一种提高血氧测量精度的算法.doc

一种提高血氧测量精度的算法提高测量精度的血氧饱和度生理模型透射式脉搏波血氧饱和度检测的传统模型是基于以下两个假设的：假设一：动脉血中血红蛋白以两种形式即氧合血红蛋白和还原血红蛋白存在而实际上，在建模过程中，忽略了碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白的影响，这使得测量所得的血氧饱和度高于血气分析仪测得的，特别是碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白含量越高时，误差越大因此为了更准确的测量血氧饱和度的值，我们需要在原有基础上对吸光模型进行改进，尽可能减少这些影响因素带来的误差假设二：性测量方法推导过程中，当吸光系数选为氧合血红蛋白和还原血红蛋白吸光系数曲线交点附近时，近似认为两者的吸光系数相等此时，线性方法显然无法更准确的测量血氧饱和度值因此要用改进的非线性测量方法解决这一非线性问题，以便更准确地测量血氧饱和度当动脉搏动时，动脉血的吸光光程发生变化，氧合血红蛋白和还原血红蛋白对光强的吸收也随之发生变化同理，动脉血中的其他成分如碳氧血红蛋白、高铁血红蛋白等对光强的吸收也会相应发生变化，只是比起氧合血红蛋白和还原血红蛋白对吸光光强的影响，这部分的变化幅度较小除此之外，动脉周围的组织、肌肉、骨胳和静脉血对光强的吸收也会因动脉的搏动而变化，一起影响透射光强的变化。

因此，在下面介绍的改进的光吸收模型中，我们将充分考虑这三部分对光吸收量的影响，更全面地分析被测区域对光强的吸收过程为了方便描述，我们作以下两点假设：一、假设整个透光区域的吸光光程为L0，动脉血管搏动前，弹性腔半径为l，搏动后血管扩张，边长增大△l，如图1所示，方形内区域表示为动脉血液，方形之外表示周围组织、肌肉、骨胳及静脉血根据毛细血管的生理特性，我们认为微型毛细血管的透射光强受血管形状的影响可以忽略，故而可以用方形模型代替圆形模型进行分析二、动脉中氧合血红蛋白（HbO2）、还原血红蛋白（Hb）、其他形式的血红蛋白和物质的吸光系数和浓度分别表示为，；，；，；动脉血管周围的肌肉、组织、骨胳、静脉血等对检测光的吸光系数及浓度分别表示为，，则当单位长度光强为i0的单色平行光垂直照射被测组织时，根据Lambert－Beer定律可得：动脉搏动前，透过该组织区域的透射光强为：搏动后，透射光强重新表示为：为了方便表示，记 可得：当时，上式中可以忽略，，因此，上式可以简化为记，可以看出IDC只与模型中的常量有关，而与吸光路径变化量△l无关，因此把它看作是透射光强的直流分量，而将透射光强的变化量△I看作是交流分量，则：对上式取自然对数：进而可以得出： 由此可以看出，改进的光吸收模型中，透过被测区域的光强变化率受动脉血内氧合血红蛋白、还原血红蛋白、其他形式血红蛋白及物质和管外物质共同影响。

基于该模型的提出的新检测算法我们在容积脉搏波传统吸光模型的基础上对吸光模型进行改进和校正，把动脉血中还原血红蛋白、氧合血红蛋白之外的物质及动脉血管周围的肌肉、组织、骨胳、静脉血以和外围皮肤等物质的影响考虑在内，更全面地分析容积脉搏波的吸光过程与此对应，在血氧饱和度经验测量公式的基础上，根据改进的模型，我们可以推导血氧饱和度的改进计算方法如下：当采用波长分别为和的入射光照射被测人体时，令则其中，，；，；，分别为动脉中氧合血红蛋白（HbO2）、还原血红蛋白（Hb）、其他形式的血红蛋白和物质的吸光系数和浓度；，分别为动脉血管周围的肌肉、组织、骨胳、静脉血等对检测光的吸光系数及浓度当动脉血内其他形式物质m1及管外物质m2的吸光系数及浓度变化较小时，我们可以作以下处理，令其中，K11， K12， K21， K22分别是的氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb对应于波长、的修正系数即从而，血氧饱和度的计算公式可表示为令，，则血氧饱和度计算公式可重新表示为其中，，，，分别是对应于波长、的还原血红蛋白和氧合血红蛋白的等价吸光系数只要测定两束光透过透光区域的光强变化率IAC/IDC，进而计算出，就可以代入计算公式计算脉搏式血氧饱和度。

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