[发明专利]无创测量组织脱氧、氧合和碳氧血红蛋白的检测系统及方法

说明书

本发明公开了无创测量组织脱氧、氧合和碳氧血红蛋白的检测系统及方法。检测系统包括探头和主机，探头由上盖层、外壳、信号接收模块和下覆层组成，信号接收模块由滤光片和探测器组成，外壳、滤光片和探测器位于上盖层和下覆层中间，呈现出“三明治”结构。主机由电源模块、光源驱动模块、光源、中央处理模块、显示模块、存储模块、信号处理模块、用户信息输入模块组成。主机与探头通过能传输光信号的线缆和能传输电信号的线缆连接，探头与人体组织完全贴合，主机中光源驱动模块控制光源发光，信号处理模块处理信号接收模块的光电信号，并传输至存储模块，中央处理模块调用存储模块中的数据，经中央处理模块计算后经显示模块显示。本发明可同时无创测量组织脱氧血红蛋白、氧合血红蛋白和碳氧血红蛋白。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，特别涉及无创测量组织脱氧、氧合和碳氧血红蛋白的检测系统及方法。

背景技术

血红蛋白是红细胞内特殊的蛋白质，占到红细胞总量的97％，它的主要生理功能是将氧气从肺部传输至身体各个组织细胞之间，再把各个组织细胞呼吸的二氧化碳运输到肺部，呼出体外。

氧合血红蛋白(oxyhemoglobin,HbO₂)、脱氧血红蛋白(deoxyhemoglobin,Hb)和碳氧血红蛋白(carboxyhemoglobin,HbCO)含量是三项重要的生理指标。氧合血红蛋白是血红蛋白与氧气分子可逆性结合而生成的一种物质，具有输送氧气的作用，脱氧血红蛋白是没有携带氧的血红蛋白，碳氧血红蛋白是血红蛋白与一氧化碳结合的产物，空气中所含的一氧化碳通过人体的呼吸功能进入血液循环，与红细胞中的血红蛋白结合。在结合方面，一氧化碳与血红蛋白的结合能力是氧气的200-300倍，而解离速率却只有氧合血红蛋白的1/3600。因此，血红蛋白更易与一氧化碳结合，且不易分离，使血红蛋白丧失携氧能力。因此，组织中脱氧血红蛋白和碳氧血红蛋白含量上升，氧合血红蛋白含量降低，预示着组织细胞缺氧。

人体组织，如脑组织，对缺氧高度敏感，短时间的缺氧就可造成不可逆转的神经损伤甚至脑死亡，因此实现组织中几种血红蛋白的连续无创监测至关重要，可为临床及时处理不良事件提供客观的依据。

现阶段，国内外应用近红外光谱技术(Near Infrared Spectroscopy,NIRS)检测组织中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白含量已趋于成熟。专利公开号CN1542434A公开了可修正外层组织影响的组织血氧参数检测方法，用于检测不同测试对象和生物组织氧合血红蛋白变化量和脱氧血红蛋白变化量。专利公开号CN1911172A公开了人体组织氧合和还原蛋白浓度绝对量的检测方法，根据光在组织中吸收与散射的规律，计算出局部组织氧合和还原血红蛋白的浓度。苏州爱琴已有商业化的EGOS-600近红外组织血氧参数无损监测仪，可用来检测组织中氧合血红蛋白变化量和脱氧血红蛋白变化量。

另一方面，利用光电容积脉搏波描述法技术(photoplethysmographic，PPG)可以实现脉搏碳氧血红蛋白饱和度的无创检测，该方法利用了动脉血的吸收会因动脉的搏动而出现周期性的起伏，这在信号上体现为交流分量，因此对接收到的信号只需去除直流分量而只提取交流分量，便可得到脉搏碳氧血红蛋白饱和度。由此可见，脉搏碳氧血红蛋白饱和度实际上是动脉血中碳氧血红蛋白饱和度。而人体组织中氧饱和度含量是动脉、静脉、毛细血管氧饱和度加权平均值，因此仅以动脉中碳氧血红蛋白饱和度来反应人体组织中碳氧血红蛋白饱和度是不正确的。

授权公告号CN205568957U公开了碳氧血红蛋白饱和度测量探头，测量部位位于指尖，其反应的是动脉中碳氧血红蛋白饱和度。硕士学位论文《多波长无创碳氧血红蛋白检测方法关键技术的研究》公开了碳氧血红蛋白的系统和方法，仍然采用了PPG原理，测量部位在指端，同样反应的是动脉中碳氧血红蛋白饱和度。美国Masimo公司的Rainbow set产品可以用于脉搏碳氧血红蛋白饱和度的测量。但以上公开的专利、论文和产品均只能用于指端脉搏碳氧血红蛋白饱和度的测量，无法用于组织中碳氧血红蛋白含量的测量。由于指端脉搏碳氧血红蛋白检测只能反映全身动脉碳氧血红蛋白情况，不能反映某一局部组织(如脑组织，肌肉组织等)的碳氧血红蛋白状况，即使指端脉搏碳氧血红蛋白数值正常，也不能排除局部组织缺氧的可能。