近红外光谱氧饱和度测量的研究.pdf

中国医学装备２００８年２）１第５卷第２期ＣｈｉｎａＭｅｄｉｃａｌＥｑｕＪｐｍｅｎｔ２００８ＦｅｂｒｕａｒｙＶｏ１．５ＮＯ．２

近红外光谱氧饱和度测量的研究术

姚红利①谢海明①王成①

［文章编号】１６７２—８２７０（２００８）０２—０００卜０７［中图分类号】Ｑ６３［文献标识码】Ｂ

【摘要】漫反射理论已成为当前研究组织光学特性的重要理论基础，也是当前生物光子学研究的热点。本文分
析了近红外光谱氧饱和度测量原理，给出了时域、频域和连续波方式下漫反射理论无创、定量确定生物组织
光学特性参数的具体办法，在此基础上，得到组织吸收系数，并利用修］ＥＢｅｅｒ—Ｌａｍｂｅｒｔ定理求解组织氧饱
和度。在现有临床应用中，氧饱和度已成为重要的监测和监护参数，并不断扩大其使用范围，该技术在医学
诊断和治疗领域中有重要的意义及广泛的应用前景。
【关键词】组织光学漫反射血氧饱和度吸收系数约化散射系数

Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｎｅａｒ・ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ／ＹａｏＨｏｎｇｌｉ，ＸｉｅＨａｉｍｉｎｇ，
ＷａｎｇＣｈｅｎｇ／／ＣｈｉｎａＭｅｄｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００８，５（２）：０１・０７

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＤｉｆｆｕｓｅＲｅｆｌｅｃｔａｎｃｅｔｈｅｏｒｙｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｉｓｓｕｅ
ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｓｗｅｌｌａｓｂｉｏ—ｐｈｏｔｏｎｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｍｅａｓｕｒｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｏｘｙｇｅｎ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｎｅａｒ。ｉｎｆｒａｒｅｄｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ｇｉｖｅｓｏｕｔｔｈｅａｃｔｕａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｆｏｒｔｉｓｓｕｅ
ｏｐｔｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｎｏｎ。ｉｎｖａｓｉｖｅｌｙａｎｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｉｎｔｉｍｅ—ｄｏｍａｉｎ，ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｏｍａｉｎａｎｄｃｏｎｔｉｎＵＯＵＳ
ｗａｖｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．０ｎｔｈｉｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｉｓｓｕｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔｈａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｔｈｅｎｏｘｙｇｅｎ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎｃａｎｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｕｓｉｎｇｍｏｄｉｆｉｅｄＢｅｅｒ—Ｌａｍｂｅｒｔｌａｗ．Ｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｌｉｎｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｅｘｐａｎｄｉｎｇｗｉｔｈ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｄｉａｇｎｏｓｉｔｃａｎｄ
ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓｍｅｄｉｃｉｎｅ．
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｔｉｓｓｕｅｏｐｔｉｃｓ，ｄｉｆｕｓｅｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ，ｏｘｙｇｅｎｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ，ｒｅｄｕｃｅｄ
ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ
［Ｆｉｒｓｔ・ａｕｔｈｏｒ’Ｓａｄｄｒｅｓｓ］Ｔｈｅｍｅｄｉｃａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃｏｌｌｅｇｅ，ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｓｈａｎｇｈａｉｆｏｒｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
ｔｅｃｈｎｏｌｇｏｙ，ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９５，Ｃｈｉｎａ

１引言脉搏血氧仪依据血液的光吸收程度和光散射程度
氧是人体组织活动的基础，人体内细胞的正常生主要与血红蛋白含量有关，利用氧合血红蛋白（ＨｂＯ）
存和活动都有赖于氧连续而充足的供应。许多呼吸系和还原血红蛋白（Ｈｂ）光谱特性的差异，在红光区
统的疾病会引起人体血液中血氧浓度的减少，严重的（６００～７００ｎｍ）ＨｂＯ２５￣ｌｌＨｂ的吸收差别很大，而在红外
会威胁人的生命；几秒钟的脑缺氧即导致意识丧失，光谱区（８００～１０００ｎｍ）吸收差别较小，如图１，ＨｂＯ２
如达２～３ｒａｉｎ将造成不可逆转的细胞死亡，对骨骼肌５￣ｌｌＨｂ的含量不同吸收光谱也不同。因此，在人体组
含氧量的无损检测是评定肌肉组织有氧代谢功能和运织血液灌注程度随着心脏跳动而改变的情况下，运用
动强度的有力手段。所以，监测组织和血液中血红蛋Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒ定律，根据红光和红外光经过组织血
白的氧合程度，实时地监护人体组织中氧的代谢及输液时被吸收程度的不同，计算血液中ＨｂＯ２５￣ｌｌＨｂ的浓
运过程，对临床诊断和治疗工作有重要的意义ｎ】。度，求出血氧饱和度口Ｊ。

上海市重点学科建设项目（Ｐ０５０２）
①上海理工大学医疗器械学院上海２０００９３

：．Ｙｔ