自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于血氧饱和度监测技术领域，涉及一种自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统，所述系统包括光源模块、驱动模块、监测模块、信号放大模块、信号转换模块、控制模块和计算模块，其中，所述驱动模块连接所述监测模块，所述监测模块连接光源模块和信号放大模块，所述信号放大模块连接所述信号转换模块，所述控制模块分别与驱动模块、监测模块、信号转换模块相连，并将数据上传到设置在PC机上的计算模块。本发明专利技术考虑了组织的不均匀性的缺点，该算法考虑了组织非线性的情况，计算精度高于传统的空间分辨光谱算法得到的组织血氧饱和度。的空间分辨光谱算法得到的组织血氧饱和度。的空间分辨光谱算法得到的组织血氧饱和度。

【技术实现步骤摘要】
自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统及方法


[0001]本专利技术属于血氧饱和度监测
，涉及一种自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统及方法。

技术介绍

[0002]氧气是维持生命活动必要的物质之一，人类吸入肺部的氧气通过血液输送的身体各个部位，维持细胞正常的氧气供给。通常来说，组织的血管中血液与氧气的结合程度可以反映组织的氧合情况，可以同监测组织氧饱和度这一指标来动态反映组织的氧合情况。组织氧饱和度是人体局部微循环的重要参数，它衡量的是人体组织中微静脉、微动脉中血氧含量的加权平均，组织中大约60％到70％的氧气供应是通过微循环扩散产生的，可以看出氧气的正常供应是微循环正常的前提。组织的稳态需要微循环来调节血流和输送氧气来维持，稳态不平衡导致的局部供氧量不足会诱发组织的病变。糖尿病人足部循环障碍、肿瘤形成、皮瓣移植等过程会引起组织局部微循环改变，从而导致组织氧饱和度的改变。除此之外，在脑组织氧含量的监测、肌肉组织氧含量的监测等方面也都需要实时有效的获得组织氧饱和度，以便获得有关组织生理和病理的信息并采取相应的治疗措施。
[0003]在临床医学中，血氧饱和度是判断人体呼吸系统是否正常以及判断人体生物组织循环系统是否处于缺氧状态的一项重要参数，在对人体潜在病情诊断、健康监护、医疗康复等过程中发挥着不可替代的作用。
[0004]大多数情况下，人体组织发生循环障碍导致人体机能缺氧，将会对人体的神经系统和运动机能带来非常严重的损害且具有不可修复性，如脑部组织缺氧等。
[0005]近红外光谱技术是一种广泛应用于评估组织代谢的无创光学技术，它可以表征微循环对氧气的运输和利用。随着科学技术的发展，人们把650
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950nm的近红外光被称为生物组织的光学窗口。近红外光谱技术在组织氧、血氧等监测方面已有40多年的历史。传统的血氧仪是利用光电容积脉搏波来测量动脉中的血氧饱和度，该指标用来衡量病人呼吸状况。但光电容积脉搏波测量技术无法测量静脉的血氧饱和度，也不适合在没有脉搏波的部位使用。
[0006]在组织氧饱和度监测方面，基于空间分辨光谱(spatially resolved spectroscopy，SRS)的算法得到了广泛的使用。1999年日本滨松公司基于空间分辨光谱的算法研制了一台可以测量组织氧含量相对变化的组织氧监测仪。2000年清华大学丁海曙教授团队打破国外技术垄断，基于SRS的算法自主研发了国产的组织氧监测设备，该设备已经与苏州爱琴公司合作，进行生产和推广。目前，美国爱德华公司退出的组织氧监测仪同样是基于SRS算法的。
[0007]传统空间分辨光谱的组织氧饱和度计算方法假设了组织是均匀的，然而组织并非如此，组织在不同的区域对近红外光的吸收不同。因此，传统空间分辨光谱的组织氧饱和度算法会带来误差。组织氧饱和度探头需要根据不同体重的人来分别设计，这无非增加了成本和使用的复杂度。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统及方法，考虑了组织的不均匀性的缺点，该算法考虑了组织非线性的情况，计算精度高于传统的空间分辨光谱算法得到的组织血氧饱和度。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]本专利技术提供一种自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统，所述系统包括光源模块、驱动模块、监测模块、信号放大模块、信号转换模块、控制模块和计算模块，其中，所述光源模块连接所述驱动模块，所述监测模块连接信号放大模块，所述信号放大模块连接所述信号转换模块，所述控制模块分别与驱动模块、监测模块、信号转换模块相连，并将数据上传到设置在PC机上的计算模块；
[0011]所述光源模块用于发射波长为760nm或840nm的光；
[0012]所述驱动模块用于驱动光源模块中光源发光并按预设时间切换光源；
[0013]所述监测模块由多个探测器组成，用于采集光源到达探测部位后反射的光强信号；
[0014]所述计算模块用于采用决定系数最大法计算监测过程中的组织氧饱和度。
[0015]优选地，所述预设时间为500ms。
[0016]本专利技术还提供基于上述自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统的自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测方法，包括以下步骤：
[0017]步骤1：在监测模块设置n个探测器，将每相邻的五个探测器编为一组；
[0018]步骤2：驱动模块驱动光源模块打开光波长为760nm的光源，关闭波长为840nm的光源；
[0019]步骤3：探测器开始采集光源到达探测部位后反射的光强信号；
[0020]步骤4：探测器采集的光强经信号放大模块放大，经信号转换模块将光信号转化为电信号后传输给控制模块，然后上传给PC机上的计算模块；
[0021]步骤5：计算模块对第一组探测器监测数据进行线性回归，得到第一组探测器监测数据在760nm光源下对应的斜率k1和决定系数
[0022]步骤6：驱动模块按预设时间驱动光源模块打开波长为840nm的光源，关闭波长为760nm的光源，重复步骤3～步骤4，计算模块对第一组探测器监测数据进行线性回归，得到第一组探测器监测数据在840nm光源下对应的斜率k2和决定系数
[0023]步骤7：整个监测过程依此循环得到n
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4个决定系数和n
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4个决定系数将决定系数和决定系数分别最大时对应的斜率k1和斜率k2用于求解监测过程中的组织氧饱和度。
[0024]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0025]本专利技术自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测方法考虑了组织的不均匀性的缺点，该算法考虑了组织非线性的情况，计算精度高于传统的空间分辨光谱算法得到的组织血氧饱和度，可无创监测组织氧饱和度，减轻了病人痛苦的同时也避免了有床监测带来的交叉感染的缺点。
[0026]本专利技术自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统，相比现有的血氧监测仪，
双波长血氧探头可根据不同体重的人来分别设计，以自适应不同体重的人，适用性广；该系统可适用于监测肌氧、脑氧等领域，也可应用于游离皮瓣术后监测、糖尿病人足部循环问题监测、肿瘤形成机制与氧饱和度的关系的研究等领域。
附图说明
[0027]图1为本专利技术组织氧饱和度监测系统的系统框图。
[0028]图2为本专利技术组织氧饱和度监测系统各模块之间连接的电路原理图。
[0029]图3为本专利技术实施例监测过程计算的组织氧饱和度的变化图。
具体实施方式
[0030]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限定本专利技术的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
[0031]传统的空间分辨光谱技术(SRS)的原理中光子在组织中的行为可以使用扩散近似方程来描述。假设组织是半无限大的均匀介质，光源发出的信号是冲激函数，那么在组织表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统，其特征在于，所述系统包括光源模块、驱动模块、监测模块、信号放大模块、信号转换模块、控制模块和计算模块，其中，所述光源模块连接所述驱动模块，所述监测模块连接信号放大模块，所述信号放大模块连接所述信号转换模块，所述控制模块分别与驱动模块、监测模块、信号转换模块相连，并将数据上传到设置在PC机上的计算模块；所述光源模块用于发射波长为760nm或840nm的光；所述驱动模块用于驱动光源模块中光源发光并按预设时间切换光源；所述监测模块由多个探测器组成，用于采集光源到达探测部位后反射的光强信号；所述计算模块用于采用决定系数最大法计算监测过程中的组织氧饱和度。2.根据权利要求1所述的自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统，其特征在于，所述预设时间为500ms。3.基于权利要求1～2任一项所述的自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测系统的自适应空间分辨光谱的组织氧饱和度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在监测模块设置n...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦龙，张峰，时欢，张书文，侯猛，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：