0 引言

    肝臟是人體消化系統(tǒng)中最大的消化腺，是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞去氧化、儲(chǔ)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(chǔ)備功能是肝臟全體細(xì)胞儲(chǔ)備功能的總和,，是肝儲(chǔ)備的人體生理活動(dòng)能力的概括,。在臨床治療上，肝儲(chǔ)備功能的評(píng)價(jià)具有重要意義,，是肝臟內(nèi),、外科術(shù)前臨床診斷、術(shù)后恢復(fù)治療的重要參考指標(biāo),。當(dāng)前肝儲(chǔ)備功能的測(cè)量主要是通過(guò)結(jié)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(cè)實(shí)現(xiàn)的^[1],。

    為了避免采血法對(duì)病人身體健康的影響，本文提出基于色素譜吸收光譜測(cè)量原理的無(wú)創(chuàng)肝儲(chǔ)備功能測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,，以解決該問(wèn)題,。

1 比色法肝儲(chǔ)備功能檢測(cè)方法

    臨床上主要應(yīng)用吲哚氰綠ICG實(shí)現(xiàn)肝臟滯留試驗(yàn)和清除試驗(yàn)?；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(jié)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(wú)代謝產(chǎn)物，無(wú)殘留,。臨床上通過(guò)采血比色法,，動(dòng)脈采血檢測(cè)固定時(shí)間點(diǎn)ICG色素濃度，獲得代謝曲線(xiàn),，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)肝儲(chǔ)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(dāng)于0.5 mg的ICG溶液的標(biāo)準(zhǔn),，靜脈注射^[3]。在ICG注射后的0 min,、5 min,、10 min和15 min分別進(jìn)行4次動(dòng)脈采血，利用血凝機(jī)對(duì)4次血樣分離,，再通過(guò)805 nm波長(zhǎng)的光譜比色分析,，得到對(duì)應(yīng)4個(gè)時(shí)刻的ICG染色劑濃度值，將該濃度值以橫坐標(biāo)時(shí)間軸,、縱坐標(biāo)半對(duì)數(shù)的形式記錄下來(lái),，算出半程衰減時(shí)間T_1/2,，即可以測(cè)量血漿清除率K和15 min滯留率R₁₅的參數(shù)^[4]，實(shí)現(xiàn)測(cè)量肝儲(chǔ)備功能,。血漿清除率和15 min滯留率計(jì)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(shí)刻的濃度。

    采血比色法有創(chuàng)測(cè)量肝儲(chǔ)備功能,，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng),、過(guò)程復(fù)雜，影響測(cè)量結(jié)果精度,。此外,，有創(chuàng)測(cè)量也給患者身體帶來(lái)較大的不適^[5-6]。

2 無(wú)創(chuàng)肝儲(chǔ)備功能檢測(cè)方法

    由朗伯—比爾定律物質(zhì)的吸光特性理論可知,，對(duì)動(dòng)脈血液,，通過(guò)特定波長(zhǎng)λ₁和λ₂進(jìn)行光譜吸收測(cè)量,，可獲得動(dòng)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(cè)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R(shí)Hb組成,。動(dòng)脈血液中氧合血紅蛋白比例占血紅蛋白總量的90%以上。實(shí)際測(cè)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(guān)聯(lián)檢測(cè)物質(zhì),，用氧合血紅蛋白濃度代替血紅蛋白濃度，測(cè)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(qiáng),，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(zhǎng)作為測(cè)量入射光,。朗伯—比爾定律ε₀為吸光系數(shù)，C₀待測(cè)物質(zhì)濃度,，L₀光程,。由其可知，當(dāng)一束平行光照射到手指末端,，透射光分為動(dòng)脈血吸收后的脈動(dòng)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(dòng)脈血中物質(zhì)的吸光信息,，有：

    只需臨床上測(cè)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(xiàn)，即可得出血漿清除率K和15 min滯留率R₁₅,，從而獲得肝儲(chǔ)備功能^[7],。

3 肝儲(chǔ)備功能測(cè)量系統(tǒng)

3.1 硬件系統(tǒng)組成

    肝儲(chǔ)備功能測(cè)量系統(tǒng)主要由光電指夾、光源驅(qū)動(dòng)單元,、微處理器單元,、光電轉(zhuǎn)換單元、信號(hào)調(diào)理單元,、SD卡本地儲(chǔ)存單元和藍(lán)牙通信模塊組成,。

    微處理器分時(shí)操作805 nm、940 nm兩路光源亮滅,，光電轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)信號(hào)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(chǔ)并與外部設(shè)備藍(lán)牙通信,。

3.2 光電脈搏波信號(hào)處理

    患者注射ICG色素后,，光電指夾檢測(cè)到兩路光電容積脈搏波信號(hào)PPG(Photo Plethysmo Graphy)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換,、信號(hào)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(hào)如圖2所示。

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

    在N長(zhǎng)度數(shù)字序列中,，選擇長(zhǎng)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(diǎn)x數(shù)值,，順次滑動(dòng)模板窗口W(Nⁿ)，重復(fù)排序取中值,，最終實(shí)現(xiàn)濾除基線(xiàn)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(shí)驗(yàn)分析

    利用醫(yī)院采血比色法與本系統(tǒng)進(jìn)行肝儲(chǔ)備功能測(cè)量對(duì)比,，測(cè)量者在清晨空腹靜臥的情況下，靜脈注射標(biāo)準(zhǔn)濃度ICG溶液,，注射后第0 min,、5 min,、10 min、15 min抽取血液,，進(jìn)行比色法ICG代謝濃度測(cè)量,，獲得肝儲(chǔ)備功能參數(shù)，同時(shí),，利用本系統(tǒng)進(jìn)行肝儲(chǔ)備功能測(cè)量實(shí)驗(yàn),。

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

    隨機(jī)選取8名肝病內(nèi)科患者進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),，年齡范圍45~67周歲，由ICG代謝循環(huán)曲線(xiàn)得如表1所示血漿清除率K和15 min滯留率R₁₅測(cè)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(cè)試要求,。

5 結(jié)語(yǔ)

    采用色素譜分光光度法測(cè)量肝儲(chǔ)備功能,，克服了傳統(tǒng)采血法測(cè)量的多次采血、測(cè)量不精確以及易造成感染等缺點(diǎn),，實(shí)現(xiàn)了無(wú)創(chuàng)肝儲(chǔ)備功能測(cè)量,。經(jīng)臨床對(duì)比知其平均誤差滿(mǎn)足臨床測(cè)量要求,。

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