[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

说明书

本发明公开了一种基于高光谱成像的多生理参数检测装置及方法，可实现组织血流、组织血氧饱和度、组织氧摄取率、组织氧代谢率等多项生理参数变化的二维成像。本发明借助多个波长的激光器将近红外波段光源照射至被测组织表面，利用高光谱成像仪以非接触式扫描获取被测组织成像区域内多个波长的光强变化，并基于扩散相关光谱和扩散光学光谱在光强数据矩阵的基础上计算出每个像元的组织血流变化和组织血氧饱和度变化，从而实现多生理参数的二维成像。此外，本发明利用高光谱成像仪可完成多个波长下光强变化的测量，不仅提高多生理参数变化的检测精度，且有利于检测波长的优选，且不涉及光开关即可实现多生理参数变化的二维成像。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种基于高光谱成像的多生理参数检测装置及方法。

背景技术

组织血流(Blood Flow,BF)、组织血氧饱和度(Oxygen Saturation，StO₂)、组织氧摄取分数(Oxygen Extraction Fraction,OEF)及组织氧代谢率(MRO₂)等多项生理参数，均是与生理和病理状态密切相关的参数，是衡量机体正常与否的重要指标，在脑疾病、乳腺癌以及心血管类疾病等的诊断和治疗中具有关键性的指导意义^[1-2]。在众多生理参数中，组织血流和组织血氧饱和度的检测尤为重要，原因在于组织氧摄取及组织氧代谢相关的其他参数均可以在两者的基础上推导计算得出。因此，满足组织血流和组织血氧检测便可检测得到其他相关的生理参数。

在组织血流检测方面，激光多普勒(Laser Doppler,LD)穿透深度低、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)时间分辨率低且不能长时间实时床边诊断、正电子发射断层成像技术(Positron Emission Tomography,PET)存在辐射损害。近红外光谱(650nm-950nm)对于生物组织具有良好的穿透性，水、血红蛋白与脂肪等生物组织的主要发色团在近红外波段的吸收相对较弱，有益于实现深层组织血流的检测。基于此，近扩散相关光谱(Diffuse Correlation Spectroscopy,DCS)利用近红外光谱照射到组织表面，通过计算组织表面散射光斑的光强自相关函数推算组织中红细胞的运动状态，计算得出血流指数(Blood Flow Index,BFI)，从而实现组织血流(Blood Flow,BF)变化的定量检测^[3-5]。相比于现有血流检测技术，扩散相关光谱具有无创、实时、长时间床边检测、成本低、易操作等优势，可广泛应用于深层组织血流的检测。在组织血氧检测方面，近红外光谱技术(NearInfrared Spectroscopy,NIRS)，又被称作扩散光学光谱(Diffuse OpticalSpectroscopy,DOS)已经较为成熟，且具有巨大的优势。该技术利用近红外光谱特性实现了深层生物组织血红蛋白(HbO₂)、脱氧血红蛋白(Hb)和血氧饱和度(StO₂)的无创测量，并且广泛应用于脑疾病、乳腺癌以及心血管类疾病的早期诊断中^[6-7]。

高光谱成像技术^[8-9]将光谱分析与光学成像合二为一，不仅能够获取被测对象外在的结构信息，其高分辨率的光谱还能够提供被测对象组分含量的变化信息。本发明将高光谱成像技术与扩散相关光谱、扩散光学光谱相结合，在扩散相关光谱组织血流测量及扩散光学光谱组织血氧饱和度测量的基础上，利用高光谱成像仪以非接触式扫描获取被测组织成像区域内多个波长的光强变化，并在光强数据矩阵的基础上计算出每个像元的组织血流变化及组织血氧饱和度变化，继而计算得出组织氧摄取分数、组织氧代谢率等其他相关生理参数变化，从而实现多生理参数的二维成像。

参考文献：