[发明专利]一种无创脑血流量测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种无创脑血流量测量系统，其特征在于，包括由三波长二极管和脑前额光电检测器组成的脑前额ICG浓度测量模块、两波长二极管和耳垂光电检测器组成的透射式耳垂ICG浓度测量模块、主控制器和上位机，脑前额光电检测器、耳垂光电检测器分别与主控制器连接，将检测到的信号在主控制器中AD转换，主控制器连接上位机，将转换后的信号发送给上位机进行计算。

2.如权利要求1所述的无创脑血流量测量系统，其特征在于，所述主控制器由顺次连接的滤波模块、AD转换模块和蓝牙发送模块组成。

3.如权利要求1所述的无创脑血流量测量系统，其特征在于，所述三波长二极管发射的三种波长长度分别为760nm、810nm、840nm；所述两波长二极管发射的两种波长长度分别为760nm、840nm。

4.如权利要求1所述的无创脑血流量测量系统，其特征在于，所述三波长二极管与脑前额光电检测器之间的距离为2cm。

5.如权利要求1所述的无创脑血流量测量系统进行脑血流量测量的方法，其特征在于，采用多波长光电检测技术，静脉注射ICG，通过对脑部ICG浓度和动脉ICG浓度检测，实现无创脑血流量测量，该方法包括如下步骤：

1)脑部ICG浓度计算

选用三种波长分别为λ₁＝760nm、λ₂＝810nm，λ₃＝840nm的三波长二极管，向大脑前额叶发射不同波长的光，HbO₂、Hb、ICG吸收反射后由脑前额光电检测器接收，传至主控制器进行AD转换，再将转换后的信号传至上位机，依据朗博比尔定律进行矩阵反演计算得到三种吸光物质的浓度变化量，根据三种吸光物质的浓度变化量计算脑部ICG浓度，过程如下：

${\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}1}=DPF\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·r\·({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·\mathrm{\Δ}C\[HbR\]+{\mathrm{\ϵ}}_{HbO2}^{\mathrm{\λ}1}\·\mathrm{\Δ}C\[{\mathrm{HbO}}_2\]+{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}1}\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain})$

${\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}2}=DPF\left({\mathrm{\λ}}_2\right)\·r\·({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}2}\·\mathrm{\Δ}C\[HbR\]+{\mathrm{\ϵ}}_{HbO2}^{\mathrm{\λ}2}\·\mathrm{\Δ}C\[{\mathrm{HbO}}_2\]+{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}2}\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain})$

${\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}3}=DPF\left({\mathrm{\λ}}_3\right)\·r\·({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}3}\·\mathrm{\Δ}C\[HbR\]+{\mathrm{\ϵ}}_{HbO2}^{\mathrm{\λ}3}\·\mathrm{\Δ}C\[{\mathrm{HbO}}_2\]+{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}3}\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain})$

其中，A表示吸光度，DPF(λ)为差分路径因子，r为光源和脑前额光电检测器的距离，ε^λ为波长为λ时物质的吸光系数，C为被检测物质的浓度；

因此，脑部ICG浓度的计算公式为：

$\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain}=\frac{\begin{array}{c}(\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·r}-\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}3}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_3\right)\·r})({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})-\\ ({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}3}{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})(\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·r}-\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}2}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_2\right)\·r})\end{array}}{\begin{array}{c}({\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}-{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}3}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})-\\ ({\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}-{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}2}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}3}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})\end{array}};$

2)耳垂动脉ICG浓度计算

选用两种波长分别为λ₄＝760nm、λ₅＝840nm的两波长二极管，向耳垂发射不同波长的光，透射后的光被耳垂光电检测器接收，传至主控制器进行AD转换，再将转换后的信号传至上位机，在ICG注射前检测出Hb的浓度C_hb，即可计算出耳垂动脉ICG浓度，计算式如下：

式中，ε_h4、ε_h5、ε_I4、ε_I5分别为波长为λ₄、λ₅时的Hb的吸光系数与ICG的吸光系数，C_Hb为Hb的浓度，为脉动量比；

3)脑血流量CBF计算

将脑部ICG浓度、耳垂动脉ICG浓度分别代入费氏公式，计算得到脑血流量CBF值：

$CBF=\frac{K\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain}}{{\∫}_0^t\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{blood}dt}ml\·100g^{-1}\·{\min }^{-1}.$

6.如权利要求5所述的利用无创脑血流量测量系统进行脑血流量测量的方法，其特征在于，所述三波长二极管和两波长二极管通过分时驱动技术发射不同波长的光。