个同类装备原先进水平，在某此指标上优于国外同类产品。几种已知检测仪的主要参数比较见表3。

表3 装备技术性能对比

	Crainscan	Inftrascanner1000	本实用新型装备
				产地	美国	美国	国内研制
设计形式	手持式	手持式	手持式
				检测部位	额、颞、枕叶	额、颞、顶、枕叶	额、颞、顶、枕叶
检测灵敏度	88.5％	88％	大于90％
				检测特异性	83.3％	90.7％	大于90％
可检测出血量	--	不大于3.5ml	不大于3.5ml
				检测深度	皮下3cm	皮下3.5cm	皮下3.5cm
检测时间	2min	3min	2min

Claims (10)

1.一种手持式近红外脑血肿检伤装置，包括含有光源探头和探测器探头的检测仪本体，还包括一遮光罩，其特征在于，所述检测仪本体下部设滑动导向柱，遮光罩由深色遮光软质材料成型，为向下敞口的罩体，套装在检测仪本体外，遮光罩内侧上部设有与滑动导向柱形状与尺寸相匹配的滑动面以套接滑动导向柱。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，检测仪本体外部为便于握持的中空壳体，壳体下段一定长度的滑动导向柱外沿尺寸小于壳体上段外周尺寸；壳体最底端安装有底座，底座尺寸大于滑动导向柱的外周尺寸；底座装配有向下伸出的光源探头和探测器探头。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，遮光罩的长度使其在滑动导向柱的最上端时未遮挡光源探头和探测器探头，同时使其移动至滑动导向柱的最下端时可完全超过两探头，并与头部曲面接触形成暗室。

4.根据权利要求2所述装置，其特征在于，检测仪本体内部装配有垂直于底座的两块平行的控制电路板即左控制电路板和右控制电路板，装有电池的电池仓室，电池两极连入控制电路板；光源探头和探测器探头分布与底座连接且探头尖端向下伸出底座。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，左控制电路板、右控制电路板、电池仓室、及光源探头和探测器探头的上段被封闭在壳体和底座围成的空间内，光源探头和探测器探头两尖端之间距离为3-5cm，电池、电路板和探头上段电连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述装置，其特征在于，所述光源探头和探测器探头为弹性探头机构；该弹性探头机构包括有屏蔽罩、安装座、弹簧以及锥形座和光纤探头，其中：

屏蔽罩为带侧敞开面的圆柱腔体，其上端开设通孔用于引出安装座内装设的光电元件的供电及控制线，下端设外凸的底用以与底座固定，屏蔽罩底端和底座相对位置均设有开口；

安装座为台阶状中空柱，轴向套装在屏蔽罩的空腔内并下部穿过底座，安装座设有台阶凸筋，其最大外径与屏蔽罩内径相等，下部最小外径与底座的开口相等以使安装座能够固定安装在底座上；

安装座上端相对开有两个一定长度长孔，其台阶凸筋上部设有台阶，台阶上套设弹簧，弹簧的下部抵住安装座设计台阶凸筋，其自由长度大于长孔长度；

锥形座固定安装在安装座的底端，其具有纵向安装孔；

光纤探头穿插在光纤探头安装孔中，安装在在安装座的底端。

7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，安装座为向下尺寸缩小的台阶状中空柱，轴向套装在屏蔽罩的空腔内并下部穿过底座的开口，安装座设计台阶凸筋，其最大外径与屏蔽罩内径相等，下部最小外径与底座的开口相等，以将安装座固定安装在底座上；

安装座在上端相对开有两个纵向有一定长度的长孔，其台阶凸筋上部设有台阶，台阶上套设弹簧，弹簧的下部抵住安装座设计台阶凸筋，其自由长度高于长孔的最下端；屏蔽罩的相应位置也开有螺孔，弹簧下部抵住安装座的台阶凸筋，安装时以工具或手临时将弹簧上部压缩到安装座的长孔最上端以下，并可预留出螺钉旋入的空间，用长度可伸入长孔2-4mm的螺钉从屏蔽罩螺孔旋入安装座长孔中，屏蔽罩螺孔的高原设计正好使螺钉旋入后位于安装座的长孔最上端，螺钉将压迫弹簧使弹簧具有一定的预弹性，安装座顶部与屏蔽罩的顶部之间有一移动距离实现安装座弹性地上下移动一定距离。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，用于安装光源探头的安装座内由上至下装设有LD光源模块和准直透镜,准直透镜与LD光源模块下端的距离为1-4mm；或，用于安装探测器探头的安装座内由上至下装配有精密光电二极管和滤光片,光纤探头的上端与滤光片紧贴安装。

9.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述锥形座内部纵向通孔为光纤探头安装孔，在其柱面部分下部设两个横向向内渐缩的中心孔，中心孔内分别由内至外安装钢珠、弹簧及顶丝；

所述光纤探头由光纤探头座、光纤保护管和光纤组成为一整体，光纤穿设于光纤保护管内，光纤前端为半球面并略向前伸出光纤保护管，光纤盒光纤保护管固定在光纤座内。

10.根据权利要9所述装置，其特征在于，所述壳体最顶端设显示模块，电池仓盖、电源开关及功能按键固定在壳体侧面适于操作或观看的位置；检测仪本体中左控制电路板、右控制电路板、显示模块、电源开关、功能按键、LD光源模块、精密光电二极管、电池等部件电连接形成电路控制系统，其中右控制电路板实现系统的主要控制功能，包括对电源开关、功能按键的状态进行检测，对LD光源模块、显示模块等进行控制；左控制电路板主要实现供电及对精密光电二极管测量数据采集，左控制电路板的DC/DC芯片与电池连接，信号放大电路与精密光电二极管连接，将精密光电二极管微弱电流信号的放大并将其转换为电压信号；AD采样芯片与信号放大电路连接，将放大电路的模拟信号转换为数字信号，并将信号发送给右控制电路板。