Способ определения насыщенности крови кислородом

(5) 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ошен(56) Меб 1 са 1 1 пзтгцпептат 1 оп, 1988, 22/4, р167-173. 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 ЯОг 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 Й 9 и Относительного пропусканпя двух слоев крови толщин. В этом случае показатель поглащения единичной толщиныа,(Л) =у( Л) 1 п т 1 г(Л) /(1 г - 11), где 11 и 1 г - толщины двух слоев крови;у - параметр, определяемый по измеряемому коэффициенту отражения К 9 из соотВ 9 (Л ) = 0,51 ехр ( -5,2 у (Л ) / (1,48 ехр(-4 у(Л) ,(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 нмЛ 1700 нм; 900 нмЛг 1100 нм; 750 нм Лз 850 нм, Регистрируют величины обратного светорассеяния с последующим расчетом, 2 э.п. ф-лы, 2 табл. и характеризующии 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 опре-, - д деления 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 д кожи или биоткани, пронизанной кровеносными сосудами, монохроматическими излучениями с длинами волн Л 1 = 660 нм и Лг = 960 нм, регистрации величины обратного светорассеяния с последующим расчетом,Недостатком этого способа является относительно невысокая точность определения, большая чувствительность киндивидуальной пигментации кожи, анатомии кровеносных сосудов и промежуточных слоев биоткани. Выбранные длины волн, на которых производится измерение, отвечают преимущественному отражению оксигемоглобина ( Л 1 = 660 нм) и некоторому относительному превышению отражения гемоглобина над оксигемоглобином ( Л 2 = 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 указанных 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. Существенный 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 нмЛз 850 нм, и измеряют интенсивность обратного рассеяния на трех длинах волн, Используют воздействие Л 1 в диапазоне 600 нм Л 1700 нм, используют воздействие Л 2 в диапазоне 900 нмЛ 21100 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 Л 1, Л 2 Лз и измеряют интенсивности обратного рассеяния на этих трех длинах волн Л 1, Л 2,1 Лз,которые определяются соотношениямиь 11 х 1+ ь 12 х 2+ ь 1 зхз =Л 1,5 Ь 12 х 1+ Ь 22 х 2 = Ь 2 зхз = Л 2,(1)Ь 31 х 1+ Ь 32 х 2+ Ьззхз =ЛЗ вгде х 1,а,хз-рассеивающие обьемы оксигемоглобина, гемоглоЬина и соединительной ткани.Насыщенность крови кислородом опре"0 деляется соотношением8 О 2 -(2)где х 1,х 2,хз - решение системы уравнений(1).15 В прототипе применения рассеянногоизлучения проводились на двух длинах волнЛ 1, Л 2, а насыщенность крови кислородомвычислялась по формуле20 502=А- ВЛ 2(3)где константы А и В выбирались экспериментально.Этот способ позволяет определить концентрацию кислорода с относительной точностью 10% только в том случае, когдаизмеряемая величина больше 40% и значение гематокритан лежит в пределах 30 -50%,В то же время в клинической практикеособый интерес представляет повышениеточности измерения при малых концентрациях кислорода, так как от этого зависитвыбор режима системы жизнеобеспеченияи интенсивной терапии.Как показали расчеты, точность определения параметра ЯО 2 для О Н0,9 не хуже5%, в том числе при малой насыщенностикислородом,Предложенный способ, использующийвоздействие на участок кожи или биотканимонохроматического излучения на трех частотах, а не на двух, как это было в прототипе,позволяет повысить точность определениянасыщенности крови кислородом при одновременном смягчении требований к когерентности монохроматического излучения.Ошибки определения параметра ЯО 2имеют систематический и флуктуационныйхарактер.Систематическая ошибка в прототипеобъясняется погрешностью аппроксимациинелинейной кривой с помощью прямой (3),Наибольшие отличия кривых наблюдаютсяна краях интервала, когда 302 = 0 и ЯО 2 =100%. Эта ошибка приводит к уменьшениюдинамического диапазона измеряемых параметров. В предлагаемом способе аппроксимация нелинейной функцииосуществляется дробно-линейной функ1737336 Формула изобретения 25 Таблица 1 Табли Составитель В.СокоТехред М.Моргента ектор Л.Бескид Ре М. Циткина Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССская наб., 4/5 аказ 1887 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, Раизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 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 биоткэни. 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 502 позволяет в среднем снизить погрешность в 2,5 - 3 раза. 1. Способ определения насыщенностикрови кислородом путем воздействия на5 участок кожи или биоткани, пронизаннойкровеносными сосудами, монохроматическими излучениями с длинами волн А 1 = 660нм и А 2= 960 нм, регистрации величиныобратного светорассеяния с последующим10 расчетом, отл и ч а ю щи й с я тем, что, сцелью повышения точности способа, проводят дополнительное воздействие монохроматическим излучением с длиной волны,удовлетворяющей условию 750 нмЯз"5850 нм, и измеряют интенсивность обратного рассеяния на трех длинах волн,2. Способ поп 1,отличающийсятем, что используют воздействие А 1 в диапазоне 600 нм А 2(700 нм.3, Способ по и 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что используют воздействие А 2 в диапазоне 900 нмЛ 2 1100 нм,