CN108143426A - 脑组织血氧饱和度精准监测传感器及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种脑组织血氧饱和度精准监测传感器及其监测方法，传感器包括通过柔性连接体(3)相互连接的监测柱(1)和信号连接器(2)，所述监测柱(1)上设有至少一个光发射单元(4)和至少一个光接收单元(5)，所述光发射单元(4)和光接收单元(5)位于所述监测柱(1)的侧孔(7)内。本发明与现有技术相比，在重型颅脑损伤患者脑组织监测上具有以下突出优点：1.无头皮和头骨中血氧饱和度的干扰；2.不受头皮厚度和颅骨厚度影响；3.不受位置限制，对于脑损伤患者可以在靠近损伤脑组织附近监测；4.在检测血氧饱和度的同时也可以监测其他生理参数，如颅内压等。
Description
技术领域
本发明涉及脑组织血氧饱和度参数的获取，具体涉及一种脑组织血氧饱和度精准监测传感器及其监测方法。
背景技术
研究文献显示，颅脑创伤后继发性脑缺氧是病情加重甚至死亡的重要原因，也是影响预后的主要因素之一。尤其在重型颅脑外伤，脑缺血缺氧的发生率高达90％。早期发现并及时处理，可将继发性脑损害减少到最低程度。临床常用的动脉血氧饱和度(SaO2)，脉搏血氧饱和度(SpO2)监测正常并不代表rScO2也正常，同时这些监测方法也不能连续监测脑组织中真正的供氧情况，不能对脑供氧进行动态监测。
近年来出现的无创血氧饱和度监测，其基本原理：采用波长为620nm到780nm的红光和780nm到1200nm的近红外光，其中使用最多方案的是采用660nm红光和940nm近红外光。根据氧合血红蛋白(HbO2)对660nm红光吸收量较少，而对940nm红外光吸收量较多；还原血红蛋白(HbR)则反之，用分光光度法测定红外光吸收量与红光吸收量之比值，就能确定血红蛋白的氧合程度。上述方法已经成熟的使用在了指尖血氧饱和度监测上，其方案是发射光源和光接收器分别位于组织的两侧，即发射的光源直接透射过组织后到达光接收器。国际如Masimo公司的指尖血氧探头Reusable Sensors，国内如Midry公司的手持血氧仪PM60
由于一些机体组织体积和厚度比较大，光线无法透射过组织，如大脑、肝脏等。近几年出现的散射式或反射式方案逐渐被采用：发射光源和光接收器分别位于组织的同一侧，光入射到人体组织上，经过透射、散射和反射后被光接收器获得，经过一系列的计算，可以得到有关组织中血液的氧合状况数据。该方案可持续无创监测脑组织的血红蛋白氧饱和度(rStO2)，文献显示其测量结果和脑内血流量相关。现有全球比较知名的脑血氧饱和度监测产品包括：日本Hamamatsu Photo-nics公司的NIRO-300，美国Medtronic公司的INVOS5100和美国CASMED公司的FORE-SIGHT。国内也有多家公司生产，如重庆名希的脑氧无创监测仪、合肥安恒光电有限公司的近红外组织血氧参数无损监测仪等。这些用于脑血氧饱和度监测的产品都具有相近的检测原理，即都是通过贴于前额的近红外传感器无创监测脑血氧饱和度。如图1所述，通过一个发光元器件和两个间距不同的光感受器组成一个检测单元，离发光元器件最近的光感受器主要检测头皮和颅骨部位的光吸收程度，离发光元器件远的感受器检测头皮、颅骨和脑组织的光吸收程度，通过一定的算法可计算出脑组织的血氧饱和度。
大量的文献查询，发现目前无创脑血氧饱和度监测产品在实际临床使用中有明显的问题尚未解决，例如：1.监测深度不够，光线只深入头皮下2-3厘米，大脑深处的情况无法监测到；2.传感器只能放在无头发遮挡的大脑前额，只能固定监测部分大脑前额叶的局部血氧饱和度，无法从大脑侧部或后部进行监测；3.不同厂家的产品，光发射单元和两个光感受器距离设计不同，导致测量获得的绝对值差异大，只能观测到脑氧饱和度变化趋势的趋同；4.不同个体，头皮和颅骨厚度不同，导致测量准确值差异大；5.不同时段，相同个体头皮和颅骨血氧饱和度不同，测量误差不同。
以上问题导致现有的无创脑血氧饱和度监测仪几乎只能在新生儿身上使用，对于成年人特别是重型颅脑损伤患者、严重脑出血患者、脑肿瘤手术后的患者，其使用准确性无法满足临床需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脑组织血氧饱和度精准监测传感器及其监测方法，解决目前用于监测脑组织血氧饱和度的传感器的问题：1.检测深度不够导致获取的数据太片面；2.可监测的脑部区域太窄；3.监测到的数据受传感器和被测者头皮和颅骨等因素影响过多；4.检测数据单一。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种脑组织血氧饱和度精准监测传感器，包括通过数据导线相互连接的监测柱和信号连接器，所述监测柱上设有至少一个光发射单元和至少一个光接收单元，所述光发射单元和光接收单元位于所述监测柱的侧孔内，所述监测柱和柔性连接体内设有导线通道，所述导线通道内有导线，所述导线将信号连接器分别与光发射单元、光接收单元连接。
进一步的，所述侧孔内安装有一个光发射单元和一个光接收单元。
进一步的，为了扩大监测区域，所述侧孔内安装有两个光发射单元和一个光接收单元，该一个光接收单元设置在两个光发射单元之间。
进一步的，所述侧孔内安装有一个光发射单元和两个光接收单元，该一个光发射单元设置在两个光接收单元之间。
进一步的，为了扩大监测区域，所述监测柱上有至少一个备用侧孔，所述备用侧孔内安装有备用传感单元。
进一步的，所述备用传感单元为备用光发射单元、备用光接收单元、压力传感单元、温度传感单元、pH值传感单元、氧分压传感单元，酮酸传感单元、乳酸传感单元、脑血流传感单元中的一种或多种，并且均是通过柔性连接体内的导线通道，经信号连接器处与外部通信。
进一步的，所述信号连接器通过有线或无线方式和信号采集处理终端通信。
进一步的，监测柱上的一个光发射单元和一个光接收单元是沿监测柱的轴向排列。
进一步的，一个光发射单元和一个光接收单元构成一个血氧饱和度检测单元，一个监测柱上的血氧饱和度检测单元有两个以上，且均匀的环绕监测柱排列设置。
进一步的，柔性连接体上有刻度，每一刻度代表了该刻度离监测柱最远端的距离，以便于准确定位监测柱植入的深度。
一种脑组织血氧饱和度精准监测的方法，包括以下步骤：
步骤一，使用前述的所述脑组织血氧饱和度监测传感器，将信号连接器和信号采集处理终端信号连接；
步骤二，将监测柱插入到大脑组织待测位置的旁边，让光发射单元和光接收单元朝向待测位置；
步骤三，发射单元交替发射出两种波长在600nm至1100nm范围的光；
步骤四，通过光接收单元接收经过脑组织待测位置后回来的光；
步骤五，光接收单元接收到光，将光信号转换成电信号通过信号连接器传输至信号采集处理终端进行计算，得出监测结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明与现有技术相比，在重型颅脑损伤患者、严重脑出血患者、脑肿瘤手术后的患者脑组织监测上具有以下突出优点：1.无头皮和头骨中血氧饱和度的干扰；2.不受头皮厚度和颅骨厚度影响，不受个体颅骨形状不同的影响；3.不受位置限制，对于脑损伤患者可以在靠近损伤脑组织附近监测；4.在检测血氧饱和度的同时也可以监测其他生理参数，如颅内压等。
附图说明
图1为现有技术中较为常用的检测方式。
图2为本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的结构示意图。
图3为图2所示本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的检测方式。
图4为本发明中光发射单元和光接收单元设置位置之一示意图。
图5为本发明中光发射单元和光接收单元设置位置之二示意图。
图6为本发明中光发射单元和光接收单元设置位置之三示意图。
图7为本发明中光发射单元和光接收单元设置位置之四示意图。
图8为本发明中光发射单元和光接收单元设置位置之五示意图。
图9为本发明中监测柱的结构示意图。
图10为本发明中柔性连接体上的刻度环位置示意图。
图11为本发明中信号连接器的连接示意图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
与图1所示现有技术相对比，如图2和图3示出了本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的一个实施例：一种脑组织血氧饱和度精准监测传感器，包括通过柔性连接体3相互连接的监测柱1和信号连接器2，所述监测柱1上设有至少一个光发射单元4和至少一个光接收单元5，所述光发射单元4和光接收单元5位于所述监测柱1的侧孔7内，所述监测柱1和柔性连接体3内设有导线通道，所述导线通道内有导线，所述导线将信号连接器2分别与光发射单元4、光接收单元5连接。
根据本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的一个基本实施例：一种脑组织血氧饱和度精准监测传感器，包括通过柔性连接体3相互连接的监测柱1和信号连接器2，所述监测柱1上设有一个光发射单元4和一个光接收单元5，所述光发射单元4和光接收单元5位于所述监测柱1的侧孔7内，所述监测柱1和柔性连接体3内设有导线通道，所述导线通道内有导线，所述导线将信号连接器2分别与光发射单元4、光接收单元5连接。
本实施例中，如图4和图5所示，光发射单元4和光接收单元5均设置一个，即可基本实现对脑组织血氧饱和度精准监测所用。
图6示出了本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的另一个实施例，为了扩大监测区域，所述侧孔7内安装有两个光发射单元4和一个光接收单元5，该一个光接收单元5设置在两个光发射单元4之间。
图7示出了本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的另一个实施例，为了扩大监测区域，所述侧孔7内安装有一个光发射单元4和两个光接收单元5，该一个光发射单元4设置在两个光接收单元5之间。
根据本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的一个优选实施例，为了让医生能够快速掌握更多的脑内更多数据，所述监测柱1上有至少一个备用侧孔6，所述备用侧孔6内安装有备用传感单元。
上述备用传感单元为备用光发射单元、备用光接收单元、压力传感单元、温度传感单元、pH值传感单元、氧分压传感单元，酮酸传感单元、乳酸传感单元、脑血流传感单元中的一种或多种，并且均是通过柔性连接体3内的导线通道，经信号连接器2处与外部通信。
根据本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的一个优选实施例，所述信号连接器2通过有线或无线方式和信号采集处理终端8通信。
图4-图7还示出了本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的一个优选实施例，监测柱1上的一个光发射单元4和一个光接收单元5是沿监测柱1的轴向排列，以确保接收单元能最多的接收到光信号。
图8示出了本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的一个优选实施例，一个光发射单元4和一个光接收单元5构成一个血氧饱和度检测单元，一个监测柱1上的血氧饱和度检测单元有两个以上，且均匀的环绕监测柱1排列设置，以确保能360度监测脑血氧饱和度。
在尺寸大小方面，本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器，其监测柱1的长度可以是长度约为25mm、直径为2毫米、壁厚0.3mm的TA1材质圆管，侧孔7的尺寸为1.5mm*1.5mm。
如图9所示，监测柱1一端封闭为光滑的圆头；从圆头端开始，第一侧孔7内安装一个半桥式压力芯片9，第二个侧孔7安装一个660nm和940nm双波长LED发光二极管10，第三个侧孔7安装一个检测波长范围在600nm到1100nm的光电管11；第一个侧孔7中心距离圆头端2mm，第二侧孔7中心距离第一个侧孔7中心2mm，第三个侧孔7中心距离第二个侧孔7中心16mm，监测柱1内的导线a、b、c为压力芯片供电和反馈压力信号，导线d、e为双波长二极管供电，导线f、g反馈光电管的电信号。三个侧孔7上都覆盖有生物相容性的透明硅胶，控制硅胶厚度在0.05mm至0.15mm以保证：1.外界的液体或组织不会进入管腔内，而引起短路或漏电；2.外界的压力能专递到压力芯片上；3.LED二极管的光不受影响的射出；4.光电管能不受影响的接收到光。
根据本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器的一个优选实施例，柔性连接体3可以选择直径1.3mm内径1mm的尼龙管，柔性连接体3伸入监测柱1的管腔内约4mm，在其两者连接处用环氧胶连接；从监测柱1管腔内的7根导线经尼龙管的管腔连接到信号连接器2内的电路板上；如图10所示，尼龙管外壁上有刻度环12，离监测柱圆头端最远的刻度环代表5cm长度，依次代表4cm、3cm；在使用时可以通过观察尼龙管上的刻度确定传感器植入的深度。
图11示出了本发明中的信号连接器2，从柔性连接体3过来的7根导线连接到信号连接器2内的电路板上，电路板上有排针可与外部处理系统连接，信号通过排针传输。
本发明还给出了一种脑组织血氧饱和度精准监测的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一，使用上述各实施例所述的脑组织血氧饱和度精准监测传感器，将信号连接器2和信号采集处理终端8信号连接；
步骤二，将监测柱1插入到大脑组织待测位置的旁边，让光发射单元4和光接收单元5朝向待测位置；
步骤三，发射单元4交替发射出两种波长在600nm至1100nm范围的光；
步骤四，通过光接收单元5接收经过脑组织待测位置后回来的光；
步骤五，光接收单元5接收到光，将光信号转换成电信号通过信号连接器2传输至信号采集处理终端进行计算，得出监测结果。
本发明脑组织血氧饱和度精准监测传感器，可以直接进入脑组织，可以消除头皮和头骨的干扰，直接测得局部脑组织的血氧饱和度，同时传感器还能监测其他生理参数，为医护人员提供更全面的脑组织生理数据。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (10)
1.一种脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：包括通过柔性连接体(3)相互连接的监测柱(1)和信号连接器(2)，所述监测柱(1)上设有至少一个光发射单元(4)和至少一个光接收单元(5)，所述光发射单元(4)和光接收单元(5)位于所述监测柱(1)的侧孔(7)内，所述监测柱(1)和柔性连接体(3)内设有导线通道，所述导线通道内有导线，所述导线将信号连接器(2)分别与光发射单元(4)、光接收单元(5)连接。
2.根据权利要求1所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：所述侧孔(7)内安装有一个光发射单元(4)和一个光接收单元(5)。
3.根据权利要求1所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：所述侧孔(7)内安装有两个光发射单元(4)和一个光接收单元(5)，该一个光接收单元(5)设置在两个光发射单元(4)之间。
4.根据权利要求1所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：所述侧孔(7)内安装有一个光发射单元(4)和两个光接收单元(5)，该一个光发射单元(4)设置在两个光接收单元(5)之间。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：所述监测柱(1)上有至少一个备用侧孔(6)，所述备用侧孔(6)内安装有备用传感单元。
6.根据权利要求5所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：所述备用传感单元为备用光发射单元、备用光接收单元、压力传感单元、温度传感单元、pH值传感单元、氧分压传感单元，酮酸传感单元、乳酸传感单元、脑血流传感单元中的一种或多种，并且均是通过柔性连接体(3)内的导线通道，经信号连接器(2)处与外部通信。
7.根据权利要求5所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：所述信号连接器(2)通过有线或无线方式和信号采集处理终端(8)通信。
8.根据权利要求5所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：监测柱(1)上的一个光发射单元(4)和一个光接收单元(5)是沿监测柱(1)的轴向排列。
9.根据权利要求5所述的脑组织血氧饱和度监测传感器，其特征在于：一个光发射单元(4)和一个光接收单元(5)构成一个血氧饱和度检测单元，一个监测柱(1)上的血氧饱和度检测单元有两个以上，且均匀的环绕监测柱(1)排列设置。
10.一种脑组织血氧饱和度精准监测的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，使用如权利要求1～9任意一项所述脑组织血氧饱和度监测传感器，将信号连接器(2)和信号采集处理终端(8)信号连接；
步骤二，将监测柱(1)插入到大脑组织待测位置的旁边，让光发射单元(4)和光接收单元(5)朝向待测位置；
步骤三，发射单元(4)交替发射出两种波长在600nm至1100nm范围的光；
步骤四，通过光接收单元(5)接收经过脑组织待测位置后回来的光；
步骤五，光接收单元(5)接收到光，将光信号转换成电信号通过信号连接器(2)传输至信号采集处理终端进行计算，得出监测结果。
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