本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

血氧飽和度是指血紅蛋白被氧結(jié)合的百分比，即血紅蛋白的氧含量與氧容量的百分比，它是呼吸循環(huán)功能的一個重要參數(shù)，反映了人體的血氧平衡。有些疾病會對人體的器官或組織造成缺氧，導致組織細胞的代謝異常，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡，嚴重的還會威脅人的生命，而對病人進行血氧飽和度監(jiān)測將有助于解決這個問題。眼底視網(wǎng)膜是全身微循環(huán)的一部分，它需要氧的供給以維持其正常的新陳代謝，而且其對于血氧變化的反映比較敏感，便于對血氧飽和度進行監(jiān)測。

目前測量血氧飽和度主要是用電化學法，該方法先進行人體采血(取動脈血)再利用血氣分析儀對血液進行電化學分析，直接測得動脈氧分壓(PaO2)，并計算出動脈血氧飽和度(SpO2)；然而該方法需要動脈穿刺或者插管，比較麻煩，且不能進行連續(xù)的監(jiān)測，是一種有損傷的血氧測定法，而且對于容易造成損傷的部位就很難使用電化學法來測量。另外還有一種脈搏血氧飽和度的監(jiān)測方法，該方法容易受到光干擾，如陽光、手術(shù)室燈光的干擾，在測量時這些光如果進入到探測器，則影響獲得的透射光的強度大小，從而最終影響血氧飽和度參數(shù)的準確性，而且只有脈搏血氧測定儀的數(shù)值大于83％時，才能達到3％的誤差。

所以，現(xiàn)有的檢測血氧飽和度的方法均存在檢測精度不高的問題，需要改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，該裝置能非接觸地測量出人體眼底血流的血氧飽和度，對人體無任何損傷，且拍攝的圖像信噪比高、空間分辨率高，檢測的血氧飽和度的精度高。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

提供一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，包括同步觸發(fā)源、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、面陣LED光源、分光鏡、接目物鏡、成像物鏡、CCD彩色相機及安裝在CCD彩色相機上的拜爾濾鏡；面陣LED光源由兩種波長LED燈交替串聯(lián)組成；同步觸發(fā)源用于向面陣LED光源及CCD彩色相機發(fā)出同步信號，同步信號發(fā)出時，面陣LED光源同時發(fā)出兩種波長的光到達分光鏡，分光鏡反射光到接目物鏡并到達正對接目物鏡的眼底，光從眼底反射后再次進入接目物鏡并透過分光鏡進入成像物鏡，CCD彩色相機采集通過成像物鏡的兩種波長的光形成的散斑圖像并將其傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理以得到血氧飽和度。面陣LED光源、分光鏡及接目物鏡組成眼底照明光路系統(tǒng)；CCD彩色相機、拜爾濾鏡、成像物鏡、分光鏡及接目物鏡組成眼底成像光路系統(tǒng)；接目物鏡和成像物鏡的作用是控制成像焦距，以拍攝出高空間分辨率的散斑圖像。

上述方案中，通過設(shè)置由兩種波長LED燈交替串聯(lián)組成的面陣LED光源并用同步觸發(fā)源向面陣LED光源及CCD彩色相機發(fā)出同步信號，使得同步信號發(fā)出時，面陣LED光源同時發(fā)出兩種波長的光，CCD彩色相機采集兩種波長的光形成的散斑圖像并將其傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理以得到血氧飽和度。本發(fā)明一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，能非接觸地測量出人體眼底血流的血氧飽和度，對人體無任何損傷，通過采集兩種波長的光形成的散斑圖像能有效抑制眼睛位置改變和血氧含量改變帶來的影響，且拍攝的圖像信噪比高、空間分辨率高，檢測的血氧飽和度的精度高。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為電腦。

優(yōu)選地，面陣LED光源由波長為λ₁＝532nm和λ₂＝632nm的LED燈交替串聯(lián)而成。血紅蛋白對這兩種波長的光的吸收系數(shù)相差較大，計算時產(chǎn)生的誤差小，有利于提高檢測的血氧飽和度的精度。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測方法，該方法使用上述基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，包括如下步驟：

S1.設(shè)置CCD彩色相機的采集速度及曝光時間，使得血紅細胞進出像素單元的成像范圍時，局域的濃度變化引起動態(tài)散斑干涉強度的變化；將眼睛正對接目物鏡；

S2.同步觸發(fā)源以頻率f₀向面陣LED光源及CCD彩色相機發(fā)出n次同步信號，n次觸發(fā)面陣LED光源同時發(fā)出波長為λ₁和λ₂的光到達分光鏡，分光鏡反射光到接目物鏡并到達眼底，光從眼底反射后再次進入接目物鏡并透過分光鏡進入成像物鏡，同時，n次觸發(fā)CCD彩色相機采集通過成像物鏡的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像，其中，λ₁＝532nm，λ₂＝632nm；

S3.將CCD彩色相機采集的通過成像物鏡的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理以得到眼底血流的血氧飽和度，包括如下步驟：

S31.根據(jù)CCD彩色相機像素點的分布，將對應(yīng)的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像分離出來；

S32.對分離出的波長為λ₁和λ₂的光分別形成的散斑圖像中的每個像素點進行快速傅里葉變換，以將CCD彩色相機接收的時域散斑強度信號沿著時間序列轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域散斑強度信號；

S33.對頻域散斑強度信號進行濾波處理，以將反映背景信息的低頻信號和反映血液流動的高頻信號分離出來，其中，低頻信號為靜態(tài)散斑信號，高頻信號為動態(tài)散斑信號；

S34.對分離出來的低頻信號和高頻信號分別進行逆傅里葉變換，以得到靜態(tài)散斑信號強度和動態(tài)散斑信號強度和

S35.透過生物組織的光強可以表示為：

其中，I為透射光強，I₀為入射光強，ε₀為背景信息的光吸收系數(shù)，C₀為背景信息的光吸收物質(zhì)濃度，L為光路徑長度，在無血流的情況下根據(jù)Beer-Lambert定律，透射光強應(yīng)該是原始采集光強，但在此處，透射光強是原始散斑信號的平均強度，并且由于動態(tài)散斑信號強度遠小于靜態(tài)散斑信號強度，所以近似認為靜態(tài)散斑信號平均強度是透射光強；因此，(1)式能表示為(2)式：

其中，為氧合血紅蛋白的光吸收系數(shù)，為氧合血紅蛋白的濃度，ε_Hb為脫氧血紅蛋白的光吸收系數(shù)，c_Hb為脫氧血紅蛋白的濃度；及ε_Hb在波長為λ₁和λ₂時的光吸收系數(shù)為常數(shù)；

S36.對(2)式進行計算，得到氧合血紅蛋白的含量和脫氧血紅蛋白的含量C_Hb；

S37.根據(jù)血氧飽和度公式(4)計算眼底血流的血氧飽和度；

其中，SO₂即為眼底血流的血氧飽和度。

本發(fā)明一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測方法，通過采集眼睛在兩種波長光照射下形成的散斑圖像，再通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9對采集的散斑圖像進行逆傅里葉變換以得到頻域散斑強度信號，對頻域散斑強度信號進行濾波處理以得到低頻信號和高頻信號，然后分別對低頻信號和高頻信號進行逆傅里葉變換，以得到靜態(tài)散斑信號強度和動態(tài)散斑信號強度，最后根據(jù)Beer-Lambert定律計算出眼底血流的血氧飽和度，該方法能對人體眼底血流進行非接觸地測量，對人體無任何損傷，檢測的血氧飽和度的精度高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，通過設(shè)置由兩種波長LED燈交替串聯(lián)組成的面陣LED光源并用同步觸發(fā)源向面陣LED光源及CCD彩色相機發(fā)出同步信號，使得同步信號發(fā)出時，面陣LED光源同時發(fā)出兩種波長的光，CCD彩色相機采集兩種波長的光形成的散斑圖像并將其傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行處理以得到血氧飽和度，該裝置能非接觸地測量出人體眼底血流的血氧飽和度，對人體無任何損傷，通過采集兩種波長的光形成的散斑圖像能有效抑制眼睛位置改變和血氧含量改變帶來的影響，且拍攝的圖像信噪比高、空間分辨率高，檢測的血氧飽和度的精度高；通過將面陣LED光源由波長為λ₁＝532nm和λ₂＝632nm的LED燈交替串聯(lián)而成，由于血紅蛋白對這兩種波長的光的吸收系數(shù)相差較大，使得計算時產(chǎn)生的誤差小，有利于提高檢測的血氧飽和度的精度。

附圖說明

圖1為本實施例一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置的示意圖，其中箭頭表示光線走向。

圖2為CCD彩色相機的三色芯片的排列示意圖，其中，僅示意了紅色和綠色的排列方式。

圖3為CCD彩色相機綠紅藍響應(yīng)芯片對不同波長光的響應(yīng)系數(shù)曲線圖。

圖4為本實施例中面陣LED光源的排列示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本發(fā)明的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

本發(fā)明實施例的附圖中相同或相似的標號對應(yīng)相同或相似的部件；在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，若有術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

實施例

本實施例一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置的示意圖如圖1所示，包括同步觸發(fā)源8、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9、面陣LED光源7、分光鏡4、接目物鏡5、成像物鏡3、CCD彩色相機1及安裝在CCD彩色相機1上的拜爾濾鏡2；面陣LED光源7由兩種波長LED燈交替串聯(lián)組成；同步觸發(fā)源8用于向面陣LED光源7及CCD彩色相機1發(fā)出同步信號，同步信號發(fā)出時，面陣LED光源7同時發(fā)出兩種波長的光到達分光鏡4，分光鏡4反射光到接目物鏡5并到達正對接目物鏡5的眼底，光從眼底反射后再次進入接目物鏡5并透過分光鏡4進入成像物鏡3，CCD彩色相機1采集通過成像物鏡3的兩種波長的光形成的散斑圖像并將其傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9進行處理以得到血氧飽和度。

本實施例中，面陣LED光源7、分光鏡4及接目物鏡5組成眼底照明光路系統(tǒng)10；CCD彩色相機1、拜爾濾鏡2、成像物鏡3、分光鏡4及接目物鏡5組成眼底成像光路系統(tǒng)11；CCD彩色相機的三色芯片的排列示意圖如圖2所示，將拜爾濾鏡2安裝在CCD彩色相機1上，光線經(jīng)過拜爾濾鏡2后，通過CCD彩色相機1上的CCD芯片被分成紅綠藍三色，其中綠光最優(yōu)響應(yīng)波長為532nm，而紅光最優(yōu)響應(yīng)波長為632nm，CCD彩色相機1綠紅藍響應(yīng)芯片(像素點)對不同波長光的響應(yīng)系數(shù)曲線圖如圖3所示；接目物鏡5和成像物鏡3的作用是控制成像焦距，以拍攝出高空間分辨率的散斑圖像。

使用該裝置檢測人體眼底血流的血氧飽和度時，眼睛6正對接目物鏡5，同步觸發(fā)源8向面陣LED光源7及CCD彩色相機1發(fā)出同步信號，使得面陣LED光源7同時發(fā)出兩種波長的光到達分光鏡4，分光鏡4反射光到接目物鏡5并到達眼睛6，光從眼睛6反射后再次進入接目物鏡5并透過分光鏡4進入成像物鏡3，CCD彩色相機1采集通過成像物鏡3的兩種波長的光形成的散斑圖像，根據(jù)CCD彩色相機1像素點的分布，將對應(yīng)的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像分離出來，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9對分離出來的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像分別進行處理，以得到血氧飽和度。本發(fā)明一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，能非接觸地測量出人體眼底血流的血氧飽和度，對人體無任何損傷，通過采集兩種波長的光形成的散斑圖像能有效抑制眼睛位置改變和血氧含量改變帶來的影響，且拍攝的圖像信噪比高、空間分辨率高，檢測的血氧飽和度的精度高。

本實施例中，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9為電腦。

其中，面陣LED光源7由波長為λ₁＝532nm和λ₂＝632nm的LED燈交替串聯(lián)而成，如圖4所示。血紅蛋白對這兩種波長的光的吸收系數(shù)相差較大，計算時產(chǎn)生的誤差小，有利于提高檢測的血氧飽和度的精度。

本發(fā)明還提供一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測方法，該方法使用上述基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，包括如下步驟：

S1.設(shè)置CCD彩色相機1的采集速度及曝光時間，使得血紅細胞進出像素單元的成像范圍時，局域的濃度變化引起動態(tài)散斑干涉強度的變化；將眼睛6正對接目物鏡5；

S2.同步觸發(fā)源8以頻率f₀向面陣LED光源7及CCD彩色相機1發(fā)出n次同步信號，n次觸發(fā)面陣LED光源7同時發(fā)出波長為λ₁和λ₂的光到達分光鏡4，分光鏡4反射光到接目物鏡5并到達眼底，光從眼底反射后再次進入接目物鏡5并透過分光鏡4進入成像物鏡3，同時，n次觸發(fā)CCD彩色相機1采集通過成像物鏡3的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像，其中，λ₁＝532nm，λ₂＝632nm；S3.將CCD彩色相機1采集的通過成像物鏡3的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9進行處理以得到眼底血流的血氧飽和度，包括如下步驟：

S31.根據(jù)CCD彩色相機1像素點的分布，將對應(yīng)的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像分離出來；

S32.對分離出的波長為λ₁和λ₂的光分別形成的散斑圖像中的每個像素點進行快速傅里葉變換，以將CCD彩色相機1接收的時域散斑強度信號沿著時間序列轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域散斑強度信號；

S33.對頻域散斑強度信號進行濾波處理，以將反映背景信息的低頻信號和反映血液流動的高頻信號分離出來，其中，低頻信號為靜態(tài)散斑信號，高頻信號為動態(tài)散斑信號；

S34.對分離出來的低頻信號和高頻信號分別進行逆傅里葉變換，以得到靜態(tài)散斑信號強度和動態(tài)散斑信號強度和

S35.透過生物組織的光強可以表示為：

其中，I為透射光強，I₀為入射光強，ε₀為背景信息的光吸收系數(shù)，C₀為背景信息的光吸收物質(zhì)濃度，L為光路徑長度；

根據(jù)Beer-Lambert定律，(1)式能表示為(2)式：

其中，為氧合血紅蛋白的光吸收系數(shù)，為氧合血紅蛋白的濃度，ε_Hb為脫氧血紅蛋白的光吸收系數(shù)，c_Hb為脫氧血紅蛋白的濃度；及ε_Hb在波長為λ₁和λ₂時的光吸收系數(shù)為常數(shù)；

S36.對(2)式進行計算，得到氧合血紅蛋白的含量和脫氧血紅蛋白的含量C_Hb；

S37.根據(jù)血氧飽和度公式(4)計算眼底血流的血氧飽和度；

其中，SO₂即為眼底血流的血氧飽和度。

本發(fā)明一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測方法，通過采集眼睛在兩種波長光照射下形成的散斑圖像，再通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)9對采集的散斑圖像進行逆傅里葉變換以得到頻域散斑強度信號，對頻域散斑強度信號進行濾波處理以得到低頻信號和高頻信號，然后分別對低頻信號和高頻信號進行逆傅里葉變換，以得到靜態(tài)散斑信號強度和動態(tài)散斑信號強度，最后根據(jù)Beer-Lambert定律計算出眼底血流的血氧飽和度，該方法能對人體眼底血流進行非接觸地測量，對人體無任何損傷，檢測的血氧飽和度的精度高。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。