基于颈动静脉参量的脑氧供需监测系统、方法和介质与流程

本发明涉及脑部血氧评估，尤其涉及基于颈动静脉参量的脑氧供需监测系统、方法和介质。

背景技术：

1、急性脑损伤(abi)是一种全球范围内严重影响人类健康的疾病，主要包括蛛网膜下腔出血(sah)、颅内出血(ich)、急性缺血性卒中(ais)和创伤性脑损伤(tbi)。abi导致许多生还者遗留残疾，并产生巨大的社会经济负担。abi患者的脑氧供需失衡会诱发次级脑损伤，进一步恶化神经系统预后。因此，准确评估患者脑内的氧合程度以及监测脑内氧的供需平衡对提高abi患者的治疗效果具有重要意义；

2、目前，脑内氧合程度的监测主要依赖脑氧分压(pbto2)和脑血流量等指标，但是，这些指标不能全面且准确地反映脑组织的氧合情况以及患者的脑氧供需平衡，例如动脉血氧饱和度(sao2)及经皮血氧饱和度(spo2)监测，其分别通过穿刺动脉血管行动脉血气分析获得和在甲床或前额上放置脉氧仪无创测量，代表氧合血红蛋白比例，操作简单，但对脑氧不特异，spo2在严重低氧血症、高铁血红蛋白血症和一氧化碳中毒的情况下不准确，又例如现有的脑组织氧分压监测，其直接测量局部脑组织即1mm区域内氧分压，是反映局部氧供(通过血氧含量和灌注量)和氧耗的替代指标，但具有侵入性，易造成并发症，仅能测量局部脑组织氧合情况。又例如脑血流量监测，其通过xenon或氩气核磁共振灌注成像(mrp)技术，但存在操作复杂、设备昂贵、辐射风险等问题，不适合大范围推广。再者还有经颅近红外光谱脑氧监测仪(nirs)，其通过一系列分布在头皮上的特定波长激光器和检测器电极组成，测量氧合和脱氧血红蛋白在不同近红外波长下的相对吸收率，用于估计脑组织氧合状态的比例，但仅能检测浅表脑氧饱和度，且易受颅骨厚度增加、头皮血肿、脑内血肿、患者活动和环境照明过多影响，因此结果准确性有待进一步提高，综上，现有的大脑氧合程度的监测指标存在一定的局限性；

3、然而随着脑静脉氧饱和度值(sjvo2)引起了越来越多的关注，现有的sjvo2主要采用含光导纤维的监测导管经颈内静脉逆行置入颈静脉球，进行实时监测sjvo2。通过脑氧供率和脑氧代谢率关系，假设其中桡动脉血氧饱和度、血红蛋白及血流量等参数均为稳定情况下，sjvo2变化近似可反映cbf/cmro2比值变化，进而反映全脑氧供需平衡情况，但导管错位可能导致颅外血管采血而出现不准确，且仅提供总体氧合指标，无法识别局部氧利用或输送障碍，需要许多技术和故障排除专业知识，具有侵入性，易造成血肿和感染等并发症，另外，尽管目前认为监测sjvo2可间接反映全脑氧供需平衡和氧代谢情况。但复杂的操作流程及易受多种因素影响仍严重限制其运用。同时临床实践中以维持脑氧供需间动态平衡为靶向的治疗策略，更多是以全身和大脑特定的氧合目标为指导。通过动脉血气分析可以系统地测量氧，如氧分压(pao2)或动脉血氧饱和度(sao2)，这些指标反映机体整体的氧合状态，并不是大脑氧供的直接标志，导致最终的脑氧耗监测结果不够准确。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供基于颈动静脉参量的脑氧供需监测系统、方法和介质，能够精确地检测颈动静脉氧饱和度的差值，从而提高脑氧耗监测结果的精度。

2、本发明所采用的第一方面实施例是：包括血管图像采集预处理模块、颈动静脉的血液流量获取模块、颈动静脉氧饱和度差值获取模块和患者脑氧耗水平显示模块，其中：

3、所述血管图像采集预处理模块用于获取颈动脉血管图像和颈静脉血管图像，对所述颈动脉血管图像进行图像预处理，得到颈动脉对应的血管直径和血流速度，以及对所述颈静脉血管图像进行图像预处理，得到颈静脉对应的血管直径和血流速度；

4、所述颈动静脉的血液流量获取模块用于根据所述颈动脉对应的血管直径和血流速度，获取颈动脉的血液流量，以及根据所述颈静脉对应的血管直径和血流速度，获取所述颈静脉的血液流量；

5、所述颈动静脉氧饱和度差值获取模块用于通过激光波长分别获取所述颈动脉的强度信息变化和所述颈静脉的强度信息变化得到颈动脉的氧合血红蛋白浓度、颈动脉脱氧血红蛋白浓度、颈静脉的氧合血红蛋白浓度和颈静脉脱氧血红蛋白浓度，通过血氧饱和度计算公式获取颈动脉对应的氧饱和度和颈静脉对应的氧饱和度，将所述颈动脉对应的氧饱和度与所述颈静脉对应的氧饱和度进行相减计算，得到颈动脉和颈静脉的氧饱和度差值；

6、所述患者脑氧耗水平显示模块用于根据所述颈动脉和颈静脉的氧饱和度差值、所述颈动脉的血液流量和所述颈静脉的血液流量实时监测患者的脑氧耗水平。

7、进一步，所述血管图像采集预处理模块还包括控制模块、脉冲激光模块、超声换能器模块、信号采集模块和数据处理模块，其中：

8、所述控制模块用于发出触发信号；

9、所述脉冲激光模块用于接收所述触发信号并发出短脉冲光信号至患者颈部血管位置，获取所述患者颈部血管位置的光声信号；

10、所述超声换能器模块发出散射超声波至所述患者颈部血管位置，接收所述患者颈部血管位置的超声波信号，将所述超声波信号与所述光声信号转换为患者颈部血管位置的电信号；

11、所述信号采集模块用于接收所述患者颈部血管位置的电信号并将所述电信号传递至数据处理模块；

12、所述数据处理模块用于根据所述患者颈部血管位置的电信号，将所述电信号转换为血管图像，获取所述血管图像的颈动脉波形和颈静脉波形，根据所述颈动脉波形确定颈动脉对应的血管直径和血流速度，根据所述颈静脉波形确定颈静脉对应的血管直径和血流速度。

13、进一步，所述超声换能器模块包括线阵超声换能器和相控阵超声换能器，所述超声换能器模块的通道数为64-2048，所述超声换能器模块的工作频段为2.5mhz-20mhz。

14、进一步，所述脉冲激光模块包括多波长脉冲激光器、准直器和扩束器，其中：

15、所述多波长脉冲激光器用于接收所述触发信号并发射激光脉冲；

16、所述准直器和扩束器用于将激光脉冲耦合至光纤束中生成所述短脉冲光信号并照射至所述患者颈部血管位置。

17、进一步，所述多波长脉冲激光器的波长范围为500nm-1200nm，所述多波长脉冲激光器发射的激光脉冲宽度为10ns-100ns，所述多波长脉冲激光器发射的激光脉冲的周期小于50μs。

18、进一步，所述数据处理模块包括图像处理模块和图像重建模块，其中：

19、所述图像处理模块包括放大器和滤波器，用于对患者颈部血管位置的电信号进行滤波与放大处理；

20、所述图像重建模块包括反投影重建算法、时间反转重建算法和傅里叶变化重建算法。

21、同时，本发明第二方面实施例还提供一种基于颈动静脉参量的脑氧供需监测方法，包括以下步骤：

22、获取颈动脉血管图像和颈静脉血管图像；

23、对所述颈动脉血管图像进行图像预处理，得到颈动脉对应的血管直径和血流速度；

24、对所述颈静脉血管图像进行图像预处理，得到颈静脉对应的血管直径和血流速度；

25、根据所述颈动脉对应的血管直径和血流速度，获取所述颈动脉的血液流量；

26、根据所述颈静脉对应的血管直径和血流速度，获取所述颈静脉的血液流量；

27、根据所述颈动脉的氧合血红蛋白浓度和所述颈动脉脱氧血红蛋白浓度计算所述颈动脉的氧饱和度；

28、根据所述颈静脉的氧合血红蛋白浓度和所述颈静脉脱氧血红蛋白浓度计算所述颈静脉的氧饱和度；

29、将所述颈动脉对应的氧饱和度与所述颈静脉对应的氧饱和度进行相减计算，得到颈动脉和颈静脉的氧饱和度差值；

30、根据所述颈动脉和颈静脉的氧饱和度差值、所述颈动脉的血液流量和所述颈静脉的血液流量实时监测患者的脑氧耗水平。

31、进一步，所述获取颈动脉和颈静脉的血管图像这一步骤，其具体包括：

32、通过光声pact成像仪采集患者颈动脉和颈静脉处对应的血管图像；

33、或者；

34、基于彩色多普勒成像技术，通过血管b超仪采集患者颈动脉和颈静脉处对应的血管图像。

35、进一步，所述血氧饱和度计算公式具体如下所示：

36、

37、上式中，so2表示血氧饱和度，hbo2表示氧合血红蛋白浓度，hbr表示脱氧血红蛋白浓度。

38、本发明第三方面实施例提供了一种存储介质，所述计算机可执行的程序被处理器执行时用于实现本发明第二方面实施例任一项所述的基于颈动静脉参量的脑氧供需监测方法。

39、本发明方法及系统的有益效果是：本发明通过对患者的颈部的动静脉血管进行图像采集处理，采用非侵入式的监测方式，对患者没有任何创伤性影响，并根据获取到颈部动静脉血管图像进行计算其颈动脉和颈静脉对应的血管直径和血流速度，再根据颈部动静脉氧饱和度信息，并精确地得到动静脉氧饱和度分压差值，依据动静脉氧饱和度分压差值评估颈部监测区域的脑氧消耗，提升脑氧消耗评估的可信度。