用于脉搏血氧仿真器的光散射介质及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于脉搏血氧仿真器的光散射介质及制备方法，按体积百分比，用量杯量取光学填充环氧树脂９１．５～９８％，光散射剂２～８．５％，将光散射剂加入光学填充环氧树脂中搅拌均匀；将上述混合物浇注到抛光的模具盒中，浇注厚度为１～２ｍｍ；将浇注好的混合物连同模具盒一起放入烘箱，６０～８０℃下固化８小时后取出，脱模后即制得光散射介质；最后将固化的光散射介质粘结到仿真器探头上。本发明专利技术克服了现有脉搏血氧仿真器的活体组织光散射特性模拟不足的缺点，避免导致对脉搏血氧仪定标校验时出现过驱动现象，使脉搏血氧仪工作状态接近人体实际测量状态，从而可实现对脉搏血氧仪的精确定标和校验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于医疗仿真器具的模拟材料，特别涉及。
技术介绍
脉搏血氧仪是一种无创伤、连续监测人体动脉血氧饱和度的新型医学仪器。目前国内外生产的脉搏血氧仪，一般是通过测定活体组织对两种不同波长的光的吸光度比值，根据相应的定标曲线得到动脉血氧饱和度。活体组织对入射光波的总吸收量是由一个稳定直流量上迭加一个脉动交流量组成。脉动交流量是由动脉血充盈光照部位动脉引起的，稳定直流量是血液流过光照部位时，由皮肤、肌肉、骨胳、静脉血等组织对光的吸收引起的。脉搏血氧仪的双光源，通常为波长λ1＝660nm的红光发光二极管和波长为λ2＝940nm的红外光发光二极管。在微处理器的控制下以一定频率顺序启动λ1、λ2和暗光三个工作状态，光电检测电路将通过手指的被脉动调制的双光脉冲信号转化为电信号，经过处理而计算出两波长光的相对透射强度R，根据相应的定标曲线即可得出血氧饱和度SpO2。在脉搏血氧仪生产和使用过程中，对其准确的定标和校验是必不可少的。根据脉搏血氧仪的工作原理，作为用于脉搏血氧仪定标和校验的脉搏血氧仿真器，一般应首先具备上述的组织吸光特性，即对于来自脉搏血氧仪的入射光具有直流吸收和交流脉动调制吸收双重功能，且交流调制波形应为动脉脉搏波波形；其次，仿真器对双光的直流吸收量和交流调制量比率R值应当在脉搏血氧仪定标曲线所限定的正常生理范围内，仿真器对双光束交流调制量与R值及血氧饱和度的关系符合正常的基本规律。现有的脉搏血氧仪定标校验方法是通过如图1所示的脉搏血氧仿真器来对人体组织，如手指的光吸收特性进行模拟，从而可实现人体组织直流吸收和脉动调制。其中的光散射介质一般采用光学有机玻璃等材料，但这些光散射介质并不符合人体组织对入射光的散射特性。生物组织在近红外波段(600nm～1000nm)具有强散射、弱吸收的特性，因而，从宏观组织光谱学角度出发，活体组织对此波段入射光的输出衰减主要是由散射效应引起的。这就使得构造脉搏血氧仿真器的组织仿真光传输模型时，组织光散射特性的合理仿真成为一个不容忽视的问题，而光散射介质材料是否与活体组织的散射特性相近也成为影响脉搏血氧仪准确定标或校验的关键。由于现有脉搏血氧仿真器的光散射介质并不符合人体组织对入射光的散射特性，因此在对脉搏血氧仪进行定标校验时，出现所谓的过驱动(over-driven)现象，且此时脉搏血氧仪工作状态严重偏离人体实际测量状态，从而造成读数锁死在某固定数据无法进行定标的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有脉搏血氧仿真器的活体组织光散射特性模拟不足的缺点，避免导致对脉搏血氧仪进行定标校验时出现的过驱动现象和脉搏血氧仪工作状态偏离人体实际测量状态现象，提供一种用于脉搏血氧仿真器中的、与活体组织光学特性基本相似的光散射介质复合材料及制备方法，从而可实现对脉搏血氧仪的精确定标和校验。对人体组织光吸收特性研究的结果表明，将生物活体组织视为光稠密媒质，应用离散光子模型研究其多散射过程是一种较为合理的组织散射理论模型，只须用单散射参数进行模拟即可。描述微粒电磁散射的Mei理论给出了任意尺寸的各向同性球形微粒对平面波散射的Maxwell方程。由该方程可知散射幅度沿入射方向成定角分布取决于散射体的大小。用其可以计算出1um直径的微粒对800nm平面波的折射系数为1.4。从中可以看出散射具有强烈的前向性趋势，随着散射颗粒线度的增大，散射前向性趋势也随之增大。因此，在生物组织散射效应研究中，一般假设组织散射颗粒直径为1um。根据以上理论分析，用于脉搏血氧仿真器的光散射介质材料必须满足下基本要求首先，要满足散射介质材料中掺杂的异质体线度与入射光波长的匹配。生物组织散射的前向性决定了散射介质材料应为线度大于入射光波长的大颗粒掺杂的浑浊介质。为了进一步增强散射效果，也可以采用线度小于入射光波长的小颗粒浑浊介质中掺杂大颗粒的方式制备散射材料；其次，散射介质材料的厚度必须适当控制，为达到良好的散射效果可以通过加大仿真散射介质厚度的方式实现，但由于脉搏血氧仿真器的结构要求，散射材料厚度也不能太大，因而，在最大限度增大散射材料厚度的前提下，应当通过改变散射介质材料的掺杂特性增强散射效果。一种用于脉搏血氧仿真器的光散射介质，按体积百分比，其组成为光学填充环氧树脂91.5～98％，光散射剂2～8.5％；其中光学填充环氧树脂为WL-700A环氧树脂与WL-700B环氧树脂按1∶1～1.1的体积比组成；光散射剂为DF-090环氧树脂，其胶体颗粒直径平均为0.5～1.5um。上述光散射介质的制备方法，包括下述工序1)按体积百分比，用量杯量取光学填充环氧树脂91.5～98％，光散射剂2～8.5％，将光散射剂加入光学填充环氧树脂中搅拌均匀；2)将上述混合物浇注到抛光的模具盒中，浇注厚度为1～2mm；3)将浇注好的混合物连同模具盒一起放入烘箱，60～80℃下固化8小时后取出，脱模后即制得光散射介质；4)最后将固化的光散射介质粘结到仿真器探头上。上述技术方案中，所述步骤1)中光学填充环氧树脂用WL-700A环氧树脂与WL-700B环氧树脂按1∶1～1.1的体积比量取，先将WL-700A环氧树脂加热至50℃，然后将WL-700B环氧树脂加入至加热的WL-700A环氧树脂中搅拌均匀；所述光散射剂采用DF-090环氧树脂，其平均颗粒直径为0.5～1.5um；所述步骤2)中的模具盒制成仿真器探头形状。本专利技术的有益效果是，综合不同厚度和不同配比的光散射介质对近红外波段(600nm～1000nm)光的吸收特性测试实验结果，并参比同时测出的不同部位活体组织的基础吸光度参数，本专利技术所提供的仿真光散射材料及制备方法，可通过控制大颗粒光散射剂掺杂量使同样厚度的后散射介质达到不同活体组织部位的基础吸光度，并兼具活体组织的散射特性和散射前向性特点。因而在脉搏血氧仿真器中，可以利用本专利技术复合材料散射介质达到活体组织对近红外波段(600nm～1000nm)入射光的基础稳定衰减和组织仿真散射双重目的，仿真器的出射光更接近透过活体组织后均匀散射开的光线，使被检测脉搏血氧仪的工作状态最大程度地接近活体组织实测状态。附图说明图1为脉搏血氧组织仿真器结构示意图。具体实施例方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步的详细描述图1为脉搏血氧仿真器结构示意图。该仿真器包括前端有前散射介质膜4的光敏检测器2、与光敏检测器2输出电信号连接的光调制器1，光调制器1的电信号输出连接发光器件3，发光器件3发出的光线透过后散射介质膜5均匀散射出去。上述脉搏血氧仿真器的工作原理是，来自被定标脉搏血氧仪发光二极管的双光脉冲Lighg In，由前散射介质4初步散开后，被光敏检测器2接收，转换为电信号并输入光调制器1，由光调制器1进行一定量的直流衰减，即直流调制，然后再进行交流脉动调制，并以经过直流衰减和脉动调制的双电脉冲驱动发光器件3发射经过直流衰减和交流调制的双光脉冲光束，最后，该双光脉冲光束经过后散射介质5的吸收散射为均匀散开的出射光Light Out，最终到达定标脉搏血氧仪光敏接收器。本专利技术用于图1脉搏血氧仿真器的光散射介质，包括前散射介质4和后散射介质5。前散射介质4为一光学填充胶介质片，其不参与组织仿真，主要作用是将来自脉搏血氧仪的入射光Light In作一定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脉搏血氧仿真器的光散射介质，其特征是，按体积百分比，由下述组分构成：光学填充环氧树脂９１．５～９８％，光散射剂２～８．５％；其中光学填充环氧树脂为ＷＬ－７００Ａ环氧树脂与ＷＬ－７００Ｂ环氧树脂混合组成；光散射剂为ＤＦ－０９０环氧树脂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭萍，孙卫新，金捷，杨新平，孔澍，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]