基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法及设备，方法包括以下步骤：激励光源发射两束不同的特定波长的光束，通过光学系统照射待测组织表面，并透入组织内部使待测组织内的氧合血红蛋白和还原血红蛋白吸收光束而产生超声信号，利用超声信号采集模块采集并测量所述超声信号，使用超声信号处理模块处理所述超声信号，通过图像重建算法获取关于氧合血红蛋白和还原血红蛋白在血液中的相对浓度，根据所述相对浓度的相对值计算出被测组织血液的血氧饱和度的绝对值。本发明专利技术实施例提出的测量方法测量精度大于现有的血氧饱和度测量仪技术，同时解决了现有血氧仪器无法测出静脉血管中血氧饱和度的技术难题。

【技术实现步骤摘要】
基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法及设备
本专利技术涉及医学测量
，尤其涉及一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法及设备。
技术介绍
人体内的氧主要由血液中的氧合血红蛋白和还原血红蛋白与氧气作可逆性结合提供。通常将血液中被氧合的血红蛋白的容量，占全部可氧和血红蛋白容量的百分比，即血液中氧的浓度，表示为血氧饱和度，它是反映人体内氧供给状况的重要指标，也是临床医疗上的基础监测参数之一。血液中含氧量越高，人的新陈代谢就越好，过低会造成机体供氧不足。正常人体的动脉血的血氧饱和度为98％，静脉血为75％。目前，市面上测量血氧饱和浓度的血氧仪器主要分为监护、指夹和脉搏式，主要原理是检测血液对不同光波长吸收量的变化，测定氧合血红蛋白占全部血红蛋白的百分比，从而直接求得血氧饱和度。这类血氧仪带有两个发光二极管，这两个发光二极管面向病人的待测部位，通常是指尖或耳垂。一只二极管释放波长为660纳米的光束，另一只释放905、910或者940纳米，人体组织内含氧的血红蛋白对这两种波长的吸收系数与不含氧的差别很大。利用这个性质，可以计算出两种血红蛋白的比例，从而计算出血氧饱和浓度数值。虽然这类血氧仪提供了一种方便连续无损伤的血氧测量方法，但也存在许多应用局限。目前所用的血氧仪大多基于朗伯-比尔定律推导出的血氧饱和度计算模型，其成立的前提是忽略人体组织和血液成分对光的散射效应，仅仅考虑吸收效应，忽略了组织血液内水对光吸收效应，而水在血液中的比例大于80％，这一比例会极大地影响检测的准确性。这种方法虽然简化了动脉血氧饱和浓度的测量，但是从原理上引入了测量误差，导致测量精度不高，而且当血氧浓度较低时，测量误差明显增大。因此，大多数血氧仪在75％～100％血氧饱和度范围内的测量不确定度为2％～3％；而在50％血氧饱和度时，测量不确定度可达20％。大多数的仪器在血氧饱和度低于70％的情况下，对测量不确定度均不做规定，因此也无法通过这个常规方法测量静脉血氧饱和浓度，静脉血饱和浓度的检测对心肺疾病的检测有重要临床价值。而且，2％的测量误差对于现阶段新型冠状病毒肺炎患者来说，不利于医生判断患者从轻症转向重症的指标值。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。基于上述原因，本申请人提出了一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法及设备，旨在解决上述问题。
技术实现思路
为了满足上述要求，本专利技术的第一个目的在于提供一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，需要注意的是，本方法属于一种超声医学成像方法，尽管最后成像的数据可以用于检测某些疾病，但是方法中并没有利用最后成像进行疾病诊断的步骤，本方法获取的血氧饱和度可以应用于电子设备等应用场景、用于轻松获取当前使用者的新陈代谢信息，显然，从本申请文件中所获得的血氧饱和度信息不能直接得出诊断结果或健康情况，因此，本方法不属于疾病诊断方法。本专利技术的第二个目的在于提供一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量设备。一方面，本专利技术公开了一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，包括以下步骤：激励光源发射两束不同的特定波长的光束，通过光学系统照射到组织表面并透入组织内部，使待测组织内的氧合血红蛋白和还原血红蛋白吸收光束而产生超声信号，利用超声信号采集模块采集并测量所述超声信号，使用超声信号处理模块处理所述超声信号，通过图像重建算法获取关于氧合血红蛋白和还原血红蛋白在血液中的相对浓度，根据所述相对浓度的相对值计算出被测组织血液的血氧饱和度的绝对值；优选地，所述激励光源为激光光源和LED光源中的至少一种。在一个可能的实施方式中，所述激励光源为激光器时，所述激励光源发出的激光脉冲脉宽小于1ms。在一个可能的实施方式中，所述激励光源发射两种特定波长的光束，所述两种特定波长的光束为波长差异小于300nm且对于氧合血红蛋白和还原血红蛋白存在不同的激励系数的光束。优选地，当所述激励光源为两个激光光源时，所述两种特定波长的光束的波长分别为532nm和559nm。在另一优选的实施方式中，当所述激励光源为两个激光光源时，所述两种特定波长的光束的波长分别为584nm和600nm。在一个可能的实施方式中，所述光学系统包括反射镜、耦合光纤、物镜、透镜、棱镜组、光声耦合器的一种或多种。在一个可能的实施方式中，所述超声信号采集模块包括单探头式超声探测器、多探头阵列超声探测器、压电陶瓷、PVDF、磁致伸缩式超声探测器、电容式微机械超声探测器中的一种或多种。在另一方面，本申请实施例还提出了一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量设备，包括以下模块：激励光源发生器模块，用于发射两束不同的特定波长的光束作为激励光源，所述激励光源包括激光光源和LED光源中的至少一种；光学系统，用于将所述激励光源照射到待测组织表面并透入组织内部，使所述待测组织内由于内部包含物质/分子对于不同波长的吸收系数不同而发出不同的超声信号；超声信号采集模块，用于采集并测量所述待测物中氧合血红蛋白和还原血红蛋白向外辐射的超声信号；超声信号处理模块，用于检测所收集的超声信号，通过图像重建算法获取关于氧合血红蛋白和还原血红蛋白在血液中的相对浓度，根据所述相对浓度的相对值计算出被测组织血液的血氧饱和浓度的绝对值。在一个可能的实施方式中，所述激励光源发生器模块为激光器时，所述激励光源发生器模块发出的激光脉冲脉宽小于1ms。在一个可能的实施方式中，所述激励光源发射两种特定波长的光束，所述两种特定波长的光束为波长的差异小于300nm且对于氧合血红蛋白和还原血红蛋白存在不同的激励系数的光束。优选地，当所述激励光源为两个激光光源时，所述两种特定波长的光束的波长分别为532nm和559nm。在另一优选的实施方式中，当所述激励光源为两个激光光源时，所述两种特定波长的光束的波长分别为584nm和600nm。在一个可能的实施方式中，所述光学系统包括反射镜、耦合光纤、物镜、透镜、棱镜组、光声耦合器的一种或多种。在一个可能的实施方式中，所述超声信号采集模块包括单探头式超声探测器、多探头阵列超声探测器、压电陶瓷、PVDF、磁致伸缩式超声探测器、电容式微机械超声探测器中的一种或多种。相比于现有技术,本专利技术的有益效果在于：采用本方案的测量方法及设备能够精确检测血氧饱和度的变化值，精度大于现有的血氧饱和度测量仪技术，可准确有效获取到血氧信息，例如：对户外/登山运动员来说，当在海拔3000米以上，心率不超过100的情况下：血氧饱和度>90％为正常，血氧饱和度在80-90％之间属于轻度缺氧，血氧饱和度70-80％之间属于中度缺氧，而运动员在爬山中激烈运动后，往往无法感知自身的身体状态，高山缺氧导致丧生的情况时有发生，若能够检测血氧饱和浓度则可帮助运动员判断自身是否缺氧，运动员可及时判断是否需要休息或返回营地，防止运动员出现生命危险。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/n激励光源发射两束不同的特定波长的光束，通过光学系统照射到待测组织表面，并透入组织内部，使待测组织内的氧合血红蛋白和还原血红蛋白吸收光束而产生超声信号，利用超声信号采集模块采集并测量所述超声信号，使用超声信号处理模块处理所述超声信号，通过图像重建算法获取关于氧合血红蛋白和还原血红蛋白在血液中的相对浓度，根据所述相对浓度的相对值计算出被测组织血液的血氧饱和度的绝对值；/n所述激励光源为激光光源和LED光源中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
激励光源发射两束不同的特定波长的光束，通过光学系统照射到待测组织表面，并透入组织内部，使待测组织内的氧合血红蛋白和还原血红蛋白吸收光束而产生超声信号，利用超声信号采集模块采集并测量所述超声信号，使用超声信号处理模块处理所述超声信号，通过图像重建算法获取关于氧合血红蛋白和还原血红蛋白在血液中的相对浓度，根据所述相对浓度的相对值计算出被测组织血液的血氧饱和度的绝对值；
所述激励光源为激光光源和LED光源中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，其特征在于，所述激励光源为激光器时，所述激励光源发出的激光脉冲脉宽小于1ms。


3.根据权利要求1所述的基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，其特征在于，所述激励光源发射两种特定波长的光束，所述两种特定波长的光束的波长差异小于300nm。


4.根据权利要求1所述的基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，其特征在于，当所述激励光源为两个激光光源时，所述两种特定波长的光束的波长可以分别为532nm和559nm、584nm和600nm。


5.根据权利要求1所述的基于光声技术的血氧饱和度精确测量方法，其特征在于，所述光学系统包括反射镜、耦合光纤、物镜、透镜、棱镜组、光声耦合器的一种或多种；
所述超声信号采集模块包括单探头式超声探测器或多探头阵列超声探测器、压电陶瓷、PVDF、磁致伸缩式超声探测器、电容式微机械超声探测器中的一种或多种。


6.一种基于光声技术的血氧饱和度精确测量设备，其特征在于，包括以下模块：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓杰，欧志龙，邹然，
申请(专利权)人：英诺激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44