一种双模态的脑血流实时监测设备

本发明涉及生物医学工程医疗设备脑功能监测，具体涉及一种双模态的脑血流实时监测设备。

背景技术：

1、脑血管疾病(cerebrovascular disease)，是脑部血液供应障碍引起的脑部疾病的总称，是一类因脑血管破裂或产生血栓引起颅内出血或缺血，从而使得该血管支配区域脑组织发生功能障碍，造成脑部血液循环障碍的神经系统疾病。脑细胞对缺血缺氧十分敏感，短时间的缺血缺氧会对脑组织造成不可逆的神经性损伤，甚至死亡。所以，正常的脑血流供给和实时的脑血氧检测是对脑功能恢复正常和避免造成不可逆的神经性损伤的一项重要评价内容。发生脑血管疾病以后，预防并发症的发生及术后康复治疗，是降低脑血管疾病致死致残率的重要措施。因此，实现床旁连续实时的脑血流和脑血氧的检测与监护对提高脑血管疾病患者的诊断水平和治疗效果具有重要临床意义。

2、目前，目前关于脑血流动力学的检测方式可以分为两大类，第一类是有创的检测方式，如数字减影血管造影(digital subtraction angiography，dsa)和激光多普勒流量计(laser doppler flowmeter，ldf)等；第二类是无创的检测方式，包括经颅多普勒(transcranial doppler，tcd)、正电子发射断层扫描(positron emission tomography，pet)、单光子发射断层显影(signal photon emission computed tomography，spect)，以及近红外光谱(near infrared spectroscopy，nirs)等。各类脑血流检测技术的比较如表1所示。

3、表1各类脑血流检测技术比较表

4、

5、对于脑血氧的检测分为有创和无创这两种检测方法。现有的方法是通过抽取动脉中的血液，利用相关仪器来计算脑血氧饱和度，但这种方法费时、易对患者造成痛苦甚至感染，且不能提供连续实时的脑血氧饱和度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于融合电感测量和nirs原理，设计了一种双模态的脑血流实时监测设备。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种双模态的脑血流实时监测设备，包括信号采集模块、主控模块、wifi模块和上位机。

3、所述信号采集模块包括脑血流信号采集模块和脑血氧信号采集模块。

4、所述脑血流信号采集模块用于采集使用者的脑血流信号，并转换成数字信号。

5、所述脑血氧信号采集模块包括：发光二极管和光电二极管，用于采集使用者的脑血氧信号，并转换成数字信号。

6、所述发光二极管用于交替发射红光和近红外光。所述红光和近红外光穿过颅脑并经过漫反射后，传输至光电二极管。

7、所述光电二极管用于采集返回的红光和近红外光，得到脑血氧电流信号。

8、所述主控模块用于接收信号采集模块转换得到的数字信号，并将数字信号传递给wifi模块。

9、所述wifi模块用于将数字信号传递至上位机。

10、所述上位机接收wifi模块传递的数字信号后，对数据进行处理，得到脑血流和脑血氧的特征信号，并计算出脑血氧浓度的相对值。

11、进一步，所述信号采集模块还包括黑色发带。

12、所述黑色发带用于遮挡环境光和固定信号采集模块的部件。

13、进一步，所述脑血流信号采集模块包括第一采集芯片。

14、所述第一采集芯片基于电感测量原理，采集脑血流信号，并通过模数转换将脑血流信号转换成数字信号。

15、所述第一采集芯片放置在大脑翼点处，通过黑色发带固定。

16、进一步，所述脑血氧信号采集模块还包括第二采集芯片。

17、所述第二采集芯片基于近红外光谱原理，控制发光二极管发射红光和近红外光，进而通过光电二极管采集脑血氧电流信号。

18、所述第二采集芯片将光电二极管采集到的脑血氧电流信号转换成脑血氧电压信号，并通过模数转换将脑血氧电压信号转换成数字信号。

19、所述发光二极管和光电二极管紧贴在使用者前额处，并通过黑色发带固定。

20、进一步，所述发光二极管和光电二极管外面包裹着医用硅胶。

21、所述医用硅胶用于遮挡环境光以及调整发光二极管和光电二极管之间的间距。

22、进一步，所述医用硅胶调整发光二极管和光电二极管之间的间距记为d，d的取值范围为[15mm，30mm]。

23、进一步，所述主控模块包括微控制器。

24、所述微控制器用于对数字信号进行数据读取，并将读取的数字信号传递给wifi模块。

25、所述微控制器通过i2c通信接口与第一采集芯片连接。

26、所述微控制器通过spi通信接口与第二采集芯片连接。

27、进一步，所述脑血氧浓度的相对值的计算公式如下所示：

28、

29、式中，q为脑血氧浓度的相对值。acr为红光交流分量值。dcr为红光直流分量值。acir为近红外光交流分量值；dcir为近红外光直流分量值。

30、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明融合电感测量和nirs原理技术，电感测量技术所呈现的脑血流信号和nirs测量技术所呈现的脑血氧信号，两者生理参数的组合可以更全面地解释大脑活动。

31、电感测量技术主要测量大脑中动脉供血区内尤其是中小动脉的血流动力学状态，nirs技术主要测量大脑小动脉、小静脉、毛细血管的血氧饱和状态。从被测对象上，一个关注血容量随心搏变化大，收缩舒张明显的中小型动脉，另一个直接关注代表大脑各功能区的浅表皮层区域，完整的展示了被测大脑各部位的血供血氧状态。

32、电感测量技术主要测量半脑的脑血流情况，通过前期预实验可知其有效探测深度可达5cm，测量的是大脑中深部的脑血流信号，nirs技术测量脑前额部的浅表脑血氧情况，测量深度约1.5cm，主要是大脑皮层的脑血氧情况；两种技术从探测深度上互补结合。

33、电感测量技术和nirs技术两者相结合在一定程度上克服了单一模态脑信号检测的局限性，且两者互不干扰，均具有制作成本低、无创、可床旁实时监护、检测技术要求低等优势。

34、双模态同步监测技术得到的数据量可以反映出大脑更多的实时变化信息和个体差异，实现大脑功能的实时监测管理。

技术特征：

1.一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，包括信号采集模块、主控模块、wifi模块和上位机；

2.根据权利要求1所述的一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，所述信号采集模块还包括黑色发带(1)；

3.根据权利要求2所述的一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，所述脑血流信号采集模块包括第一采集芯片；

4.根据权利要求3所述的一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，所述脑血氧信号采集模块还包括第二采集芯片；

5.根据权利要求4所述的一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，所述发光二极管(2)和光电二极管(3)外面包裹着医用硅胶(4)；

6.根据权利要求5所述的一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，所述医用硅胶(4)调整发光二极管(2)和光电二极管(3)之间的间距记为d，d的取值范围为[15mm，30mm]。

7.根据权利要求4所述的一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，所述主控模块包括微控制器；

8.根据权利要求1所述的一种双模态的脑血流实时监测设备，其特征在于，所述脑血氧浓度的相对值的计算公式如下所示：

技术总结
一种双模态的脑血流实时监测设备，包括信号采集模块、主控模块、WIFI模块和上位机。本发明融合电感测量和NIRS原理技术，电感测量技术所呈现的脑血流信号和NIRS测量技术所呈现的脑血氧信号，两者生理参数的组合可以更全面地解释大脑活动。电感测量技术和NIRS技术两者相结合在一定程度上克服了单一模态脑信号检测的局限性，且两者互不干扰，均具有制作成本低、无创、可床旁实时监护、检测技术要求低等优势。

技术研发人员：孙建,周程,张茂婷,后显华,许佳,李根,陈渝杰,陈明生,王凤,徐林,庄伟,谷珊珊,宁旭,秦明新
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军军医大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15