[發(fā)明專利]適用于低飽和度的脈沖血氧計傳感器及血氧飽和度的測量方法

無效

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• 申請日: 1995-03-31
• 公開（公告）號: CN1100514C
• 公開（公告）日: 2003-02-05
• 發(fā)明（設計）人: J·R·卡斯西安尼;P·D·曼海梅;S·L·尼爾利希;S·J·臘斯克威茲
• 申請（專利權）人: 尼爾科佩里坦本內特公司
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 董巍,蕭掬昌

發(fā)明背景技術

脈沖血氧計用于在手術室、觀察室、特護病房連續(xù)監(jiān)測成人、兒童和新生兒的動脈血氧飽和度，在普通病房中的應用也在不斷增加。此外還需要產(chǎn)房中用脈沖血氧計在分娩過程中監(jiān)測胎兒的供氧狀態(tài)，以及用于監(jiān)測心臟病人的血氧狀態(tài)。

脈沖血氧計通常用于其動脈血氧飽和度大于90％，即動脈血液中功能血紅蛋白的90％以上是氧合血紅蛋白，不到10％的血紅蛋白是還原血紅蛋白的患者。這類患者的氧飽和度很少低于70％。如果氧飽和度降低到這樣低的一個值，就會表現(xiàn)出不健康的臨床癥狀，通常需要手術。在這種情況下，高度準確地測定血氧飽和度與臨床的關系，不象確定其隨時間變化的趨勢與臨床的關系密切。

常規(guī)的兩波長脈沖血氧計從兩個發(fā)光二極管(LEDs)向搏動組織床發(fā)射光，并周位于相對表面的(透射型脈沖血氧計)，或位于相鄰表面的(反射型脈沖血氧計)一個光電二極管收集透射光或散射光。發(fā)光二極管和光電探測器封裝在一個可重復使用的或一次性使用的傳感器中，該傳感器與脈沖血氧計的電路部分和顯示部分相連。脈沖血氧計中的“脈沖”來自于在心臟血液循環(huán)過程中組織中動脈血液的時間變化量，由于循環(huán)重復的光衰減，光探測器輸出的信號經(jīng)過處理后生成所熟知的體積描記圖波形。為了測量氧飽和度，兩個發(fā)光二極管中至少有一個的主要波長必須選擇在電磁光譜中氧合血紅蛋白(HbO2)的吸收與還原血紅蛋白(Hb)的吸收不同的某個點處。兩個發(fā)光二極管中的第二個的波長必須選擇在該光譜的一個不同點上，此外，這一點上Hb與HbO2之間的吸收率差別與第一波長處是不同的。市售的脈沖血氧計利用了可見光譜中660nm附近的近紅波段的一個波長，和可見光譜中880-940nm范圍內的近紅外波段的另一個波長(見圖1)。如在本申請中所使用的含義，“紅”波長或“紅”波譜是指電磁波譜中600-800nm的部分；“近紅”是指600-700nm的部分；“遠紅”是指700-800nm的部分；“紅外”或“近紅外”是指800-1000nm的部分。

檢測和處理光探測器中產(chǎn)生的光電流以測量紅光和近紅光信號的調制比。如圖2所示，可以看到這個調制比與動脈氧飽和度的相關性很好。可以通過在一組病人、健康的志愿者或動物的活體內測量動脈氧飽和度(SaO2)，再測定與該測量范圍相應的調制比來實驗標定脈沖血氧計和脈沖血氧計傳感器。所觀測到的相關性則反過來用于在實時測量的調制比值的基礎上測算氧飽和度(SpO2)。(如本申請中所用的含義，SaO2表示在活體內測得的官能飽和度，而SpO2表示利用脈沖血氧計測量的官能飽和度。)

常規(guī)脈沖血氧計所使用的發(fā)光管波長的選擇基于以下幾個因素，但是并不局限于這些，即信號穿過充血組織的最佳透射性、對于動脈血氧飽和度變化的敏感度、和市售發(fā)光二極管在所需波長的發(fā)光強度和有效性。通常，兩個波長之一選自HbO2的消光系數(shù)與Hb的消光系數(shù)明顯不同的吸收光譜區(qū)域(圖1)。這個接近660nm的區(qū)域中還原血紅蛋白對光的吸收率與氧合血紅蛋白對光的吸收率之比最大。660nm波段的高強度發(fā)光二極管也容易購得。為了數(shù)值上的便利，紅外波長通常選擇在接近805nm的區(qū)域(等吸光點)，或選擇在880-940nm波段內，在這一波段由于Hb和HbO2成反比的吸收關系可以得到增強的靈敏度。不過，使用波長在660nm波段和900nm波段的一對發(fā)光二極管的脈沖血氧計在低血氧飽和度情況下都表現(xiàn)出準確度下降。

EP-0522674討論了發(fā)光頻率范圍為500-1000nm的一種鹵光源，利用一個光柵分光譜儀對所說光譜進行分頻。采用利用3個或更多變量的多變量算法計算30％-100％范圍內的血氧飽和度值。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明，通過使第一和第二光源的波長譜最優(yōu)化實現(xiàn)了利用脈沖血氧計對于低動脈氧飽和度的更加準確的測量，從而與采用常規(guī)的第一和第二波長譜相比改善了對于低飽和度值的飽和度測量，而同時卻使對于高飽和度值的飽和度測量受到的不利影向減到最小程度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果第一波光譜的預期的或預計的吸收率和散射率比選擇常用的波長光譜時，例如采用中心在660nm的第一波長和中心在880-940nm范圍內任何一點的第二波長時更加接近，最好是等于第二波長光譜的吸收率和散射率，則可以明顯提高在低飽和度下的計算準確性。