光学测量血液参数的系统，包括光源和向血液发射光的发射器、获取出射光的光出射器、将出射光分解成其光谱分量的光谱仪和比较出射光形态上不同部分与已知形态的数据库的处理器。每一种已知形态对应于至少一个参数如分析物的测量值。有利地，确定的形态可特定地对应于两个或更多个血液参数，如O2Hb和tHb，允许同时确定两个参数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定血液参数的方法和系统实施(implementation)。具体地,本专利技术涉及利用光谱学同时测量血液分析物。
技术介绍
测量患者血液参数如SO2 (氧饱和度)、O2Hb (氧合血红蛋白百分比)或tHb (总血红蛋白浓度)的标准方法是将光引导进入或穿过血液，从而测量离散波长或跨越基本上连续的光谱范围的光在透射穿过血液或被血液反射后的强度，然后将参数计算为测量强度值的函数。多种因素降低依赖光学测量作为询问方法的已知血液参数监测器的准确度。从光源本身开始，其必须能够产生足够的跨越宽波长范围的给定波长的光，并且其应在仪器寿命中稳定地如此进行。对穿过血液的透射光的观察受血液或组织光学性质的不一致性影响。当利用例如非侵入性装置如指套或耳垂套(cuff)将光引入血液时，皮肤/装置界面的表面差异和包含血液的血管床的组织差异可影响光透射，其最终干扰测量。这些差异通常与组织或血液的光吸收和散射性质有关。多数非侵入性光学监测器准确度下降的一个误差来源是患者运动。人为运动导致光穿过生物组织的路径 长度改变，因此导致检测到的透射或反射光强度改变。测量噪声的数量级可以大到其可使这些装置长期不能工作。该问题在重症医疗应用中尤其严重，此时连续的监测至关重要，并且测量相对于门诊监测是处于生命攸关的应用。另一降低非侵入性光学监测器准确度的因素是皮肤色素沉着。多种现有的光学装置不考虑随着黑色素浓度增加在浅棕色至深棕色范围内的不同皮肤颜色造成的透射光差异。黑色素吸收光谱的峰值在约500nm，随波长增加几乎直线减少。黑色素存在于表皮中。因此，在深棕色皮肤中处于极高浓度时，黑色素可遮蔽真皮中血红蛋白的吸收。即使在棕色减少的皮肤，黑色素吸收叠合于血红蛋白吸收之上，使得任何利用吸收光谱形状产生估测值的算法需要对皮肤色素沉着影响进行补偿。国际专利申请号W000/09004描述了适于测量SO2的光学装置。该装置通过使光穿过生物组织和利用光电探测器连续监测透射或反射输出信号而运转。但是，现有技术装置的一个难点是如下事实:如W000/09004采用有限波长数导致检测信号中的不良信噪比。这降低了 SO2测定的准确度。进一步，这种有限波长技术还较易受环境干扰，如周围荧光照明。减少上述因素影响的一个方法是侵入性地测量SO2或其他血液参数。在这些应用中，光通常通过导管安装或封装的光纤被引入血液。然后，为确定血液吸收光谱而测量的光强度通常是漫反射 而非透射的光的光强度。留置方法(indwelling approach)的优势是利用身体本身隔离测量与 外部光源。这些基于导管的测量的缺陷是需要相对于可信赖的标准进行校准，并且明显需要穿透身体，因此导致医院感染的风险增加。必须采用利用CO-血氧仪或特殊装置如校准装置进行的患者血液实验室测试以确保准确度。但是，额外的床边化学仪器价格昂贵并众所周知地难以维护。无论用于监测血液参数的安排是侵入性或非侵入性，仍存在如下问题:将测量光谱一包括在多个波长下测量的强度值一转换成单个准确值，同时如此进行快到足以可用于实时、连续的患者监测环境。因此仍需要提高采用光学测量技术的血液参数监测器的准确度和可靠性。专利技术概述本专利技术通过提供用于光谱学测量血液参数的留置系统克服了现有技术的问题。该系统包括光源和使光透射至血液的波导、获取出射(remitted)光的波导、将出射光分解为其光谱分量的光谱仪、和将出射光形态上不同的部分与已知形态的数据库进行比较的处理器。每一种已知形态对应于至少一个参数如氧饱和度的测量值。有利地，确定的形态可独特地对应于两个或更多个血液参数，允许同时确定两个参数，如氧合血红蛋白百分比(O2Hb)和总血红蛋白(tHb)。本专利技术在一个实施方式中包括用于光学测量血液参数的系统，并包括光源、波导、光谱仪和处理器。光源被配置以生成跨越宽光谱的光。光源生成的光通过光纤波导被引入血液。出射 光被相邻光纤波导获取，并引至光谱仪。出射光的光谱组成由光谱仪确定。处理器将光谱组成与已知形态的数据库进行比较。每一种已知形态对应于至少一个血液参数的已知值。在另一实施方式中，每一种已知形态由至少三维的参考矩阵限定。并且，每一种已知形态对应于至少两个参数如O2Hb和tHb的已知值。一方面，矩阵具有至少61 X 467 X 101要素的3个维度。第一矩阵维度表示空间波长区域(一个或多个)。另一方面，第二矩阵维度表示O2Hb,而第三维度可表示tHb。因此，矩阵包括6161个与每种相关02Hb和tHb组合有关的独特曲线要素。在另一实施方式中，光源是可见光范围内的宽光谱光源，如白色LED光源。并且，光发射器和接收器是光波导，如光纤。光纤可通过导管被递送至患者血管系统中，从而进入血液。在又一实施方式中，已知形态得自600nm或更小的出射光谱，更优选来自440nm至540nm的出射光谱。可选地或另外地，已知形态可得自715nm至800nm的出射光谱。在另一实施方式中，已知形态由对于O2Hb而言1%或更小和对于tHb而言lg/dL或更小的增量片(incremental slice)的已知曲线插值而来。在另一实施方式中，返回(return)光谱经过滤和修勻(smooth)以抑制嵌入信号的假信息。在又一实施方式中，处理器被配置以施加最小二乘方拟合，以将光谱组成形态上不同的部分与已知形态的数据库进行比较。并且，处理器可利用加权平均值修匀多个已知值。有利地，本专利技术在现场使用过程中不需要间歇性校准，减少常规校准确认中的血液抽取次数和劳动密集度。并且，在生产时无需安装校准杯。而且，多个参数或分析物，如02Hb和tHb,可通过查询形态上不同的曲线而同时测定。在考虑下文描述本专利技术优选和可选实施方式的详细描述和附图时，本专利技术的这些以及其他特征和优势对于本领域技术人员将更加显而易见。附图简述附图说明图1是不同氧合水平的血液在可见光谱跨度内的不同光吸收光谱的线图；图2是本专利技术一个实施方式的系统的主要硬件和软件组件的框图；图3是标准化本专利技术另一实施方式的吸收光谱的方法框图；图4是在可见和NIR光谱内光被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收的线图；图5是本专利技术实施方式的可见光被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白状态反向散射透射的线图；图6是图5曲线的独立的、形态上不同的部分；图7是图6所示曲线之间插值的线图；图8是本专利技术另一实施方式的可见光在形态上不同的波长范围内通过不同Hb浓度水平透射的线图；图9是图8曲线之间的插值的线图；图10是示例本专利技术另一实施方式的参考曲线矩阵的三维本质的示意图；图11是本专利技术另一实施方式的被不同氧合水平的Hb吸收的较长光波长的形态上不同关系的线 图12-19是示例本专利技术实施方式相对于O2Hb和tHb基准测量的性能的实验数据线图；和图20是本专利技术其他实施方式采用不同整合时间的约460nm至530nm波长的出射光谱的线图。专利技术详述下文现将参考本专利技术的具体实施方式对本专利技术进行更充分的描述。事实上，本专利技术可以多种不同的形式实施，不应被解释为限于本文提出的实施方式；相反，这些实施方式被提供以使本公开满足适用的法律规定。如说明书和所附权利要求书中所用，单数形式“a”、“an”、“the”包括复数指代，除非上下文明确另外指定。本文所用术语“包含(comprisi本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·杨，F·哈迪布，
申请(专利权)人：爱德华兹生命科学公司，
类型：
国别省市：
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