混合和中央静脉氧饱和度的光学无创检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种混合和中央静脉血氧饱和度的方 法。
【背景技术】
[0002] 光谱测定技术（NearInfraredSpectroscopy简称NIRS)是一种无创、连续、实时 的光学诊断技术，它是基于被检测组织中氧合血红蛋白和还原血红蛋白在近红外谱区具有 不同吸收光谱特征，选择适当波长，测算出两个或两个以上波长的光强衰减，通过吸收定律 就能求算出还原血红蛋白（Hb)和氧合血红蛋白（HbO2)含量。
[0003] 从图1看到，在近红外光区域，随着光的波长增加，Hb和HbO2的吸收系数呈现不同 的变化趋势，但和JlbO2在波长805nm附近有一个等吸收点。现在一般以760nm和850nm 两个波长的近红外光为介质，获得血氧信息。
[0004] 混合静脉血氧饱和度（SvO2)是指上下腔静脉血在右心混合之后的血氧饱和度，取 决于全身组织氧供（DO2)和氧耗（VO2)二者之间的平衡状况。然而，SvO2测定需要放置肺动 脉导管（PAC)，但这一操作风险效益比目前仍存在争议，没有研宄证实该操作可以改善患者 预后，此外，放置PAC有时候是存在困难的。SvOjP中央静脉血氧饱和度（ScvO2)二者之间 存在生理相关性，在生理情况下前者总是低后于者2%~3%，这与血液在冠状窦的去氧合 有关，虽然二者在数值上不同，但二者总是平行变化的，因此，监测3(^0 2成为测定SvO2的替 代手段。
[0005]SvO2是反映全身氧供需平衡的敏感指标。但采用这一指标进行重症患者评价时应 考虑到生理性代偿现象，即机体内脏氧供发生异常时可能通过减少末梢循环使受损脏器血 流得以维持的代偿。与混合静脉血氧饱和度不同，中央静脉氧饱和度（ScvO2)是直接反映 上半身主要脏器氧供需变化的指标，因此，scv〇2a现异常，表明脏器氧供受到威胁，需要积 极救治。
[0006] 参照现有技术，SvOJ^定大多需要放置肺动脉导管（PAC)，但这一操作的风险效益 比目前仍存在争议，而ScvO2的测定则普遍使用带有可视光纤的中心静脉导管或使用传统 的可重复采血的中心静脉导管，以上两种方法均属于有创的方法。
[0007] 目前来看，中国专利中CN103961110A，CN103932713A，CN103096791A等专利都 和本发明有不同程度的联系，但大多数专利都是运用指套来进行信号采集如中国专利 CN103961110A公布了《生物信号测定系统和生物信号测定装置》，采集信号的范围有限，在 处理危重病人时，由于其生理性代偿现象导致的末梢循环减少的情况，该种方法显得力不 从心。而在较早公开的中国专利号CN103932713A公开了《一种反射式血氧仪》中（其公开 内容部分作为参考引入本文中）虽然这个发明能够克服上一类发明所面临的测量范围方 面的问题，但是它没有给出混合和中心静脉血氧饱和度的测量方法。
[0008] 而中国专利CN103096791A公开了《血氧饱和度的无创测量》，其与本发明的关系 最为紧密，CN103096791A给出了混合和中央静脉血氧饱和度的测量方法，使用的优选波长 范围为约1045nm到1055nm和约1085nm到1095nm。但这个发明并未公开或暗示混合和中 央静脉血氧饱和度的测量方法的具体算法，且波长在1000 nm以上的光对于皮肤的穿透作 用相对较差，并不能相对准确地测量较深位置的血氧饱和度。
【发明内容】
[0009] 为解决上述技术问题，本发明提出一种混合和中央静脉氧饱和度的光学无创检测 方法。
[0010] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：混合和中央静脉氧饱和度的光学 无创检测方法，具体包括以下步骤：
[0011] A、根据测得的初始出射电压Utl(A)和出射电压信号随时间t变化的函数 U(入，t)，计算出透射光强比IU，t) /1。（入），
[0012] 其中，I(A，t)为透射光强，Itl(A)为初始透射光强；
[0013] B、根据步骤A算出的透射光强比，计算生物组织在波长为X的近红外光下的光吸 收系数的改变量Aya(A，t);
[0014] C、根据HbOjPHb与生物组织的光吸收系数ya(人，t)的线性关系，得出册02和 的差分传输数据分别为A[HbO2]和A[Hb];
[0015] D、根据傅里叶变换，将步骤C中得到的HbOjPHb的差分传输数据A[HbO2]和 A[ffi]变换到频域得到A[HbO2]f和A[Hb]f，然后对傅里叶变换处理后的结果A[HbO2]f 和A[Hb]f进行修正；
[0016] E、通过窄带滤波器处理步骤D得到的傅里叶变换处理后的结果A[Hb02]f和 A[Hb]f，在A[HbO2]f和A[Hb]屈频域中选出由被测者的呼吸频率在预设频率范围内所产 生的信号，对选出的信号进行零相移滤波处理，得到A[Hb02]JPA[Hb]y
[0017] F、根据步骤E中得到的A[Hb02]JPA[Hbh，计算它们的幅度的平均值分别为 w7A[///?02],.、oaA[///?],.，并根据计算得到的幅度的平均值计算5(^02或SvO2。
[0018] 进一步地，所述步骤E还包括EO:数据验证，通过分别计算HbOjPHb的信噪比，将 得到的结果与预设阈值进行比较，若都大于或等于预设阈值，则数据有效，否则数据无效。
[0019] 进一步地，当测量外周循环的部位时，根据权利要求1的方法得到SvO2的值，当测 量颈内中央静脉部位或腹股沟部位时，根据权利要求1的方法得到ScvO2的值。
[0020] 进一步地，还包括步骤AO:通过光源发射近红外光，所述光源至少包含一个，每个 光源至少发射两种波长的近红外光。
[0021] 更进一步地，当包含一个光源，该光源包含两个不同波长h、A2的红外光，则得 到光吸收系数的改变量AUjA1,t)、Aya(A2,t)如下：
【主权项】
1. 混合和中央静脉氧饱和度的光学无创检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤： A、 根据测得的初始出射电压％( λ )和出射电压信号随时间t变化的函数U( λ，t)，计 算出透射光强比lU，t)/IQU)， 其中，lU，t)为透射光强，Itl(A)为初始透射光强； B、 根据步骤A算出的透射光强比，计算生物组织在波长为λ的近红外光下的光吸收系 数的改变量Δ μ3(λ，〇 ; C、 根据HbOjP Hb与生物组织的光吸收系数μ a( λ，t)的线性关系，得出HbOjP Hb的 差分传输数据分别为Δ [HbO2]和Λ [Hb]; D、 根据傅里叶变换，将步骤C中得到的册02和Hb的差分传输数据Λ [HbO2]和Λ [Hb] 变换到频域得到Δ [HbO2] f和Λ [Hb] f，然后对傅里叶变换处理后的结果Λ [HbO2] f和Λ [Hb] f进行修正； E、 通过窄带滤波器处理步骤D得到的傅里叶变换处理后的结果Λ [Hb〇2]f和Λ [Hb] f， 在Λ [Hb02]f和Λ [Hb] {的频域中选出由被测者的呼吸频率在预设频率范围内所产生的信 号，对选出的信号进行零相移滤波处理，得到Λ [HbO2L和Λ [Hb] y F、 根据步骤E中得到的Λ [HbO2L和Λ [Hb] p计算它们的幅度的平均值分别为
，并根据计算得到的幅度的平均值计算3(^02或SvO 2。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤E还包括EO :数据验证，通过分 别计算HbOJPHb的信噪比，将得到的结果与预设阈值进行比较，若都大于或等于预设阈 值，则数据有效，否则数据无效。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当测量外周循环的部位时，根据权利要求 1的方法得到SvO2的值，当测量颈内中央静脉部位或腹股沟部位时，根据权利要求1的方法 得到ScvO 2的值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤AO :通过光源发射近红外光， 所述光源至少包含一个，每个光源至少发射两种波长的近红外光。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当包含一个光源，该光源包含两个不同波 长h、入2的红外光，则得到光吸收系数的改变量Δ μ "λ^)、Δ μ3(λ2,〇如下：
其中，IU1, t)、Ι(λ2,〇是波长为λη λ2的近红外光的透射光强，ItlU1K 1。（入2) 波长为λ i、λ 2的近红外光的起始透射光强，d为光在生物组织中传输的距离，DPF为微分 路径长度系数。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当光源发射两种波长λ i、λ 2的近红外光 时，得出册〇2和Hb的差分传输数据Δ [HbO2]、Λ [Hb]的运算式为：
其中，ε_2(λ2)分别是波长为λ1Ν \2时册02的摩尔吸收系数，ε "λ)、 εhb ( λ2)分别是波长为λ i、λ2时Hb的摩尔吸收系数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤D中对傅里叶变换处理后的结 果Λ [Hb02]f、Λ [Hb]f?行修正，具体为将傅里叶变换处理后的结果Λ [Hb02]f、Λ _]{分 别除以L/2来修正傅里叶变换的放大倍数，通过以下公式实现：
其中，Λ [HbO2]f为对Λ [HbO2]进行傅里叶变换，Λ [Hb]f为对Λ [Hb]进行傅里叶变换， [Hb02]}和f {Λ [Hb]}是经修正后的Λ [HbO2]和Λ [Hb]傅里叶变换结果，L为采样点 数。
【专利摘要】本发明公开一种混合和中央静脉氧饱和度的光学无创检测方法，采用红外光，通过测量反射光的吸收光谱，以及具体的混合和中央静脉的计算方法，与现有的关于血氧饱和度的测试方法相比，本发明提供的方法不仅实现了无创检测，而且可以做到实时连续监测，本发明所提供的具体算法，简单有效，易于实现，并且本发明测量时不需要夹住人体的任何部位，只需要贴住体表然后通过测量反射光的吸收光谱就能达到目的，测量更舒适简便，此外在测量中央静脉氧饱和度时，目标深层血管结构优选颈内静脉和锁骨下静脉，测量更加准确。
【IPC分类】A61B5-1455
【公开号】CN104739425
【申请号】CN201510148066
【发明人】李婷, 何田依依, 刘俊鹏, 潘伯安
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月31日