CN206261606U - 一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，包括光源系统、图像采集系统、控制系统、血氧含量成像系统。所述光源系统包括红外线数字化仪、双波长近红外激光光源及其同步单波长滤光片切换器；所述图像采集系统包括黑白高感度近红外CCD和采集卡；所述控制系统包括单片机，同步控制光源和图像采集系统，以及控制光源的持续发光时间和单波长滤波器的切换时间；所述血氧含量成像系统包括图像增强系统、血氧辅助分析系统。本实用新型利用双波长近红外血氧饱和度成像技术测量鼻咽腔的血氧饱和度。本装置可以实现体外无损早期诊断血氧变化明显的疾病，解决鼻内镜进入鼻咽腔的深度的技术问题以及鼻内镜进入鼻咽腔时给患者带来不可避免的不舒适感等问题。

Description

一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置

技术领域

本实用新型涉及一种光学成像设备，尤其涉及一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置。

背景技术

用近红外光谱(NIRS)方法实现人体组织中血氧饱和度的无创、连续监测是一项新兴技术。当心血管搏动微弱甚至使用体外循环时，脉搏血氧计已无读数，但组织血氧参数无损监测仍能提供信息；当肿瘤恶化时，组织具备高含血、易坏死、细胞增殖旺盛、耗氧量大的特点，即组织的血氧含量能诊断癌变细胞。因此，近红外光血氧检测方法已经用于监测脑、肌肉、皮瓣,肿瘤等局部组织的血运状况。已开展的临床应用包括：新生儿脑损伤、脑发育的评定；体外循环手术过程中脑氧监测及脑的保护；乳腺癌等肿瘤的诊断。目前，在鼻疾病的诊断过程中，通常采用的检测设备为鼻内镜和纤维鼻咽镜。然而，这些鼻咽内窥镜，无法进行早期诊断，无法看到咽隐部位，无法测量鼻内肿物的大小和无法测量鼻内窥镜进入鼻咽腔的深度的技术问题以及内窥镜进入鼻咽腔时给患者带来不可避免的不舒适感等问题。因此，实现体外无损灵敏成像是诊断鼻咽疾病的发展需求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置。该装置利用红外线数字化仪定位人的鼻咽腔体部位；由于近红外光对人体有很强的穿透能力，可透过肌肉和头骨聚焦在所述鼻咽体部位，双波长近红外光源体外对所述定位鼻咽腔体进行断层扫描；根据氧合和还原血红蛋白在双波长近红外吸光系数的差异测量血氧饱和度的原理，光被鼻咽组织吸收和散射后，从光源同侧的散射光谱计算到所述鼻咽腔的血氧分布图，从而实现体外光源聚焦鼻咽腔体血氧成像。该装置具有无损、实时、连续、成本低等优点。

本实用新型为解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，包括光源系统、图像采集系统、控制系统、图像处理系统。所述光源部分包括：红外线数字化仪、双波长近红外光源、单波长滤光片。所述红外线数字化仪置于光源后侧，与光源聚焦于相同点，为光源定位；所述双波长近红外光源置于定位仪前端，双光源聚焦于同一点，交替发光。发光时间和切换时间由控制系统控制；所述单波长滤光片切换器为滤光片底座及其上端两侧的圆孔组成，切换器的旋转频率与光源的切换频率同步，由控制系统控制，提供单一波长；双波长透过骨头和肌肉聚焦于鼻咽组织，被组织吸收和散射；所述控制系统包括单片机和继电器；两者由导线相连，并用导线与光源系统和图像采集系统相连，同步控制光源和图像采集系统；其中，单片机控制继电器，继电器控制光源的持续发光时间和单波长滤波器的切换时间；单片机控制黑白高感度近红外CCD与光源同步，跟踪拍摄到每一次单波长的反射散射光；所述图像采集系统包括黑白高感度近红外CCD和采集卡。所述CCD位于光源同侧，与光源的横向距离由探测深度确定；CCD用于拍摄所述反射式散射光，形成光学图像并完成光信号与数字信号的转换；采集卡置于CCD后端，采集数字信号并传输到所述图像处理系统；所述图像处理系统包括PC平台和软件，软件功能为血氧含量成像系统和局部血氧含量的定量计算系统；数字信号输入到PC平台后，在Labview软件中用血氧含量成像算法生成鼻咽组织的血氧含量分布图；用光吸收原理计算局部血氧饱和度(SaO₂)的定量分析；结果在PC平台上显示。

以上所述光源和CCD紧贴人的脸部，两者位于同侧，距离焦点有一定的夹角，两者之间的距离由探测深度决定。

以上所述近红外光源在体外透过肌肉和骨头，聚焦于鼻咽组织，反射回的散射光由CCD采集后可得到鼻咽区域的光学二维图；同时，改变聚焦的深度可得到鼻咽腔不同深度的图像。

以上所述光源与黑白高感度近红外CCD 同步是为了获得单一波长的像。

以上所述一次采集过程可以获得多幅不同单波长的图像数据。

以上所述采集卡为即插接口，可直接把数据传输到PC机。

以上所述图像处理系统即在PC机上完成数据的计算和图像的优化，并在显示屏幕上输出显示。

实施本实用新型，具有如下的有益效果：

本实用新型中体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，光源和探测器都在体外，利用近红外光的强穿透能力，聚焦在定位仪所定义的鼻咽腔；收集的是鼻咽组织的反射式散射光。该散射光体现了鼻咽组织的氧合和还原血红蛋白在双波长近红外吸光系数的差异，以此散射光可计算鼻咽腔的血氧饱和度，得到所述鼻咽腔的血氧分布图。该装置有利于血氧变化明显的疾病的早期诊断，以及克服了内窥镜进入鼻咽腔时给病人带来痛苦的难题。

附图说明

图1是本实用新型体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置应用于鼻咽腔内壁成像的示意图。

图2是本实用新型体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置的结构示意图。

图中：1-双波长近红外光光源； 2-双波长近红外光；3-760nm波长通过的窗口； 4-850nm波长通过的窗口； 5-红外线数字化仪定位仪；6-同步控制系统； 7-单波长滤光片切换器；8-样品；9-黑白高感度近红外CCD；10- 操纵臂； 11-数据采集卡；12-散射光；13-图像增强处理系统；14-血氧成像及辅助诊断系统；15-数字信号；16-PC平台。

具体实施方式

图1显示了体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置应用于鼻咽腔内壁成像的示意图，双波长近红外光光源1紧贴人脸，射出双波长近红外光2透过肌肉和骨头，聚焦在需要扫描的鼻咽腔体内；激发的散射光12被置于体外的黑白高感度近红外CCD9所收集，该CCD9位于光源同侧，与光源1的距离由探测的深度决定。

图2显示了体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置的结构示意图；包括，红外线数字化仪5、双波长近红外光源1、单波长滤光片切换器7；760nm波长通过的窗口3； 850nm波长通过的窗口4；同步控制系统6；黑白高感度近红外CCD9；操纵臂10；数据采集卡11；图像增强处理系统13；血氧成像及辅助诊断系统14； PC平台16；所述红外线数字化仪5与双波长光源1聚焦于同一点，在扫描前为光源1定位；所述双波长近红外光源1置于定位仪5前端，两光源共焦且交替发光。发光时间和切换时间由控制系统6控制；出射光2分别透过所述切换器7上的两个单波长滤光片3-4，提供单一波长760nm或810nm；切换器7的旋转频率与光源1的切换频率同步，由控制系统6控制；所述控制系统6包括单片机和继电器；两者由导线相连，并用导线与光源系统和图像采集系统相连；继电器控制光源1的持续发光时间和单波长滤波器7的切换时间，单片机控制黑白高感度近红外CCD9与光源同步，这样拍摄到每一次单波长激发的散射光；所述黑白高感度近红外CCD9位于光源1同侧，与光源的横向距离由探测深度确定； CCD9用于拍摄所述反射式散射光，形成光学图像并完成光信号12与数字信号15的转换；采集卡11置于CCD9后端，采集数字信号15并传输到所述图像处理系统；所述图像处理系统包括PC平台16和软件，软件功能为血氧含量图像增强系统13和局部血氧含量的定量计算系统14；数字信号输入到PC16平台后，在Labview软件中用血氧含量成像算法生成鼻咽组织的血氧含量分布图；用光吸收原理计算局部血氧饱和度(SaO2)的定量分析；结果在PC平台16上显示。

所述光源与CCD之间的距离一般20mm-30mm之间。

所述双光源切换频率与单波长滤光片切换器的旋转频率同步，为400Hz。

所述软件为Labview语言, 该软件界面友好，功能较全；用于数据信号的采集、血氧分布成像，图像优化、血氧饱和度计算、动态显示、定标和输出。

所述整套系统的设计结构紧凑、成本低廉、信号处理能力强大。

以上所述仅为本实用新型较佳实施方案而已，并不能以此来限定本实用新型的范围。因此，凡是按本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，包括：红外线数字化仪定位仪、双波长近红外光光源、760nm波长通过的窗口、850nm波长通过的窗口、单波长滤光片切换器、黑白高感度近红外CCD、同步控制系统、数据采集卡、成像系统；

所述红外线数字化定位仪用于定位人的鼻咽腔体部位；

所述双波长近红外光源扫描所定位的部位，光能被该部位血红蛋白吸收和散射后，藴含血红蛋白属性的反射散射光由所述CCD所拍摄；

所述单波长滤光片切换器放置于光源前端，正上方两个平行的圆孔，一个为760nm波长通过的窗口、一个为850nm波长通过的窗口；确保某一时刻只有一种单波长照射到样品上，照射的持续时间和切换时间由控制系统控制；

所述黑白高感度近红外CCD采集双波长近红外光激发组织的散射光，并完成光信号到数字信号的转换；采集卡把采集到的数字信号传输到图像处理系统；

所述控同步制系统由单片机控制继电器，继电器控制光源的持续发光时间和单波长滤波器的切换时间；单片机控制光源和黑白高感度近红外CCD，使CCD能同步拍摄到每一次单波长激发的散射光，确保图像不失真；

所述成像系统包括图像增强处理系统和血氧成像及辅助诊断系统，得到血氧含量的分布图和局部血氧含量的定量计算。

2.根据权利要求1所述一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述光源透过脸部肌肉和骨头，聚焦在所述鼻咽腔内；双波长近红外光分别为760nm和850nm；760nm的LED和850nm 的LED各8颗，两种波长的光源组成4×4交错排列的面阵列。

3.根据权利要求1所述一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述光源前端设置同步单波长滤光片切换器；760nm和850nm 的光先后透出滤光片照射样品；相机同步接收两个单波长激发的样品信号，完成单波长摄像。

4.根据权利要求1所述一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，同步控制系统的单片机与光源采用导线相连；同步控制系统的单片机与CCD采用导线相连；同步控制系统的单片机与继电器采用导线相连。

5.根据权利要求4所述一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，单片机控制两种波长的发光时间和交错发光频率，以及控制光源和CCD的同步。

6.根据权利要求1所述一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述光源和CCD置于同侧，两者之间的距离取决于聚焦深度。

7.根据权利要求1所述一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述采集系统和成像系统所用的软件均为Labview软件。

8.根据权利要求7所述一种体外鼻咽腔体静脉血氧饱和度成像装置，其特征在于，所述成像系统是基于PC平台，在Labview软件用血氧成像算法生成图像和完成血氧饱和度的定量分析。