一种icg色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物医学检测领域，具体涉及一种ICG色素浓度谱的检测方法，特别 涉及一种基于脉搏分光光度法的ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法。
【背景技术】
[0002] 中国是肝病大国，由于患病人数众多、传染性强且死亡率高，一直以来备受重视。 肝脏储备功能是指肝细胞最大功能的总和，是衡量肝脏细胞活性的标准。术前进行肝储备 功能检测以预估术中肝功能衰竭的可能性，能够有效提高手术的成功率。
[0003] 通常使用的肝储备功能检测方法为吲哚菁绿（ICG)排泄试验，包括对人体有创的 采血检测方法和基于光学测量的无创检测方法。人工采血法在注射ICG色素前及注射后5、 10、15分钟等固定时刻对血液进行采集，进而对采集到的血液用805nm波长的光谱进行吸 光度分析，最后将ICG色素浓度值的结果取对数，得到ICG色素浓度谱。
[0004] CN87107376公开了一种《肝功能检查装置》采用无创的肝储备检测手段，首先将二 种不同波长的光照射到生物组织上，其中一种光能被注入血液中的由肝脏摄取和排泄的特 定色素 ICG吸收，另一种光不能被ICG吸收；接着对两路光吸收信号进行采样，根据所采样 的两路光电转换信号内包含的血液变化成分，决定两路信号的线性回归式的系数；再根据 从注入特定色素开始的规定期间内的采样信号和被决定的线性回归式的系数，计算出与血 液中特定色素浓度相关的值。该装置虽然实现了色素浓度的无创连续测量，但并未考虑生 理及测量干扰对色素浓度测量的影响，因此肝功能检测的准确性和可靠性有限。
[0005] ICG色素浓度谱检测过程中干扰影响主要来源于工频干扰、运动伪差噪声、环境光 的影响、基线漂移和高频噪声，处理干扰的传统方法为低通滤波。但光电脉搏波信号是弱信 号，脉搏波信号的重搏波极易被噪声淹没，同时噪声信号的幅值也会受到高频噪声影响，使 低通滤波很难将与脉搏波频率相近的干扰噪声成份完全滤除。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种ICG色素浓度谱的无 仓|J、抗扰动检测方法，该方法无创、准确且精度高，能够完整滤除生理及测量干扰。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，结合【附图说明】如下：
[0008] 一种ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，包括以下步骤：
[0009] (1)建立人体指端脉搏分光光度模型，由双波长近红外光源和探测器构成检测装 置，采集双波长脉搏波光密度变化时间序列；
[0010] (2)对测得的双波长光密度变化量基于集合经验模态分解的方法抑制测量干扰获 得目标频率分量；
[0011] (3)根据双波长色素谱信号及交流分量信号的有效频率范围对分量和余项进行选 择性叠加，滤除干扰项；
[0012] (4)利用Lambert-Beer定律基于脉搏分光光度原理对步骤（3)中提取的时间序列 检测动脉血中ICG色素浓度谱。
[0013] 步骤⑴中，所述人体指端脉搏分光光度模型是以人的手指作为透光模型，以血 液中氧合血红蛋白（HbO2)和还原血红蛋白（HbR)作为吸光物质。
[0014] 所述双波长脉搏波光密度变化时间序列的采集，是将双波长LED光源发出的两路 近红外光束照射到指端皮肤表面经透射后由光电接收器接收；指端皮肤，骨骼，肌肉，血液 等组织对光的固定吸收构成透射光强中的直流成分，指端动脉搏动使动脉血中血液体积不 断变化导致吸光度的不断变化，脉搏波构成了透射光强中的交流成分；在ICG色素稀释与 排泄试验中，交直流成分包含ICG浓度变化的有用信息。
[0015] 所述双波长LED光源发出的两路近红外光束波长分别为805nm和940nm〇
[0016] 步骤（2)中，所述基于集合经验模态分解抑制测量干扰的方法为对测得的交、直 流分量利用集合经验模态分解去扰动影响，具体步骤包括：
[0017] (A)叠加高斯白噪声建立时域-频域双向的参考框架；
[0018] (B)对叠加多个独立且均匀分布的零均值噪声的目标信号按频率经过N次分解成 多组内模分量IMF n和剩余分量r n，以不同幅度的零均值噪声消除有一致分布的噪声背景；
[0019] (C)取相应MF和剩余分量r的均值作为最终的MF分量序列和剩余分量；
[0020] (D)将内模分量及剩余分量进行重组，即把目标信号频段内的MF和r相加，达到 抗扰动效果。
[0021] 所述叠加高斯白噪声的噪声强度为0. 2dB。
[0022] 步骤（4)中，所述动脉血中ICG色素浓度谱检测中，ICG浓度随时间变化的关系式， 依据Lambert-Beer定律，表示为：
【主权项】
1. 一种ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 建立人体指端脉搏分光光度模型，由双波长近红外光源和探测器构成检测装置，采 集双波长脉搏波光密度变化时间序列； (2) 对测得的双波长光密度变化量基于集合经验模态分解的方法抑制测量干扰获得目 标频率分量； (3) 根据双波长色素谱信号及交流分量信号的有效频率范围对分量和余项进行选择性 叠加，滤除干扰项； (4) 利用Lambert-Beer定律基于脉搏分光光度原理对步骤（3)中提取的时间序列检测 动脉血中ICG色素浓度谱。
2. 根据权利要求1所述的ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于：所述 人体指端脉搏分光光度模型是以人的手指作为透光模型，血液中的氧合血红蛋白和还原血 红蛋白为吸光物质。
3. 根据权利要求1所述的ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于：所述 双波长脉搏波光密度变化时间序列的采集是将双波长LED光源发出的两路近红外光束照 射到指端皮肤表面经透射后由光电接收器接收，其中指端皮肤，骨骼，肌肉，血液等组织对 光的固定吸收构成透射光强中的直流成分，指端动脉搏动使动脉血中血液体积不断变化导 致吸光度的不断变化，脉搏波构成了透射光强中的交流成分。
4. 根据权利要求3所述的ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于：所述 两路近红外光束波长分别为805nm和940nm。
5. 根据权利要求1所述的ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于：所述 集合经验模态分解抑制测量干扰的方法为对测得的交、直流分量利用集合经验模态分解去 扰动，包括以下步骤： (A) 叠加高斯白噪声建立时域-频域双向的参考框架； (B) 对叠加多个独立且均匀分布的零均值噪声的目标信号按频率经过N次分解成多组 内模分量IMFn和剩余分量rn，以不同幅度的零均值噪声消除有一致分布的噪声背景； (C) 取相应MF和剩余分量r的均值作为最终的MF分量序列和剩余分量； (D) 将内模分量及剩余分量进行重组，即把目标信号频段内的MF和r相加，达到抗扰 动效果。
6. 根据权利要求5所述的ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于：叠加 高斯白噪声的噪声强度为〇. 2dB。
7. 根据权利要求1所述的ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于：所述 动脉血中ICG色素浓度谱检测中，ICG浓度随时间变化的关系式，依据Lambert-Beer定律， 表示为：
式中，C是浓度，ea是波长为A时介质的吸光系数，O表示动脉搏动时，两种波长吸 光度变化量AAx的比值，记做：
式中，Dd、和分别是滤除干扰后的双波长交（AC)、直〇)C)流分量。
【专利摘要】本发明涉及一种ICG色素浓度谱的无创、抗扰动检测方法，其特征在于包括以下步骤：建立人体指端脉搏分光光度模型并采集双波长脉搏波光密度变化时间序列；对双波长光密度变化时间序列进行集合经验模态分解获得目标频率分量；分别叠加色素谱信号及交流分量信号的目标频率分量和余项，滤除干扰项；利用Lambert-Beer定律基于脉搏分光光度原理计算ICG色素浓度谱。检测方法无创、准确且精度高，能够有效解决脉搏波信号强度弱、信噪混频严重、传统低通滤波难以完整滤除噪声或过度去噪后导致提取信号信息丢失的问题，检测方法能够完整保留检测结果所需有用信息，为肝储备功能评估及手术风险评估提供可靠参数。
【IPC分类】A61B5-103
【公开号】CN104688234
【申请号】CN201510116528
【发明人】刘光达, 查雨彤, 牛俊奇, 高普均, 蔡靖, 刘丽莉, 辛桂杰, 刘旸, 张晓枫, 包泽民
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月17日