[發明專利]無創測量組織脫氧、氧合和碳氧血紅蛋白的檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202110879953.X
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113456070A
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 王貽坤;黃堯;王全福;董美麗;花昌義;張元志;王霞;倪敬書
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院;皖江新興產業技術發展中心
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李曉莉

本發明公開了無創測量組織脫氧、氧合和碳氧血紅蛋白的檢測系統及方法。檢測系統包括探頭和主機，探頭由上蓋層、外殼、信號接收模塊和下覆層組成，信號接收模塊由濾光片和探測器組成，外殼、濾光片和探測器位于上蓋層和下覆層中間，呈現出“三明治”結構。主機由電源模塊、光源驅動模塊、光源、中央處理模塊、顯示模塊、存儲模塊、信號處理模塊、用戶信息輸入模塊組成。主機與探頭通過能傳輸光信號的線纜和能傳輸電信號的線纜連接，探頭與人體組織完全貼合，主機中光源驅動模塊控制光源發光，信號處理模塊處理信號接收模塊的光電信號，并傳輸至存儲模塊，中央處理模塊調用存儲模塊中的數據，經中央處理模塊計算后經顯示模塊顯示。本發明可同時無創測量組織脫氧血紅蛋白、氧合血紅蛋白和碳氧血紅蛋白。

技術領域

本發明涉及生物醫學工程技術領域，特別涉及無創測量組織脫氧、氧合和碳氧血紅蛋白的檢測系統及方法。

背景技術

血紅蛋白是紅細胞內特殊的蛋白質，占到紅細胞總量的97％，它的主要生理功能是將氧氣從肺部傳輸至身體各個組織細胞之間，再把各個組織細胞呼吸的二氧化碳運輸到肺部，呼出體外。

氧合血紅蛋白(oxyhemoglobin,HbO₂)、脫氧血紅蛋白(deoxyhemoglobin,Hb)和碳氧血紅蛋白(carboxyhemoglobin,HbCO)含量是三項重要的生理指標。氧合血紅蛋白是血紅蛋白與氧氣分子可逆性結合而生成的一種物質，具有輸送氧氣的作用，脫氧血紅蛋白是沒有攜帶氧的血紅蛋白，碳氧血紅蛋白是血紅蛋白與一氧化碳結合的產物，空氣中所含的一氧化碳通過人體的呼吸功能進入血液循環，與紅細胞中的血紅蛋白結合。在結合方面，一氧化碳與血紅蛋白的結合能力是氧氣的200-300倍，而解離速率卻只有氧合血紅蛋白的1/3600。因此，血紅蛋白更易與一氧化碳結合，且不易分離，使血紅蛋白喪失攜氧能力。因此，組織中脫氧血紅蛋白和碳氧血紅蛋白含量上升，氧合血紅蛋白含量降低，預示著組織細胞缺氧。

人體組織，如腦組織，對缺氧高度敏感，短時間的缺氧就可造成不可逆轉的神經損傷甚至腦死亡，因此實現組織中幾種血紅蛋白的連續無創監測至關重要，可為臨床及時處理不良事件提供客觀的依據。

現階段，國內外應用近紅外光譜技術(Near Infrared Spectroscopy,NIRS)檢測組織中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白含量已趨于成熟。專利公開號CN1542434A公開了可修正外層組織影響的組織血氧參數檢測方法，用于檢測不同測試對象和生物組織氧合血紅蛋白變化量和脫氧血紅蛋白變化量。專利公開號CN1911172A公開了人體組織氧合和還原蛋白濃度絕對量的檢測方法，根據光在組織中吸收與散射的規律，計算出局部組織氧合和還原血紅蛋白的濃度。蘇州愛琴已有商業化的EGOS-600近紅外組織血氧參數無損監測儀，可用來檢測組織中氧合血紅蛋白變化量和脫氧血紅蛋白變化量。

另一方面，利用光電容積脈搏波描述法技術(photoplethysmographic，PPG)可以實現脈搏碳氧血紅蛋白飽和度的無創檢測，該方法利用了動脈血的吸收會因動脈的搏動而出現周期性的起伏，這在信號上體現為交流分量，因此對接收到的信號只需去除直流分量而只提取交流分量，便可得到脈搏碳氧血紅蛋白飽和度。由此可見，脈搏碳氧血紅蛋白飽和度實際上是動脈血中碳氧血紅蛋白飽和度。而人體組織中氧飽和度含量是動脈、靜脈、毛細血管氧飽和度加權平均值，因此僅以動脈中碳氧血紅蛋白飽和度來反應人體組織中碳氧血紅蛋白飽和度是不正確的。

授權公告號CN205568957U公開了碳氧血紅蛋白飽和度測量探頭，測量部位位于指尖，其反應的是動脈中碳氧血紅蛋白飽和度。碩士學位論文《多波長無創碳氧血紅蛋白檢測方法關鍵技術的研究》公開了碳氧血紅蛋白的系統和方法，仍然采用了PPG原理，測量部位在指端，同樣反應的是動脈中碳氧血紅蛋白飽和度。美國Masimo公司的Rainbow set產品可以用于脈搏碳氧血紅蛋白飽和度的測量。但以上公開的專利、論文和產品均只能用于指端脈搏碳氧血紅蛋白飽和度的測量，無法用于組織中碳氧血紅蛋白含量的測量。由于指端脈搏碳氧血紅蛋白檢測只能反映全身動脈碳氧血紅蛋白情況，不能反映某一局部組織(如腦組織，肌肉組織等)的碳氧血紅蛋白狀況，即使指端脈搏碳氧血紅蛋白數值正常，也不能排除局部組織缺氧的可能。