【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗监测的，更具体地，涉及一种基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统。
技术介绍
1、气管导管在实施全麻、呼吸道感染重症患者及任何需要呼吸机辅助治疗的患者中均需要使用，是保证肺部通气和换气必不可少的管道。如果能在气管导管使用的同时检测肺泡的水含量或氧含量，将对肺病患者临床监测具有重大指导意义。
2、光声成像是一种基于“光学激发，声学检测”的无损无标记式的新型医学成像方法，其融合了光学成像的高分辨率以及声学成像的高穿透深度的特点，为组织内部的生理、病理过程的监测，以及相关疾病的诊断提供强力有效的技术手段。如现有技术中公开了一种基于柔性基底的微腔光声成像系统，该方案采用柔性微腔传感阵列作为传感探测单元，利用光源发生装置输出光源，通过反射镜反射并由扩束镜扩束后，入射到置于箱体中的待测目标上，待测目标由于光声效应，吸收光能热膨胀产生瞬时的超声脉冲，然后传输至传感探测单元后转化为光信号，经解调转化为电信号，将电信号数据传输到控制成像处理设备完成信号的采集，最终进行图像重建，这种方式进一步基于含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白以及水对光波长的吸收特异性，并结合激发出的超声脉冲信号可以对肺泡中的水氧含量进行精确地计算，再结合重建的肺泡图像可以得出肺泡水氧含量分布。
3、但是，在患者进行气管导管使用时，若要同时检测患者肺泡的水含量或血氧含量，需将这种方式下的光声成像与气管导管结合，而气管导管与呼吸机相连接的同时，又要考虑与光声成像结合，一方面，当前的光声成像系统采用柔性微腔传感阵列，微腔阵列占用空间大，使得气管
技术实现思路
1、为解决现有技术无法精准监测肺泡水氧含量分布的问题，本专利技术提出一种基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，与气管导管配合佳，灵敏度高，辅助临床了解患者不同肺泡位置的水氧含量分布，在光声水氧探测与成像中均具有极大的发展前景。
2、为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，包括：
4、短脉冲激光发生器，用于输出短脉冲激光光源；
5、水氧检测探头，一端用于接收短脉冲激光光源，另一端通过气管导管连接医用呼吸机；所述水氧检测探头内设有反射棱镜、扫描振镜、聚焦透镜及微腔传感部，短脉冲激光光源被反射棱镜反射至扫描振镜，经过扫描振镜的二维扫描，再利用聚焦透镜聚焦后，入射至待测肺泡，待测肺泡吸收光能产生超声脉冲信号；所述微腔传感部包括微环谐振腔单体及与微环谐振腔单体耦合的滑轮波导，超声脉冲信号被微环谐振腔单体探测并转化为光信号；
6、气管导管，一端连接水氧检测探头，另一端连接医用呼吸机；
7、信号转换器，用于接收光信号，并将光信号转化为电信号；
8、水氧控制分析器，用于接收信号转换器传输的电信号，重建肺泡图像，并用于分析不同肺泡位置的肺泡水氧含量，结合肺泡图像，得到不同肺泡位置的肺泡水氧含量分布，肺泡水氧含量包括水含量和血氧含量。
9、优选地，所述短脉冲激光光源的波长可调谐，以便对氧分子和水分子进行特异性激发和检测。
10、优选地，所述微腔传感部位于反射棱镜的一侧，微环谐振腔单体的传感面正对待测肺泡，所述滑轮波导的一端连接有信号光输入光纤，另一端连接信号光输出光纤；肺泡吸收光能产生超声脉冲信号，从信号光输入光纤输入，经滑轮波导传输至微环谐振腔单体内，微环谐振腔单体采集到超声波信号，并转化为光信号，耦合至滑轮波导，经信号光输出光纤输出至信号转换器，信号转换器将光信号转换为电信号采样数据。
11、通过上述技术手段，在水氧检测探头中采用微环谐振腔单体并且微环谐振腔单体的传感面正对待测肺泡，便于接收待测肺泡所激发出的超声信号，相较于微腔阵列，占用空间小，气管导管整体应用的集成度高，而且不需要全体微腔阵列的传感配合，单体的灵敏度高。
12、优选地，信号转换器基于微环谐振腔单体的谐振峰的波长锁定法对光信号进行转化，提高了转换速度，且能降低转换成本。
13、优选地，所述基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统还包括：气囊及针管，所述气管导管设置于气囊内，所述针管通过管道连接气囊，为气囊充气，以对所述气管导管固定。
14、优选地，所述水氧控制分析器连接短脉冲激光发生器，控制短脉冲激光发生器输出的短脉冲激光光源的波长、功率及脉冲频率。
15、优选地，所述水氧控制分析器还连接水氧检测探头，控制水氧检测探头的移动。
16、优选地，水氧检测探头移动，带动水氧检测探头内的扫描振镜移动，短脉冲激光光源被反射棱镜反射至扫描振镜，经过扫描振镜的二维扫描，再利用聚焦透镜聚焦后，入射至待测肺泡的位置不同，聚焦光斑逐点遍历扫描肺泡，以重建不同肺泡位置下的肺泡图像，在重建肺泡图像过程中，遍历肺泡的不同位置，获取肺泡吸收光能产生的超声脉冲信号，最终获取不同肺泡位置的电信号采样数据。
17、通过上述技术手段，采用水氧检测探头中的扫描振镜进行二维扫描聚焦，聚焦光斑逐点遍历扫描肺泡，直接重建肺泡图像，实时性差，且准确，不需要重建算法重构图像，便于为临床监测肺泡水氧含量分布提供准确肺泡位置的指导。
18、优选地，在水含量分析时，短脉冲激光发生器发出波长匹配水吸收峰的短脉冲激光光源，最终获取不同肺泡位置的电信号采样数据，电信号采样数据越大，肺泡水含量越高，结合肺泡图像，得到不同肺泡位置的肺泡水含量分布；
19、优选地，在血氧含量分析时，短脉冲激光发生器发出两种波长的短脉冲激光光源，两种波长的短脉冲激光光源激发的激发光强分别为 i1和 i2，经水氧检测探头入射至肺泡某一位置，激发出的光声信号强度分别为：
20、
21、
22、其中，和分别表示两种波长对应的光声信号强度，和分别表示有氧血红蛋白在短脉冲激光光源激发的两种波长对应的吸收系数；和分别表示肺泡某一位置在短脉冲激光光源激发的两种波长下的吸收系数；表示有氧血红蛋白的浓度；表示无氧血红蛋白的浓度；则肺泡某一位置血氧含量为：
23、
24、其中，和分别表示无氧血红蛋白在短脉冲激光光源激发的两种波长对应的吸收系数；和分别表示有氧血红蛋白与无氧血红蛋白在短脉冲激光光源激发的两种波长对应的吸收系数之差，结合肺泡图像，得到不同肺泡位置的肺泡血氧含量分布。
25、通过上述技术手本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，所述短脉冲激光光源的波长可调谐。
3.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，所述微腔传感部（24）位于反射棱镜（21）的一侧，微环谐振腔单体（241）的传感面正对待测肺泡，所述滑轮波导（242）的一端连接有信号光输入光纤（25），另一端连接信号光输出光纤（26）；肺泡吸收光能产生超声脉冲信号，从信号光输入光纤（25）输入，经滑轮波导（242）传输至微环谐振腔单体（241）内，微环谐振腔单体（241）采集到超声波信号，并转化为光信号，耦合至滑轮波导（242），经信号光输出光纤（26）输出至信号转换器（4），信号转换器（4）将光信号转换为电信号采样数据。
4.根据权利要求3所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，信号转换器（4）基于微环谐振腔单体（241）的谐振峰的波长锁定法对光信号进行转化。
5.根据权利要求1所述的基于气管导
6.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，所述水氧控制分析器（5）连接短脉冲激光发生器（1），控制短脉冲激光发生器（1）输出的短脉冲激光光源的波长、功率及脉冲频率。
7.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，所述水氧控制分析器（5）还连接水氧检测探头（2），控制水氧检测探头（2）的移动。
8.根据权利要求7所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，水氧检测探头（2）移动，带动水氧检测探头（2）内的扫描振镜（22）移动，短脉冲激光光源被反射棱镜（21）反射至扫描振镜（22），经过扫描振镜（22）的二维扫描，再利用聚焦透镜（23）聚焦后，入射至待测肺泡的位置不同，聚焦光斑逐点遍历扫描肺泡，以重建不同肺泡位置下的肺泡图像，在重建肺泡图像过程中，遍历肺泡的不同位置，获取肺泡吸收光能产生的超声脉冲信号，最终获取不同肺泡位置的电信号采样数据。
9.根据权利要求8所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，在水含量分析时，短脉冲激光发生器（1）发出波长匹配水吸收峰的短脉冲激光光源，最终获取不同肺泡位置的电信号采样数据，电信号采样数据越大，肺泡水含量越高，结合肺泡图像，得到不同肺泡位置的肺泡水含量分布。
10.根据权利要求8所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，在血氧含量分析时，短脉冲激光发生器（1）发出两种波长的短脉冲激光光源，两种波长的短脉冲激光光源激发的激发光强分别为I1和I2，经水氧检测探头（2）入射至肺泡某一位置，激发出的光声信号强度分别为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，所述短脉冲激光光源的波长可调谐。
3.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，所述微腔传感部（24）位于反射棱镜（21）的一侧，微环谐振腔单体（241）的传感面正对待测肺泡，所述滑轮波导（242）的一端连接有信号光输入光纤（25），另一端连接信号光输出光纤（26）；肺泡吸收光能产生超声脉冲信号，从信号光输入光纤（25）输入，经滑轮波导（242）传输至微环谐振腔单体（241）内，微环谐振腔单体（241）采集到超声波信号，并转化为光信号，耦合至滑轮波导（242），经信号光输出光纤（26）输出至信号转换器（4），信号转换器（4）将光信号转换为电信号采样数据。
4.根据权利要求3所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，信号转换器（4）基于微环谐振腔单体（241）的谐振峰的波长锁定法对光信号进行转化。
5.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，还包括：气囊（6）及针管（7），所述气管导管（3）设置于气囊（6）内，所述针管（7）通过管道连接气囊（6），为气囊（6）充气，以对所述气管导管（3）固定。
6.根据权利要求1所述的基于气管导管光声成像的肺泡水氧含量监测系统，其特征在于，所述水氧控制分析器（5）连接短脉冲激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯霞，邬艳，魏明，熊玮，李强，李朝晖，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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