专利名称：一种血氧饱和度检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及血氧饱和度检测技术，特别涉及一种血 氧饱和度检测方法及系统。
背景技术：
无创血氧饱和度检测是基于动脉血液对光的吸收量随动脉波动而变化的原理。 透射式血氧饱和度检测中，当透光区域动脉血管搏动时，动脉血液对光的吸收量将随之变 化，称为脉动分量或交流量(AC)；而皮肤、肌肉、骨骼等其他组织对光的吸收是恒定不变 的，称为直流量(DC)。如果忽略由于散射、反射等因素造成的衰减。根据比尔-朗伯定律 (Beer-Lambert Law)可以知道，I =J e-cr^0+u-sm
out in其中，I。ut是光电探测器的输出电流，Iin是二极管的输入电流(对应不同的红光和 红外光)，C是血液的浓度，L是两个LED和探测器之间的距离，S是饱和度，β。和分别 表示材料系数。血氧饱和度计算中常常先计算比率值R(Rati0 of Ratios)，再根据R来计算血氧 饱和度，血氧饱和度测量的关键也就在于R值的计算。如果R值的计算精度得以提高，那么 血氧饱和度的测量精度就相应地提高。目前，对R值的计算广泛使用的是峰_峰值法。在每个脉搏期间红光/红外光的 波形具有一个最大值和最小值，分别为Rh，R”其中，&对应的是心脏收缩时，即动脉血体积 最大时的值；Rh对应的是心脏舒张时，即动脉血体积最小时的值。考虑到光通过均勻介质的 延时系数，可以表示为& 二 J e其中，I0表示入射光强度，α表示组织吸光率，α Α表示动脉血吸光率，λ R表示吸 光系数，d表示穿透距离，Ad表示心脏收缩和舒张造成的变化量。相似地，Rh = loe^Rd 将以上两个等式作一个比值，得到Le-a^d
Rzt
ΛΛ两边取对数，得到
D\n-^- = -aAXR\d
KH同样地，红外光可以得到
从以上公式描述中可以看出，采用峰-峰值法计算的比率值仅与脉搏信号的峰值 点和谷值点信号相关，因此这种算法的信噪比不高，比率值容易受到干扰信号的影响。为了提高信噪比，最近又出现了一种叫做微分法的方法，与峰-峰值法不同的是，
微分法并不选择峰值点和谷值点进行计算，而是在峰值和谷值之间选取一段样本点进行微
分计算，即分别计算相邻两点之间红光/红外光交流量的差值与其直流值的比值，两个比
值再求比值。最后，将得到的所有比率值平均后得到该段数据的平均比率值。微分法计算
公式如下 _ /—= Iine—C聊01 (-CL(dL / dt)[Sfi0 + [1 — ])
dt其中，I。ut是光电探测器的输出电流，Iin是二极管的输入电流(对应不同的红光和 红外光)，C是血液浓度，L是LED灯与探测器之间的距离，S是饱和度，β C1和分别表示 材料系数。又由T = T p-CL[SPii+]l-SWA
‘out η~得到dI°utidt =-CL(dL/dt)[Sfi0 +U-SWr]
out将两个波形相除，即可得到比率, %hmm i—
L-A-U ‘ V^ -— out Λ ^ τ
“ ^ 1OUtA2即
TO
= λ Ac/
IRH Λ IR
其中，表示红外光最小值；IRh表示红外光最大值。 通过以上公式，可以得到
IpA
-aAxR^d — Rh
R =
-aAxIR^
IRu
权利要求
一种血氧饱和度检测系统，包括中央处理器，所述中央处理器包括数据处理单元，其特征在于，所述数据处理单元包括时域计算装置、频域计算装置、时域卡尔曼滤波装置、频域卡尔曼滤波装置、R值数据融合装置和血氧饱和度计算装置；所述频域计算装置，用于根据输入数据处理单元的检测数据，从频域计算出频域R值FR；所述时域计算装置，用于根据输入数据处理单元的检测数据，从时域计算出时域R值TR；所述时域卡尔曼滤波装置，用于对所述TR值进行卡尔曼滤波，得出KTR；所述频域卡尔曼滤波装置，用于对FR值进行卡尔曼滤波，得出KFR；所述R值数据融合装置，用于将KTR和KFR进行数据融合，计算出最终的R值；所述血氧饱和度计算装置，用于根据最终的R值计算出血氧饱和度。
2.如权利要求1所述的一种血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述血氧饱和度检测 系统还包括脉率数据融合装置；所述频域计算装置，还用于根据输入数据处理单元的检测数据，从频域计算出频域脉 率值FPR ；所述时域计算装置，还用于根据输入数据处理单元的检测数据，从时域计算出时域脉 率值TPR ；所述时域卡尔曼滤波装置，还用于对所述IPR值进行卡尔曼滤波，得出KTPR ；所述频域卡尔曼滤波装置，还用于对FI^R值进行卡尔曼滤波，得出KFPR ；所述脉率值数据融合装置，用于将KIPR和KFPR进行数据融合，计算出最终的ra值。
3.如权利要求1或2所述的一种血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述数据融合的公 式如下
4.如权利要求3所述的一种血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述R值数据融合装置 进行R值数据融合时，公式中的xl和x2分别表示FR和TR，而FD和TD分别表示FR和TR 在卡尔曼滤波中的残差。
5.如权利要求3所述的一种血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述脉率值数据融合 装置进行脉率值数据融合时，公式中的xl和x2分别表示FPR和TPR，而FD和TD分别表示 FPR和IPR在卡尔曼滤波中的残差。
6.一种血氧饱和度检测方法，其包括运算处理的步骤，其特征在于，所述运算处理具体 包括如下步骤S1)、分别从时域和频域计算R值，得出TR和FR；S2)、对TR和FR分别进行时域和频域的卡尔曼滤波，得出KTR和KFR；S3)、通过R值数据融合装置将KTR和KFR进行R值数据融合，得出最终的R值；S4)、根据R值，经过血氧饱和度计算装置计算的出血氧饱和度。
7.如权利要求6所述的一种血氧饱和度检测方法，其特征在于，所述步骤Si)、还分别从时域和频域计算脉率值，得出IPR和FPR ；所述步骤S2)、还对IPR和FPR分别进行时域和频域的卡尔曼滤波，得出KIPR和KFPR ；所述步骤S3)、还通过脉率值数据融合装置将KTPR和KFPR进行脉率值数据融合，得出 最终的脉率值冊。
8.如权利要求6或7所述的一种血氧饱和度检测方法，其特征在于，所述数据融合的公式如下
9.如权利要求8所述的一种血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述数据融合装置进 行R值数据融合时，公式中的xl和x2分别表示TR和FR，而FD和TD分别表示FR和TR在 卡尔曼滤波中的残差。
10.如权利要求8所述的一种血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述数据融合装置进 行脉率值数据融合时，公式中的xl和x2分别表示FPR和FPR，而FD和TD分别表示FPR和 IPR在卡尔曼滤波中的残差。
全文摘要
本发明公开了一种血氧饱和度检测系统及方法。该血氧饱和度检测系统中央处理器的数据处理单元包括时域计算装置、频域计算装置、时域卡尔曼滤波装置、频域卡尔曼滤波装置、R值数据融合装置和血氧饱和度计算装置。采用了本发明技术方案一种血氧饱和度检测方法的血氧饱和度检测系统，由于分别从时域和频域计算R值，并分别进行时域和频域的卡尔曼滤波，后再进行数据融合，从而综合了时域和频域的优势，得出最终更为精确的R值，最后再根据该R值计算血氧饱和度，因而最终得出的血氧饱和度值更加精确。
文档编号A61B5/1455GK101940476SQ20101027289
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者王干兵, 胡丽丹 申请人:深圳市纽泰克电子有限公司