CN105748089B - 一种氧供参数监测方法及监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种氧供参数监测方法，通过置于食管内的Hb‑SO2传感器透过食管壁检测相邻降主动脉内血液的光密度OD和光密度变化量△OD，经过相应的计算获得血液的血红蛋白浓度。本发明还公开了所用的检测装置。本发明能像监测SpO2一样对围术期患者的血红蛋白浓度甚至氧供进行常规监测，有助于将患者氧供维持在安全范围内，以避免缺氧性损伤，大幅提高麻醉和手术的安全性，同时还起到减少复杂有创监测的使用频率和降低麻醉医师工作强度的事倍功半的作用。

Description

一种氧供参数监测方法及监测装置
技术领域
本发明涉及医疗领域，尤其涉及一种氧供参数的检测方法及检测装置。
背景技术
围术期失血、心肺功能障碍都会导致机体氧供的下降，实时监测与维持氧供是防止围术期发生氧债及缺氧性损伤的上策，氧供是临床医师根据患者实际心输出量(CO)，动脉血氧饱和度(SaO2)及血红蛋白含量(Hb)三种不同的测量结果估算出来的机体的每分钟供氧的毫升数。除SaO2可以用常规脉搏氧饱和度监测外，CO属特殊监测,需要放置特殊肺动脉漂浮导管或PiCCO导管，存在较高的风险和费用，需要充足的时间，Hb只能抽取血样分析获得。目前还没有一种能提供连续氧供参数监测的方法和装置。
发明内容
本发明旨在提供一种氧供参数监测方法，能像监测SpO2一样对围术期患者的血红蛋白浓度甚至氧供进行常规监测，有助于将患者氧供维持在安全范围内，以避免缺氧性损伤，大幅提高麻醉和手术的安全性，同时还起到减少复杂有创监测的使用频率和降低麻醉医师工作强度的事倍功半的作用。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：
本发明公开的氧供参数监测方法，包括以下步骤：
步骤1、通过置于食管内的Hb-SO2传感器透过食管壁检测相邻降主动脉内血液的光密度OD和光密度变化量△OD，所述Hb-SO2传感器发射三束波长不同的近红外光；
步骤2、采用式(1)、式(2)分别计算血液中还原血红蛋白浓度变化量ΔCHHb、氧和血红蛋白浓度变化量
式(1)、式(2)中：λ1、λ2分别为步骤1中两束波长不同的近红外光的波长，为还原血红蛋白对波长为λ1的近红外光的消光系数，还原血红蛋白对波长为λ2的近红外光的消光系数，为氧和血红蛋白对波长为λ1的近红外光的消光系数，为氧和血红蛋白对波长为λ2的近红外光的消光系数,为血液对波长为λ1的近红外光的光密度变化量，为血液对波长为λ2的近红外光的光密度变化量，r为检测间距，DPF为差分路径因子；
采用式(3)计算血液中血浆浓度变化量
采用式(4)计算血液中的血红蛋白浓度Hb，
式(3)、式(4)中：ΔODλ3为血浆对波长为λ3的近红外光的光密度变化量，为血浆对波长为λ3的近红外光的消光系数，λ3为步骤1中第三束近红外光的波长，ΔCHb为总的血红蛋白浓度变化量，ΔCH2O为血浆浓度变化量，为实测Hb基础值，为实测血浆浓度基础值。
优选的，在步骤1中，还包括背景光信号消除，所述背景光信号消除采用如下两种方式之一：
方式一、通过两个时间点之间所检测光路径上的OD值相减以消除背景光信号；
方式二、增加光检测器数量，以距离光源近的光检测器检测具体的背景光信号加以消除。
所述光检测器至少一个，当光检测器为一个时，测量两个时间点的OD值，相减后得到△OD；当光检测器为两个或两个以上时，距离光源近的光检测器用于检测背景光信号，用距离光源远的光检测信号减去背景光信号得到△OD，即采用输入实测基础值作为检测Hb的初始定标，采用输入实测基础值作为检测血浆浓度的初始定标。
进一步的，在步骤2之后还包括：
步骤3、采用式(5)计算氧饱和度SaO2，
式(5)中：ΔCHHb为还原血红蛋白浓度变化量、为氧和血红蛋白浓度变化量。
进一步的，在步骤3之后还包括：
步骤4、采用式(6)计算氧含量CaO2，
CaO2＝f·(Hb×SaO2) (6)
步骤5、采用式(7)计算氧供DO2，
DO2＝CaO2×CO (7)
式(6)、式(7)中，f为单位重量的血红蛋白完全氧合时所结合的氧量，为一常数；Hb为血红蛋白浓度，SaO2为氧饱和度，CaO2为氧含量，CO为心输出量。
优选的，所述心输出量CO的获得方法如下：通过插入食道的超声多普勒探头检测降主动脉血流数据流，所述降主动脉血流数据流包括速度时间积分VTI，VAS和HR，采用式(8)计算得到，
CO＝k·(VTI×CSA×HR) (8)
式(8)中：VTI为降主动脉多普勒血流频谱的速度时间积分；CSA为降主动脉横截面积；HR为心率；k表示由降主动脉血流量转换为CO的转换系数，为一常数。
优选的，在步骤1中，所述Hb-SO2传感器与超声多普勒探头通过口腔或鼻腔置入食道，在血流信号的引导下，使Hb-SO2传感器正对降主动脉。
优选的，三束近红外光的波长分别为：λ1、λ2为600～1000nm，λ3为1000～1400nm。
本发明还公开了一种检测装置，包括Hb-SO2传感器、处理器、监视器，所述Hb-SO2传感器包括近红外光源、光检测器、传感器导线，所述光检测器通过传感器导线与处理器电连接，所述处理器与监视器电连接。
优选的，所述近红外光源包括三束波长不同的近红外光，其中λ1、λ2波长范围为600～1000nm，λ3波长范围为1000～1400nm。所述光检测器包括400～1300nm的双波段光电二极管，光检测器有一个或多个。获取准确血液Hb取决于有效背景光吸收的消除方法，所述背景光信号消除采用的方法为如下两种之一：
a、通过两个时间点之间所检测光路径上的OD值相减以消除背景光信号；
b、增加光检测器数量，以距离光源近的光检测器检测背景光信号加以消除。采用输入实测基础值作为检测Hb的初始定标，采用输入实测基础值作为检测血浆浓度的初始标定。通过检测基于基础光吸收的变化来消除反射光路径上无法测量的散射光，以保证测量的准确性。
进一步的，所述处理器固化有滤波模块和数据处理模块。
本发明的Hb-SO2传感器可与超声多普勒探头或其他降主动脉血流检测传感器相组合，通过口腔或鼻腔置入食道，在血流信号的引导下，使Hb-SO2装置传感器正对降主动脉，实现降主动脉血液中Hb含量、血氧饱和度和血流量的实时无损测量，通过装置内的计算模块根据实时Hb，SO2和流量测定值自动计算出实时的DO2数值或较基础值变化的DO2变化值/率等氧供相关参数，以数字和图形等方式实时显示供临床参考。
本发明的Hb-SO2传感器也可单独通过口腔或鼻腔置入食道，在血流信号的引导下，使Hb-SO2传感器正对降主动脉，实现降主动脉血液中Hb含量、血氧饱和度实时无损测量，以及基于交流分量(AC)变化分析的血流量高、中、低水平。通过装置内的计算模块根据实时Hb，SO2和流量水平自动计算出实时的DO2水平(高、中、低)或较基础值变化的DO2变化值/率等氧供相关参数，以数字和图形等方式实时显示供临床参考。
本发明的Hb-SO2传感器除了可单独放入食道检测、或与食道超声多普勒探头组合放入食道，还可与胃管、食道温度探头等可置入食道的装置相组合，帮助Hb-SO2传感器放入食道。
本发明能像监测SpO2一样对围术期患者的血红蛋白浓度甚至氧供进行常规监测，有助于将患者氧供维持在安全范围内，以避免缺氧性损伤，大幅提高麻醉和手术的安全性，同时还起到减少复杂有创监测的使用频率和降低麻醉医师工作强度的事倍功半的作用。
附图说明
图1为Hb-SO2传感器放入食道内的位置示意图；
图2为Hb-SO2传感器的局部放大图；
图3为PPG信号波形示意图；
图中：1-Hb-SO2传感器、2-心脏、3-食道、4-传感器导线、5-近红外光源、6-光检测器、7-降主动脉。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。
本发明公开的氧供参数监测方法，具体实现如下：
本发明公开的氧供参数监测方法，包括以下步骤：
步骤1、通过置于食管内的Hb-SO2传感器透过食管壁检测相邻降主动脉内血液的光密度OD和光密度变化量△OD，所述Hb-SO2传感器发射三束波长不同的近红外光；
步骤2、采用式(1)、式(2)分别计算血液中还原血红蛋白浓度变化量ΔCHHb、氧和血红蛋白浓度变化量
式(1)、式(2)中：λ1、λ2分别为步骤1中两束波长不同的近红外光的波长，为还原血红蛋白对波长为λ1的近红外光的消光系数，还原血红蛋白对波长为λ2的近红外光的消光系数，为氧和血红蛋白对波长为λ1的近红外光的消光系数，为氧和血红蛋白对波长为λ2的近红外光的消光系数,为血液对波长为λ1的近红外光的光密度变化量，为血液对波长为λ2的近红外光的光密度变化量，r为检测间距，DPF为差分路径因子；
采用式(3)计算血液中血浆浓度变化量
采用式(4)计算血液中的血红蛋白浓度Hb，
式(3)、式(4)中：ΔODλ3为血浆对波长为λ3的近红外光的光密度变化量，为血浆对波长为λ3的近红外光的消光系数，λ3为步骤1中第三束近红外光的波长，ΔCHb为总的血红蛋白浓度变化量，为血浆浓度变化量。为实测Hb基础值，为实测血浆浓度基础值。
优选的，在步骤1中，还包括背景光信号消除，所述背景光信号消除采用
如下两种方式之一：
方式一、由于两个检测时间点之间的背景光信号不发生改变，可通过两个时间点之间所检测光路径上的OD值相减以消除背景光信号；
方式二、增加光检测器数量，以距离光源近的光检测器检测具体的背景光信号加以消除。
具体的，光检测器至少一个，当光检测器为一个时，测量两个时间点的OD值，相减后得到△OD；当光检测器为两个或两个以上时，距离光源近的光检测器用于检测背景光信号，用距离光源远的光检测信号减去背景光信号得到△OD，即采用输入实测基础值作为检测Hb的初始定标，采用输入实测基础值作为检测血浆浓度的初始定标。
进一步的，在步骤2之后还包括：
步骤3、采用式(5)计算氧饱和度SaO2，
式(5)中：ΔCHHb为还原血红蛋白浓度变化量、为氧和血红蛋白浓度变化量。
进一步的，在步骤3之后还包括：
步骤4、采用式(6)计算氧含量CaO2，
CaO2＝f·(Hb×SaO2) (6)
步骤5、采用式(7)计算氧供DO2，
DO2＝CaO2×CO (7)
式(6)、式(7)中，f为单位重量的血红蛋白完全氧合时所结合的氧量，为一常数；Hb为血红蛋白浓度，SaO2为氧饱和度，CaO2为氧含量，CO为心输出量。
优选的，所述心输出量CO的获得方法如下：通过插入食道的超声多普勒探头检测降主动脉血流数据流，所述降主动脉血流数据流包括速度时间积分VTI，CAS和HR，采用式(8)计算得到，
CO＝k·(VTI×CSA×HR) (8)
式(8)中：VTI为降主动脉多普勒血流频谱的速度时间积分；CSA为降主动脉横截面积；HR为心率；k表示由降主动脉血流量转换为CO的系数，为一常数。
优选的，在步骤1中，所述Hb-SO2传感器与超声多普勒探头通过口腔或鼻腔置入食道，在血流信号的引导下，使Hb-SO2传感器正对降主动脉。
优选的，三束近红外光的波长分别为：λ1、λ2为600～1000nm，λ3为1000～1400nm，一组实际选用的波长值为：λ1＝660nmnm、λ2＝940nmnm、λ3＝1100nmnm。
如图1、图2所示，本发明还公开了一种检测装置，包括Hb-SO2传感器1、传感器导线4、处理器、监视器，Hb-SO2传感器1包括近红外光源5、光检测器6，光检测器6通过传感器导线4与处理器电连接，处理器与监视器电连接；近红外光源5包括三束波长不同的近红外光，其中λ1、λ2范围为600～1000nm，λ3范围为1000～1400nm，一组实际选用的波长值为：λ1＝660nmnm、λ2＝940nmnm、λ3＝1100nmnm。
光检测器6包括400～1300nm的双波段光电二极管，光检测器6有一个或多个，光检测器6均位于近红外光源5同一侧，当光检测器6有两个或两个以上时，每个光检测器6与近红外光源5距离不同；处理器固化有滤波模块和数据处理模块。
使用时，Hb-SO2传感器1单独或与食道超声多普勒探头、胃管等装置经口腔或鼻孔进入食管3，Hb-SO2传感器1与降主动脉7正对，Hb-SO2传感器1贴于靠近降主动脉7而远离心脏2的食管3侧壁。
如图3所示，使用稳定的降主动脉NIRS信号中的直流分量(DC)信号作为Hb和SaO2检测的基础，避免呼吸、心脏大血管搏动等运动伪像对测量的影响。
使用AC分量的波形或超声多普勒血流信号帮助将位于食管内的Hb-SO2传感器1正对降主动脉7，保证检测Hb、SO2和血流量的NIRS信号主要来自降主动脉血液光吸收信号。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种氧供参数监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、读取Hb-SO2传感器传送的相邻降主动脉内血液的光密度OD和光密度变化量△OD，所述Hb-SO2传感器发射三束波长不同的近红外光；
步骤2、采用式（1）、式（2）分别计算血液中还原血红蛋白浓度变化量、氧和血红蛋白浓度变化量，
（1）
（2）
式（1）、式（2）中：λ1、λ2分别为步骤1中两束波长不同的近红外光的波长，为还原血红蛋白对波长为λ1的近红外光的消光系数，还原血红蛋白对波长为λ2的近红外光的消光系数，为氧和血红蛋白对波长为λ1的近红外光的消光系数，为氧和血红蛋白对波长为λ2的近红外光的消光系数,为血液对波长为λ1的近红外光的光密度变化量，为血液对波长为λ2的近红外光的光密度变化量，r为检测间距，DPF为差分路径因子；
采用式（3）计算血液中血浆浓度变化量，
（3）
采用式（4）计算血液中的血红蛋白浓度，
（4）
式（3）、式（4）中：为血浆对波长为λ3的近红外光的光密度变化量，为血浆对波长为λ3的近红外光的消光系数，λ3为步骤1中第三束近红外光的波长，为总的血红蛋白浓度变化量，为血浆浓度变化量， 为实测Hb基础值，为实测血浆浓度基础值；
步骤3、采用式（5）计算氧饱和度SaO2，
(5)
式（5）中：为还原血红蛋白浓度变化量、为氧和血红蛋白浓度变化量；
步骤4、采用式（6）计算氧含量CaO2，
CaO2=f·(Hb×SaO2) (6)
步骤5、采用式（7）计算氧供DO2，
DO2=CaO2×CO (7)
式（6）、式（7）中，f为单位重量的血红蛋白完全氧合时所结合的氧量，为一常数；Hb为血红蛋白浓度，SaO2为氧饱和度，CaO2为氧含量，CO为心输出量；
所述心输出量CO的获得方法如下：读取食道超声多普勒探头检测降主动脉血流数据流，所述降主动脉血流数据流包括速度时间积分VTI、CSA和HR，采用式（8）计算得到，
CO=k·（VTI×CSA×HR） （8）
式（8）中：VTI为降主动脉多普勒血流频谱的速度时间积分；CSA为降主动脉横截面积；HR为心率；k表示由降主动脉血流量转换为CO的转换系数，为一常数。
2.根据权利要求1所述的氧供参数监测方法，其特征在于，在步骤1中，还包括背景光信号消除，所述背景光信号消除采用如下两种方式之一：
方式一、通过两个时间点之间所检测光路径上的OD值相减以消除背景光信号；
方式二、增加光检测器数量，以距离光源近的光检测器检测背景光信号加以消除。
3.根据权利要求1所述的氧供参数监测方法，其特征在于，三束近红外光的波长分别为：λ1、λ2为600～1000nm ，λ3为1000～1400nm。
4.适用于如权利要求1-3任一项所述的氧供参数监测方法的检测装置，其特征在于，包括Hb-SO2传感器、处理器、监视器，所述Hb-SO2传感器包括近红外光源、光检测器、传感器导线，所述光检测器通过传感器导线与处理器电连接，所述处理器与监视器电连接。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述近红外光源包括三束波长不同的近红外光，其中λ1、λ2波长范围为600～1000nm ，λ3波长范围为1000～1400nm，所述光检测器包括400～1300nm的双波段光电二极管，光检测器至少一个。
6.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述处理器固化有滤波模块和数据处理模块。
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