CN1933772A - 对组织中静脉与动脉混合血脉动光学检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于检测组织中静脉与动脉混合血液脉动的存在的方法和装置，其包括：从灌血组织部分接收对应于红外光波长和红光波长的第一电磁辐射信号和第二电磁辐射信号；获得对所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间的一相位差的一测量；将所述测量与一阈值比较以形成一比较；和使用所述比较来检测静脉脉动的存在或不存在。

Description

对组织中静脉与动脉混合血脉动光学检测的方法和装置

技术领域

本发明一般来说涉及脉动血氧定量法，且具体而言，涉及一对脉动血氧计所产生的信号的处理。

背景技术

脉动血氧计通常用于测量各种血液特征，包括患者的动脉血中的血红蛋白的血氧饱和度和脉动率。这些特征的测量已通过使用非侵入性传感器来完成，所述非侵入性传感器使光穿过患者灌血组织的一部分，且其光电地感测此类组织中光的吸收和散射。接着通过使用所属领域中已知的各种算法，将所吸收且散射的光的量用于估算组织中血液成分的量。脉动血氧定量法中的“脉动”来自心搏周期期间组织中的动脉血的时变量。从感测到的光学测量处理的信号为惯用的体积描记波形，其对应于穿过患者灌血组织的一部分的光能的循环衰减。

各种生理和/或外部因素可不利地影响由脉动血氧计估算的生理参数的准确性和/或可靠性。这些不希望有的因素有时称为“伪影”。静脉脉动为脉动血氧定量法中的一个不希望有的伪影，且可由患者的医学条件导致。

因此希望设计一种脉动血氧定量法系统，其有效且准确地检测静脉脉动的存在和/或通知临床医师关于静脉脉动的存在。

发明内容

本发明提供一种具有检测组织中静脉血脉动的存在或混合的静脉与动脉血脉动的存在的能力的脉动血氧计。

在一个实施例中，本发明提供一种用于检测组织中混合的静脉与动脉血脉动的存在的方法。所述方法包括从灌血组织部分接收对应于红外光波长和红光波长的第一电磁辐射信号和第二电磁辐射信号；获得对所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间的相位差的测量；将所述测量与一阈值相比较以形成一比较；和使用所述比较来检测静脉脉动的存在或不存在。

一方面，所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间的相位差的测量为所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间的一持久相位差的测量。

另一方面，相位差的测量为通过对照所述第二电磁辐射信号比较所述第一电磁辐射信号而形成的利萨如曲线(Lissajous plot)上的椭圆的开口度的测量。

在另一实施例中，本发明提供一种用于检测组织中的混合的静脉与动脉血脉动的存在的设备。所述设备包括：用于从灌血组织部分接收对应于红外光波长和红光波长的第一电磁辐射信号和第二电磁辐射信号的模块；用于获得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间的一相位差的测量的模块；用于比较所述测量与阈值以形成一比较的模块；和用于使用所述比较来检测静脉脉动的存在或不存在的模块。

为了更全面地理解本发明的性质和优点，可参考结合附图所说明的以下实施方式。

附图说明

图1是示范性血氧计的方框图。

图2是根据本发明一个实施例的脉动血氧计的信号处理结构的方框图。

图3A-B是对照彼此绘制的AC耦合IR和红光脉动波形的示范性x-y或利萨如曲线，其展示同相(图3A)与异相(图3B)IR和红光脉动波形。

图4是％SpO₂vs.时间(小时:分钟:秒)的曲线图，其展示垂头仰卧位(Trendelenburgposition)(即，仰卧在手术台上，所述手术台以不定角度倾斜，使得骨盆高于头部，用在骨盆中的手术期间和手术后或用于休克时)中血氧正常期间的静脉脉动的周期。

具体实施方式

根据本发明的实施例的方法和系统针对检测灌血组织中的静脉或混合的静脉与动脉脉动的存在或不存在。本发明尤其可适用于如在脉动血氧计监视器和脉动血氧定量法传感器中测量动脉血中血红蛋白的氧饱和度和脉动或心率，且将参考所述测量来阐释本发明。

典型的脉动血氧计测量两个生理参数：动脉血血红蛋白的氧饱和度百分比(SpO₂或sat)和脉动率。可使用各种技术来估算氧饱和度。在一个常见技术中，调节且处理由光电检测器所产生的光电流以确定红光比红外(IR)信号的调制比率比(比率比)。已经观察到此调制比率与动脉氧饱和度密切相关。通过在体内测量所得的动脉氧饱和度(SaO2)的范围内对一组患者、健康的志愿者或动物测量调制比，来凭经验校准脉动血氧计和传感器。观察所得的相关性将基于患者调制比的测量值而反过来用于估算血液的氧饱和度(SpO₂)。使用调制比率来估算氧饱和度在1998年12月29日颁发的题为“METHOD ANDAPPARATUS FOR ESTIMATING PHYSIOLOGICAL PARAMETERS USINGMODEL-BASED ADAPTIVE FILTERING”的美国专利第5,853,364号和1990年3月27日颁发的题为“METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING OPTICAL PULSES”的美国专利第4,911,167号中描述，出于所有目的，其两者全文以引用的方式并入本文中。氧饱和度与调制比率之间的关系(例如)在1997年7月8日颁发的题为“MEDICAL SENSOR WITHMODULATED ENCODING SCHEME”的美国专利第5,645,059号中描述，出于所有目的，其全文以引用的方式并入本文中。大多数脉动血氧计提取具有第一确定饱和度或脉动率的体积描记信号，所述第一确定饱和度或脉动率两者都对干扰敏感。

图1是可经配置以实施本发明的实施例的脉动血氧计的一个实施例的方框图。本发明的静脉脉动检测实施例可实施为由微处理器122(在下文描述)执行的数据处理算法。来自光源110的光传递到灌血组织112中，且被散射并由光电检测器114检测。含有光源和光电检测器的传感器100还可含有编码器116，其提供指示光源110的波长的信号，以允许血氧计选择适当的校准系数来计算氧饱和度。编码器116可(例如)为电阻器。

传感器100连接到脉动血氧计120。血氧计包括连接到内部总线124的微处理器122。RAM存储器126和显示器128也连接到所述总线。时间处理单元(TPU)130向光驱动电路132提供计时控制信号，所述光驱动电路132控制光源110何时照射，且如果使用多个光源，那么对不同光源提供多路复用计时。TPU 130还控制来自光电监测器114的信号通过放大器133和开关电路134的门控接通。如果使用多个光源，那么取决于多个光源中的哪个被照明，而在合适的时间对这些信号进行取样。接收到的信号穿过放大器136、低通滤波器138和模拟到数字转换器140。接着，数字数据存储在队列串行模块(QSM)142中，以供稍后当QSM 142填满时下载到RAM 126中。在一个实施例中，对于所接收到的多个光波长或光谱，可能存在独立放大器、滤波器和A/D转换器的多个并联路径。

基于对应于光电检测器114所接收的光的所接收信号的值，微处理器122将使用各种算法来计算氧饱和度。这些算法需要系数，其可能对应于(例如)所使用的光波长凭经验地确定。这些系数存储在ROM 146中。在两波长系统中，为任一对波长光谱选择的特定一组系数由对应于特定传感器100中的特定光源的编码器116所指示的值来确定。在一个实施例中，可分配多个电阻器值以选择不同组系数。在另一实施例中，相同电阻器用于从适合于与近红光源或远红光源配对的红外光源的系数中选择。将选择近红光还是远红光组之间的选择可通过来自控制输入154的控制输入来选择。控制输入154可为(例如)脉动血氧计上的开关、键盘或提供来自远端主机计算机的指令的端口。此外，可使用任何数目的方法或算法来确定患者的脉动率、氧饱和度或任何其它所要的生理参数。

对上文所陈述的示范性脉动血氧计的简要描述用作对下文所述的用于检测静脉脉动的存在的方法进行描述的基础。在下文中结合图2的方框图来描述用于检测和/或指示静脉脉动或混合静脉与动脉脉动的存在的本发明的实施例。

本发明的实施例可实施为用于出于操作脉动血氧计的目的而处理光学信号的更大信号处理系统的一部分。图2中展示此类信号处理系统，图2为根据本发明一个实施例的脉动血氧计的信号处理结构的方框图200。根据本发明的实施例的信号处理结构200可实施为由脉动血氧计的处理器执行的软件算法。除计算氧饱和度和脉动率之外，系统200还测量用于确定滤波器加权系数的各种信号度量。信号度量用于指示脉动可能是体积描记还是噪音。信号度量可与(例如)频率(其是否在人类心率的范围中)、形状(其形状是否类似心脏脉动)、上升时间等等有关。图2中所示的系统计算氧饱和度和脉动率两者，还检测静脉脉动和传感器偏离以及丢失脉动状态，其在下文中分别描述。

I.氧饱和度计算

区块202代表信号调节区块的操作。通过：(1)取得第一导数以除去基线位移，(2)用固定系数来低通滤波，和(3)除以DC值以保存比率，来在这一区块中接收并调节数字化红光和IR信号或波形。信号调节子系统的功能在于加强出现在人类体积描记器中的较高频率且在于使运动伪影通常集中在其中的低频率衰减。信号调节子系统基于在初始化期间所识别的硬件特性来选择其滤波系数(宽带或窄带)。到区块202的输入为数字化红光信号和IR信号，且其输出为经预处理的红光信号和IR信号。

区块204代表脉动识别和鉴定区块的操作。将经低通滤波的数字化红光信号和IR信号提供到这一区块以识别脉动，且将它们鉴定为可能动脉脉动。这通过使用预训练神经网络来完成，且主要在IR信号上完成。通过检查脉动的振幅、形状和频率来识别脉动。到这一区块的输入为来自区块208的平均脉动周期。此功能通过使用脉动率来改变前面的鉴定。区块204的输出指示心律失常的程度和个别脉动质量。到区块204的输入为：(1)经预处理的红光信号和IR信号，(2)平均脉动周期，和(3)来自低通滤波器的低通波形。来自区块204的输出包括：(1)心律失常的程度，(2)脉动振幅变化，(3)个别脉动质量，(4)脉动蜂鸣通知(pulse beep notification)，和(5)合格的脉动周期和龄期。

区块206是用于计算信号质量度量。这一区块(区块206)确定脉动形状(例如，导数偏斜度)、周期变率、脉动振幅和变率、比率比变率和相对于脉动率的频率组成。到区块206的输入包括：(1)原始数字化红光信号和IR信号，(2)心律失常的程度、个别脉动质量、脉动振幅变化，(3)经预处理的红光信号和IR信号，和(4)平均脉动周期。来自区块206的输出包括：(1)低通和整体平均滤波器权数，(2)传感器偏离检测器(sensoroff detector)的度量，(3)标准化经预处理的波形，和(4)调制百分比。

区块208计算平均脉动周期。这一区块(区块208)由所接收的脉动计算平均脉动周期。到区块208的输入包括：合格的脉动周期和龄期。来自区块208的输出包括平均脉动周期。

区块210代表低通滤波器和整体平均子系统的功能。区块210对由区块206处理的标准化且经预处理的波形进行低通滤波和整体平均。低通滤波器的权数由信号度量区块206确定。信号也被整体平均(这使除接近脉动率和其谐波的所关注频率之外的频率衰减)，其中整体平均滤波器权数也由信号度量区块206确定。如果信号标记为降级，那么分配较少权数。如果信号被标记为心律失常，那么分配较大权数，因为心律失常期间不适合进行整体平均。红光波形与IR波形经分别处理，但具有相同的滤波权数。滤波被延迟(例如，约1秒)以允许首先计算信号度量。

滤波器使用连续可变权数。如果样本不被整体平均，那么在经加权的平均值中将先前滤波的样本的权数设置为零，且仍然通过信号处理算法来处理新样本。这一区块跟踪信号的龄期和/或滤波的累积量(例如，处理中响应时间和延迟的总和)。如果暂时没有检测到良好的脉动，那么会将结果标记为过旧。到区块210的输入包括：(1)标准化经预处理的红光信号和IR信号，(2)平均脉动周期，(3)低通滤波器权数和整体平均滤波器权数，(4)ECG触发器(如果可用)，和(5)针对过零触发器的IR基波。来自区块210的输出包括：(1)经滤波的红光信号和IR信号，以及(2)龄期。

区块212代表估算经滤波的波形的比率比方差且计算平均权数的操作。用于滤波器的可变加权是由比率比方差来控制。这一可变权数滤波的效应在于：比率比随伪影增加而缓慢地改变，且随着伪影减少而快速地改变。子系统具有两个响应模式，包括快速模式和正常模式。举例来说，快速模式中的滤波将3秒的龄期度量作为目标，且在正常模式中，目标龄期可为5秒。在快速模式中，当前值的最小权数被夹持在较高水平上。换句话说，如果存在噪音，那么将低权数分配给最新的比率比计算中，且如果不存在噪音，那么将高权数分配给最新的比率比计算中。到区块212的输入包括：(1)经滤波的红光信号和IR信号以及龄期，(2)校准系数，和(3)响应模式(例如，用户速度设置)。来自区块212的输出包括用于比率比计算的平均权数。所述平均权数连同经滤波的IR波形和红光波形一起用作到区块214的一输入以计算平均的比率比和龄期。

区块216代表计算氧饱和度的操作。使用具有校准系数和经平均比率比的算法来计算饱和度。到区块116的输入包括：(1)经平均的比率比，和(2)校准系数。来自区块216的输出为氧饱和度值。

II.脉动率计算

区块218对经区块202调节的信号进行低通滤波和整体平均，以用于脉动率识别。用于低通滤波器的权数由信号度量区块206来确定。信号也被整体平均(这会对除接近脉动率和其谐波的所关注频率之外的频率进行衰减)，其中整体平均滤波器权数也由信号度量区块206确定。如果信号标记为降级，那么分配较小权数。如果信号被标记为心律失常，那么分配较大权数，因为心律失常期间不适合进行整体平均。红光与IR分别进行处理，但具有相同的滤波权数。滤波被延迟(例如，约1秒)以允许首先计算信号度量。

滤波器使用连续可变权数。如果样本将不被整体平均，那么在经加权的平均值中将先前经滤波的样本的权数设置为零，且仍然通过信号处理算法来处理新样本。这一区块(区块218)跟踪信号的龄期和/或滤波的累积量(处理中响应时间和延迟的总和)。

会将结果标记为过旧(如果暂时没有检测到良好的脉动)。到区块218的输入包括：(1)经预处理的红光信号和IR信号，(2)平均脉动周期，(3)低通滤波器权数和整体平均滤波器权数，(4)ECG触发器，如果可用，和(5)针对过零触发器的IR基波。来自区块218的输出包括：(1)经滤波的红光信号和IR信号，以及(2)龄期。

区块220，或经滤波的脉动识别和鉴定区块由经滤波的波形计算脉动周期，且其结果仅在脉动由区块204鉴定为不合格时使用。到区块220的输入包括：(1)经滤波的红光信号和IR信号和龄期，(2)平均脉动周期，(3)前端ID或噪音基准(noise floor)，(4)和用于检测IR能量和红光能量的传感器的种类或类型。来自区块220的输出包括合格的脉动周期和龄期。

区块222，或平均脉动周期和计算脉动率区块，计算脉动率和平均脉动周期。这一区块(区块222)接收合格的脉动周期和龄期作为输入，且提供(1)平均脉动周期和(2)脉动率作为输出。

III.静脉脉动

区块224，或检测静脉脉动区块接收来自区块202的经预处理的红光信号和IR信号和龄期，以及脉动率，作为输入，且提供静脉脉动的指示作为输出。区块224还在时域中使用单齿梳状滤波器提供IR基波波形，所述波形输出到整体平均滤波器(例如，区块210和218)。到区块224的输入包括：(1)经滤波的红光信号和IR信号和龄期，以及(2)脉动率。来自区块124的输出包括：静脉脉动的指示和IR基波。在一个实施例中，区块224测量IR-红光利萨如曲线的“开口度”以确定是否应设置旗标(例如，Venous_Pulsation)。输出旗标(例如，Venous_Pulsation)周期性地(例如，每秒)更新。另外，IR基波波形输出到整体平均滤波器。

IV.传感器偏离

区块226，或检测传感器偏离和脉动振幅丢失区块，使用预训练神经网络来确定传感器是否偏离(例如)患者的灌血组织的表面。到所述神经网络的输入为量化前几秒的IR值和红光值的行为的几个方面的度量。当信号状态不指示脉动存在或指示传感器不在监视点上(例如，脉动存在、断开、脉动丢失、传感器可能偏离和传感器偏离)时，样本被系统200的子系统中的很多系统忽略。到区块226的输入包括：(1)信号质量度量，和(2)血氧计的LED亮度、放大器增益，和(3)指示血氧计的硬件配置的ID。来自区块226的输出包括信号状态，其包括传感器偏离指示。

在上文所述的结构200中，可使用来自信号处理结构的几个部分的信息来导出区块226的功能、脉动丢失和脉动搜索指示。另外，如果有效传感器不连接，或如果信号处理结构检测到传感器偏离或脉动振幅丢失，那么信号处理结构将不使用所接收到的IR波形和红光波形来计算氧饱和度或脉动率。

上文所陈述的根据本发明的脉动血氧计信号处理结构的实施例的简要描述充当用于描述针对检测灌血组织中静脉或混合的静脉与动脉脉动的存在或不存在的方法和设备的基础，如通常由上文的区块224所指示。

静脉脉动为脉动血样定量法中不希望有的伪影。静脉脉动在头部或前额上尤其常见，其中微管解剖缺乏瓣膜来防止静脉血倒退和聚集。静脉脉动可由患者的医学条件导致，或可在干扰静脉血回流的外科干预期间导致。静脉脉动的效应可包括：1)反映静脉血与动脉血的混合的氧饱和度(例如，SpO₂)读数，其将实质上低于动脉氧饱和度，因此导致不正确地低氧饱和度测量，和2)是患者的脉动率的两倍或甚至三倍的脉动率读数，其归因于静脉压力波中的显著谐波。另外，在极端条件下，血氧计有可能会未能获得氧饱和度和/或脉动率测量。

与不可能一直存在的运动伪影(例如，它们出现且消失)不同，静脉脉动可连续不间断维持数小时。虽然静脉脉动的副作用对临床医师来说非常明显，但它们的起因可能不是非常明显。

可通过(例如用头带)将压力施加到血氧定量法传感器的点，来减轻所述点处的静脉脉动。

本发明的实施例提供包括用于检测静脉脉动伪影的基于软件的方法。对静脉脉动的存在的检测使血氧计能够将故障诊断消息显示给临床医师，其接着可处理和/或纠正所述问题。

归因于下文所述的以下特性，可从动脉脉动中将混合的静脉与动脉脉动区分开来。首先，静脉血具有比动脉血低的饱和度。如果没有压力施加到传感器点，那么头放置在显著低于他们的心脏处的血氧正常的受检者(即，在海平线上呼吸空气的健康的受检者)可容易地产生接近80％的SpO₂读数。其次，静脉脉动在动脉脉动后出现，且具有不同形状。

归因于这些特性，如果IR波形和红光波形包括静脉脉动，那么它们将具有显著且持久的相位差，如由图3B的利萨如曲线所说明，其类似适当开口的椭圆形。图3A-B中所示为IR波形和红光波形，其经AC耦合且以x-y曲线绘制，其中IR波形位于x轴上，且红光波形位于y轴上。应注意，图3B的迹线不穿过原点。另一方面，如由图3A的利萨如曲线所说明，如果IR波形和红光波形仅包括动脉脉动，那么它们将为同相。其它伪影(例如运动和噪音)可添加相位关系和频率组成不稳定的异相分量，且不会与静脉脉动感应的相位差一样持久。

更适用于检测IR波形与红光波形之间的相位差的波形为仅含有对应于脉动率的基波的波形的一者，例如可由适当的滤波器产生。此类波形更适用于检测具有血管原点的IR波形与红光波形之间的相位差。

在一个实施例中，对静脉脉动的存在的检测涉及检测IR波形与红光波形之间的持久相位差。如上文所陈述，对相位差的检测优选涉及对已经滤波以便仅含有处于或接近算法的脉动率或谐波的频率的IR波形与红光波形之间的相位差的检测。下文描述用于检测持久相位差的各种技术。通过使用这些技术中的一者或组合，用于检测静脉脉动的存在的本发明的一个实施例包括以下算法，其将：

1.AC耦合IR波形与红光波形，且优选对它们进行滤波，以便仅传递处于或接近脉动率的频率。

2.在至少一个完整脉动的时间窗上，通过将“椭圆的开口度”量化为(离原点的最小距离)/(离x轴的最大距离)，来量化相位差。或者，这一比率的分母可为离原点的最大距离。较长的时间窗将增加运动伪影或高斯噪声(Gaussian noise)将最终在原点附近产生样本的可能性，且减少错误地报告静脉脉动的可能性。

3.求这一开口椭圆度量与一阈值之间的差异的积分。所述阈值控制椭圆的多大开口必须最终通知用户关于静脉脉动。阈值优选随计算得出的SpO₂而变化，因为如果计算得出高SpO₂值，那么不大可能出现静脉脉动。

4.如果需要，那么为了控制静脉脉动在通知用户前必须持久多长时间，将积分夹持在预定上限和/或下限上，且只要超过所述上限和/或下限之间的预定积分阈值，就报告静脉脉动。

下文的描述揭示如何量化“椭圆的多大开口”的度量。所述度量经如下量化：

Open_Lissajous_Axis_Ratio_t＝

$\sqrt{\frac{\min (({\mathrm{IR}}_t^2+{\mathrm{Red}}_t^2),({\mathrm{IR}}_{t-1}^2+{\mathrm{Red}}_{t-1}^2)..({\mathrm{IR}}_{t-N+1}^2+{\mathrm{Red}}_{t-N+1}^2))}{\max ({\mathrm{IR}}_t^2,{\mathrm{IR}}_{t-1}^2..{\mathrm{IR}}_{t-N+1}^2)}}$

其中IR和Red指上述每步骤1已处理的波形，且N表示时间窗中的样本的数目。

在一个实施例中，从数据的最新近的时间窗(例如，4秒)中周期性地(例如，每秒)计算这一度量。因此，其涵盖约几个脉动的窗。优选时间窗(例如，四秒窗)确保波形具有多个脉动周期，其中如果波形实际上同相，那么接近原点。这一度量的替代实施例涉及仅在分母中使用红光数据。仅在分子中包括红光数据使得这一度量在低饱和度时对异相波形更敏感，其中与在高饱和度时相比，红光调制更大。

因为这一比率可能为相当程度的噪音，所以其可在用于宣告静脉脉动的存在或不存在时，经滤波、夹持并积分。下文描述滤波、夹持和积分，以使得：

$w=\min [\frac{0.005}{|\mathrm{Open}\_\mathrm{Lissajous}\_\mathrm{Axis}\_\mathrm{Ratio}-\mathrm{Open}\_\mathrm{Lissajous}\_\mathrm{Axis}\_{\mathrm{Ratio}}^{\′}|},1.0]$

Filt_Open_Lissajous_Axis_Ratio＝w*Open_Lissajous_Axis_Ratio+(1-w)*Filt_Open_Lissajous_Axis_Ratio′

其中′表示来自1秒前的值。

Filt_Open_Lissajous_Axis_Ratio＝min(Filt_Open_Lissajous_Axis_Ratio_t，0.3)

Open_Lissajous_Threshold＝max(0.06，0.06+0.5*(Saturation-90％))

Venous_Pulsation_Integral＝Venous_Pulsation_Integral′+

Filt_Open_Lissajous_Axis_Ratio-

Open_Lissajous_Threshold

Venous_Pulsation_Integral＝min(2.0，max(0，Venous_Pulsation_Integral))，

其中：

Saturation为氧饱和度值。

Open_Lissajous_Threshold为上文在算法的步骤3中所界定的阈值。

在一个实施例中，通过使用以上方法，如果Venous_Pulsation_Integral至少为1.0，那么报告静脉脉动。

上述等式中的阈值和权数是凭经验形成，且可根据各种条件而改变。取决于积分改变得多快，这一静脉脉动检测算法优选具有几十秒的响应时间。这一响应时间足够满足临床医师的需要，因为在传感器点处产生静脉脉动的体位和循环条件不可能比这更快地改变。然而，可改变响应时间以适应在传感器点处产生静脉脉动的体位和/或循环条件中的可能改变。

除上文所述的用于量化相位差的技术之外，也可使用根据本发明的检测持久相位差的很多替代技术。举例来说，可通过分析两个波形的互相关函数来将相位差量化为两个波形之间的延迟间隔的函数。或者，可通过在给定频率下减去波形的相位，来在频域中量化相位差。减去两个复数的相位，而不必直接计算反三角函数的一种方法是通过取得它们的复共轭，且除以它们的量值的乘积。或者，可代替或结合其基波而在脉动率的谐波下来检测持久相位差。

图4是展示在垂头仰卧位(即，仰卧在手术台上，所述手术台以不定角度倾斜，使得骨盆高于头部，用在骨盆中的手术期间和手术后或用于休克时)中血氧正常期间的静脉脉动的周期的％SpO2比时间(小时:分钟:秒)的曲线图300，其展示根据本发明的实施例的方法检测通过故意将血氧正常的志愿者放置在垂头仰卧位中而产生的静脉脉动的所有四个期。在不具有头带的情况下产生前三个期402、404和406，且在15-25秒内检测静脉脉动。在头带位于适当位置的情况下产生最终期408，使得静脉脉动更逐步地形成，且在约1分钟内宣告。

具有根据本发明实施例的静脉脉动检测和通知系统的脉动血氧计能够识别将低(例如，80s-low 90s)SpO₂读数中的大多数读数识别为由静脉脉动导致并将其通知给临床医师，使得临床医师可采取合适的纠正方法，例如收紧抵靠患者的前额而固持血氧计传感器的头带。同样，具有根据本发明的实施例的静脉脉动检测和通知系统的脉动血氧计能够在去饱和事件(即，SpO₂小于50％)期间，不提供静脉脉动事件的指示，且因此帮助临床医师确定去饱和为真实事件。

因此，如所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本发明的本质特征的情况下，以其它特定形式来实施涉及检测组织中的静脉或混合的静脉与动脉血脉动的存在的本发明。举例来说，虽然已经在时域中描述了本实施例，但基于频率的方法同样与本发明的实施例相关。因此，前述揭示内容意在对以上权利要求书中所阐述的本发明的范畴进行说明而非限制。

Claims (22)

1.一种检测组织中静脉与动脉混合血脉动的存在的方法，其包含：

从一灌血组织部分接收对应于红外光波长和红光波长的第一电磁辐射信号和第二电磁辐射信号；

获得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间一相位差的一测量；

将所述测量与一阈值比较以形成一比较；和

使用所述比较来检测静脉脉动的存在或不存在。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在所述获得所述测量的步骤前对所述第一和第二电磁辐射信号进行滤波，以传递所述第一电磁辐射信号和所述第二电磁辐射信号的在或接近所述灌血组织的脉动率或脉动率的谐波处具有频率的部分。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间一相位差的一测量包含获得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间一持久相位差的一测量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述获得一持久相位差的一测量包含在一时间周期上求一相位差的所述测量的积分。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得一相位差的一测量包含获得通过对照所述第二电磁辐射信号比较所述第一电磁辐射信号而形成的一利萨如曲线上的一椭圆的开口度的一测量。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得一相位差的一测量包含分析所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号的一互相关函数，作为所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间的一延迟间隔的一函数。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得一相位差的一测量包含一频域分析，和在一频率下减去所述第一电磁辐射信号和所述第二电磁辐射信号的相位。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述减去所述第一电磁辐射信号和所述第二电磁辐射信号的相位包含取得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号的复共轭，和使所述复共轭除以所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号的量值的乘积。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得一相位差的一测量包含在或接近所述灌血组织的一基波脉动率处获得一相位差的所述测量。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得一相位差的一测量包含在或接近所述灌血组织的一脉动率的一谐波处获得一相位差的所述测量。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得一相位差的一测量包含在或接近一基波或处于或接近所述灌血组织的一脉动率的一谐波处获得一相位差的所述测量。

12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含提供一存在静脉脉动的通知。

13.一种用于检测组织中静脉与动脉混合血脉动的存在的设备，其包含：

用于从一灌血组织部分接收对应于红外光波长和红光波长的第一电磁辐射信号和第二电磁辐射信号的构件；

用于获得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间一相位差的一测量的构件；

用于比较所述测量与一阈值以形成一比较的构件；和

用于使用所述比较来检测静脉脉动的存在或不存在的构件。

14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含一滤波器，所述滤波器经配置以用于在获得所述测量前对所述第一电磁辐射信号和所述第二电磁辐射信号进行滤波，以传递所述第一电磁辐射信号和所述第二电磁辐射信号的在或接近所述灌血组织的脉动率或脉动率的谐波处具有频率的部分。

15.根据权利要求13所述的设备，其中所述用于获得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间一相位差的一测量的构件经配置以用于获得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间一持久相位差的一测量。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述用于获得一持久相位差的一测量的构件包含用于在一时间周期上求一相位差的所述测量的积分的构件。

17.根据权利要求13所述的设备，其中所述用于获得一相位差的一测量的构件经配置以用于获得通过对照所述第二电磁辐射信号比较所述第一电磁辐射信号而形成的一利萨如曲线上的一椭圆的开口度的一测量。

18.根据权利要求13所述的设备，其中所述用于获得一相位差的一测量的构件经配置以用于分析所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号的一互相关函数，作为所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号之间一延迟间隔的一函数。

19.根据权利要求13所述的设备，其中所述用于获得一相位差的一测量的构件经配置以用于一频域分析且用于在一频率下减去所述第一电磁辐射信号和所述第二电磁辐射信号的所述相位。

20.根据权利要求19所述的设备，其中所述用于减去所述第一电磁辐射信号和所述第二电磁辐射信号的所述相位的构件经配置以用于取得所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号的复共轭，且使所述复共轭除以所述第一电磁辐射信号与所述第二电磁辐射信号的量值的乘积。

21.根据权利要求13所述的设备，其中所述用于获得一相位差的一测量的构件经配置以用于在或接近一基波或处于或接近所述灌血组织的一脉动率的一谐波处获得一相位差的所述测量。

22.根据权利要求13所述的设备，其进一步包含用于提供一存在静脉脉动的通知的构件。

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