[發明專利]一種無創腦血流量測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 201710249021.0
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106923814A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 劉光達;王郁霖;秦琪;張藍溪;蔡靖;尚小虎;魏星
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: A61B5/0265
• 分類號: A61B5/0265;A61B5/026
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙)21229
• 代理人: 楊群

1.一種無創腦血流量測量系統，其特征在于，包括由三波長二極管和腦前額光電檢測器組成的腦前額ICG濃度測量模塊、兩波長二極管和耳垂光電檢測器組成的透射式耳垂ICG濃度測量模塊、主控制器和上位機，腦前額光電檢測器、耳垂光電檢測器分別與主控制器連接，將檢測到的信號在主控制器中AD轉換，主控制器連接上位機，將轉換后的信號發送給上位機進行計算。

2.如權利要求1所述的無創腦血流量測量系統，其特征在于，所述主控制器由順次連接的濾波模塊、AD轉換模塊和藍牙發送模塊組成。

3.如權利要求1所述的無創腦血流量測量系統，其特征在于，所述三波長二極管發射的三種波長長度分別為760nm、810nm、840nm；所述兩波長二極管發射的兩種波長長度分別為760nm、840nm。

4.如權利要求1所述的無創腦血流量測量系統，其特征在于，所述三波長二極管與腦前額光電檢測器之間的距離為2cm。

5.如權利要求1所述的無創腦血流量測量系統進行腦血流量測量的方法，其特征在于，采用多波長光電檢測技術，靜脈注射ICG，通過對腦部ICG濃度和動脈ICG濃度檢測，實現無創腦血流量測量，該方法包括如下步驟：

1)腦部ICG濃度計算

選用三種波長分別為λ₁＝760nm、λ₂＝810nm，λ₃＝840nm的三波長二極管，向大腦前額葉發射不同波長的光，HbO₂、Hb、ICG吸收反射后由腦前額光電檢測器接收，傳至主控制器進行AD轉換，再將轉換后的信號傳至上位機，依據朗博比爾定律進行矩陣反演計算得到三種吸光物質的濃度變化量，根據三種吸光物質的濃度變化量計算腦部ICG濃度，過程如下：

${\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}1}=DPF\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·r\·({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·\mathrm{\Δ}C\[HbR\]+{\mathrm{\ϵ}}_{HbO2}^{\mathrm{\λ}1}\·\mathrm{\Δ}C\[{\mathrm{HbO}}_2\]+{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}1}\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain})$

${\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}2}=DPF\left({\mathrm{\λ}}_2\right)\·r\·({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}2}\·\mathrm{\Δ}C\[HbR\]+{\mathrm{\ϵ}}_{HbO2}^{\mathrm{\λ}2}\·\mathrm{\Δ}C\[{\mathrm{HbO}}_2\]+{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}2}\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain})$

${\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}3}=DPF\left({\mathrm{\λ}}_3\right)\·r\·({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}3}\·\mathrm{\Δ}C\[HbR\]+{\mathrm{\ϵ}}_{HbO2}^{\mathrm{\λ}3}\·\mathrm{\Δ}C\[{\mathrm{HbO}}_2\]+{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}3}\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain})$

其中，A表示吸光度，DPF(λ)為差分路徑因子，r為光源和腦前額光電檢測器的距離，ε^λ為波長為λ時物質的吸光系數，C為被檢測物質的濃度；

因此，腦部ICG濃度的計算公式為：

$\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain}=\frac{\begin{array}{c}(\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·r}-\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}3}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_3\right)\·r})({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})-\\ ({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}3}{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})(\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_1\right)\·r}-\frac{{\mathrm{\ΔA}}^{\mathrm{\λ}2}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1}}{DPF\left({\mathrm{\λ}}_2\right)\·r})\end{array}}{\begin{array}{c}({\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}-{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}3}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})-\\ ({\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}2}-{\mathrm{\ϵ}}_{ICG}^{\mathrm{\λ}2}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})({\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}1}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}3}-{\mathrm{\ϵ}}_{HbR}^{\mathrm{\λ}3}\·{\mathrm{\ϵ}}_{{\mathrm{HbO}}_2}^{\mathrm{\λ}1})\end{array}};$

2)耳垂動脈ICG濃度計算

選用兩種波長分別為λ₄＝760nm、λ₅＝840nm的兩波長二極管，向耳垂發射不同波長的光，透射后的光被耳垂光電檢測器接收，傳至主控制器進行AD轉換，再將轉換后的信號傳至上位機，在ICG注射前檢測出Hb的濃度C_hb，即可計算出耳垂動脈ICG濃度，計算式如下：

式中，ε_h4、ε_h5、ε_I4、ε_I5分別為波長為λ₄、λ₅時的Hb的吸光系數與ICG的吸光系數，C_Hb為Hb的濃度，為脈動量比；

3)腦血流量CBF計算

將腦部ICG濃度、耳垂動脈ICG濃度分別代入費氏公式，計算得到腦血流量CBF值：

$CBF=\frac{K\·\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{brain}}{{\∫}_0^t\mathrm{\Δ}C{\[ICG\]}_{blood}dt}ml\·100g^{-1}\·{\min }^{-1}.$

6.如權利要求5所述的利用無創腦血流量測量系統進行腦血流量測量的方法，其特征在于，所述三波長二極管和兩波長二極管通過分時驅動技術發射不同波長的光。