[發(fā)明專利]一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置及方法

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• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114469042A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)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(yè)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(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發(fā)明公開了一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置及方法，可實現(xiàn)組織氧代謝的便攜式無創(chuàng)檢測。所述裝置包括：光源模塊、探測器模塊、FPGA處理模塊、測量探頭和顯示模塊。其中，光源模塊為近紅外長相干激光器；探測器模塊為雪崩式光電二極管；FPGA處理模塊用于計算組織氧代謝參數(shù)；測量探頭用于固定光源光纖與探測光纖；顯示模塊用于參數(shù)實時顯示。所述方法利用多波長DCS技術以時分方式將光源照射到被測組織表面，通過FPGA處理模塊直接完成探測器采集數(shù)據(jù)的處理，即由FPGA處理模塊替代上位機完成數(shù)據(jù)處理的全過程，極大地降低了裝置體積和成本，為臨床組織氧代謝檢測提供一種便捷式的無創(chuàng)檢測裝置與方法。

技術領域

本發(fā)明涉及生物信息檢測工程技術領域，尤其涉及一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置及方法。

背景技術

腦卒中、冠心病、外周動脈疾病等心腦血管類疾病嚴重威脅著人類生命健康，如今雖然心腦血管類疾病的救治率逐年增高，但此類疾病的復發(fā)風險依然很高，組織氧代謝參數(shù)(如組織氧代謝率、組織氧飽和度、組織血流等)的便攜式檢測對提升治療效果和避免復發(fā)具有重要的意義。耗氧量占全身20％左右的腦組織，其氧儲備卻僅可用十幾秒鐘，一旦出現(xiàn)腦缺血或者缺氧，腦組織存儲的能量3分鐘左右便會耗竭，5分鐘左右大腦皮層神經(jīng)細胞開始死亡，出現(xiàn)不可逆損傷。因此，唯有便攜式的組織氧代謝檢測才能有助于及時發(fā)現(xiàn)異常生理信號，特別是應用于對有氧代謝有很強依賴性的腦組織時，對檢測裝置便攜式的要求更高。值得注意的是，組織氧代謝源于對組織氧飽和度、組織血流兩種參數(shù)變化的檢測，因此，組織氧代謝檢測裝置需滿足組織氧飽和度、組織血流兩種參數(shù)的檢測。

擴散相關光譜(Diffuse Correlation Spectroscopy,DCS)技術利用近紅外光譜照射到組織表面，通過計算組織表面散射光斑的光強自相關函數(shù)(g₂(τ))，推算組織中紅細胞的運動狀態(tài)，可實現(xiàn)組織血流的定量檢測；根據(jù)修正的朗伯比爾定律，多波長DCS可實現(xiàn)組織氧飽和度的定量檢測。相比于現(xiàn)有臨床組織血流、組織氧飽和度檢測技術，DCS技術解決了激光多普勒、核磁共振等技術存在輻射、實時性連續(xù)性差、儀器笨重成本高、操作難度大等問題，具有無創(chuàng)、實時、長時間連續(xù)檢測、成本低、易操作等優(yōu)勢。然而，多波長DCS通過增加通道數(shù)的方式實現(xiàn)組織氧飽和度、組織血流兩種參數(shù)的檢測，即需要增加光源和探測器的數(shù)目，從而導致其檢測裝置復雜度、成本的升高；此外，如仍通過上位機對采集的多波長數(shù)據(jù)進行分析處理，必然會帶來檢測裝置體積大、操作難等問題，難以實現(xiàn)組織氧代謝的便攜式檢測。

基于此，本發(fā)明提供一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置及方法，可實現(xiàn)對組織氧代謝參數(shù)的便攜式無創(chuàng)檢測。利用多波長DCS技術以時分方式將不同波長光源照射與被測組織表面，通過FPGA處理模塊實現(xiàn)下位機探測器信號的分析處理，由FPGA處理模塊替代傳統(tǒng)上位機完成多波長數(shù)據(jù)處理的全過程，在降低裝置體積和成本的同時，為臨床組織氧代謝檢測提供一種便捷式的無創(chuàng)檢測裝置與方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置及方法，旨在以實現(xiàn)心腦血管類重大疾病的早期檢測為目標，提供一種便捷式的組織氧代謝檢測解決方案。該組織氧代謝檢測裝置利用多波長DCS技術可實現(xiàn)深層組織氧代謝長時間、連續(xù)、實時的無創(chuàng)檢測；以時分方式實現(xiàn)不同波長切換，通過FPGA處理模塊實現(xiàn)下位機探測器信號的處理與傳輸，極大地降低了裝置的體積和成本，兼顧采樣時間和便捷性，操作方便；測量探頭與受試者接觸面積小，新生兒、孕婦、重癥患者均適用，檢測要求低、操作方便。

詳見下文描述：

一種基于FPGA的組織氧代謝檢測裝置及方法，所述裝置包括：光源模塊、探測器模塊、FPGA處理模塊、測量探頭和顯示模塊。各模塊具體組成如下：

(1)光源模塊由激光器電源控制器和近紅外波段不同波長的長相干激光器組成。其中，激光器電源控制器，用于時分方式控制不同波長激光器的開關；不同波長激光器與光源光纖耦合，不同波長光束以時分方式照射至被測組織表面。