本發明屬于醫療診斷領域，具體提供一種基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法。

背景技術：

目前，對于顱內血腫的診斷通常采用CT掃描、顱內壓(intracranial pressure，ICP)檢測以及一系列神經學量表評定。但是，ICP檢測的結果與神經學量表評定的結果的準確性和有效性并不是很理想。遲發性顱內血腫的患者可能會在血腫出現一段時間之后才表現出異常的神經病理學異常，甚至有些人始終都表現出正常的神經病理學指征。CT掃描是顱內血腫診斷的金標準，它基本上可以100％準確的識別并定位顱內血腫。但是CT的臨床使用也存在很多問題。首先CT掃描必須要讓患者進入到CT掃描室內，無法臨床開展。因此，給在重癥監護室內傷勢極為嚴重的患者的測查工作帶來了一定的困難。其次，由于我國大多數醫院儀器資源有限而患者眾多，往往患者送到醫院幾個小時后才能實際開展CT掃描測查。而法國醫生、創傷醫學之父R Adams Cowley在第一次世界大戰期間提出過著名的“黃金一小時”的理論，即“如果病人傷勢很重，60分鐘決定一切，雖然60分鐘后不一定立刻死亡，但一切已經無法挽回”。因此對于重傷患者，受傷后第一時間(剛到急診室或者在急救車上)的準確診斷至關重要。另外，CT掃描具有一定的輻射性，并不是絕對安全無風險。因此患者(特別是兒童)接受CT掃描需極其謹慎。也正是由于輻射的風險，CT無法在短時間內進行多次頻繁掃描，并不適用于對遲發性顱內血腫的臨床監護，甚至可能會引發二次腦損傷，延誤患者的康復。

通過近紅外光譜成像技術(near infrared spectroscopy,NIRS)進行顱內血腫檢測是一種新興的檢測技術，它已經被證明對硬膜外血腫、硬膜下血腫及淺層的腦內出血都具有良好的檢測敏感性和特異性。和傳統的CT掃描、顱內壓檢測等方法相比，利用NIRS進行顱內血腫檢測具有幾個無法比擬的好處：(1)沒有輻射的危險，非常適用于兒童患者；(2)因為安全無傷害，可以在短時間內多次重復檢測，適合對損傷后及手術后遲發性顱內血腫的臨床檢測；(3)易于應用在便攜式設備上，可以廣泛應用在急診室、救護車以及損傷現場；(4)檢測耗時短，目前已有設備的檢測周期約為2分鐘，適用于緊急場合，且有助于醫療資源在病人間循環利用。

但是，目前所有的研究以及市場上所有的設備均采用單通道檢測方式，即基于一個NIRS檢測通道分別在額葉、顳葉、頂葉和枕葉的左右兩側共8個區域輪流測量，單通道NIRS檢測范圍局限在3-4cm內，因此在對腦血腫區域無法預估的情況下，如此粗尺度的單通道檢測很容易造成對血腫區域的漏檢，而且單通道測量也無法提供信息，檢測報告只能停留在腦葉的尺度，不能對血腫的空間范圍進行判斷。

相應地，本領域需要一種新的顱內血腫檢測方法來解決上述問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有基于NIRS采用單通道對顱內血腫進行檢測的設備檢測面積較小、存在血腫漏檢的情況和檢測精度較低的問題，本發明提供了一種基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法，該顱內血腫檢測方法所述顱內血腫檢測方法包括以下步驟：在全頭皮表面粗尺度檢測顱內血腫位置；精細尺度檢測血腫邊界；根據血腫邊界計算血腫大小。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述在全頭皮表面粗尺度檢測顱內血腫位置的步驟進一步包括通過多通道近紅外光譜成像裝置在全頭皮表面粗尺度檢測顱內血腫位置。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述通過多通道近紅外光譜成像裝置在全頭皮表面粗尺度檢測顱內血腫位置的步驟進一步包括通過兩個多通道近紅外光譜成像裝置同時在頭皮表面左右兩側對稱的區域檢測顱內血腫位置。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述通過兩個多通道近紅外光譜成像裝置同時在頭皮表面左右兩側對稱的區域檢測顱內血腫位置的步驟進一步還包括：在顱內血腫檢測的過程中，兩個多通道近紅外光譜成像裝置始終對稱于頭皮表面的左右中分線；

在顱內血腫檢測的過程中，根據ΔOD值進行檢測結果分析：

I_left是左側多通道近紅外光譜成像裝置檢測到的近紅外光輸出量，I_right是右側多通道近紅外光譜成像裝置檢測到的近紅外光輸出量，當ΔOD為正且大于設定的閾值時，右側多通道近紅外光譜成像裝置的下方存在血腫，當ΔOD為負且小于設定的閾值時，左側多通道近紅外光譜成像裝置的下方存在血腫。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述精細尺度檢測血腫邊界的步驟進一步包括：檢測到血腫位置的多通道近紅外光譜成像裝置進一步對所述血腫周邊的4-8個區域進行血腫檢測；當所述血腫位置的周邊的邊緣處沒有檢測到新的血腫時，確定血腫邊界；當所述血腫位置的周邊的邊緣處檢測到新的血腫時，所述多通道近紅外光譜成像裝置進一步對所述新血腫周邊的4-8個區域進行血腫檢測。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述近紅外光的波長在650nm-950nm之間。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述多通道近紅外光譜成像裝置包括觀測模塊。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述觀測模塊設置有多個性能相同的近紅外成像通道，且左右兩側的觀測模塊上的近紅外成像通道相互對應。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，所述近紅外成像通道包括發光光源和用于檢測近紅外光輸出量的檢測探頭。

在上述顱內血腫檢測方法的優選技術方案中，通過多通道近紅外光譜成像裝置以腦葉為單位在全頭皮表面進行粗尺度檢測顱內血腫；或者通過多通道近紅外光譜成像裝置根據國際通用的10-20標準在全頭皮表面粗尺度檢測顱內血腫。

本領域技術人員能夠理解的是，在本發明的優選技術方案中，通過兩個設置有多個近紅外成像通道的觀測模塊進行顱內血腫檢測，具體地，兩個觀測模塊在進行血腫檢測時始終對稱于頭皮表面的左右中分線，并且兩個觀測模塊內的近紅外成像通道具有左右一一對應的關系。通過將左右兩個觀測模塊所檢測到的近紅外光輸出量進行對比處理，以此來判斷當前該觀測模塊所處位置頭皮下是否存在血腫。當某一觀測模塊檢測到血腫時，該觀測模塊進一步對該血腫位置的周邊進行血腫檢測，當血腫位置的周邊沒有檢測到新的血腫時，則可以對血腫邊界進行確定；當血腫位置的周邊檢測到新的血腫時，該觀測模塊進一步對新的血腫的周邊進行血腫檢測，以此類推，直至檢測不到新的血腫便可對血腫邊界進行確定。因此，本發明的方法能夠增加血腫的檢測面積、降低血腫漏檢概率、提高顱內血腫檢測的精度，進而能夠對顱內血腫邊界進行精確地判斷。

附圖說明

圖1是本發明的基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法的步驟流程圖；

圖2是近紅外光在大腦組織中的傳播路徑示意圖；

圖3是本發明的基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法的近紅外成像通道排布圖；

圖4是國際通用的10-20標準系統用在頭皮表面進行定位的示意圖；

圖5是通過本發明的基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法的遍顱內血腫檢測方位示意圖；

圖6是通過本發明的基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法的遞進式檢測血腫邊界的示意圖。

附圖標記

1、發光光源；2、檢測探頭；3、頭皮。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發明的技術原理，并非旨在限制本發明的保護范圍。例如，雖然說明書是結合附圖以具有4個近紅外成像通道的觀測模塊來對本發明的方法進行闡述說明的，但是很明顯觀測模塊的近紅外成像通道的數量可以是任意值，本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。

如圖1所示，本發明的基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法包括：步驟S100，在全頭皮表面進行粗尺度檢測顱內血腫位置；步驟S200，精細尺度檢測血腫邊界；步驟S300，根據血腫邊界計算血腫大小。

在步驟S100中，以腦葉為單位在全頭皮表面進行粗尺度檢測顱內血腫，或者根據國際通用的10-20標準在全頭皮表面進行粗尺度檢測顱內血腫。

具體地，通過兩個參數完全相同的多通道近紅外光譜成像裝置分別在人頭皮表面左右(以人左耳方向為左，以人右耳方向為右)兩側對稱的區域同時進行顱內血腫位置的檢測。進一步，每個多通道近紅外光譜成像裝置內設置有觀測模塊，并且位于人頭皮表面上左右兩側的觀測模塊的參數完全相同，更進一步，每個觀測模塊內分別設置有多個近紅外成像通道，且左右兩個觀測模塊上的多個近紅外成像通道一一對應。

具體地，在顱內血腫檢測的過程中，兩個觀測模塊始終對稱于頭皮表面的左右中分線，進而使得左右兩個觀測模塊上一一對應的近紅外成像通道能夠分別對顱內左右兩側相對應的位置進行檢測。然后將左右兩個觀測模塊上一一對應的近紅外成像通道檢測的數據進行比較，進而判定顱內左側或右側是否存在血腫。

判定顱內左側或右側是否存在血腫的公式(1)具體如下：

其中，ΔOD為光強比值，I_left是左側觀測模塊上的近紅外成像通道檢測到的近紅外光輸出量，I_right是右側觀測模塊上的近紅外成像通道檢測到的近紅外光輸出量。當ΔOD的絕對值超過設定的閾值th時，則左側或右側觀測模塊上的近紅外成像通道的下方存在血腫；若ΔOD為正，則表示右側近紅外成像通道位置下方存出血腫；若ΔOD為負，則表示左側位置近紅外成像通道下方存在血腫。

根據步驟S100檢測出血腫后，在步驟S200中，在該血腫位置的周圍繼續進行血腫的檢測，具體地，在該血腫位置周圍的4-8個方向進行血腫的搜索檢測。若在該血腫位置的某一方向的邊緣處沒有檢測出新的血腫，則停止對該方向的檢測，血腫在該方向上的邊界被確定；若在該血腫位置的某一方向的邊緣處檢測出了新的血腫，則以新的血腫位置為中心點，在新的血腫位置周圍的4-8個方向進行血腫的搜索檢測，直至新的血腫位置所有方向的邊緣除最初的血腫外不再有其他血腫，則血腫的檢測工作完成，血腫的邊界被全部確定。

本領域技術人員能夠理解的是，若是根據步驟S100檢測出多個血腫，則每個血腫的周圍都要按照步驟S200進行檢測。

在步驟S300中，統計血腫的檢測結果，并根據檢測到的血腫邊界計算血腫在頭皮上的投影面積大小。

下面以圖2至圖6為例，對本發明的基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法作進一步地說明。

如圖2所示，近紅外成像通道主要包括發光光源1和檢測探頭2，且兩者之間間距在2.5cm-4.5cm。其中，發光光源1所發出的近紅外光的波段為650nm-950nm之間的某一單一頻率。

如圖3所示，在本發明的優選實施方式中，選用四個發光光源1(S1、S2、S3和S4)和四個檢測探頭2(D1、D2、D3和D4)形成八個近紅外成像通道，其中四個近紅外成像通道(Ch1、Ch2、Ch3和Ch4)覆蓋左側腦區，另外四個近紅外成像通道(Ch5、Ch6、Ch7和Ch8)覆蓋右側腦區。同時根據相對空間位置關系，確定左右兩個觀測模塊上的近紅外成像通道之間的一一對應關系：Ch1-Ch5，Ch2-Ch6，Ch3-Ch7，Ch4-Ch8。

進一步，在本發明的優選實施方式中，發光光源1所發出的近紅外光的波長為830nm，發射光強為4nw，在時間上連續不間斷地發射，且發光光源1和檢測探頭2之間的間距均為3cm。進一步，不同的發光光源1采用不同的載波頻率，以便能夠通過一個檢測探頭2分別對與其相鄰的近紅外成像通道的信號進行解析，實現發光光源1和檢測探頭2之間的復用，即每個檢測探頭2都能夠接受相鄰的兩個發光光源1所發出的近紅外光信號并能夠通過不同的載波頻率區分信號是由哪個發光光源1發出的。

如圖4和圖5所示，按照國際通用的10-20系統先粗尺度搜索血腫位置。具體地，分別將左右兩個觀測模塊放置于Fp1-Fp2，F3-F4，F7-F8，C3-C4，T3-T4，P3-P4，T5-T6，O1-O2共8個對稱區域，每個區域持續記錄時長為20秒。計算20秒內每個通道探頭記錄到的平均光強。根據公式(1)計算左右相互對應的近紅外光成像通道間的光強比值ΔOD。

以對稱區域C3-C4和相互對應的近紅外成像通道Ch1-Ch5為例，若是與之對應的ΔOD為正，且絕對值大于預先設定的閾值(例如＝0.3)，則判定血腫出現在右側近紅外成像通道Ch5的下方。標記此時Ch5和Ch1的中心位置。

如圖5所示，將粗尺度搜索到的顱內血腫進行精細尺度檢測用以獲得該血腫的邊界。具體地，以標記的Ch5的中心位置為中心點，右側觀測模塊按照前、后、左、右、左前、左后、右前、右后的順序在該中心點的周圍共8個方向分別進行檢測；在右側觀測模塊檢測的過程中，左側觀測模塊按照前、后、右、左、右前、右后、左前、左后的順序與右側觀測模塊同步進行檢測。右側觀測模塊在前后左右四個方向上據中心點的最大偏移距離均為d。由于在本發明的實施方案中，發光光源1和檢測探頭2的間距為3cm，所以指定d＝3cm，以便于右側觀測模塊在不會漏檢的前提下，提高血腫的檢測效率。

如圖5中(a)所示，先使右側觀測模塊的檢測中心(S3和S4的連線與D3和D4的連線的交點)與標記的Ch5的中心點相重合，該位置計作初始位置；然后將右側觀測模塊沿從C4到Cz的方向向左移動距離1.5cm，使得Ch5與中心點重合(這種情況與粗尺度搜索時成像區域重合，可省略)，檢測20秒；

如圖5中(a)和(b)所示，進一步，依次，從初始位置將右側觀測模塊沿從C4到T4的方向向右移動距離1.5cm，使得Ch8與中心點重合，采集20s數據；從初始位置將右側觀測模塊沿從C4到F4的方向向前(鼻根點方向)移動距離1.5cm，使得Ch6與中心點重合，采集20s數據；從初始位置將右側觀測模塊沿從C4到P4的方向向后移動距離1.5cm，使得Ch7與中心點重合，采集20s數據；從初始位置將觀測模塊向左后側移動，使得S3與中心點重合，采集20s數據；從初始位置將觀測模塊向右后側移動，使得D4與中心點重合，采集20s數據；從初始位置將觀測模塊向右前側移動，使得S4與中心點重合，采集20s數據；從初始位置將觀測模塊向左前側移動，使得D3與中心點重合，采集20s數據。本領域技術人員能夠理解的是，右側觀測模塊向左、右、前、后、左后、右后、右前、左前移動的順序并非固定不變，本領域技術人員可根據實際需要和操作習慣做出適當調整。

需要說明的是，在右側觀測模塊進行血腫檢測的過程中，左側觀測模塊始終與右側觀測模塊對稱于Fz-Cz-Pz所構成的頭皮左右中分線上，以便使左右兩側的近紅外成像通道能夠一一相互對應。

如圖5中(c)所示，圖中黑點是右側觀測模塊的所有近紅外成像通道在中心點的8個方向的空間累計分布，其空間分辨率為1.5cm。從圖5(c)中不難看出在血腫的精細尺寸檢測的過程中，不同方向的近紅外成像通道位置有些會重疊，使得對同一位置的重復檢測能夠降低檢測的假陽性誤差，提高檢測的正確率。進一步，在每個位置的檢測結束后，均根據公式(1)計算左右兩個觀測模塊上所有對應的近紅外成像通道間的平均光強比值ΔOD。若是發現右側觀測模塊的某一近紅外成像通道所對應的ΔOD大于預先設定的閾值th(例如th＝0.3)，則判定該通道下方有血腫，記錄并標記該近紅外成像通道的位置。

如圖6中(a)所示，標記黑色爆炸符號的近紅外成像通道其下方均存在血腫。由此可以基本判定血腫的下方(人腦后方)邊界就在最初的中心點附近，寬度約為3cm。為了方便敘述將該中心點計作中心點1。

如圖6中(a)和(b)所示，由于(a)中血腫位置向上(人腦前方)延伸到觀測區域的邊緣處，所以無法確定血腫上方的邊界，因此還需要以該邊緣處的近紅外成像通道為新的中心點，計作中心點2(如圖6(b)所示)，對其周圍的8個方向進行血腫檢測，其中和已檢測的區域完全重合的方向(中心點2的下、左后及右后方)可以省略。

如圖6中(b)所示，最終確定的血腫長約4.5cm，寬約3cm，面積約9cm²，后邊界在Cz-C4-T4連線處，后邊界中心臨近C4。

本領域技術人員能夠理解的是，在記錄血腫的位置時，除了可以采用如圖6所示的二維網格化位置記錄方法外，還可以借助三維定位儀等外部輔助定位裝置，獲得人頭部的立體空間信息，在三維空間中精確記錄每個近紅外成像通道的位置。

綜上所述，通過本發明的基于多通道近紅外光譜成像的非侵入式顱內血腫檢測方法能夠增加血腫的檢測面積、降低血腫漏檢概率、提高顱內血腫檢測的精度，進而能夠對顱內血腫邊界進行精確地判斷。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發明的保護范圍之內。