[發明專利]腦血氧檢測的信號處理方法系統

在審

• 申請號: 201611266544.8
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106725520A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 吳凱;戴亞康;佟寶同;趙凌霄;劉燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455;A61B5/00
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 韓飛

技術領域

本發明涉及腦血氧檢測技術領域，更具體地說，本發明涉及一種腦血氧檢測的信號處理方法及檢測系統。

背景技術

基于近紅外光譜技術的腦血氧檢測是一種無創的檢測技術，廣泛應用于腦功能的研究。

現有技術中，在采樣過程中由于人體的生理活動和隨機噪聲等干擾帶來的基線漂移和高頻噪聲，將嚴重影響數據的精確度。

另外，在目前設備中，基于近紅外光譜技術的腦血氧檢測所用的檢測器多數為光電倍增管(Photomultiplier Tube，PMTs)或光電二極管(Photo-Diode,APDs)作為檢測器。然而，PMTs對過曝光非常敏感、操作電壓高且體積大；APDs則大大降低了靈敏度。

發明內容

針對上述技術中存在的不足之處，本發明提供一種腦血氧檢測的信號處理方法，以改進的總體完備經驗模態分解(Improved complete ensemble EMD,ICEEMD)和排列熵(Permutation Entropy，PE)結合的方式對光密度電壓信號去噪，有效降低了基線漂移和高頻噪聲的影響，提高了數據的精確度；

本發明還提供一種腦血氧檢測系統，檢測器采用硅光電倍增管，具有體積小、操作電壓低、靈敏度高和精確度高的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，本發明通過以下技術方案實現：

本發明提供一種腦血氧檢測的信號處理方法，包括以下步驟：

采集未被腦組織血紅蛋白吸收的模擬式的光密度電流信號，對模擬式的所述光密度電流信號進行一級處理，輸出數字式的光密度電壓信號；

對所述光密度電壓信號進行二級處理以去噪；

其中，所述二級處理包括以下步驟：

對所述光密度電壓信號進行改進的總體完備經驗模態分解，輸出所有模態分量；

對每個模態分量進行排列熵計算，選擇閾值，進行信號重構。

優選的是，所述一級處理，包括依次進行電流電壓轉換、低通濾波、比例放大以及模數轉換。

優選的是，對所述光密度電壓數字信號進行改進的總體完備經驗模態分解，輸出所有模態分量，包括以下步驟：

對采集的光密度電壓信號添加高斯白噪聲，生成新的光密度電壓信號：

對新的光電密度電壓信號進序列進行經驗模態分解，得到第一個模態分量和第一個余量信號；

根據第一個模態分量以及第一個余量信號，做重復迭代，計算出所有的模態分量。

優選的是，對每個模態分量進行排列熵計算，選擇閾值，進行信號重構，包括以下步驟：

對光密度電壓信號的所有模態分量進行空間重構；

空間重構得到的矩陣中每行為一個重構分量，根據數值大小，將矩陣中的多個重構分量按升序進行排序，得到新的重構分量，計算出模態分量的排列熵；

對模態分量的排列熵進行歸一化處理；

基于歸一化處理后的模態分量排列熵，選擇閾值，進行信號重構。

一種腦血氧檢測方法，還包括以下步驟：

基于去噪后的光密度電壓信號，采用修正的朗伯-比爾定律，計算出腦組織血氧飽和度。

優選的是，采用修正的朗伯-比爾定律，計算出腦組織血氧飽和度，包括以下步驟：

基于修正的朗伯-比爾定律，計算出血紅蛋白的濃度和血氧飽和度：

其中，OD為光密度；I_Out表示透射光強度；I_In表示入射光強度；ε表示摩爾吸光系數；C表示吸光物質濃度；L為有效路徑長度；G表示背景散射補償系數；則，基于雙檢測的采集方式，修正的朗伯-比爾定律的矩陣為：

將去噪后的光密度電壓信號帶入，計算得出氧合血紅蛋白濃度和脫氧血紅蛋白濃度C_Hb；

根據氧合血紅蛋白濃度和脫氧血紅蛋白濃度C_Hb，計算出腦組織血氧飽和度：將腦組織血氧飽和度定義為rSaO₂，則，

一種腦血氧檢測方系統，包括：

光密度信號采集模塊，其用于采集未被腦組織血紅蛋白吸收的模擬式的光密度電流信號；

信號處理與運算模塊，其通信連接到所述光密度信號采集模塊，用于對模擬式的所述光密度電流信號進行一級處理、二級處理以及腦組織血氧飽和度的運算處理；以及，

顯示模塊，其通信連接到所述信號處理與運算模塊，用于顯示腦組織血氧飽和度；