[發明專利]一種寬動態范圍的脈搏血氧測量系統

有效

• 申請號: 201310680539.1
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103622704A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 徐圣普;馮莉;謝小波;崔紅巖;徐晗輝
• 申請（專利權）人: 中國醫學科學院生物醫學工程研究所
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

技術領域

本發明屬于生理指標檢測技術領域，尤其是一種寬動態范圍的脈搏血氧測量系統。

背景技術

脈搏血氧飽和度的檢測是臨床的常規檢測指標，廣泛應用在ICU、CCU等監護病房、普通病房以及手術過程的監護中，也可廣泛用于動物實驗對血氧飽和度的檢測。脈搏血氧飽和度反映了機體血液中含氧血紅蛋白的比例，能客觀反映機體血氧狀態。脈搏血氧飽和度的檢測通常用分光光度法，該方法包括透射光和反射光法，其以朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律為基礎，利用還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白的光吸收系數的差別來進行。朗伯-比爾定律為：

I=I₀e^-εCd?????(1)

其中，I為透射光強，I₀為入射光強，C為受光物質溶液濃度，d為溶液受光路徑長度，ε為物質的光吸收常數。由此推出：

D=ln(I₀/I)=εCd?????(2)

其中D為光密度，D通常采用雙波長法進行測量定標。假設雙波長光光路徑長度相等，則波長1的光密度為：

D₁=ε₁₁C₁d+ε₁₂C₂d?????(3)

波長2的光密度為：

D₂=ε₂₁C₁d+ε₂₂C₂d?????(4)

其中ε_ij為波長λ_i的光線通過物質j時的吸收系數。

經過進一步的推導，可得到忽略了高次項的經驗公式：

%SpO₂=A+B(D₁/D₂)+C(D₁/D₂)²?????(5)

上式是在忽略了體表和其它非血紅蛋白組織的影響情況下的近似公式，上式中，A，B，和C的值可以根據經驗曲線確定。因此，經過雙波長吸收測量得到(D₁/D₂)的值，即可以通過上式計算出血氧飽和度數值。

根據上述原理制成的脈搏血氧計通常使用透射型探頭，如圖1所示。使用時探頭套在指尖或夾在耳朵、舌頭等部位，探頭上壁固定了兩個并列放置的發光二極管，發光波長分別為660nm紅光和904nm紅外光；下壁是一個光電轉換器件，將透射過手指的紅光和紅外光轉換成電信號。其中，皮膚肌肉等組織對入射光的吸收在整個血液循環過程中保持恒定不變，因此這些來自非脈動的靜脈血、毛細血管、以及肌肉組織等部分的光吸收成分代表了容積脈搏血流的直流分量；此外，由于皮膚內的血液容積在心臟的作用下呈周期性的脈動變化，在心臟交替收縮和舒張的過程中，光電接收器接收到的光強信號隨之呈脈動性周期變化，代表了容積脈搏血流的交流分量。當發光管工作狀態穩定后，兩光強產生的直流分量相對比較穩定，故影響(D₁/D₂)值的主要是兩路光強的交流分量。現有方法一般通過獲得所述兩路光的最大值和最小值來計算所需交流分量，因此，根據兩種透射光在一個完整脈搏波中的波形就可以計算出(D₁/D₂)的值。

根據上述原理，血氧飽和度檢測的基本方法是：利用還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白對紅光和紅外光的吸收不同，對兩路光強產生的直流分量和交流分量進行檢測，然后根據公式計算出血氧飽和度數值。檢測裝置的基本結構包括血氧探頭和信號處理裝置：血氧探頭的關鍵部件是一個包括發光二極管和光敏元件的傳感器，發光二極管提供兩種或兩種以上的光；光敏元件把通過手指帶有血氧飽和度信息的光信號轉換成電信號；該電信號經過數字量化后被提供給信號處理模塊用以計算血氧飽和度。