一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置及方法，该装置包括同步触发源、数据处理系统、面阵LED光源、分光镜、接目物镜、成像物镜、CCD彩色相机及安装在CCD彩色相机上的拜尔滤镜；面阵LED光源由两种波长LED灯交替串联组成；同步触发源用于向面阵LED光源及CCD彩色相机发出同步信号，同步信号发出时，面阵LED光源同时发出两种波长的光到达分光镜，分光镜反射光到接目物镜并到达正对接目物镜的眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜并透过分光镜进入成像物镜，CCD彩色相机采集通过成像物镜的两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统进行处理以得到血氧饱和度。本发明专利技术对人体无任何损伤，检测的血氧饱和度的精度高。

Fundus blood flow oxygen saturation detection device and method based on planar array LED

The invention relates to a blood oxygen saturation fundus array LED detection device and method based on the synchronous trigger device comprises a source, data processing system, LED array light source, a spectroscope, the eye lens and the imaging lens, a color CCD camera and installed in the CCD color camera on the worship, LED array light source by the filter; two LED wavelength light alternately in series; synchronous trigger source for a synchronization signal to the LED array light source and CCD color camera, synchronous signal, LED array light source also issued two wavelengths of light reflected light to reach the spectroscope. Spectroscope lens and eye fundus is reaching the eye lens, the light from the fundus reflection after re entering the eye lens and enter through the spectroscope lens, CCD color camera speckle image formed by two wavelength imaging lens light and transmits it to the number of The processing system is processed to obtain blood oxygen saturation. The invention has no damage to the human body, and the accuracy of the detected oxygen saturation is high.

【技术实现步骤摘要】
一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置及方法
本专利技术涉及医疗器械
，更具体地，涉及一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置及方法。
技术介绍
血氧饱和度是指血红蛋白被氧结合的百分比，即血红蛋白的氧含量与氧容量的百分比，它是呼吸循环功能的一个重要参数，反映了人体的血氧平衡。有些疾病会对人体的器官或组织造成缺氧，导致组织细胞的代谢异常，内环境稳态失衡，严重的还会威胁人的生命，而对病人进行血氧饱和度监测将有助于解决这个问题。眼底视网膜是全身微循环的一部分，它需要氧的供给以维持其正常的新陈代谢，而且其对于血氧变化的反映比较敏感，便于对血氧饱和度进行监测。目前测量血氧饱和度主要是用电化学法，该方法先进行人体采血(取动脉血)再利用血气分析仪对血液进行电化学分析，直接测得动脉氧分压(PaO2)，并计算出动脉血氧饱和度(SpO2)；然而该方法需要动脉穿刺或者插管，比较麻烦，且不能进行连续的监测，是一种有损伤的血氧测定法，而且对于容易造成损伤的部位就很难使用电化学法来测量。另外还有一种脉搏血氧饱和度的监测方法，该方法容易受到光干扰，如阳光、手术室灯光的干扰，在测量时这些光如果进入到探测器，则影响获得的透射光的强度大小，从而最终影响血氧饱和度参数的准确性，而且只有脉搏血氧测定仪的数值大于83％时，才能达到3％的误差。所以，现有的检测血氧饱和度的方法均存在检测精度不高的问题，需要改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，该装置能非接触地测量出人体眼底血流的血氧饱和度，对人体无任何损伤，且拍摄的图像信噪比高、空间分辨率高，检测的血氧饱和度的精度高。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，包括同步触发源、数据处理系统、面阵LED光源、分光镜、接目物镜、成像物镜、CCD彩色相机及安装在CCD彩色相机上的拜尔滤镜；面阵LED光源由两种波长LED灯交替串联组成；同步触发源用于向面阵LED光源及CCD彩色相机发出同步信号，同步信号发出时，面阵LED光源同时发出两种波长的光到达分光镜，分光镜反射光到接目物镜并到达正对接目物镜的眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜并透过分光镜进入成像物镜，CCD彩色相机采集通过成像物镜的两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统进行处理以得到血氧饱和度。面阵LED光源、分光镜及接目物镜组成眼底照明光路系统；CCD彩色相机、拜尔滤镜、成像物镜、分光镜及接目物镜组成眼底成像光路系统；接目物镜和成像物镜的作用是控制成像焦距，以拍摄出高空间分辨率的散斑图像。上述方案中，通过设置由两种波长LED灯交替串联组成的面阵LED光源并用同步触发源向面阵LED光源及CCD彩色相机发出同步信号，使得同步信号发出时，面阵LED光源同时发出两种波长的光，CCD彩色相机采集两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统进行处理以得到血氧饱和度。本专利技术一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，能非接触地测量出人体眼底血流的血氧饱和度，对人体无任何损伤，通过采集两种波长的光形成的散斑图像能有效抑制眼睛位置改变和血氧含量改变带来的影响，且拍摄的图像信噪比高、空间分辨率高，检测的血氧饱和度的精度高。优选地，所述数据处理系统为电脑。优选地，面阵LED光源由波长为λ1＝532nm和λ2＝632nm的LED灯交替串联而成。血红蛋白对这两种波长的光的吸收系数相差较大，计算时产生的误差小，有利于提高检测的血氧饱和度的精度。本专利技术的另一个目的是提供一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测方法，该方法使用上述基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，包括如下步骤：S1.设置CCD彩色相机的采集速度及曝光时间，使得血红细胞进出像素单元的成像范围时，局域的浓度变化引起动态散斑干涉强度的变化；将眼睛正对接目物镜；S2.同步触发源以频率f0向面阵LED光源及CCD彩色相机发出n次同步信号，n次触发面阵LED光源同时发出波长为λ1和λ2的光到达分光镜，分光镜反射光到接目物镜并到达眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜并透过分光镜进入成像物镜，同时，n次触发CCD彩色相机采集通过成像物镜的波长为λ1和λ2的光形成的散斑图像，其中，λ1＝532nm，λ2＝632nm；S3.将CCD彩色相机采集的通过成像物镜的波长为λ1和λ2的光形成的散斑图像传输至数据处理系统进行处理以得到眼底血流的血氧饱和度，包括如下步骤：S31.根据CCD彩色相机像素点的分布，将对应的波长为λ1和λ2的光形成的散斑图像分离出来；S32.对分离出的波长为λ1和λ2的光分别形成的散斑图像中的每个像素点进行快速傅里叶变换，以将CCD彩色相机接收的时域散斑强度信号沿着时间序列转变为频域散斑强度信号；S33.对频域散斑强度信号进行滤波处理，以将反映背景信息的低频信号和反映血液流动的高频信号分离出来，其中，低频信号为静态散斑信号，高频信号为动态散斑信号；S34.对分离出来的低频信号和高频信号分别进行逆傅里叶变换，以得到静态散斑信号强度和动态散斑信号强度和S35.透过生物组织的光强可以表示为：其中，I为透射光强，I0为入射光强，ε0为背景信息的光吸收系数，C0为背景信息的光吸收物质浓度，L为光路径长度，在无血流的情况下根据Beer-Lambert定律，透射光强应该是原始采集光强，但在此处，透射光强是原始散斑信号的平均强度，并且由于动态散斑信号强度远小于静态散斑信号强度，所以近似认为静态散斑信号平均强度是透射光强；因此，(1)式能表示为(2)式：其中，为氧合血红蛋白的光吸收系数，为氧合血红蛋白的浓度，εHb为脱氧血红蛋白的光吸收系数，cHb为脱氧血红蛋白的浓度；及εHb在波长为λ1和λ2时的光吸收系数为常数；S36.对(2)式进行计算，得到氧合血红蛋白的含量和脱氧血红蛋白的含量CHb；S37.根据血氧饱和度公式(4)计算眼底血流的血氧饱和度；其中，SO2即为眼底血流的血氧饱和度。本专利技术一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测方法，通过采集眼睛在两种波长光照射下形成的散斑图像，再通过数据处理系统9对采集的散斑图像进行逆傅里叶变换以得到频域散斑强度信号，对频域散斑强度信号进行滤波处理以得到低频信号和高频信号，然后分别对低频信号和高频信号进行逆傅里叶变换，以得到静态散斑信号强度和动态散斑信号强度，最后根据Beer-Lambert定律计算出眼底血流的血氧饱和度，该方法能对人体眼底血流进行非接触地测量，对人体无任何损伤，检测的血氧饱和度的精度高。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，通过设置由两种波长LED灯交替串联组成的面阵LED光源并用同步触发源向面阵LED光源及CCD彩色相机发出同步信号，使得同步信号发出时，面阵LED光源同时发出两种波长的光，CCD彩色相机采集两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统进行处理以得到血氧饱和度，该装置能非接触地测量出人体眼底血流的血氧饱和度，对人体无任何损伤，通过采集两种波长的光形成的散斑图像能有效抑制眼睛位置改变和血氧含量改变带来的影响，且拍摄的图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，其特征在于，包括同步触发源(8)、数据处理系统(9)、面阵LED光源(7)、分光镜(4)、接目物镜(5)、成像物镜(3)、CCD彩色相机(1)及安装在CCD彩色相机(1)上的拜尔滤镜(2)；面阵LED光源(7)由两种波长LED灯交替串联组成；同步触发源(8)用于向面阵LED光源(7)及CCD彩色相机(1)发出同步信号，同步信号发出时，面阵LED光源(7)同时发出两种波长的光到达分光镜(4)，分光镜(4)反射光到接目物镜(5)并到达正对接目物镜(5)的眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜(5)并透过分光镜(4)进入成像物镜(3)，CCD彩色相机(1)采集通过成像物镜(3)的两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统(9)进行处理以得到血氧饱和度。

【技术特征摘要】
1.一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，其特征在于，包括同步触发源(8)、数据处理系统(9)、面阵LED光源(7)、分光镜(4)、接目物镜(5)、成像物镜(3)、CCD彩色相机(1)及安装在CCD彩色相机(1)上的拜尔滤镜(2)；面阵LED光源(7)由两种波长LED灯交替串联组成；同步触发源(8)用于向面阵LED光源(7)及CCD彩色相机(1)发出同步信号，同步信号发出时，面阵LED光源(7)同时发出两种波长的光到达分光镜(4)，分光镜(4)反射光到接目物镜(5)并到达正对接目物镜(5)的眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜(5)并透过分光镜(4)进入成像物镜(3)，CCD彩色相机(1)采集通过成像物镜(3)的两种波长的光形成的散斑图像并将其传输至数据处理系统(9)进行处理以得到血氧饱和度。2.根据权利要求1所述的一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，其特征在于，所述数据处理系统(9)为电脑。3.根据权利要求1至2任一项所述的一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，其特征在于，面阵LED光源(7)由波长为λ1＝532nm和λ2＝632nm的LED灯交替串联而成。4.一种基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测方法，使用权利要求3所述的基于面阵LED的眼底血流血氧饱和度检测装置，其特征在于，包括如下步骤：S1.设置CCD彩色相机(1)的采集速度及曝光时间，使得血红细胞进出像素单元的成像范围时，局域的浓度变化引起动态散斑干涉强度的变化；将眼睛(6)正对接目物镜(5)；S2.同步触发源(8)以频率f0向面阵LED光源(7)及CCD彩色相机(1)发出n次同步信号，n次触发面阵LED光源(7)同时发出波长为λ1和λ2的光到达分光镜(4)，分光镜(4)反射光到接目物镜(5)并到达眼底，光从眼底反射后再次进入接目物镜(5)并透过分光镜(4)进入成像物镜(3)，同时，n次触发CCD彩色相机(1)采集通过成像物镜(3)的波长为λ1和λ2的光形成的散斑图像，其中，λ1＝532nm，λ2＝632nm；S3.将CCD彩色相机(1)采集的通过成像物镜(3)的波长为λ1和λ2的光形成的散斑图像传输至数据处理系统(9)进行处理以得到眼底血流的血氧饱和度，包括如下步骤：S31.根据CCD彩色相机(1)像素点的分布，将对应的波长为λ1和λ2的光形成的散斑图像分离出来；S32.对分离出的波长为λ1和λ2的光分别形成的散斑图像中的每个像素点进行快速傅里叶变换，以将CCD彩色相机(1)接收的时域散斑强度信号沿着时间序列转变为频域散斑强度信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王茗祎，曾亚光，韩定安，缪耀军，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44