并行近紅外光電傳感裝置及動物器官組織檢測系統與方法
【專利摘要】并行近紅外光電傳感裝置及動物器官組織檢測系統與方法，能夠應用于皮膚、淋巴、外生殖器、前列腺、大腦、乳腺、膀胱和其他需要多深度層次或伴隨生理移位的器官組織的感光物質的濃度及其變化量以及血氧飽和度的檢測。其中，一種并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，包括傳感元件分布表面，在所述傳感元件分布表面上設置有光源信號發射器陣列和光信號接收器陣列，所述光源信號發射器陣列中包括至少由兩個光源信號發射器組成的發射器單元，所述光信號接收器陣列中包括至少由兩個光信號接收器組成的接收器單元，所述發射器單元與所述接收器單元在所述傳感元件分布表面內呈相互并列設置或呈相互交叉設置。
【專利說明】并行近紅外光電傳感裝置及動物器官組織檢測系統與方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于近紅外光譜學(Near Infrared Spectroscopy, NIRS)的光電傳感技術，特別是并行近紅外光電傳感裝置及動物器官組織檢測系統與方法。并行近紅外光電傳感裝置能夠應用于器官組織感光物質濃度或其變化量以及血氧飽和度檢測。本發明的實例采用多個近紅外光發射器和多個近紅外光信號接收器，通過調整各光發射器和接收器之間不同的距離，檢測不同深度或層次的器官組織；運用三個或三個以上不同波長的近紅外光源照射目標器官組織，通過選取器官組織內感光物質對不同波長近紅外光的光吸收度的差分計算出感光物質的濃度值或其變化量，繼而提供目標器官組織內的血氧飽和度。本發明特別應用于皮膚、淋巴、外生殖器、前列腺、大腦、乳腺、膀胱或其他需要多深度層次或伴隨生理移位的器官組織的感光物質的濃度及其變化量以及血氧飽和度的檢測。
【背景技術】
[0002]近紅外光譜學(或NIRS)可用于研究和檢測動物體內感光物質的濃度。所發射的近紅外光照射皮膚及皮下目標器官組織，其中一些光被對近紅外光譜敏感的生物化學吸光組分吸收，沒有被吸收的光被散射。每種生物化學組分具有不同的吸收光譜，通過測量穿過器官組織的近紅外光學特征可以確定組織中感光的生物化學組分的濃度或變化量。
[0003]NIRS檢測技術在化學和生物學研 究、食品和藥物的質量控制以及醫療器械與設備等領域中應用廣泛。NIRS在醫療器械中的應用包括檢測物器官組織內感光物質的濃度及其變化量(或趨勢)和組織血氧飽和狀況，為無創方法診斷生理和代謝性疾病提供臨床依據。NIRS已成功用于大腦血氧飽和度檢測和尿動力學的研究，也用于研究骨骼肌灌注氧飽和、乳腺組織腫瘤、皮膚癌、淋巴癌及等。
[0004]動物器官組織可以看作是一種光學渾濁介質，對于近紅外光具有相對的透明性，利用器官組織對近紅外波段光的良好通透性及不同組織成分在該波段的光學性質差異，可以實現對器官組織光學特性的精確測量。近紅外光穿透動物器官組織的過程中不斷地被組織中的水份(Water)、脫氧血紅蛋白(Deoxygenated-Hemoglobin, Hb)、氧合血紅蛋白(Oxygenated-Hemoglobin, HbO2)、細胞色素(Cytochreme, Cyt)、肌血球素(Myoglobin, Mb)等所吸收而衰減。動物器官組織對一定波長區域近的近紅外(例如波長為700nm至900nm)光的吸收主要與Hb、Hb02有關，兩者的相對變化反映了血氧含量的大小；Hb02與血紅蛋白總量(Hemoglobin Sum, HbS=Hb+Hb02)濃度的比值可計算出血氧飽和度(OxygenSaturation, 02St)o
[0005]當光源照射在目標感光物質上，透射吸收率遵循Beer-Lambert定律。Beer-Lambert定律給出，目標感光物質的光吸收度與其濃度成正比:
[0006]
【權利要求】
1.一種并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，包括傳感元件分布表面，在所述傳感元件分布表面上設置有光源信號發射器陣列和光信號接收器陣列，所述光源信號發射器陣列中包括至少由兩個光源信號發射器組成的發射器單元，所述光信號接收器陣列中包括至少由兩個光信號接收器組成的接收器單元，所述發射器單元與所述接收器單元在所述傳感元件分布表面內呈相互并列設置或呈相互交叉設置。
2.根據權利要求1所述的并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，所述發射器循環單元中包括兩個光源信號發射器，沿四邊形中的一條對角線分布；所述接收器循環單元中包括兩個光信號接收器，沿所述四邊形中的另一條對角線分布。
3.根據權利要求1所述的并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，所述發射器循環單元中包括兩個光源信號發射器，其中第一光源信號發射器位于四邊形的左上角，第二光源信號發射器位于所述四邊形的右下角；所述接收器循環單元中包括四個光信號接收器，其中第一光信號接收器和第二光信號接收器與第一光源信號發射器形成所述四邊形的上邊，其中第四光信號接收器和第三光信號接收器與第二光源信號發射器形成所述四邊形的下邊；第一光源信號發射器與第四光信號接收器形成所述四邊形的左邊，第二光源信號發射器與第二光信號接收器形成所述四邊形的右邊。
4.根據權利要求3所述的并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，第一光源信號發射器與第四光信號接收器之間的距離al，第一光源信號發射器與第一光信號接收器之間的距離Cl，第一光源信號發射器與第三光信號接收器之間的距離bl，第一光信號接收器與第二光信號接收器之間的距離dl，第二光源信號發射器與第二光信號接收器之間的距離a2，第二光源信號發射器與第三光信號接收器之間的距離c2，第二光源信號發射器與第一光信號接收器之間的距離b2，第三光信號接收器與第四光信號接收器之間的距離d2，具有以下關系式:al=a2=cl+dl ；bl=b2 ；cl=c2 ;dl=d2。
5.根據權利要求1所述的并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，所述光源信號發射器能夠發射三個或三個以上不同波長的光源信號。
6.根據權利要求5所述的并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，至少三個不同波長的光源信號波長分別為:760± 15nm、800± 15nm和880±15nm。
7.根據權利要求1所述的并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，所述傳感元件分布表面的下方設置有距離調整裝置，用于調整光源信號發射器之間、光信號接收器之間和/或光源信號發射器與光信號接收器之間的距離。
8.根據權利要求1所述的并行近紅外光電傳感裝置，其特征在于，所述光源信號發射器陣列中的每一個光源信號發射器均通過光源驅動器連接傳感裝置中心控制器，所述光信號接收器陣列中的每一個光信號接收器均通過信號處理器連接傳感裝置中心控制器。
9.一種動物器官組織檢測系統，用于檢測器官組織感光物質濃度或其變化量，或者用于檢測器官組織血氧飽和度，其特征在于，包括上述權利要求1-8之一所述的并行近紅外光電傳感裝置。
10.根據權利要求9所述的動物器官組織檢測系統，其特征在于，所述動物器官組織包括皮膚、淋巴、外生殖器、前列腺、大腦、乳腺或膀胱等。
11.一種尿動力學檢測系統，其特征在于，包括上述權利要求1-8之一所述的并行近紅外光電傳感裝置。
【文檔編號】A61B5/20GK103610467SQ201310541451
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】李魯亞, 朱啟超 申請人:李魯亞, 朱啟超