基于multisim的血氧饱和度论文(编辑修改稿)

基于multisim的血氧饱和度论文(编辑修改稿)内容摘要：

子的极性强，所以其振动在中红外区有很强的吸收．但存约 700nm～ 900nm时的光吸收比其他谱区要小，使得 一 个“光谱窗”被打开，为检测生物组织中的其它成分提供可能性．水的近红外吸收光谱见图 2． 2． 图 共 页 第 页 4 不同的天然细胞色素具有不同的吸收光谱，天然细胞色素 b、 C C为红色 细胞色素， aa3为绿色细胞色素．从细胞色素 b的吸收光谱可以看出 (见图 2． 3)，它在近红外光谱区的吸收率很小，对血氧饱和度检钡 4的影响不大．而以氧化铜为中心的细胞色素 C氧化酶 (Cyt02） 有与氧结合状态相关联的确定的吸收光谱．它在约 780 nm～ 870nm处有一个吸收峰．从单个分子的水平来比较， Cyt02的吸收峰比血红蛋白的要高，且其与还 原态的吸收差异也比氧合与还原血红蛋白的吸收差异要大．但与血红蛋白比起来，细胞色素 C及其氧化酶的浓度要稳定得多，一般会多天维持同一水平．而且因为组织中血红蛋白的含量比细胞色素 c大的多，血红蛋白对光总的吸收是细胞色素 C的十倍左右。 图 细胞色素 b 的吸收光谱 其它天然色素如褪黑激素也会给脑血氧检测带来较小的影响．同时胆红素会降低脑 血氧饱和 度并减缓 其变化． 还有一些 组织生色 团 (如Cerebrocuprein和 Erythocuprein)的吸收光 谱也会 因 氧合状态的改变而改变，但它们在近红外光谱区对光的吸收都很小，可以忽略。 近红外光对人体有很强的穿透能力，它能透过头发、头骨、和脑组纵数厘米的深度．人脑 中 每 100克组织中含血红蛋白 600— 1000mg，使人脑极适合近红 外光谱法无创测量血 红 蛋白和氧合血红蛋白的含量． 第三节脑血氧监测的基本原理和推导新的计算方法 氧合血红蛋白和还原血红蛋白的近红外吸收光谱见图 2． 4．显然在红光谱区 (600hm～ 700nm)Hb02和 Hb的吸光系数差别很大，在该波段内，选用合适的波长的激光照 射组织，光的吸收程度将很大程度依赖于血氧饱和度；而在红外光谱区 (800nm～ 1000nm)， Hb02和 Hb的吸光系数差别不大，若使用等吸收波长 805nm左右的激光照射组织，光的吸收程度则主要反映了血红蛋白 共 页 第 页 5 (Hb02和 Hb)的总量． 利 用氧合和还原血红蛋白吸光系数的差异就可以测量血氧饱和度． 图 2． 4 氧台血红蛋自和还原血红蛋白的近红外吸收光谱 脑血氧饱和度仪利用分光光度法直接测量大脑局部血氧饱和度(rSc02)．大脑组织中静脉和动脉占了绝大部分，脑血氧饱和度实质是局部大脑血红蛋白混合 氧饱和度，主要代表静脉部分．因而能在低血压、脉搏搏动减 B日甚至心脏停止跳动的情况下使用不受限制．脑组织位于由颅骨构成的封闭腔内，因而若采用远近两个 不 同距离的光感受器，则近处光感受器所接收的信号较多的反映了浅表层组织 (头皮、头骨 )的信息，而远处光感受器所接收的信号较多的反映了深部组织的信息．其检测模型基于图 感受器模型．图中 2代表近处和远处光感受器，接收波长 N和 R的光照射下来自表层组织 (皮肤、皮下组织、骨骼 )和脑组织的信息． 共 页 第 页 6 图 脑血氧检测的双光源 双感受器模型 血氧饱和度的计算基于朗伯一比尔定律 (The LambertBeer Law)和吸 光度加和定律，朗伯一比尔定律是： (1． 1) 其中 I0和 I分别表示发射光强和接收光强， c表示待测物质浓度， L表示光穿过组织的路径长度， E表示待测成分的摩尔吸光系数， W为光吸收度． 对生物组织而占，由于光子在组织中吸收与散射的随机性，朗伯一比尔定律应改进为： 此时的 G表示待测成分在组织中的平均 浓度， L指的是光子在组织中行走的平均光程， 一 般为光源到光感受器间距离的 4— 6倍 (对一百个成年人的脑颅和前臂分别进行测量，得到这个倍数分别为 6． 26和 4． 16，散射因子 G用来弥补因散射而减弱的光强，对于特定的检测对象， G一般假定为常数． 吸光度加和定律是指在某一波长下，样品溶液中含有多种对光产生吸收的物质，那么该溶液对该波长光的总吸光度 m，应该等于溶液中每一成分的吸光度之线性加和．吸光度加和定律是多组分混合体系对光吸收的重要性质，是对多组分混合体系进行定量分析的理论依据。 作者认为，吸光度加和定律实际 上是朗伯一比尔定律的推论．设待测样品溶液中含 n种光吸收物质，若将这 11种物质视为分层排列，那么第一种物质的入射光强足 Io，出射光强为 I1，作为第二种物质的入射光强．同理类推，对于第 n种物质，其入射光强是 In1，出射光强是 In．这样从 1到 n种物质的吸光度之和为 简化得 即总吸光度．在生物组织中可以进行类似推导． 具体到双波长双感受器脑血氡无创监测模型，光子穿透的组织是多组分混合体系，体系包括皮肤、皮 F组织、骨骼、脑组织 (特指不含血红蛋白的 脑组织 )、氧化血红蛋白和还 原血红蛋白等．因而据吸光度加和定律有： 共 页 第 页 7 式中， W总表示总的吸光度， W非 脑组织 表示皮肤、皮 下 组织、骨骼等非脑组织的吸光度 ， W脑组织 表示只不含血红蛋白的脑组织的吸光度，则分别表示氧化血红蛋白和还原 血 红蛋白的吸光度． 下面进行新的脑血氧计算方法的推导，在推导中，符号及对应的意义如下： N：近红外光 R：红光 下标 1：近处光电池下标 2：远处光电池 NI：从近处光电池得到的近红外光后向散射信号 Rl：从近处光电池得到的红光后向散射信号 N2：从远处光电池得到的近红外光后向散射 信号 R2：从远处光电池得到的红光后向散射信号 IOR：红光光源的发射光强 ION：近红外光源的发射光强 对于 N光远处光电池有，总的吸光度 对于 N光近处光电池有，总的吸光度 近似认为， 即远近两条光通路在除脑组织外的部分吸光度相等，也即近似认为远近两通路在非脑组织部分的光程一致 (从脑血氧无 创 检测双光源双感受器模型看来，这里的近似是很显然的 )．且，令为 ，即氧合血红蛋白与还原血红蛋白在选定的近红外波长上吸光系数近似相等．设 ，将上述两式相减得远近两光 共 页 第 页 8 电转换器在近红外光 源下的总的吸光度之差为： 据朗伯一比尔定律有： 故： 同理对于 R 光远处光电池有，总的吸光度： 对于 R 光近处光电池有，总的吸光度： 同样近似认为， ，上述两式相减得远近两光电池在红光光源下的总的吸光度之差： 据朗伯一比尔定律有： 共 页 第 页 9 故： 联合式 ， 推得脑血氧饱和度为 ：。