一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)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，該裝置包括同步觸發(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(dá)分光鏡，分光鏡反射光到接目物鏡并到達(dá)正對接目物鏡的眼底，光從眼底反射后再次進(jìn)入接目物鏡并透過分光鏡進(jìn)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(jìn)行處理以得到血氧飽和度。本發(fā)明專利技術(shù)對人體無任何損傷，檢測的血氧飽和度的精度高。

Fundus blood flow oxygen saturation detection device and method based on planar array LED

The invention relates to a blood oxygen saturation fundus array LED detection device and method based on the synchronous trigger device comprises a source, data processing system, LED array light source, a spectroscope, the eye lens and the imaging lens, a color CCD camera and installed in the CCD color camera on the worship, LED array light source by the filter; two LED wavelength light alternately in series; synchronous trigger source for a synchronization signal to the LED array light source and CCD color camera, synchronous signal, LED array light source also issued two wavelengths of light reflected light to reach the spectroscope. Spectroscope lens and eye fundus is reaching the eye lens, the light from the fundus reflection after re entering the eye lens and enter through the spectroscope lens, CCD color camera speckle image formed by two wavelength imaging lens light and transmits it to the number of The processing system is processed to obtain blood oxygen saturation. The invention has no damage to the human body, and the accuracy of the detected oxygen saturation is high.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置及方法
本專利技術(shù)涉及醫(yī)療器械
，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。
技術(shù)介紹
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(dǎo)致組織細(xì)胞的代謝異常，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡，嚴(yán)重的還會威脅人的生命，而對病人進(jìn)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(jìn)行監(jiān)測。目前測量血氧飽和度主要是用電化學(xué)法，該方法先進(jìn)行人體采血(取動脈血)再利用血氣分析儀對血液進(jìn)行電化學(xué)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(jìn)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(xué)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(jìn)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(zhǔn)確性，而且只有脈搏血氧測定儀的數(shù)值大于83％時，才能達(dá)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(jìn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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，本專利技術(shù)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(dá)分光鏡，分光鏡反射光到接目物鏡并到達(dá)正對接目物鏡的眼底，光從眼底反射后再次進(jìn)入接目物鏡并透過分光鏡進(jìn)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(jìn)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(jìn)行處理以得到血氧飽和度。本專利技術(shù)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。本專利技術(shù)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(xì)胞進(jìn)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(dá)分光鏡，分光鏡反射光到接目物鏡并到達(dá)眼底，光從眼底反射后再次進(jìn)入接目物鏡并透過分光鏡進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)小于靜態(tài)散斑信號強度，所以近似認(rèn)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，εHb為脫氧血紅蛋白的光吸收系數(shù)，cHb為脫氧血紅蛋白的濃度；及εHb在波長為λ1和λ2時的光吸收系數(shù)為常數(shù)；S36.對(2)式進(jìn)行計算，得到氧合血紅蛋白的含量和脫氧血紅蛋白的含量CHb；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。本專利技術(shù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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，本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)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(jìn)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，且拍攝的圖像本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，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(dá)分光鏡(4)，分光鏡(4)反射光到接目物鏡(5)并到達(dá)正對接目物鏡(5)的眼底，光從眼底反射后再次進(jìn)入接目物鏡(5)并透過分光鏡(4)進(jìn)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(jìn)行處理以得到血氧飽和度。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，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(dá)分光鏡(4)，分光鏡(4)反射光到接目物鏡(5)并到達(dá)正對接目物鏡(5)的眼底，光從眼底反射后再次進(jìn)入接目物鏡(5)并透過分光鏡(4)進(jìn)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(jìn)行處理以得到血氧飽和度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(9)為電腦。3.根據(jù)權(quán)利要求1至2任一項所述的一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，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。4.一種基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測方法，使用權(quán)利要求3所述的基于面陣LED的眼底血流血氧飽和度檢測裝置，其特征在于，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(xì)胞進(jìn)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(dá)分光鏡(4)，分光鏡(4)反射光到接目物鏡(5)并到達(dá)眼底，光從眼底反射后再次進(jìn)入接目物鏡(5)并透過分光鏡(4)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王茗祎，曾亞光，韓定安，繆耀軍，
申請(專利權(quán))人：佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44