用于感測血氧濃度的血氧測定傳感器組件以及方法
【專利說明】用于感測血氧濃度的血氧測定傳感器組件以及方法
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本專利申請通過引用結(jié)合并且要求于2012年11月27日提交的美國臨時專利申 請序列號61/730, 374的權(quán)益，將上述文件通過引用清楚地結(jié)合在此。
[0003] 背景
[0004] 本披露涉及一種被配置成感測人類的生理特性的傳感器，所述人類特別地為一名 坐在座位上，例如車輛的車輛座位上的人類。更具體地，本披露涉及一種血氧測定傳感器組 件以及一種用于使用該傳感器組件測量受試者的血氧含量的方法。
[0005] 概述
[0006] -種根據(jù)本披露的傳感器被配置成測量受試者的血氧濃度。在說明性實施例中， 該傳感器可被聯(lián)接到用于座置環(huán)境或任何其他合適環(huán)境中的座位。在說明性實施例中，該 傳感器為設(shè)置于車輛座位、醫(yī)院座位、輪椅中或者靠近且接觸占用者身體的其他支撐件中 的血氧測定傳感器組件。
[0007] 在說明性實施例中，該傳感器包括在不知道衣服層的數(shù)目或者不知道每層由何種 材料制造的前提下用于通過一層或多層衣服測量受試者的血氧含量的氧測量裝置。氧測量 裝置包括可變輸出光源和處理裝置，該可變輸出光源和處理裝置用于遞增地改變從可變輸 出光源發(fā)射的光的量，直到能夠?qū)κ茉囌哌M行測量。
[0008] 在說明性實施例中，該傳感器被設(shè)置在占用者支撐基座內(nèi)的一個或多個位置中， 該占用者支撐基座位于車輛中并且形成為包括座位底部和從該座位底部向上延伸的座位 背部。例如，該傳感器被設(shè)置在座位底部中，該座位底部包括面套和一個在由坐墊罩限定的 容納座墊的空間中的座墊。
[0009] 在說明性實施例中，一種用于測量受試者的血氧濃度的傳感器組件包括：用于發(fā) 射至少一個波長的光（該光通過至少一層衣服從受試者身體反射）的光發(fā)射裝置，用于接 收來自受試者身體的反射光的光接收器裝置，用于分析反射光的量以確定受試者的血氧濃 度的裝置，以及用于校準光發(fā)射裝置以考慮所存在的至少一層衣服的裝置。
[0010] 根據(jù)本披露的另一個實施例，用于分析反射光的量的裝置確定由受試者身體吸收 的光的量，以確定受試者的血氧濃度。
[0011] 根據(jù)本披露的另一個實施例，用于分析反射光的量的裝置檢測血氧濃度以預測脂 肪栓塞綜合征（FES)、血氧不足或者骨折并發(fā)癥。
[0012] 根據(jù)本披露的另一個實施例，用于分析來自受試者身體的反射光的量的裝置利用 反射式脈搏血氧測定法進行操作。
[0013] 根據(jù)本披露的另一個實施例，用于校準光發(fā)射裝置的裝置識別對于該光發(fā)射裝置 的發(fā)射而言至少一個最佳水平和/或至少一個類型的發(fā)射光。
[0014] 根據(jù)本披露的另一個實施例，用于校準光發(fā)射裝置的裝置每當受試者與位于機動 車輛的座置環(huán)境中的傳感器接觸時即進行校準。
[0015] 根據(jù)本披露的另一個實施例，光接收器裝置為測量從受試者身體反射的光的量的 光電檢測器。
[0016] 根據(jù)本披露的另一個實施例，該傳感器組件進一步包括聯(lián)接到光電檢測器的用于 光電檢測器輸出信號的緩沖和濾波的電路，以及建立虛接地并且進行光電檢測器輸出信號 的緩沖和濾波的至少一個運算放大器。
[0017] 根據(jù)本披露的另一個實施例，該傳感器組件進一步包括建立虛接地用于進行光電 檢測器輸出信號的緩沖和濾波的至少一個運算放大器。
[0018] 根據(jù)本披露的另一個實施例，光電檢測器的輸出信號被聯(lián)接到用于校準光發(fā)射裝 置的裝置并且進行光電檢測器輸出信號的分析以進行該傳感器組件的校準，并且光電檢測 器的輸出信號被聯(lián)接到用于分析反射光的量的裝置以檢測受試者的血氧濃度。
[0019] 根據(jù)本披露的另一個實施例，光發(fā)射裝置包括多組發(fā)光二極管。
[0020] 根據(jù)本披露的另一個實施例，多組發(fā)光二極管包括發(fā)射分別在大約850nm(優(yōu)選 地850nm)和大約950nm(優(yōu)選地950nm)處的光的兩個組。
[0021] 根據(jù)本披露的另一個實施例，多組發(fā)光二極管包括發(fā)射分別在大約600nm(優(yōu)選 地600nm)和大約1100nm(優(yōu)選地IlOOnm)處的光的兩個組。
[0022] 根據(jù)本披露的另一個實施例，用于校準光發(fā)射裝置的裝置包括通過由光發(fā)射裝置 發(fā)射的多波長的光進行循環(huán)以允許材料的光譜分析和氧合/脫氧血紅蛋白吸收，以探知最 佳的波長以用于材料滲透和確定氧飽和曲線同時最大化地識別運動和其他偽影。
[0023] 根據(jù)本披露的另一個實施例，傳感器組件進一步包括聯(lián)接到光接收器裝置的輸入 /輸出和處理裝置以分析反射光的量以確定受試者的血氧濃度，和/或校準光發(fā)射裝置以 考慮至少一層衣服的存在。
[0024] 根據(jù)本披露的另一個實施例，輸入/輸出和處理裝置進行來自光接收器裝置的輸 出信號的分析以進行傳感器組件的校準以及受試者的血氧濃度的檢測和監(jiān)測。
[0025] 根據(jù)本披露的另一個實施例，輸入/輸出和處理裝置包括將光接收器裝置和光發(fā) 射裝置聯(lián)接到輸入/輸出和處理裝置的通信總線。
[0026] 根據(jù)本披露的另一個實施例，通信總線允許雙向通信以控制光發(fā)射裝置對光的發(fā) 射并且接收來自光接收器裝置的反射光以進行對受試者的血氧含量的校準、檢測和監(jiān)測處 理。
[0027] 根據(jù)本披露的另一個實施例，輸入/輸出和處理裝置包括一個處理器。
[0028] 根據(jù)本披露的另一個實施例，利用傳感器組件對受試者的血氧濃度進行校準和后 續(xù)監(jiān)測的方法包括以下步驟：檢測受試者已經(jīng)與傳感器接觸，從多個發(fā)光二極管組發(fā)射在 至少一個和潛在地多個特定波長處的光信號，檢測從受試者血液反射的光的量，以越來越 小的增量向高或向低迭代地改變所發(fā)射的發(fā)光二極管的輸出光級并且利用一個處理器分 析反射光級直到確定了產(chǎn)生由光電二極管讀取的最佳反射光級的最佳發(fā)射的發(fā)光二極管 輸出光級，并且利用最佳發(fā)射的發(fā)光二極管輸出光級來監(jiān)測受試者的血氧濃度。
[0029] 根據(jù)本披露的另一個實施例，在監(jiān)測受試者的血氧濃度時，通過運算放大器和濾 波器配置處理一個指示所檢測的從受試者血液反射的光的量的信號，以分離反射光信號。
[0030] 根據(jù)本披露的另一個實施例，濾波器配置以大約3kHz、優(yōu)選3kHz對信號進行低通 濾波。
[0031] 根據(jù)本披露的另一個實施例，從多個發(fā)光二極管組對光信號的發(fā)射利用一組透射 在大約800nm(優(yōu)選800nm)處的光的發(fā)光二極管以及另一組以一個被選擇為確定絕對血容 量的頻率來透射光的發(fā)光二極管，由此產(chǎn)生一個濾波器。
[0032] 根據(jù)本披露的另一個實施例，該處理器分析所監(jiān)測的血氧濃度數(shù)據(jù)以預測脂肪栓 塞綜合征（FES)、血氧不足或者骨折并發(fā)癥。
[0033] 根據(jù)本披露的另一個實施例，光發(fā)射的校準階段包括通過對光發(fā)射裝置發(fā)射的多 波長的光進行循環(huán)以允許材料的光譜分析和氧合/脫氧血紅蛋白吸收，以探知最佳的波長 以用于材料滲透和確定氧飽和曲線同時最大化地識別運動和其他偽影。
[0034] 考慮到舉例說明了實現(xiàn)如當前所理解的本披露的最佳模式的說明性實施例，本披 露的另外的特征對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得清楚。
[0035] 附圖簡要說明
[0036] 詳細說明具體地參考下述附圖，其中：
[0037] 圖1提供了表示從傳感器組件發(fā)射的光的波長（nm)與比吸收率（Ι/cm · M)之間 關(guān)系的圖，其中展示了脫氧血紅蛋白和氧合血紅蛋白的吸收光譜之間的差異；
[0038] 圖2為根據(jù)本披露的傳感器組件的俯視圖，其示出了挨著參考對象的傳感器組件 以示出傳感器組件的尺寸，并且示出傳感器組件包括多種電子部件；
[0039] 圖3為圖2的傳感器組件的仰視圖，其示出了挨著參考對象的傳感器組件；
[0040] 圖4為示出了包含在根據(jù)本披露提供的傳感器組件中的電子部件的示意圖；
[0041] 圖5提供了包括關(guān)于圖4所示電子部件的另外的信息的表格；并且
[0042] 圖6為示出了用于校準傳感器組件并且利用傳感器組件以監(jiān)測受試者的血氧濃 度的方法的流程圖的圖解視圖。
[0043] 圖7提供了利用所披露的實施例產(chǎn)生的血氧測定信號的示意圖。
[0044] 圖8示出了從血氧測定信號提取脈搏和呼吸數(shù)據(jù)的實例。
[0045] 詳細說明
[0046] 血氧是指血液的氧飽和度，并且在通過脈搏血氧測定儀進行測量時通常表示為 Sp02,典型地在健康成人中為94% -98%。氧飽和度指示氧合，或者當氧分子（O2)進入人 體組織時。在人體中，血液在肺部進行氧合，其中氧分子從空氣中行進并且進入血液內(nèi)。氧 飽和度或者O 2飽和度，為被氧占有的血流中血紅蛋白結(jié)合位點百分比的量度。
[0047] 測量受試者的氧飽和度提供受試者的總體健康的一個指示，并且更具體地，提供 受試者的肺和心血管健康的指示，因為肺和心血管系統(tǒng)彼此協(xié)作并且與人類身體的其他系 統(tǒng)協(xié)作以進行氧合。
[0048] 脈搏血氧測定法，技術(shù)上稱為光電容積描記法，為用于衛(wèi)生保健應用的常規(guī)技術(shù)， 用以監(jiān)測心跳、血液氧合以及呼吸率和呼