一种脑功能检测的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种脑功能检测的方法及系统，相比现有技术，通过使用双波长测量的方式和修正年龄对DPF的影响，提高近红外脑检测系统的适用性，可适用于不同年龄段的患者，解决了现有技术中的设备由于年龄原因引起的测量偏差问题；同时可测量脑部血氧饱和度，帮助医护人员获取更多的脑部血氧情况的信息，算法通过配合光源和探测器之间对间距的限定设置，优化了脑部血氧饱和度的运算方法，提高了运算速度；本发明专利技术实现了对不同年龄段患者进行实时的连续的脑部监护，同时提高了近红外设备检测脑部血氧情况的精确度。

A Method and System for Brain Function Detection

【技术实现步骤摘要】
一种脑功能检测的方法及系统
本专利技术涉及脑血氧检测
，特别涉及一种脑功能检测的方法及系统。
技术介绍
氧气是生命活动的基础，缺氧是导致许多疾病的根源，严重时直接威胁人的生命，而血液作为一个载体将人体代谢过程中，不可缺少的各种营养成分运送到组织中去，同时运走组织代谢中产生的有害物质。其中，脑组织新陈代谢率高，耗氧量占全身耗氧量的20%，且对缺氧特别敏感，短时间缺氧就可能造成中枢神经系统不可恢复的损伤。因此对于重症病患和中老年人的监护、危重病人抢救、心血管手术等情况下，有需要对大脑的供养情况进行连续的实时监护，从而做好脑保护。现有技术中，临床上检测脑血氧的方法，是通过不定期采集颅内血样，对血样放置在血气分析仪上进行检测。上述检测方法是有创的，对于中老年人来说，如果止血不到位可能造成体内出血，且无法实现连续的实时检测。随着近红外光谱检测技术的发展，由于该技术具有快速、高效、可连续实时检测等优点，在脑血氧检测方面得到应用，但是会受到检测对象的年龄、状态等属性以及生理噪声、运动伪影、系统噪声等各类噪声的影响，导致获取的信息的精准度不足或者误差较大。若某个近红外脑检测设备适用于成人，而对于小孩或者婴儿等使用对象则会引入较大的误差，反之亦然，可见现有技术中的设备的通用性有待提高。可见，现有技术还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种脑功能检测的方法及系统，旨在提高近红外脑血氧检测系统的精准度和通用性，减少受测对象的年龄因素对检测结果的影响，实现连续监护患者的血氧改变趋势。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种脑功能检测的方法，包括下列步骤：a.在上位机预先录入受测者的年龄，通过年龄修正运算得出DPF，DPF表示微分光程长因子；b.设置光源对人的脑部循环发出两种不同波长的近红外光，第一探测器和第二探测器分别对从脑部反射回来的近红外光实时采样并转化为光电信号；c.第一探测器和第二探测器分别将光电信号反馈到控制单元进行运算放大以及滤波；d.控制单元对经过运算放大和滤波后的光电信号进行AD转换并输出至上位机；e.根据光电信号反馈的信息和对应的DPF，上位机通过脑部血氧情况运算得出并显示受测者的脑部血氧改变趋势。所述的脑功能检测的方法，其中，所述年龄修正运算包括公式（1.1）：（1.1）其中，λ表示近红外光的波长，A表示受测者的年龄。所述的脑功能检测的方法，其中，所述步骤e的运算步骤如下：（e1）通过光源发出的近红外光与第一探测器或第二探测器接收的近红外光之间的OD变化得出公式（1.3），从而消除修正的比尔-朗伯定律（1.2）中的G的影响，得出公式（1.4）；（1.2）（1.3）（1.4）其中，OD表示光密度，α表示比消光系数，c表示吸光物质的浓度，d表示光源与第一探测器或第二探测器之间的间距，G表示由于光的散射以及边界因素造成的光强衰减，I0表示光源发出的近红外光的初始光强，Ib表示测量开始时探测到的近红外光的光强，It表示测量过程中时间t时的近红外光的光强，ODb表示测量开始时探测到的近红外光的光密度，ODt表示测量过程中时间t时的近红外光的光密度，∆OD表示光密度的改变量，∆c表示吸光物质的浓度改变量；（e2）由于吸光物质为氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白，结合两种不同波长的近红外光的光强衰减情况，代入公式（1.4）得出公式（1.5），求解公式（1.5）得出氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化；（1.5）其中，近红外光的两种波长分别表示为λ1、λ2。所述的脑功能检测的方法，其中，所述步骤d之后还包括步骤f，上位机通过脑部血氧情况运算得出并显示受测者的脑部血氧饱和度,运算步骤如下：（f1）采用吸收系数μα的公式（1.6）和两种不同波长的近红外光计算血氧饱和度，得出公式（1.7）：（1.6）（1.7）（f2）在运算中，令，得出公式（1.8）：（1.8）（f3）R通过求解近红外光与人体组织相互作用的漫射方程，得到公式（1.9）：（1.9）其中，∆ODλ1和∆ODλ2表示不同波长的情况下的两个间距处的OD差值；（f4）将公式1.9代入公式1.8运算得出受测者的脑部血氧饱和度。所述的脑功能检测的方法，其中，所述步骤f还包括步骤（f5），所述光源与第一探测器的间距s-d1设置为2.8-3.5cm，所述光源与第二探测器的间距s-d2设置为3.0-4.0cm，在此间距范围内，光密度OD与间距d之间近似呈线性关系，将公式1.9简化为如下公式2.1：（2.1）。一种脑功能检测的系统，包括控制单元、放置在人的脑部处的光学探头和用于数据运算和屏幕显示的上位机；所述光学探头包括用于向脑部循环发出两种不同波长的近红外光的光源、用于探测从脑部反射回来的特定波长的近红外光并反馈光电信号至控制单元的第一探测器和第二探测器；所述控制单元包括用于将反馈的光电信号进行运算放大和滤波的预处理模块、用于对运算放大和滤波后的光电信号进行AD转换并输出至上位机的AD转换模块、用于驱动光源工作和对光源调光的光源驱动模块、用于控制光源驱动模块的微控制单元和用于为光学探头、光源驱动模块以及微控制单元供电的电源模块。所述的脑功能检测的系统，其中，所述预处理模块包括用于对光电信号进行运算放大的放大电路和用于对运算放大后的光电信号滤波并输出至AD转换模块的滤波电路；放大电路由电源模块供电。所述的脑功能检测的系统，其中，所述放大电路内设有数字电位器，所述数字电位器用于调节放大电路对光电信号的放大倍数且通过微控制单元控制调节。所述的脑功能检测的系统，其中，所述光源发出的两种不同波长的近红外光，一个波长设置在650-805nm之间，另一个波长设置在805-900nm之间。所述的脑功能检测的系统，其中，所述第一探测器和第二探测器均为光电倍增管。有益效果：本专利技术提供了一种脑功能检测的方法和系统，相比现有技术，通过设置光源使用两种不同波长的近红外光对脑部进行测量和采用算法修正年龄对DPF的影响，提高近红外脑检测系统的适用性，可适用于不同年龄段的患者，解决了现有技术中的设备由于年龄原因引起的测量偏差问题，医院无需再购买多台近红外脑检测设备以针对不同年龄段的患者；本专利技术实现了对不同年龄段患者进行实时的连续的脑部监护，同时提高了近红外设备检测血氧改变趋势的精确度。附图说明图1为本专利技术脑功能检测的方法的步骤示意图。图2为本专利技术脑功能检测的系统的结构示意图。主要元件符号说明：光学探头100、光源110、第一探测器120、第二探测器130、控制单元200、预处理模块210、放大电路211、过滤电路212、AD转换模块220、光源驱动模块230、微控制单元240、电源模块250、上位机300。具体实施方式本专利技术提供一种脑功能检测的方法和系统，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术的保护范围。为方便了解本专利技术，需要说明的是，在近红外脑检测技术中，近红外光的光强变化主要源于脑部的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度改变，因此通过检测由脑部反射回来的近红外光在一定光程内的光强衰减情况，然后经过运算得出的脑部血氧改变趋势。由于光在经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脑功能检测的方法，其特征在于，包括下列步骤：在上位机预先录入受测者的年龄，通过年龄修正运算得出DPF，DPF表示微分光程长因子；设置光源对人的脑部循环发出两种不同波长的近红外光，第一探测器和第二探测器分别对从脑部反射回来的近红外光实时采样并转化为光电信号；第一探测器和第二探测器分别将光电信号反馈到控制单元进行运算放大以及滤波;控制单元对经过运算放大和滤波后的光电信号进行AD转换并输出至上位机；根据光电信号反馈的信息和对应的DPF，上位机通过脑部血氧情况运算得出并显示受测者的脑部血氧改变趋势。

【技术特征摘要】
1.一种脑功能检测的方法，其特征在于，包括下列步骤：在上位机预先录入受测者的年龄，通过年龄修正运算得出DPF，DPF表示微分光程长因子；设置光源对人的脑部循环发出两种不同波长的近红外光，第一探测器和第二探测器分别对从脑部反射回来的近红外光实时采样并转化为光电信号；第一探测器和第二探测器分别将光电信号反馈到控制单元进行运算放大以及滤波;控制单元对经过运算放大和滤波后的光电信号进行AD转换并输出至上位机；根据光电信号反馈的信息和对应的DPF，上位机通过脑部血氧情况运算得出并显示受测者的脑部血氧改变趋势。2.根据权利要求1所述的脑功能检测的方法，其特征在于，所述年龄修正运算包括公式（1.1）：（1.1）；其中，λ表示近红外光的波长，A表示受测者的年龄。3.根据权利要求2所述的脑功能检测的方法，其特征在于，所述步骤e的运算步骤如下：（e1）通过光源发出的近红外光与第一探测器或第二探测器接收的近红外光之间的OD变化得出公式（1.3），从而消除修正的比尔-朗伯定律（1.2）中的G的影响，得出公式（1.4）；（1.2）（1.3）（1.4）；其中，OD表示光密度，α表示比消光系数，c表示吸光物质的浓度，d表示光源与第一探测器或第二探测器之间的间距，G表示由于光的散射以及边界因素造成的光强衰减，I0表示光源发出的近红外光的初始光强，Ib表示测量开始时探测到的近红外光的光强，It表示测量过程中时间t时的近红外光的光强，ODb表示测量开始时探测到的近红外光的光密度，ODt表示测量过程中时间t时的近红外光的光密度，∆OD表示光密度的改变量，∆c表示吸光物质的浓度改变量；（e2）由于吸光物质为氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白，结合两种不同波长的近红外光的光强衰减情况，代入公式（1.4）得出公式（1.5），求解公式（1.5）得出氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化；（1.5）；其中，近红外光的两种波长分别表示为λ1、λ2。4.根据权利要求3所述的脑功能检测的方法，其特征在于，所述步骤d之后还包括步骤f，上位机通过脑部血氧情况运算得出并显示受测者的脑部血氧饱和度,运算步骤如下：（f1）采用吸收系数μα的公式（1.6）和两种不同波...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金燕，杨安平，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44