[發(fā)明專利]基于光反射識別的高空間分辨率心臟振動檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110015890.3
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112842309A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 果斌斌;黃輝;唐洪
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: A61B5/024
• 分類號: A61B5/024
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;溫福雪

基于光反射識別的高空間分辨率心臟振動檢測方法，其特征在于：將反光薄膜貼在心臟部位的皮膚表面，其中反光薄膜由眾多的反光陣元構(gòu)成；心臟振動會引起每個(gè)反光陣元發(fā)生變化；利用光束照射反光薄膜，并通過拍攝測量每個(gè)反光陣元的變化量，從而獲知不同部位的心臟振動情況。相較于以往的心臟振動采集方法，本發(fā)明具有空間分辨率高、敏感度高，以及實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)、全面、靈敏地檢測人體心臟的振動情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)信號檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于光反射識別的高空間分辨率心臟振動檢測方法，通過采集胸部體表皮膚的振動情況，進(jìn)而提取出人體心臟的振動信息。

背景技術(shù)

心臟為血液循環(huán)提供動力，在工作過程中，心肌收縮、心臟瓣膜關(guān)閉以及血液循環(huán)流動帶來的撞擊均會引起機(jī)械振動。這些機(jī)械振動會通過人體組織傳輸?shù)狡つw表面，由此可將人體心臟看作機(jī)械振動源。心臟振動包含了大量心血管系統(tǒng)的健康信息，通過對心臟振動的分析，可有效幫助醫(yī)生對心臟的健康狀況做出評估。

傳統(tǒng)的心臟振動檢測可利用聽診器、心音傳感器等設(shè)備，監(jiān)聽或采集人體心臟振動信號。但傳統(tǒng)方法僅局限于單一的振動檢測點(diǎn)，檢測的空間分辨率過低。傳統(tǒng)的檢測方法未能同步檢測較大范圍內(nèi)的振動情況，從而無法對心臟的空間振動源進(jìn)行同步分析。傳統(tǒng)電子傳感器在使用過程中，容易因電子元件干擾對振動檢測產(chǎn)生影響，可導(dǎo)致信號失真。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)心臟振動的高空間分辨率與高靈敏度檢測，本發(fā)明基于光反射原理，利用反光薄膜進(jìn)行心臟振動檢測。將反光薄膜貼在心臟的體表皮膚，采集皮膚表面的振動情況，提取出人體心臟的振動信號。光傳輸具有快速實(shí)時(shí)的特性，利用反光薄膜，可將人體心臟的機(jī)械振動轉(zhuǎn)化為光信號，利用高速攝像機(jī)記錄光信號的變化規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)人體心臟振動信號的采集。本發(fā)明所用的反光薄膜具有良好的彈性，可緊密貼合在人體皮膚表面。反光薄膜的實(shí)現(xiàn)途徑之一：反光條或(反光點(diǎn))呈網(wǎng)格狀排布，創(chuàng)造出數(shù)量眾多的反光陣元，每個(gè)陣元可反映各自所在區(qū)域的振動情況，實(shí)現(xiàn)超高的空間分辨率。反光條(或反光點(diǎn))由金屬膜、介質(zhì)膜或全息膜構(gòu)成；其中金屬膜優(yōu)選反射率高的金屬材質(zhì)，全息膜優(yōu)選激光全息膜；激光全息膜的形變(特別是角度變化)可以導(dǎo)致反射波長的改變(即反射光顏色的變化)，能夠提高檢測靈敏度(能夠同時(shí)檢測位置和角度的形變)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

基于光反射識別的高空間分辨率心臟振動檢測方法，將反光薄膜貼在心臟部位的皮膚表面，其中反光薄膜由多個(gè)反光陣元構(gòu)成；心臟振動引起每個(gè)反光陣元發(fā)生變化；利用光束照射反光薄膜，并通過拍攝測量每個(gè)反光陣元的變化量，從而獲知不同部位的心臟振動情況。其中，所述的反光薄膜，由網(wǎng)格狀的反光條或反光點(diǎn)陣列組成，單個(gè)網(wǎng)格或單個(gè)反光點(diǎn)作為反光陣元；所述的反光條或反光點(diǎn)，由金屬膜、介質(zhì)膜或全息膜構(gòu)成；所述的光束為平行、寬光譜的光束；所述的反光陣元的變化量，包括位置、反光方向、反光強(qiáng)度、或反光波長的變化；所述的拍攝，有兩種拍攝方式，包括直接拍攝反光薄膜，以及拍攝經(jīng)反光薄膜反射的光束投影。

包括兩種方案，具體如下：

方案一：

所使用的裝置包括：反光薄膜、寬光譜光源和高速攝像機(jī)。

所述的反光薄膜，貼合在傳統(tǒng)人體心音采集點(diǎn)的皮膚表面，心音采集點(diǎn)包括二尖瓣區(qū)、肺動脈瓣區(qū)、主動脈瓣區(qū)、主動脈瓣第二聽診區(qū)、三尖瓣區(qū)等區(qū)域；反光薄膜由橫縱排布的多個(gè)全息條構(gòu)成(即網(wǎng)格狀全息膜)，每個(gè)網(wǎng)格單元作為一個(gè)反光陣元。

所述的寬光譜光源，可以發(fā)射平行光束(或近似平行的光束)；所發(fā)射的光束照射在反光薄膜上；當(dāng)心臟振動傳播到反光薄膜上時(shí)，反光薄膜發(fā)生形變，使得反光陣元的位置與顏色發(fā)生變化。

所述的高速攝像機(jī)，每秒鐘的幀率在1幀以上(優(yōu)選1000幀以上)，利用高速攝像機(jī)記錄反光薄膜的每個(gè)反光陣元的顏色與位置變化，并以此推斷心臟的振動情況。

數(shù)據(jù)采集與處理過程如下：