CN110584678B - 一种血容量变化率的测量方法和装置 - Google Patents

一种血容量变化率的测量方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种血容量变化率的测量方法和装置，该方法包括将光源发出的光分为光强度相等的光源I和光源II，光源I的光穿过装有血液的管路形成第一光路，光源II的光在管路外形成第二光路，其中光源包括绿色、红色和红外三个波段的光；分别测量当光源分别处于绿色、红色和红外三个波段时第二光路的光强度，并将绿光的光强度变化作为散射补偿；由于血红蛋白吸收红色和红外波段的光而不吸收绿色波段的光，可以通过绿色波段的光强度变化计算出血液对红外光的散射程度，而在计算血红蛋白对红外光的吸收量时，把散射的部分作为补偿，可以解决散射造成的测量误差；根据血红蛋白浓度值Cr判断血红蛋白浓度值Cir是否符合要求，有利于提高数据的有效性。

Description

一种血容量变化率的测量方法和装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种血容量变化率的测量方法和装置。
背景技术
在血液透析过程中需要对血容量的变化率进行测量。现有的一种血容量的测量方式是光电测量方式，这种测量方式的原理是利用血红蛋白能够吸收红外光，血红蛋白的浓度与采集到的光信号的强度成反比。但是血液对光具有散射特性，容易造成测量误差，因此，光电测量方式的测量精度不高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种血容量变化率的测量方法，用于解决血容量光电测量方式由于血液的散射性导致光信号采集出现误差的问题。
本发明的内容如下：
一种血容量变化率的测量方法，包括以下步骤：
S1.将光源发出的光分为光强度相等的光源I和光源II，所述光源I的光穿过装有血液的管路形成第一光路，所述光源II的光在所述管路外形成第二光路，其中所述光源包括绿色、红色和红外三个波段的光；
S2.分别测量当所述光源分别处于绿色、红色和红外三个波段时所述第二光路的光强度；
S3.定义所述光源I穿过所述管路后的光为出射光，分别测量当所述光源分别处于绿色、红色和红外三个波段时所述出射光的光强度；
S4.根据所述步骤S2和步骤S3中绿色波段的光强度变化计算出血液对光散射程度的光强度补偿值P3；
S5.根据步骤S2和步骤S3中红色波段的光强度变化以及步骤S4的光强度散射补偿值P3计算血红蛋白浓度值Cr；
S6.根据步骤S2和步骤S3中红外波段的光强度变化以及步骤S4的光强度散射补偿值P3计算血红蛋白浓度值Cir；
S7.根据血红蛋白浓度值Cr判断血红蛋白浓度值Cir是否符合要求。
优选的，步骤S4中所述光强度散射补偿值P3＝Pg1-Pg2，其中Pg1为步骤S2中绿色波段的光强度，Pg2为步骤S3中绿色波段的光强度。
优选的，步骤S5中血红蛋白浓度值Cr的计算方法如下：
根据公式Pr2＝(Pr1-P3)*e(-ε*Cr*L)计算血红蛋白浓度值Cr，
其中，Pr2为步骤S3中当所述光源处于红色波段时所述出射光的光强度；
Pr1为步骤S2中当所述光源处于红色波段时所述第二光路的光强度；
P3为步骤S4中所述光强度散射补偿值；
L为吸光层的厚度；ε为摩尔吸光系数，并设定ε＝0.5。
优选的，步骤S6中血红蛋白浓度值Cir的计算方法如下：
根据公式Pir2＝(Pir1-P3)*e(-ε*Cir*L)计算血红蛋白浓度值Cir，
其中，Pir2为步骤S3中当所述光源处于红外波段时所述出射光的光强度；
Pir1为步骤S2中当所述光源处于红外波段时所述第二光路的光强度；
P3为步骤S4中所述光强度散射补偿值；
L为吸光层的厚度；ε为摩尔吸光系数。
本发明还提供一种血容量变化率的测量装置，用于解决血容量光电测量方式由于血液的散射性导致光信号采集出现误差的问题。
一种血容量变化率的测量装置，包括分光镜、处理单元以及分别与所述处理单元电性连接的光源、第一光信号采集单元和第二光信号采集单元；
所述光源用于分别发射绿色、红色和红外三个波段的光，所述分光镜用于将所述光源发射的光分为光强度相等的光源I和光源II；
所述光源I的光穿过装有血液的管路形成第一光路，所述光源II的光在所述管路外形成第二光路；
所述第一光信号采集单元用于采集所述第二光路的光强度信号，并发送给所述处理单元；
所述第二光信号采集单元用于采集所述第一光路的出射光强度信号，并发送给所述处理单元；
所述处理单元用于计算光强度散射补偿值、血红蛋白浓度值Cr和血红蛋白浓度值Cir。
优选的，本发明的测量装置还包括设置在所述第二光路上的反射镜，所述反射镜用于改变所述第二光路的方向。
优选的，所述第一光信号采集单元和所述第二光信号采集单元结构相同，所述第一光信号采集单元包括依次连接的光敏接收器、放大电路、滤波电路和模数转换器，所述模数转换器与所述处理单元连接。
优选的，所述光源采用型号为KL1564 3C/W的LED灯。
本发明的有益效果为：由于血红蛋白吸收红色和红外波段的光而不吸收绿色波段的光，可以通过绿色波段的光强度变化计算出血液对红外光的散射程度，而在计算血红蛋白对红外光的吸收量时，把散射的部分作为补偿，可以解决散射造成的测量误差；根据血红蛋白浓度值Cr判断血红蛋白浓度值Cir是否符合要求，有利于提高数据的有效性。
附图说明
图1所示为本发明实施例的透光原理示意图；
图2所示为本发明实施例的测量装置的结构示意图；
图3所示为本发明实施例的第一光信号采集单元的原理框图。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
请参照图1-2，本实施例公开的一种血容量变化率的测量方法，包括以下步骤：
S1.将光源2发出的光分为光强度相等的光源I和光源II，光源I的光穿过装有血液的管路3形成第一光路4，光源II的光在管路3外形成第二光路5，其中光源2包括绿色、红色和红外三个波段的光；
S2.分别测量当光源2分别处于绿色、红色和红外三个波段时第二光路5的光强度；
S3.定义光源I穿过管路3后的光为出射光，分别测量当光源2分别处于绿色、红色和红外三个波段时出射光的光强度；
S4.根据步骤S2和步骤S3中绿色波段的光强度变化计算出血液对光散射程度的光强度补偿值P3；
S5.根据步骤S2和步骤S3中红色波段的光强度变化以及步骤S4的光强度散射补偿值P3计算血红蛋白浓度值Cr；
S6.根据步骤S2和步骤S3中红外波段的光强度变化以及步骤S4的光强度散射补偿值P3计算血红蛋白浓度值Cir；
S7.根据血红蛋白浓度值Cr判断血红蛋白浓度值Cir是否符合要求。
请参照图1，当一束单色光通过均匀的溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，还有一部分被反射。定义入射光强度为Io，吸收光强度为Ia，透射光强度为It，反射光强度为Ir，则：Io＝Ia+It+Ir。
在本实施例中，由于血红蛋白吸收红色和红外波段的光而不吸收绿色波段的光，绿色波段的入射光强度＝绿色波段的透射光强度+绿色波段的反射光强度，因此可以通过绿色波段的光强度变化计算出血液对红外光的散射程度，而在计算血红蛋白对红外光的吸收量时，把散射的部分作为补偿，可以解决散射造成的测量误差；根据血红蛋白浓度值Cr判断血红蛋白浓度值Cir是否符合要求，有利于提高数据的有效性。
具体的，步骤S4中光强度散射补偿值P3＝Pg1-Pg2，其中Pg1为步骤S2中绿色波段的光强度，Pg2为步骤S3中绿色波段的光强度。当光源2处于绿色波段时，由于光源2被分为光强度相等的光源I和光源II，且第二光路5在管路3外，第二光路5的光强相当于入射光的光强，根据步骤S2和步骤S3中绿色波段的光强度变化，计算出光强度散射补偿值，可以作为红色、红外波段光源的散射补偿值，有利于提高红色波段和红外波段的血红蛋白浓度值的准确性。
理想状态，即入射光不存在散射的情况下，入射光与透射光的关系如下：
P2＝P1*e(-ε*C*L)，其中P2为透射光的光强度，P1为入射光的光强度，C为吸光物质的浓度，L为吸收层的厚度，ε为摩尔吸光系数，该系数与入射光的波长有关。
在本实施例中，步骤S5中血红蛋白浓度值Cr的计算方法如下：
根据公式Pr2＝(Pr1-P3)*e(-ε*Cr*L)计算血红蛋白浓度值Cr，
其中，Pr2为步骤S3中当所述光源2处于红色波段时所述出射光的光强度；
Pr1为步骤S2中当所述光源2处于红色波段时所述第二光路5的光强度；
P3为步骤S4中所述光强度散射补偿值；
L为吸光层的厚度，即管路3的厚度；ε为摩尔吸光系数，并设定ε＝0.5，用以作为血红蛋白的浓度补偿。
步骤S6中血红蛋白浓度值Cir的计算方法如下：
根据公式Pir2＝(Pir1-P3)*e(-ε*Cir*L)计算血红蛋白浓度值Cir，
其中，Pir2为步骤S3中当所述光源2处于红外波段时所述出射光的光强度；
Pir1为步骤S2中当所述光源2处于红外波段时所述第二光路5的光强度；
P3为步骤S4中所述光强度散射补偿值；
L为吸光层的厚度，即管路3的厚度；ε为摩尔吸光系数。
由于血红蛋白浓度值Cr和血红蛋白浓度值Cir之间成比例关系，因此，可以根据血红蛋白浓度值Cr判断血红蛋白浓度值Cir是否符合要求，有利于提高数据的准确性和有效性。
请参照图2，本实施例还提供一种血容量变化率的测量装置，包括分光镜1、处理单元9以及分别与处理单元9电性连接的光源2、第一光信号采集单元6和第二光信号采集单元7；
光源2用于分别发射绿色、红色和红外三个波段的光，分光镜1用于将光源2发射的光分为光强度相等的光源I和光源II；
光源I的光穿过装有血液的管路3形成第一光路4，光源II的光在管路3外形成第二光路5；
第一光信号采集单元6用于采集第二光路5的光强度信号，并发送给处理单元9；第二光信号采集单元7用于采集第一光路4的出射光强度信号，并发送给处理单元9；
处理单元9用于计算光强度散射补偿值、血红蛋白浓度值Cr和血红蛋白浓度值Cir。
本实施例的处理单元9可以采用具有数据计算能力的单片机和DSP处理器等。
本实施例的测量装置还包括设置在第二光路5上的反射镜8，反射镜8用于改变第二光路5的方向，便于第一光信号采集单元6的位置布局，使得本实施例的测量装置更加整齐、美观。
请参照图3，第一光信号采集单元6和第二光信号采集单元7结构相同，第一光信号采集单元6包括依次连接的光敏接收器61、放大电路62、滤波电路63和模数转换器64，模数转换器64与处理单元9连接。放大电路62可以将幅值较小的信号进行放大至电路所需的幅值，滤波电路63可以消除电路中的杂波，提高信号的准确性，模数转换器64可以将采集到的模拟信号转换为数字信号，便于处理单元9进行计算处理。
光源2可以分别采用绿光波段的LED灯、红光波段的LED灯和红外波段的LED灯，进一步的，光源2采用型号为KL1564 3C/W的LED灯，该型号的LED灯可以单独发射绿色、红色和红外三个波段的光，有利于节省光源2的数量，缩小装置的体积，便于装置的小型化。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (5)

1.一种血容量变化率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将光源（2）发出的光分为光强度相等的光源I和光源II，所述光源I的光穿过装有血液的管路（3）形成第一光路（4），所述光源II的光在所述管路（3）外形成第二光路（5），其中所述光源（2）包括绿色、红色和红外三个波段的光；
S2.分别测量当所述光源（2）分别处于绿色、红色和红外三个波段时所述第二光路（5）的光强度；
S3.定义所述光源I穿过所述管路（3）后的光为出射光，分别测量当所述光源（2）分别处于绿色、红色和红外三个波段时所述出射光的光强度；
S4.根据步骤S2和步骤S3中绿色波段的光强度变化计算出血液对光散射程度的光强度补偿值P3；
S5.根据步骤S2和步骤S3中红色波段的光强度变化以及步骤S4的光强度散射补偿值P3计算血红蛋白浓度值Cr；
S6.根据步骤S2和步骤S3中红外波段的光强度变化以及步骤S4的光强度散射补偿值P3计算血红蛋白浓度值Cir；
S7.根据血红蛋白浓度值Cr判断血红蛋白浓度值Cir是否符合要求；
其中，步骤S4中所述光强度散射补偿值P3=Pg1-Pg2，其中Pg1为步骤S2中绿色波段的光强度，Pg2为步骤S3中绿色波段的光强度；
步骤S5中血红蛋白浓度值Cr的计算方法如下：
根据公式计算血红蛋白浓度值Cr，
其中，Pr2为步骤S3中当所述光源（2）处于红色波段时所述出射光的光强度；
Pr1为步骤S2中当所述光源（2）处于红色波段时所述第二光路（5）的光强度；
P3为步骤S4中所述光强度散射补偿值；
L为吸光层的厚度；ε为摩尔吸光系数，并设定ε=0.5；
步骤S6中血红蛋白浓度值Cir的计算方法如下：
根据公式计算血红蛋白浓度值Cir，
其中，Pir2为步骤S3中当所述光源（2）处于红外波段时所述出射光的光强度；
Pir1为步骤S2中当所述光源（2）处于红外波段时所述第二光路（5）的光强度；
P3为步骤S4中所述光强度散射补偿值；
L为吸光层的厚度；ε为摩尔吸光系数。
2.一种血容量变化率的测量装置，所述血容量变化率的测量装置用于执行权利要求1所述的血容量变化率的测量方法，其特征在于：包括分光镜（1）、处理单元（9）以及分别与所述处理单元（9）电性连接的光源（2）、第一光信号采集单元（6）和第二光信号采集单元（7）；
所述光源（2）用于分别发射绿色、红色和红外三个波段的光，所述分光镜（1）用于将所述光源（2）发射的光分为光强度相等的光源I和光源II；
所述光源I的光穿过装有血液的管路（3）形成第一光路（4），所述光源II的光在所述管路（3）外形成第二光路（5）；
所述第一光信号采集单元（6）用于采集所述第二光路（5）的光强度信号，并发送给所述处理单元（9）；所述第二光信号采集单元（7）用于采集所述第一光路（4）的出射光强度信号，并发送给所述处理单元（9）；
所述处理单元（9）用于计算光强度散射补偿值、血红蛋白浓度值Cr和血红蛋白浓度值Cir。
3.如权利要求2所述的血容量变化率的测量装置，其特征在于：还包括设置在所述第二光路（5）上的反射镜（8），所述反射镜（8）用于改变所述第二光路（5）的方向。
4.如权利要求2所述的血容量变化率的测量装置，其特征在于：所述第一光信号采集单元（6）和所述第二光信号采集单元（7）结构相同，所述第一光信号采集单元（6）包括依次连接的光敏接收器（61）、放大电路（62）、滤波电路（63）和模数转换器（64），所述模数转换器（64）与所述处理单元（9）连接。
5.如权利要求2所述的血容量变化率的测量装置，其特征在于：所述光源（2）采用型号为KL1564 3C/W的LED灯。
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