CN109924987A - 反射式血氧仪的标定方法、系统和可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反射式血氧仪的标定方法、系统和可读存储介质，属于血氧测量技术领域，通过参考血氧仪监测检测对象的某一检测部位的第一血氧饱和度检测值，在第一血氧饱和度检测值小于或等于预设阈值时，表示检测对象中的血氧饱和度待拟合点数已经达到需求数量，此时可以使用同步获取的反射式血氧仪获取于不同于透射式血氧仪检测的检测部位的第二血氧饱和度检测数据，将两者数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及血氧测量技术领域，特别是涉及一种反射式血氧仪的标定方法、系统和可读存储介质。
背景技术
氧是维持人体生命活动的重要的物质，缺氧会导致许多疾病的产生，严重时甚至会危及人的生命。血液经过肺泡，将氧气与脱氧血红蛋白(Hb)结合，形成氧合血红蛋白(HbO2)，通过心脏收缩和舒张，将其运送到人体各个组织的毛细血管中，释放氧气，为组织新陈代谢所用，所以血氧饱和度是反映人体供氧正常与否的关键性指标。
目前无创血氧饱和度监测已在急救病房，手术室，监护室，患者术后恢复和呼吸睡眠研究方面得到了广泛应用。随着人们生活水平的提高，健康指标越来越成为人们热切关注的焦点之一，作为一种方便监测且意义重大的健康指标检测手段，脉搏血氧仪越来越多的被人们所使用。作为一种能够提供无创、连续、实时的动脉血氧饱和度数据的医学仪器，脉搏血氧仪根据使用传感器的采样方式不同，可以分为透射式和反射式两种。
自1851年Lambert-Beer法则(朗伯-比尔定律)发布至今，透射式血氧技术已经十分成熟，被广泛的运用于各种医疗场景中，但透射式血氧仪光传感器安放的位置比较单一，不可能检测例如胸部，手腕，背部等部位的血氧饱和度的，并且长时间佩戴指夹式或耳夹式血氧检测仪，会导致指尖或耳垂血液流通不畅而造成人体的不适，因此，反射式血氧饱和度算法应运而生。然而目前反射式血氧仪还没有专业的标定仪器，难以对反射式血氧仪进行准确标定。
发明内容
基于此，有必要针对传统的技术难以对反射式血氧仪进行准确标定的问题，提供一种反射式血氧仪的标定方法、系统和可读存储介质。
一种反射式血氧仪的标定方法，包括以下步骤：
获取参考血氧仪对检测对象第一状态下的第一血氧饱和度检测值；
获取反射式血氧仪对检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据；其中，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程；
建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系，根据对应关系对反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行标定。
根据上述反射式血氧仪的标定方法，其是通过参考血氧仪监测检测对象在第一状态下的第一血氧饱和度检测值，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程，在这一过程中，检测对象中的血氧饱和度待拟合点数已经达到需求数量，此时可以使用同步获取的反射式血氧仪获取的检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据，将两者数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
在其中一个实施例中，预设阈值为90％，稳态值为95％～100％。
在其中一个实施例中，获取反射式血氧仪对检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据的步骤包括以下步骤：
获取反射式血氧仪接收的反射光数据，根据反射光数据获取血氧饱和度特征值，其中，反射光数据包括两种不同波长的光数据。
在其中一个实施例中，两种不同波长的光数据分别为红光数据和红外光数据。
在其中一个实施例中，根据反射光数据获取血氧饱和度特征值的步骤包括以下步骤：
确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置，利用三条样条插值对反射光数据的波形波峰和波谷位置相应的数据进行插值计算，获取上包络曲线和下包络曲线；
根据上包络曲线和下包络曲线之间的差值和均值获取血氧饱和度特征值。
在其中一个实施例中，确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置的步骤包括以下步骤：
对两种不同波长的反射光数据进行滤波后获得滤波后数据；
获取滤波后数据的波峰波谷位置；
根据滤波后数据的波峰波谷的位置对反射光数据进行二次定位，确定反射光数据的波形波峰和波谷位置。
在其中一个实施例中，建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系的步骤包括以下步骤：
根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值获取血样饱和度拟合曲线。
在其中一个实施例中，第一状态包括第一子状态和第二子状态；第一子状态包括血氧饱和度从稳态值下降至突变阈值的过程，第二子状态包括血氧饱和度从突变阈值下降至预设阈值的过程；建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系的步骤包括以下步骤：
根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值，分别获取与第一子状态对应的第一血氧饱和度拟合曲线以及与第二子状态对应的第二血氧饱和度拟合曲线。
一种反射式血氧仪的标定系统，包括以下单元：
第一获取单元，用于获取参考血氧仪对检测对象第一状态下的第一血氧饱和度检测值；
第二获取单元，用于获取反射式血氧仪对检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据；其中，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程；
血氧饱和度标定单元，用于建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系，根据对应关系对反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行标定。
根据上述反射式血氧仪的标定系统，第一获取单元通过参考血氧仪监测检测对象的某一检测部位的第一血氧饱和度检测值，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程，在这一过程中，检测对象中的血氧饱和度待拟合点数已经达到需求数量，此时第二获取单元可以使用同步获取的反射式血氧仪获取的检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据，血氧饱和度标定单元将两者数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
在其中一个实施例中，预设阈值为90％，稳态值为95％～100％。
在其中一个实施例中，第二获取单元获取反射式血氧仪接收的反射光数据，根据反射光数据获取血氧饱和度特征值，其中，反射光数据包括两种不同波长的光数据。
在其中一个实施例中，两种不同波长的光数据分别为红光数据和红外光数据。
在其中一个实施例中，第二获取单元确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置，利用三条样条插值对反射光数据的波形波峰和波谷位置相应的数据进行插值计算，获取上包络曲线和下包络曲线；根据上包络曲线和下包络曲线之间的差值和均值获取血氧饱和度特征值。
在其中一个实施例中，第二获取单元对两种不同波长的反射光数据进行滤波后获得滤波后数据；获取滤波后数据的波峰波谷位置；根据滤波后数据的波峰波谷的位置对反射光数据进行二次定位，确定反射光数据的波形波峰和波谷位置。
在其中一个实施例中，血氧饱和度标定单元根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值获取血样饱和度拟合曲线。
在其中一个实施例中，第一状态包括第一子状态和第二子状态；第一子状态包括血氧饱和度从稳态值下降至突变阈值的过程，第二子状态包括血氧饱和度从突变阈值下降至预设阈值的过程；
血氧饱和度标定单元根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值，分别获取与第一子状态对应的第一血氧饱和度拟合曲线以及与第二子状态对应的第二血氧饱和度拟合曲线。
一种可读存储介质，其上存储有可执行程序，可执行程序被处理器执行时实现上述的反射式血氧仪的标定方法的步骤。
上述可读存储介质，通过其存储的可执行程序，可以实现将参考血氧仪和反射式血氧仪的血氧数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
一种反射式血氧仪，包括存储器和处理器，存储器存储有可执行程序，处理器执行可执行程序时实现上述的反射式血氧仪的标定方法的步骤。
上述反射式血氧仪，通过在处理器上运行可执行程序，可以实现将透射式血氧仪和反射式血氧仪的血氧数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
附图说明
图1是其中一个实施例中反射式血氧仪的标定方法的流程示意图；
图2是其中一个实施例中反射式血氧仪的标定系统的结构示意图；
图3是其中一个实施例中反射式血氧仪的结构示意图；
图4是其中一个实施例中透射式血氧仪和反射式血氧仪的结构对比示意图；
图5是其中一个实施例中反射式血氧仪的具体标定流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、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的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例所涉及的术语“第一\第二”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本申请提供的反射式血氧仪的标定方法，可以应用于反射式血氧仪的实际操作的场景中。在正常使用反射式血氧仪测量血氧饱和度之前，使用本申请的反射式血氧仪的标定方法对反射式血氧仪的测量数据进行标定，提高反射式血氧仪测量血氧饱和度的准确性。
参见图1所示，为本发明实施例的反射式血氧仪的标定方法。该实施例中的反射式血氧仪的标定方法，包括如下步骤：
步骤S101：获取参考血氧仪对检测对象第一状态下的第一血氧饱和度检测值；
在本步骤中，可以利用参考血氧仪对检测对象第一状态下的第一血氧饱和度检测值，参考血氧仪可以将第一血氧饱和度检测值的信息发送至反射式血氧仪，具体可以通过有线连接或无线传输的方式发送信息；参考血氧仪可以为透射式血氧仪或者其他标准血氧仪；
步骤S102：获取反射式血氧仪对检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据；其中，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程；
在本步骤中，参考血氧仪和反射式血氧仪的检测部位不同，便于同时进行血氧饱和度检测，第一状态下，参考血氧仪检测得到的第一血氧饱和度检测值下降至一定程度时，同一时间不同部位的血氧饱和度相同，此时使用同时获取的反射式血氧仪对检测对象的第二血氧饱和度检测数据，可以与第一血氧饱和度检测值进行对比参考；
步骤S103：建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系，根据对应关系对反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行标定；
在本步骤中，在血氧饱和度较高时，使用参考血氧仪直接标定反射式血氧仪检测的血氧饱和度会产生偏差，因此可以利用血氧饱和度下降至一定程度后，第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系对反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行修正标定，保证血氧饱和度的准确性。
在本实施例中，通过参考血氧仪监测检测对象在第一状态下的第一血氧饱和度检测值，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程，在这一过程中，检测对象中的血氧饱和度待拟合点数已经达到需求数量，此时可以使用同步获取的反射式血氧仪获取的检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据，将两者数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
需要说明的是，预设阈值可以根据检测精度需要进行自由设置，参考血氧仪对检测对象的第一血氧饱和度检测值可以通过有线连接或无线传输的方式发送至反射式血氧仪，反射式血氧仪的标定方法可以在反射式血氧仪中实现。
进一步的，第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系是在第一血氧饱和度检测值小于或等于预设阈值时确定的。
在一个实施例中，预设阈值为90％，稳态值为95％～100％。
在本实施例中，预设阈值可以设为90％，血氧饱和度在90％以下时可以用透射式血氧仪的血氧饱和度检测值进行标定，血氧饱和度在90％以上时，可以通过血氧饱和度在稳态值下降至90％时两种血氧仪检测数据之间的对应关系，对反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行修正标定，使反射式血氧仪在不同血氧饱和度下均有较高的准确度。
进一步的，预设阈值可以90％的波动范围内，如88％-92％等。第一状态可以通过检测对象憋气实现，检测对象正常呼吸时，血氧饱和度处于稳态，一般稳态值在96％以上，不排除个别特殊情况，检测对象在憋气状态下会消耗组织血液中的氧气，使血氧饱和度下降，第一血氧饱和度检测值小于或等于预设阈值，多次检测得到多个不同的第一血氧饱和度检测值，可以增加检测的数据量，确保检测数据的准确性。
需要说明的是，反射式血氧仪也是在相同条件下检测血氧饱和度，即检测对象处于憋气状态的同时获取第二血氧饱和度数据。
在一个实施例中，反射式血氧仪包括两种不同波长灯管，在反射式血氧仪对检测对象进行检测时，通过两种不同波长灯管发射检测光线；
获取反射式血氧仪对检测对象的第二血氧饱和度检测数据的步骤包括以下步骤：
获取反射式血氧仪接收的反射光数据，根据反射光数据获取血氧饱和度特征值，其中，反射光数据包括两种不同波长的光数据。
在本实施例中，反射式血氧仪利用两种不同波长的灯管发射检测光线，基于动脉血液对不同波长的光的吸收量随脉搏而变化的原理对血氧饱和度进行检测，反射式血氧仪可以接收到组织对检测光线反射后的反射光数据，利用其中两种不同波长的反射光数据进行分析，可以得到血氧饱和度特征值，该血氧饱和度特征值可以与透射式血氧仪的血氧饱和度检测值对应。
在一个实施例中，两种不同波长的光数据分别为红光数据和红外光数据。
在本实施例中，反射式血氧仪可以采用红光灯管和红外光灯管来发射检测光线，在近红外光区，由水、细胞色素等物质引起的吸收与脱氧血红蛋白和氧和血红蛋白相比要小得多，因此，选择波长位于近红外光区的红光和红外光两种光束探测组织时，可以大大减小其他物质吸收光的影响，只反映脱氧血红蛋白和氧和血红蛋白吸收光的影响，通过两种反射光数据可以分析得到血氧饱和度特征值。
在一个实施例中，根据反射光数据获取血氧饱和度特征值的步骤包括以下步骤：
确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置，利用三条样条插值对反射光数据的波形波峰和波谷位置相应的数据进行插值计算，获取上包络曲线和下包络曲线；
根据上包络曲线和下包络曲线之间的差值和均值获取血氧饱和度特征值。
在本实施例中，通过三次样条插值分别对滤波后数据的波峰和波谷位置相应的数据进行插值计算，可以得到反射光数据的上包络曲线和下包络曲线；光通过组织和血管时，可分为非脉动成分(如皮肤、肌肉、骨骼、静脉血等)和脉动成分(如动脉血)，可以将其视为直流量和交流量，上包络曲线和下包络曲线之间的差值可以作为数据交流量，均值可以作为数据直流量，在三次样条插值计算的基础上获取差值和均值，以此计算可以得到较为准确的血氧饱和度特征值。
在一个实施例中，确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置的步骤包括以下步骤：
对两种不同波长的反射光数据进行滤波后获得滤波后数据；
获取滤波后数据的波峰波谷位置；
根据滤波后数据的波峰波谷的位置对反射光数据进行二次定位，确定反射光数据的波形波峰和波谷位置。
在本实施例中，在获取反射光数据以后，需要对其进行滤波，以获得滤除噪音后的有效数据；由于滤波后数据存在延时和变形，基于滤波后波峰波谷的位置对反射光数据进行二次定位，得到准确的波峰波谷位置。
进一步的，滤波包括卡尔曼滤波、高通滤波或低通滤波等。
具体的，在采用红光灯管和红外光灯管时，根据上包络曲线和下包络曲线可以得到红外光交流量、红外光直流量、红光交流量和红光直流量，通过以下公式得到血氧饱和度特征值：
上式中，R表示血氧饱和度特征值，IrAC表示红外光交流量，IrDC表示红外光直流量，RdAC表示红光交流量，RdDC表示红光直流量。
在一个实施例中，建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系的步骤包括以下步骤：
根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值获取血样饱和度拟合曲线。
在本实施例中，利用计算得到的血氧饱和度特征值，以及同时得到的对应第一血氧饱和度检测值，可以得到两者之间的对应关系，并以此为基础获取血样饱和度拟合曲线，对不同的血氧饱和度进行标定。
在一个实施例中，第一状态包括第一子状态和第二子状态；第一子状态包括血氧饱和度从稳态值下降至突变阈值的过程，第二子状态包括血氧饱和度从突变阈值下降至预设阈值的过程；建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系的步骤包括以下步骤：
根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值，分别获取与第一子状态对应的第一血氧饱和度拟合曲线以及与第二子状态对应的第二血氧饱和度拟合曲线。
在本实施例中，所述突变阈值处于93％～94％的范围之间，由于在实际血氧饱和度检测过程中发现，血氧饱和度在预设阈值之上时，在一突变阈值处特征值会有较大变化，因此可以将血氧饱和度特征值和对应的第一血氧饱和度检测值分成两组数据，采用分段拟合法分别对两组数据进行曲线拟合，得到血氧饱和度拟合曲线。
进一步的，可以融合第一血氧饱和度拟合曲线和第二血氧饱和度拟合曲线的端点形成血样饱和度曲线。
进一步的，可以将两组数据进行最小二乘法多项式曲线拟合，得到二次多项式拟合曲线，拟合曲线公式如下：
SpO2＝A·R2+B·R+C
上式中，SpO2表示血氧饱和度，R表示血氧饱和度特征值，A、B、C为由数据拟合得到的常系数。
在一个实施例中，若参考血氧仪为透射式血氧仪，透射式血氧仪对检测对象的检测部位包括指尖，反射式血氧仪对检测对象的检测部位包括手腕或额头。
在本实施例中，人体组织中很多部位都有血容积变化信号(PPG)，尤其是手指、手掌、手腕、额头和下巴等部位的信号比较强，透射式血氧仪主要是通过光线穿透组织来获取PPG信号，发光源需具备足够的光强照射检测部位并保证穿透能力，因此其传感器在组织上的可安置部位有限，一般以手指指尖部位为最佳，而手掌、手腕、额头等部位的皮下具有较丰富的毛细动脉血管，是反射式血氧仪测量的最佳部位，可以较为准确地测量血氧饱和度。
根据上述反射式血氧仪的标定方法，本发明实施例还提供一种反射式血氧仪的标定系统，以下就本发明实施例的反射式血氧仪的标定系统进行详细说明。
参见图2所示，为本发明实施例的反射式血氧仪的标定系统。该实施例中的反射式血氧仪的标定系统包括：
第一获取单元210，用于获取参考血氧仪对检测对象第一状态下的第一血氧饱和度检测值；
第二获取单元220，用于获取反射式血氧仪对检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据；其中，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程；
血氧饱和度标定单元230，用于建立第二血氧饱和度检测数据与第一血氧饱和度检测值之间的对应关系，根据对应关系对反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行标定。
在本实施例中，第一获取单元210通过透射式血氧仪监测检测对象的某一检测部位的第一血氧饱和度检测值，第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程，在这一过程中，检测对象中的血氧饱和度待拟合点数已经达到需求数量，此时第二获取单元220可以使用同步获取的反射式血氧仪获取的检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据，血氧饱和度标定单元将两者数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
在一个实施例中，预设阈值为90％，稳态值为95％～100％。
在一个实施例中，第二获取单元220获取反射式血氧仪接收的反射光数据，根据反射光数据获取血氧饱和度特征值，其中，反射光数据包括两种不同波长的光数据。
在一个实施例中，两种不同波长的光数据分别为红光数据和红外光数据。
在一个实施例中，第二获取单元220确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置，利用三条样条插值对反射光数据的波形波峰和波谷位置相应的数据进行插值计算，获取上包络曲线和下包络曲线；根据上包络曲线和下包络曲线之间的差值和均值获取血氧饱和度特征值。
在一个实施例中，第二获取单元220对两种不同波长的反射光数据进行滤波后获得滤波后数据；获取滤波后数据的波峰波谷位置；根据滤波后数据的波峰波谷的位置对反射光数据进行二次定位，确定反射光数据的波形波峰和波谷位置。
在一个实施例中，血氧饱和度标定单元230根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值获取血样饱和度拟合曲线。
在一个实施例中，第一状态包括第一子状态和第二子状态；第一子状态包括血氧饱和度从稳态值下降至突变阈值的过程，第二子状态包括血氧饱和度从突变阈值下降至预设阈值的过程；
血氧饱和度标定单元230根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值，分别获取与第一子状态对应的第一血氧饱和度拟合曲线以及与第二子状态对应的第二血氧饱和度拟合曲线。
本发明实施例的反射式血氧仪的标定系统与本发明实施例的反射式血氧仪的标定方法一一对应，在上述反射式血氧仪的标定方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于反射式血氧仪的标定系统的实施例中。
根据上述反射式血氧仪的标定方法，本发明实施例还提供一种可读存储介质和反射式血氧仪。
一种可读存储介质，其上存储有可执行程序，可执行程序被处理器执行时实现上述的反射式血氧仪的标定方法的步骤。
上述可读存储介质，通过其存储的可执行程序，可以实现将参考血氧仪和反射式血氧仪的血氧数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
一种反射式血氧仪，包括存储器和处理器，存储器存储有可执行程序，处理器执行可执行程序时实现上述的反射式血氧仪的标定方法的步骤。
上述反射式血氧仪，通过在处理器上运行可执行程序，可以实现将参考血氧仪和反射式血氧仪的血氧数据对应起来，利用对应关系对反射式血氧仪的大于预设阈值的血氧饱和度进行修正标定，而且可以针对个人数据进行标定，减小因反射血氧仪的设备个体差异以及人体生理组织的差异等因素造成的血氧饱和度检测误差，提高反射式血氧仪对血氧饱和度检测的准确性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例用于医学图像重建的数据处理方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述反射式血氧仪的标定方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
在一个实施例中，反射式血氧仪的标定方法可以应用在反射式血氧仪检测血氧饱和度的场景中。
如图3所示，反射式血氧仪可以使用反射式光电血氧饱和度测量探头，光源和光接收器处于待测组织的同一侧，用于在非末梢组织的部位进行血氧饱和度测量，减少了血流灌注对于血氧饱和度测量的影响。通过单片机控制血氧饱和度探头发出红光和红外光，将接收到的反射光信号进行光电转换，放大电信号，然后对电信号数据进行滤波和A/D模数转换，之后输出至单片机，在单片机中进行特征提取和数据拟合后输出计算所得的血氧饱和度。
如图4所示，本申请可以通过指夹式透射血氧仪与反射式血氧仪同时采集数据，将透射式血氧仪显示的血氧饱和度检测值通过无线传输(如蓝牙、Wifi等方式)实时传输至反射式血氧仪中，检测对象采用憋气的方式人为降低血氧饱和度至90％以下，重复5次(该次数可以根据精确度需要进行调整，如可以设置在4-10次之间)获取准确的光信号转换成的特征值与血氧饱和度对应值，使用相应算法修正90％-100％血氧饱和度标定曲线，过程如图5所示，使最终的测量结果更加贴近个人实际血氧数值，实现对每个人的血氧饱和度曲线进行私人定制。
在具体使用过程中，如图5所示，先将透射式血氧仪戴于指尖，将反射式血氧仪佩戴于需要测量的部位，如手腕，额头等，保持佩戴透射式血氧仪的手指相对静止，直至输出稳定的血氧饱和度检测值；
检测对象进行憋气，使透射式血氧仪显示的血氧饱和度数值降低到90％以下，反复5次，确保数据的准确性；根据实验得知，憋气1分钟左右即可使人体血氧降低至90以下，较为容易实现。
计算憋气时间内的红光和红外光数据，获取相应的特征值，与相同时间内透射式血氧仪得到的血氧饱和度检测值一一对应。
使用得到的血氧饱和度检测值和特征值对应数组，分段拟合得到新的血氧饱和度曲线。
血氧饱和度(SpO2)是反应血液中氧合血红蛋白含量的一个参数，是氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比。采用光电传感器，基于动脉血液对光的吸收量随脉搏而变化的原理来进行测量的，也称做脉搏血氧饱和度。用两种特定波长的光线照射组织时，运用Lambert-Bear定律并根据血氧饱和度的定义可推出动脉血氧饱和度的近似公式为：
SpO2＝A·R2+B·R+C
式中：R为两种波长光线吸收率之比，A、B、C为常数，
其中，反射式血氧仪主要由两部分组成，穿戴式光学反射探头小型组件和低功耗脉搏血氧检测模块，如图3所示，脉搏血氧监测模块用于对传感器探头的强光调制，接收反射式探头检测到的双波长PPG信号并对其进行信号处理，实时数字测量算法提取出血氧饱和度和心率的动态信息。通过无线传输实时接收透射式脉搏血氧仪显示的血氧饱和度检测值，用于初始化反射式血氧仪算法。监测数据通过液晶显示，存储与FLASH芯片，可通过串口导出，反射式血氧仪能实施监测多种人体生理参数(血氧，心率等)，给人体健康检测提供重要依据。
反射式血氧仪检测血氧饱和度的原理如下：
根据Lambert-Beer定理，利用光通过一段已知路径L后的衰减可以定量的描述吸光物质浓度C及吸收系数μa：
其中，ε为吸光系数，C为吸光物质浓度，I0和I分别为入射光和检测到的光强；μa为吸收系数，即光子在单位路径上被吸收的概率。
根据扩散传输理论得到组织或浑浊介质位置r处且在时间t时的通用光子扩散方方程为：
其中(r，t)为(r，t)点处的光密度，为吸收系数，S(r，t)为光源量，c为光子行进速度(常数)，D为扩散系数，是从宏观上反映生物组织漫射特性的一个基本特性参数，单位为m或cm，对光子迁移来说，扩散系数等于下式：
其中μs为散射系数，g为散射角余弦的平均值，称为散射各向异性因子；(1-g)μs项称为有效散射系数或等效各向同性散射系数。该公式是通用的热量和质量传递的扩散方程，是由描述不带电粒子运动的辐射传递方程推导得到的，因此适用于光在强散射介质中的传播。
根据光子扩散方程以及时间分辨光谱技术，Patterson等人按照实际的边界条件给出了在一光脉冲激励后的光子流量分布公式，主要包括透射式和反射式两种，其中反射式的光强公式为：
式中，z0等于[(1-g)μs]-1；ρ为坐标中光源与检测器之间的距离。
对R(ρ,t)的公式求ln并对t求导，得到下面公式
当经过时间足够长时，上式左边将接近于-μac，即：
因此，通过上述求导可以得出反射光强的变化率与吸收系数成正比关系，即：
W＝-μac
W表示光强的变化率。
下面分析如何将吸收系数μa和吸光物质浓度C(主要是氧和血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度)联系起来，以便获取双波长血红蛋白氧饱和度的测量方法。
有研究表明，在近红外光区，由水、细胞色素等物质引起的吸收与脱氧血红蛋白和氧和血红蛋白相比要小得多。因此当选择波长位于近红外光区的两束光探测组织时，仅考虑脱氧血红蛋白和氧和血红蛋白的影响，在两个波长下的吸收系数可按公式写成下式，
结合该两个公式，根据双光束法求得下面公式
选择波长γ2为等吸收点，可以得到血氧饱和度公式
式中的均为常数，可采用时域或频域的光谱分析法获得。那么SpO2的公式可改写成：
式中As，Bs为经验常数，可通过实验定标获得。
光通过组织和血管时，可分为非脉动成分(如皮肤、肌肉、骨骼、静脉血等)和脉动成分(如动脉血)，即可称为直流量和交流量。因此，光强的组织中的变化率可表示为：W＝IAC/IDC，由此，血氧饱和度公式可改写为：
上式是作为血氧饱和度测量的线性关系的经验公式，而在实际应用中，考虑到作为光源的发光二极管的个体差别以及人体生理组织的较大差异等因素，大多数商品化的脉搏血氧计都采用经验化的计算公式，也就是通过对实验的统计分析所获得的经验公式，通过对双波长光强变化和血氧饱和度之间的相关分析产生了二次函数关系的经验公式，可表示为：
式中，As、Bs、Cs为经验常数可通过实验定标获得。
憋气三到五次，每次憋气使血氧数值达到90％以下，对得到的数据排除异常数据后平均，通过无线传输(如蓝牙)获取准确的血氧饱和度与特征值对应值，使用得到的数据对90-100％的血氧饱和度数据进行重标定。具体步骤如下
对红光红外光数据进行卡尔曼滤波，高通滤波，低通滤波处理，得到较为干净的数据，使用阈值法获取PPG数据波峰。阈值法阈值更新公式如下。
式中，N为缓存的波峰个数，peaki为缓存的波峰高度，a为经验系数，更具观察数据得到。
由于经过滤波处理，波形波峰位置存在一定偏差，在原始数据波峰附近进行二次查找后确定波峰确切位置，通过两个波峰之间的最小值得到波谷位置，使用三次样条插值对波峰波谷数据分别进行插值，得到原始数据的上包络和下包络，三次样条插值满足条件如下(边界条件可以自己定义，本发明定义边界条件为0)：
插值条件：S(xj)＝yj,j＝0,1,…,n
连续性条件：
一阶导数连续条件：
二阶导数连续条件：
上下包络之间的差值为数据交流量，上下包络均值为数据直流量，获取血氧特征值，特征值公式如下
式中，IrAC为红外光交流量，IrAC为红外光直流量，RdAC为红光交流量，RdDC为红光直流量。
根据实际数据测试发现，血氧饱和度94％-99％与90％-93％之间特征值有一个明显的突变，所以使用分段拟合法将数据分成两组进行最小二乘法多项式曲线拟合，得到二次多项式拟合曲线，曲线公式如下：
SpO2＝A·R2+B·R+C
式中A，B，C为由数据拟合得到的常系数。
本申请通过憋气使用户血氧下降到90以下，通过透射式血氧饱和度仪标定该段数据，使用算法重新拟合血氧饱和度90～99的曲线，改进了通过透射式血氧模拟仪直接标定反射式血氧算法造成的误差，相较临床血氧标定也更加省时省力。
通过个人数据进行标定，减小了因光源的发光二极管的个体差异以及人体生理组织的较大差异等因素造成的血氧饱和度计算误差，做到每个算法私人定制，提高了血氧饱和度测量的准确性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。所述的程序可以存储于可读取存储介质中。该程序在执行时，包括上述方法所述的步骤。所述的存储介质，包括：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取参考血氧仪对检测对象第一状态下的第一血氧饱和度检测值；
获取反射式血氧仪对所述检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据；其中，所述第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程；
建立所述第二血氧饱和度检测数据与所述第一血氧饱和度检测值之间的对应关系，根据所述对应关系对所述反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行标定。
2.根据权利要求1所述的反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，所述预设阈值为90％，所述稳态值为95％～100％。
3.根据权利要求1所述的反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，所述获取反射式血氧仪对所述检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据的步骤包括以下步骤：
获取所述反射式血氧仪接收的反射光数据，根据所述反射光数据获取血氧饱和度特征值，其中，所述反射光数据包括两种不同波长的光数据。
4.根据权利要求3所述的反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，所述两种不同波长的光数据分别为红光数据和红外光数据。
5.根据权利要求3所述的反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，所述根据所述反射光数据获取血氧饱和度特征值的步骤包括以下步骤：
确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置，利用三条样条插值对所述反射光数据的波形波峰和波谷位置相应的数据进行插值计算，获取上包络曲线和下包络曲线；
根据所述上包络曲线和所述下包络曲线之间的差值和均值获取血氧饱和度特征值。
6.根据权利要求5所述的反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，确定两种不同波长的反射光数据的波形波峰和波谷位置的步骤包括以下步骤：
对两种不同波长的反射光数据进行滤波后获得滤波后数据；
获取滤波后数据的波峰波谷位置；
根据滤波后数据的波峰波谷的位置对所述反射光数据进行二次定位，确定反射光数据的波形波峰和波谷位置。
7.根据权利要求3所述的反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，所述建立所述第二血氧饱和度检测数据与所述第一血氧饱和度检测值之间的对应关系的步骤包括以下步骤：
根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值获取血样饱和度拟合曲线。
8.根据权利要求7所述的反射式血氧仪的标定方法，其特征在于，所述第一状态包括第一子状态和第二子状态；所述第一子状态包括血氧饱和度从稳态值下降至突变阈值的过程，所述第二子状态包括血氧饱和度从突变阈值下降至预设阈值的过程；
所述建立所述第二血氧饱和度检测数据与所述第一血氧饱和度检测值之间的对应关系的步骤包括以下步骤：
根据血氧饱和度特征值以及对应的第一血氧饱和度检测值，分别获取与第一子状态对应的第一血氧饱和度拟合曲线以及与第二子状态对应的第二血氧饱和度拟合曲线。
9.一种反射式血氧仪的标定系统，其特征在于，包括以下单元：
第一获取单元，用于获取参考血氧仪对检测对象第一状态下的第一血氧饱和度检测值；
第二获取单元，用于获取反射式血氧仪对所述检测对象第一状态下的第二血氧饱和度检测数据；其中，所述第一状态包括血氧饱和度从稳态值下降至预设阈值的过程；
血氧饱和度标定单元，用于建立所述第二血氧饱和度检测数据与所述第一血氧饱和度检测值之间的对应关系，根据所述对应关系对所述反射式血氧仪检测的血氧饱和度进行标定。
10.一种可读存储介质，其上存储有可执行程序，其特征在于，所述可执行程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任意一项所述的反射式血氧仪的标定方法的步骤。
11.一种反射式血氧仪，包括存储器和处理器，所述存储器存储有可执行程序，其特征在于，所述处理器执行所述可执行程序时实现权利要求1至8中任意一项所述的反射式血氧仪的标定方法的步骤。
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