信号萃取血氧技术萃取的优点和不足是:不需要提取脉搏信号,数据尚未稳定时即可启动,运动

PPG(photoplethysmographic,光电容积脉搏波描记法)以LED光源和探测器为基础,测量经过人体血管和组织反射、吸收后的衰减光,记录血管的搏动状态并测量脉搏波
原理简述:当LED光射向皮肤,透过皮肤组織反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号像肌肉、骨骼、静脉等等对光的吸收是基本不变的(前提是测量蔀位没有大幅度的运动),但是血液不同由于动脉里有血液的流动,那么对光的吸收自然也有所变化我们把光转换成电信号时,正是甴于动脉对光的吸收有变化其他组织对光的吸收基本不变,得到的信号就可以分为直流交流AC信号和DC信号提取其中的AC信号,就能反应出血液流动的特点

部分手表传感器绿光闪烁原因:省电

  1. 皮肤的黑色素会吸收大量波长较短的波
  2. 皮肤上的水份也会吸收大量的UV和IR部分的光
  3. 进叺皮肤组织的绿光(500nm)-- 黄光(600nm)大部分会被红细胞吸收
  4. 红光和接近IR的光相比其他波长的光更容易穿过皮肤组织
  5. 血液要比其他组织吸收更多的光
  6. 相比紅光,绿(绿-黄)光能被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收
    PS:其实选白光影响不大

对原始PPG信号进行滤波得到一定时间内的波峰个数
假设連续采样5秒的时间,在5s内的波峰个数为N那么心率就是N*12

如果对PPG信号进行FFT变换,那么就能看到频域的特点

经过FTT变换的频域图

上面变换后的頻域图中,0Hz的信号很强这部分是骨骼、肌肉等组织的DC信号,在1Hz附近有个相对比较突出的信号就是血液流动转变的AC信号

含氧量≈血液中 HbO2(氧合血红蛋白)和 Hb(血红蛋白)的比例


上图表示了氧合血红蛋白HbO2和血红蛋白Hb对波长600 ~ 1000nm的光吸收特性。
所以可以利用红光(600 ~ 800nm)和接近IR(800 ~ 1000nm)的咣分别检测HbO2和Hb的PPG信号再通过程序处理算出相应的比值,这样就得到了血氧值(同时检测也可以)

TIPS:由于光源不同,直接利用红光和接近IR嘚光进行信号对比是不可靠的
要对数据进行缩放后再比较

  • 采集信号时的去噪处理,特别是将生理信号与噪声信号分离(运动过程中产生嘚噪声)是该技术目前面临的最大障碍。
    包括但不限于 PG传感器的安装位置肤色的吸收率周期交叉问题:周期性活动所产生的光学噪聲(慢跑时)心率与步伐速度彼此交错 P;低灌注流量问题:灌流是人体推送血液到微血管床(capillary bed)的过程,如同肤色血液灌流程度在不同人の间有高度差异,可能受到肥胖、糖尿病或心脏动脉疾病的影响使得血液灌流量降低。低灌流量─特别是在人体四肢会对光学心率监測器带来挑战,因为信噪比可能会显著降低而较低的灌流量与较低的血流信号相关联。

  • 另外要考虑采集过程中,手机摄像头和闪光灯發热问题可能会烧伤被测量者。

  • 心电信号从宏观上记录了心脏细胞的除级和复级过程
    1.静息电位心肌细胞未受到刺激(处于静息状态)时存在於细胞膜内、外两侧的电位差.称为静息电位.以细胞膜为界.膜外呈正电位、膜内为负电位并稳定于定数值的静息电位状态.称为极化状态。
    2.動作电位当细胞受到刺激时.其亚微结构就会发生改变于是对钠离子的通透性加大.从而造成钠离子快速内流,此时可测得+30mv的电压.这就是动莋电压这时细胞膜的Nat K+ATP泵逆浓度差把钾离子送回细胞内而III-除钠离了,恢复原有的极化状态


下面对每个波形点作详细的介绍:

(1)P波:最初产生的偏离的波被命名为P波,它反映心房除极过程的电位变化代表了两个心房的去极。
(2) QRS波群:心室的激活产生的最大的波它反映心室肌除极过程的电位变化。正常间隔0.08-0.12秒典型的QRS波群是指三个紧密相连的波;
(3) P R间期:从P波开始到QRS复合波开始,它
代表心房肌开始除极到心室肌开始除极的時限正常间期是0.12-2.0秒
(4)S T段:是在QRS波群以后,T波以前的一段平线代表左、右心室全部除极完毕到复极开始以前的
(5) T波:代表心室肌复极过程引起的電位变化。
(6) QT间期:代表整个心室肌自开始除极至复极完毕的总时间

  • 心脏对一个人有多重要,不用说都知道 如果把人比作成汽车,那心脏楿当于汽车的发动机它负责把氧气和营养物质,通过血...

  • 【前沿背景】 微型机器人的概念可以在人体内部被驱动和定位以帮助疾病的诊斷和治疗。这种概念已经流行了数十年这正是...

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原标题:脉搏血氧仪注册技术审查指导原则(2017年修订版)

本指导原则旨在为注册申请人对脉搏血氧仪注册申报资料的准备及撰写提供参考同时也为技术审评部门审评注冊申报资料提供参考。

本指导原则是在现行法规、标准体系及当前认知水平下制定的随着法规、标准体系的不断完善和科学技术的不断發展,本指导原则相关内容也将适时进行调整

本指导原则是供申请人和审查人员使用的指导文件,不涉及注册审批等行政事项亦不作為法规强制执行,如有能够满足法规要求的其他方法也可以采用,但应提供详细的研究资料和验证资料应在遵循相关法规的前提下使鼡本指导原则。

本指导原则是对产品的一般性要求申请人应依据其具体特性确定其中内容是否适用,若不适用需具体阐述理由及相应嘚科学依据,并依据其具体特性对注册申报资料的内容进行充实和细化

本指导原则适用于第二类无创监护仪器类产品中的脉搏血氧仪,鈳测量和显示脉搏血氧饱和度、脉搏率

本指导原则不适用于实验室研究使用的脉搏血氧仪设备、胎儿用脉搏血氧仪设备、放置于患者环境之外显示SpO2数值的遥测或主(从)设备。

脉搏血氧仪产品的命名应参考《医疗器械通用名称命名规则》(国家食品药品监督管理总局令第19號)或国家标准、行业标准上的通用名称例如:脉搏血氧仪、脉搏血氧测量仪、脉搏血氧监护仪。

(二)产品的结构和组成

脉搏血氧仪嘚结构一般由脉搏血氧仪主机、血氧探头和探头延长电缆(如提供)组成

(三)产品工作原理/作用机理

脉搏血氧仪中对脉搏血氧饱和度嘚测量,采用的是光电技术通常有两种方法:透射法和反射法。

根据郎伯—比尔定律当一束光照射到某种物质的溶液上时,物质对光囿一定的吸收、衰减透射光强I与入射光强I0之间有以下关系:

I0/I比值的对数称为吸光度D,因此上式可表示为:

若保持光的路径不变吸光度便与物质的吸光系数和溶液的浓度成正比。

液中氧合血红蛋白(HbO2)和还原血红蛋白(Hb)对不同波长的光的吸收系数不同如图2所示,在波長为600—700nm的红光区Hb的吸收系数比HbO2的大;而在波长为800—1000nm的近红外光区,HbO2的吸收系数比Hb的大;在805nm附近是吸收点

基于氧合血红蛋白HbO2和还原血红疍白(Hb)的这种光谱特性,血氧饱和度探头中的发光元件发出两种波长的光信号通常用660nm左右的红光和905nm左右的红外光照射被测组织,将含動脉血管的部位(如手指、脚趾、耳垂等)放在发光管和一个光电管之间如图3示。

光电管所接收的光吸收或者光透射信号包含两种成分:一种是脉动成分(即交流信号AC)它是由脉动的动脉血的光吸收引起的交变成分;另一种是稳定成分(即直流信号DC),它反映各非脉动組织(如表皮、肌肉、骨骼和静脉等)引起光吸收的大小能反映血氧饱和度变化的仅仅是两波长的交流信号幅度之比,而两波长的直流信号可用于对交流信号定标由于血液中的HbO2和Hb浓度随着血液的脉动做周期性的改变,因此它们对光的吸收也在脉动地变化,由此引起光電管输出的电信号强度也随血液脉动而周期性改变由于光电管能将接收到的光信号转变为电信号,但不能区分光的波长监护仪电路中鼡一个定时电路来控制两个发光管的发光次序。两种波长的光交替通过检测部位由光电元件检测透射光强,并将两个信号的脉动成分分離出来经过滤波、放大、A/D转换成数字信号,根据下式计算对应的血氧饱和度值:

Ired是红外光Red是红光。通过计算红外光和红光的交直流比获得R系数,再查找R系数表(Table)可获得血氧饱和度。其中R系数表是通过血气实验定标获得的

采用透射原理的传感器,一般用于在指尖、耳垂、手掌、手腕、脚踝、脚掌、脚趾、鼻翼部位进行测量不能实现体表大多数部位的血氧饱和度监测。虽然从这些部位的检测能反映全身的动脉血氧饱和度变化却不能反映由于局部组织(如脑组织)发生循环障碍或局部组织(如肌肉组织)大量耗氧等情况下组织血氧状态的变化。采用反射式血氧饱和度传感器的设计可避免透射式传感器透射深度有限的缺点,适用于全身各处局部组织氧含量的测量

反射式传感器示意图如图4示。

反射式血氧饱和度的检测原理与透射式血氧饱和度的检测原理的电路部分基本相同不同的只是传感器。反射式传感器也是由两种波长的发光二极管和光敏元件组成但光敏元件接收到的是组织的反射光。由于光线在组织中的运动呈现随机性反射式传感器所接收到的光线很难确定其确切的检测区域,从概率意义上说光线从光源发射经组织传播到光敏元件接收,走过的是一條香蕉状路线所以,光源与光敏元件的距离是一个重要的参数一般设置为4—50mm。

(四)注册单元划分的原则和实例

脉搏血氧仪注册单元劃分主要从产品的技术结构来考虑产品的技术结构不同,应划分为不同的注册单元技术结构主要考虑以下因素:

1.结构不同,例如:指夾式手持式,腕式台式等。

2.测量原理不同例如:透射法、反射法等。

(五)产品适用的相关标准

目前与脉搏血氧仪产品相关的常用標准如下:

上述标准包括了产品技术要求中经常涉及到的标准有的企业还会根据产品的特点引用一些行业外的标准和一些较为特殊的标准。

如有新版强制性国家标准、行业标准发布实施产品性能指标等要求应执行最新版本的国家标准、行业标准。

(六)产品的适用范围/預期用途、禁忌症

产品具体适用范围应与申报产品功能、临床应用范围相一致

例如:在医疗保健机构和家庭中测量患者的脉搏血氧饱和喥和脉搏率。

禁忌症:视产品实际情况说明

脉搏血氧仪的风险管理报告应符合YY/T 0316—2016 医疗器械风险管理对医疗器械的应用的有关要求,审查偠点包括:

(1)与产品有关的安全性特征判定可参考YY/T 0316—2016的附录C

(2)危害、可预见的事件序列和危害处境判断可参考YY/T 0316—2016附录E、I。

(3)风险控制的方案与实施、综合剩余风险的可接受性评价及生产和生产后监视相关方法可参考YY/T 0316—2016附录F、G、J

(4)风险可接收准则,降低风险的措施及采取措施后风险的可接收程度是否有新的风险产生。

以下依据YY/T 0316—2016的附录E(表E.1)列举了脉搏血氧仪产品的危害因素提示审查人员从鉯下方面考虑(见表2)。

表2 危害类型、形成因素及防范控制措施

(八)产品技术要求应包括的主要性能指标

产品技术要求的审查是产品主偠技术性能指标审查中最重要的环节之一

本条款给出需要考虑的产品基本技术性能指标,给出的定量要求参考了相应的国家标准、行业標准其他性能指标因要求不统一或不是强制要求而未给出定量要求。如有附加功能企业应采用相应的标准,具体可结合企业自身的技術能力参考相应的国家标准、行业标准。企业如不采用以下条款(包括国家标准、行业标准要求)应当在产品性能研究资料中说明理甴。如有不适用条款(包括国家标准、行业标准要求)企业必须在产品性能研究资料中说明理由。

1.1血氧饱和度测量部分

应不小于70%至100%的范圍

(3)报警设置范围(如适用)

(4)报警误差(如适用)

一般可定为25次/分至250次/分。

一般可定为±3次/分

应符合YY 0784—2010《医用电气设备医用脉搏血氧仪设备基本安全和主要性能专用要求》的要求。

1.4对于产品说明书中的特殊功能企业还应根据产品特性制定相关的技术要求。

2.1产品嘚电气安全要求

(1)GB 9706.1—2007《医用电气设备第1部分:安全通用要求》

(2)GB 9706.15—2008《医用电气设备第1—1部分:安全通用要求并列标准:医用电气系统咹全要求》(如适用)

(3)YY 0784—2010《医用脉搏血氧仪设备基本安全和主要性能专用要求》

应符合GB/T 14710—2009《医用电器设备环境要求及试验方法》的要求

应符合YY 0505—2012《医用电气设备第1—2部分:安全通用要求并列标准:电磁兼容要求和试验》的要求。

企业根据产品特性制定相关的质量控制指标

(九)同一注册单元内注册检验代表产品确定原则和实例

同一注册单元应按产品风险与技术指标的覆盖性来选择典型产品。典型产品应是同一注册单元内能够代表本单元内其他产品安全性和有效性的产品应考虑功能最齐全、结构最复杂、风险最高的产品。同一注册單元中若辅助功能不能互相覆盖,则典型产品应为多个型号电磁兼容检测单元的评价应结合注册申请人提供的典型型号的说明、电磁兼容检测差异性分析、必要的差异性检验数据以及注册申请人的结论做出判定。

(十)产品生产制造相关要求

1.应当明确产品生产工艺过程(本产品工艺流程一般为原材料外购外协、SMT贴片、部件组装、整机组装、整机调试、老化试验、检验、入库)可采用流程图的形式,所提供工艺流程图是否识别并注明主要控制点及关键工艺、特殊工艺说明关键工艺和特殊工艺要求。

2.产品生产如涉及多场地在生产流程圖中注明各场地的工序设置。

(十一)产品的临床评价细化要求

根据《关于发布免于进行临床试验的第二类医疗器械目录的通告》(国家喰品药品监督管理总局通告2014年第12号)“产品名称:医用脉搏血氧监测仪,分类编码:6821”包含在免于进行临床试验的第二类医疗器械目录Φ注册申请人需按照《医疗器械临床评价技术指导原则》(国家食品药品监督管理总局通告2015年第14号)的要求提交临床评价资料,还需提供脉搏血氧饱和度准确度的临床评价报告

(十二)产品的不良事件历史记录

(十三)产品说明书和标签要求

产品说明书一般包括使用说奣书和技术说明书,两者可合并说明书、标签和包装标识应符合《医疗器械说明书和标签管理规定》(国家食品药品监督管理总局令第6號)及相关标准的规定。

使用说明书应包含下列主要内容:

(1)产品名称、型号、规格

(2)注册人或者备案人的名称、住所、联系方式忣售后服务单位,进口医疗器械还应当载明代理人的名称、住所及联系方式

(3)注册申请人的名称、住所、生产地址、联系方式及生产許可证编号或者生产备案凭证编号,委托生产的还应当标注受托企业的名称、住所、生产地址、生产许可证编号或者生产备案凭证编号

(4)医疗器械注册证编号或者备案凭证编号。

(5)产品技术要求的编号

(6)产品性能、主要结构组成或者成分、适用范围。

(7)禁忌症、注意事项、警示以及提示的内容

(8)安装和使用说明或者图示,由消费者个人自行使用的医疗器械还应当具有安全使用的特别说明

(9)产品维护和保养方法,特殊储存、运输条件、方法

(10)生产日期,使用期限或者失效日期

(11)配件清单,包括配件、附属品、损耗品更换周期以及更换方法的说明等

(12)医疗器械标签所用的图形、符号、缩写等内容的解释。

(13)说明书的编制或者修订日期

(14)其他应当标注的内容。

医疗器械说明书中有关注意事项、警示以及提示性内容主要包括:

(1)产品使用的对象

(2)潜在的安全危害及使鼡限制。

(3)产品在正确使用过程中出现意外时对操作者、使用者的保护措施以及应当采取的应急和纠正措施。

(4)必要的监测、评估、控制手段

(5)一次性使用产品应当注明“一次性使用”字样或者符号,已灭菌产品应当注明灭菌方式以及灭菌包装损坏后的处理方法使用前需要消毒或者灭菌的应当说明消毒或者灭菌的方法。

(6)产品需要同其他医疗器械一起安装或者联合使用时应当注明联合使用器械的要求、使用方法、注意事项。

(7)在使用过程中与其他产品可能产生的相互干扰及其可能出现的危害。

(8)产品使用中可能带来嘚不良事件或者产品成分中含有的可能引起副作用的成分或者辅料

(9)医疗器械废弃处理时应当注意的事项,产品使用后需要处理的應当注明相应的处理方法。

(10)根据产品特性应当提示操作者、使用者注意的其他事项。

(11)可参阅随机文件的图标表示

制造商的产品说明书中宜有以下警告:

(1)请勿将脉搏血氧仪显示的信息作为临床诊断的唯一依据。脉搏血氧仪仅作为诊断中的一种辅助手段必须結合临床表现及症状与医生的诊断一起使用。

(2)使用脉搏血氧仪前必须确保脉搏血氧仪处于正常的工作状态和操作环境下。

(3)为确保病人安全请使用制造商生产或推荐的部件和附件,使用其他附件有可能对病人、操作者造成伤害或损坏脉搏血氧仪

(4)监护病人时請勿完全依赖本仪器的报警系统,报警功能必须定期予以验证最可靠的监护方法是医护人员密切地监视和正确地使用脉搏血氧仪。

(5)使用脉搏血氧仪时请远离会产生强电场、强磁场的设备(比如MR设备)。在不适当的环境中使用该设备可能会对周围的无线电装置造成干擾或影响脉搏血氧仪的工作

(6)几种设备同时使用于同一病人身上时,可能会带来额外的危险建议咨询制造商正确的使用方法,确保漏电流在安全允许范围内即对病人、操作者和周围环境不会造成危害。

(7)应由有资格的专业人员定期对本仪器进行校准和维护保养

(8)请勿对脉搏血氧仪进行高温、高压、气体熏蒸或液体浸泡消毒,请按照制造商的要求对脉搏血氧仪及其附件进行清洁和消毒在清洁戓消毒脉搏血氧仪前必须断开外部电源。

一般包括概述、组成、原理、技术参数、规格型号、图示标记说明、系统配置、外形图、结构图、控制面板图必要的电气原理图及表等。

(1)产品名称、型号、规格

(2)注册人或者备案人的名称、住所、联系方式,进口医疗器械還应当载明代理人的名称、住所及联系方式

(3)医疗器械注册证编号或者备案凭证编号。

(4)注册申请人的名称、住所、生产地址、联系方式及生产许可证编号或者生产备案凭证编号委托生产的还应当标注受托企业的名称、住所、生产地址、生产许可证编号或者生产备案凭证编号。

(5)生产日期使用期限或者失效日期。

(6)电源连接条件、输入功率

(7)根据产品特性应当标注的图形、符号以及其他楿关内容。

(8)必要的警示、注意事项

(9)特殊储存、操作条件或者说明。

(10)使用中对环境有破坏或者负面影响的医疗器械其标签應当包含警示标志或者中文警示说明。

(11)带放射或者辐射的医疗器械其标签应当包含警示标志或者中文警示说明。

医疗器械标签因位置或者大小受限而无法全部标明上述内容的至少应当标注产品名称、型号、规格、生产日期和使用期限或者失效日期,并在标签中明确“其他内容详见说明书”

(十四)产品的研究要求

(1)应当提供产品性能研究资料以及产品技术要求的研究说明,包括功能性、安全性指标以及与质量控制相关的其他指标的确定依据所采用的标准或方法、采用的原因及理论基础。

(2)应描述所采用的国家标准、行业标准中不适用条款及理由

(3)如有附加的特殊功能(如灌注指数、运动状态下的准确度和弱灌注状态下的准确度)及试验方法,应提供制萣的相关依据

2.生物相容性评价研究

应对产品成品(主要考虑与患者和使用者直接或间接接触的材料)的生物相容性进行评价。生物相容性评价研究资料应当包括:生物相容性评价的依据和方法产品所用材料的描述及与人体接触的性质,实施或豁免生物学试验的理由和论證对于现有数据或试验结果的评价。研究资料可参考《医疗器械生物学评价和审查指南》(国食药监械〔2007〕345号)出具

本产品不含动物源或生物活性物质,本条不适用

4.灭菌/消毒工艺研究

脉搏血氧仪产品为非灭菌产品,故无需灭菌主机、脉搏血氧饱和度传感器及导线的外表面在使用过程中与人接触,因此应定期进行清洁和消毒应当列出清洁和消毒工艺,提供对使用的消毒剂和浓度进行评价试验的记录

5.产品有效期和包装研究

脉搏血氧仪产品为有源医疗器械,非有限次重复使用和无菌产品无需考虑使用次数的验证,但应当提供产品有效期信息及确定依据

应对产品的包装及包装完整性提供研究资料,在宣称的有效期内以及运输储存条件下保持包装完整性的依据。

应當单独提供一份医疗器械软件描述文档内容包括基本信息、实现过程和核心算法,详尽程度取决于软件的安全性级别和复杂程度编写鈳参照《医疗器械软件注册技术审查指导原则》(国家食品药品监督管理总局通告2015年第50号)。

关注产品(或产品系列)的结构组成的完整性包括可能的选配件(如:电源适配器、不同型号规格的脉搏血氧饱和度传感器、通信附件等),以及所有关键部件同一注册单元产品的关键部件应相同。

审查产品技术要求时应注意产品(包括可能的选配件)必须执行GB 9706.1—2007和YY 0784—2010的要求具体指标的适用性应按照产品具体嘚工作原理和结构组成进行判断。产品附加功能应在产品技术要求中规定要求和具体的试验方法

审查应注意血氧准确度人体评估报告与YY 0784—2010工作数据的准确性的要求和实验方法的一致性。

对说明书的审查应注意明确产品的预期用途选配件、附加功能应列明并表述正确。对產品禁忌症和不适宜人群的描述应与人体评估报告中给出的一致

应关注与患者和使用者直接或间接接触的材料的生物相容性问题。

广东渻食品药品监督管理局审评认证中心

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