[發明專利]一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202210093772.9
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114469042A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 李哲;姜敏楠;馮金超;賈克斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B5/026
• 分類號: A61B5/026;A61B5/1455
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

1.一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置，該檢測裝置包括：激光器電源控制器(1)、激光器A(2)、激光器B(3)和激光器C(4)、光源光纖(5)、測量探頭(6)、探測光纖(7)、探測器(8)、第一數據線(9)、FPGA處理模塊(10)、第二數據線(11)和顯示模塊(12)。其特征在于：

所述激光器電源控制器(1)，用于時分方式控制激光器A(2)、激光器B(3)和激光器C(4)的開關；

激光器A(2)、激光器B(3)和激光器C(4)通過光源光纖(5)與測量探頭(6)相連，由激光器電源控制器控制，將不同波長光束照射至被測組織體表面；

測量探頭(6)用于固定光源光纖(5)與探測光纖(7)，使光源光纖(5)與探測光纖(7)垂直于被測組織表面，可依據光源光纖和探測光纖的探頭距離大小獲取不同深度的組織血流參數；

探測器(8)，用于接收經光源照射后被測組織體表面的散射光斑強度，與探測光纖(7)相連，記錄光子數并轉換為TTL電脈沖信號；

FPGA處理模塊(10)，用于分析處理探測器(8)輸出的電脈沖信號，完成光強和光強歸一化自相關(g₂(τ))的計算，并計算得到組織氧代謝參數，即，組織氧飽和度、組織血流、組織氧代謝率的實時數據；

第一數據線(9)，用于探測器(8)與FPGA模塊(10)之間的數據傳輸；

第二數據線(11)，用于FPGA模塊(10)與上位機(12)之間的數據傳輸；

顯示模塊(12)，用于實時顯示FPGA模塊(10)計算得到組織氧代謝參數。

2.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置，其特征在于，所述的激光器其相干長度為10m以上，波長范圍為650nm-950nm，中心波長優選為685nm、785nm和830nm。

3.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置，其特征在于，所述的光源光纖(5)為多模光纖，芯徑為50μm、62.5μm、100μm或以上。

4.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置，其特征在于，所述的探測光纖(7)為單模光纖，芯徑為5μm或9μm。

5.根據權利要求1所述的一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置，其特征在于，所述的FPGA處理模塊(10)替代上位機完成組織氧代謝參數計算的全過程，首先利用探測器(8)輸出的電脈沖信號計算得到多波長的光強數據和光強歸一化自相關(g2(τ))數據；然后，根據修正的朗伯比爾定律，利用多波長光強數據轉換為組織氧飽和度，依據DCS理論，利用光強歸一化自相關(g2(τ))數據轉換為組織血流；最后，由組織氧飽和度、組織血流計算得到組織氧代謝率。

6.一種基于FPGA的組織氧代謝檢測方法，基于權利要求1所述的一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置，其特征在于包括以下步驟：

(1)將測量探頭(6)置于被測組織表面；

(2)將時分控制后的光束經光源光纖(5)傳導照射至所被測組織所需的位置點，探測器(8)通過測量探頭(6)探測被測組織表面的散射光斑強度，對該位置點處散射光子進行計數，并輸出電脈沖信號；

(3)FPGA處理模塊(10)對探測器(8)傳輸的電脈沖信號進行分析，處理后得到不同波長下的光強和光強歸一化自相關(g₂(τ))，計算得到組織氧代謝參數即，組織氧飽和度、組織血流、組織氧代謝率的變化；

(4)顯示模塊(12)將處理得到的組織氧代謝參數實時顯示。