一種提高血氧測量精度的算法

一種提高血氧測量精度的算法提高測量精度的血氧飽和度生理模型透射式脈搏波血氧飽和度檢測的傳統(tǒng)模型是基于以下兩個假設(shè)的：假設(shè)一：動脈血中血紅蛋白以兩種形式即氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白存在。而實際上，在建模過程中，忽略了碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白的影響，這使得測量所得的血氧飽和度高于血氣分析儀測得的，特別是碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白含量越高時，誤差越大。因此為了更準(zhǔn)確的測量血氧飽和度的值，我們需要在原有基礎(chǔ)上對吸光模型進行改進，盡可能減少這些影響因素帶來的誤差。假設(shè)二：在線性測量方法推導(dǎo)過程中，當(dāng)吸光系數(shù)選為氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白吸光系數(shù)曲線交點附近時，近似認為兩者的吸光系數(shù)相等。此時，線性方法顯然無法更準(zhǔn)確的測量血氧飽和度值。因此要用改進的非線性測量方法解決這一非線性問題，以便更準(zhǔn)確地測量血氧飽和度。當(dāng)動脈搏動時，動脈血的吸光光程發(fā)生變化，氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對光強的吸收也隨之發(fā)生變化。同理，動脈血中的其他成分如碳氧血紅蛋白、高鐵血紅蛋白等對光強的吸收也會相應(yīng)發(fā)生變化，只是比起氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白對吸光光強的影響，這部分的變化幅度較小。除此之外，動脈周圍的組織、肌肉、骨胳和靜脈血對光強的吸收也會因動脈的搏動而變化，一起影響透射光強的變化。因此，在下面介紹的改進的光吸收模型中，我們將充分考慮這三部分對光吸收量的影響，更全面地分析被測區(qū)域?qū)鈴姷奈者^程。為了方便描述，我們作以下兩點假設(shè)：一、假設(shè)整個透光區(qū)域的吸光光程為L0，動脈血管搏動前，彈性腔半徑為l，搏動后血管擴張，邊長增大l，如圖1所示，方形內(nèi)區(qū)域表示為動脈血液，方形之外表示周圍組織、肌肉、骨胳及靜脈血。根據(jù)毛細血管的生理特性，我們認為微型毛細血管的透射光強受血管形狀的影響可以忽略，故而可以用方形模型代替圓形模型進行分析。二、動脈中氧合血紅蛋白（HbO2）、還原血紅蛋白（Hb）、其他形式的血紅蛋白和物質(zhì)的吸光系數(shù)和濃度分別表示為，；，；，；動脈血管周圍的肌肉、組織、骨胳、靜脈血等對檢測光的吸光系數(shù)及濃度分別表示為，則當(dāng)單位長度光強為i0的單色平行光垂直照射被測組織時，根據(jù)LambertBeer定律可得：動脈搏動前，透過該組織區(qū)域的透射光強為：搏動后，透射光強重新表示為：為了方便表示，記 可得：當(dāng)時，上式中可以忽略，因此，上式可以簡化為記，可以看出IDC只與模型中的常量有關(guān)，而與吸光路徑變化量l無關(guān)，因此把它看作是透射光強的直流分量，而將透射光強的變化量I看作是交流分量，則：對上式取自然對數(shù)：進而可以得出： 由此可以看出，改進的光吸收模型中，透過被測區(qū)域的光強變化率受動脈血內(nèi)氧合血紅蛋白、還原血紅蛋白、其他形式血紅蛋白及物質(zhì)和管外物質(zhì)共同影響?；谠撃Ｐ偷奶岢龅男聶z測算法我們在容積脈搏波傳統(tǒng)吸光模型的基礎(chǔ)上對吸光模型進行改進和校正，把動脈血中還原血紅蛋白、氧合血紅蛋白之外的物質(zhì)及動脈血管周圍的肌肉、組織、骨胳、靜脈血以和外圍皮膚等物質(zhì)的影響考慮在內(nèi)，更全面地分析容積脈搏波的吸光過程。與此對應(yīng)，在血氧飽和度經(jīng)驗測量公式的基礎(chǔ)上，根據(jù)改進的模型，我們可以推導(dǎo)血氧飽和度的改進計算方法如下：當(dāng)采用波長分別為和的入射光照射被測人體時，令則其中，；，；，分別為動脈中氧合血紅蛋白（HbO2）、還原血紅蛋白（Hb）、其他形式的血紅蛋白和物質(zhì)的吸光系數(shù)和濃度；，分別為動脈血管周圍的肌肉、組織、骨胳、靜脈血等對檢測光的吸光系數(shù)及濃度。當(dāng)動脈血內(nèi)其他形式物質(zhì)m1及管外物質(zhì)m2的吸光系數(shù)及濃度變化較小時，我們可以作以下處理，令其中，K11， K12， K21， K22分別是的氧合血紅蛋白HbO2和還原血紅蛋白Hb對應(yīng)于波長、的修正系數(shù)。即從而，血氧飽和度的計算公式可表示為令，則血氧飽和度計算公式可重新表示為其中，分別是對應(yīng)于波長、的還原血紅蛋白和氧合血紅蛋白的等價吸光系數(shù)。只要測定兩束光