专利名称：一种运动时连续监测生命体征参数的传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感装置，更具体地说，涉及一种运动时连续监测生命体 征的传感装置。
背景技术：
生命体征参数，例如心率、体温以及Sp02 (用脉动血氧计测得的血氧饱 和度)对于确定身体的情况是重要的信息，如果在运动时得到这些参数，就可 以判断出使用者目前的身体状况，为增大或减小其运动量提供依据从而达到科 学训练的目的。
有很多能够测量使用者静止时的生命体征的设备，但这些设备均不能或不 便于在运动时的测量生命体征参数。例如，使用者可通过使用红外耳温计、临 床体温计得到体温，通过使用脉动血氧计得到心率以及血红蛋白携带的氧的 量。但是，所有这些设备都不能够在使用者进行锻炼时连续地监测生命体征。 例如，温度计不宜在使用者运动时使用。至于手指脉动血氧计，有关研究表明 运动会使血量发生变化，从而使测量无效(参考文献"Motion Artifact in Pulse Oximetry" ， M. R. Neuman and N. Wang, Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 12 No. 5, 1990.)。
大多数常见的心率监测器都使用ECG型的胸带，该胸带与运动手表(s po r t
watch)无线连接。通过测量来自胸带的ECG信号来检测心跳，并通过无线连
接将脉动发送给运动手表。这种类型的心率监测器准确可靠，但是其缺陷在于， 使用者在锻炼时穿戴塑料带是不舒服的。胸带在使用之后会变得很脏。
检测心率的另一种方法是使用通到耳垂或者指尖的红外(IR) LED以及红 外传感器。这种类型的检测器具有运动伪差这一固有问题，在使用者锻炼时变 得不可靠。
上述各种情况中，其无法或不方便在运动中测量生命体征参数的主要原因 是其传感装置不适合在运动时使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能或不便于在运动 时测量生命体征参数的缺陷，提供一种能够在使用者运动时方便地测量其生命 体征参数的传感装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种运动时监测生命体 征参数的传感装置，包括壳体、至少一个发出光线的光源及至少一个接收所述 光源发出光线的光探测器，还包括用于使发射或接收的光线变窄的光传递装 置；所述光源和所述光探测器均位于所述壳体内部，所述光传递装置分别位于 所述光源和光探测器与所述壳体表面之间；所述壳体包括用于放置在人体耳道 内的耳机外壳部分。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述光传输装置 包括至少一条位于所述光源或光探测器与所述壳体表面之间的空气通道或光纤。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述光传输装置
还包括光吸收组件，所述光吸收组件设置于所述空气通道四周；所述光吸收组 件包括圓形的塑料套。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述空气通道的 长度使得所述光源的光线投射到人体耳道的区域不会与其他光源投射到人体 耳道的区域相重叠。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述光源包括发
光二极管；所述发光二极管发出的光波长包括880-920纳米或/和660纳米。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述光源和所述 光探测器位于所述壳体沿其中轴线剖开剖面的同 一侧。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述光源和所述 光探测器位于所述壳体沿其中轴线剖开剖面的不同侧。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述壳体包括三 层用于放置光源和光探测器的外环层、内环层以及连接所述外环层和所述内 环层的中间层；所述外环层和内环层的材料包括硬质塑胶，所述中间层的材料 包括软质塑胶；所述中间层还包括多个平行于其中轴线的通孔。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述壳体的材料 包括软质塑胶，所述光源和所述光探测器由留有通向壳体表面的空气通道的硬 质塑胶包裹或由硬质塑胶包裹但所述硬质塑胶设置有通孔并通过光纤与所述 壳体外表面相通。
在本发明所述的运动时监测生命体征参数的传感装置中，所述一个光源对 应多个成圓周对称分布在所述壳体上的光探测器。
实施本发明的运动时连续监测生命体征参数的传感装置，具有以下有益效 果由于采用了光传递装置，可以消除因运动而带来的测量误差，因此可以在
运动中获取正确的生命体征参数；又由于该传感装置的壳体是放置于人体耳道 内的耳机，所以在运动中使用时非常方便。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中 图1是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第一实施例的结 构示意图2是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第一实施例的放 置光源和光探测器部分的剖面图3是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第二实施例的放 置光源和光探测器部分的剖面图4是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第三实施例的放 置光源和光探测器部分的剖面图5是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第四实施例的结 构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，在本发明的一种运动时监测生命体征参数的传感装置 第一实施例中，该传感装置与用于听音乐的耳机合二为一，并且，该传感装置 的传感器位于上述耳机的放置于人体耳道3内的部分壳体2。在图1、图2中， 该装置包括壳体2、两个发出光线的光源6及两个接收所述光源6发出光线的 光探测器7、用于使发射或接收的光线变窄的光传递装置5以及耳机盖1和耳 机线缆4，其中，耳机盖1内放置了完成耳机本来的发声功能的部件扬声器，
而耳机线缆4除了将音频信号传送到耳机外，还要将上述传感装置中传感器发
出的感应到的生命体征参数传送出去；在本实施例中，如图2所示，上述的放 置与人体耳道3内的壳体分为三层用于放置光源和光探测器的外环层21、 内环层23以及连接所述外环层21和所述内环层23的中间层22;其中，所述 外环层21和内环层23的由硬质塑胶构成，所述中间层22的由软质塑胶构成； 所述内环层23的结构是一中空的管状，其硬质塑胶的材料为其支撑中间层22 和外环层21提供足够的强度，而其中空的空间则可以将耳机盖1中的发声元 件(图中未示出)发出的声音传递给使用者；而由于上述中间层22的结构是 柔性的，所以，当所述内环层23和外环层21的刚性结构由所述中间层22的 柔性结构连接时，该柔性结构可减弱外部传来的压力和振动，减小运动本身对 生命体征参数获取的影响。
在现有技术中，多种设备不能用于运动时测量的一个重要原因是在运动 时，皮肤反射的光显著地变化，由于LED发出的光具有大的光束角，所以光散 射到探测器，造成测量到的生命体征参数较大幅度地偏离了实际值。因此，在 本实施例中，使用了光传递装置5。使用上述光传递装置5的目的是使光可以 通过的路径变得更窄，从而得到较窄的光传输角、提高测量生命体征参数的准 确型。所以在本实施例中，在每一个光源6和光探测器7的前面均设置一个光 传递装置5。本实施例中的光传递装置5包括一个狭长的空气通道51和位于 该狭长的空气通道51周围的光吸收组件52,该光吸收组件52用于吸收没有 直接进入皮肤的光。在本实施例中，光吸收组件52对整个设计是关键的，因 为它确保了由于运动而带来的偏差是近似线性的，避免非线性信号进入后续的 信号处理步骤。本实施例中的光吸收组件52是黑色的圆形塑料或泡沫套，其 颜色、材料及形状的选择均以最大限度地吸收非直线前进的或散射的光线为
王。
为了达到产生窄角光束的目的，确保外部振动不会给接收器接收到的直流
通道51的直径和深度均有一定的要求，在本实施例中，所述空气通道的长度 使得所述光源的光线投射到人体耳道的区域不会与其他光源投射到人体耳道 的区域相重叠。
在本实施例中，包括了两个光源6，这两个光源6使用已知波长的LED作 为光源。其波长分别是880-920纳米(红外，IR)和660纳米(红光，RED )。 要获得心率(HR),只需要IR光源即可。要计算血氧水平(脉动血氧)，就需 要使用IR光源和红光源。要获得心率或者计算血氧水平，都需要使用光探测 器，包括红外接收管和光电二极管(Photo Diode )来感应已经发射到或者反 射到皮肤或者应用视域(application sight)的光线。射到携带血液的身体 表面的以及反射到光探测器的光线的传输受每次心跳的脉动流的影响。光线强 度的这种细微变化被检测和提取以建立信号波形，即一般所说的体积描记器 (plethysmograph )。信号波形或者实际检测的脉动流可转化为不运动时的心 率。
为计算脉动血氧，IR和红色光的发射要进行独立的分析，并用于经验计 算中，以生成预定的血氧水平。校准以及经验计算不属于本发明的范围，校准 以及经验计算可在很多文献中找到。
图3是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第二实施例的放 置光源和光探测器部分的剖面图，本发明的第二实施例于上述的本发明第 一实 施例不同之处在于在本发明的第二实施例中，仅包括一个光源6和一个光探 测器7，并且这一个光源6和一个光探测器7不是像第一实施例一样光源6和
光探测器7分别位于所述壳体2沿其中轴线剖开剖面的不同侧，这样，在第一
实施例中，光源6所发出的光通过皮肤的传播发射到光探测器7;而在第二实 施例中，所述光源6和光4笨测器7位于所述壳体沿其中轴线剖开剖面的同 一侧， 这样，在第二实施例中，光源6所发出的光通过皮肤反射到光探测器7。第一 实施例和第二实施例的另 一个区别是第二实施例只能测试生命体征参数中的 心率，所以其光源6是IR光源，即发出红外线的LED。
在第二实施例中，其余均与第一实施例一样；但在实际应用中，第二实施 例中的壳体2还可以将其中没有放置光源6和光探测器7的一侧所使用的材料 改为软胶，这样，当上述壳体2放入使用者的耳道3内时，上述没有放置光源 6和光探测器7的一侧可以挤压耳道壁，使放置有光源6和光探测器7的一侧 更加靠近耳道壁，从而得到更好的效果。
图4是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第三实施例的放 置光源和光探测器部分的剖面图，本发明的第三实施例与上述的本发明第二实 施例不同之处在于在第三实施例中，所述光传递装置5不是第二实施例中的 空气通道51加上光吸收组件52,在第三实施例中，该光传递装置5是光纤， 如图4所示。在第三实施例中，光纤不仅能完成第一、第二实施例中空气通道 51加上光吸收组件的功能52,而且其效果要好于第一、第二实施例中的空气 通道51加上光吸收组件52。
值得一提的是，在本发明的第一实施例中，也可以使用光纤来代替上述的 空气通道51加上光吸收组件52。
除上述的不同之处外，所述第三实施例与第二实施例基本相同。
图5是本发明一种运动时监测生命体征参数的传感装置第四实施例的结 构示意图。如图5所示，在本发明的第四实施例中，也只包括了一个光源6
和一个光探测器7，与上述各实施例不同的是，所述光源6和光探测器7被装
在一个预制外壳内，而该预制外壳被放置在所述耳机盖1靠近上述壳体2的一 端；所述光源6只有一个光传递装置5连通到所述壳体2的表面，而所述光探 测器7却有多个光传递装置5连通到所述壳体2的表面，并且这些光传递装置 5在所述壳体2表面的出口成圆周对称分布在所述壳体2上。这样，所述光探 测器7可以接收耳道的多个点的光强度来平衡运动的影响，为后续的处理准备 更为线性的信号。
除上述的不同之处外，所述第四实施例与第二实施例基本相同。 当然，在本发明第四实施例中，还可以使用两个光源6和两个光探测器7, 此时，使用两个上述的预制外壳，每个预制外壳中同样放置一个光源6和一个 光探测器7;同样地，光源6只有一个光传递装置5连通到所述壳体2的表面， 而所述光探测器7却有多个光传递装置5连通到所述壳体2的表面，并且这些 光传递装置5在所述壳体2表面的出口成圆周对称分布在所迷壳体2上。不同 的是每个光源6和光探测器7的光传输装置5的出口 ，位于所述壳体2外表面 上的不同位置。
以上所述实施例^又表达了本发明的几种实施方式，其描述專支为具体和详 细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变 形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以 所附权利要求为准。
权利要求1.一种运动时监测生命体征参数的传感装置，包括壳体、至少一个发出光线的光源及至少一个接收所述光源发出光线的光探测器，其特征在于，还包括用于使发射或接收的光线变窄的光传递装置；所述光源和所述光探测器均位于所述壳体内部，所述光传递装置分别位于所述光源和光探测器与所述壳体表面之间；所述壳体包括用于放置在人体耳道内的耳机外壳部分。
2、 根据权利要求1所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于， 所述光传输装置包括至少一条位于所述光源或光探测器与所述壳体表面之间 的空气通道或光纤。
3、 根据权利要求2所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于， 所述光传输装置还包括光吸收组件，所述光吸收组件设置于所述空气通道四 周；所述光吸收组件包括圆形的塑料套。
4、 根据权利要求3所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于，所述空气通道的长度使得所述光源的光线投射到人体耳道的区域不会与其他 光源投射到人体耳道的区域相重叠。
5、 根据权利要求1所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于， 所述光源包括发光二极管；所述发光二极管发出的光波长包括880-920纳米或 /和660纳米。
6、 根据权利要求5所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于，
7、 根据权利要求5所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于， 所述光源和所述光探测器位于所述壳体沿其中轴线剖开剖面的不同侧。
8、 根据权利要求5所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于，所述壳体包括三层用于放置光源和光探测器的外环层、内环层以及连接所述 外环层和所述内环层的中间层；所述外环层和内环层的材料包括硬质塑胶，所 述中间层的材料包括软质塑胶。
9、 根据权利要求5所述的监测生命体征参数的传感装置，其特征在于， 所述壳体的材料包括软质塑胶，所述光源和所述光探测器由留有通向壳体表面 的空气通道的硬质塑胶包裹或由硬质塑胶包裹但所述硬质塑胶设置有通孔并 通过光纤与所述壳体外表面相通。
10、 根据权利要求1 - 9任意一项所述的监测生命体征参数的传感装置， 其特征在于，所述一个光源对应多个成圓周对称分布在所述壳体上的光探测 器。
专利摘要本实用新型涉及一种运动时监测生命体征参数的传感装置，包括壳体、至少一个发出光线的光源及至少一个接收所述光源发出光线的光探测器，还包括用于使发射或接收的光线变窄的光传递装置；所述光源和所述光探测器均位于所述壳体内部，所述光传递装置分别位于所述光源和光探测器与所述壳体表面之间；所述壳体包括用于放置在人体耳道内的耳机外壳部分。实施本实用新型的运动时连续监测生命体征参数的传感装置，具有以下有益效果由于采用了光传递装置，可以消除因运动而带来的测量误差，因此可以在运动中获取正确的生命体征参数；又由于该传感装置的壳体是放置于人体耳道内的耳机，所以在运动中使用时非常方便。
文档编号A61B5/02GK201197707SQ20082000414
公开日2009年2月25日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者唐纳德·梅里科夫, 杨佳玮, 王明业, 郑树坤, 陈继健, 马楚天 申请人:幻音科技(深圳)有限公司;幻音数码有限公司