[发明专利]一种基于FPGA的组织氧代谢检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的组织氧代谢检测装置及方法，可实现组织氧代谢的便携式无创检测。所述装置包括：光源模块、探测器模块、FPGA处理模块、测量探头和显示模块。其中，光源模块为近红外长相干激光器；探测器模块为雪崩式光电二极管；FPGA处理模块用于计算组织氧代谢参数；测量探头用于固定光源光纤与探测光纤；显示模块用于参数实时显示。所述方法利用多波长DCS技术以时分方式将光源照射到被测组织表面，通过FPGA处理模块直接完成探测器采集数据的处理，即由FPGA处理模块替代上位机完成数据处理的全过程，极大地降低了装置体积和成本，为临床组织氧代谢检测提供一种便捷式的无创检测装置与方法。

技术领域

本发明涉及生物信息检测工程技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的组织氧代谢检测装置及方法。

背景技术

脑卒中、冠心病、外周动脉疾病等心脑血管类疾病严重威胁着人类生命健康，如今虽然心脑血管类疾病的救治率逐年增高，但此类疾病的复发风险依然很高，组织氧代谢参数(如组织氧代谢率、组织氧饱和度、组织血流等)的便携式检测对提升治疗效果和避免复发具有重要的意义。耗氧量占全身20％左右的脑组织，其氧储备却仅可用十几秒钟，一旦出现脑缺血或者缺氧，脑组织存储的能量3分钟左右便会耗竭，5分钟左右大脑皮层神经细胞开始死亡，出现不可逆损伤。因此，唯有便携式的组织氧代谢检测才能有助于及时发现异常生理信号，特别是应用于对有氧代谢有很强依赖性的脑组织时，对检测装置便携式的要求更高。值得注意的是，组织氧代谢源于对组织氧饱和度、组织血流两种参数变化的检测，因此，组织氧代谢检测装置需满足组织氧饱和度、组织血流两种参数的检测。

扩散相关光谱(Diffuse Correlation Spectroscopy,DCS)技术利用近红外光谱照射到组织表面，通过计算组织表面散射光斑的光强自相关函数(g₂(τ))，推算组织中红细胞的运动状态，可实现组织血流的定量检测；根据修正的朗伯比尔定律，多波长DCS可实现组织氧饱和度的定量检测。相比于现有临床组织血流、组织氧饱和度检测技术，DCS技术解决了激光多普勒、核磁共振等技术存在辐射、实时性连续性差、仪器笨重成本高、操作难度大等问题，具有无创、实时、长时间连续检测、成本低、易操作等优势。然而，多波长DCS通过增加通道数的方式实现组织氧饱和度、组织血流两种参数的检测，即需要增加光源和探测器的数目，从而导致其检测装置复杂度、成本的升高；此外，如仍通过上位机对采集的多波长数据进行分析处理，必然会带来检测装置体积大、操作难等问题，难以实现组织氧代谢的便携式检测。

基于此，本发明提供一种基于FPGA的组织氧代谢检测装置及方法，可实现对组织氧代谢参数的便携式无创检测。利用多波长DCS技术以时分方式将不同波长光源照射与被测组织表面，通过FPGA处理模块实现下位机探测器信号的分析处理，由FPGA处理模块替代传统上位机完成多波长数据处理的全过程，在降低装置体积和成本的同时，为临床组织氧代谢检测提供一种便捷式的无创检测装置与方法。

发明内容

本发明提供一种基于FPGA的组织氧代谢检测装置及方法，旨在以实现心脑血管类重大疾病的早期检测为目标，提供一种便捷式的组织氧代谢检测解决方案。该组织氧代谢检测装置利用多波长DCS技术可实现深层组织氧代谢长时间、连续、实时的无创检测；以时分方式实现不同波长切换，通过FPGA处理模块实现下位机探测器信号的处理与传输，极大地降低了装置的体积和成本，兼顾采样时间和便捷性，操作方便；测量探头与受试者接触面积小，新生儿、孕妇、重症患者均适用，检测要求低、操作方便。

详见下文描述：

一种基于FPGA的组织氧代谢检测装置及方法，所述装置包括：光源模块、探测器模块、FPGA处理模块、测量探头和显示模块。各模块具体组成如下：

(1)光源模块由激光器电源控制器和近红外波段不同波长的长相干激光器组成。其中，激光器电源控制器，用于时分方式控制不同波长激光器的开关；不同波长激光器与光源光纤耦合，不同波长光束以时分方式照射至被测组织表面。