[发明专利]用于测量受试者的组织中的血氧饱和度的装置和方法

说明书

本发明涉及用于通过近红外光谱法使用多距离方法非侵入性地确定受试者的组织内的血氧饱和度并考虑由于除了血红蛋白和脱氧血红蛋白以外的光吸收剂和受试者的组织的散射特性导致的光信号的衰减的装置和方法。

本发明涉及一种用于测量受试者的组织中的血氧饱和度的装置和一种用于确定受试者的组织中的血氧饱和度的方法。

监测受试者的组织中的血氧饱和度具有临床重要性，因为低血氧饱和度指示可能致命的疾病。例如，早产儿就是这种情况，其经常遭受妊娠性消化道损伤，诸如，坏死性小肠结肠炎或便秘，并且一直处于发生休克的风险中。因此，在早产儿的情况下，需要持续且准确地监测腹部氧饱和度。

受试者的组织中的血氧饱和度被定义为：

其中c(HbO₂)和c(Hb)分别是氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度。

近红外光谱(NIRS)是一种测量受试者的组织中血氧饱和度的非侵入性技术。NIRS依赖于氧合血红蛋白(H_bO₂)和脱氧血红蛋白(Hb)在近红外光谱范围内的独特吸收特性，以确定H_bO₂和Hb的相对浓度。NIRS可以通过将光谱传感器放置在受试者的皮肤上并在光信号通过受试者的组织后测量其衰减来非侵入地进行。

所测量的光衰减与由Lambert-Beer定律给定的光吸收物质(发色团)的浓度有关：

其中A_λ是特定波长λ处的光衰减，c是特定发色团的浓度，ε_λ是特定发色团在特定波长下的消光系数，而d是光源到检测器间隔的距离。使用已知的消光系数，可以从所测量的光衰减计算发色团的浓度。在不同发色团的混合物的情况下，发色团的相对浓度可以通过测量几种不同波长处的光衰减来确定，其中发色团的消光系数不同。对于包含N种不同发色团的混合物，这需要在至少N个不同波长下测量衰减。

在典型的NIRS装置中，已知波长和强度的光信号被传送到受试者的组织中，并且检测从该组织漫反射出的光以计算光衰减。为了准确地确定组织中发色团的浓度形成所测量的光衰减，有必要考虑组织的光学性质，特别是由于组织中存在的其他发色团和组织的散射性质导致的吸收。在实践中，组织的散射特性需要通过校准测量来解决。为了考虑除H_bO₂和Hb之外的发色团，必须确定这些发色团的吸收光谱以估计依赖于波长的消光系数，并且必须在至少2+M个波长处测量光衰减，其中M是应该考虑的额外发色团的数量。在现有技术中已经开发了几种解决这些问题的方法。

EP 1 259 791 B1公开了一种用于通过测量三个或更多波长处的光衰减并计算波长之间的衰减差来测量受试者的组织内的总血氧饱和度的NIRS方法。这种办法也被称为“差分波长方法”。该方法需要在N+1个不同波长下测量，以确定N种不同发色团的浓度。通过确定差分衰减，使组织光散射、固定光吸收组分和测量装置特性的贡献相对于可归因于H_bO₂和Hb的衰减最小化，这提高了所测量的血氧饱和度的准确度。

US2012/0136225A1公开了一种用于确定受试者的下胃肠组织内的血氧饱和度的方法，该方法涉及考虑血液中不存在的依赖于波长的吸收材料的存在。具体地，US2012/0136225A1建议考虑由于受试者的下胃肠道中存在的粪便导致的光衰减，特别是存在于新生婴儿的胃肠道中的胎粪。US2012/0136225A1还教导了使用差分波长方法来分析NIRS数据。

尽管差分波长方法使组织的散射特性的贡献最小化，但仍需要校准以考虑散射以及非特定的背景吸收。假设给定参考组织的氧饱和度是受试者的静脉和动脉血的氧饱和度的加权和，通过确定所述参考组织的血氧饱和度来执行该校准。然而，这需要了解该组织中静脉和动脉血的相对贡献。尽管存在静脉和动脉血氧饱和度相对贡献的经验数据，但这些数据的可靠性值得怀疑。因此，可用的校准方法为差分波长方法提供了潜在的误差源。