CN220275583U - 一种检测血液动力学参数的光学探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种检测血液动力学参数的光学探头，所述光学探头包括微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块；通过近红外光源在人体组织外包面发送近红外光，再通过多个光敏探测器在人体组织外表面的不同方向上采集所述多种近红外光经人体组织吸收和散射后的后向散射光子，将所述后向散射光子转换成多个电信号后发送到所述微控制处理器，使微控制处理器根据所述多个电信号检测出所述人体组织的血液动力学参数；因此，本实用新型采用非入侵人体组织的方式检测血液动力学参数，避免出现感染的风险；通过发出多种不同波长范围的近红外光，能够精确地计算组织中不同成份的含量，可以提高血液动力学参数的检测精度。

Description

一种检测血液动力学参数的光学探头

技术领域

本实用新型涉及医学检测技术领域，尤其涉及一种检测血液动力学参数的光学探头。

背景技术

血液动力学参数包括血流速度、血容量和血红蛋白氧合度等指标，用以评估被检测者的生理状态或疾病状态；目前在医学检测和临床应用中，通常采用侵入式的检测手段，也就是将检测探头插入人体检测部位的血管中，使用近红外光谱学原理，通过测量组织中红外光的吸收和散射来获取血液动力学参数。这种传统入侵式检测方式，会在皮肤上留下创口，存在感染风险；此外，血液中含有多种组成成份，每种成份对不同波长的吸收系数又不同，而传统的检测探头只有一种波长的近红外光源，那么每种成份对同一波长的吸收系数也不相同，导致计算出的每种成份的浓度存在误差，降低了检测精度。

可见，现有技术中检测血液动力学参数的光学探头存在感染风险和检测精度低的问题。

实用新型内容

针对现有技术中所存在的不足，本实用新型的提供的一种检测血液动力学参数的光学探头，其解决了现有技术中的光学探头存在感染风险和检测精度低的问题。

本实用新型提供一种检测血液动力学参数的光学探头，所述光学探头包括：微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块；所述近红外光源用于发送多种不同波长范围的近红外光；所述光源驱动模块分别与所述微控制处理器和所述近红外光源相连，用于根据所述微控制处理器依次输出的不同控制信号，依次驱动所述近红外光源向人体组织外表面发送相对应波长范围的近红外光；所述多个光敏探测器分别与所述微控制处理器相连，用于在人体组织外表面的不同方向上采集所述多种近红外光经人体组织吸收和散射后的后向散射光子，还用于将所述后向散射光子转换成多个电信号后发送到所述微控制处理器；所述微控制处理器与所述无线通信模块相连，用于根据所述多个电信号检测出所述人体组织的血液动力学参数，还用于将所述血液动力学参数通过所述无线通信模块发送到外部接收端。

可选地，所述无线通信模块包括短距离通信单元和长距离通信单元，所述光学探头还包括：无线通信切换按键，与所述微控制处理器相连，用于使所述微控制处理器根据所述无线通信切换按键的当前状态信息，选择所述短距离通信单元或所述长距离通信单元发送所述血液动力学参数。

可选地，所述光学探头还包括：电源模块，分别与所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块相连，用于为所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块提供不同工作电压。

可选地，所述电源模块包括：充电电池、无线充电接收电路和电压转换电路；所述无线充电接收电路与所述充电电池相连，用于将与外部无线充电发射电路之间的电磁感应转换成为所述充电电池充电的充电电能；所述电压转换电路与所述充电电池相连，用于将所述充电电池的输出电压转换成多种伏值不同的目标电压。

可选地，所述无线充电接收电路包括：接收线圈、全桥整流模块、第一滤波电容、第二滤波电容、线性稳压芯片和第三滤波电容；所述接收线圈的第一端与所述全桥整流模块的第一输入端相连，所述接收线圈的第二端与所述全桥整流模块的第二输入端相连，所述全桥整流模块的第一输出端分别与所述第一滤波电容的第一端、所述第二滤波电容的第一端和所述线性稳压芯片的输入端相连，所述全桥整流模块的第二输出端、所述第一滤波电容的第二端和所述第二滤波电容的第二端接地，所述线性稳压芯片的输出端通过所述第三滤波电容接地，所述线性稳压芯片的输出端还与所述充电电池的正极端相连。

可选地，所述光学探头还包括：柔性基板，所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块设置在所述柔性基板上。

可选地，所述光学探头还包括：具有若干个开口的塑封层，所述微控制处理器、光源驱动模块、无线通信模块和所述柔性基板被所述塑封层包覆，在所述若干个开口中露出近红外光源和多个光敏探测器。

可选地，所述多种近红外光的波长范围包括700nm～750nm、750nm～810nm、810nm～850nm。

可选地，所述光学探头还包括：异常报警模块，与所述微控制处理器相连，用于根据所述微控制处理器输出的异常信号进行报警。

可选地，所述异常报警模块包括MLT-8530贴片式蜂鸣器。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过近红外光源在人体组织外包面发送近红外光，再通过多个光敏探测器在人体组织外表面的不同方向上采集所述多种近红外光经人体组织吸收和散射后的后向散射光子，还用于将所述后向散射光子转换成多个电信号后发送到所述微控制处理器，使微控制处理器根据所述多个电信号检测出所述人体组织的血液动力学参数；因此，本实用新型采用非入侵人体组织的方式检测血液动力学参数，无需在人体皮肤上留下创口，避免出现感染的风险；

2、本实用新型中的近红外光源可以发出多种不同波长范围的近红外光，通过微控制处理器依次输出的不同控制信号，使光源驱动模块依次驱动所述近红外光源向人体组织外表面发送相对应波长范围的近红外光，将血液中不同成份对不同波长范围的红外光需要做适配，能够精确地计算组织中不同成份的含量，可以提高血液动力学参数的检测精度。

3、本实用新型通过无线通信模块实现光学探头与外部接收端之间的数据传输，因此无线传输方式使得探头更为便携和灵活，可以应用于不同场景，如运动状态下的运动员、危重病患者等。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本实用新型实施例提供的一种检测血液动力学参数的光学探头的结构示意图；

图2所示为本实用新型实施例提供的一种无线充电接收电路的电路示意图；

图3所示为本实用新型实施例提供的一种电压转换电路的电路示意图；

图4所示为本实用新型实施例提供的一种光学探头的剖面视图；

图5所示为本实用新型实施例提供的一种光学探头的正面视图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实用新型实例中相同标号的功能单元具有相同和相似的结构和功能。

实施例一

图1所示为本实用新型实施例提供的一种检测血液动力学参数的光学探头的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的检测血液动力学参数的光学探头100具体包括：

微控制处理器110、光源驱动模块120、近红外光源130、多个光敏探测器140和无线通信模块150；

所述近红外光源130用于发送多种不同波长范围的近红外光；

所述光源驱动模块120分别与所述微控制处理器110和所述近红外光源130相连，用于根据所述微控制处理器110依次输出的不同控制信号，依次驱动所述近红外光源130向人体组织200外表面发送相对应波长范围的近红外光；

所述多个光敏探测器140分别与所述微控制处理器110相连，用于在人体组织200外表面的不同方向上采集所述多种近红外光经人体组织200吸收和散射后的后向散射光子，还用于将所述后向散射光子转换成多个电信号后发送到所述微控制处理器110；

所述微控制处理器110与所述无线通信模块150相连，用于根据所述多个电信号检测出所述人体组织200的血液动力学参数，还用于将所述血液动力学参数通过所述无线通信模块150发送到外部接收端300。

需要说明的是，本实施例中的近红外光源可以发出不同波长范围的多种近红外光，所述多种近红外光的波长范围包括700nm～750nm、750nm～810nm、810nm～850nm。本实施例中的近红外光谱技术是一种利用组织内不同吸收色团对不同波长光的吸收系数差异来计算相应吸收色团的浓度的方法。在人体组织中，水的含量占据了80％左右，而水对不同波长光的吸收系数差异较大，因此会对组织内其他吸收色团的计算产生影响。为了解决这个问题，近红外光谱技术利用700～900nm之间的光作为一个光学窗口，通过测量脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白和水在组织内部随波长变化的吸收系数，来计算它们的浓度。在组织中，脱氧血红蛋白和含氧血红蛋白的吸收系数在805nm处是相等的，因此我们可以选择另外两个波长，700nm～750nm和800nm～850nm，来计算它们的浓度。因此，将所述多种近红外光的波长范围设定为700nm～750nm、750nm～810nm、810nm～850nm能够精确地计算组织中脱氧血红蛋白和含氧血红蛋白的含量，可以提高血液动力学参数的检测精度。

进一步地，本实施例通过微控制处理器输出的控制信号，使光源驱动模块驱动所述近红外光源依次向人体组织外表面发送上述3种波长范围的近红外光；例如，微控制处理器发送00信号到所述光源驱动模块，所述光源驱动模块点亮波长范围为700nm～750nm的第一红外光；微控制处理器发送01信号到所述光源驱动模块，所述光源驱动模块熄灭第一红外光，点亮波长范围为750nm～810nm的第二红外光；微控制处理器发送11信号到所述光源驱动模块，所述光源驱动模块熄灭第二红外光，点亮波长范围为810nm～850nm的第三红外光。

进一步地，所述多个光敏探测器与近红外光源位于人体组织外表面的同一侧，用于在不同方向上采集所述多种近红外光经人体组织吸收和散射后的后向散射光子，并将多个光信号转换成多个电信号发送到所述微控制处理器，使微控制处理器对多个电信号进行分析处理，得到血液中不同成份的浓度，也就是人体组织的血液动力学；其中，微控制处理器对多个电信号进行分析处理得到血液中不同成份的浓度为现有技术中的处理方法，不是本实用新型的改进点。此外，微控制处理器还通过所述无线通信模块将所述血液动力学参数发送到外部接收端，无线传输方式使得探头更为便携和灵活，可以应用于不同场景，如运动状态下的运动员、危重病患者等。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过近红外光源在人体组织外包面发送近红外光，再通过多个光敏探测器在人体组织外表面的不同方向上采集所述多种近红外光经人体组织吸收和散射后的后向散射光子，还用于将所述后向散射光子转换成多个电信号后发送到所述微控制处理器，使微控制处理器根据所述多个电信号检测出所述人体组织的血液动力学参数；因此，本实用新型采用非入侵人体组织的方式检测血液动力学参数，无需在人体皮肤上留下创口，避免出现感染的风险；

2、本实用新型中的近红外光源可以发出多种不同波长范围的近红外光，通过微控制处理器依次输出的不同控制信号，使光源驱动模块依次驱动所述近红外光源向人体组织外表面发送相对应波长范围的近红外光，将血液中不同成份对不同波长范围的红外光需要做适配，能够精确地计算组织中不同成份的含量，可以提高血液动力学参数的检测精度。

3、本实用新型通过无线通信模块实现光学探头与外部接收端之间的数据传输，因此无线传输方式使得探头更为便携和灵活，可以应用于不同场景，如运动状态下的运动员、危重病患者等。

实施例二

本实施例中的所述无线通信模块包括短距离通信单元和长距离通信单元，所述光学探头还包括：无线通信切换按键，与所述微控制处理器相连，用于使所述微控制处理器根据所述无线通信切换按键的当前状态信息，选择所述短距离通信单元或所述长距离通信单元发送所述血液动力学参数。

需要说明的是，本实施例中可以根据应用场景选择相对应的无线通信单元，例如对于传输距离为几米至几十米的短距离通信时，采用短距离通信单元进行通讯；对于更远的传输距离，则采用长距离通信单元进行通讯；本实施例通过微控制处理器监测无线通信切换按键的当前状态信息实现对短距离通信单元和长距离通信单元之间的切换，例如，当所述无线通信切换按键为按下状态时，也就是闭合状态，选择长距离通信单元；反之，所述无线通信切换按键为弹起状态时，也就是断开状态，选择短距离通信单元。其中，所述短距离通信单元包括CC2640蓝牙芯片，所述长距离通信单元包括ESP32WIFI芯片。

实施例三

在本实施例中，所述光学探头还包括：电源模块，分别与所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块相连，用于为所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块提供不同工作电压。

在本实施例中，所述电源模块包括：充电电池、无线充电接收电路和电压转换电路；所述无线充电接收电路与所述充电电池相连，用于将与外部无线充电发射电路之间的电磁感应转换成为所述充电电池充电的充电电能；所述电压转换电路与所述充电电池相连，用于将所述充电电池的输出电压转换成多种伏值不同的目标电压。

如图2所示，所述无线充电接收电路包括：接收线圈L、全桥整流模块VD、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、线性稳压芯片U1和第三滤波电容C3；所述接收线圈L的第一端与所述全桥整流模块VD的第一输入端相连，所述接收线圈L的第二端与所述全桥整流模块VD的第二输入端相连，所述全桥整流模块VD的第一输出端分别与所述第一滤波电容C1的第一端、所述第二滤波电容C2的第一端和所述线性稳压芯片U1的输入端相连，所述全桥整流模块VD的第二输出端、所述第一滤波电容C1的第二端和所述第二滤波电容C2的第二端接地，所述线性稳压芯片U1的输出端通过所述第三滤波电容C3接地，所述线性稳压芯片U1的输出端还与所述充电电池的正极端相连。

需要说明的是，通过接收线圈与外部无线充电发射电路中的发射线圈之间的电磁感应获取耦合能量，接收线圈输出的交变电流经全桥整流模块整流成直流，再通过第一滤波电容和第二滤波电容进行滤波，经线性稳压芯片进行稳压后为充电电池进行充电。本实施例实现对于电池的无线充电方式，可以使光学探头满足多种应用场景，提高其应用范围。

如图3所示，本实施例中的电压转换电路包括三个电压转换模块，分别输出3.3V、4.2V和5.0V的目标电压，每个电压转换模块采用ADM7170芯片，其是低电压差的线性稳压器，其电压从2.3V到6.5V，最高电流可达500mA。此装置具有高功率抑制、低噪声特性，只需要一个很小的微型陶瓷输出电容，就可以在线和负载的瞬变特性上取得优异的效果。

在本实施例中，所述电压转换模块还包括发光二极管D2，用于指示电源模块的工作状态。

实施例四

如图4和5所示，所述光学探头还包括：柔性基板，所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块设置在所述柔性基板上。

在本实施例中，所述光学探头还包括：具有若干个开口的塑封层，所述微控制处理器、光源驱动模块、无线通信模块和所述柔性基板被所述塑封层包覆，在所述若干个开口中露出近红外光源和多个光敏探测器；其中，图4中的电路部分包括微控制处理器、光源驱动模块和无线通信模块。

需要说明的是，本实施例通过柔性基板将微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块连接在一起，使光学探头具有柔性，且能在使用时很好地贴合在人体部位表面；通过具有若干个开口的塑封层保证没有环境光可以进入到光敏探测器中，光敏探测器只接收从人体组织中返回的光。由于光学探头采用柔性材料制成，起到对于待测部位较好的缓冲作用，减少不适的压迫感，同时提高与皮肤的贴合度，避免环境光的干扰影响，提高了监测的准确度，所述光源与光敏探测器则恰好嵌入柔性材料中。

在本实用新型的另一个实施例中，所述光学探头还包括：异常报警模块，与所述微控制处理器相连，用于根据所述微控制处理器输出的异常信号进行报警。

需要说明的是，所述异常报警模块包括MLT-8530贴片式蜂鸣器，当测量过程中出现异常血液生理参数情况时，便会产生报警声，以此来通知患者医生及家属提高警惕。

综上所述，本实用新型提供的检测血液动力学参数的光学探头通过微控制处理器向光源驱动模块发出控制指令，光源驱动模块按照一定的时序依次点亮多波长近红外光源的各个波长，近红外光源各波长点亮的频率和近红外光源发光功率可以通过光源驱动模块进行调节。近红外光源发出的光射入被测组织，位于近红外光源同侧的带有前置放大功能的光敏探测器接收经过被测组织吸收和散射后的后向散射光子，将光信号转换为电压信号并进行前置放大。经过前置放大的电压信号由光学探头微控制处理器发送指令给无线通信模块，无线通信模块将信号传输出去。

相较于传统的近红外光谱学探头，具有以下优点或有益效果：

(1)便携性更好：无线式设计使得探头更为便携和灵活，可以应用于不同场景，如运动状态下的运动员、危重病患者等。

(2)小尺寸及柔性设计：柔性的探头设计可以选择使用者的最佳身体测试部位进行测量，可以完美贴合人体曲线不受测量部位限制，有利于减少运动伪差和其他相关干扰，可以满足有需求的临床应用，如需要在小腿部贴合小腿测量的深静脉血栓等。

(3)实时性更高：无线式探头的实时数据采集和传输可以及时反映使用者含氧血红蛋白，脱氧血红蛋白，血氧饱和度等血液生理参数的变化，同时还可以结合相关参数实现对于脉搏，心率等指标的检测。

(4)无线充电设计：内置了无线充电线圈，实现对于光学探头的无线充电，满足各种场景。

(5)更安全：无线式探头无需在皮肤上留下创口，避免了传统探头使用时可能存在的感染风险。

(6)数据质量更好：无线式探头不需要使用导线进行数据传输，因此可以避免运动或呼吸等因素对数据的干扰，提高数据质量。

(7)更加方便：无线式探头的使用更为方便，可以减少操作难度，提高工作效率。

(8)更加经济：无线式探头的使用可以节省一定的人力和物力成本，提高工作效率，从而达到经济效益的提升。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述光学探头包括：

微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块；

所述近红外光源用于发送多种不同波长范围的近红外光；

所述光源驱动模块分别与所述微控制处理器和所述近红外光源相连，用于根据所述微控制处理器依次输出的不同控制信号，依次驱动所述近红外光源向人体组织外表面发送相对应波长范围的近红外光；

所述多个光敏探测器分别与所述微控制处理器相连，用于在人体组织外表面的不同方向上采集所述多种近红外光经人体组织吸收和散射后的后向散射光子，还用于将所述后向散射光子转换成多个电信号后发送到所述微控制处理器；

所述微控制处理器与所述无线通信模块相连，用于根据所述多个电信号检测出所述人体组织的血液动力学参数，还用于将所述血液动力学参数通过所述无线通信模块发送到外部接收端。

2.如权利要求1所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述无线通信模块包括短距离通信单元和长距离通信单元，所述光学探头还包括：

无线通信切换按键，与所述微控制处理器相连，用于使所述微控制处理器根据所述无线通信切换按键的当前状态信息，选择所述短距离通信单元或所述长距离通信单元发送所述血液动力学参数。

3.如权利要求1所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述光学探头还包括：电源模块，分别与所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块相连，用于为所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块提供不同工作电压。

4.如权利要求3所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述电源模块包括：

充电电池、无线充电接收电路和电压转换电路；

所述无线充电接收电路与所述充电电池相连，用于将与外部无线充电发射电路之间的电磁感应转换成为所述充电电池充电的充电电能；

所述电压转换电路与所述充电电池相连，用于将所述充电电池的输出电压转换成多种伏值不同的目标电压。

5.如权利要求4所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述无线充电接收电路包括：

接收线圈、全桥整流模块、第一滤波电容、第二滤波电容、线性稳压芯片和第三滤波电容；

所述接收线圈的第一端与所述全桥整流模块的第一输入端相连，所述接收线圈的第二端与所述全桥整流模块的第二输入端相连，所述全桥整流模块的第一输出端分别与所述第一滤波电容的第一端、所述第二滤波电容的第一端和所述线性稳压芯片的输入端相连，所述全桥整流模块的第二输出端、所述第一滤波电容的第二端和所述第二滤波电容的第二端接地，所述线性稳压芯片的输出端通过所述第三滤波电容接地，所述线性稳压芯片的输出端还与所述充电电池的正极端相连。

6.如权利要求1所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述光学探头还包括：柔性基板，所述微控制处理器、光源驱动模块、近红外光源、多个光敏探测器和无线通信模块设置在所述柔性基板上。

7.如权利要求6所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述光学探头还包括：具有若干个开口的塑封层，所述微控制处理器、光源驱动模块、无线通信模块和所述柔性基板被所述塑封层包覆，在所述若干个开口中露出近红外光源和多个光敏探测器。

8.如权利要求1-7任一项所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述多种近红外光的波长范围包括700nm～750nm、750nm～810nm、810nm～850nm。

9.如权利要求1-7任一项所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述光学探头还包括：

异常报警模块，与所述微控制处理器相连，用于根据所述微控制处理器输出的异常信号进行报警。

10.如权利要求9所述的检测血液动力学参数的光学探头，其特征在于，所述异常报警模块包括MLT-8530贴片式蜂鸣器。