CN204618246U

CN204618246U - 一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置

Info

Publication number: CN204618246U
Application number: CN201520162976.9U
Authority: CN
Inventors: 张潇; 李军
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2025-03-20

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置，包括光源单元、图像采集单元、驱动模块、控制单元，光源单元包括两个LED光源，以及一分二光纤束光导、环形光导、起偏器、检偏器，其中两个LED光源分别发出红光及近红外光，在驱动模块驱动下交替发光；两个LED光源通过一分二光纤束光导与环形光导连接，起偏器和检偏器分别置于环形光导的正面与反面，起偏器和检偏器的偏振方向正交，CCD相机放置于环形光导的同心轴线上；所述载物台设置在起偏器的正下方。在使用时，测试者被测部位放置在载物台上，尽量保持不动，即可实现非接触式测量。本实用新型能够方便地以非接触方式进行静脉血氧饱和度监测，可减少患者的不适感。

Description

一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置

技术领域

本实用新型涉及医用光学、CCD成像及光谱分析等技术领域，特别涉及一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置。

背景技术

红光及近红外光对人体组织有较好的穿透性，利用600-1000nm波段的两个或多个波长的光源照射皮肤，记录出射的光信号，可以检测皮下组织的血氧代谢参数。在利用光学方法开发血氧饱和度测量技术方面，最早的是动脉血氧饱和度仪，其机理是利用由心脏的搏动引起小动脉血管内动脉血容量的变化，从而引起透射光的强度变化。使用两个波长(考虑到穿透深度，一般采用红光及红外光)的光并记录其强度随心跳的变化，利用血液中氧合血红蛋白(HbO)与去氧血红蛋白(Hb)对光的吸收不同，可以将记录的透射光信号转化为动脉血氧饱和度值(S_aO₂)。S_aO₂体现的是心肺功能，是个全局(非局部)血氧代谢参数，与局部组织的血氧代谢状况关联性不强，而静脉血氧饱和度(S_vO₂)反应的是动脉血灌注组织并被组织利用后剩余的氧含量，更能直接反映局部组织的氧代谢及健康状况。

光学静脉血氧饱和度的测量方法与动脉血氧测量技术有类似之处，不同之处在于变化的血容量主要是静脉血。静脉血容量的变化可以是由呼吸自然引起的，也可以由人工的方式引起，比如利用压力袖套施加一个仅阻断静脉回流的压力。传统的S_vO₂测量方法仍局限于接触式的以及点光源发射点接收的工作模式，不能实现非接触式、大面积的同时测量。

近年来，人们开始致力于基于成像装置的非接触式的、二维成像的皮下组织血氧测量系统。这一技术特别适合于无法做接触测量的情况，比如对烧伤、溃疡的皮肤进行测量，避免接触式测量引起的病人身体不适及黏贴剂对皮肤的损伤。目前该类技术多基于多光谱分析方法，仅能提供组织的平均血氧饱和度参数，是一种动脉及静脉血的平均血氧饱和度值，非静脉血氧饱和度值。

因此，寻求一种针对静脉血氧饱和度值的、非接触式的成像装置具有重要的研究与临床应用意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置，该装置能够方便地以非接触方式进行静脉血氧饱和度监测，可减少患者的不适感。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置，包括光源单元、图像采集单元、驱动模块、控制单元，所述控制单元分别与驱动模块和图像采集单元相连，所述驱动模块分别与光源单元和图像采集单元相连；所述图像采集单元包括CCD相机；所述光源单元包括两个LED光源，以及一分二光纤束光导、环形光导、起偏器、检偏器，其中两个LED光源分别发出红光及近红外光，在驱动模块驱动下交替发光；两个LED光源通过一分二光纤束光导与环形光导连接，起偏器和检偏器分别置于环形光导的正面与反面，起偏器和检偏器的偏振方向正交，CCD相机放置于环形光导的同心轴线上；所述载物台设置在起偏器的正下方。在使用时，测试者被测部位放置在载物台上，尽量保持不动，即可实现非接触式测量。

作为一种优选，所述两个LED光源的工作波长分别为660nm和800nm。在实际应用中，两个LED光源分别发出红光及近红外光即可实现检测，但是考虑到计算血红蛋白浓度的线性方程组的奇异性低，解稳定等因素，可采用上述两种优选的波长。

优选的，所述起偏器为环形，与环形光导相匹配。这样偏振光可以均匀照射在载物台上的被测部位表面。

具体的，所述图像采集单元还包括一采集卡，所述CCD相机采用14位的黑白CCD相机，所述采集卡采用1394Express card，采集卡与控制单元相连。

优选的，所述驱动模块包括光源驱动电路和相机同步触发电路，其中光源驱动电路与光源单元相连，用于驱动两个LED光源交替发光，相机同步触发电路与图像采集单元中的CCD相机相连，用于控制CCD相机是否采集图像。

优选的，所述控制单元与驱动模块通过USB数据采集卡相连。所述USB数据采集卡为数据采集(DAQ)设备NI USB-6008。

优选的，所述成像装置外部包覆一用于将成像装置内的光与外部隔绝的遮光设备。从而防止外部光源干扰。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型能够方便地以非接触方式进行静脉血氧饱和度监测，能减少患者的不适感，更为便利。

2、本实用新型相比于基于多光谱分析装置，具有成本低的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中：11—LED 光源，12—一分二光纤束光导，13—环形光导，14—起偏器，15—检偏器，16—载物台，17—遮光设备，21—CCD相机，22—采集卡，31—驱动模块，32—USB数据采集卡，4—PC主机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

已知S_vO₂能直接的反映局部组织的氧代谢及健康状况，有着良好的临床应用前景，包括：监测皮肤伤口及溃疡的愈合状况，检测评估缺血组织的健康情况，诊断周围性血管疾病，以及通过对二维静脉血氧饱和度图像的分析判断截肢(由糖尿病足恶化引起的)的合适位置。针对现有S_vO₂测量装置不能实现非接触式测量，本实施例提出一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置，该装置的结构参见图1。

本实施例一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置，包括光源单元、图像采集单元、驱动模块、控制单元，本实施例中控制单元为一PC主机4，即能够向驱动模块发送控制信号，也能够对图像采集单元采集的图像进行处理和显示。

所述光源单元包括两个LED光源11、一分二光纤束光导12、环形光导13、起偏器14、检偏器15，两个大功率LED光源11分别交替发出红光(例如波长660nm)及近红外光(例如波长800nm)，两个LED光源11通过一分二光纤束光导12与环形光导13连接，起偏器14和检偏器15分别置于环形光导13的正面与反面，起偏器14和检偏器15的偏振方向正交。CCD相机21垂直放置于环形光导13的同心轴线上，CCD相机21通过1394图像采集卡22连接PC主机4。

参见图1，本实施例中所述起偏器为环形，与环形光导相匹配。从而偏振光可以均匀照射在载物台上的被测部位表面。

本实施例中驱动模块包括光源驱动电路和相机同步触发电路，光源驱动电路一端与光源单元相连，用于驱动两个LED光源交替发光，同时，光源驱动电路另一端通过USB数据采集卡32与PC主机4相连，本实施例中USB数据采集卡为数据采集(DAQ)设备NI USB-6008。相机同步触发电路与图像采集单元中的CCD相机相连，用于控制CCD相机是否采集图像。

本实施例为了防止外部光源干扰，在成像装置外部还包覆一用于将成像装置内的光与外部隔绝的遮光设备。

本实施例所述成像装置的工作过程如下：

(1)连接装置，打开电源开关。调整CCD相机21和环行光导13的中心位置到同一轴线上，将被试者被测部位置于载物台16上(实验中被测部位尽量保持不动)，让待测部位置于成像视野中心。调CCD相机的焦距与光圈，使成像清晰。调整起偏器14和检偏器15，使其偏振方向正交。

(2)通过PC主机4，发送脉冲信号到驱动模块中的光源驱动电路，从而驱动两个LED分别发出红光及近红外光交替照射皮肤。然后由一分二光纤束光导导入到环行光导，从环行光导出射的光经过一个偏振片(即起偏器14)，该偏振片亦为环形，与环形光导相匹配，这样偏振光均匀照射在组织表面。从组织漫反射回来的光再通过一个与起偏器垂直的偏振片(即检偏器15)，通过成像镜头投射到CCD相机成像。

(3)在驱动LED发光的同时，PC主机4还发送控制信号到相机同步触发电路，控制CCD相机采集图像。CCD相机先采集一段静息状态下的图像，然后用压力袖套迅速加压(约40mHg，仅改变静脉血容量而不影响动脉血容量)，采集加压后的图像，一段时间后结束。记录期间图像间的帧频与压力大小与加压时间。

(4)最后进行图像处理，将光强图像转化为S_vO₂二维图。在实际应用中，对原始光强图像进行的图像处理可包括平滑去噪、曲面校正等，其中S_vO₂与去噪矫正后的漫反射光强之间的关系由光在组织内传输的蒙特卡洛仿真算法来建立。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种非接触式静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，包括光源单元、图像采集单元、驱动模块、控制单元，所述控制单元分别与驱动模块和图像采集单元相连，所述驱动模块分别与光源单元和图像采集单元相连；所述图像采集单元包括CCD相机；所述控制单元包括PC主机；所述光源单元包括两个LED光源，以及一分二光纤束光导、环形光导、起偏器、检偏器，其中两个LED光源分别发出红光及近红外光，在驱动模块驱动下交替发光；两个LED光源通过一分二光纤束光导与环形光导连接，起偏器和检偏器分别置于环形光导的正面与反面，起偏器和检偏器的偏振方向正交，CCD相机放置于环形光导的同心轴线上；载物台设置在起偏器的正下方。

2.根据权利要求1所述的非接触式静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述两个LED光源的工作波长分别为660nm和800nm。

3.根据权利要求1所述的非接触式静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述起偏器为环形，与环形光导相匹配。

4.根据权利要求1所述的非接触式静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述图像采集单元还包括一采集卡，所述CCD相机采用14位的黑白CCD相机，所述采集卡采用1394Express card，采集卡与控制单元相连。

5.根据权利要求1所述的非接触式静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述驱动模块包括光源驱动电路和相机同步触发电路，其中光源驱动电路与光源单元相连，用于驱动两个LED光源交替发光，相机同步触发电路与图像采集单元中的CCD相机相连，用于控制CCD相机是否采集图像。

6.根据权利要求1所述的非接触式静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述控制单元与驱动模块通过USB数据采集卡相连。

7.根据权利要求1所述的非接触式静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述成像装置外部包覆一用于将成像装置内的光与外部隔绝的遮光设备。