并行近红外光电传感装置及动物器官组织检测系统与方法
【专利摘要】并行近红外光电传感装置及动物器官组织检测系统与方法，能够应用于皮肤、淋巴、外生殖器、前列腺、大脑、乳腺、膀胱和其他需要多深度层次或伴随生理移位的器官组织的感光物质的浓度及其变化量以及血氧饱和度的检测。其中，一种并行近红外光电传感装置，其特征在于，包括传感元件分布表面，在所述传感元件分布表面上设置有光源信号发射器阵列和光信号接收器阵列，所述光源信号发射器阵列中包括至少由两个光源信号发射器组成的发射器单元，所述光信号接收器阵列中包括至少由两个光信号接收器组成的接收器单元，所述发射器单元与所述接收器单元在所述传感元件分布表面内呈相互并列设置或呈相互交叉设置。
【专利说明】并行近红外光电传感装置及动物器官组织检测系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于近红外光谱学(Near Infrared Spectroscopy, NIRS)的光电传感技术，特别是并行近红外光电传感装置及动物器官组织检测系统与方法。并行近红外光电传感装置能够应用于器官组织感光物质浓度或其变化量以及血氧饱和度检测。本发明的实例采用多个近红外光发射器和多个近红外光信号接收器，通过调整各光发射器和接收器之间不同的距离，检测不同深度或层次的器官组织；运用三个或三个以上不同波长的近红外光源照射目标器官组织，通过选取器官组织内感光物质对不同波长近红外光的光吸收度的差分计算出感光物质的浓度值或其变化量，继而提供目标器官组织内的血氧饱和度。本发明特别应用于皮肤、淋巴、外生殖器、前列腺、大脑、乳腺、膀胱或其他需要多深度层次或伴随生理移位的器官组织的感光物质的浓度及其变化量以及血氧饱和度的检测。
【背景技术】
[0002]近红外光谱学(或NIRS)可用于研究和检测动物体内感光物质的浓度。所发射的近红外光照射皮肤及皮下目标器官组织，其中一些光被对近红外光谱敏感的生物化学吸光组分吸收，没有被吸收的光被散射。每种生物化学组分具有不同的吸收光谱，通过测量穿过器官组织的近红外光学特征可以确定组织中感光的生物化学组分的浓度或变化量。
[0003]NIRS检测技术在化学和生物学研 究、食品和药物的质量控制以及医疗器械与设备等领域中应用广泛。NIRS在医疗器械中的应用包括检测物器官组织内感光物质的浓度及其变化量(或趋势)和组织血氧饱和状况，为无创方法诊断生理和代谢性疾病提供临床依据。NIRS已成功用于大脑血氧饱和度检测和尿动力学的研究，也用于研究骨骼肌灌注氧饱和、乳腺组织肿瘤、皮肤癌、淋巴癌及等。
[0004]动物器官组织可以看作是一种光学浑浊介质，对于近红外光具有相对的透明性，利用器官组织对近红外波段光的良好通透性及不同组织成分在该波段的光学性质差异，可以实现对器官组织光学特性的精确测量。近红外光穿透动物器官组织的过程中不断地被组织中的水份(Water)、脱氧血红蛋白(Deoxygenated-Hemoglobin, Hb)、氧合血红蛋白(Oxygenated-Hemoglobin, HbO2)、细胞色素(Cytochreme, Cyt)、肌血球素(Myoglobin, Mb)等所吸收而衰减。动物器官组织对一定波长区域近的近红外(例如波长为700nm至900nm)光的吸收主要与Hb、Hb02有关，两者的相对变化反映了血氧含量的大小；Hb02与血红蛋白总量(Hemoglobin Sum, HbS=Hb+Hb02)浓度的比值可计算出血氧饱和度(OxygenSaturation, 02St)o
[0005]当光源照射在目标感光物质上，透射吸收率遵循Beer-Lambert定律。Beer-Lambert定律给出，目标感光物质的光吸收度与其浓度成正比:
[0006]
【权利要求】
1.一种并行近红外光电传感装置，其特征在于，包括传感元件分布表面，在所述传感元件分布表面上设置有光源信号发射器阵列和光信号接收器阵列，所述光源信号发射器阵列中包括至少由两个光源信号发射器组成的发射器单元，所述光信号接收器阵列中包括至少由两个光信号接收器组成的接收器单元，所述发射器单元与所述接收器单元在所述传感元件分布表面内呈相互并列设置或呈相互交叉设置。
2.根据权利要求1所述的并行近红外光电传感装置，其特征在于，所述发射器循环单元中包括两个光源信号发射器，沿四边形中的一条对角线分布；所述接收器循环单元中包括两个光信号接收器，沿所述四边形中的另一条对角线分布。
3.根据权利要求1所述的并行近红外光电传感装置，其特征在于，所述发射器循环单元中包括两个光源信号发射器，其中第一光源信号发射器位于四边形的左上角，第二光源信号发射器位于所述四边形的右下角；所述接收器循环单元中包括四个光信号接收器，其中第一光信号接收器和第二光信号接收器与第一光源信号发射器形成所述四边形的上边，其中第四光信号接收器和第三光信号接收器与第二光源信号发射器形成所述四边形的下边；第一光源信号发射器与第四光信号接收器形成所述四边形的左边，第二光源信号发射器与第二光信号接收器形成所述四边形的右边。
4.根据权利要求3所述的并行近红外光电传感装置，其特征在于，第一光源信号发射器与第四光信号接收器之间的距离al，第一光源信号发射器与第一光信号接收器之间的距离Cl，第一光源信号发射器与第三光信号接收器之间的距离bl，第一光信号接收器与第二光信号接收器之间的距离dl，第二光源信号发射器与第二光信号接收器之间的距离a2，第二光源信号发射器与第三光信号接收器之间的距离c2，第二光源信号发射器与第一光信号接收器之间的距离b2，第三光信号接收器与第四光信号接收器之间的距离d2，具有以下关系式:al=a2=cl+dl ；bl=b2 ；cl=c2 ;dl=d2。
5.根据权利要求1所述的并行近红外光电传感装置，其特征在于，所述光源信号发射器能够发射三个或三个以上不同波长的光源信号。
6.根据权利要求5所述的并行近红外光电传感装置，其特征在于，至少三个不同波长的光源信号波长分别为:760± 15nm、800± 15nm和880±15nm。
7.根据权利要求1所述的并行近红外光电传感装置，其特征在于，所述传感元件分布表面的下方设置有距离调整装置，用于调整光源信号发射器之间、光信号接收器之间和/或光源信号发射器与光信号接收器之间的距离。
8.根据权利要求1所述的并行近红外光电传感装置，其特征在于，所述光源信号发射器阵列中的每一个光源信号发射器均通过光源驱动器连接传感装置中心控制器，所述光信号接收器阵列中的每一个光信号接收器均通过信号处理器连接传感装置中心控制器。
9.一种动物器官组织检测系统，用于检测器官组织感光物质浓度或其变化量，或者用于检测器官组织血氧饱和度，其特征在于，包括上述权利要求1-8之一所述的并行近红外光电传感装置。
10.根据权利要求9所述的动物器官组织检测系统，其特征在于，所述动物器官组织包括皮肤、淋巴、外生殖器、前列腺、大脑、乳腺或膀胱等。
11.一种尿动力学检测系统，其特征在于，包括上述权利要求1-8之一所述的并行近红外光电传感装置。
【文档编号】A61B5/20GK103610467SQ201310541451
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】李鲁亚, 朱启超 申请人:李鲁亚, 朱启超