1.一种基于光学反射式原理的血红蛋白浓度无创测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:在人体皮肤组织外表层设置一个光源,所述光源分别发出波长为λ1和波长为λ2的近红外入射光;在光源的两侧设置两组光电探测器;
所述λ1为660nm,所述λ2为850nm;
第一组所述光电探测器包括第一光电探测器和第二光电探测器,第二组所述光电探测器包括第三光电探测器和第四光电探测器;所述第一光电探测器和第二光电探测器到光源的距离为r1;
所述第三光电探测器和第四光电探测器到光源的距离为r2;
所述r1和r2满足以下关系:0<(r1‑r2)<10mm;
相邻两个所述光电探测器与光源的连线形成的夹角均为直角;
步骤2:定义光源发出的入射光经过人体皮肤组织反射后的吸光度为A,确定吸光度A与深层组织内血红蛋白中的氧合血红蛋白HbO2浓度 和还原血红蛋白Hb浓度cHb间的关系;
步骤3:光源发出波长为λ1和λ2的近红外入射光,第一光电探测器和第三光电探测器分别获取经过人体皮肤组织反射后的吸光度;
其中, 和 为第一光电探测器获取的波长为λ1和λ2的近红外入射光经反射后的吸光度;PDPF为差分路径因子; 和 为第三光电探测器获取的波长为λ1和λ2的近红外入射光经反射后的吸光度; 和 是氧合血红蛋白HbO2在波长为λ1和λ2的近红外入射光下的吸光系数, 和 分别为还原血红蛋白Hb在波长为λ1和λ2的近红外入射光下的吸光系数;
G1和G1'为第一光电探测器探测的波长为λ1和λ2的近红外入射光在其他层组织引起的光衰减;G3和G3'为第三光电探测器探测的波长为λ1和λ2的近红外入射光在其他层组织引起的光衰减;
入射光通过其他层组织的衰减近似为相等,记为G1=G3,G1'=G3';对公式(3.1)进行求解,得到氧合血红蛋白HbO2浓度 和还原血红蛋白Hb浓度cHb′:步骤4:光源发出波长为λ1和λ2的近红外入射光,第二光电探测器和第四光电探测器分别获取到经过人体皮肤组织反射后的吸光度;
其中, 和 为第二光电探测器获取的波长为λ1和λ2的近红外入射光经反射后的吸光度;PDPF为差分路径因子; 和 为第四光电探测器获取的波长为λ1和λ2的近红外入射光经反射后的吸光度; 和 是氧合血红蛋白HbO2在波长为λ1和λ2的近红外入射光下的吸光系数, 和 分别为还原血红蛋白Hb在波长为λ1和λ2的近红外入射光下的吸光系数,G2和G2'为第二光电探测器探测的波长为λ1和λ2的近红外入射光在其他层组织引起的光衰减;
G4和G4'为第四光电探测器探测的波长为λ1和λ2的近红外入射光在其他层组织引起的光衰减;
入射光通过其他层组织的衰减近似为相等,记为G2=G4,G2'=G4';对公式(4.1)进行求解,得到氧合血红蛋白HbO2浓度 和还原血红蛋白Hb浓度cHb″:步骤5:结合公式(3.2)和(4.2)中得出的氧合血红蛋白HbO2浓度 和还原血红蛋白Hb浓度cHb′和cHb″,并引入修正系数ω1和ω2,最终得出在深层组织中氧合血红蛋白HbO2浓度 和还原血红蛋白Hb浓度CHb,结果如下:所述修正系数ω1和ω2通过如下方法得到:获取多组测量数据,将测量数据与现有的有创法所得真值进行比对,经过统计分析,得到ω1=0.51783922,ω2=0.48216078;
步骤6:将氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb浓度相加,得到深层组织中血红蛋白浓度tHb:
2.根据权利要求1所述的基于光学反射式原理的血红蛋白浓度无创测量方法,其特征在于,所述步骤2具体包括:
步骤2.1:确定入射光在皮肤组织中的传播公式为:其中,Iinc是入射光强,Iref是反射光强,εij是第i层组织中j物质的吸光系数,cij是第i层组织中j物质的浓度,li是经过第i层组织的光程;
对上式作对数处理,得到:
步骤2.2:初步得到吸光度A与深层组织中氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb的浓度的关系;
定义公式(2.2)为吸光度A,则深层组织中氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb的浓度应满足以下条件:
其中,D是光在深层组织中的光程, 是氧合血红蛋白HbO2的吸光系数,εHb是还原血红蛋白Hb的吸光系数, 是HbO2在深层组织中的浓度,cHb是Hb在深层组织中的浓度;G为由其他层组织引起的光衰减;
步骤2.3:入射光在深层组织中的光程D与光电探测器至光源之间的距离r满足以下线性关系:
D=PDPF·r (2.4);
将公式(2.4)代入到公式(2.3)中,最终确定吸光度A分别与深层组织中氧合血红蛋白HbO2和还原血红蛋白Hb的浓度的关系为:
3.根据权利要求2所述的基于光学反射式原理的血红蛋白浓度无创测量方法,其特征在于,所述步骤2.3中,所述差分路径因子PDPF由下式得到:PDPF=3.9788d (2.6);
其中,d为深层组织厚度,且0<d<8mm。