基于动态光谱法的多波长脉搏血氧饱和度测量

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,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60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606.44~987.55 nm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±0.017 6,而两波长测量装置监护仪上得到的数据相对误差为±0.116 4。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。     

反射式血氧饱和度检测方法的研究

近红外光谱技术可实现组织中血氧代谢的实时无损伤在体测量, 在生物医学领域得到了广泛应用。 本文利用红光、红外光双光束对指尖进行了基于反射式原理的血氧饱和度(SPO2)检测。通过改变入射光的强度, 并在距入射光1.5cm处采集其反射信号, 观察光强变化对光学体积描记（PPG）信号的影响。实验表明在入射光强不同时, 光到达生物组织层次不同, 所得信号幅度、信噪比都不同。以此提出改变光强法来检测组织不同层次的血氧饱和度。     

一种改进的脉搏血氧饱和度测量方法

针对峰谷值法在低灌注下血氧饱和度测量准确度较低的缺点,采用了一种基于卷积建模测量血氧饱和度的改进方法。该方法基于脉搏波具有周期性和稀疏性的特性,通过对光电容积脉搏信号特征与其卷积信号特征进行分析,使用其卷积信号代替脉搏信号测量血氧饱和度。实验结果表明,提出的改进方法与峰谷值法在正常灌注指数下测量结果相近,且在低灌注指数至0.2%的条件下,峰谷值法平均偏差和准确度分别为5.304和3.296,改进方法的平均偏差和准确度分别为1.224和1.443,改进方法的测量精度更高、稳定性更好,为人体血氧饱和度测量提供了一种有效途径。     

一种测量动脉血氧饱和度的新方法

在传统的血氧饱和度测量方法中,首先计算对数光电容积脉搏波交、真流成分的比值(R值),然后通过实验建立血氧饱和度值与R值的线性回归模型,旨在消除光程的影响,将个体差异的影响降至最小化,是一种基于Lambert-Beer定律的降维处理。当考虑散射时,这种以交、直流成分的比值作为自变量的降维处理方式损失了信息量,引入了系统误差,限制了测量的精度。为了减小这种影响,从透射光电脉搏波所含信息量的角度,提出了使用双波长对数光电容积脉搏波的峰值和谷值作为自变量与血氧饱和度值建立线性回归模型的新方法。从23名健康志愿者中获得133例光电脉搏波及血氧饱和度参考值样本,从中随机抽取90例作为建模集,另外43例作为预测集,对比了新方法和R值法的建模和预测结果。随机抽取建模集并预测10次,新方法和R值法的平均预测相关系数分别为0.890 6和0.846 8,平均预测均方根误差分别为0.889 6%和1.037 3%,结果表明新方法的预测效果优于传统R值法,使用四个特征量建立血氧饱和度预测模型,能够提高测量的稳定性和精度,对基于有限波长光谱数据建模测量人体血液生理参数有指导意义。     

人体血氧饱和度检测中消除脉搏波信号高频噪声的方法

基于光电容积脉搏波的方法可以用于人体血氧饱和度的无创检测,基于光电容积脉搏波测量时,由于信号采集过程中随机噪声等干扰,脉搏波信号中存在高频噪声,影响最终的血氧饱和度测量精度。提出采用基于连续均方误差(CMSE)准则的经验模态分解(EMD)法消除脉搏波信号中的高频噪声。利用自行研制的光电容积脉搏波采集装置采集脉搏波信号,应用该方法消除信号中高频噪声,并采用信号的频谱进行效果评价。结果表明：该方法有效消除了高频噪声,这将有利于人体血氧饱和度无创检测精度的提高。     

血液成分无创检测中基于不确定度的光谱提取方法

近红外光谱血液成分无创检测技术发展至今已取得一系列进展。为进一步提高检测精度,基于动态光谱理论提出了一种改进的光谱提取方法：首先拟合出漂移基线,抑制了手指与夹具相对运动造成的影响;然后以方和根代替峰峰值组成光谱,减小了系统随机误差造成的影响。最后以血氧饱和度测量为例,对血氧饱和度系数Q进行不确定度分析,结合实验数据的理论分析表明以方和根代替峰峰值可使不确定度下降至原先的38%。在血氧饱和度检测实验中将改进后的方法与峰峰值法对比,可得精度更高的血氧饱和度系数Q,获得十组Q值的方差平均下降至原先的42%。理论分析与实验结果均表明,应用所提出的光谱提取方法可更加精确地从光电容积脉搏波中提取有效光谱,在血液成分的无创检测中有着重要的价值。     

利用近红外光谱检测多层组织血氧饱和度的研究

利用近红外光谱无创检测生物组织血氧饱和状态,是一种极富研究和应用前景的检测技术,在临床检测中被广泛应用.但常规临床检测应用于指端仅反映局部血氧饱和度信息,在使用中具有局限性,信号的可信度也存在质疑.该文提出了一种采用反射式脉搏血氧饱和度检测技术检测生物多层组织氧合状况的新方法,该方法通过调节入射光强以适应解剖学中生物组织多层结构的检测.应用该方法针对手指结构的实验结果表明,随着入射光强的改变,反映血氧饱和状态的光电脉搏波信号有显著变化.结合手指解剖学分析表明,光电脉搏波信号的变化与手指的多层面组织结构相对应,反映不同层面血氧饱和状态.这一特点表明,通过此法可以针对生物组织的多层结构进行测量.     

基于红外反射光容积脉搏波的血管阻力研究

近红外光谱技术在血氧饱和度和血糖浓度的无损伤在体测量中得到了应用。本文利用基于反射式原理的红外光容积脉搏波对指尖和桡动脉进行了血管阻力等血流参数检测的研究。通过将提取到的光电容积脉搏波中峰峰值和特征K值参数与超声多普勒所测收缩期峰值血流速度和血管阻力参数进行相关性分析, 发现两者存在很强的相关性, 研究结果将扩展光电容积脉搏波在血流检测中的应用。     

单波长光声光谱血氧饱和度检测技术研究（英文）

血氧饱和度(SO_2)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。通过研究生物组织对光的吸收和散射特性,将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO_2)、脱氧血红蛋白浓度[HBR]和氧合血红蛋白浓度[HbO_2]的新方法。该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术,不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。为了验证该技术可行性,在实验中采用单波长激光脉冲光源,以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量,从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO_2)。实验结果表明,所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%,采用该方法量化血氧饱和度是可行的;同时利用实验结果,结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。     

单波长光声光谱血氧饱和度检测技术研究

血氧饱和度(SO₂)为临床观察病情变化提供了有意义的指标。传统血氧饱和度检测研究工作多采用双光源和多光源光电容积脉搏波描记法实现无创检测来减少病人痛苦。通过研究生物组织对光的吸收和散射特性,将光谱学和光声技术相结合提出了一种无创式单光源检测血氧饱和度(SO₂)、脱氧血红蛋白浓度[HBR]和氧合血红蛋白浓度[HbO₂]的新方法。该方法基于血液对光信号的吸收和散射理论基础和光声信号呈现吸收线形关系建立单波长光声光谱血氧饱和度检测技术,不仅可以进行指标性参数分析还可以对组织成像。为了验证该技术可行性,在实验中采用单波长激光脉冲光源,以绿色和红色墨水的混合液体作为含有脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的血液模型注入软管模拟人体血液环境。其中红色墨水的含量类比于血液中含氧血红蛋白含量,从而可通过测量计算出红色和绿色墨水浓度来表征伪血氧饱和度(poseudo-SO₂)。实验结果表明,所测的伪血氧饱和度与实际浓度误差不超过6.97%,采用该方法量化血氧饱和度是可行的;同时利用实验结果,结合光声成像技术完成了对伪血液中单圆管截面成像。该方法替代多波长光谱分析的方法能显著降低激光系统和便携式实现成本。     

动态光谱频域提取的FFT变换精度分析

近红外光谱无创血液成分检测因其测量方法的优越性,已经成为生物医学领域的研究热点之一。但除血氧饱和度外,目前还没有进入临床应用成果的报道,其关键在于个体差异和测量条件对检测精度的影响。文章先介绍一种可以消除个体差异的新的检测方法——动态光谱法,再从其原理出发,推导出基于傅里叶变换的动态光谱频域提取法。同时,文章通过实验,研究了采样率,采样周期个数,非同步采样对(快速傅里叶变换(FFT)精度的影响。分析结果表明：选择合适的采样率,采样信号周期个数、并利用现有的加窗和插值算法能够大幅度提高动态光谱数据的精度。     

面部视频非接触式生理参数感知

为了在非接触条件下检测受试者的各项生理参数,本文设计了一种基于成像式光电容积描记技术,从手机录制的人脸视频中估算生理参数的方法.首先,提出了"小波变换-主成分分析-盲源分离"算法,用于提取出高信噪比的RGB三通道脉搏波信号.然后,分别从频域和时域角度对绿色通道信号进行处理,估算出心率值和呼吸率值;对红蓝通道的脉搏波信号...     

利用统计处理方法提高动态光谱的检测精度

近红外光谱法成分检测因其检测方法的优越性,已成为生物医学领域的研究热点。目前国内外相关研究虽然广泛,可是还没有进入实际临床应用的报道。关键是现有检测方法中存在着个体差异,测量条件的影响,使光谱检测精度达不到要求,因此提高检测精度是血液成分无创检测得以实现的关键。文章在最近提出的一种新的近红外血液成分检测方法-动态光谱法的基础上,利用传统的统计处理方法,通过剔除含有粗大误差的奇异点和多次测量统计平均来提高动态光谱检测精度。实验结果表明含粗大误差的奇异点剔除和多次测量统计平均能够提高动态光谱的检测精度。     

基于试验方差分析的血氧测量波长选取的研究

为了提高血氧饱和度光谱测量的精度和可靠性,增强血氧饱和度测量数据的有效性,提出了基于试验方差分析的血氧测量波长选取的方法。通过分析不同波长组合对应的血氧饱和度系数分布情况,合理地利用统计理论,从中选取较好的波长组合。实验中以不同血氧饱和度临床数据为基础,建立了不同波长组合(660和940 nm,660和805 nm,805和940 nm)计算出的血氧饱和度系数的单因素试验方差分析模型,参照分析模型中的F指标和p参数,比较分析不同波长组合的显著性,进而从光谱数据中选取出相对较好的波长组合,为进一步建模分析提供了可靠的中间数据。结果表明,选取660和805 nm的波长组合引入的总误差相对较小,能更显著的代表血氧饱和度的变化,相比其他的波长组合进行分析能够提高血氧测量精度。本研究将试验方差分析方法用于血氧测量中波长组合的优选,效果显著,为血氧饱和度的测量和其他相关光谱的特征波长选取以及定量分析提供了新思路。试验方差分析方法有助于从光谱中提取代表被测量的有效信息。     

无损检测组织氧饱和度的近红外光学传感器的优化设计研究

基于空间分辨的近红外光谱(NIRS)技术可实现人体组织氧饱和度(rSO₂)的无损、实时检测。已研制出基于该原理的NIRS仪器,为推广其临床应用,必须保证并尽可能提高其测得rSO₂的准确度。文章主要研究传感器上多个检测器的间距以及光源发光波长离散性对rSO₂准确度的影响,结果指出：(1)为准确得到rSO₂,应当使用两个检测器,其间距应在5～20 mm,并且与光源的距离均应当不小于20 mm; (2)双波长光源的发光波长,特别是短波波长的离散性可导致测得的rSO₂出现明显误差(＞10%),为避免这一误差,必须准确测出实际的发光波长,并使用该波长对应的消光系数。上述结论可指导传感器的优化设计,所研制成的NIRS仪器实现了这一点。