一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和经皮二氧化碳分压tcpCO2的方法

摘要

一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和二氧化碳分压tcpCO2的方法，包括光敏元器件，所述光敏元器件在一定的光谱范围内，采用红外及远红外光来探测气体浓度，对于不同浓度下，光的穿透性不同，光敏元器件捕捉到该信号后，通过独有的加密计算方式，将浓度值转换为电信号，从而可以检测到实际的气体浓度；本专利采用无创采集方式，针对特定病况的病人，如皮肤组织损伤后不可逆，不可开刀等需要测量组织恢复情况，血液气体含量等提供了解决方案，并且针对于电化学法，避免了频繁更换传感器探头采集部分。

说明书

技术领域

本发明涉及气体测量领域，尤其涉及一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和经皮二氧化碳分压tcpCO2的方法。

背景技术

传统的血气测量只能是有创测量或无创电化学测量，有创测量对于特定病况如糖尿病此类造成的创伤不可逆。而无创电化学测量需要频繁更换测量传感器的化学组成部分，具有一定操作难度且比较频繁，在测量值偏差较大时，不能第一时间确定是该更换化学部分还是传感器本身出了问题。

为解决上述问题，本申请中提出一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和经皮二氧化碳分压tcpCO2的方法。

发明内容

(一)发明目的

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和经皮二氧化碳分压tcpCO2的方法，具有携带方便，使用灵活的特点。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和经皮二氧化碳分压tcpCO2的方法，包括光敏元器件，所述光敏元器件在一定的光谱范围内，采用红外及远红外光来探测气体浓度，对于不同浓度下，光的穿透性不同，光敏元器件捕捉到该信号后，通过独有的加密计算方式，将浓度值转换为电信号，从而可以检测到实际的气体浓度；

但是由于气体的分子体积及其结合键不同，所以氧气和二氧化碳在相同浓度下，光的穿透性也不同，所以即使这样也不能避免在相同的光谱下氧气和二氧化碳有重合区域，只要在测量前，设定测量气体种类即可避免这种情况，因此需要采用比尔-朗伯定律，英文名称：Beer–Lambert law，该公式是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，包括气体、固体、液体、分子、原子和离子，比尔-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础；

比尔-朗伯定律的原理如下：当一束单色光照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱，吸收介质的浓度愈大，介质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著，其公式关系为：

·A：吸光度；

·I

·I

·T：透射比，或称透光度；

·K：系数，可以是吸收系数或摩尔吸收系数；

·l：吸收介质的厚度，一般以cm为单位；

·c：吸光物质的浓度，单位可以是g/L或mol/L。

优选的，通过比尔-朗伯定律的原理在测量气体时，当光源发出的光，在不同气体浓度下，光穿过率也有所不同，有些光会被反射回去，而有些光会被完全遮挡，所以可以通过测量光的透过率来测量气体浓度。

优选的，由于氧气的分子结构和二氧化碳的分子结构不同，氧气的分子直径约为0.346纳米，二氧化碳的分子直径约为0.35～0.51nm，所以在相同容器中，物质的量相同时，整体容器中体积占比也不同，光透过率也不相同，故可以区分测量气体种类。

优选的，传感器探头中，集成小规模激光发射装置和光敏原件，光普发射装置采用IC电路，通过调节发射频率、功率可改变发射波长，另一侧光敏原件对于光及其敏感，在及其细微的光照变化下，其内部阻值也会随之变化。

优选的，红外接收部分完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲；在采集到光信号后红外接收需先进行解调，解调的过程是通过红外接收管进行接收的；其基本工作过程为：当接收到调制信号时，输出高电平，否则输出为低电平，是调制的逆过程；经过滤波电路处理后滤去杂波通过ADC采集电路采集到电信号，通过计算气体浓度与电信号比例关系，在芯片处编写相关算法处理采集数据后，得到相关气体浓度数据。

优选的，本方法采用无创采集方式，针对特定病况的病人，如皮肤组织损伤后不可逆，不可开刀等需要测量组织恢复情况，血液气体含量等提供了解决方案，并且针对于电化学法，避免了频繁更换传感器探头采集部分。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本专利采用无创采集方式，针对特定病况的病人，如皮肤组织损伤后不可逆，不可开刀等需要测量组织恢复情况，血液气体含量等提供了解决方案，并且针对于电化学法，避免了频繁更换传感器探头采集部分。

附图说明

图1为本发明的光敏元器件原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，提供了一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和经皮二氧化碳分压tcpCO2的方法，包括光敏元器件，其特征在于：所述光敏元器件在一定的光谱范围内，采用红外及远红外光来探测气体浓度，对于不同浓度下，光的穿透性不同，光敏元器件捕捉到该信号后，通过独有的加密计算方式，将浓度值转换为电信号，从而可以检测到实际的气体浓度；

但是由于气体的分子体积及其结合键不同，所以氧气和二氧化碳在相同浓度下，光的穿透性也不同，所以即使这样也不能避免在相同的光谱下氧气和二氧化碳有重合区域，只要在测量前，设定测量气体种类即可避免这种情况，因此需要采用比尔-朗伯定律，英文名称：Beer-Lambert law，该公式是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，包括气体、固体、液体、分子、原子和离子，比尔-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础；

比尔-朗伯定律的原理如下：当一束单色光照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱，吸收介质的浓度愈大，介质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著，其公式关系为：

·A：吸光度；

·I

·I

·T：透射比，或称透光度；

·K：系数，可以是吸收系数或摩尔吸收系数；

·l：吸收介质的厚度，一般以cm为单位；

·c：吸光物质的浓度，单位可以是g/L或mol/L。

进一步的，通过比尔-朗伯定律的原理在测量气体时，当光源发出的光，在不同气体浓度下，光穿过率也有所不同，有些光会被反射回去，而有些光会被完全遮挡，所以可以通过测量光的透过率来测量气体浓度。

进一步的，由于氧气的分子结构和二氧化碳的分子结构不同，氧气的分子直径约为0.346纳米，二氧化碳的分子直径约为0.35～0.51nm，所以在相同容器中，物质的量相同时，整体容器中体积占比也不同，光透过率也不相同，故可以区分测量气体种类。

进一步的，传感器探头中，集成小规模激光发射装置和光敏原件，光普发射装置采用IC电路，通过调节发射频率、功率可改变发射波长，另一侧光敏原件对于光及其敏感，在及其细微的光照变化下，其内部阻值也会随之变化。

进一步的，红外接收部分完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲；在采集到光信号后红外接收需先进行解调，解调的过程是通过红外接收管进行接收的；其基本工作过程为：当接收到调制信号时，输出高电平，否则输出为低电平，是调制的逆过程；经过滤波电路处理后滤去杂波通过ADC采集电路采集到电信号，通过计算气体浓度与电信号比例关系，在芯片处编写相关算法处理采集数据后，得到相关气体浓度数据。

进一步的，本方法采用无创采集方式，针对特定病况的病人，如皮肤组织损伤后不可逆，不可开刀等需要测量组织恢复情况，血液气体含量等提供了解决方案，并且针对于电化学法，避免了频繁更换传感器探头采集部分。

本发明的工作原理：一种利用光学实现经皮氧分压tcpO2和经皮二氧化碳分压tcpCO2的方法，包括光敏元器件，所述光敏元器件在一定的光谱范围内，采用红外及远红外光来探测气体浓度，对于不同浓度下，光的穿透性不同，光敏元器件捕捉到该信号后，通过独有的加密计算方式，将浓度值转换为电信号，从而可以检测到实际的气体浓度；但是由于气体的分子体积及其结合键不同，所以氧气和二氧化碳在相同浓度下，光的穿透性也不同，所以在相同的光谱下氧气和二氧化碳有重合区域，只要在测量前，设定测量气体种类即可避免这种情况，因此需要采用比尔-朗伯定律，英文名称：Beer–Lambert law，该公式是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质，包括气体、固体、液体、分子、原子和离子，比尔-朗伯定律是吸光光度法、比色分析法和光电比色法的定量基础；比尔-朗伯定律的原理如下：当一束单色光照射于一吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱，吸收介质的浓度愈大，介质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著，其公式关系为：

·A：吸光度；

·I

·I

·T：透射比，或称透光度；

·K：系数，可以是吸收系数或摩尔吸收系数；

·l：吸收介质的厚度，一般以cm为单位；

·c：吸光物质的浓度，单位可以是g/L或mol/L。

通过比尔-朗伯定律的原理在测量气体时，当光源发出的光，在不同气体浓度下，光穿过率也有所不同，有些光会被反射回去，而有些光会被完全遮挡，所以可以通过测量光的透过率来测量气体浓度。由于氧气的分子结构和二氧化碳的分子结构不同，氧气的分子直径约为0.346纳米，二氧化碳的分子直径约为0.35～0.51nm，所以在相同容器中，物质的量相同时，整体容器中体积占比也不同，光透过率也不相同，故可以区分测量气体种类。传感器探头中，集成小规模激光发射装置和光敏原件，光普发射装置采用IC电路，通过调节发射频率、功率可改变发射波长，另一侧光敏原件对于光及其敏感，在及其细微的光照变化下，其内部阻值也会随之变化。红外接收部分完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲；在采集到光信号后红外接收需先进行解调，解调的过程是通过红外接收管进行接收的；其基本工作过程为：当接收到调制信号时，输出高电平，否则输出为低电平，是调制的逆过程；经过滤波电路处理后滤去杂波通过ADC采集电路采集到电信号，通过计算气体浓度与电信号比例关系，在芯片处编写相关算法处理采集数据后，得到相关气体浓度数据，本方法采用无创采集方式，针对特定病况的病人，如皮肤组织损伤后不可逆，不可开刀等需要测量组织恢复情况，血液气体含量等提供了解决方案，并且针对于电化学法，避免了频繁更换传感器探头采集部分。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。