无创组织氧饱和度监测系统的研究

雩风三日

无创组织氧饱和度监测系统的研究

    氧是维系人类生命的基础，在缺氧环境下，新陈代谢失常，进而导致细胞受损及一系列并发症，最严重时会导致细胞死亡，因此对血液中氧气含量的检测是极其重要的一个课题。目前动脉血氧饱和度及混合静脉血氧饱和度的监测趋向成熟，但是在低血压、低血容量、栓塞等引起的局部缺血或内部环境改变时，动脉氧饱和度和混合静脉氧饱和度的数值不发生明显改变，无法反映生命体征的有害性波动及局部组织的损伤状态，真正反映局部组织氧合状态的组织氧饱和度尚无有效的监测手段，因此无创快速的组织氧饱和度监测方法已成为世界范围内研究的热点。

    朗伯一比尔定律在测量人体心率、血氧饱和度、血红蛋白浓度中的广泛应用，为人体组织氧饱和度监测提供了一种新思路。将修正的朗伯一比尔定律有针对性的应用到人体健康检测中，不仅可以无创实时监测组织氧饱和度，为临床手术提供预警信息，还可以为家用健康自检及医学人体研究提供有效的实测数据。

    本文对朗伯一比尔定律在人体血液参数测量中的应用进行了深入研究;提出了人造脉搏方案实现上肢组织氧饱和度的监测;提出了三光源两探测器方案实现人体任意部位组织氧饱和度的无创测量;通过研究皮肤组织组成及其光学特性，选定适当的测量部位及探测波长，设计了基于DCM06及DCM08集成光源的前端探头;针对两种探头结构并结合三光源两探测器测量方案，采用MATLAB实现相关算法、Labview实现数据通信及人机交互，搭建了用于无创监测组织氧饱和度的06系统和08系统。

    分别对06系统和08系统进行了光强稳定性实验、组织氧饱和度可信性实验、静脉阻断灵敏度实验，结果显示:对同一受试者连续测量，08系统较06系统稳定;对不同受试者集中测量，06系统波动性较大，不适用于组织氧饱和度的测量;对于同一个体手臂不同部位，08系统测试结果存在微小差异，差异幅度在0. 05左右;08系统在静脉阻断下，组织氧参数发生显著改变，最大降幅0. 25。实验结果表明08系统具有较高稳定性和灵敏度，能够连续实时测量组织氧饱和度参数、反映组织氧变化趋势，可以为临床监测局部组织血运状况提供重要参考。

    由于本文使用集成光源作为光源模块，光源与探测器结构已经固定，在光源与探测器距离选取方面尚存在改进空间，因此对探测光强值和探测器一光源间距离的关系展开研究。设计了光源探测器一体探头并搭建系统，分析了光源与探测器的最佳距离。实验数据表明，同一波长的光在不同个体组织中具有相同线性区域;不同波长的光在同一个体组织中传输时，线性区域不同，因此光源与探测器的最佳距离必须选在公共线性区内。提出了一种基于两光源四探测器测量人体含氧血红蛋白浓度的方法，可在后期应用中辅助组织氧饱和度监测系统对人体健康状况进行判定。

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关键词:组织氧饱和度，朗伯一比尔定律，实时监测

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