用于组织氧饱和度校准的积分球模型的制作方法
【专利摘要】一种用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其包括半球形积分球以及支撑半球形积分球的底座，积分球模型还包括便于替换的滤色片以及覆盖在半球形积分球上方的挡板，挡板上设有一个光源透光孔及三个接收器透光孔，四个透光孔排列成一条直线，滤色片是一组对760nm和840nm光子吸收作用不等且在760nm和840nm波长附近的吸收谱线非直线的透光薄膜，滤色片选择的放置于一个接收器透光孔上。本发明使用稳定的光学积分球模型代替了血液模型作为血氧仪校准介质，其性能稳定可靠；同时，通过在校准中使用滤色片，使得积分球模型对不同波长光子具有了不同的衰减作用，实现对血氧仪测量的组织氧饱和度值进行多点校准，改善了校准效果。
【专利说明】用于组织氧饱和度校准的积分球模型
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗模拟器械，尤其涉及一种用于组织氧饱和度校准的积分球模型。【背景技术】
[0002]组织氧饱和度(Tissue Oxygen Index,以下简称TOI)用于反映被测组织中所有血液总的氧饱和度，是被测组织中动脉血氧饱和度与静脉血氧饱和度的加权平均。
[0003]近红外组织血氧参数无损检测技术(Near Infrared Spectroscopy, NIRS)是近20年来逐渐兴起的一项生理参数检测技术，其核心检测指标是组织氧饱和度。近红外组织血氧参数无损监测仪(以下简称血氧仪)基于NIRS技术，将三种不同波长的光入射到被测组织中，通过测量出射光的强度，获得组织对光的吸收作用，再经过一系列解算过程，最终得到被测组织氧饱和度。
[0004]为了在生产线上对血氧仪的核心测量指标(TOI)进行有效校准，需要一套稳定、可靠、可迅速实现TOI校准的装置。该装置能够方便地模拟出不同氧饱和度的组织对光的不同吸收作用。由于血氧仪的测量指标受光电器件参数波动影响最大，当两台血氧仪的光电器件存在差异时，在该装置上能够得到不同的TOI数值。
[0005]现有技术中，有两种主要方法可用来对血氧仪测量参数TOI进行校准，分别为:
[0006]一、血液模型校准方法:该方法中的模型用全血、散射物质与缓冲液按照一定比例调配而成，在近红外波段的光学参数接近于人体组织。操作者可通过向模型中通入氧气和加入还原剂，改变模型的血氧饱和度。操作者可以将血氧仪探头放置在液体模型液面上方测量该模型的血氧饱和度，还可以将模型中的液体抽出一部分，用血气分析仪测量其血氧饱和度。因此，可以用该模型为测试对象，用临床公认精度较高的血气分析仪对血氧仪进行校准。但是，这种校准方法存在以下三个主要缺陷: [0007]1.血液模型中的核心成分是人体血液，性质不稳定，无法长期保存，必须在进行校准测试前现场调配。而每次调配所需的人体血液，其指标难以保持一致。所以血液模型校准方法存在操作不便、性能不稳定的缺点。
[0008]2.血液模型校准方法需要一台测量精确的血气分析仪，该设备成本较高，且需要耗材。因此，该校准方法存在成本高的问题。
[0009]3.血液模型中血氧饱和度的调节需要较长时间，所以该校准方法存在操作时间过长的问题。
[0010]二、常规光学积分球模型校准方法:申请号为200610040689.6的专利案件揭示了此种采用常规光学积分球模型的校准方法，但是，这种校准方法存在以下两个主要缺陷:
[0011]1.该装置只能模拟氧饱和度为62%的人体组织对光的吸收作用，也就是只能对血氧仪所测得的TOI在62%这一个点上进行单点校准。
[0012]2.该装置无法反映血氧仪的光电器件参数波动给测量结果带来的影响。这意味着，当用其对一台光电器件参数异常的血氧仪进行校准时，其结果仍然是正常值(62% )，这就大大影响了该装置的校 准效果。[0013]因此，针对上述技术问题，为了在生产线上对血氧仪的核心测量指标(TOI)进行有效校准，有必要提供一种改良结构的用于组织氧饱和度校准的积分球模型，以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0014]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于组织氧饱和度校准的积分球模型，该用于组织氧饱和度校准的积分球模型具有稳定、可靠、操作简便、成本较低的优点，且该积分球模型便于在不同光学参数间切换，以模拟不同氧饱和度的组织对光的不同吸收作用，并且，该积分球模型能够反映血氧仪的光电器件参数波动给测量结果带来的影响。
[0015]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0016]一种用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其包括半球形积分球以及支撑半球形积分球的底座，所述积分球模型还包括便于替换的滤色片以及覆盖在半球形积分球上方的挡板，所述挡板上设有一个光源透光孔及三个接收器透光孔，所述四个透光孔排列成一条直线，所述滤色片是一组对760nm和840nm光子吸收作用不等且在760nm和840nm波长附近的吸收谱线非直线的透光薄膜，所述滤色片选择的放置于一个接收器透光孔上。
[0017]优选的，在上述用于组织氧饱和度校准的积分球模型中，所述挡板呈圆形。
[0018]优选的，在上述用于组织氧饱和度校准的积分球模型中，所述挡板上还设有用于固定血氧仪探头的固定装置。
[0019]优选的，在上述用于组织氧饱和度校准的积分球模型中，所述三个接收器透光孔沿远离光源透光孔的方向排布，依次为第一接收器透光孔、第二接收器透光孔与第三接收器透光孔，所述第一接收器透光孔的直径大于第二接收器透光孔的直径，所述第二接收器透光孔的直径大于第三接收`器透光孔的直径。
[0020]优选的，在上述用于组织氧饱和度校准的积分球模型中，所述第一、第二、第三接收器透光孔的中心距离光源透光孔中心的距离为20mm/30mm/40mm。
[0021]优选的，在上述用于组织氧饱和度校准的积分球模型中，所述积分球的内壁覆盖有1.5-2mm厚的聚酯氟乙烯材料层。
[0022]从上述技术方案可以看出，本发明实施例的用于组织氧饱和度校准的积分球模型使用稳定的光学积分球模型代替了血液模型作为血氧仪校准介质，其性能稳定可靠；同时，通过在校准中使用滤色片，使得积分球模型对不同波长光子具有了不同的衰减作用，实现对血氧仪测量的TOI值进行多点校准，改善了校准效果。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0024](I)使用稳定的光学积分球模型代替血液模型作为血氧仪校准介质，性能稳定可
O
[0025](2)校准操作中不需要血气分析仪和相关耗材，使用成本低。
[0026](3)只需将不同滤色片放置在透光孔上，即可实现本发明光学参数的切换，从而模拟不同氧饱和度的组织对光的衰减作用，操作快捷、简便，可以满足生产线上大批量血氧仪的多点校准要求。
[0027](4)由于滤色片对不同波长的光子具有不同的衰减作用，因此当血氧仪所使用的光学器件参数存在差异时(特别是发光管峰值波长存在偏差时)，通过滤色片出射的光强也会发生相应变化，从而影响校准结果，如此，可以探察出血氧仪的光电器件参数波动给测量结果带来的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明用于组织氧饱和度校准的积分球模型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]本发明公开了一种用于组织氧饱和度校准的积分球模型，该用于组织氧饱和度校准的积分球模型具有稳定、可靠、操作简便、成本较低的优点，且该积分球模型便于在不同光学参数间切换，以模拟不同氧饱和度的组织对光的不同吸收作用，并且，该积分球模型能够反映血氧仪的光电器件参数波动给测量结果带来的影响。
[0031]该积分球模型包括半球形积分球以及支撑半球形积分球的底座，所述积分球模型还包括便于替换的滤色片以及覆盖在半球形积分球上方的挡板，所述挡板上设有一个光源透光孔及三个接收器透光孔，所述四个透光孔排列成一条直线，所述滤色片是一组对760nm和840nm光子吸收作用不等且在760nm和840nm波长附近的吸收谱线非直线的透光薄膜，所述滤色片选择的放置于一个接收器透光孔上。
[0032]进一步的，所述挡板呈圆形。
[0033]进一步的，所述挡板上还设有用于固定血氧仪探头的固定装置。
[0034]进一步的 ，所述三个接收器透光孔沿远离光源透光孔的方向排布，依次为第一接收器透光孔、第二接收器透光孔与第三接收器透光孔，所述第一接收器透光孔的直径大于第二接收器透光孔的直径，所述第二接收器透光孔的直径大于第三接收器透光孔的直径。
[0035]进一步的，所述第一、第二、第三接收器透光孔的中心距离光源透光孔中心的距离为 20mm/30mm/40mm。
[0036]进一步的,所述积分球的内壁覆盖有1.5_2mm厚的聚酯氟乙烯材料层。
[0037]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]如图1所示，本发明公开的积分球模型包括半球形积分球1、支撑半球形积分球I的底座2、便于替换的滤色片以及覆盖在半球形积分球I上方的呈圆形的挡板3。半球形积分球I是一种中空球体。挡板3上设有用于固定血氧仪探头的固定装置、一个光源透光孔30及三个接收器透光孔。滤色片是一组对760nm和840nm光子吸收作用不等且在760nm和840nm波长附近的吸收谱线非直线的透光薄膜，滤色片选择的放置于一个接收器透光孔上。如此设置，通过在透光孔上放置不同的滤色片，可以使积分球模型模拟出不同组织氧饱和度的人体组织对近红外光的衰减作用，实现对血氧仪测量的TOI值进行多点校准。[0039]本发明实施例中，上述四个透光孔排列成一条直线。三个接收器透光孔沿远离光源透光孔30的方向排布，依次为第一接收器透光孔31、第二接收器透光孔32与第三接收器透光孔33，第一接收器透光孔31的直径大于第二接收器透光孔32的直径，第二接收器透光孔32的直径大于第三接收器透光孔33的直径。
[0040]第一、第二、第三接收器透光孔31、32、33的中心距离光源透光孔30中心的距离为20mm/30mm/40mm。
[0041]积分球的内壁覆盖有1.5_2mm厚的聚酯氟乙烯材料层，该材料层为漫反射性的涂料，使得在球内任一方向上的光照度均相等。
[0042]下面将结合一个具体实施例对本发明的积分球模型进行阐述。
[0043]该实施例公开的积分球的直径为240mm,挡板直径为240mm、厚度为2_5mm,挡板为不透明黑色塑料板。第一接收器透光孔中心与光源透光孔中心间的距离为20mm，第二接收器透光孔中心与光源透光孔中心间的距离为30mm，第三接收器透光孔中心与光源透光孔中心间的距离为40mm。光源透光孔的直径为8mm，第一接收器透光孔的直径为5mm，第二接收器透光孔的直径为2.5_，第三接收器透光孔的直径为0.5_。
[0044]采用上述积分球模型进行校准的具体检测步骤为(以三点TOI校准为例):
[0045]1.将挡板固定于积分球上，将血氧仪探头放置在挡板上，并保证光源和检测器与挡板上的透光孔一一对 应，其中，探头光源对应在光源透光孔，小尺寸探头的两个检测器透光孔分别对应挡板上的第一接收器透光孔与第二接收器透光孔，大尺寸探头的两个检测器透光孔分别对应挡板上的第二接收器透光孔与第三接收器透光孔。
[0046]2.开始检测，从液晶屏上显示TOI数值起维持一分钟，记录一分钟内TOI的最高值与最低值，分别记为TOI3max和TOI3min0
[0047]3.将光学滤色片I置于积分球透光孔2处，开始检测，从液晶屏上显示TOI数值起维持一分钟，记录一分钟内TOI的最高值与最低值，分别记为TOI2max和T0I2min。
[0048]4.将光学滤色片2置于积分球透光孔2处，开始检测，从液晶屏上显示TOI数值起维持一分钟，记录一分钟内TOI的最高值与最低值，分别记为TOI1max和TOI1mintj
[0049]检测标准:
[0050]当检测到的TOI1max 和 TOI1minJOI2max 和 T0I2min、TOI3max 和 TOI3min 满足所有下述条件时，认为该仪器检测指标与标准仪器相当，为合格产品。
[0051][I], I TOI1max^O% 1≤3%
[0052][2], I TOI1min^O % |≤3%
[0053][3], I TOI2眶-60% | ≤ 3%
[0054][4], T0I2min-60% | ≤ 3%
[0055][5], I TOI3眶-80% | ≤ 3%
[0056][6], T0I3min-80% | ≤ 3%
[0057]上述检测步骤是对小尺寸探头血氧仪进行三点TOI校准的步骤，可以对小尺寸探头血氧仪所测的TOI指标在40%、60%、80%三个点上进行校准。如果需要在更多点(例如N个点)上进行TOI校准，就需要更多的滤色片(需要N-1个滤色片)。具体操作步骤同上，在此不再赘述。
[0058]本发明实施例的用于组织氧饱和度校准的积分球模型使用稳定的光学积分球模型代替了血液模型作为血氧仪校准介质，其性能稳定可靠；同时，通过在校准中使用滤色片，使得积分球模型对不同波长光子具有了不同的衰减作用，实现对血氧仪测量的TOI值进行多点校准，改善了校准效果。
[0059]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0060](I)使用稳定的光学积分球模型代替血液模型作为血氧仪校准介质，性能稳定可
O
[0061](2)校准操作中不需要血气分析仪和相关耗材，使用成本低。
[0062](3)只需将不同滤色片放置在透光孔上，即可实现本发明光学参数的切换，从而模拟不同氧饱和度的组织对光的衰减作用，操作快捷、简便，可以满足生产线上大批量血氧仪的多点校准要求。
[0063](4)由于滤色片对不同波长的光子具有不同的衰减作用，因此当血氧仪所使用的光学器件参数存在差异时(特别是发光管峰值波长存在偏差时)，通过滤色片出射的光强也会发生相应变化，从而影响校准结果，如此，可以探察出血氧仪的光电器件参数波动给测量结果带来的影响。
[0064]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0065]此外，应当理解`，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其包括半球形积分球以及支撑半球形积分球的底座，其特征在于:所述积分球模型还包括便于替换的滤色片以及覆盖在半球形积分球上方的挡板，所述挡板上设有一个光源透光孔及三个接收器透光孔，所述四个透光孔排列成一条直线，所述滤色片是一组对760nm和840nm光子吸收作用不等且在760nm和840nm波长附近的吸收谱线非直线的透光薄膜，所述滤色片选择的放置于一个接收器透光孔上。
2.根据权利要求1所述的用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其特征在于:所述挡板呈圆形。
3.根据权利要求1所述的用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其特征在于:所述挡板上还设有用于固定血氧仪探头的固定装置。
4.根据权利要求1至3任一所述的用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其特征在于:所述三个接收器透光孔沿远离光源透光孔的方向排布，依次为第一接收器透光孔、第二接收器透光孔与第三接收器透光孔，所述第一接收器透光孔的直径大于第二接收器透光孔的直径，所述第二接收器透光孔的直径大于第三接收器透光孔的直径。
5.根据权利要求4所述的用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其特征在于:所述第一、第二、第三接收器透光孔的中心距离光源透光孔中心的距离为20mm/30mm/40mm。
6.根据权利 要求1至3任一所述的用于组织氧饱和度校准的积分球模型，其特征在于:所述积分球的内壁覆盖有1.5-2mm厚的聚酯氟乙烯材料层。
【文档编号】A61B5/1455GK103815917SQ201210460217
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2012年11月16日
【发明者】李岳, 祝建平 申请人:苏州爱琴生物医疗电子有限公司