0 引言

    肝臟是人體消化系統(tǒng)中最大的消化腺，是實現(xiàn)細胞去氧化,、儲存肝糖,、蛋白質(zhì)合成、微循環(huán)解毒以及新陳代謝的重要器官,。肝儲備功能是肝臟全體細胞儲備功能的總和,，是肝儲備的人體生理活動能力的概括。在臨床治療上,，肝儲備功能的評價具有重要意義,，是肝臟內(nèi)、外科術前臨床診斷,、術后恢復治療的重要參考指標,。當前肝儲備功能的測量主要是通過結合吲哚氰綠ICG(Indocyanine Green)染色劑的采血分光光度比色法有創(chuàng)檢測實現(xiàn)的^[1]。

    為了避免采血法對病人身體健康的影響,，本文提出基于色素譜吸收光譜測量原理的無創(chuàng)肝儲備功能測量系統(tǒng)設計方案,，以解決該問題。

1 比色法肝儲備功能檢測方法

    臨床上主要應用吲哚氰綠ICG實現(xiàn)肝臟滯留試驗和清除試驗,?；颊哽o脈注射后，吲哚氰綠ICG色素迅速與血漿白蛋白,、球蛋白等蛋白質(zhì)結合,，在血液循環(huán)中快速由肝臟攝取后排泄到膽汁，吲哚氰ICG綠色素在體內(nèi)無代謝產(chǎn)物,，無殘留,。臨床上通過采血比色法，動脈采血檢測固定時間點ICG色素濃度,，獲得代謝曲線,，實現(xiàn)檢測肝儲備功能^[2]。

    采血比色法要求患者在空腹的情況下,，按照5 mg/ml濃度,，每公斤體重相當于0.5 mg的ICG溶液的標準，靜脈注射^[3],。在ICG注射后的0 min,、5 min,、10 min和15 min分別進行4次動脈采血，利用血凝機對4次血樣分離,，再通過805 nm波長的光譜比色分析,，得到對應4個時刻的ICG染色劑濃度值，將該濃度值以橫坐標時間軸,、縱坐標半對數(shù)的形式記錄下來,，算出半程衰減時間T_1/2，即可以測量血漿清除率K和15 min滯留率R₁₅的參數(shù)^[4],，實現(xiàn)測量肝儲備功能,。血漿清除率和15 min滯留率計算公式如下：

    C₀為ICG色素注射初始濃度，C₁₅為ICG色素注射后15 min時刻的濃度,。

    采血比色法有創(chuàng)測量肝儲備功能,，測量時間長、過程復雜,，影響測量結果精度,。此外，有創(chuàng)測量也給患者身體帶來較大的不適^[5-6],。

2 無創(chuàng)肝儲備功能檢測方法

    由朗伯—比爾定律物質(zhì)的吸光特性理論可知,，對動脈血液，通過特定波長λ₁和λ₂進行光譜吸收測量,，可獲得動脈血液中兩種吸光物質(zhì)的濃度比值,，在知道其中一種物質(zhì)濃度的前提下，可以測得另外一種物質(zhì)的濃度,。

    人體血紅蛋白成分主要由氧合血紅蛋白O2Hb和還原血紅蛋白RHb組成,。動脈血液中氧合血紅蛋白比例占血紅蛋白總量的90%以上。實際測試中通常忽略還原血紅蛋白影響,，選取血液中血紅蛋白Hb和吲哚氰綠ICG色素作為關聯(lián)檢測物質(zhì),，用氧合血紅蛋白濃度代替血紅蛋白濃度，測量吲哚氰綠色素ICG代謝濃度^[5],。氧合血紅蛋白,、還原血紅蛋白和吲哚氰綠色素吸收光譜如圖1所示。

    由圖1可知,，805 nm處吲哚氰綠ICG色素吸光能力最強,，940 nm處氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白吸收差異性較小，在忽略還原血紅蛋白影響的前提下,，選擇805 nm和940 nm波長作為測量入射光,。朗伯—比爾定律ε₀為吸光系數(shù)，C₀待測物質(zhì)濃度,，L₀光程,。由其可知，當一束平行光照射到手指末端,，透射光分為動脈血吸收后的脈動的交流成分AC和被脂肪,、骨骼等成分吸收后的不變的直流成分DC，交流成分AC中含有動脈血中物質(zhì)的吸光信息,，有：

    只需臨床上測量出血紅蛋白濃度C_Hb,，即可求出吲哚氰綠ICG色素濃度，由吲哚氰綠濃度代謝曲線,，即可得出血漿清除率K和15 min滯留率R₁₅,，從而獲得肝儲備功能^[7]。

3 肝儲備功能測量系統(tǒng)

3.1 硬件系統(tǒng)組成

    肝儲備功能測量系統(tǒng)主要由光電指夾,、光源驅(qū)動單元,、微處理器單元、光電轉(zhuǎn)換單元,、信號調(diào)理單元,、SD卡本地儲存單元和藍牙通信模塊組成。

    微處理器分時操作805 nm,、940 nm兩路光源亮滅,，光電轉(zhuǎn)換單元實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)信號調(diào)理電路交直流分離,、濾波,、放大、整形后送給AD模數(shù)轉(zhuǎn)換,，微控制器將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)本地存儲并與外部設備藍牙通信,。

3.2 光電脈搏波信號處理

    患者注射ICG色素后，光電指夾檢測到兩路光電容積脈搏波信號PPG(Photo Plethysmo Graphy),，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換,、信號調(diào)理后，光電指夾輸出的805 nm和940 nm的光電容積脈搏波信號如圖2所示,。

    系統(tǒng)接收到的光電容積脈搏波信號含有大量的基線漂移干擾,，主要源于人體運動擾動、人體神經(jīng)運動反射反應和心臟泵血的脈動影響,，系統(tǒng)采用中值濾波算法消除基線漂移干擾,。

    在N長度數(shù)字序列中，選擇長度為n的序列Xⁿ為一維模板窗口W(Nⁿ),，模板窗口數(shù)據(jù)M由大到小排序,，取序列中值作為一點x數(shù)值，順次滑動模板窗口W(Nⁿ),，重復排序取中值,，最終實現(xiàn)濾除基線漂移,。

    805 nm、940 nm光電容積脈搏波中值濾波后的波形如圖3所示,。

4 實驗分析

    利用醫(yī)院采血比色法與本系統(tǒng)進行肝儲備功能測量對比,，測量者在清晨空腹靜臥的情況下，靜脈注射標準濃度ICG溶液,，注射后第0 min,、5 min、10 min,、15 min抽取血液,，進行比色法ICG代謝濃度測量，獲得肝儲備功能參數(shù),，同時,，利用本系統(tǒng)進行肝儲備功能測量實驗。

    系統(tǒng)測量獲得吲哚氰綠ICG色素代謝第一循環(huán)曲線和第二循環(huán)曲線如圖4,、圖5所示,。

    隨機選取8名肝病內(nèi)科患者進行對比實驗，年齡范圍45~67周歲,，由ICG代謝循環(huán)曲線得如表1所示血漿清除率K和15 min滯留率R₁₅測量數(shù)據(jù),。

    血漿清除率K平均誤差為0.049/min，15 min滯留率平均誤差為8.71%,，均符合臨床測試要求,。

5 結語

    采用色素譜分光光度法測量肝儲備功能，克服了傳統(tǒng)采血法測量的多次采血,、測量不精確以及易造成感染等缺點,，實現(xiàn)了無創(chuàng)肝儲備功能測量。經(jīng)臨床對比知其平均誤差滿足臨床測量要求,。

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