无创脑部血氧参数测量方法

摘要

本发明公开了一种无创脑部血氧参数测量方法，在人体前额安放两个发光波长分别为λ₁和λ₂的近红外光LED发光二极管，在两个LED发光二极管的同侧设置远近不同的两个光电接收管，在控制器的驱动下，分别于t₁和t₂时刻同时驱动两个LED发光二极管发光，每次发光后由光电接收管获取经过人体组织吸收散射后的光强值，分别对应λ₁和λ₂用距离发光LED较近的光电接收管值减去较远的光电接受管值，以消除包括背景噪声、皮肤、颅骨对测量造成的影响，然后用t₁时刻的差值减去t₂时刻的差值，即对不同时间点得到光强度值作差就可以得到浓度变化量，本方法测量的血氧参数更稳定、准确。

主权项

一种无创脑部血氧参数测量方法，基于人体组织对近红外光的吸收特性，实现脑部组织局部血氧参数的测量，其特征在于，包含如下步骤：S1)在人体前额安放两个近红外光LED发光二极管，一个发光主波长λ₁为650～800nm，另一个发光主波长λ₂为800～1000nm；在两个LED发光二极管的同侧设置两个光电接收管，两个光电接收管与两个LED发光二极管连线的中点水平共线，其中一个光电接收管与LED发光二极管连线中点的距离D1为15mm～30mm，另一个光电接收管与LED发光二极管连线中点的距离D2为30mm～40mm；S2)在控制器的驱动下，驱动主波长λ₁的LED发光二极管发光，同时用两个光电接收管获取经过人体组织吸收散射后的光强值；S3)在控制器的驱动下，驱动主波长λ₂的LED发光二极管发光，同时用两个光电接收管获取经过人体组织吸收散射后的光强值；S4)重复步骤S2)和步骤S3)一次，得到另外一组经过人体组织吸收散射后的光强值；S5)经过步骤S1)～S4)后，获得用于脑部组织血氧参数计算的数据,由以上获得的参数解算血氧参数过程如下：S5.1)列出步骤S2)、S3)和S4)中对应的吸光度等式如下：主波长λ₁LED发光：主波长λ₂LED发光：OD_λ表示组织对波长λ光的吸光度，其中A_λ为吸收衰减，S_λ为散射衰减；t₁表示步骤S2)和S3)中两个LED第一次发光，t₂表示步骤S4)中两个LED第二次发光；near表示距离发光LED较近的光电接收管，far表示距离发光LED较远的光电接收管；光密度和吸收衰减表示为：${\mathrm{OD}}_{\lambda }=-\ln \frac{I_o}{I_i}$A_λ＝ε_λcd_λ     (式2)其中I_o为输出光强，I_i为输入光强，ε_λ为消光系数，c为介质浓度，d_λ为光穿过介质的路径长度，散射衰减可以认为近似相等；S5.2)对步骤S5.1)中的(式1)进行作差变换，用距离发光LED较近的光电接收管值减去较远的光电接受管值，得到如下等式。$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_1,\mathrm{near}}-{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_1,\mathrm{far}}=A_{{\lambda }_2,t_1,\mathrm{near}}-A_{{\lambda }_2,t_1,\mathrm{far}}\\ {\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_2,\mathrm{near}}-{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_2,\mathrm{far}}=A_{{\lambda }_2,t_2,\mathrm{near}}-A_{{\lambda }_2,t_2,\mathrm{far}}\end{array}\right.$S5.3)对步骤S5.2)中得到的两组等式(式3)作差，得到如下等式：$\begin{array}{c}{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_1,near}-{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_1,far}-{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_2,near}+{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_2,t_2,far}\\ =A_{{\lambda }_2,t_1,near}-A_{{\lambda }_2,t_1,far}-A_{{\lambda }_2,t_2,near}+A_{{\lambda }_2,t_2,far}\end{array}$将步骤S5.1)中对应的OD_λ和A_λ(式2)带入(式4)得到如下结果：$\begin{array}{c}▿{\mathrm{OD}}_{{\lambda }_1}=\ln (\frac{I_{o,t2,near,{\lambda }_1}}{I_{o,t1,near,{\lambda }_1}}\times \frac{I_{o,t1,far,{\lambda }_1}}{I_{o,t2,far,{\lambda }_1}})\\ ={ϵ}_{{\lambda }_1,{\mathrm{HbO}}_2}{\mathrm{\Delta c}}_{{\mathrm{HbO}}_2}{\mathrm{\Delta d}}_{{\lambda }_1}+{ϵ}_{{\lambda }_1,DHb}{\mathrm{\Delta c}}_{DHb}{\mathrm{\Delta d}}_{{\lambda }_1}\end{array}$上式中表示针对波长为λ的氧合血红蛋白HbO₂吸光系数，ε_λ，DHb表示波长为λ的脱氧血红蛋白(DHb)吸光系数；表示氧合血红蛋白浓度变化，Δc_DHb表示脱氧血红蛋白浓度变化；Δd_λ表示光路径长度差；将式5写成矩阵相乘的形式如下：其中M为系数矩阵，表示为：S5.4)计算系数矩阵M的逆矩阵M^‑1，根据(式7)可以得到氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化量计算公式为：$\left[\begin{array}{c}\Delta C_{{\mathrm{HbO}}_2}\\ {\mathrm{\Delta C}}_{DHb}\end{array}\right]=M^{-1}\left[\begin{array}{c}▿O{D}_{{\lambda }_1}\\ ▿{\mathrm{OD}}_{\lambda 2}\end{array}\right]$