一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置的制作方法

本實用新型涉及醫療器械技術領域，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。

背景技術：

血氧飽和度是指血紅蛋白被氧結合的百分比，即血紅蛋白的氧含量與氧容量的百分比，它是呼吸循環功能的一個重要參數，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，內環境穩態失衡，嚴重的還會威脅人的生命，而對病人進行血氧飽和度監測將有助于解決這個問題。眼底視網膜是全身微循環的一部分，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測。

基于現有的檢測血氧飽和度的裝置，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，且不能進行連續的監測，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測方法，該方法容易受到光干擾，如陽光、手術室燈光的干擾，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的準確性，而且只有脈搏血氧測定儀的數值大于83％時，才能達到3％的誤差。

所以，采用現有的檢測血氧飽和度的裝置進行血氧飽和度的測量時均存在檢測精度不高的問題，需要改進。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，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。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

提供一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，包括同步觸發源、數據處理系統、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燈交替串聯組成；同步觸發源用于向面陣LED光源及CCD彩色相機發出同步信號，同步信號發出時，面陣LED光源同時發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據處理系統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；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；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，通過設置由兩種波長LED燈交替串聯組成的面陣LED光源并用同步觸發源向面陣LED光源及CCD彩色相機發出同步信號，使得同步信號發出時，面陣LED光源同時發出兩種波長的光，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據處理系統進行處理以得到血氧飽和度。本實用新型一種基于面陣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。

優選地，所述數據處理系統為電腦。

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

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，通過設置由兩種波長LED燈交替串聯組成的面陣LED光源并用同步觸發源向面陣LED光源及CCD彩色相機發出同步信號，使得同步信號發出時，面陣LED光源同時發出兩種波長的光，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據處理系統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燈交替串聯而成，由于血紅蛋白對這兩種波長的光的吸收系數相差較大，使得計算時產生的誤差小，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芯片對不同波長光的響應系數曲線圖。

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

下面結合具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。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；為了更好地說明本實用新型的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產品的尺寸；對本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。

本實用新型實施例的附圖中相同或相似的標號對應相同或相似的部件；在本實用新型的描述中，需要理解的是，若有術語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此附圖中描述位置關系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

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，包括同步觸發源8、數據處理系統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燈交替串聯組成；同步觸發源8用于向面陣LED光源7及CCD彩色相機1發出同步信號，同步信號發出時，面陣LED光源7同時發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據處理系統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，其中綠光最優響應波長為532nm，而紅光最優響應波長為632nm，CCD彩色相機1綠紅藍響應芯片(像素點)對不同波長光的響應系數曲線圖如圖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，同步觸發源8向面陣LED光源7及CCD彩色相機1發出同步信號，使得面陣LED光源7同時發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CCD彩色相機1像素點的分布，將對應的波長為λ₁和λ₂的光形成的散斑圖像分離出來，數據處理系統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。本實用新型一種基于面陣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，所述數據處理系統9為電腦。

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

使用上述基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置進行檢測時，包括如下步驟：

S1.設置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.同步觸發源8以頻率f₀向面陣LED光源7及CCD彩色相機1發出n次同步信號，n次觸發面陣LED光源7同時發出波長為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據處理系統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CCD彩色相機1像素點的分布，將對應的波長為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變為頻域散斑強度信號；

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，低頻信號為靜態散斑信號，高頻信號為動態散斑信號；

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，以得到靜態散斑信號強度和動態散斑信號強度和

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，C₀為背景信息的光吸收物質濃度，L為光路徑長度；

根據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，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，c_Hb為脫氧血紅蛋白的濃度；

及ε_Hb在波長為λ₁和λ₂時的光吸收系數為常數；

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。

顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎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。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型權利要求的保護范圍之內。