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)備功能的測量主要是通過結(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量原理的無創(chuàng)肝儲(chǔ)備功能測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以解決該問題。

1 比色法肝儲(chǔ)備功能檢測方法

    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)。患者靜脈注射后，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)無代謝產(chǎn)物，無殘留。臨床上通過采血比色法，動(dòng)脈采血檢測固定時(shí)間點(diǎn)ICG色素濃度，獲得代謝曲線，實(shí)現(xiàn)檢測肝儲(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805 nm波長的光譜比色分析，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，算出半程衰減時(shí)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(shí)現(xiàn)測量肝儲(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)測量肝儲(chǔ)備功能，測量時(shí)間長、過程復(fù)雜，影響測量結(jié)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(chǔ)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(duì)動(dòng)脈血液，通過特定波長λ₁和λ₂進(jìn)行光譜吸收測量，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(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(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(chǔ)備功能^[7]。

3 肝儲(chǔ)備功能測量系統(tǒng)

3.1 硬件系統(tǒng)組成

    肝儲(chǔ)備功能測量系統(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(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)備功能測量對(duì)比，測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)備功能測量實(shí)驗(yàn)。

    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(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(jié)語

    采用色素譜分光光度法測量肝儲(chǔ)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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了無創(chuàng)肝儲(chǔ)備功能測量。經(jīng)臨床對(duì)比知其平均誤差滿足臨床測量要求。

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