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CN117425427A - 用于根据脉动血红蛋白波形测量动脉血氧饱和度的基于nirs/组织血氧测定术的方法 - Google Patents

用于根据脉动血红蛋白波形测量动脉血氧饱和度的基于nirs/组织血氧测定术的方法 Download PDF

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CN117425427A
CN117425427A CN202280039964.XA CN202280039964A CN117425427A CN 117425427 A CN117425427 A CN 117425427A CN 202280039964 A CN202280039964 A CN 202280039964A CN 117425427 A CN117425427 A CN 117425427A
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Edwards Lifesciences Corp
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Abstract

提供了一种用于非侵入性地确定组织主体的组织动脉氧饱和度值的方法和设备。所述方法包含：a)将至少第一波长和第二波长的近红外光发射到组织主体中，所述第一波长不同于所述第二波长；b)感测所述组织主体的所述近红外光，并且产生表示所感测的近红外光的信号；c)使用所述信号确定第一组织氧参数的AC分量；d)使用所述信号确定第二组织氧参数的AC分量；以及e)使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所确定的AC分量来确定组织主体的组织动脉氧饱和度值。

Description

用于根据脉动血红蛋白波形测量动脉血氧饱和度的基于 NIRS/组织血氧测定术的方法
本申请要求于2021年4月22日提交的美国专利申请第63/178,120号的优先权，所述美国专利申请特此通过引用整体并入。
技术领域
本公开涉及用于一般非侵入性地确定生物组织氧参数的方法和设备，并且涉及用于特别地非侵入性地确定动脉组织氧饱和度水平的非侵入性方法和设备。
背景技术
近红外光谱法(NIRS)是连续监测组织氧合的分光光度方法。NIRS方法基于以下原理：近红外范围(700至1,000nm)的光可以容易地穿过皮肤、骨骼以及其遇到血红蛋白的其它组织，所述血红蛋白主要位于微循环通道(例如，毛细血管、小动脉和小静脉)内。暴露于近红外范围中的光的血红蛋白具有特定吸收光谱，所述吸收光谱根据其氧化状态而变化(即，氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)各自充当不同的发色团)。通过使用在特定不同波长下发射近红外光的光源，并且测量透射或反射的光衰减的变化，可以监测氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)的浓度变化。
NIRS血氧测定系统通常包含与一个或多个传感器通信的处理器，每个传感器具有至少一个光源和至少一个光检测器。从光源发射的光进入受试者的组织。由于组织的高光散射特性(取决于波长)，发射的光(即，光子)通过组织经过不同路径从光源进入检测器，并且在其通过组织时衰减。更具体地讲，某些波长的光的衰减可归因于HbO2和Hb的存在。通过测量发射的光与在相应光检测器处感测的光之间的光衰减，可以确定HbO2和Hb的浓度变化。
一些NIRS传感器已知具有“近”光检测器和“远”光检测器。近检测器被定位成比远检测器更靠近光源。由近检测器感测到的光的路径被理解为不同于由远检测器感测的光的路径。通常，近检测器被放置以检测主要通过覆盖所关注的器官(例如，大脑)的组织(例如，头皮和颅骨组织)的光，并且远检测器被放置以检测主要通过上覆组织和安置在上覆组织下方的器官组织两者的光。尽管光源与近光检测器之间的光路不同于光源与远光检测器之间的光路，但两个路径可表征为“香蕉形”(例如，基本上椭圆形)，各自具有不同的路径长度和穿透深度。NIRS传感器设计中的一般规则是，香蕉形光路的平均光子组织询问深度是传感器光源与相应检测器之间的距离的一半(1/2)。
由于NIRS技术主要询问组织的微血管系统，所述微血管系统包含小动脉、小静脉和毛细血管，因此对静脉和动脉血两者的混合物进行NIRS组织氧饱和度(StO2)测量。已估计此混合物对大脑的平均比率为约70％静脉与30％动脉血容量(例如，Ito等人,通过正电子发射断层扫描测量的人体内的脑血容量的动脉分数(Arterial fraction of cerebralblood volume in humans measured by positron emission tomography),《核医学年鉴(Ann Nucl Med)》2001；4月.15(2):111-6)。在现有技术的教导下，70％静脉与30％动脉血容量的相同平均比率通常应用于身体的所有区域(例如，Pang CC,体静脉张力的测量(Measurement of body venous tone),《药理学和毒理学方法杂志(JPharmacol ToxicolMethods)》2000；44(2):341-60)。因此，为了验证NIRS，需要从靶器官的静脉输出和动脉输入考虑静脉和动脉血两者的氧合测量。
器官从一个或多个动脉接收氧合血液。在器官的组织从动脉血中提取氧气以在毛细血管床中代谢之后，血液通过一个或多个静脉返回到心脏。取决于器官的代谢水平，静脉血液的血红蛋白氧饱和度通常较低，并且可以根据特定器官而变化。较小的静脉排入较大的静脉，并且然后进入上腔静脉(SVC)或下腔静脉(IVC)进入心脏右心房(RA)和右心室(RV)。从这些位置抽取的血液可以被称为“中心”静脉(CV)血液，所述血液将在器官的最高和最低个别静脉氧饱和度之间的某处具有氧饱和度。除了通常的器官之外，皮肤和骨骼肌也显著代谢氧气，因为皮肤表面积大，并且骨骼肌相对于身体的其余部分质量大。对于大脑，动脉血供应主要来自颈动脉，并且主要静脉引流由颈内静脉/颈静脉球进行。肝脏(或肝)静脉氧饱和度往往低于肠/肠系膜门静脉氧饱和度，因为门静脉向肝脏供应低氧合血液。如上所述，如上所述进行的NIRS组织氧饱和度(StO2)测量反映静脉和动脉血两者的混合物，在现有技术装置下估计静脉和动脉血的比率，并且所述比率实际上可以与估计的比率基本上不同。
需要可以测量组织动脉血饱和度而不是依赖于估计的非侵入性方法和设备。
发明内容
根据本公开，提供了一种非侵入性地确定组织主体的组织动脉氧饱和度值的方法。所述方法包含：a)将至少第一波长和第二波长的近红外光发射到组织主体中，所述第一波长不同于所述第二波长；b)感测所述组织主体的所述近红外光，并且产生表示所感测的近红外光的信号；c)使用所述信号确定第一组织氧参数的AC分量；d)使用所述信号确定第二组织氧参数的AC分量；以及e)使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所确定的AC分量来确定组织主体的组织动脉氧饱和度值。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所产生的表示所感测的近红外光的所述信号包含：表示所述第一波长的近红外光的第一信号，所述第一信号具有AC分量和DC分量；以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号，所述第二信号具有AC分量和DC分量。另外，所述方法可以进一步包含：a)处理所述第一信号以隔离所述第一信号的AC分量；b)确定所述第一信号的所述AC分量的振幅，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的振幅；c)处理所述第二信号以隔离所述第二信号的AC分量；d)确定所述第二信号的所述AC分量的振幅，并且其中所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一信号的所述AC分量的振幅的步骤可以包含确定所述第一信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤可以使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅，并且所述确定所述第二信号的所述AC分量的振幅的步骤可以包含确定所述第二信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤可以使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一信号的所述AC分量的峰间振幅的步骤可以包含对所述第一信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第一信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值，并且所述确定所述第二信号的所述AC分量的峰间振幅的步骤可以包含对所述第二信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第二信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤可以包含确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述第一组织氧参数可以是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数可以是脱氧血红蛋白(Hb)，并且所述确定所述动脉氧饱和度值的步骤可以使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述处理所述第一信号以隔离所述第一信号的所述AC分量的步骤可以包含对所述第一信号进行滤波以去除所述第一信号的所述DC分量，并且所述处理所述第二信号以隔离所述第二信号的所述AC分量的步骤可以包含对所述第二信号进行滤波以去除所述第二信号的所述DC分量。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所述AC分量确定所述组织动脉氧参数值的步骤可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间值和所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间值。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述第一组织氧参数可以是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数可以是脱氧血红蛋白(Hb)，并且所述确定所述组织动脉氧饱和度的步骤可以使用所述第一氧参数与所述第一氧参数和所述第二氧参数的总和的比率。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所产生的表示所感测的近红外光的所述信号可以包含表示所述第一波长的近红外光的第一信号以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号，并且所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤可以使用所述第一信号，并且所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤可以使用所述第二信号。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的振幅，并且所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤可以包含确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的振幅，并且所述确定所述组织动脉氧饱和度值的步骤可以使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述振幅的步骤可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述振幅的步骤可以包含确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述第一组织氧参数可以是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数可以是脱氧血红蛋白(Hb)，并且所述确定所述动脉氧饱和度值的步骤可以使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，可以使用来自传感器换能器的光源发射所述至少所述第一波长和所述第二波长，所述传感器换能器具有至少一个近检测器和至少一个远检测器，并且所述至少一个近检测器位于距所述光源第一距离处，并且所述至少一个远检测器位于距所述光源第二距离处，并且所述第二距离大于所述第一距离，并且所述感测步骤可以利用所述至少一个近检测器和所述至少一个远检测器。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述发射步骤和所述感测步骤可以利用具有光源和光检测器的传感器换能器，所述传感器换能器被配置成以使得将所述组织主体安置在所述光源与所述光检测器之间并且所发射的近红外光在朝向所述光检测器的方向上从所述光源发射通过所述组织主体的方式接收所述组织主体。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于非侵入性地确定组织主体的组织动脉氧饱和度值的设备。所述设备包含至少一个传感器换能器和控制器。所述至少一个传感器换能器具有被配置成产生至少第一波长和第二波长的近红外光的光源，并且至少一个光检测器被配置成感测所述至少所述第一波长和所述第二波长的近红外光。所述控制器与所述至少一个传感器换能器通信。所述控制器包含至少一个处理器和被配置成存储指令的存储器装置。所存储的指令在被执行时使所述控制器：a)控制所述光源以将至少第一波长和第二波长的近红外光发射到组织主体中，所述第一波长不同于所述第二波长；b)控制所述至少一个光检测器以感测所述组织主体的所述近红外光，并且产生表示所感测的近红外光的信号；c)使用所述信号确定第一组织氧参数的AC分量；d)使用所述信号确定第二组织氧参数的AC分量；以及e)使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所确定的AC分量来确定所述组织主体的组织动脉氧饱和度值。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所产生的表示所感测的近红外光的所述信号可以包含：表示所述第一波长的近红外光的第一信号，所述第一信号具有AC分量和DC分量；以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号，所述第二信号具有AC分量和DC分量，并且所存储的指令在被执行时使所述控制器：a)处理所述第一信号以隔离所述第一信号的AC分量；b)确定所述第一信号的所述AC分量的振幅，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的振幅；c)处理所述第二信号以隔离所述第二信号的AC分量；并且d)确定所述第二信号的所述AC分量的振幅，其中所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一信号的所述AC分量的所述振幅可以包含确定所述第一信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第一组织氧参数的所述AC分量可以使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅，并且所述确定所述第二信号的所述AC分量的所述振幅可以包含确定所述第二信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤可以使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一信号的所述AC分量的所述峰间振幅可以包含对所述第一信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第一信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值，并且所述确定所述第二信号的所述AC分量的所述峰间振幅可以包含对所述第二信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第二信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量可以包含确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述第一组织氧参数可以是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数可以是脱氧血红蛋白(Hb)，并且所述确定所述动脉氧饱和度值可以使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述处理所述第一信号以隔离所述第一信号的所述AC分量可以包含对所述第一信号进行滤波以去除所述第一信号的所述DC分量，并且所述处理所述第二信号以隔离所述第二信号的所述AC分量可以包含对所述第二信号进行滤波以去除所述第二信号的所述DC分量。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所述AC分量确定所述组织动脉氧参数值可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间值和所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间值。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述第一组织氧参数可以是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数可以是脱氧血红蛋白(Hb)，并且所述确定所述组织动脉氧饱和度可以使用所述第一氧参数与所述第一氧参数和所述第二氧参数的总和的比率。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所产生的表示所感测的近红外光的所述信号可以包含表示所述第一波长的近红外光的第一信号以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号，并且所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量可以使用所述第一信号，并且所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量可以使用所述第二信号。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的振幅，并且所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量可以包含确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的振幅，并且所述确定所述组织动脉氧饱和度值可以使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述振幅可以包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述振幅可以包含确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述第一组织氧参数可以是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数可以是脱氧血红蛋白(Hb)，并且所述确定所述动脉氧饱和度值可以使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述至少一个传感器换能器的至少一个检测器可以包含至少一个近检测器和至少一个远检测器，其中所述至少一个近检测器位于距所述光源第一距离处，并且所述至少一个远检测器位于距所述光源第二距离处，并且所述第二距离大于所述第一距离。
在上文和本文中所述的任何方面或实施例中，所述至少一个传感器换能器可以被配置成以使得将所述组织主体安置在所述光源与所述光检测器之间并且所发射的近红外光在朝向所述光检测器的方向上从所述光源发射通过所述组织主体的方式接收所述组织主体。
根据本公开的另一方面，提供了一种含有计算机程序指令的非暂时性计算机可读介质。所述计算机程序指令可由至少一个计算机处理器执行以执行非侵入性地确定组织主体的组织动脉氧饱和度值的方法，所述方法包括：a)控制光源以将至少第一波长和第二波长的近红外光发射到组织主体中，所述第一波长不同于所述第二波长；b)控制至少一个光检测器以感测所述组织主体的所述近红外光，并且产生表示所感测的近红外光的信号；c)使用所述信号确定第一组织氧参数的AC分量；d)使用所述信号确定第二组织氧参数的AC分量；以及e)使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所确定的AC分量来确定组织主体的组织动脉氧饱和度值。
前述已经概述了本发明的若干方面，以便可以更好地理解以下本发明的详细描述。下文将描述形成本发明的权利要求书的主题的本发明的另外的特征和优点。
附图说明
图1是本公开的NIRS感测系统的实施例的图解，其中将传感器换能器施加到受试者的前额。
图2是与安置在靶器官(例如，大脑)上方的组织表面通信的传感器换能器的图解说明。
图3A是具有光源、近光检测器和远光检测器的传感器换能器的示意性平面视图。
图3B是图3A中所示的传感器换能器的示意性侧视图。
图4是与组织表面(例如，指)通信的传感器换能器的图解说明。
图5是本公开的一些实施例中使用的信号处理的图解说明。
图6是示出本公开的实施例的功能的流程图。
图7是示出本公开的实施例的功能的流程图。
具体实施方式
参考图1，用于非侵入性地确定动脉组织氧饱和度的本说明的方法和设备10包含近红外分光光度法(NIRS)组织感测装置12(所述组织感测装置在本文中可称为“NIRS血氧计12”)，所述组织感测装置包含一个或多个传感器换能器14和控制器16。每个传感器换能器14被配置成选择性地将光信号发射到受试者的组织(即，组织主体)中，并且一旦光信号已经由透射或反射通过组织，就感测所发射的光信号。在本文中本公开主要描述为包含NIRS脑血氧计以促进描述。然而，本公开不限于包含NIRS脑血氧计。可以替代地使用被配置成感测其它组织区域的血氧计；例如，被配置成非侵入性地感测指或耳垂组织的脉搏血氧计。在图1中图解示出的NIRS血氧计12是NIRS脑血氧计，所述脑血氧计包含附接到受试者的前额的一对传感器换能器14；例如，以感测受试者的大脑的右半球和左半球。
可接受的NIRS传感器换能器14的实例在图2中图解示出。传感器换能器14可以包含可直接附接到受试者的组织表面的柔性主体18，所述传感器换能器包含一个或多个光源20和安装到主体18或所述主体内的一个或多个光检测器22。光检测器可以被描述为“近”检测器22A和“远”检测器22B，其中术语“近”和“远”指示距光源20的相对距离。图3A和3B提供了具有光源20、近光检测器22A和远光检测器22B的传感器换能器14的示意性平面视图和侧视图。近光检测器22A与光源20隔开了距离“D1”，并且远光检测器22B与光源20隔开了距离“D2”，其中D2大于D1(D2>D1)。一次性粘合剂包络或衬垫可用于容易且安全地将传感器换能器14安装到受试者的组织表面。光源20可以是以预定波长以窄光谱带宽发射光的发光二极管(“LED”)。然而，本公开不限于使用LED作为光源20。连接器电缆24可用于将每个传感器换能器14的传感器换能器14部件(例如，光源20、光检测器22等)直接或间接连接到控制器16。光检测器22被配置成感测光并产生表示所感测的光的信号。可以使用的光检测器22类型的非限制性实例是光电二极管。可接受的NIRS传感器换能器14的非限制性实例描述于美国专利公开第2014/0171761号和美国专利第8,428,674号，所述专利中的两者都特此通过引用整体并入。上述NIRS传感器换能器14是可以与本公开一起使用的传感器换能器的非限制性实例。如本文所述，本公开的实施例可以利用除NIRS脑血氧计之外的NIRS血氧计12配置；例如，脉搏血氧计。对于使用发射通过指或其它组织附器的光的那些实施例，NIRS传感器换能器114可以具有指安装配置(例如，参见图4)，所述指安装配置包含被配置成将光源120定位在受试者的指的一侧上并且将光检测器122定位在受试者的指的相对侧上的袖带。从光源120发射的光经由发射通过指，并且由光检测器122感测。
控制器16与每个NIRS传感器换能器14内的至少一些部件(例如，光源20、光检测器22等)通信，以控制和/或从其接收信号以执行本文所述的功能。控制器16可以包含任何类型的能够执行存储在存储器中的一系列指令的计算装置、计算电路、处理器、CPU、计算机等。指令可以包含操作系统和/或可执行软件模块，如程序文件、系统数据、缓冲器、驱动程序、实用程序等。可执行指令可以应用于本文所述的任何功能，以使NIRS血氧计12能够实现装置部件的相同算法和/或协调。控制器16可以包含单个存储器装置或多个存储器装置。本公开不限于任何特定类型的非暂时性存储器装置，并且可以包含只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存存储器、高速缓存存储器和/或存储数字信息的任何装置。控制器16可以包含输入装置或者可以与所述输入装置通信，所述输入装置使得用户能够输入数据和/或指令；并且可以包含输出装置或与所述输出装置通信，所述输出装置例如被配置成显示信息(例如，视觉显示器或打印机)或传输数据等。控制器16与NIRS血氧计12及其部件之间的通信可以经由硬线连接或经由无线连接。本领域技术人员将认识到，控制器16的部分可以采用能够执行本文所述的功能的各种形式(例如，数字信号处理器、模拟装置等)。
已知近红外光容易通过组织，并且被安置在组织内的某些生物分子吸收。近红外光谱法(NIRS)基于近红外光谱(660-1000nm)中的某些发色团(例如HbO2、Hb)的不同吸收特性来检测生物组织(例如，大脑、肌肉或其它器官)中主要处于微循环水平(毛细血管、小动脉和小静脉)的氧合变化。在亚秒时间分辨率下，进入组织的平均光穿透为约2-3cm。发色团(例如，HbO2、Hb)的浓度的相对变化可以通过使用经修改的比尔朗伯定律(Beer-LambertLaw)来量化，所述经修改的比尔朗伯定律量化如生物组织等高度散射介质中的光学衰减。经修改的比尔朗伯定律的实例如下：
Aλ＝-log(I/Io)λ＝αλ*C*d*B+G (等式1)
其中A是在波长λ处的组织中的光学衰减(单位：光密度或“OD”)；Io是入射光强度(单位：W/cm2)；I是检测到的光强度；αλ是发色团的波长依赖性吸收系数(单位：OD*cm-1*μM-1)；C是发色团的浓度(单位：μM)；d是光源20到检测器距离(单位：cm)；B是光散射差分路径长度因子(无单位)；并且G是与组织几何形状和光散射相关的因子(单位：OD)。
发色团浓度的绝对测量非常困难，因为G未知。然而，在若干小时至若干天的合理测量周期内，G保持恒定，从而允许测量相应发色团从零参考基线的相对变化的可能性。因此，如果时间t2是在t1(基线)处的光学测量开始之后的任意时间，则可以计算微分衰减ΔA，从而抵消变量G和Io，条件是所述变量保持恒定。目标是基于以下等式由ΔA确定发色团(例如Hb、HbO2)浓度在时间t1与t2之间的变化(例如，ΔC＝C(t2)-C(t1))：
ΔA＝-log(I2/I1)λ＝αλ*ΔC*d*B (等式2)
被设计成计算多于一个发色团的相对变化的NIRS算法可以使用等式2的多变量形式。下面示出的等式3是等式2的多变量形式的非限制性实例：
其中等式3的左侧可以缩写形式示出为[ΔA/(d*B)]，等式3的右侧上的第一项可以缩写形式示出为[α]，并且等式3的右侧上的第二项可以缩写形式示出为[Δc]；例如，参见下面的等式4和5。为了区分和以计算氧合血红蛋白(ΔHbO2)和脱氧血红蛋白(ΔHb)的相对变化，有必要使用至少两个不同波长来感测组织。ΔHbO2和ΔHb的单位以μmole每升组织(μM)为单位，所述单位由等式1的尺寸分析确定。差分路径长度因子B是波长依赖性的，从而导致示例性表达：
Bλn＝B800*kλn
参数B800是在800nm处的用户选择的差分路径长度因子。然而，本公开不限于在800nm处的差分路径长度因子。如果用于感测组织的波长的数量等于所关注的发色团的数量，则等式3可以矩阵形式求解：
[Δc]＝[α]-1*[ΔA/(d*B)] (等式4)
其中[α]-1是[α]的逆矩阵，并且[Δc]可以通过克莱默规则(Cramer's Rule)求解。如果用于感测组织的波长的数量大于所关注的发色团的数量，那么可使用最小二乘多线性回归方法来求解[Δc]：
[Δc]＝(αT*α)-1*αT*[ΔA/(d*B)] (等式5)
其中αT是α的转置，并且(αT*α)-1是矩阵αT和α的乘积的逆矩阵。理论上，所使用的波长的数量越大，Δc的求解中的误差减少越大。ΔHbO2和ΔHb的总和给出总血红蛋白浓度的相对变化(Δ总Hb＝ΔHbO2+ΔHb)。上述方法是可用于确定组织氧合参数的非限制性实例。非限制性替代方法公开于美国专利第7,072,701号；第8,396,526号；第8,788,004号和第10,918,321号中，所述美国专利中的所有专利均特此通过引用并入。
如上所述，使用上述方法确定的组织氧参数(例如，rTHb、HbO2、Hb)浓度(或浓度变化)包含静脉和动脉贡献两者。确定彼此独立的静脉和动脉贡献的现有技术方法依赖于静脉与动脉比率(例如，70％静脉/30％动脉)的估计，所述估计对于所有类型的组织可能是不准确的。本公开提供了一种用于使用在与特定组织氧参数(例如，rTHb、HbO2、Hb)相关联的相应波长处的信号来确定可归因于动脉血流的组织氧饱和度(SaO2)的部分的方法。
例如，以上述方式，NIRS血氧计12可用于感测受试者的脑组织以确定组织氧参数浓度(或浓度的变化)；例如，具有一个或多个NIRS传感器换能器14的装置，每个换能器14具有一个或多个光源20和一个或多个安装到主体18或主体内的光检测器22，如图1所示。如上所述，光检测器22可以包含近光检测器22A和远光检测器22B。光源20发射询问受试者组织的预定波长的光，并且在此类光已通过受试者的组织之后，光检测器22A、22B感测距光源20一定距离的所发射的光。光检测器22A、22B产生信号，所述信号表示最初由光源20(在多个预定不同波长下)发射并且随后由相应光检测器22A、22B感测的光。这些信号随后被处理(例如，以上述方式)以确定表示相应组织氧参数(例如，rTHb、HbO2、Hb)的浓度(或绝对浓度)的变化的参数值；例如，参见上述等式3。
上述确定的参数值表示所询问的组织内的组织氧参数随时间的变化。如上所述，所感测的组织将包含微血管系统，所述微血管系统包含小动脉、小静脉和毛细血管，并且因此将包含动脉血流。随着时间推移，组织内存在的血液体积将由于动脉血流而变化。因此，在组织感测期间由光检测器22产生的信号和/或由那些信号确定的参数值可以被描述为具有“AC”分量(即，可变分量)和“DC”分量(即，基本上恒定的分量)。本公开的实施例利用AC分量来确定可归因于动脉血的组织氧饱和度。与之相反，已知脉搏血氧计使用来自不同波长的AC和DC信号两者。
AC分量可以通过去除DC分量来隔离。可以使用各种不同的技术来隔离AC分量，并且本公开不限于任何特定技术。例如，由光检测器22产生的信号(其可以被称为“原始信号”)可以使用一个或多个高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器或其任何组合来进行滤波(参见图6)。对于利用高通滤波器的那些实施例，可接受的实例是具有锐截止的高通滤波器。在一些实施例中，可以使用可调滤波器；例如，可调以适应心率的变化。在本公开的包含可调滤波器的那些实施例中，NIRS血氧计12可以包含被配置成确定受试者的心率的装置，或者可以与被配置成确定受试者的心率的独立装置通信。上述信号滤波可以在控制器16内执行，但不需要在控制器16内执行。然后表示AC分量的所滤波的信号可以使用算法方法进行处理以确定组织氧参数(例如Hb、HbO2等)，如等式1-3中所示。作为替代方案(参见图7)，上述信号可以被处理以产生参数值，并且然后那些参数值可以进一步被处理以识别上述参数值的AC和DC分量并隔离AC分量。无论如何隔离，AC分量都可以表征为具有峰间振幅的略正弦的形状。DC分量可以被丢弃或可以用于其它地方。
如上所述，本公开被配置成例如经由存储的指令使用AC分量的峰间振幅来确定所感测的组织内的组织动脉氧饱和度(SaO2)水平。更具体地讲，本公开的这些实施例可以使用以下等式(其中“P-P”是指峰间)利用可归因于Δ总Hb、ΔHbO2、和ΔHb的峰间AC分量(即，来自光检测器22的可归因于Δ总Hb、ΔHbO2和ΔHb的原始信号，或Δ总Hb、ΔHbO2和Hb的参数值)：
下文提供了等式6的非限制性替代方案：
在等式6和7中，“P-P振幅Δ总Hb”是指Hb和HbO2的峰间振幅的总和。
等式6和7是可用于使用峰间AC分量确定SaO2值的数学等式的实例，并且本公开不限于这些示例性等式。如等式6和7中使用的术语“K”是可能不需要的校正因子(例如，其值可以设定为1)。术语K反映当基于相应发色团对光的特定波长的吸收使用比尔朗伯定律(例如，如上所述修改)来确定相应发色团的浓度时，可能发生一定量的误差或移位的可能性。
术语K可以通过各种不同技术来确定，因此本公开不限于任何特定技术。可接受的技术的实例涉及产生使用NIRS血氧计(即，“SaO2(NIRS)”)以及在相同或基本上类似的测试组织上使用替代性的感测技术装置，如CO-血氧计(即，“SaO2(CO-ox REF)”)产生的临床上足够量的经验SaO2数据。SaO2(CO-ox REF)数据可以使用以下等式来确定：
等式8表示可用于确定SaO2(CO-ox REF)的等式或技术的实例，并且本公开不限于此。随后可以比较性地分析使用两种技术确定的相应SaO2数据以确定数据之间的一致性水平，并且如果需要，确定校正因子(例如，“K”)，以在其间建立一致性；例如，“最佳拟合”。在一些实施例中，临床上足够量的SaO2(NIRS)数据和SaO2(CO-ox REF)数据可以使用X-Y散点图(例如，具有在X轴上的SaO2(CO-ox REF)和Y轴上的SaO2(NIRS)数据)来收集和组织。数据的分析可以包含回归技术以确定SaO2(CO-ox REF)数据与SaO2(NIRS)数据之间的关系以及表示所述关系的术语K。散点图分析是可以使用的技术的非限制性实例，并且本公开不限于此。在一些实施例中，K值的确定可考虑另外的因素，如可归因于Δ总Hb、ΔHbO2和ΔHb的原始信号、光源20到光检测器22的距离等；即：
K＝功能(Δ总Hb、HbO2，和或在不同λ处的原始信号、LS-LD分离等。)
从上文可以看出，术语K可以是常数。术语K可以可替代地是经验导出的算法校准关系；例如，线性方程、多项式方程、非线性方程等。
隔离的AC分量可以使用各种不同技术进行定量地分析以确定峰间振幅。例如，AC分量可以使用均方根(RMS)滤波器进行处理以提供与相应AC分量的峰间振幅成比例的值；例如，分别与Δ总Hb、ΔHbO2、ΔHb等相关联的AC分量。当使用RMS滤波器时，这些相应AC分量的峰间值(如在SaO2的确定中使用的)可以使用以下等式来确定：
P-P振幅值＝RMS*J (等式9)
其中术语“J”是常数或经验确定的校正因子。如上所述，RMS滤波器是确定信号峰间振幅值的手段的实例，并且本公开不限于此。
如上所述，本公开可以利用不同类型的NIRS血氧计12；例如，脑血氧计、脉搏血氧计以及可操作以发射到组织主体中并收集从组织反射的所发射的光或发射通过组织的所发射的光的任何其它NIRS感测装置或其任何组合。上文描述了NIRS脑血氧计的非限制性特定实例，所述实例利用传感器换能器14，所述传感器换能器具有光源20、一个或多个近光检测器22A和一个或多个远光检测器22B(参见图2-3B)。使用这种NIRS血氧计12的本公开的益处源于由于使用间隔开的近光检测器22A和远光检测器22B收集信号数据而感测到的不同组织主体。如上所述，由近光检测器22A感测的所发射的光的路径被理解为不同于由远光检测器22B感测的所发射的光的路径；即，由近光检测器22A感测的组织光询问的深度小于由远光检测器22B感测的组织光询问的深度。利用NIRS血氧计12和具有近光检测器22A和远光检测器22B的一个或多个NIRS传感器换能器14的本公开的实施例可以确定两个不同组织主体的动脉组织氧参数；例如，头皮和颅骨组织区域的动脉组织氧参数以及大脑组织区域的动脉组织氧参数。然而，本公开不限于NIRS脑血氧计。如上所述，本公开可以利用指安装的NIRS传感器换能器114(参见图4)，所述传感器换能器包含安置在受试者的指的一侧上的光源120和安置在受试者的指的相对侧上的光检测器122。从光源120发射的光经由发射通过指，并且由光检测器122感测。
由本公开的一些实施例提供的益处在于其提供比当前可用的装置更大的实用性。本公开的实施例包含NIRS脑血氧计等，所述血氧计被配置成确定组织氧饱和度值(StO2)，所述组织氧饱和度值包含来自静脉和动脉血两者的贡献。本公开可以提供StO2数据和SaO2数据两者；即，使用单个装置提供StO2数据和SaO2两者，而不需要使用静脉/动脉血比估计。
本公开系统10和利用光检测器22信号的AC分量和/或所确定的组织氧参数(例如，HbO2、Hb)的AC分量来确定SaO2数据的方法也被理解为以增强的准确度提供SaO2数据。用于确定SaO2数据的现有技术系统(例如，脉搏血氧计)通常使用在血红蛋白等吸收点(即，HbO2和Hb的光吸收为约相同的约805nm处的点)的一侧上的第一波长处(例如，在660nm至690nm的范围内)以及在等吸收点的相对侧上的第二波长处(例如，在880nm至940nm的范围内)的光。如上所述，通过组织的光的衰减和所述光的询问深度至少部分地由于路径长度因子“B”而具有波长依赖性。因此，由在第一波长处的光询问的组织主体可能不是由在第二不同波长处的光询问的完全相同的组织主体，即使两个波长的光都从同一光源20/光检测器22组合发射并收集。利用信号的AC分量和/或确定的组织氧参数值的本公开的实施例可以利用在等吸收点(约805nm)的相对侧上的上述典型波长范围(660-690nm和880-940nm)之外的光的波长来确定SaO2数据。更具体地讲，这些实施例可以使用在等吸收点的一侧上的约690nm-810nm范围内的光的波长，并且可以使用在等吸收点的相对侧上的约880nm-810nm范围内的光的波长。在具体实例中，使用本公开，SaO2数据可以使用约770nm处和约870nm处的第一波长的光产生。因此，本公开允许使用比使用现有技术方法的情况更接近彼此的光的波长来确定动脉组织氧参数(例如，SaO2、HbO2、Hb)。因此，由于更接近询问波长，归因于波长依赖性因子(例如，路径长度因子“B”)的共同光源20与光检测器22之间的光衰减和询问深度的任何差异减小；即，由一个波长询问的组织主体与由另一个波长询问的组织主体更紧密地重合的可能性更大。
如上所述，本文描述的功能可以例如在硬件、有形地体现在计算机可读介质中的软件、固件或其任何组合中实施。在一些实施例中，本文所描述的功能的至少一部分可以在一个或多个计算机程序中实施。每个此类计算机程序可以在机器可读存储装置中的非暂时性信号中有形地体现的计算机程序产品中实施，以供计算机处理器执行。本公开的方法步骤可以由计算机处理器执行，所述计算机处理器执行有形地体现在计算机可读介质上的程序，以通过对输入进行操作并生成输出来执行本公开的功能。下文权利要求范围内的每个计算机程序可以用任何编程语言，如汇编语言、机器语言、高级程序编程语言或面向对象的编程语言来实施。例如，编程语言可以是编译或解释的编程语言。
虽然上文已结合具体设备和方法描述了本公开的原理，但是应清楚地理解，这一描述仅通过举例的方式作出并且不作为对本公开的范围的限制。在以上说明书中给出了具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。
应注意，实施例可描述为描绘为流程图、流程简图、框图等的过程。尽管这些结构中的任何一个可以将操作描述为顺序过程，但许多操作可以并行或同时执行。另外，操作的次序可重新排列。过程可以对应于方法、函数、程序、子路线、子程序等。
除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”是指一个或多个形式。例如，术语“包括样本”包含单个或多个样本，并且被认为等同于短语“包括至少一个样本”。术语“或”是指所述替代元件的单个元件或两个或更多个元件的组合，除非上下文另有明确指示。如本文所用，“包括”意指“包含”。因此，“包括A或B”意指“包含A、B或A和B”，不排除另外的元素。
应注意，在本说明书和附图中的元件之间阐述各种连接(其内容通过参考包含在本公开中)。应注意，这些连接是通用的，并且除非另有说明，否则可以是直接或间接的，并且本说明书不旨在在这方面是限制性的。对附接、固定、连接等的任何提及可以包含永久、可移除、临时、部分、完全和/或任何其它可能的附接选项。
本公开中的元件、部件或方法步骤不旨在专用于公众，而不管所述元件、部件或方法步骤是否在权利要求书中明确叙述。本文中的任何权利要求要素都不应根据35U.S.C.112(f)的规定解释，除非所述要素使用短语“意指”明确叙述。如本文所使用的，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性包含物，使得包括元件列表的过程、方法、制品或设备不仅包含那些元件，而且可以包含未明确列出或此类过程、方法、制品或设备固有的其它元件。
虽然本公开的各种发明方面、概念和特征在本文中可以被描述和示出为在示例性实施例中组合体现，但是这些各个方面、概念和特征可以单独地或者以其各种组合以及其子组合用于许多可替代的实施例中。除非在本文中明确排除，否则所有这样的组合和子组合均意图在本申请的范围内。此外，虽然本文中可能描述了关于本公开的各个方面、概念和特征的各种可替代的实施例，如可替代的材料、结构、配置、方法、装置和部件，但是这些描述并不旨在作为目前已知或将来开发出来的可用的可替代的实施例的完整或穷举列表。本领域技术人员可以容易地将这些发明方面、概念或特征中的一者或多者采用到本申请范围内的另外的实施例和用途中，即使此类实施例没有在本文明确公开。例如，在本说明书的具体实施方式部分内上述的示例性实施例中，元件可以被描述为单独的单元并且示出为彼此独立以促进描述。在可替代的实施例中，此类元件可以被配置为组合元件。
另外，尽管本公开的一些特征、概念或方面在本文中可能被描述为优选的布置或方法，但是这种描述并不旨在暗示这种特征是必需的或必要的，除非明确说明。此外，可以包含示例性或代表性的值和范围以帮助理解本申请，然而，此类值和范围不应被解释为限制性的，并且仅当如此明确地陈述时才被认为是临界值或范围。

Claims (31)

1.一种非侵入性地确定组织主体的组织动脉氧饱和度值的方法，所述方法包括：
将至少第一波长和第二波长的近红外光发射到组织主体中，所述第一波长不同于所述第二波长；
感测所述组织主体的所述近红外光，并且产生表示所感测的近红外光的信号；
使用所述信号确定第一组织氧参数的AC分量；
使用所述信号确定第二组织氧参数的AC分量；以及
使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所确定的AC分量来确定组织主体的组织动脉氧饱和度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所产生的表示所感测的近红外光的所述信号包含：表示所述第一波长的近红外光的第一信号，所述第一信号具有AC分量和DC分量；以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号，所述第二信号具有AC分量和DC分量；并且
所述方法进一步包括：
处理所述第一信号以隔离所述第一信号的AC分量；
确定所述第一信号的所述AC分量的振幅；
其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的振幅；
处理所述第二信号以隔离所述第二信号的AC分量；
确定所述第二信号的所述AC分量的振幅；并且
其中所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的振幅。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定所述第一信号的所述AC分量的振幅的步骤包含确定所述第一信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅；并且
其中所述确定所述第二信号的所述AC分量的振幅的步骤包含确定所述第二信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述确定所述第一信号的所述AC分量的峰间振幅的步骤包含对所述第一信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第一信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值；并且
其中所述确定所述第二信号的所述AC分量的峰间振幅的步骤包含对所述第二信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第二信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅；并且
其中所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤包含确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一组织氧参数是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数是脱氧血红蛋白(Hb)；并且
其中所述确定所述动脉氧饱和度值的步骤使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述处理所述第一信号以隔离所述第一信号的所述AC分量的步骤包含对所述第一信号进行滤波以去除所述第一信号的所述DC分量；并且
其中所述处理所述第二信号以隔离所述第二信号的所述AC分量的步骤包含对所述第二信号进行滤波以去除所述第二信号的所述DC分量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所述AC分量确定所述组织动脉氧参数值的步骤包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间值和所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一组织氧参数是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数是脱氧血红蛋白(Hb)；并且
其中所述确定所述组织动脉氧饱和度的步骤使用所述第一氧参数与所述第一氧参数和所述第二氧参数的总和的比率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所产生的表示所感测的近红外光的所述信号包含表示所述第一波长的近红外光的第一信号以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号；并且
其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第一信号，并且所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第二信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的步骤包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的振幅；并且
其中所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤包含确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的振幅；并且
其中所述确定所述组织动脉氧饱和度值的步骤使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述振幅的步骤包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅；并且
其中所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述振幅的步骤包含确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一组织氧参数是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数是脱氧血红蛋白(Hb)；并且
其中所述确定所述动脉氧饱和度值的步骤使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
14.根据权利要求1所述的方法，其中使用来自传感器换能器的光源发射所述至少所述第一波长和所述第二波长，所述传感器换能器具有至少一个近检测器和至少一个远检测器，其中所述至少一个近检测器位于距所述光源第一距离处，并且所述至少一个远检测器位于距所述光源第二距离处，并且所述第二距离大于所述第一距离；并且
其中所述感测步骤利用所述至少一个近检测器和所述至少一个远检测器。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述发射步骤和所述感测步骤利用具有光源和光检测器的传感器换能器，所述传感器换能器被配置成以使得将所述组织主体安置在所述光源与所述光检测器之间并且所发射的近红外光在朝向所述光检测器的方向上从所述光源发射通过所述组织主体的方式接收所述组织主体。
16.一种用于非侵入性地确定组织主体的组织动脉氧饱和度值的设备，所述设备包括：
至少一个传感器换能器，所述至少一个传感器换能器具有被配置成产生至少第一波长和第二波长的近红外光的光源，以及被配置成感测所述至少所述第一波长和所述第二波长的近红外光的至少一个光检测器；以及
控制器，所述控制器与所述至少一个传感器换能器通信，所述控制器包含至少一个处理器和被配置成存储指令的存储器装置，所存储的指令在被执行时使所述控制器：
控制所述光源以将至少第一波长和第二波长的近红外光发射到组织主体中，所述第一波长不同于所述第二波长；
控制所述至少一个光检测器以感测所述组织主体的所述近红外光，
并且产生表示所感测的近红外光的信号；
使用所述信号确定第一组织氧参数的AC分量；
使用所述信号确定第二组织氧参数的AC分量；以及
使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所确定的AC分量来确定所述组织主体的组织动脉氧饱和度值。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所产生的表示所感测的近红外光的所述信号包含：表示所述第一波长的近红外光的第一信号，所述第一信号具有AC分量和DC分量；以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号，所述第二信号具有AC分量和DC分量；并且
所存储的指令在被执行时使所述控制器：
处理所述第一信号以隔离所述第一信号的AC分量；
确定所述第一信号的所述AC分量的振幅，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的振幅；
处理所述第二信号以隔离所述第二信号的AC分量；并且
确定所述第二信号的所述AC分量的振幅，其中所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的振幅。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述确定所述第一信号的所述AC分量的所述振幅包含确定所述第一信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第一组织氧参数的所述AC分量使用所述第一信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅；并且
其中所述确定所述第二信号的所述AC分量的所述振幅包含确定所述第二信号的所述AC分量的峰间振幅，并且所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的步骤使用所述第二信号的所述AC分量的所确定的峰间振幅。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述确定所述第一信号的所述AC分量的所述峰间振幅包含对所述第一信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第一信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值；并且
其中所述确定所述第二信号的所述AC分量的所述峰间振幅包含对所述第二信号的所述AC分量进行滤波以确定表示所述第二信号的所述AC分量的所述峰间振幅的值。
20.根据权利要求18所述的设备，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅；并且
其中所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量包含确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述第一组织氧参数是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数是脱氧血红蛋白(Hb)；并且
其中所述确定所述动脉氧饱和度值使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
22.根据权利要求17所述的设备，其中所述处理所述第一信号以隔离所述第一信号的所述AC分量包含对所述第一信号进行滤波以去除所述第一信号的所述DC分量；并且
其中所述处理所述第二信号以隔离所述第二信号的所述AC分量包含对所述第二信号进行滤波以去除所述第二信号的所述DC分量。
23.根据权利要求16所述的设备，其中所述使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所述AC分量确定所述组织动脉氧参数值包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间值和所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间值。
24.根据权利要求16所述的设备，其中所述第一组织氧参数是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数是脱氧血红蛋白(Hb)；并且
其中所述确定所述组织动脉氧饱和度使用所述第一氧参数与所述第一氧参数和所述第二氧参数的总和的比率。
25.根据权利要求16所述的设备，其中所产生的表示所感测的近红外光的所述信号包含表示所述第一波长的近红外光的第一信号以及表示所述第二波长的近红外光的第二信号；并且
其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量使用所述第一信号，并且所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量使用所述第二信号。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的振幅；并且
其中所述确定所述第二组织氧参数的所述AC分量包含确定所述第二组织氧参数的所述AC分量的振幅；并且
其中所述确定所述组织动脉氧饱和度值使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所确定的振幅。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述振幅包含确定所述第一组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅；并且
其中所述确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述振幅包含确定所述组织的所述第二组织氧参数的所述AC分量的峰间振幅。
28.根据权利要求27所述的设备，其中所述第一组织氧参数是氧合血红蛋白(HbO2)，并且所述第二组织氧参数是脱氧血红蛋白(Hb)；并且
其中所述确定所述动脉氧饱和度值使用所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅与所述第一组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅和所述第二组织氧参数的所述AC分量的所述峰间振幅的总和的比率。
29.根据权利要求16所述的设备，其中所述至少一个传感器换能器的至少一个检测器包含至少一个近检测器和至少一个远检测器，其中所述至少一个近检测器位于距所述光源第一距离处，并且所述至少一个远检测器位于距所述光源第二距离处，并且所述第二距离大于所述第一距离。
30.根据权利要求16所述的设备，其中所述至少一个传感器换能器被配置成以使得将所述组织主体安置在所述光源与所述光检测器之间并且所发射的近红外光在朝向所述光检测器的方向上从所述光源发射通过所述组织主体的方式接收所述组织主体。
31.一种含有计算机程序指令的非暂时性计算机可读介质，其中所述计算机程序指令能够由至少一个计算机处理器执行以执行非侵入性地确定组织主体的组织动脉氧饱和度值的方法，所述方法包括：
控制光源以将至少第一波长和第二波长的近红外光发射到组织主体中，所述第一波长不同于所述第二波长；
控制至少一个光检测器以感测所述组织主体的所述近红外光，并且产生表示所感测的近红外光的信号；
使用所述信号确定第一组织氧参数的AC分量；
使用所述信号确定第二组织氧参数的AC分量；以及
使用所述第一组织氧参数的所确定的AC分量和所述第二组织氧参数的所确定的AC分量来确定组织主体的组织动脉氧饱和度值。
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