[发明专利]一种基于高光谱成像的多生理参数检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于高光谱成像的多生理参数检测装置，其特征在于包括光源模块、N-1光源光纤、探测模块、以及上位机；

其中，光源模块为N个近红外波段的长相干激光器，多个激光器之间要求不同的波长，采用光纤耦合方式输出，N≥2；

N-1光源光纤用于将N个激光器输出的光谱合并至一个光纤探头，并将输出所产生的近红外光照射至被测组织表面；

探测模块为高光谱成像仪，用于接收经近红外光源照射后被测组织体表面的散射光斑强度，采用与被测组织非接触式的测量方式；

上位机基于不同波长下光强衰减程度的不同，计算出每个像元处组织血流指数，含氧血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度，依据三者计算得出组织血氧饱和度、组织氧摄取分数、组织氧代谢率生理参数变化，并实现多生理参数的二维显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于高光谱成像的多生理参数检测装置，其特征在于，所述的长相干激光器相干长度为10m以上，波长范围为650nm-950nm；所述的N-1光源光纤，为多模光纤，芯径为50μm、62.5μm、100μm或以上。

3.根据权利要求1所述的一种基于高光谱成像的多生理参数检测装置，其特征在于，所述的高光谱成像仪，波长范围为400nm-1000nm，光谱分辨率为3.5nm，探测元件为CCD，像元数为1600×1200，帧频为33fps-247fps。

4.一种基于高光谱成像的多生理参数检测方法，基于高光谱成像的多生理参数检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将光源光纤探头固定于被测组织表面，将高光谱成像仪放置于被测组织上方，根据需求确定高光谱成像仪与被测组织之间的距离；

(2)打开激光器，近红外光谱经光源光纤传导照射至被测组织表面，高光谱成像仪以非接触的方式测量被测组织对应位置处近红外光谱强度，并上传数据至上位机；具体而言，通过空间扫描获得被测组织的空间信息和光谱信息，即成像区域内各个像元信息及每个像元下多个波长的光强；然后，采用连续测量的方式完成光谱信息随时间变化的测量，即测得每个像元不同波长下光强随时间的变化；

(3)计算机对步骤二传输的光强数据进行计算，推导得出不同像元处的组织血流指数BFI、含氧血红蛋白浓度变化和脱氧血红蛋白浓度变化ΔC_Hb(t)，进一步计算得出组织血氧饱和度StO₂(t)、相对组织氧摄取分数rOEF、相对组织氧代谢率rMRO₂生理参数变化，继而得到多生理参数的二维图像并显示。

5.根据权利要求4所述的一种基于高光谱成像的多生理参数检测方法，其特征在于，所述组织血流指数(BFI)的计算公式为：

式中，K_t＝δ_t/I为时间散斑对比度，δ_t为光强标准差，I为光强平均强度，代表时间上取平均。

6.根据权利要求4所述的一种基于高光谱成像的多生理参数检测方法，其特征在于，所述含氧血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白浓度变化计算公式如下：

其中，为含氧血红蛋白浓度变化，ΔC_Hb(t)为脱氧血红蛋白的浓度变化，分别代表氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白在波长λ₁和λ₂下对应的摩尔消光系数，I(λ₁,t)与I(λ₁,t)分别代表在波长为λ₁和λ₂时刻为t时的光强，与分别代表波长λ₁与λ₂对应的路径差分因子。

7.根据权利要求4所述的一种基于高光谱成像的多生理参数检测方法，其特征在于，所述组织血氧饱和度的计算公式

式中，为氧合血红蛋白浓度，C_Hb为脱氧血红蛋白的浓度，与C_Hb(0)分别代表初始时刻(即t＝0时)氧合血红蛋白浓度和脱氧血红蛋白的浓度。