基于动态光谱法的多波长脉搏血氧饱和度测量.pdf

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1、第34卷，第5期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．5，pp1323—13262014年5月SpectroscopyandSpectralAnalysisMay，2014基于动态光谱法的多波长脉搏血氧饱和度测量王晓飞，赵文俊北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院，北京100192摘要目前临床上血氧饱和度的无创检测主要基于双波长的脉搏血氧饱和度测量原理，但其检测精度仍然需要进一步的探究和完善。近年来，国内外的很多研究者采用三波长甚至八波长的方法测量血氧饱和度，从某种程度上减小了误差。动态光谱法作为一种新型血液成分无创检测方法，能消除受试者个体差异和测量环境等的影响，

2、在血红蛋白浓度的无创检测研究中取得了很好的效果。基于动态光谱法对多波长下脉搏血氧饱和度检测进行了研究：对6O名重症监护患者进行动态光谱采集以及动脉抽血分析血氧饱和度值；采用高灵敏度光纤光谱仪，采集受试者指端透射多波长下的光谱信息；以单拍提取法提取波长范围为606．44～987．55nm的动态光谱；以动脉血气分析中血氧饱和度值为参考真值，建立血氧饱和度与多波长动态光谱数据的组合间隔偏最小二乘校正模型；得到预测集的相对误差为±0．0176，而两波长测量装置监护仪上得到的数据相对误差为士0．1164。结果表明：利用高灵敏度光纤光谱仪采集多波长光谱信息，用动态光谱法进行数

3、据预处理，进行多波长血氧饱和度检测，有效降低了血氧饱和度的测量误差。关键词血氧饱和度；动态光谱；多波长；单拍提取法；组合间隔偏最小二乘中图分类号：Q819文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014}05—1323一O4检测精度成为国内外很多学者探究的问题Is-s]，早在1964引言年，Shaw设计了一种八波长的自身调整的耳部血氧计，选取650～1050nm的八个光波，提供了更多吸收物质的数血氧饱和度(Sa02)是指在血液中被氧结合的氧合血红据；近期国内学者对三波长无创检测血氧饱和度的方法进行蛋白(Hb02)的容量占全部可结合的

4、血红蛋白(Hb)容量的百了研究，在婴幼儿的血氧检测方面取得了很好的效果，多波分比，医学上多采用功能饱和度来反应血液中的氧含量的变长检测越来越受到大家的重视。化，如式(1)所示。SaOz能反应人体血液的携氧能力，临床动态光谱法作为一种新的光谱检测方法，能有效的消除认为血氧饱和度与患者的血氧含量紧密相关。个体之间的差异以及测量环境对光谱检测的影响[9]。动态光谱法被广泛应用在多波长光谱无创测量中，人体中多种血红SaOz一—一×100％(1)cHb(十CHb蛋白含量检测等方面的研究均取得了很好的效果。其中，cnbch和CHb为血液中氧合血红蛋白和还原血红蛋白的本工作基于

5、动态光谱的应用特点，采用单拍提取动态光浓度。基于脉搏波的血氧饱和度检测[】]已经在临床上得到谱的方法，利用多波长建模预测血氧饱和度值，充分利用不广泛应用，它实现了连续、无创、快速检测人体血氧饱和度同波段的光谱信息，取得了比较理想的测量结果。的功能。传统的无创脉搏血氧饱和度测量[4是一种双波长确定血氧饱和度的方法，其测量原理是基于HbOz和Hb在1实验部分660和940nm处吸收光谱的特性，由朗伯一比尔定律推得Sa()2是与血液对两路光吸光度的变化之比呈线性对应关系，1．1仪器通过检测这种充血前后吸光度的变化求得Sa02。实验装置如图l所示。这种方法只利用了两个波长

6、光的信息，忽略了其他波长光源为5ow的溴钨灯；测试部位选择了脉动比较明显光所含的信息，测量精度不能满足需要，重症患者仍然需要的手指部位，考虑到光源通过人体组织后的衰减，实验时将进行动脉取血检测血氧饱和度值。如何提高血氧饱和度无创人体手指直接置于光谱仪光信号人口处，使光源发出的光聚收稿日期：2013—07—14。修订日期：2013—10—25基金项目：国家科技支撑计划项目(2011BA102B04)资助作者简介：王晓飞，女，1965年生，北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院副教授e-mail．wangxiaofei@bistu．edu．cn1324光谱学与光谱分析

7、第34卷焦透过人体手指后，通过抗干扰型光纤接收直接由光谱仪进光谱仪，波长范围为2001160nm；计算机和光谱仪中间行采集；光谱仪采用AvaSpec-HS1024x58TEC高灵敏度光纤通过USB数据线连接。——————OoticalfiberFig．1Experimentaldevice1．2测量方法AOD构成动态光谱，可知动态光谱只与脉动血液引起的光被测对象为6O名ICU患者，测前让受测者平卧放松，强变化有关，从而消除了非动脉血液成分对吸光度的影响。保持呼吸、情绪、心态稳定，左手食指置于光纤信号入口处，根据修正的Lambert-beer定律可知使食指指端完全遮

8、挡住光纤入