CN112914564B - 一种婴幼儿血氧饱和度监测方法及智能监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种婴幼儿血氧饱和度监测方法及智能监测装置，包括以下步骤：A.通过红光λ1和红外光λ2对婴幼儿脚底进行反射式测试，获得婴幼儿脚底血流信号IMAX λ1和IMAX λ2；B.把血流信号进行进行分析，得到血流信号的交流分量IAC λ1和IAC λ2；C、对红光、红外光的光强变化、血流信号和血氧饱和度之间进行分析，算出试验常数As、Bs、CS；D、把As、Bs、CS与IMAX λ1、IMAX λ2、IAC λ1、IAC λ2参数结合，根据计算公式X：获得婴幼儿的血氧饱和度。本发明通过在婴幼儿脚底部获取血流信号，通过公式换算测得婴幼儿血氧饱和度，能够减少监测时给婴幼儿带来的不适，从而提升监测的精度和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及血氧检测技术领域，尤其是指一种婴幼儿脚底部血氧饱和度监测方法及智能监测装置。
背景技术
目前，市面上的产品大多数为透射式的血氧脉搏监测仪，一般适用于儿童和成人。测量位置普遍采用的是手指。反射式的血氧脉搏监测设备在市面上也有涉及，但都是针对成人或者儿童。目前，力康、康泰、理邦等公司的几款通用的监测血氧的仪器都是使用捆绑式探头，要绑得非常紧才能有稳定的读数。即使不顾及婴幼儿捆绑后由于不适引发的哭闹和挣扎，捆绑式探头在婴幼儿活动的情况下读数非常不稳定，而且会误报警，探头与主机之间的有线连接非常不安全。同时，婴幼儿捆绑的地方会由于长时间按压而红肿，每两到三个小时需要换脚捆绑，防止压疮，这就对产品的可穿戴性和舒适性提出了更高的要求。
本发明是一种适用于0～5岁婴幼儿的脚底部血氧脉搏智能监测装置及方法，在市场上还没有发现针对该年龄段和该测量部位的相关产品。由于0～5岁婴幼儿在测量部位、血液信号的强弱、使用及佩戴方式等方面的特殊性，比如脚底部皮肤较薄、通透性较好、血管丰富等特点，对适用于0～5岁婴幼儿的血氧脉搏智能监测装置在使用方式、佩戴方式、可穿戴性、信号的采集、血氧及脉搏的准确性等方面提出了更高的要求。
因此，目前市面上亟需一种能够精确而稳定地监测婴幼儿血氧饱和度的方式。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种婴幼儿血氧饱和度监测方法及智能监测装置，能够在尽可能减少对于婴幼儿造成不适的前提下精确测得其血氧饱和度。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种婴幼儿血氧饱和度监测方法，包括以下步骤：
A.通过红光λ1和红外光λ2对婴幼儿脚底进行反射式测试，分别获得婴幼儿脚底血流信号IMAX λ1和IMAX λ2；
B.把血流信号进行分析，分别得到血流信号的交流分量IAC λ1和IAC λ2；
C、对红光、红外光光强变化、血流信号的强弱和血氧饱和度之间进行分析，算出试验常数As、Bs和CS；
D、把As、Bs、CS与IMAX λ1、IMAX λ2、IAC λ1、IAC λ2参数结合，根据血氧饱和度计算公式X：
获得婴幼儿的血氧饱和度。
进一步的，试验常数AS、BS和CS的计算方法如下：
C1.通过血氧饱和度定标仪获得血氧值60～100对应的直流分量和交流分量实验数据；
C2.结合婴幼儿脚底部血氧值和血流信号之间的对应关系的临床经验，通过多项式拟合和非线性最小二乘拟合两种拟合方式相结合的方式，计算得出试验常数AS、BS和CS。
进一步的，在步骤B中，IAC λ1和IAC λ2的计算方法如下：
IAC λ1＝IPAC λ1＝(IMAXAC λ1+IMINAC λ1)/2；
IAC λ2＝IPAC λ2＝(IMAXAC λ2+IMINAC λ2)/2；
其中，IMAXAC λ1为λ1波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ1的最大值；
IMINAC λ1为λ1波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ1的最小值；
IMAXAC λ2为λ2波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ2的最大值；
IMINAC λ2为λ2波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ2的最小值。
更进一步的，在步骤B中，IDBAC λ1和IDBAC λ2的计算步骤具体如下：
B1.根据婴幼儿脚底部的特点，通过红光和红外光分别采样30个脉冲周期的数据作为基础，采样频率为100Hz，得到大约3000个采样点IDBAC λ1[i]，其中i为采样点的序号，i＝1-3000；
B2.把采样点数据带入公式Y：RC*(IDBAC λ1[i]-IDBAC λ1[i-1])/Δt，得到IDBAC λ1[i]＝IDBAC λ1[i-1]*[K/(K+I)]，其中K＝RC/Δt。
进一步的，在公式X中，血流信号IMAX λ1和IMAX λ2的值可分别采用λ1和λ2的血流信号直流分量IDC λ1和IDC λ2代替，计算方式分别为：
IDC λ1＝IMAX λ1-IAC λ1；
IDC λ2＝IMAX λ2-IAC λ2。
进一步的，在根据公式算出婴幼儿血氧饱和度以后，还至少进行以下步骤：
E.根据婴幼儿脚底部的临床特点，结合临床试验的多中心试验要求和统计中的线性回归相结合的方法，通过统计软件确定婴幼儿血氧饱和度的样本量、样本分布及分析数据；
F.对样本数据分布进行正态检验以及对偏度进行计算。
本发明提供了一种应用上述婴幼儿血氧饱和度监测方法的智能监测装置，包括壳体、可容纳设置于壳体上的体温计以及血氧心率监测仪，所述体温计用于婴幼儿的腋窝进行监测体温，所述血氧心率监测仪用于与婴幼儿的脚底贴合进行监测血氧心率，所述壳体设置有主控单元，所述主控单元用于与外界进行信号交互，所述体温计、血氧心率监测仪与主控单元进行信号连接。
本发明的有益效果：本发明提供了一种婴幼儿血氧饱和度监测方法，血氧心率监测仪通过应用该监测方法在婴幼儿脚底获取血流信号，并通过公式换算以后测得婴幼儿血氧饱和度，相较于现有技术能够减少监测时给婴幼儿带来的不适；通过体温计从腋窝智能测量体温，实现了同时监测体温及血氧心率；并且提升了监测的精度和稳定性。
附图说明
图1为实施例2的示意图。
图2为实施例2的电路框图。
附图标记：1-壳体，2-体温计，3-血氧心率监测仪。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
本实施例提供了一种婴幼儿血氧饱和度监测方法，包括以下步骤：
A.通过红光λ1和红外光λ2对婴幼儿脚底进行反射式测试，分别获得婴幼儿脚底血流信号IMAX λ1和IMAX λ2；
B.把血流信号进行分析，得到交流分量IAC λ1和IAC λ2；
C.对红光、红外光光强变化、血流信号的强弱和血氧饱和度之间进行分析，算出试验常数As、Bs和CS；
D、把As、Bs、CS与IMAX λ1、IMAX λ2、IAC λ1、IAC λ2参数结合，根据血氧饱和度计算公式X：
获得婴幼儿的血氧饱和度。
Hb02(氧合血红蛋白)与HbR(血红蛋白)对红光和红外光的吸收特性具有明显的差异：Hb02吸收波长为600nm～700nm的红光。而HbR吸收波长为800nm～1000nm近红外光。根据这一原理，通过发射红外光与红光进入婴幼儿脚底，通过反射式测试来获得两种光线的血流信号，然后根据信号分析得出交流分量IAC λ1和IAC λ2以及直流分量，由于一般来说交流分量仅为直流分量的1％，因此为了简化计算，可认为直流分量等于血流信号IMAX λ1和IMAX λ2，之后把测得的数据带入上述公式中，即可得到婴幼儿实时的血氧饱和度数据。
相较于现有技术，本发明通过对婴幼儿的脚底进行血氧饱和度监测，血氧心率监测仪通过在婴幼儿脚底获取血流信号，并通过公式换算以后测得婴幼儿血氧饱和度，从而减少了对婴幼儿所造成的不适，避免婴幼儿因不适乱动或者哭闹而导致对监测数据造成干扰。
此外，本发明的另一发明点是采用了上述的公式，是专门根据婴幼儿脚底的血流特点进行计算的，可作为血氧饱和度测量的线性关系的经验公式使用，即通过采用上述公式对婴幼儿脚底所采集的参数进行计算能够得到准确的婴幼儿血氧饱和度。
在本实施例中，试验常数AS、BS和CS的计算方法如下：
C1.通过血氧饱和度定标仪获得血氧值60～100对应的直流分量和交流分量实验数据；
C2.结合婴幼儿脚底部血氧值和血流信号之间的对应关系的临床经验，通过多项式拟合和非线性最小二乘拟合两种拟合方式相结合的方式，计算得出试验常数AS、BS和CS。
在公式的应用中，AS、BS和CS均为通过对婴幼儿的脚底血氧值临床特点进行样本数量超过100的采样后，根据采样结果计算所得出的常数，在公式X中，As用于对婴幼儿脚底部动脉血流中血红蛋白所产生的直流分量的调整；Bs与采样电流的组合用于对静脉血干扰、红光和红外光传输路径上的人体组织产生的干扰、相对运动干扰和外界光干扰、电路自带干扰等的调整；CS和采样电流组合为人体氧和血红蛋白所产生的信号。从而通过上述公式与所测得的数据即可在计算过程中排查掉监测时所遇到的干扰项，以保证所得出结果的准确性。
在实际使用时，为了排查部分因遇上特殊状况(例如智能监测装置与婴幼儿脚底发生错位等)的监测结果，在本实施例中，在根据公式算出婴幼儿血氧饱和度以后，还至少进行以下步骤：
G根据婴幼儿脚底部的临床特点，结合临床试验的多中心试验要求和统计中的线性回归相结合的方法，通过统计软件确定婴幼儿血氧饱和度的样本量、样本分布及分析数据；优选的，该统计软件为SPSS。
H.对样本数据分布进行正态检验以及对偏度进行计算。
在本实施例中，所述红光λ1的波长在600-650nm之间，所述红外光λ2的波长在900-950nm之间。
在本实施例中，在步骤A中，采用智能监测装置与婴幼儿脚底接触的方式进行反射式测试。即智能监测装置直接与婴幼儿脚底接触后发出红光和红外光进行数据采集，能够有效减少除婴幼儿身体内的其他干扰项对监测数据造成的影响，后续通过相关的滤波电路以及公式X即可排查掉相应的杂音。
通过引入新的参数，使得监测的效果更为精确和可靠，适用于不同体质的婴幼儿进行血氧饱和度监测。
当然，在上述的公式X中，为了提升血氧检测的精度，血流信号IMAX λ1和IMAX λ2的值可分别采用λ1和λ2的血流信号直流分量IDC λ1和IDC λ2代替，计算方式分别为：
IDC λ1＝IMAX λ1-IAC λ1；
IDC λ2＝IMAX λ2-IAC λ2。
该精度的提升可用于对于监测数据要求更为严谨的装置和试验中，从而提升了结果的准确性。
作为本实施例的优选方案，在步骤B中，
IAC λ1＝IPAC λ1＝(IMAXAC λ1+IMINAC λ1)/2；
IAC λ2＝IPAC λ2＝(IMAXAC λ2+IMINAC λ2)/2；
其中，IMAXAC λ1为λ1波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ1的最大值；
IMINAC λ1为λ1波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ1的最小值；
IMAXAC λ2为λ2波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ2的最大值；
IMINAC λ2为λ2波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ2的最小值。
优选的，在步骤B中，IDBAC λ1和IDBAC λ2的计算步骤具体如下：
B1.根据婴幼儿脚底部的特点，通过红光和红外光分别采样30个脉冲周期的数据作为基础，采样频率为100Hz，得到大约3000个采样点IDBAC λ1[i]，其中i为采样点的序号，i＝1-3000；
B2.把采样点数据带入公式Y：RC*(IDBAC λ1[i]-IDBAC λ1[i-1])/Δt，得到IDBAC λ1[i]＝IDBAC λ1[i-1]*[K/(K+1)]，其中K＝RC/Δt。
通过上述的计算，采用了30个脉冲周期作为基础，进行婴幼儿脚底红光和红外光的数据采集，从而通过在3000个采样点中筛选出最大值和最小值进行计算，保证了本发明中公式计算的所采用数据的可靠性。
实施例2
如图1和图2所示本发明了一种智能监测装置，该智能监测装置应用有实施例1所述的方法，其包括壳体1、可容纳设置于所述壳体1上的体温计2以及血氧心率监测仪3，所述体温计2用于婴幼儿的腋窝进行监测体温，所述血氧心率监测仪3用于与婴幼儿的脚底贴合进行监测血氧心率，所述壳体1设置有主控单元，所述主控单元用于与云服务器进行信号交互，所述体温计2、血氧心率监测仪3通过蓝牙与所述主控单元进行信号连接。
在使用时，把本发明的体温计2或血氧心率监测仪3从壳体1的容纳盒里面取下来；在测血氧心率时，将血氧心率监测仪3与婴儿的脚底贴合，可通过袜子使得本血氧心率监测仪3与婴儿的脚底进行相对固定，通过血氧心率监测仪3采集婴幼儿的Hb02和HbR信号后进行放大以及按照实施例1所述的方法进行处理，得出婴儿的血氧饱和度。在测体温时，将体温计2直接与婴幼儿的腋窝接触进行温度的测量，从而实现了同时对于婴儿体温以及血氧脉搏的智能监测；在监测到血氧饱和度和体温数据以后，把数据发送至主控单元，由主控单元进行显示或者上传，以便于使用者进行查阅。相较于现有技术直接对婴儿进行捆绑的方式，本发明通过与婴儿脚底贴合、夹在腋窝的方式来实现智能监测，减少了婴儿的不适，避免了婴儿乱动而影响了监测效果。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种婴幼儿血氧饱和度监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.通过红光λ1和红外光λ2对婴幼儿脚底进行反射式测试，分别获得婴幼儿脚底血流信号IMAX λ1和IMAX λ2；
B.把血流信号进行分析，分别得到血流信号的交流分量IAC λ1和IAC λ2；
C.对红光、红外光光强变化、血流信号的强弱和血氧饱和度之间进行分析，算出试验常数As、Bs和CS；
D.把As、Bs、CS与IMAX λ1、IMAX λ2、IAC λ1、IAC λ2参数结合，根据血氧饱和度计算公式X：
获得婴幼儿的血氧饱和度；
在步骤B中，IAC λ1和IAC λ2的计算方法如下：
IAC λ1＝IPAC λ1＝(IMAXAC λ1+IMINAC λ1)/2；
IAC λ2＝IPAC λ2＝(IMAXAC λ2+IMINAC λ2)/2；
其中，IMAXAC λ1为λ1波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ1的最大值；
IMINAC λ1为λ1波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ1的最小值；
IMAXAC λ2为λ2波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ2的最大值；
IMINAC λ2为λ2波长的光信号经过加权加窗自适应和包络检波后的交流信号IDBAC λ2的最小值；
在步骤B中，IDBAC λ1和IDBAC λ2的计算步骤具体如下：
B1.根据婴幼儿脚底部的特点，通过红光和红外光分别采样30个脉冲周期的数据作为基础，采样频率为100Hz，得到大约3000个采样点IDBAC λ1[i]，其中i为采样点的序号，i＝1-3000；
B2.把采样点数据带入公式Y：RC*(IDBAC λ1[i]-IDBAC λ1[i-1])/△t，得到IDBAC λ1[i]＝IDBAC λ1[i-1]*[K/(K+1)]，其中K＝RC/△t。
2.根据权利要求1所述的婴幼儿血氧饱和度监测方法，其特征在于：试验常数AS、BS和CS的计算方法如下：
C1.通过血氧饱和度定标仪获得血氧值60～100对应的直流分量和交流分量实验数据；
C2.结合婴幼儿脚底部血氧值和血流信号之间的对应关系的临床经验，通过多项式拟合和非线性最小二乘拟合两种拟合方式相结合的方式，计算得出试验常数AS、BS和CS。
3.根据权利要求1所述的婴幼儿血氧饱和度监测方法，其特征在于：在根据公式算出婴幼儿血氧饱和度以后，还至少进行以下步骤：
E.根据婴幼儿脚底部的临床特点，结合临床试验的多中心试验要求和统计中的线性回归相结合的方法，通过统计软件确定婴幼儿血氧饱和度的样本量、样本分布及分析数据；
F.对样本数据分布进行正态检验以及对偏度进行计算。
4.一种应用权利要求1-3任意一项所述的婴幼儿血氧饱和度监测方法的监测装置，其特征在于：包括壳体、可容纳设置于所述壳体上的体温计以及血氧心率监测仪，所述体温计用于婴幼儿的腋窝进行监测体温，所述血氧心率监测仪用于与婴幼儿的脚底贴合进行监测血氧心率，所述壳体设置有主控单元，主控单元用于与外界进行信号交互，所述体温计、血氧心率监测仪与所述主控单元进行信号连接。
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