[发明专利]可穿戴式动物心血管测量系统

权利要求书

1.一种可穿戴式动物心血管测量系统，包括：

光声测量系统，对动物进行光声测量，基于光声测量信号确定动物的血氧饱和度；

心电测量系统，测量动物的心电信号，获得心电图信号；

信号处理系统，对血氧饱和度信号以及心电图信号进行综合分析，确定动物的心血管功能状况；

信号输出系统，输出动物的心血管功能状况；

其特征在于，所述的光声测量系统包括光源系统和光声探测器系统，所述的光源系统采用可调谐脉冲激光器，可发出红光和红外光，所述的光声探测器系统采用可穿戴式超声换能器阵列系统，所述的心电测量系统采用可穿戴式心电测量电极进行测量；

所述的可穿戴式超声换能器阵列系统，包括柔性基底、柔性基底承载的超声换能器阵列，以及从柔性基底向两侧延伸的可调节带部，柔性基底可以弯折，超声换能器阵列采用曲面状超声换能器阵列，柔性基底和超声换能器组成的光声探测器系统符合待测量动物部位的曲线；向两侧延伸的带结合后将光声探测器系统固定于动物体，该带可为一体制造的具有弹性的带，或者可以在结合部位结合的带，而结合部位可以为进行长度调节的魔术粘或者带扣部；所述的可穿戴式心电测量系统，为从所述柔性基底延伸的可调节长度的柔软的带，在带的末端具有固定心电电极的固定环，固定环包括可变长度部和固定长度部，心电电极设置在固定长度部；在使用时，使受试动物的肢体部或耳部穿过固定环后，由于可变长度部的弹性，使固定环收缩，而使心电电极与所述受试动物的肢体部或耳部牢固接触，从而进行心电测量；所述的脉冲激光器可以发出红光和红外光这两种波长的光，从而该光声测量系统可以测量受试动物的血氧饱和度，所述测量血氧饱和度的具体过程为：

使脉冲激光器分时发出λ₁＝680nm以及波长的光，以及λ₂＝880nm波长的光，由超声换能器分别采集小鼠组织信号，然后进行如下计算：

计算组织的吸光度A：

其中，R为组织的绝对反射系数，I_r表示组织的反射光强度，I₀表示照射到组织的入射光强度，根据朗伯-比尔定律，待测成分的浓度和反射性之间的关系可以进一步表示为：

其中C代表组织发光团的浓度，a为组织的比例常数，取决于组织；

若光源发射的入射光波长为λ₁和λ₂，则在两种波长下的吸光度可以表示为：

求解上述方程，可以得到氧合血红蛋白的浓度值C(O₂Hb)和脱氧血红蛋白的浓度值C(HHb)，具体如下：

其中为在波长为λ₁时组织的吸光度；为在波长为λ₂时组织的吸吸光度；L为波长发射器与波长探测器之间的距离；和分别表示波长为λ₁时血红蛋白和脱氧血红蛋白的散射系数；和分别表示波长为λ₂时血红蛋白和脱氧血红蛋白的散射系数；

血氧饱和度S_PO₂定义为氧合血红蛋白的浓度与总的血红蛋白浓度(氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度之和)之间的比值，具体表示为：

用百分比来表示组织的血氧饱和度值，进一步表示为：

无创测量动物任意部位的心电信号，并且心电电极可以与被测部位牢固接触，提高心电测量的稳定性；采用环形，包括固定长度部和可变长度部，心电测量电极设置在固定长度部，既可以使环形结构与被测部位牢固接触，又不改变心电电极的形状；通过脉冲激光器，发射两种波长的光，用于测量血氧饱和度；在清醒、自由状态下进行监测，可以长时间进行监测；在测量时，脉冲激光器发出脉冲光，由小动物体内吸收后，产生的超声波由穿戴式超声换能器阵列接受，将接受的超声波发送到信号处理系统进行处理，经过前置放大、AD转换、正交调制、延时等处理，得到动物的光声谱，用于观察动物体内的心血管状态。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的信号输出系统为显示器，显示器同时显示所述受试动物的血氧饱和度图像以及心电图，通过心电图确定动物的心率。