本發(fā)明屬于腦血流量測量方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合近紅外光譜及脈搏色素法的無創(chuàng)腦血流量測量系統(tǒng)及測量方法。

背景技術(shù)：

在人體正常生理活動中，腦血管血流動力學(xué)參數(shù)如腦血流、腦血氧飽和度、腦血管管床循環(huán)時間等，能夠評估個體腦血管功能，預(yù)警腦中風(fēng)及腦出血的發(fā)生。

腦組織血流是由腦血流循環(huán)自動調(diào)節(jié)維持的，是神經(jīng)活動不受損傷的先決條件。腦血流量急劇下降會導(dǎo)致局部或是全顱急劇缺血，對腦組織活性及人體生命健康構(gòu)成威脅。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前臨床上測量腦血流量的方法有xe¹³³或kr⁸⁵同位素標(biāo)記法，疝氣增強(qiáng)ct，pet，mri等技術(shù)，但這些技術(shù)較為復(fù)雜，不適用于所有人群也不利于臨床快速測量。

使用疝氣增強(qiáng)ct法測量腦血流雖有一定臨床價值，但測量過程需要病人吸入疝氣。疝氣濃度超過50％時對人體有麻醉作用。吸入少量時不同人對疝氣反應(yīng)不同。此種方法對于測量過程需要十分小心，對人體并不十分健康。

pet測量腦血流法是目前臨床上最為認(rèn)可的一種方法，18o-h2o示蹤劑pet被認(rèn)為是腦血流測量的“金標(biāo)準(zhǔn)”。但此種方法高昂的價格成本讓其普及性受到限制。無法大面積普及，也不是普通人都能夠承受的一種醫(yī)學(xué)檢測方法。

mri磁共振技術(shù)已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。效果最佳的是顱腦，及其脊髓、心臟大血管、關(guān)節(jié)骨骼、軟組織及盆腔等。對心血管疾病不但可以觀察各腔室、大血管及瓣膜的解剖變化，而且可作心室分析，進(jìn)行定性及半定量的診斷，可作多個切面圖，空間分辨率較高，顯示心臟及病變?nèi)?，及其與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系。但是使用該技術(shù)測量腦血流需要進(jìn)入專門的磁共振測量室。mri需要龐大的儀器設(shè)備來支撐其測量過程，無法達(dá)到希望的臨床快速檢測，無法向醫(yī)生提供病人的實時腦血流變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了適合臨床上腦血流量的快速檢測，本發(fā)明提供了一種無創(chuàng)腦血流量測量系統(tǒng)及測量方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種無創(chuàng)腦血流量測量系統(tǒng)，包括由三波長二極管和腦前額光電檢測器組成的腦前額icg濃度測量模塊、兩波長二極管和耳垂光電檢測器組成的透射式耳垂icg濃度測量模塊、主控制器和上位機(jī)，腦前額光電檢測器、耳垂光電檢測器分別與主控制器連接，將檢測到的信號在主控制器中ad轉(zhuǎn)換，主控制器連接上位機(jī)，將轉(zhuǎn)換后的信號發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行計算。

進(jìn)一步地，所述主控制器由順次連接的濾波模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊和藍(lán)牙發(fā)送模塊組成。

進(jìn)一步地，所述三波長二極管發(fā)射的三種波長長度分別為760nm、810nm、840nm；所述兩波長二極管發(fā)射的兩種波長長度分別為760nm、840nm。

進(jìn)一步地，所述三波長二極管與腦前額光電檢測器之間的距離為2cm。

根據(jù)本發(fā)明的另外一個方面，提供一種利用上述無創(chuàng)腦血流量測量系統(tǒng)進(jìn)行腦血流量測量的方法，采用多波長光電檢測技術(shù)，靜脈注射icg，通過對腦部icg濃度和動脈icg濃度檢測，實現(xiàn)無創(chuàng)腦血流量測量，該方法包括如下步驟：

1)腦部icg濃度計算

選用三種波長分別為λ1＝760nm、λ2＝810nm，λ3＝840nm的三波長二極管，向大腦前額葉發(fā)射不同波長的光，hbo2、hb、icg吸收反射后由腦前額光電檢測器接收，傳至主控制器進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的信號傳至上位機(jī)，依據(jù)朗博比爾定律進(jìn)行矩陣反演計算得到三種吸光物質(zhì)的濃度變化量，根據(jù)三種吸光物質(zhì)的濃度變化量計算腦部icg濃度，過程如下：

其中，a表示吸光度，dpf(λ)為差分路徑因子，r為光源和腦前額光電檢測器的距離，ε^λ為波長為λ時物質(zhì)的吸光系數(shù)，c為被檢測物質(zhì)的濃度；

因此，腦部icg濃度的計算公式為：

2)耳垂動脈icg濃度計算

選用兩種波長分別為λ4＝760nm、λ5＝840nm的兩波長二極管，向耳垂發(fā)射不同波長的光，透射后的光被耳垂光電檢測器接收，傳至主控制器進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的信號傳至上位機(jī)，在icg注射前檢測出hb的濃度chb，即可計算出耳垂動脈icg濃度，計算式如下：

式中，εh4、εh5、εi4、εi5分別為波長為λ4、λ5時的hb的吸光系數(shù)與icg的吸光系數(shù)，chb為hb的濃度，為脈動量比；

3)腦血流量cbf計算

將腦部icg濃度、耳垂動脈icg濃度分別代入費氏公式，計算得到腦血流量cbf值：

進(jìn)一步地，所述三波長二極管和兩波長二極管通過分時驅(qū)動技術(shù)發(fā)射不同波長的光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：1、本發(fā)明使用多波長二極管可以實現(xiàn)快速無創(chuàng)的腦血流測量；2、本發(fā)明整體系統(tǒng)體積小重量輕可實現(xiàn)便攜式檢測；3、本發(fā)明測量過程簡便，對臨床上預(yù)測腦梗死，腦血栓等疾病有很大的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的無創(chuàng)腦血流量測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中三波長二極管三種波長吸光系數(shù)曲線；

圖3為本發(fā)明腦血流量測量時序圖；

圖4為本發(fā)明的光電容積波信號圖；

圖5為本發(fā)明的脈搏波信號圖；

圖6為本發(fā)明的腦血流測量曲線圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本方法中，應(yīng)用nirs及ddg技術(shù)，采用icg色素可達(dá)到臨床快速檢測腦血流的目的。此方法需要測量出腦組織icg濃度及動脈中icg濃度，然后應(yīng)用費氏方法(fick’smethod)計算出腦血流量。向人體注射icg無毒無害色素作為示蹤物后，將多波長二極管放置腦前額，接收到的光強(qiáng)送至上位機(jī)計算，上位機(jī)應(yīng)用修正朗博比爾定律，計算出腦組織中icg濃度的變化。與此同時，耳垂模型測量動脈中icg濃度，由于動脈搏動的收縮會產(chǎn)生交直流混雜的信號，應(yīng)用交直流分離技術(shù)分離交直流量，然后使用朗博比爾定律即可計算出動脈icg濃度。

如圖1所示，本實施例包括由三波長二極管和腦前額光電檢測器組成的腦前額icg濃度測量模塊、兩波長二極管和耳垂光電檢測器組成的透射式耳垂icg濃度測量模塊、主控制器和上位機(jī)，腦前額光電檢測器、耳垂光電檢測器分別與主控制器連接，主控制器由順次連接的濾波模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊和藍(lán)牙發(fā)送模塊組成，將檢測到的信號在主控制器中ad轉(zhuǎn)換，主控制器連接上位機(jī)，將轉(zhuǎn)換后的信號發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行計算。

三波長二極管采用分時驅(qū)動技術(shù)向大腦前額葉發(fā)射不同波長的光，其時序如附圖2。光子經(jīng)過腦組織，hbo2、hb、icg吸收反射后由腦前額光電檢測器接收，不同波長的光被吸收的強(qiáng)度不同。不同強(qiáng)度的光強(qiáng)經(jīng)由主控制器ad轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送至上位機(jī)進(jìn)行計算，計算依據(jù)朗博比爾定律：

a＝log(i0/i)＝ε^λ·c·dpf(λ)·r+g(1)

式中a表示吸光度，i0、i分別為入射光和出射光光強(qiáng)，ε^λ為波長為λ時物質(zhì)的吸光系數(shù)，r為光源和光電探測器的距離，c為被檢測物質(zhì)的濃度。dpf(λ)為差分路徑因子，g表示水等其他物質(zhì)的吸收引起的光衰減系數(shù)，很難被絕對量化。

根據(jù)公式1，可利用光衰減表示吸光色團(tuán)的濃度變化量：

由于皮膚組織散射影響，波長為λ的光在組織中的傳播距離要比r平均大dpf(λ)倍。dpf(λ)為路徑差分因子常數(shù)，用以修正l-b定律中的光路長度。對于小于2歲的新生兒及嬰兒dpf＝4.39，對于大于2歲的兒童及成年人dpf＝5.93。

在大腦中，主要的內(nèi)源吸光色團(tuán)hbo2和hb吸收光譜范圍為700-1000nm。icg是一種經(jīng)靜脈注射的外源吸光物質(zhì)，其相對分子質(zhì)量為774.96，吸光系數(shù)峰值介于795-805nm之間。根據(jù)附圖3給出的hbo2、hb、icg和h2o的吸收光譜曲線，本方法選擇波長為760、810、840nm的近紅外激光作為光源進(jìn)行探測。當(dāng)不同波長的光子進(jìn)入大腦后被hbo2、hb、icg吸收反射，光強(qiáng)衰減各不相同。經(jīng)由適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)理，ad轉(zhuǎn)換送入上位機(jī)分析?？梢缘玫饺ㄩL在大腦中被物質(zhì)吸收反射后衰減的圖線，如附圖4。

耳垂icg濃度測量過程中，依據(jù)附圖3選用760、840nm的近紅外激光作為光源。分時驅(qū)動光源，不同波長光束照射到耳垂表面，光子經(jīng)過皮膚、肌肉、脂肪、血液等多層生物組織發(fā)生反射、透射、散射，造成一定程度的光吸收和衰減，出射光被光電探測器接收。在動脈測量中由于動脈搏動血管厚度改變引起的光路徑變化。透射光強(qiáng)的大小會隨脈搏波動速率呈周期性改變，如圖5，附圖5中的信號經(jīng)由濾波處理可以消除信號的極限的漂移，得到更為準(zhǔn)確的交直流分量。由于脈搏引起的光強(qiáng)變化δi遠(yuǎn)小于透射光強(qiáng)i，因此δa就可以近似寫成式(3)的形式

這種情況下，如果選用兩個不同波長的光源λ4和λ5進(jìn)行測量，并將測得的兩組光密度的變化量δa4和δa5做比較，就可以消除脈搏搏動引起的δd的影響，得到

稱為脈動量比，可通過測量透射光光強(qiáng)及其變化量計算得到，hb及icg在不同波長下的吸光系數(shù)均為常數(shù)，這樣，只要在色素注射前檢測出血紅蛋白hb的濃度ch就可根據(jù)式(4)計算出ci的值。

將上兩步所得計算值帶入費氏公式：

中即可算得腦血流量，如附圖6。在圖6中共有三條曲線，2號線為hb，1號線為hbo2，3號線為icg。這三條曲線代表了這三種物質(zhì)的濃度變化。在未注射icg時，可以清楚看到圖中icg濃度為0，hb與hbo2均有一定初值。人體憋氣到一定程度后，可以清楚看到hb濃度的快速上升，hbo2急劇下降，icg濃度基本保持不變，hbo2的急劇下降對icg濃度稍有影響，但是在誤差可接受范圍內(nèi)。

上述實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。