一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置的制作方法

本实用新型涉及医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置。

背景技术：

血氧饱和度是指血红蛋白被氧结合的百分比，即血红蛋白的氧含量与氧容量的百分比，它是呼吸循环功能的一个重要参数，反映了人体的血氧平衡。有些疾病会对人体的器官或组织造成缺氧，导致组织细胞的代谢异常，内环境稳态失衡，严重的还会威胁人的生命，而对病人进行血氧饱和度监测将有助于解决这个问题。眼底视网膜是全身微循环的一部分，它需要氧的供给以维持其正常的新陈代谢，而且其对于血氧变化的反映比较敏感，便于对血氧饱和度进行监测。

基于现有的检测血氧饱和度的装置，测量血氧饱和度主要是用电化学法，该方法先进行人体采血(取动脉血)再利用血气分析仪对血液进行电化学分析，直接测得动脉氧分压(PaO2)，并计算出动脉血氧饱和度(SpO2)；然而该方法需要动脉穿刺或者插管，比较麻烦，且不能进行连续的监测，是一种有损伤的血氧测定法，而且对于容易造成损伤的部位就很难使用电化学法来测量。另外还有一种脉搏血氧饱和度的监测方法，该方法容易受到光干扰，如阳光、手术室灯光的干扰，在测量时这些光如果进入到探测器，则影响获得的透射光的强度大小，从而最终影响血氧饱和度参数的准确性，而且只有脉搏血氧测定仪的数值大于83％时，才能达到3％的误差。

所以，采用现有的检测血氧饱和度的装置进行血氧饱和度的测量时均存在检测精度不高的问题，需要改进。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，该装置能非接触地测量出人体眼底血流的血氧饱和度，对人体无任何损伤，且拍摄的图像信噪比高、空间分辨率高，检测的血氧饱和度的精度高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

提供一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，包括同步触发源、数据处理系统、面阵LED光源、分光镜、接目物镜、成像物镜、CCD彩色相机及安装在CCD彩色相机上的拜尔滤镜；面阵LED光源由两种波长LED灯交替串联组成；同步触发源用于向面阵LED光源及CCD彩色相机发出同步信号，同步信号发出时，面阵LED光源同时发出两种波长的光到达分光镜，分光镜反射光到接目物镜并到达正对接目物镜的眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜并透过分光镜进入成像物镜，CCD彩色相机采集通过成像物镜的两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统进行处理以得到血氧饱和度。面阵LED光源、分光镜及接目物镜组成眼底照明光路系统；CCD彩色相机、拜尔滤镜、成像物镜、分光镜及接目物镜组成眼底成像光路系统；接目物镜和成像物镜的作用是控制成像焦距，以拍摄出高空间分辨率的散斑图像。

上述方案中，通过设置由两种波长LED灯交替串联组成的面阵LED光源并用同步触发源向面阵LED光源及CCD彩色相机发出同步信号，使得同步信号发出时，面阵LED光源同时发出两种波长的光，CCD彩色相机采集两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统进行处理以得到血氧饱和度。本实用新型一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，能非接触地测量出人体眼底血流的血氧饱和度，对人体无任何损伤，通过采集两种波长的光形成的散斑图像能有效抑制眼睛位置改变和血氧含量改变带来的影响，且拍摄的图像信噪比高、空间分辨率高，检测的血氧饱和度的精度高。

优选地，所述数据处理系统为电脑。

优选地，面阵LED光源由波长为λ₁＝532nm和λ₂＝632nm的LED灯交替串联而成。血红蛋白对这两种波长的光的吸收系数相差较大，计算时产生的误差小，有利于提高检测的血氧饱和度的精度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，通过设置由两种波长LED灯交替串联组成的面阵LED光源并用同步触发源向面阵LED光源及CCD彩色相机发出同步信号，使得同步信号发出时，面阵LED光源同时发出两种波长的光，CCD彩色相机采集两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统进行处理以得到血氧饱和度，该装置能非接触地测量出人体眼底血流的血氧饱和度，对人体无任何损伤，通过采集两种波长的光形成的散斑图像能有效抑制眼睛位置改变和血氧含量改变带来的影响，且拍摄的图像信噪比高、空间分辨率高，检测的血氧饱和度的精度高；通过将面阵LED光源由波长为λ₁＝532nm和λ₂＝632nm的LED灯交替串联而成，由于血红蛋白对这两种波长的光的吸收系数相差较大，使得计算时产生的误差小，有利于提高检测的血氧饱和度的精度。

附图说明

图1为本实施例一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置的示意图，其中箭头表示光线走向。

图2为CCD彩色相机的三色芯片的排列示意图，其中，仅示意了红色和绿色的排列方式。

图3为CCD彩色相机绿红蓝响应芯片对不同波长光的响应系数曲线图。

图4为本实施例中面阵LED光源的排列示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

本实施例一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置的示意图如图1所示，包括同步触发源8、数据处理系统9、面阵LED光源7、分光镜4、接目物镜5、成像物镜3、CCD彩色相机1及安装在CCD彩色相机1上的拜尔滤镜2；面阵LED光源7由两种波长LED灯交替串联组成；同步触发源8用于向面阵LED光源7及CCD彩色相机1发出同步信号，同步信号发出时，面阵LED光源7同时发出两种波长的光到达分光镜4，分光镜4反射光到接目物镜5并到达正对接目物镜5的眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜5并透过分光镜4进入成像物镜3，CCD彩色相机1采集通过成像物镜3的两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统9进行处理以得到血氧饱和度。

本实施例中，面阵LED光源7、分光镜4及接目物镜5组成眼底照明光路系统10；CCD彩色相机1、拜尔滤镜2、成像物镜3、分光镜4及接目物镜5组成眼底成像光路系统11；CCD彩色相机的三色芯片的排列示意图如图2所示，将拜尔滤镜2安装在CCD彩色相机1上，光线经过拜尔滤镜2后，通过CCD彩色相机1上的CCD芯片被分成红绿蓝三色，其中绿光最优响应波长为532nm，而红光最优响应波长为632nm，CCD彩色相机1绿红蓝响应芯片(像素点)对不同波长光的响应系数曲线图如图3所示；接目物镜5和成像物镜3的作用是控制成像焦距，以拍摄出高空间分辨率的散斑图像。

使用该装置检测人体眼底血流的血氧饱和度时，眼睛6正对接目物镜5，同步触发源8向面阵LED光源7及CCD彩色相机1发出同步信号，使得面阵LED光源7同时发出两种波长的光到达分光镜4，分光镜4反射光到接目物镜5并到达眼睛6，光从眼睛6反射后再次进入接目物镜5并透过分光镜4进入成像物镜3，CCD彩色相机1采集通过成像物镜3的两种波长的光形成的散斑图像，根据CCD彩色相机1像素点的分布，将对应的波长为λ₁和λ₂的光形成的散斑图像分离出来，数据处理系统9对分离出来的波长为λ₁和λ₂的光形成的散斑图像分别进行处理，以得到血氧饱和度。本实用新型一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，能非接触地测量出人体眼底血流的血氧饱和度，对人体无任何损伤，通过采集两种波长的光形成的散斑图像能有效抑制眼睛位置改变和血氧含量改变带来的影响，且拍摄的图像信噪比高、空间分辨率高，检测的血氧饱和度的精度高。

本实施例中，所述数据处理系统9为电脑。

其中，面阵LED光源7由波长为λ₁＝532nm和λ₂＝632nm的LED灯交替串联而成，如图4所示。血红蛋白对这两种波长的光的吸收系数相差较大，计算时产生的误差小，有利于提高检测的血氧饱和度的精度。

使用上述基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置进行检测时，包括如下步骤：

S1.设置CCD彩色相机1的采集速度及曝光时间，使得血红细胞进出像素单元的成像范围时，局域的浓度变化引起动态散斑干涉强度的变化；将眼睛6正对接目物镜5；

S2.同步触发源8以频率f₀向面阵LED光源7及CCD彩色相机1发出n次同步信号，n次触发面阵LED光源7同时发出波长为λ₁和λ₂的光到达分光镜4，分光镜4反射光到接目物镜5并到达眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜5并透过分光镜4进入成像物镜3，同时，n次触发CCD彩色相机1采集通过成像物镜3的波长为λ₁和λ₂的光形成的散斑图像，其中，λ₁＝532nm，λ₂＝632nm；

S3.将CCD彩色相机1采集的通过成像物镜3的波长为λ₁和λ₂的光形成的散斑图像传输至数据处理系统9进行处理以得到眼底血流的血氧饱和度，包括如下步骤：

S31.根据CCD彩色相机1像素点的分布，将对应的波长为λ₁和λ₂的光形成的散斑图像分离出来；

S32.对分离出的波长为λ₁和λ₂的光分别形成的散斑图像中的每个像素点进行快速傅里叶变换，以将CCD彩色相机1接收的时域散斑强度信号沿着时间序列转变为频域散斑强度信号；

S33.对频域散斑强度信号进行滤波处理，以将反映背景信息的低频信号和反映血液流动的高频信号分离出来，其中，低频信号为静态散斑信号，高频信号为动态散斑信号；

S34.对分离出来的低频信号和高频信号分别进行逆傅里叶变换，以得到静态散斑信号强度和动态散斑信号强度和

S35.透过生物组织的光强可以表示为：

其中，I为透射光强，I₀为入射光强，ε₀为背景信息的光吸收系数，C₀为背景信息的光吸收物质浓度，L为光路径长度；

根据Beer-Lambert定律，(1)式能表示为(2)式：

其中，为氧合血红蛋白的光吸收系数，为氧合血红蛋白的浓度，ε_Hb为脱氧血红蛋白的光吸收系数，c_Hb为脱氧血红蛋白的浓度；

及ε_Hb在波长为λ₁和λ₂时的光吸收系数为常数；

S36.对(2)式进行计算，得到氧合血红蛋白的含量和脱氧血红蛋白的含量C_Hb；

S37.根据血氧饱和度公式(4)计算眼底血流的血氧饱和度；

其中，SO₂即为眼底血流的血氧饱和度。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。