[发明专利]基于光反射识别的高空间分辨率心脏振动检测方法

说明书

基于光反射识别的高空间分辨率心脏振动检测方法，其特征在于：将反光薄膜贴在心脏部位的皮肤表面，其中反光薄膜由众多的反光阵元构成；心脏振动会引起每个反光阵元发生变化；利用光束照射反光薄膜，并通过拍摄测量每个反光阵元的变化量，从而获知不同部位的心脏振动情况。相较于以往的心脏振动采集方法，本发明具有空间分辨率高、敏感度高，以及实时性好的优点，可以实时、全面、灵敏地检测人体心脏的振动情况。

技术领域

本发明属于生物医学信号检测技术领域，具体为基于光反射识别的高空间分辨率心脏振动检测方法，通过采集胸部体表皮肤的振动情况，进而提取出人体心脏的振动信息。

背景技术

心脏为血液循环提供动力，在工作过程中，心肌收缩、心脏瓣膜关闭以及血液循环流动带来的撞击均会引起机械振动。这些机械振动会通过人体组织传输到皮肤表面，由此可将人体心脏看作机械振动源。心脏振动包含了大量心血管系统的健康信息，通过对心脏振动的分析，可有效帮助医生对心脏的健康状况做出评估。

传统的心脏振动检测可利用听诊器、心音传感器等设备，监听或采集人体心脏振动信号。但传统方法仅局限于单一的振动检测点，检测的空间分辨率过低。传统的检测方法未能同步检测较大范围内的振动情况，从而无法对心脏的空间振动源进行同步分析。传统电子传感器在使用过程中，容易因电子元件干扰对振动检测产生影响，可导致信号失真。

发明内容

为克服现有技术的不足，实现心脏振动的高空间分辨率与高灵敏度检测，本发明基于光反射原理，利用反光薄膜进行心脏振动检测。将反光薄膜贴在心脏的体表皮肤，采集皮肤表面的振动情况，提取出人体心脏的振动信号。光传输具有快速实时的特性，利用反光薄膜，可将人体心脏的机械振动转化为光信号，利用高速摄像机记录光信号的变化规律，可实现人体心脏振动信号的采集。本发明所用的反光薄膜具有良好的弹性，可紧密贴合在人体皮肤表面。反光薄膜的实现途径之一：反光条或(反光点)呈网格状排布，创造出数量众多的反光阵元，每个阵元可反映各自所在区域的振动情况，实现超高的空间分辨率。反光条(或反光点)由金属膜、介质膜或全息膜构成；其中金属膜优选反射率高的金属材质，全息膜优选激光全息膜；激光全息膜的形变(特别是角度变化)可以导致反射波长的改变(即反射光颜色的变化)，能够提高检测灵敏度(能够同时检测位置和角度的形变)。

本发明的技术方案：

基于光反射识别的高空间分辨率心脏振动检测方法，将反光薄膜贴在心脏部位的皮肤表面，其中反光薄膜由多个反光阵元构成；心脏振动引起每个反光阵元发生变化；利用光束照射反光薄膜，并通过拍摄测量每个反光阵元的变化量，从而获知不同部位的心脏振动情况。其中，所述的反光薄膜，由网格状的反光条或反光点阵列组成，单个网格或单个反光点作为反光阵元；所述的反光条或反光点，由金属膜、介质膜或全息膜构成；所述的光束为平行、宽光谱的光束；所述的反光阵元的变化量，包括位置、反光方向、反光强度、或反光波长的变化；所述的拍摄，有两种拍摄方式，包括直接拍摄反光薄膜，以及拍摄经反光薄膜反射的光束投影。

包括两种方案，具体如下：

方案一：

所使用的装置包括：反光薄膜、宽光谱光源和高速摄像机。

所述的反光薄膜，贴合在传统人体心音采集点的皮肤表面，心音采集点包括二尖瓣区、肺动脉瓣区、主动脉瓣区、主动脉瓣第二听诊区、三尖瓣区等区域；反光薄膜由横纵排布的多个全息条构成(即网格状全息膜)，每个网格单元作为一个反光阵元。

所述的宽光谱光源，可以发射平行光束(或近似平行的光束)；所发射的光束照射在反光薄膜上；当心脏振动传播到反光薄膜上时，反光薄膜发生形变，使得反光阵元的位置与颜色发生变化。

所述的高速摄像机，每秒钟的帧率在1帧以上(优选1000帧以上)，利用高速摄像机记录反光薄膜的每个反光阵元的颜色与位置变化，并以此推断心脏的振动情况。

数据采集与处理过程如下：