技术摘要：
本发明公开了一种无线多脑区脑血氧穿戴式检测系统及其方法，系统包括采集器和多个探头，多个探头与采集器之间通过线缆进行通信，探头包括覆盖脑部左右侧的前额叶脑区探头及覆盖脑部左右侧的枕叶脑区探头、顶叶脑区探头、颞叶脑区探头中的任一脑区探头或几个脑区探头的 全部
背景技术：
面对被称为“人类健康的头号杀手”的脑卒中，临床专家深入研究了 救治方案。根 据国际Institute for Clinical Systems Improvement在2016 年12月发布的《Acute Ischemic Stroke Algorithm》，针对急性缺血性 脑卒中，在初期检查重点除了生命指征外 还应该包括氧。如果能够检测到 脑组织氧饱和度下降就可以很好的评价缺血性脑卒中的 发生。 缺血性脑卒在脑卒中发病中占据较大比例，而且有严重的致死率和致 残率。通过 脑组织的血氧下降可以准确反映脑组织的缺血缺氧的发生，因 此脑血氧可以作为评价缺 血性脑卒中发生的重要标记。目前，国内外临床 上检测脑血氧饱和度的“金标准”即通过在 颈静脉埋置导管(即颈静脉置 管术)，不定期采集颅内颈静脉球(Jugular bulb)血样，然后 将血样放 置于血气分析仪内进行检测,得到用以评价颅内组织血氧水平的血氧饱和 度。 这种侵入式的检测方式一方面有较大的出血风险，由于是深静脉插管， 尤其是对于中老年 人，较难找到深部血管，如果止血不到位则可能造成体 内出血；另一方面，通过有创采血进 行检测，只能在某些时间点进行数据 采集，不能作为监护手段进行脑氧实时监测，容易错 过了脑卒中发病关键 救治期。 随着科学技术的发展，光以及光电技术由于生物效度优势在各领域已 经有效地 得到广泛应用。利用近红外光谱法(Near Infrared Spectroscopy，NIRS)，根据血红蛋白在 特定波段下的吸收特性可以无创检测脑功能活动， 进而探索将来实现“光CT”的可能性。该 技术在日本、美国、英国已经开 展起来并取得了不少成绩。这是将先进光电技术运用于医 学研究的一个极 有意义的尝试。同时医疗器械公司也利用该技术推出相应高科技的医疗 仪 器应用于手术室、神经内外科、妇产科、药物疗效检测、脑功能研究、中 老年医学科等多 方面。 在采用近红外光进行血氧饱和度检测技术中，由于前额没有毛发所以 不影响红 外光收发，因此，目前主要是以两通道前额脑血氧检测技术为主。 美国CASMED公司研发了 Fore-Sight设备，日本滨松公司的NIR500和美国 Medtronic公司生产的INVOS7100都是通 过在前额排布两个光极探头实现前 额脑组织血氧饱和度监测。国内有代表性的是清华大 学研制的近红外组织 血氧参数监护仪，主要应用于脑氧研究、组织血氧监测以及运动医学 检测 等。来自于中国科学院的中科搏锐团队研制了脑血氧监护仪和脑血氧头带 等，可以 实现脑血氧、组织血氧以及指脉血氧等的实时监测。针对脑血氧 检测，上述系统都是通过 前额左右侧各排布一个探头的方式进行检测。 随着这些产品的推广，相关技术也逐渐应用于临床一线，为脑卒中检 测与床旁监 护带来了光明，实现了如大脑前动脉等血管梗塞时的脑前循环 血氧检测。值得注意的是， 5 CN 111568440 A 说 明 书 2/11 页 现有技术都是通过前额检测脑组织血氧饱和度， 并且以前额叶脑组织血氧饱和度作为评 价脑组织血氧供应的代表性指标。 这一方面由于额头部位没有毛发影响红外光收发带来 了器械研发的方便 性，促成了上述技术与医疗设备进入临床。但是另外一方面却带来了检 测 的局限性，也就是现有设备只能检测前额部位脑组织缺血缺氧时的脑卒中 发病，这必 然有一定不足，不能反映如顶叶、枕叶等与人体运动、视觉功 能密切相关脑区的缺血缺氧 状态。 临床医学最权威杂志曾进行过统计。在研究入组的脑梗塞患者中，17％ 与大的前 循环梗死有关，是皮层和皮层下受累(全部前循环梗死，TACI)； 34％是与局部前部皮层梗 塞(部分前循环梗死，PACI)；24％梗死明显与椎 基底动脉区域(后循环梗死，POCI)有关； 25％梗塞局限于深部射孔动脉(腔隙性梗死，LACI)。现在已有的脑血氧饱和度检测技术与 系统均是采集 前额部位对应的前额叶脑组织的血氧饱和度，都只能反映的是TACI，即大 的前循环梗死。PACI和POCI还不能准确表征，也就不能及时被发现。 据世界卫生组织调查的结果，脑卒中是全球人口的第二大死因，仅次 于心血管 病，每年全世界死于脑卒中的人数高达570万，死亡人数大约占 发病人数的10％。有 的脑卒中发生在患者住院期间，其中有近一 半属于围术期脑卒中。该研究表明 仅仅有 的脑卒中是发生在围 术期，也就是紧紧围绕病床的。另外将近90％的 脑卒中发生，都是在病床 以外的场景，例如家庭生活、工作、聚会等。在这些场景中，床旁监 护设 备是不能应用于脑血氧检测的。除了以上场景的检测，在医院门诊等环境 中，同样也 有大量的非脑卒中重症患者需要检测脑血氧。这些检测场景都 是需要能够给患者迅速佩 戴，并即刻给出检测结果。在急救车等空间有限 的救治环境中，常规的有线连接的监护设 备，使用起来受到线缆缠绕等因 素的影响，也有诸多不便。由于脑卒中的特点是高发病率， 高致残率，中 国每年新发卒中病人约一百五十万，其中70％～80％的卒中病人因为残疾 不能独立生活，需要进行卒中康复。卒中康复是经循证医学证实的对降低 致残率最有效的 方法，是脑卒中组织化管理中不可或缺的关键环节。在卒 中康复过程中，同样也需要有能 够实时评价脑部血氧供应恢复的方式。但 是现有的有线连接的监护仪显然是不适用于康 复过程的。 为了能够覆盖更大部位脑组织血氧饱和度的检测与监测，迫切需要形 成覆盖全 脑主要脑功能区域的脑血氧饱和度快速监测系统，也就是能够覆 盖主要感知觉皮层的多 个脑功能区组织血氧检测系统。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术仅实现额头两侧相应前额叶的脑血氧饱和度 采集局限 性，满足临床对于脑部主要功能区域脑组织的监护需求，本发明 基于近红外光谱技术，实 现覆盖多脑区脑血氧饱和度的监测，为全面有效 评价脑血氧供应与恢复，降低致残率提供 便利支撑，为此，本发明提供了 一种无线多脑区脑血氧穿戴式检测系统及其方法。 本发明采用如下技术方案： 一方面，本发明提供了一种无线多脑区脑血氧穿戴式检测系统。 一种无线多脑区脑血氧穿戴式检测系统，包括采集器和与头部待检测 脑区相贴 附的探头，所述探头与所述采集器之间通过线缆进行通信，所述 探头包括覆盖脑部左右侧 6 CN 111568440 A 说 明 书 3/11 页 的前额叶脑区探头，所述探头还包括用于覆盖脑 部左右侧的枕叶脑区探头、顶叶脑区探 头、颞叶脑区探头中的任一脑区探 头或几个脑区探头的组合，多个覆盖不同脑区的所述探 头分别与所述采集 器通过线缆连接，所述探头用于光的发射与接收，所述采集器用于控制 各 所述探头的收发光，并对各所述探头所采集到的脑区血氧信号进行处理， 得到各脑区 的脑血氧采集信息。 进一步地，所述系统还设有一远端控制器，所述采集器和远端控制器 中分别设有 无线通信模块和/或有线通信模块，所述远端控制器中还设有中 央处理单元II和用户交互 单元，所述用户交互单元用于对各所述探头进行 用户指令输入，并传输至所述中央处理单 元II，对各所述探头进行远端收发 控制；所述采集器所采集到的各所述探头的脑区血氧信 息通过无线或有线 方式发送到所述远端控制器，所述中央处理单元II对所接收的各脑区 血氧 信息进行数据处理与计算，得到各个所述探头对应脑区的脑血氧饱和度数 据，所述 用户交互单元显示所述中央处理单元II对各脑区的脑血氧饱和度 的计算数据。 所述用户交互单元所显示的脑血氧饱和度数据包括各个脑区的脑氧趋 势线、脑 氧饱和度数值、脑区间脑氧差异数值、相对于基线的变化数值和 基线下的面积。 所述中央处理单元II针对所接收到的各脑区血氧信息进行数据处理与 计算，其 包括： 数据整理模块，用于对各脑区血氧信息进行数据分拆、通道数据整理， 汇总成各 所述探头收光点的数据； 生理噪声滤波算法模块，其用于滤除心跳、呼吸和脉搏等生理噪声； 异常数据处理算法模块，其用于剔除数据中由于干扰、意外跳变等造 成的异常数 据； 脑血氧饱和度解算算法模块，其用于计算各个脑区的脑组织血氧饱和 度。 各所述探和采集器设置于一硅胶帽中，所述探头上设有发光点和两个 收光点，且 在所述探头的两端分别设有定位点，所述定位点与所述硅胶帽 上的卡位点形成卡接固定。 所述采集器中设有多组光电转换单元、多组收发控制单元、中央处理 单元I及输 入与显示单元，每组所述光电转换单元与每组收发控制单元一一 对应连接，所述光电转换 单元与所述探头一一对应连接，所述中央处理单 元I与各组所述收发控制单元对应连接， 用于汇总各所述探头的收光点数 据，并进行初步的数据预处理，通过有线通信模块或无线 通信模块发送给 所述远端控制器；所述输入与显示单元用于显示采集状态、各个探头的工 作状态以及电量情况。 优选地，与所述前额叶脑区探头对应连接的所述光电转换单元中的光 电转换器 件为PIN型光电二极管；与枕叶脑区探头、顶叶脑区探头、颞叶 脑区探头对应连接的所述光 电转换单元中的光电转换器件为雪崩光电二极 管。 进一步优选地，所述采集器内还设有临时存储单元，其与所述中央处 理单元I连 接，用于存储所述中央处理单元I中的数据。 所述中央处理单元I中设有多路光驱动模块和发射光增益调节模块，其 分别接收 所述远端控制器中用户输入的发光驱动信号及发射光增益信号， 控制各所述探头输出瞬 时光强在0.1mW～50mW，使所述光电转换单元进 行光电转换后输出电信号为450～550mV。 所述远端控制器根据时分复用或者频分复用的模式对各所述探头对应 的多路光 7 CN 111568440 A 说 明 书 4/11 页 驱动模块进行发光驱动信号设置。 所述远端控制器中还设有与所述中央处理单元II连接的数据库，用于 存储血氧 数据。 所述系统中还设有云端数据库，所述云端数据库与所述远端控制器通 过无线方 式实现数据通信，用于存储血氧数据，且所述云端数据库与多个 远程终端以无线方式连 接。 另一方面，本发明提供了一种无线多脑区脑血氧可穿戴式检测方法。 一种无线多脑区脑血氧穿戴式检测方法，将多个探头对应贴附在所划 分的各功 能脑区位置；分别驱动并控制各个探头向对应脑区发射的探测光； 各探头同时接收各功能 脑区位置的出射检测光，采集各脑区血氧信号；对 采集到的各脑区血氧信号进行处理后， 得到各脑区的脑血氧采集信息。 所划分的各功能脑区为脑部具有认知、运动、听觉和视觉的主要功能 区域。 进一步地，所述方法还包括，将采集到的各脑区血氧信息进行远程数 据处理与计 算，得到并对外显示各探头对应脑区的脑血氧饱和度数值。 根据权利要求15所述的无线多脑区脑血氧穿戴式检测方法，其特征在 于，将各脑 区的脑血氧饱和度数值传输至云端数据库，采用远程终端从云 端数据库下载并显示患者 各脑区对应的脑血氧饱和度数值。 通过对不同脑区的探头发射光进行多路增益调节处理，控制各探头输 出瞬时光 强在0.1mW～50mW，使出射检测光经光电转换后的输出电信号在 450～550mV。 根据时分复用或者频分复用的模式对各探头进行发光驱动信号设置， 将各个脑 区的出射光光路隔离。 通过正交解调方法对头发区域的脑区血氧信号进行采集：对各探头的 入射探测 光进行特定频率的载波编码，探头检测到出射检测光之后再通过 正交解调该频率，提取出 射检测光的光信号。 对采集到的各脑区血氧信号进行处理，具体包括：脑血氧光信号的异 常数据检测 与矫正、滑动窗滤波和数据包整理，经对脑血氧光信号进行光 电转换、信号放大、模数转 换、信号整理和数据打包处理，得到各脑区的 脑血氧采集信息。 本发明技术方案，具有如下优点： A.本发明对多个脑区脑血氧饱和度进行同时检测，能够覆盖局部前循环 脑梗死 和后循环脑梗死的脑区，实现了可以同时对左右侧额叶、顶叶、颞 叶和枕叶共八个脑区血 氧信号的检测，从而将相应的高级认知、运动、听 觉和视觉等主要功能区域的缺血缺氧状 态监护起来。当然，还可以依据本 发明实现更多数量脑区的脑血氧饱和度检测，或者也可 以针对特定脑区进 行多脑血氧信息的采集，从而提高脑血氧采集的空间分辨率和效率，解 决 了目前国内外脑血氧饱和度技术与产品仅仅能够实现额头两侧相应前额叶 的脑血氧 饱和度采集、只能够反映大脑前循环脑梗死的局限性。 B.本发明所提供的系统中将基于近红外光谱技术实现八个脑区的血氧 饱和度检 测。由于头发对于红光与红外光有较强的吸收作用，导致检测到 的光强在纳瓦级别，而且 由于个体差异、颅骨厚度不均等，也使得各个脑 区检测到的光强有较大差别。本发明为了 保证检测到的光强满足要求，在 中央处理单元I中设有多路光驱动模块和发射光增益调节 8 CN 111568440 A 说 明 书 5/11 页 模块，其分别接收 远端控制器中用户输入的发光驱动信号及发射光增益信号，可以控制各 探 头输出瞬时光强在0.1mW～50mW，保证最终光电转换后输出电信号在 500mV左右，从而 避免了因头发及颅骨厚度不均等因素而影响检测准确率 的问题。同时，为了保证各个脑区 在检测时无光信号的相互串扰，本发明 采用时分复用或者频分复用的模式进行光路隔离， 提高检测效率和准确率。 C.由于脑部的额叶、顶叶、颞叶和枕叶排布在颅内不同区域，而且区 域间颅骨厚 度、密度、毛发密度等都存在显著差异，为了保证采集到的是 脑组织血氧饱和度，本发明根 据对人群头部组织特性和光学特性的分析， 设计不同脑区脑血氧饱和度的采集方式与计 算模型。比如额头和其他有头 发的区域将采用不同的光电转换器件，由于额头检测到的光 强可以达到uW 级别，适宜应用一般光电二极管进行检测即可满足，而在有头发的地方， 由 于光强更加微弱，适宜应用更加敏感的雪崩光电二极管进行检测，最终 保证采集的精度。 D.在本发明中，可以同步实现八个脑区的脑血氧饱和度采集，在得到八 个脑区脑 血氧饱和度之后，通过中央处理单元II可以进行脑区脑氧差异的 计算。例如可以计算左侧 枕叶与右侧枕叶脑氧差异，也可以计算左侧顶叶 与左侧颞叶脑氧的差异。脑区差异的结果 能够实时呈现，方便医护人员及 时了解脑区血氧差异，获取全脑脑血氧的准确数据，更有 利于医护人员对 患者病情的准确判断。 附图说明 为了更清楚地说明本发明
