CN114521894B - 一种基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试*** - Google Patents
一种基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，至少包括中心静脉导管以及光电模块，所述中心静脉导管中的导管本体为多腔结构，导管本体内设置有独立的染色剂注射腔以及光纤腔，导管本体的上方通过固定支架连接有与染色剂注射腔连通的染色剂注射通道以及染色剂注射接头，以及与光纤腔中的光纤相连的光纤接头；所述光电模块与多腔中心静脉导管中的光纤接头连接，光电模块包括发射单元、接收单元、AD采样单元、计算单元以及通讯单元。该***能够通过一次穿刺置入同时获得病人中心静脉血氧饱和度、中心静脉压力，并设有专用通道用于吲哚菁绿的注射，通过监测ICG注入后一段时间内的浓度变化来帮助评价病人的肝功能。
Description
技术领域
本发明提供了一种能够基于一根中心静脉导管同时进行血氧饱和度监测及肝功能测试的***，属于医疗器械技术领域。
背景技术
随着科技的发展和应用医学的进步，微创治疗已经广泛应用于临床医学，医护人员通过微创技术来更准确的获得病人生理特征参数，以此来更快速准确的对病患的病程及生理状态进行判断，以便更及时有效的采取治疗方案。
临床上，混合静脉血氧饱和度(SvO2)可以反应全身静脉氧合情况，但是需要留置肺动脉导管，而中心静脉血氧饱和度(ScvO2)可以通过留置在右心房水平上腔静脉中的中心静脉导管获得，大范围的临床实践已经观察到了两者之间良好的相关性和对应性，近十年应用创伤小的监测技术将SvO2监测转变为ScvO2的监测已成为趋势。传统的静脉血氧饱和度监测方法需要抽取血样在体外进行比色法或血气分析仪来获得结果，虽然准确但无法实现连续监测。在大多数重症患者，需实时监测ScvO2，当ScvO2<60％时，患者死亡率明显增加，传统生命体征提示组织氧供不足为时已晚。通过在中心静脉中集成光纤测量技术能发现氧供平衡的实时变化，连续实时地跟踪治疗效果能显著减少并发症和死亡率。
与此同时，将诊断药物吲哚菁绿(ICG)注入血管，测量其浓度变化可计算出ICG清除率，此方法可作为观察整体肝功能和肝脏血流灌注的动态指标，能帮助医生判断患者是否存在肝功能不全、剩余肝功能能否维持计划内的切除手术、术后是否会引起肝功能失常、等诸多问题，在ICU应用中可迅速检测到肝脏低灌注，预估存活率，当清除率低于16％/Min时表明要干预措施。传统方式采用一侧臂静脉注射，15分钟后在另一侧臂抽血化验测定吲哚菁绿浓度值，计算15min吲哚菁绿清除率。重症患者大多需要中心静脉置管，通过注射ICG以及抽血检测，可以测量ICG注入到***完毕整个过程的浓度变化曲线(见附图1)，计算出5分钟、10分钟、15分钟等所需的清除率指标，并获得测量期间的连续肝功能指标和变化趋势。
然而，目前本领域中在进行血氧饱和度监测和肝功能测试时，都是分别采用单独的设备(包括导管和监测设备)来进行，对于需要同时进行血氧饱和度监测和肝功能测试的患者，无形中增加了穿刺的次数以及消耗的医疗耗材，导致增加患者的疼痛并加大了治疗成本。
发明内容
本发明解决了上述背景技术中的不足，提供了一种基于一根中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***。当在医护人员需要对病患进行中心静脉微创穿刺以获得病患更多生理特征时，该***能够通过一次穿刺置入同时获得病人中心静脉血氧饱和度、中心静脉压力，并设有专用通道用于吲哚菁绿(ICG)的注射，通过监测ICG注入后一段时间内的浓度变化(ICG的血浆清除率)来帮助评价病人的肝功能。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，至少包括中心静脉导管以及光电模块，所述中心静脉导管中的导管本体为多腔结构，导管本体内设置有独立的染色剂注射腔以及光纤腔，导管本体的上方通过固定支架连接有与染色剂注射腔连通的染色剂注射通道以及染色剂注射接头，以及与光纤腔中的光纤相连的光纤接头；
所述光电模块与多腔中心静脉导管中的光纤接头连接，光电模块包括发射单元、接收单元、AD采样单元、计算单元以及通讯单元，其中发射单元和接收单元能够传输和接收至少三个波段的红光和近红外光，AD采样单元用于进行信号转换，计算单元将AD采样单元中转换的数字信号进行计算，并将计算结果传输至通讯单元，通讯单元与终端设备建立通讯连接；
所述计算单元内设置有两种计算模式：未注入染色剂的血氧饱和度监测模式、注入染色剂的血氧饱和度监测加肝功能测试模式。
具体的，所述发射单元和接收单元能够传输和接收的波长具体为λ1＝660nm，λ2＝805nm，λ3＝940nm，所述染色剂为吲哚菁绿ICG。
具体的，所述的未注入染色剂的血氧饱和度监测模式下具体的计算方法如下：
在此模式下仅考虑还原血红蛋白Hb和氧合血红蛋白HbO2的影响，在两个波长λ1与λ2下的吸收系数和/>为：
再由双波长法进一步算得：
将上式带入血氧饱和度的定义公式：
ScvO2＝[CHbO2*100]/[CHbO2+CHb]
由于选择λ1为660nm时，波段λ2＝805nm为氧和血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb吸光系数曲线等值交点，即ελ2 HbO2＝ελ2 Hb，因此进一步推导得：
上述公式中，ScvO2中心静脉氧饱和度(％)，ελ1 Hb、ελ1 HbO2、ελ2 Hb、ελ2 HbO2均为采用时域或者频域的光谱分析法得到的常数，CHbO2氧合血红蛋白浓度，CHb还原血红蛋白浓度，Dλ1、Dλ2为通过测量光强得出。
具体的，所述的注入染色剂的血氧饱和度监测加肝功能测试模式下具体的计算方法如下：
当注入ICG时，由于其吸收波峰值在805nm，同时对660nm波长的吸收也产生影响，940nm波长不受其影响；需要选择使用不受影响的940nm波长的Dλ3计算出对应的Dλ2修正，然后消除Dλ2修正影响后计算出ICG浓度，再计算出消除ICG影响后的Dλ1修正，才能最后计算出血氧饱和度。
(1)：注入ICG后用Dλ3计算出对应的Dλ2修正值
首先在无吲哚菁绿ICG注入时，根据波段λ2＝805nm和λ3＝940nm，使用双波长法推导出Dλ2和Dλ3的比值和血氧饱和度成线性关系：
Dλ3/Dλ2＝ελ3 Hb/ελ2 Hb+(ελ3 HbO2/ελ2 Hb-ελ3 Hb/ελ2 Hb)ScvO2
进一步利用理论值简化计算得到在波段λ2＝805nm和λ3＝940nm血红蛋白反射光强变化关系：
Dλ2＝Dλ3/[1-K2*(ScvO2-51)]
使用当前测量出的Dλ3和注入吲哚菁绿ICG前最近一次的血氧饱和浓度计算结果，得出：
Dλ2修正＝Dλ3/[1-K2*(ScvO2-51)]；
(2)：肝功能计算
采用吲哚菁绿清除测试法测量肝功能，当注入吲哚菁绿ICG后，波长λ2＝805nm的吸收系数增加了吲哚菁绿ICG吸收峰的影响，即
μ0 λ2修正＝ελ2 HbCHb+ελ2 HbO2CHbO2+ελ2 ICGCICG
再根据以下公式：
Dλ2＝(ελ2 HbCHb+ελ2 HbCHbO2+ελ2 ICGCICG)*K
Dλ2修正＝(ελ2 bCHb+ελ2 HbCHbO2+ελ2 HbO2CHbO2)*K
将两式相减后得到：
Dλ2-Dλ2修正＝ελ2 ICGCICG*K；此公式中K为一个不变的常量，从而进一步算出：
CICG＝(Dλ2-Dλ2修正)/ελ2 ICGK，从而算得吲哚菁绿ICG的实时浓度CICG；
将计算结果带入以下公式：Rn＝Cn/C0*100％；
进一步得出：Rn＝(Dλ2-Dλ2修正)n/(Dλ2-Dλ2修正)0*100％；
上述公式中：ελ2 ICG为采用时域或者频域的光谱分析法得到的常数，Rn是n分钟之后的血液中吲哚菁绿ICG残留率，Cn是n分钟之后的吲哚菁绿ICG浓度，C0是注入ICG后时间基准0时的吲哚菁绿ICG浓度；其中(Dλ2-Dλ2修正)n和(Dλ2-Dλ2修正)0分别为n分钟和0时测量的反射光强变化率Dλ2和修正出的Dλ2修正的差值；
(3)：吲哚菁绿ICG注入后血氧饱和度计算
吲哚菁绿ICG注入后，对于波长λ1＝660nm的吸收系数也增加了ICG吸收的影响：
μ0 λ1＝ελ1 HbCHb+ελ1 HbO2CHbO2+ελ1 ICGCICG
Dλ1＝(ελ1 HbCHb+ελ1 HbCHbO2+ελ1 ICGCICG)*K
消除ICG后的反射光强的变化率Dλ1修正只包含Hb和HbO2的部分：
Dλ1修正＝(ελ1 HbCHb+ελ1 HbCHbO2)*K
＝Dλ1-ελ1 ICGCICG*K
代入肝功能计算得出的ICG浓度CICG：
Dλ1修正＝Dλ1-ελ1 ICG*(Dλ2-Dλ2修正)/ελ2 ICG
由此以下公式算得修正后的中心静脉氧饱和度ScvO2修正：
具体的，所述的染色剂注射通道的内壁上涂覆有避光涂层，或者染色剂注射通道的材质为有色材料。
具体的，所述中心静脉导管中的导管本体为四腔结构，除染色剂注射腔和光纤腔外还设置有压力测量腔和输液腔，压力测量腔用于在穿刺时穿入导丝引导导管置入，并在穿刺结束抽出导丝后与有创血液压力测量设备连接以测量中心静脉血压；输液腔用于采血和输液；导管本体的上方通过固定支架连接有与压力测量腔连通的压力测量通道以及压力测量接头，以及与输液腔连通的输液通道和输液接头。
具体的，所述光纤腔和压力测量腔的出口位于导管本体的远端，输液腔和染色剂注射腔的出口位于导管本体的近端。
具体的，所述的染色剂注射接头、压力测量接头和输液接头均为标准鲁尔接头。
具体的，所述终端设备为监护仪，监护仪通过数字通讯接口控制光电模块，用于设定各波长输出光辐射的强度和分时频率，接收分析反馈的各波长接收光强，智能调节发光光强以获得最佳的测量结果。
具体的，所述监护仪带有人机界面交互功能，能够输入校准参数和实时显示血氧饱和度测量结果和染色剂浓度变化曲线。
本申请的发明原理如下：根据申请人对于光谱分析的研究，从氧合血红蛋白(HbO2)、还原血红蛋白(Hb)和吲哚菁绿(ICG)的吸收光谱曲线(如附图2所示)，可以看出三者对光谱的吸收明显不同，本发明采用三波长同时完成血氧饱和度和ICG浓度的测量。在805nm波长处是在Hb和HbO2二者吸光系数的等值点，其吸收系数不随血氧饱和度的变化而产生变化，此波长测定也几乎不受血液其他物质的影响，是采用双波长测量血氧饱和度的理想参考波长。ICG的吸收峰值恰好也在805nm，其吸光系数远大于血红蛋白，在注入ICG后此波长的测量数据不能再直接用来做血氧饱和度计算，应用来做ICG浓度测量使用，同时准确测量ICG还需要消除此波长中血红蛋白成分的影响。ICG的光辐射吸收范围主要集中在波长700-900nm之间，因此使用此范围之外的波长进行测试光辐射的吸收主要受血氧饱和度变化的影响。在660nm波长附近的光对HbO2和Hb吸收系数之差近似最大，相差近10倍，当血氧饱和度不同时，血液对该波长光吸收量的变化最为敏感；在ICG注入后，其会对660nm吸光量产生一些干扰，造成血氧饱和度测量产生误差，需先计算出ICG浓度后消除此影响。
在850～950nm波长段，两曲线变化较缓，且近似重合，为避免ICG的影响，选择大于900nm的940nm作为第三个测量波长。940nm波长下HbO2和Hb的吸收率和805nm的等值点相差不大，和805nm的反射光强变化率的比值和血氧饱和度有线性关系，在ICG注入后根据血氧饱和度，用测量出的940nm反射光强变化率计算出805nm波长对应的血红蛋白(Hb+HbO2)造成的反射光强变化率，在测量出的805nm光强变化率上减掉血红蛋白(Hb+HbO2)的对应吸收量部分，即可计算出准确的ICG浓度数据，根据ICG浓度，进一步修正660nm的ICG干扰，得到血红蛋白(Hb+HbO2)的反射光强变化率，从而在ICG注入后仍可计算出血氧饱和度。
综上所述，本申请所提供的基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***相对于现有技术，能够通过一次中心静脉导管的穿刺，同时对病患的中心静脉血氧饱和度、中心静脉压力以及肝功能进行监测，降低病患的穿刺痛苦，同时降低医疗成本。
附图说明
图1为背景技术中ICG注入到***完毕整个过程的浓度变化曲线图；
图2为发明内容中氧合血红蛋白(HbO2)、还原血红蛋白(Hb)和吲哚菁绿(ICG)的吸收光谱曲线图；
图3为实施例中的测试***的整体结构示意图；
图4为图3的A-A向剖视图；
图中：1-导管本体，2-染色剂注射腔，3-光纤腔，4-固定支架，5-染色剂注射通道，6-染色剂注射接头，7-光纤接头，8-压力测量腔，9-输液腔，10-压力测量通道，11-压力测量接头，12-输液通道，13-输液接头。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。
本实施例中所提供的基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***的结构如图3和图4所示：
所述中心静脉导管中的导管本体1为四腔结构，分别为染色剂注射腔2、光纤腔3、压力测量腔8和输液腔9，所述光纤腔和压力测量腔的出口位于导管本体的远端，输液腔和染色剂注射腔的出口位于导管本体的近端。压力测量腔用于在穿刺时穿入导丝引导导管置入，并在穿刺结束抽出导丝后与有创血液压力测量设备连接以测量中心静脉血压；输液腔用于采血和输液。
导管本体的上方通过固定支架4连接有与染色剂注射腔连通的染色剂注射通道5以及染色剂注射接头6，所述的染色剂注射通道的内壁上涂覆有避光涂层，或者染色剂注射通道的材质为有色材料，此通道用于注射吲哚菁绿，避免了现场光辐射干扰，配合导管内光纤测量吲哚菁绿浓度完成肝功能测试。导管本体的上方通过固定支架连接有与光纤腔中的光纤相连的光纤接头7，所述光电模块与多腔中心静脉导管中的光纤接头连接。导管本体的上方通过固定支架连接有与压力测量腔连通的压力测量通道10以及压力测量接头11，以及与输液腔连通的输液通道12和输液接头13。上述染色剂注射接头、压力测量接头和输液接头均为标准鲁尔接头。
本发明在使用时，通过导丝、穿刺针等穿刺辅助器械，将导管本体置入病患中心静脉，置入导管后，通过固定支架将导管固定在病患体表。固定导管后，连接适配的有创血液压力测量设备，中心静脉血液通过血压测试通道被输送到血液压力测量设备，完成中心静脉血压的监测。固定导管后可通过输液通道连接相关管路、阀门或三通，配合注射器、输液器完成静脉采血和注射。
在具体的使用环节，所述终端设备采用为监护仪，监护仪设备通过数字通讯接口控制光电模块，设定各波长输出光辐射的强度和分时频率，接收分析反馈的各波长接收光强，可智能调节发光光强，以获得最佳的测量结果，通过多组数据比较分别计算ScvO2和ICG浓度。监护仪带有人机界面交互功能，可输入校准参数和实时显示ScvO2测量结果和ICG浓度变化曲线。
光电模块包括发射单元、接收单元、AD采样单元、计算单元以及通讯单元，其中发射单元和接收单元能够传输和接收至少三个波段的红光和近红外光，AD采样单元用于进行信号转换，计算单元将AD采样单元中转换的数字信号进行计算，并将计算结果传输至通讯单元，通讯单元与终端设备建立通讯连接。
所述计算单元内设置有两种计算模式：未注入染色剂的血氧饱和度监测模式、注入染色剂的血氧饱和度监测加肝功能测试模式。
下面本实施例中将详细对上述两种计算模式进行说明。
一、未注入染色剂的血氧饱和度监测模式，本发明使用了红光与近红外光谱的光辐射反射检测方式，在生物组织中，利用反射检测方式和透射检测方式都符合Lambert—Beer定律，由D表示某单一波长光强的变化率，通用的光强变化公式为：
D＝-μ0K (1)
μ0＝εC (2)
即光反射光强的变化率D与吸收系数μ0成正比关系，K为一个和光***反射结构相关的一个常数，ε为吸光物质的吸光系数；C为吸光物质浓度。
光强变化率根据Lambert—Beer定律，可用单一波长光强为I0的发射光和反射光强I测出来：
D＝Ln I/I0 (3)
***在正确置管到中心静脉和正确连接启动后，在注入ICG之前，可通过导管抽取中心静脉血氧进行血气分析或实验室化验，通过在监护设备上输入ScvO2实验室血气分析检查结果，可以对测量***进行一次校准，进一步减少由于发射光强和反射光强的测量误差引起的***误差。
具体的在本发明的实际应用场景中，发射和接受光纤直径在0.5mm以内，两光纤并排随导管直接进入血管内测量，在血管中的反射光路径只和血液相关，不受人体其他组织成分影响。测量的人体中心静脉和动脉不同，中心静脉血压较低，正常值为5-10mmHg，压力波基本稳定，光反射光强变化率不随心脏搏动变化，为一稳定的值。
各波长的发射光强I0可由光电模块控制，可多级调节，每级强度都通过试验标定，为保证其稳定，发光单元设有保温措施和恒温控制。
在600-1000nm的红光和近红外光区，由水、细胞色素等物质引起的吸收与还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)相比要小得多。因此，当选择波长位于近红外光区(如λ1＝660nmλ2＝805nmλ3＝940nm)的三束光探测血液时，仅考虑还原血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)的影响，在两个波长下的吸收系数可将公式(2)改写成下式：
由双波长法：
将上式带入血氧饱和度的定义公式：
ScvO2＝[CHbO2*100]/[CHbO2+CHb]
其中：ScvO2中心静脉氧饱和度(％)，CHbO2氧合血红蛋白浓度，CHb还原血红蛋白浓度且选择λ1为660nm，λ2为氧和血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb吸光系数曲线等值交点(805nm)时，即ελ2 HbO2＝ελ2 Hb时，得：
式中的ελ1 Hb、ελ1 HbO2、ελ2 Hb、ελ2 HbO2均为常数，可采用时域或者频域的光谱分析法得到，Dλ1、Dλ2可通过测量光强得出。
当没有注入ICG时，仅针对血氧饱和度监测时可以使用以上公式计算得出ScvO2。
二、注入染色剂的血氧饱和度监测加肝功能测试模式
当注入ICG时，由于其吸收波峰值在805nm，同时对660nm波长的吸收也产生影响，940nm波长不受其影响。需要选择使用不受影响的940nm波长的Dλ3计算出对应的Dλ2修正，然后消除Dλ2修正影响后计算出ICG浓度，再计算出消除ICG影响后的Dλ1修正，才能最后计算出血氧饱和度。
(1)：注入ICG后用Dλ3计算出对应的Dλ2修正值
如下805nm的反射光强变化不受血氧饱和度变化的影响，940nm的反射光强变化率随血氧饱和度增加略有减低，直接用Dλ3替代Dλ2计算会有1％-5％左右的误差。根据公式(6)，对无ICG注入时，波段λ2＝805nm和λ3＝940nm使用双波长法可推导出Dλ2和Dλ3的比值和血氧饱和度成线性关系：
Dλ3/Dλ2＝ελ3 Hb/ελ2 Hb+(ελ3 HbO2/ελ2 Hb-ελ3 Hb/ελ2 Hb)ScvO2 (8)
可进一步利用理论值简化计算得到在波段λ2＝805nm和λ3＝940nm血红蛋白反射光强变化关系
Dλ2＝Dλ3/[1-K2*(ScvO2-51)] (9)
Dλ3为940nm波长，代Dλ2为805nm，K2理论值约为0.1％，实际应用中，可用抽血血气化验得到的血氧饱和浓度值，对K2进行修正。
由于人体静脉血氧饱和浓度是不会迅速变化，可以认为注入ICG前后瞬间几秒钟时间内保持不变，可使用当前测量出的Dλ3和注入前几秒钟的上一次血氧饱和浓度计算结果，得出：
Dλ2修正＝Dλ3/[1-K2*(ScvO2-51)] (10)
由于人体静脉血氧饱和浓度不会迅速变化，此后每次都可以用上次计算出来的ScvO2来计算得到Dλ2修正
(2)：肝功能计算
采用吲哚菁绿清除测试法测量肝功能，当注入吲哚菁绿ICG后，波长λ2＝805nm的吸收系数增加了吲哚菁绿ICG吸收峰的影响，即
μ0 λ2＝ελ2 HbCHb+ελ2 HbO2CHbO2+ελ2 ICGCICG (11)
测量ICG的浓度，使用ICG吸收峰的波长λ2＝805nm，需要消除Hb和HbO2的影响，根据公式(1)：
Dλ2＝(ελ2 HbCHb+ελ2 HbCHbO2+ελ2 ICGCICG)*K(12)
Dλ2修正＝(ελ2 HbCHbO2+ελ2 HbO2CHbO2)*K (13)
两式相减
Dλ2-Dλ2修正＝ελ2 ICGCICG*K；
此公式中当整个光学测量结构确定不变时K为一个不变的常量，从而进一步算出：
CICG＝(Dλ2-Dλ2修正)/ελ2 ICGK (14)
从而算得吲哚菁绿ICG的实时浓度CICG；
肝功能检测是通过监测ICG注入后15分钟内的残留率的变化来实现：
Rn＝Cn/C0*100％
上述公式中：ελ2 ICG为采用时域或者频域的光谱分析法得到的常数，Rn是n分钟之后的血液中吲哚菁绿ICG残留率，Cn是n分钟之后的吲哚菁绿ICG浓度，C0是注入ICG后时间基准0时的吲哚菁绿ICG浓度；其中(Dλ2-Dλ2修正)n和(Dλ2-Dλ2修正)0分别为n分钟和0时测量的反射光强变化率Dλ2和修正出的Dλ2修正的差值。
(3)：ICG注入后血氧饱和度计算
同理，对于波长λ1＝660nm的吸收系数也增加了ICG吸收的影响：
μ0 λ1＝ελ1 HbCHb+ελ1 HbO2CHbO2+ελ1 ICGCICG (15)
Dλ1＝(ελ1 HbCHb+ελ1 HbCHbO2+ελ1 ICGCICG)*K (16)
消除ICG后的反射光强的变化率Dλ1修正只包含Hb和HbO2的部分
Dλ1修正＝(ελ1 HbCHb+ελ1 HbCHbO2)*K
＝Dλ1-ελ1 ICGCICG*K
代入肝功能计算得出的ICG浓度CICG
Dλ1修正＝Dλ1-ελ1 ICG*(Dλ2-Dλ2修正)/ελ2 ICG (17)
由此以下公式算得修正后的中心静脉氧饱和度ScvO2修正：
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。
Claims (6)
1.一种基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，包括中心静脉导管以及光电模块，其特征在于：
所述中心静脉导管中的导管本体为多腔结构，导管本体内设置有独立的染色剂注射腔以及光纤腔，导管本体的上方通过固定支架连接有与染色剂注射腔连通的染色剂注射通道以及染色剂注射接头，以及与光纤腔中的光纤相连的光纤接头；
所述光电模块与中心静脉导管中的光纤接头连接，光电模块包括发射单元、接收单元、AD采样单元、计算单元以及通讯单元，其中发射单元和接收单元能够发射和接收至少三个波长的红光和近红外光，AD采样单元用于进行信号转换，计算单元对AD采样单元转换后的数字信号进行计算，并将计算结果传输至通讯单元，通讯单元与终端设备建立通讯连接；发射单元和接收单元能够发射和接收的波长为λ1 = 660 nm， λ2 = 805 nm， λ3= 940 nm，染色剂为吲哚菁绿ICG；
所述计算单元内设置有两种计算模式：未注入吲哚菁绿ICG的血氧饱和度监测模式、注入吲哚菁绿ICG的血氧饱和度监测加肝功能测试模式；
所述的未注入吲哚菁绿ICG的血氧饱和度监测模式下具体的计算方法如下：
在此模式下仅考虑还原血红蛋白Hb和氧合血红蛋白HbO2的影响，在两个波长λ1与λ2下的吸收系数和/>为：/>；
再由双波长法进一步算得：
；
将上式带入血氧饱和度的定义公式：；
由于选择λ1为660nm时，波长λ2 =805 nm为氧合血红蛋白HbO2 和还原血红蛋白Hb 吸光系数曲线等值交点，即，因此进一步推导得：/>；
上述公式中，ScvO2为中心静脉血氧饱和度，为还原血红蛋白在λ1波长下的吸光系数，/>为氧合血红蛋白在λ1波长下的吸光系数，/>为还原血红蛋白在λ2波长下的吸光系数，/>为氧合血红蛋白在λ2波长下的吸光系数，/>、/>、/>、/>均为采用时域或者频域的光谱分析法得到的常数；/>为氧合血红蛋白浓度，CHb为还原血红蛋白浓度，/>为波长λ1下的反射光光强变化率，/>为波长λ2下的反射光光强变化率，/>、/>通过测量光强得出；
所述的注入吲哚菁绿ICG的血氧饱和度监测加肝功能测试模式下具体的计算方法如下：
（1）：注入吲哚菁绿ICG后用计算出对应的/>值
首先在无吲哚菁绿ICG注入时，根据波长λ2 =805 nm和λ3=940nm，使用双波长法推导出和/>的比值和血氧饱和度成线性关系：/>；
为波长λ3下的反射光光强变化率，通过测量光强得出；
进一步利用理论值简化计算得到在波长λ2 =805 nm和λ3=940nm下血红蛋白反射光的光强变化关系： ， K2理论值约为0.1%，实际应用中根据抽血血气化验得到的血氧饱和度对K2进行修正；
使用当前测量出的和注入吲哚菁绿ICG前最近一次的血氧饱和度计算结果，得出：；
（2）：肝功能计算
采用吲哚菁绿ICG清除测试法测量肝功能，当注入吲哚菁绿ICG后，波长λ2 = 805 nm的吸收系数增加了吲哚菁绿ICG吸收峰的影响，即；
再根据以下公式：，/>，将两式相减后得到：/>；此公式中当整个光学测量结构确定不变时K为一个不变的常量，从而进一步算出：/>，从而算得吲哚菁绿ICG的实时浓度CICG；
将计算结果带入以下公式：；进一步得出：/>；上述公式中：/>为吲哚菁绿ICG在波长λ2下的吸光系数，为采用时域或者频域的光谱分析法得到的常数，Rn是n分钟之后的血液中吲哚菁绿ICG残留率，Cn 是n分钟之后的吲哚菁绿ICG浓度，C0是注入吲哚菁绿ICG后基准0时的吲哚菁绿ICG浓度；其中/>和分别为n分钟和基准0时测量反射光的光强变化率/>和修正出的/>的差值；
（3）：吲哚菁绿ICG注入后血氧饱和度计算
吲哚菁绿ICG注入后，对于波长λ1 = 660 nm的吸收系数也增加了吲哚菁绿ICG吸收的影响：；/>；消除吲哚菁绿ICG后的反射光的光强的变化率/>只包含Hb和HbO2的部分：/>；代入肝功能计算得出的吲哚菁绿ICG浓度CICG：/>；
由以下公式算得修正后的中心静脉血氧饱和度ScvO2修正：。
2.根据权利要求1所述的基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，其特征在于：所述的染色剂注射通道的内壁上涂覆有避光涂层，或者染色剂注射通道的材质为有色材料。
3.根据权利要求1所述的基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，其特征在于：所述中心静脉导管中的导管本体为四腔结构，除染色剂注射腔和光纤腔外还设置有压力测量腔和输液腔，压力测量腔用于在穿刺时穿入导丝引导中心静脉导管置入，并在穿刺结束抽出导丝后与有创血液压力测量设备连接以测量中心静脉血压；输液腔用于采血和输液；导管本体的上方通过固定支架还连接有与压力测量腔连通的压力测量通道以及压力测量接头，以及与输液腔连通的输液通道和输液接头。
4.根据权利要求3所述的基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，其特征在于：所述光纤腔和压力测量腔的出口位于导管本体的远端，输液腔和染色剂注射腔的出口位于导管本体的近端。
5.根据权利要求3所述的基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，其特征在于：所述的染色剂注射接头、压力测量接头和输液接头均为标准鲁尔接头。
6.根据权利要求1所述的基于中心静脉导管的血氧饱和度监测及肝功能测试***，其特征在于：所述终端设备为监护仪，监护仪带有人机界面交互功能，能够输入校准参数和实时显示血氧饱和度测量结果和染色剂浓度变化曲线。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5315995A (en) * | 1992-03-19 | 1994-05-31 | Henry Ford Hospital | Method and apparatus for continuous measurement of central venous oxygen saturation during human cardiopulmonary resuscitation and clinical shock |
| CN102488525A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-06-13 | 吉林大学 | 一种去血氧波动干扰的肝储备功能检测装置 |
| CN103385695A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-13 | 武汉昊博科技有限公司 | 多波长肝脏储备功能检测仪及检测icg浓度的方法 |
| CN207640401U (zh) * | 2017-04-17 | 2018-07-24 | 吉林大学 | 一种无创脑血流量测量*** |
| CN112903609A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-06-04 | 重庆大学 | 一种无需校正的双波长静脉血氧饱和度测量方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10245416B4 (de) * | 2002-09-28 | 2006-03-16 | Pulsion Medical Systems Ag | Kathetersystem mit besonderen Befestigungsmitteln |
-
2022
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5315995A (en) * | 1992-03-19 | 1994-05-31 | Henry Ford Hospital | Method and apparatus for continuous measurement of central venous oxygen saturation during human cardiopulmonary resuscitation and clinical shock |
| CN102488525A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-06-13 | 吉林大学 | 一种去血氧波动干扰的肝储备功能检测装置 |
| CN103385695A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-13 | 武汉昊博科技有限公司 | 多波长肝脏储备功能检测仪及检测icg浓度的方法 |
| CN207640401U (zh) * | 2017-04-17 | 2018-07-24 | 吉林大学 | 一种无创脑血流量测量*** |
| CN112903609A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-06-04 | 重庆大学 | 一种无需校正的双波长静脉血氧饱和度测量方法 |
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