Способ определения насыщенности крови кислородом

 

Использование: медицина, медицинская техника, клиническая и амбулаторная практика. Сущность изобретения: участок кожи или биоткани облучают монохроматическим излучением трех длин волн: 600 нм Ј AI Ј 700 нм; 900 1100 нм; 750 нм 850 нм. Регистрируют величины обратного светорассеяния с последующим расчетом, 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 33/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832471/14 (22) 25.05.90 (46) 30.05.92. Бюл. N 20 (71) Научно-производственное обьединение

"Астрофизика" (72) В,И.Кишко, Л.В.Корси, В,Ф,Моpcков, А.И,Соклаков и В.Г.Соколов (53) 612.015(088.8) (56) Medical Instrumentation, 1988, 22/4, р.

167-173.

Изобретение относится к диагностической медицинской технике и может быть использовано в клинической и амбулаторной практике, Степень насыщенности крови кислородом является важным диагностическим и ризнаком. Определение насыщенности крови кислородом S02 производится клинически со взятием пробы крови у пациента или инвазивно путем введения датчика в кровяное русло. Например, при исследовании параметров крови (определение процентного содержания кислорода в цельной крови, концентрации общего гемоглобина крови, концентрации метагемоглобинов) известен метод, использующий измерения коэффициента диффузного отражения Rg и относительного пропускания двух слоев крови толщин. В этом случае показатель поглащения единичной толщины ап (Л) = у (Л) In ò tã (Л) /(12 — l 1), где l1 и I2 — толщины двух слоев крови; у — параметр, определяемый по измеряемому коэффициенту отражения Rg из соотношения

Rg (Л ) = 051 ехр(-52 у(Л )) /(1—

0,48. ехр(-4 у (Л) ), „„Я2 „„1737336 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОСТИ КРОВИ КИСЛОРОДОМ (57) Использование: медицина, медицинская техника, клиническая и амбулаторная практика. Сущность изобретения: участок кожи или биоткани облучают монохроматическим излучением трех длин волн:

600 нм < Л1 < 700 нм; 900 нм<Л2< 1100 нм; 750 нм <Лз< 850 нм. Регистрируют величины обратного светорассеяния с последующим расчетом, 2 э.п. ф-лы, 2 табл. и характеризующий отношение концентраций оксигемоглобина.

Реализация этих методов требует специального оборудования и биохимических препаратов. Вместе с тем в практике анестезиологии, неотложной хирургии, интенсивной терапии, в спортивной и профилактической медицине часто возникает необходимость быстрого и точного определения содержания кислорода в крови в ситуациях, требующих оперативного контроля или угрожающих жизни пациента. В отдельных случаях требуются длительные наблюдения за этим параметром в амбулаторных условиях или на дому.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения насыщенности крови кислородом путем воздействия на участок кожи или биоткани, пронизанной кровеносными сосудами, монохроматическими излучениями с длинами волн Л1 = 660 нм и 2 =

960 нм, регистрации величины обратного светорассеяния с последующим расчетом, Н едо статком этого.способа я вля ется относительно невысокая точность определения, большая чувствительность к

1737336

15 индивидуальной пигментации кожи, анатомии кровеносных сосудов и промежуточных слоев биоткани. Выбранные длины волн, на которых производится измерение, отвечают преимущественному отражению оксигемоглобина (Л1 = 660 нм) и некоторому относительному превышению отражения гемоглобина над оксигемоглобином (960 нм). Отношение интенсивностей рассеяния на этих двух длинах волн дает приближенное. отношение содержаний гемоглобина и оксигемоглобина в крови.

Если состав рассеянного излучения определяется только этими двумя веществами, то отношение указан н ых интенсивностей позволяло бы определять с точностью 5% отношение концентраций оксигемоглобина и гемоглобина в диапазоне

0,2-1, Однако в реальных условиях интенсивность рассеяния определяется не только содержанием гемоглобина. Существен н ы и вклад в рассеяние (от 30 до 70 ) дает окружающая сосуды биоткань. Это приводит к дополнительному уменьшению диапазона измеряемых интенсивностей и снижению точности.

Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации окисленного гемоглобина в крови.

Поставленная цель достигается тем, что проводят дополнительное воздействие мо.нохроматическим излучением с длиной волны, удовлетворяющей условию 750 нм Лз

«<850 нм, и измеряют интенсивность обратного рассеяния на трех длинах волн, Используют воздействие Л1 в диапазоне 600 нм <Л1 < 700 нм, используют воздействие

Л2 в диапазоне 900 нм < Л2 < 1100 нм, Коэффициенты отражения прочих биологических структур не обладают резонансными свойствами в диапазоне 600 — 1000 нм, Коэффициент отражения соединительной ткани в этом диапазоне практически постоянен.

Относительный вклад в рассеяние облучаемой ткани, гемоглобина и оксигемоглобина может меняться в широких пределах в зависимости отдлины волны рассеиваемого излучения и индивидуальных особенностей организма.

Коэффициенты отражения гемоглобина, оксигемоглобина и облучаемой ткани в выбранных диапазонах длин волн, представляющих особый интерес, приведены в табл,1.

Участок кожи или биоткани, пронизанной кровеносными сосудами, последовательно облучают монохроматическими излучениями с длинами волн Л1, Л2 Лз и

55 измеряют интенсивности обратного рассеяния на этих трех длинах волн I iL1, I iL2, 1Лз, которые определяются соотношениями ь11х1 + ь12х2 + ь1зхз = I Л1,

Ь12х1+ Ь22х2 = Ь23хз = I iL2 I (1)

Ь31х1+ Ь32х2+ Ьззхз = I Лз, j где х1,e,õç-рассеивающие обьемы оксигемоглобина, гемоглоЬина и соединительной ткани.

Насыщенность крови кислородом определяется соотношением

$02 х„+х (2) где х1,x2,хз — решение системы уравнений (1).

В прототипе применения рассеянного излучения проводились на двух длинах волн

Л1, Л2, а насыщенность крови кислородом вычислялась по формуле

SO2 =. A— - B- —, IЛ2

i1 (3) где константы А и В выбирались экспериментальноо.

Этот способ позволяет определить концентрацию кислорода с относительной точностью 10 только в том случае, когда измеряемая величина больше 40% и значение гематокритан лежит в пределах 30—

50%, В то же время в клинической практике особый интерес представляет повышение точности измерения при малых концентрациях кислорода, так как от этого зависит выбор режима системы жизнеобеспечения и интенсивной терапии.

Как показали расчеты, точность определения параметра S02 для О< Н < 0,9 не хуже

5%, в том числе при малой насыщенности кислородом.

Предложенный способ, использующий воздействие на участок кожи или биоткани монохроматического излучения на трех частотах, а не на двух, как это было в прототипе, позволяет повысить точность определения насыщенности крови кислородом при одновременном смягчении требований к когерентности монохроматического излучения.

Ошибки определения параметра S02 имеют систематический и флуктуационный характер.

Систематическая ошибка в прототипе объясняется погрешностью аппроксимации нелинейной кривой с помощью прямой (3), Наибольшие отличия кривых наблюдаются на краях интервала, когда 502 = 0 и S02 =

100 . Эта ошибка приводит к уменьшению динамического диапазона измеряемых параметров. В предлагаемом способе аппроксимация нелинейной функции осуществляется дробно-линейной функ1737336

Формула изобретения

Таблица1

Таблица2

Составитель В.Соколов

Техред М.Моргентал Корректор Jl.Áåcêèä

Редактор М.Циткина

Заказ 1887 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 цией (2), позволяющей повысить качество аппроксимации.

Флуктуационная ошибка обусловлена анатомическим различием исследуемых органов. Измерение на двух частотах позволяет определить концентрацию двух веществ — гемоглобина и оксигемоглобина. В то же время в поглощение и обратное рассеяние монохроматического излучения вносит вклад биоткань. Ее оптические свойства меняются от одного пациента к другому, что приводит к дополнительной ошибке измерения. Предложенный способ позволяет полностью исключить влияние неселективной биоткани. На практике это приводит к значительному сокращению флуктуационной ошибки.

Результаты клинических испытаний двух и трехчастотных оптических оксиметров приведены в табл,2, Как видно из таблицы, трехчастотный способ определения SOz позволяет в среднем снизить погрешность в 2,5 — 3 раза.

1. Способ определения насыщенности крови кислородом путем воздействия на

5 участок кожи или биоткани, пронизанной кровеносными сосудами, монохроматическими излучениями с длинами волн i = 660 нм и Аг= 960 нм, регистрации величины обратного светорассеяния с последующим

10 расчетом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности способа, проводят дополнительное воздействие монохроматическим излучением с длиной волны, удовлетворяющей условию 750 нм < Лз

"5 < 850 нм, и измеряют интенсивность обратного рассеяния на трех длинах волн, 2. Способ поп1,отличающийся тем, что используют воздействие iL> в диапазоне 600 нм < А2< 700 нм.

3, Способ по и 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что используют воздействие i в диапазоне 900 нм < Л2< 1100 нм,