基于MSP430颅内出血检测设备的研制

　　1引言

　　在中国有许多因创伤性颅脑损伤的患者急需抢救, 但相当一部分颅内出血患者因未能及时诊断,延误了抢救和治疗时机,因而出现脑血肿或脑疝后压迫脑组织, 使脑干和脑实质受到不可逆转的损伤。近红外颅内出血检测设备能在短时间内对颅内出血作出准确的判断,为是否实施CT/MRI 检查提供指征,可以显著提高患者的成活几率及神经系统功能恢复, 在临床上主要用于硬膜外出血(EDH)、硬膜下出血(SDH)、浅表脑实质出血等,其优点是快速、准确、无损伤,可以应用于急救中心、医院临床科室、监护病房ICU 及野外战场等。 但在国内还未见到关于此类设备的相关报道,国外比较成熟的设备主要是德国Oicrain 公司生产的CRAINscan 仪器,价格昂贵。我们根据血红蛋白对近红外光的吸收特佂及朗伯特-比尔定律, 设计一种便携式设备,实现对人体脑组织的无创、直接测量,为及时监测病程变化和抢救治疗方案的制定提供依据。

　　2基本原理

　　当忽略散射时, 介质对入射光的总吸收量是介质中各色团吸收量的线性迭加,根据Beer-Lambert 定律,透过介质的光强It入射光强I0间满足以下关系:

　　其中μ 是吸收系数,c 是介质浓度,l 表示光程,OD 为光密度,当入射光波长一定时,OD 是介质浓度的线性函数。正常情况下人体大脑两侧对光的吸收是对称的, 如果有血管破裂引起内部出血时,局部血浓度升高,光的吸收就会增加,因此通过对人体大脑两侧光密度的测量可以判断颅脑外伤患者是否存在脑出血现象,为是否需要进一步 CT 或 MRI 检查提供指征。

　　3硬件设计

　　设备以MSP430 单片机为控制核心, 其输出脉冲信号驱动特定波长的LED 产生近红外光,近红外光源透过颅脑组织,由检测探头中的光电传感器采集含有脑组织血氧信息的光信号,光电转换后将电信号传送给单片机, 经过处理后的信号可以保存在EEPROM 中也可通过LCD 显示, 还可以将信号通过USB 口传送给计算机进行进一步处理或存储。其系统框图如图1 所示:

　　3.1 检测探头:

　　探头由光源、光电传感器和前端转换电路组成,小圆孔用于固定光源,光电传感器则固定在中间,光源选择LED,传感器选用S1226 系列光电传感器,其暗电流小,感光灵敏度为高。光源和传感器之间的距离设定为40mm, 探头的平均探测深度为约为3cm,光源以恒流源驱动,并在脉冲信号的控制下分时发光实现了双测检测的功能。接触面设计为弧形,边缘和放置光源及传感器的部位凸起,减少光源外泄,其余部位设计很薄,边缘有斜口,使其容易弯曲,基座材料采用医用硅胶,避免固定探头时给被测试者带来不适。