CN204995462U - 人体微循环血流灌注检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种人体微循环血流灌注检测仪包括激光器、光探头、探测器、信号处理器以及用户界面机；其中，光探头分别与激光器、探测器通过信道连接；探测器、信号处理器以及用户界面机三者依次电连接；本实用新型可以用来监测ICU重症患者包括手指脚趾在内的组织微循环血流灌注，并通过可视化形式进行显示，在患者出现微循环障碍时能够帮助医生或相关医护人员及时发现并采取有效的治疗措施，从而保障了患者的健康。

Description

人体微循环血流灌注检测仪

技术领域

本实用新型涉及生物医学检测技术领域，具体涉及一种人体微循环血流灌注检测仪器，可以无创检测人体组织微循环血流灌注。

背景技术

微循环是微动脉与微静脉之间毛细血管中的血液循环，是人体循环系统中最基层的结构和功能单位，作为人体血液与各组织、细胞进行物质交换的途径，其负责为每个器官、每个组织细胞提供氧气、养料、传递能量、排出二氧化碳及代谢废物等，所以人体微循环的临床测量对于判断人体各组织是否健康以及对于疾病治疗有着重要的指导和辅助作用。

尤其在重症加强护理病房(ICU)里面，很多重症患者在接受长期治疗时，由于血液循环功能有所下降，使得患者手指脚趾部分微循环供血不足，如果医生没有及时发现并采取有效的治疗措施，最终会导致患者的手指脚趾出现坏死。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种能够监测ICU重症患者包括手指脚趾在内的组织微循环血流灌注的检测仪，在患者出现微循环障碍时帮助医护人员及时发现并采取有效的治疗措施，以保障患者的健康。

本实用新型提出的一种人体微循环血流灌注检测仪，包括激光器、光探头、探测器、信号处理器以及用户界面机；其中，光探头分别与激光器、探测器通过信道连接；探测器、信号处理器以及用户界面机三者依次电连接；所述激光器向光探头发射预设波长的激光信号；光探头将激光器发射的激光信号传输至人体组织，并将人体组织反射回来的带有多普勒频移信号的光信号传输至探测器；探测器将光探头传输来的带有多普勒频移信号的光信号转成相应的电信号，并传输至信号处理器；信号处理器从探测器传输来的电信号中提取出多普勒频移信号，并根据该多普勒频移信号计算出血流灌注；用户界面机将信号处理器计算出的血流灌注以可视化形式进行显示。

在本实用新型的进一步优选方案中，所述激光器包括半导体激光发射器以及激光控制电路，二者电连接；其中，所述半导体激光发射器安装有光纤适配器，所述激光控制电路包括直流驱动电路。

在本实用新型的进一步优选方案中，所述激光器发射的激光信号的中心波长为650nm±10nm或780nm±10nm或850nm±10nm。

在本实用新型的进一步优选方案中，所述探测器包括光电二极管和接收电路，二者电连接。

在本实用新型的进一步优选方案中，所述光探头设置有一根出射光纤和多根布设在所述出射光纤周围的入射光纤；所述出射光纤与所述激光器连接，入射光纤与所述探测器连接。

在本实用新型的进一步优选方案中，所述光探头各光纤的直径为50μm至250μm，相邻光纤之间的距离为250μm至2000μm。

在本实用新型的进一步优选方案中，所述信号处理器包括提取单元和计算单元，二者电连接；提取单元从探测器传输来的电信号中提取出多普勒频移信号；计算单元从根据普勒频移信号计算出血流灌注。

在本实用新型的进一步优选方案中，所述提取单元包括第一滤波电路、交流放大电路、第二滤波电路、直流放大电路以及A/D转换器；所述第一滤波电路、交流放大电路与第二滤波电路三者依次电连接，所述第二滤波电路还与所述A/D转换器电连接；所述直流放大电路分别与所述探测器、A/D转换器电连接；第一滤波电路将经探测器传输来带有多普勒频移信号的电信号进行初步滤波，以去除有用信号带宽之外的噪声；交流放大电路将经第一滤波电路滤波后的电信号进行放大；第二滤波电路将经交流放大电路放大的电信号进行二次滤波，以去除电路本身引入的在有用信号带宽之内的噪声，得到一个时变电压信号并输至所述A/D转换器；直流放大电路直接将探测器传输来的带有多普勒频移信号的电信号进行放大，得到一个被放大的原始电信号并输至A/D转换器；所述A/D转换器将第二滤波电路传输来的电信号、以及直流放大电路传输来的电信号从模拟形式转换成数字形式，并输至所述计算单元。

有益效果：本实用新型提出的一种人体微循环血流灌注检测仪可以用来监测ICU重症患者包括手指脚趾在内的组织微循环血流灌注，并通过可视化形式进行显示，在患者出现微循环障碍时能够帮助医生或相关医护人员及时发现并采取有效的治疗措施，从而保障了患者的健康。

附图说明

图1是实施例一提出的一种人体微循环血流灌注检测仪的整体连接结构示意图。

图2是图1的详细结构示意图。

图3是实施例一中光探头的横截面结构示意图。

图4是应用实例中检测手指指尖微循环血流灌注的整体操作示意图。

图5是应用实例中检测手指指尖微循环血流灌注的局部操作示意图。

图6是应用实例中检测手指指尖微循环血流灌注时光信号传播方示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本实用新型进行进一步描述。

激光多普勒检测人体微循环的基本原理是，通过光纤把激光传送至光探头，当光探头放在人体组织表面时，激光除了部分被组织表面反射外，有一部分进入微血管中，被运动着的红血球散射回来的光将产生多普勒频移，而被静止的组织散射回来的光没有多普勒频移，这两部分光都被光电探测器接收转化成电信号，然后经过滤波器提取出多普勒信号，该信号的振幅和频率分别与被测组织体积内运动的红血球数量以及它们的速度成正比。由于被测体积内的血球数量是一个随脉搏、微循环节律以及人体其他器官的活动而改变的随机量，被测体积内的红血球的运动速度也不是一个单一数值，且接收到的光信号也可能是经过多次碰撞散射回来的，所以多普勒频移信号的频率并不是一个单一值，而是分布在一定的频率范围内，对该频段内的信号进行积分，即可反映被测体积的血流灌注。

实施例一

请参阅图1，本实施例一种人体微循环血流灌注检测仪，其包括激光器10、光探头20、探测器30、信号处理器40以及用户界面机50；其中，光探头20分别与激光器10、探测器30通过信道连接；探测器30、信号处理器40以及用户界面机50三者依次电连接。

所述激光器10向光探头20发射预设波长的激光信号；所述光探头20将激光器10发射的激光信号传输至人体组织，并将人体组织反射回来的带有多普勒频移信号的光信号传输至探测器30；所述探测器30将光探头20传输来的带有多普勒频移信号的光信号转成相应的电信号，并传输至信号处理器40；所述信号处理器40从探测器30传输来的电信号中提取出多普勒频移信号，并根据该多普勒频移信号计算出血流灌注；所述用户界面机50将信号处理器40计算出的血流灌注以可视化形式进行显示。

本实施例中，激光器10用于发射特定波长的激光信号，具体优选为650nm±10nm或780nm±10nm或850nm±10nm，红血球对不同波长的光吸收率不同，因此不同波长的激光会影响对人体组织的测量深度，故本实施例可根据具体需要来选择特定波长的激光。请参阅图2，激光器10在结构上可包括一个半导体激光发射器和一激光控制电路，二者电连接；为了便于与光纤耦合，在半导体激光器上可安装一标准光纤适配器(例FC)；激光控制电路主要包括一个直流电流驱动电路，驱动电流的大小可以在电路板上进行调节。

本实施例对所述光探头20在结构上做了优化，具体的，如图3所示，所述光探头20设置有一根出射光纤21和多根布设在所述出射光纤周围的入射光纤22(入射光纤22具体可以是如图3所示的6根，当然也可以是其他合适的数量)；所述出射光纤21与所述激光模块10连接，用于传输激光模块10发射的激光信号；入射光纤22与所述探测模块30连接，用于收集人体组织反射回来的光信号。由于出射到人体组织内部的光信号在经过多次散射和反射之后，会向无数个不同的方向传播，因此本实施例设置了多根入射光纤22，以提高捕捉到多普勒信号的机率。

此外，光纤与光纤之间的距离也很重要，本实施例中光探头20各光纤(出射光纤21、入射光纤22)的直径为50μm至250μm，相邻光纤之间的距离为250μm至2000μm，以进一步提高捕捉到多普勒信号的机率。在使用时将光探头20的多根光纤的端面稳稳地固定在人体组织表面(例如手指指尖)，以尽量减小伪运动给检测带来的影响。

同样参阅图2，所述探测器30在结构上可以包括一个光电二极管和一接收电路，二者电连接。为了便于与光纤耦合，在探测器30表面可安装一标准光纤适配器(例如FC)。所述接收电路能够保证光电二极管工作在合适的条件下，并能够作为第一放大级，放大从人体组织反射回来的微弱信号。

所述信号处理器40在结构上可包括提取单元41和计算单元42，二者电连接；所述提取单元41从探测器30传输来的电信号中提取出多普勒频移信号；所述计算单元42根据多普勒频移信号计算出血流灌注。

本实施例中，所述提取单元41还可进一步具体包括第一滤波电路、交流放大电路、第二滤波电路、直流放大电路以及A/D转换器；其中，所述第一滤波电路将经探测器30传输来带有多普勒频移信号的电信号进行初步滤波，以去除有用信号带宽之外的噪声；所述交流放大电路将经第一滤波电路滤波后的电信号进行放大；所述第二滤波电路将经交流放大电路放大的电信号进行二次滤波，以去除电路本身引入的在有用信号带宽之内的噪声，得到一个时变电压信号并输至所述A/D转换器，该时变电压信号可用V_ac(t)表示；所述直流放大电路直接将探测器30传输来的带有多普勒频移信号的电信号进行放大，得到一个被放大的原始电信号并输至A/D转换器，放大后的原始电信号可用Vdc(t)表示；所述A/D转换器将第二滤波电路传输来的电信号、以及直流放大电路传输来的电信号从模拟形式转换成数字形式，并输至所述计算单元42。

本实施例中，所述计算单元42计算血流灌注的方法为：将时变电压信号V_ac(t)转换成数字信号，对所述数字信号进行傅里叶变换得到其功率谱P(ω)；然后将带频率权重的功率谱进行积分计算，计算结果除以转换成数字信号的原始电信号V_dc(t)平方的平均值，以对血流灌注进行归一化，具体可以参考如下公式：

$CMBC=\frac{{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}P\left(\mathrm{\ω}\right)d\mathrm{\ω}}{{i_{dc}}^2}-n_{CMBC}\left(i_{dc}\right)---\left(1\right)$

$Perf=\frac{{\∫}_0^{\mathrm{\∞}}\mathrm{\ω}P\left(\mathrm{\ω}\right)d\mathrm{\ω}}{{i_{dc}}^2}-n_{perf}\left(i_{dc}\right)---\left(2\right)$

其中，CMBC(即concentrationofmovingredbloodcell)是指流动的红血球的浓度，P(ω)是时变电压信号V_ac(t)经傅里叶变换后得到的功率谱；n_CMBC(i_dc)是系统的CMBC噪声；ω是指频率，ωP(ω)是带频率权重的功率谱；n_perf(i_dc)是系统的Perf噪声，i_dc是原始电信号Vdc(t)的电流表现形式(因为Vdc(t)＝i_dcR,在计算中电阻R被抵消，剩下电流i_dc)，Perf(即perfusion)便是血流灌注。

本实施例中，所述用户界面机50具体可以数字、曲线图或波形图进行显示，在患者出现微循环障碍时，帮助医生及时发现并采取有效的治疗措施，以保障患者的健康。

所述用户界面机50还可进一步设有基本用户模式和高级用户模式；在基本用户模式下可以数字和曲线图的形式显示血流灌注；在高级用户模式下除了显示血流灌注之外，还可显示时变电压信号、功率谱以及频率权重的功率谱的波形图等。同时，所述用户界面机50还可将相关数据存储到硬盘中，以便进一步分析。

利用实施例一对人体微循环血流灌注进行检测的方法参考如下：

S100、发射用于检测人体组织血流灌注的预设波长的激光信号；

S200、从多方位接收反射回来的带有多普勒频移信号的光信号；

S300、将带有多普勒频移信号的光信号转成相应的电信号；

S500、将所述电信号转换成数字信号，对所述数字信号进行傅里叶变换得到其功率谱；

S600、将带频率权重的功率谱进行积分计算，计算结果除以转换成数字信号的原始电信号平方的平均值，以对血流灌注进行归一化。

S700、将计算出的血流灌注以可视化形式进行显示。

应用实例

为了更好地实现上述实施例一，以下介绍一个具体应用实例。

以检测患者的指尖为例，请参阅图4至图6图，4是应用实例中检测手指指尖微循环血流灌注的整体操作示意图，图5是应用实例中检测手指指尖微循环血流灌注的局部操作示意图，图6是应用实例中检测手指指尖微循环血流灌注时光信号传播方示意图；图4中：101-手，102-光探头，103-光纤束，104-包括有用户界面模块的仪器主机，105-包括有用户界面模块的显示器，106-用户界面；图5中：201-手指，202-指夹，203-软缓冲层，204-光探头末端，205-光纤束，206-弹簧；图6中：301-手指毛细血管，302-手指皮肤，303-光探头末端，304-指夹，305-出射光纤，306-入射光纤，307-软缓冲层。应用实例包括以下方案：

1、将光探头放在患者的手指指尖表面；

2、激光器以780nm波长发射5mW的激光信号，并通过光探头里的一根出射光纤传输到患者的手指指尖表面；

4、激光信号部分被患者的手指指尖表面反射，其他部分进入手指指尖内部，与移动的红血球相互作用，并部分散射回患者的手指指尖表面；

5、散射回患者的手指指尖表面的光信号被光探头里的多根入射光纤收集到，并传输至信号处理器；

6、信号处理器滤除噪声，并通过放大器调整输出信号到合适的幅度，然后通过A/D转换器将模拟信号转成数字信号；

7、将数字信号执行快速傅里叶变换获得带有多普勒信息的功率谱，并对带权重的功率谱积分以及归一化完成血流灌注计算；

8、通过用户界面机为用户(例如医生)显示血流灌注、时变电压信号以及功率谱等，同时还将相关数据存储到硬盘中，以便进一步分析。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，包括激光器、光探头、探测器、信号处理器以及用户界面机；其中，光探头分别与激光器、探测器通过信道连接；探测器、信号处理器以及用户界面机三者依次电连接；所述激光器向光探头发射预设波长的激光信号；光探头将激光器发射的激光信号传输至人体组织，并将人体组织反射回来的带有多普勒频移信号的光信号传输至探测器；探测器将光探头传输来的带有多普勒频移信号的光信号转成相应的电信号，并传输至信号处理器；信号处理器从探测器传输来的电信号中提取出多普勒频移信号，并根据该多普勒频移信号计算出血流灌注；用户界面机将信号处理器计算出的血流灌注以可视化形式进行显示。

2.根据权利要求1所述的人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，所述激光器包括半导体激光发射器以及激光控制电路，二者电连接；其中，所述半导体激光发射器安装有光纤适配器，所述激光控制电路包括直流驱动电路。

3.根据权利要求2所述的人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，所述激光器发射的激光信号的中心波长为650nm±10nm或780nm±10nm或850nm±10nm。

4.根据权利要求1所述的人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，所述探测器包括光电二极管和接收电路，二者电连接。

5.根据权利要求1所述的人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，所述光探头设置有一根出射光纤和多根布设在所述出射光纤周围的入射光纤；所述出射光纤与所述激光器连接，入射光纤与所述探测器连接。

6.根据权利要求5所述的人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，所述光探头各光纤的直径为50μm至250μm，相邻光纤之间的距离为250μm至2000μm。

7.根据权利要求1所述的人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，所述信号处理器包括提取单元和计算单元，二者电连接；提取单元从探测器传输来的电信号中提取出多普勒频移信号；计算单元从根据普勒频移信号计算出血流灌注。

8.根据权利要求7所述的人体微循环血流灌注检测仪，其特征在于，所述提取单元包括第一滤波电路、交流放大电路、第二滤波电路、直流放大电路以及A/D转换器；所述第一滤波电路、交流放大电路与第二滤波电路三者依次电连接，所述第二滤波电路还与所述A/D转换器电连接；所述直流放大电路分别与所述探测器、A/D转换器电连接；第一滤波电路将经探测器传输来带有多普勒频移信号的电信号进行初步滤波，以去除有用信号带宽之外的噪声；交流放大电路将经第一滤波电路滤波后的电信号进行放大；第二滤波电路将经交流放大电路放大的电信号进行二次滤波，以去除电路本身引入的在有用信号带宽之内的噪声，得到一个时变电压信号并输至所述A/D转换器；直流放大电路直接将探测器传输来的带有多普勒频移信号的电信号进行放大，得到一个被放大的原始电信号并输至A/D转换器；所述A/D转换器将第二滤波电路传输来的电信号、以及直流放大电路传输来的电信号从模拟形式转换成数字形式，并输至所述计算单元。