'数值和150个吸收系数μ a值的矩阵。μ s'数值范围 可以是5 :5:2401^( μ，依赖g的数值）。的范围可以是0.01 :0.01 :1. 5cm-1。能够 理解，上述范围是示例性范围，并且源-检测器对的数量、由每个光源生成的波长的数量以 及仿真反射率曲线的数量可以更小或更大。
[0205] 组织分析
[0206] 图18A是用于由组织血氧测量装置100确定组织（例如，真实的组织）光学性质 的方法的高级别流程图，其中组织血氧测量装置使用反射率数据和仿真反射率曲线600来 确定光学性质。光学性质可以包括组织的吸收系数y a和散射系数μ ^。用于从组织的吸 收系数Ua和散射系数μ s'到组织氧饱和度数值的转换方法在下文进行进一步描述。该 高级别流程图代表一个示例性实施例。在不脱离实施例范围的情况下，可以添加步骤到高 级别流程图、从高级别流程图中移除步骤或组合高级别流程图中的步骤。
[0207] 在1800处，组织血氧测量装置100从诸如光源150a等光源150中的一个将光发 射到组织中。当光从光源发射时探头前端300 -般与组织接触。在发射光从组织反射之 后，光检测器170检测到该光的部分（步骤1805)，并且生成针对组织的反射率数据点（步 骤1810)。步骤1800、1805和1810可以针对光的多个波长和一个或多个其他光源（诸如 光源150b等）重复。如果，例如探头前端300提供十六个源-检测器距离，则针对单个波 长的反射率数据点可以包括十六个反射率数据点。反射率数据点有时称为反射率数据点的 N-矢量。
[0208] 在1815处，修正反射率数据点（例如，原始反射率数据点）对于源-检测器对的 增益。在校正源-检测器对期间（上文所述），对源-检测器对生成增益修正并存储到存储 装置205。
[0209] 在1820处，测量模块120的控制处理器200将反射率数据点拟合（例如，经由平方 和误差计算（a sum of squares error calculation))到仿真反射率曲线600以确定最佳 拟合反射率数据点（g卩，具有最低拟合误差）的特定反射率数据曲线。根据一个具体实施方 式，选择并利用相对小仿真反射率曲线组来用于拟合步骤1820,该组曲线是仿真反射率曲 线数据库的"粗糙"网格。例如，给定39个散射系数μ s'数值和150个吸收系数μ 3值，可 以由控制处理器200通过选取每第五个散射系数μ s'和每第八个吸收系数μ a用于粗糙网 格中的总数为40的仿真反射率曲线，来确定粗糙网格的仿真反射率曲线。应当理解，上述 具体数值是用于示例性实施例，并且其他规格的粗糙网格可以被控制处理器200使用。将 反射率数据点拟合到粗糙网格的结果是最佳拟合仿真反射率曲线在粗糙网格（μ a，μ s') 中的坐标。
[0210] 在1825处，控制处理器200利用具有最低拟合误差的来自粗糙网格的特定仿真反 射率曲线来界定仿真反射率曲线的"精细"网格，其中精细网格中的仿真反射率曲线在具有 最低拟合误差的来自粗糙网格的仿真反射率曲线周围。
[0211] 即，精细网格是界定大小，其中以来自粗糙网格的最低误差仿真反射率曲线来界 定精细网格的中心。精细网格可以具有与粗糙网格相同数量的仿真反射率曲线，或者可以 具有更多或更少的仿真反射率曲线。步骤1830,精细网格是基本精细的以便提供足够数量 的点来在精细网格中确定附近的散射系数μ ^值和吸收系数Ua值的峰值表面阵列。具 体地，可以通过控制处理器200利用来自粗糙网格的最低误差值加上指定偏移量来设置临 界值。在精细网格上具有低于临界值误差的散射系数μ^和吸收系数U a的位置可以被 识别以用于确定峰值表面阵列，以进一步确定用于反射率数据的散射系数吸收系数 ya。具体地，对峰值进行的误差拟合以确定峰值处的散射系数μ ^值和吸收系数ya值。 步骤1840,峰值处的散射系数μ s'值和吸收系数μ 3值的加权平均值（例如，质心计算） 可以被组织血氧测量装置利用来确定用于组织反射率数据点的散射系数μ^值和吸收系 数U a值。
[0212] 用于加权平均的吸收系数Ua值和散射系数μ s'值的权重可以由控制处理器200 确定为临界量减去精细网格误差量。由于精细网格上的点被选择为具有低于临界量的误 差，这给出正权重。加权平均值（例如，质心计算）的加权计算为组织的反射率数据点提供 预测散射系数μ，和吸收系数U a(即，（μa，μ^ )?_)。组织血氧测量装置可以利用其 它方法（诸如利用各种非线性最小二乘法中的一个或多个拟合等）为散射系数y s'确定 真实的最小误差峰值。
[0213] 根据一个实施方式，控制处理器200计算反射率数据点和仿真反射率曲线的对 数，并且每个对数除以源-检测器距离（例如，以厘米为单位）的平方根。控制处理器200可 以把除以源-检测器距离平方根的这些对数值用于前述步骤（例如，步骤1815、步骤1820、 步骤1825和步骤1830)中的反射率数据点和仿真反射率曲线，以改进反射率数据点对仿真 反射率曲线的拟合。
[0214] 根据另一个实施方式，偏移量基本设置为零，这有效地给出了粗糙网格最小值和 精细网格最小值之间的差的偏移量。上述参考图18A的方法依赖于来自粗糙网格的最小拟 合误差，所以精细网格上的真实最小误差通常较低。理想地，临界值根据精细网格上的最低 误差确定，这通常需要处理器进行额外计算。
[0215] 下面进一步详细描述根据一个实施方式的在精细网格中寻找最佳拟合反射率数 据点的特定仿真反射率曲线。图18B是根据一个实施方式的用于在精细网格中寻找最佳拟 合反射率数据点的特定仿真反射率曲线的方法的高级别流程图。该高级别流程图代表一个 示例性实施例。在不脱离实施例范围的情况下，可以添加步骤到高级别流程图、从高级别流 程图中移除步骤或组合高级别流程图中的步骤。
[0216] 继在步骤1825处确定最佳拟合反射率数据点的来自粗糙网格的特定仿真反射率 曲线（μ 3，)Wfi之后，控制处理器200在仿真反射率曲线的全仿真反射率曲线数据库 (例如，16X4X5850(y a，l·^ )数据库）中计算）粗糖周围区域的误差表面（步 骤1850)。误差表面表示为err (μ a，ys')。之后，控制处理器200确定err (μ a，μ s') 中的最小误差值，也称为errmin(步骤1855)。之后，控制处理器200从err(y a，μ，）生 成峰值表面阵列，如果峰值表面大于零则表示为pksurf(ya，)=k+err min-err(ya， Us')，或如果峰值表面小于或等于零则表示为pksurf(ya，ys' )=k+errmin-err(ya， Us/ )=〇(步骤I860)。在表达式中，k以大于零约十个单位的宽度从err (μ a，μ Z )的 最小点处的峰值中选择。pksurf( μ a，μ s')中峰值的质心（即重心计算）使用点的高度 作为权重（步骤1865)。质心的位置是用于组织的反射率数据点的散射系数μ s'和吸收 系数Ua的插入结果。
[0217] 用于确定针对组织的反射率数据点的散射系数μ s'和吸收系数μ a的参考18A和 图18B的上述方法可以对光源150的每一者生成的波长（例如，3个或4个波长）的每一者 进行重复。
[0218] 氧饱和度确定
[0219] 根据第一实施方式，控制处理器200利用对每个光源120所生成光的3个或4个 波长而确定（如上所述）的吸收系数μ a(例如，3个或4个吸收系数μ a)，确定由组织血氧 测量装置100探测的组织的氧饱和度。根据第一实施方式，生成用于寻找吸收系数μ 3到 氧饱和度的最佳拟合的氧饱和度值查找表。可以通过假设可能的总血红蛋白、黑色素和氧 饱和度值的范围并且计算针对这些物质中每一者的μ JJ生成该查找表。之后，吸收系数 y 3点通过除以单位矢量的模而转换为单位矢量以减小系统误差并且仅仅依赖曲线的相对 形状。之后，将单位矢量与查找表相比以寻找给出氧饱和度的最佳拟合。
[0220] 根据第二个实施方式，控制处理器200通过计算缺氧血红蛋白和含氧血红蛋白的 净分析信号（NAS)而确定组织氧饱和度。NAS被定义为与系统中其他光谱部分正交的光谱 的部分。例如，缺氧血红蛋白的NAS是与含氧血红蛋白光谱和黑色素光谱正交的光谱部分。 之后，缺氧血红蛋白和含氧血红蛋白的浓度可以通过矢量乘以各自的NAS并且除以NAS平 方的模而得到。之后，氧饱和度容易地计算为含氧血红蛋白浓度除以含氧血红蛋白和缺氧 血红蛋白总和。Lorber的Anal. Chem. 58 :1167-1172(1986)通过引用而结合于此，其提供 了用于进一步理解用于确定组织氧饱和度的第二实施方式的框架。
[0221] 根据组织血氧测量装置100的第一个实施例，由光检测器170以30Hz生成发射数 据，并且氧饱和度值在约3Hz下计算。所确定的氧饱和度值（例如，至少3个氧饱和度值） 的连续平均值可以在显示器125上显示，显示器125可以具有IHz的更新速率。
[0222] 光学性质
[0223] 如上简述，存储在存储装置205中的每个仿真反射率曲线600代表唯一的组织光 学性质。更具体地，对于给定波长，仿真反射率曲线的唯一形状代表组织光学性质，即散射 系数（μ ^ )、吸收系数（μ a)、组织非均匀性（g)和组织折射率的唯一值。
[0224] 用于相对小的源-检测器距离的由光检测器170检测的反射主要取决于减小的散 射系数μ，。减小的散射系数是包含吸收系数μ，组织非均匀性g的"集中"("lumped"） 性质，其中，μ，= ysa-g)，并且用于描述1/μ，大小的许多步的随机游动中光子的分 散，其中每一步涉及各向同性散射。这种描述等同于使用许多小步1/μ 3的光子运动的描 述，其中如果在吸收事件之前有许多散射事件（即μ3<< μ ^ )则每个小步仅涉及部分 偏转角度。
[0225] 相反，用于相对大的源-检测器距离的由光检测器170检测的反射主要取决于有 效吸收系数μrff，其被定义为.
【主权项】
1. 一种系统，包括： 外壳，所述外壳包括： 第一印刷电路板，其容纳在所述外壳内，所述第一印刷电路板包括处理器和存储器，其 中所述存储器耦合到所述处理器； 显示器，其耦合到所述处理器，其中，所述显示器从所述外壳的外侧可见； 电池，其容纳在所述外壳内，所述电池耦合到所述处理器和所述显示器；和 探头前端，其耦合到所述外壳的外侧，所述探头前端包括至少第一传感器开口、第二传 感器开口和第三传感器开口，其中，第一距离在所述第一传感器开口和所述第二传感器开 口之间，第二距离在所述第一传感器开口和第三传感器开口之间，并且所述第一距离和所 述第二距离不相同；和 可执行代码，其存储在存储器中，其中所述可执行代码由所述处理器可执行，所述可执 行代码包括第一代码、第二代码和第三代码，所述第一代码用以接收与所述第一距离的所 述第一传感器开口和所述第二传感器开口相关联的第一数据，所述第二代码用以接收与所 述第二距离的所述第一传感器开口和所述第三传感器开口相关联的第二数据，并且所述第 三代码用以利用所述第一数据和所述第二数据进行空间分辨光谱技术。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一传感器开口包括光源，所述第二传感器 开口和所述第三传感器开口包括光检测器。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一传感器开口包括光检测器，所述第二传 感器开口和所述第三传感器开口包括光源。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述探头前端包括： 第一层，所述第一层包括第二印刷电路板，所述第二印刷电路板包括第一光源； 第二层，所述第二层在所述第一层的下方，所述第二层包括第三印刷电路板，所述第三 印刷电路板包括第一光检测器和第二光检测器； 第三层，所述第三层在所述第一层和所述第二层之间，所述第三层包括放置在所述第 一光源下方的第一透镜；和 第四层，所述第四层在所述第三层的下方，所述第四层包括放置在所述第一透镜下方 的波导件。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述第三印刷电路板包括定位在所述第一透镜 下方的第一孔。
6. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述波导件包括光纤。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述可执行代码包括： 第四代码，所述第四代码用以基于所述第一数据和所述第二数据计算估计氧饱和度 值；和 第五代码，所述第五代码用以使所述显示器显示所述估计氧饱和度值。
8. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述空间分辨光谱技术依赖于所述第一距离和 所述第二距离是不相同的。
9. 根据权利要求1所述的系统，其中： 所述第一传感器开口、第二传感器开口和第三传感器开口中的至少一个包括光源；和 所述探头前端包括与所述光源相邻放置的温度感测单元，所述温度感测单元被构造来 生成代表所述光源的温度的温度信息，并且其中所述处理器被构造成如果所述光源的温度 改变，则基于所述温度信息调节供应到所述光源的振荡控制信号的工作周期，以调节所述 光源产生的亮度。
10. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述探头前端刚性连接到所述外壳。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中，所述探头前端包括用于感测所述探头前端在 组织上的压力的压力传感器。
12. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述外壳的长度是10英寸或更小，所述外壳的 横轴为5英寸或更小。
13. -种方法，包括： 将包括处理器和存储器的第一印刷电路板装入外壳中，其中所述存储器耦合到所述处 理器； 提供被耦合到所述处理器和所述外壳的显示器，其中所述显示器从所述外壳的外侧可 见； 将电池装入在所述外壳内，其中，所述电池耦合到所述处理器和所述显示器； 形成所述外壳的结构以保持探头前端，其中，所述探头前端耦合到所述外壳的外侧，并 且所述探头前端包括至少第一传感器开口、第二传感器开口和第三传感器开口，其中第一 距离在所述第一传感器开口和所述第二传感器开口之间，第二距离在所述第一传感器开口 和第三传感器开口之间，并且所述第一距离和所述第二距离不相同； 将所述探头前端构造成接收与所述第一传感器开口和第二传感器开口相关联的第一 数据； 将所述探头前端构造成接收与所述第一传感器开口和第三传感器开口相关的第二数 据； 将所述处理器构造成利用所述第一数据和所述第二数据进行空间分辨光谱技术以确 定氧饱和度值。
14. 根据权利要求13所述的方法，还包括： 为所述第一传感器开口设置光源；和 为包括光检测器的所述第二传感器开口和所述第三传感器开口设置光检测器。
15. 根据权利要求13所述的方法，还包括： 为所述第一传感器开口设置光检测器；和 未所述第二传感器开口和所述第三传感器开口设置光源。
16. 根据权利要求13所述的方法，还包括在所述探头前端中设置： 第一层，所述第一层包括第二印刷电路板，所述第二印刷电路板包括第一光源； 第二层，所述第二层在所述第一层的下方，所述第二层包括第三印刷电路板，所述第三 印刷电路板包括第一光检测器和第二光检测器； 第三层，所述第三层在所述第一层和所述第二层之间，所述第三层包括放置在所述第 一光源下方的第一透镜；和 第四层，所述第四层在所述第三层的下方，所述第四层包括放置在所述第一透镜下方 的波导件。
17. 根据权利要求16所述的方法，包括在所述第三印刷电路板中形成定位在所述第一 透镜下方的第一孔。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中，所述波导件包括光纤。
19. 根据权利要求13所述的方法，还包括： 将所述处理器构造成基于所述第一数据和第二数据计算估计光饱和度值；和 将所述处理器构造成使所述显示器显示代表所计算的估计氧饱和度值的归一化氧饱 和度值。
20. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述空间分辨光谱技术依赖于所述第一距离 和所述第二距离是不相同的。
【专利摘要】一种系统包括具有处理器和耦合到该处理器的存储器的外壳。外壳包括耦合到处理器的显示器和电池，其中显示器能够从外壳的外部可见，电池在外壳内并且耦合到处理器和显示器。外壳包括耦合到外壳的外部的探头前端。探头前端包括第一传感器开口、第二传感器开口和第三传感器开口。第一传感器开口和第二传感器开口之间的第一距离与第一传感器开口和第三传感器开口之间的第二距离不同。外壳包括存储在存储器中、由处理器可执行的代码，还包括用于接收与第一传感器开口和第二传感器开口相关联的第一数据的代码，用于接收与第一传感器开口和第二传感器开口相关联的第二数据的代码，和利用第一数据和第二数据进行SRS的代码。
【IPC分类】A61B5-1455
【公开号】CN104768461
【申请号】CN201380051175
【发明人】凯特·利安·倍彻特, 约瑟夫·喜努, 莱斯特尔·礼罗德, 爱德华·所罗门
【申请人】维奥普蒂克斯公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2013年8月12日
【公告号】CA2880572A1, EP2882339A1