用于感测血氧浓度的血氧测定传感器组件以及方法
【专利说明】用于感测血氧浓度的血氧测定传感器组件以及方法
[0001] 优先权要求
[0002] 本专利申请通过引用结合并且要求于2012年11月27日提交的美国临时专利申 请序列号61/730, 374的权益，将上述文件通过引用清楚地结合在此。
[0003] 背景
[0004] 本披露涉及一种被配置成感测人类的生理特性的传感器，所述人类特别地为一名 坐在座位上，例如车辆的车辆座位上的人类。更具体地，本披露涉及一种血氧测定传感器组 件以及一种用于使用该传感器组件测量受试者的血氧含量的方法。
[0005] 概述
[0006] -种根据本披露的传感器被配置成测量受试者的血氧浓度。在说明性实施例中， 该传感器可被联接到用于座置环境或任何其他合适环境中的座位。在说明性实施例中，该 传感器为设置于车辆座位、医院座位、轮椅中或者靠近且接触占用者身体的其他支撑件中 的血氧测定传感器组件。
[0007] 在说明性实施例中，该传感器包括在不知道衣服层的数目或者不知道每层由何种 材料制造的前提下用于通过一层或多层衣服测量受试者的血氧含量的氧测量装置。氧测量 装置包括可变输出光源和处理装置，该可变输出光源和处理装置用于递增地改变从可变输 出光源发射的光的量，直到能够对受试者进行测量。
[0008] 在说明性实施例中，该传感器被设置在占用者支撑基座内的一个或多个位置中， 该占用者支撑基座位于车辆中并且形成为包括座位底部和从该座位底部向上延伸的座位 背部。例如，该传感器被设置在座位底部中，该座位底部包括面套和一个在由坐垫罩限定的 容纳座垫的空间中的座垫。
[0009] 在说明性实施例中，一种用于测量受试者的血氧浓度的传感器组件包括：用于发 射至少一个波长的光（该光通过至少一层衣服从受试者身体反射）的光发射装置，用于接 收来自受试者身体的反射光的光接收器装置，用于分析反射光的量以确定受试者的血氧浓 度的装置，以及用于校准光发射装置以考虑所存在的至少一层衣服的装置。
[0010] 根据本披露的另一个实施例，用于分析反射光的量的装置确定由受试者身体吸收 的光的量，以确定受试者的血氧浓度。
[0011] 根据本披露的另一个实施例，用于分析反射光的量的装置检测血氧浓度以预测脂 肪栓塞综合征（FES)、血氧不足或者骨折并发症。
[0012] 根据本披露的另一个实施例，用于分析来自受试者身体的反射光的量的装置利用 反射式脉搏血氧测定法进行操作。
[0013] 根据本披露的另一个实施例，用于校准光发射装置的装置识别对于该光发射装置 的发射而言至少一个最佳水平和/或至少一个类型的发射光。
[0014] 根据本披露的另一个实施例，用于校准光发射装置的装置每当受试者与位于机动 车辆的座置环境中的传感器接触时即进行校准。
[0015] 根据本披露的另一个实施例，光接收器装置为测量从受试者身体反射的光的量的 光电检测器。
[0016] 根据本披露的另一个实施例，该传感器组件进一步包括联接到光电检测器的用于 光电检测器输出信号的缓冲和滤波的电路，以及建立虚接地并且进行光电检测器输出信号 的缓冲和滤波的至少一个运算放大器。
[0017] 根据本披露的另一个实施例，该传感器组件进一步包括建立虚接地用于进行光电 检测器输出信号的缓冲和滤波的至少一个运算放大器。
[0018] 根据本披露的另一个实施例，光电检测器的输出信号被联接到用于校准光发射装 置的装置并且进行光电检测器输出信号的分析以进行该传感器组件的校准，并且光电检测 器的输出信号被联接到用于分析反射光的量的装置以检测受试者的血氧浓度。
[0019] 根据本披露的另一个实施例，光发射装置包括多组发光二极管。
[0020] 根据本披露的另一个实施例，多组发光二极管包括发射分别在大约850nm(优选 地850nm)和大约950nm(优选地950nm)处的光的两个组。
[0021] 根据本披露的另一个实施例，多组发光二极管包括发射分别在大约600nm(优选 地600nm)和大约1100nm(优选地IlOOnm)处的光的两个组。
[0022] 根据本披露的另一个实施例，用于校准光发射装置的装置包括通过由光发射装置 发射的多波长的光进行循环以允许材料的光谱分析和氧合/脱氧血红蛋白吸收，以探知最 佳的波长以用于材料渗透和确定氧饱和曲线同时最大化地识别运动和其他伪影。
[0023] 根据本披露的另一个实施例，传感器组件进一步包括联接到光接收器装置的输入 /输出和处理装置以分析反射光的量以确定受试者的血氧浓度，和/或校准光发射装置以 考虑至少一层衣服的存在。
[0024] 根据本披露的另一个实施例，输入/输出和处理装置进行来自光接收器装置的输 出信号的分析以进行传感器组件的校准以及受试者的血氧浓度的检测和监测。
[0025] 根据本披露的另一个实施例，输入/输出和处理装置包括将光接收器装置和光发 射装置联接到输入/输出和处理装置的通信总线。
[0026] 根据本披露的另一个实施例，通信总线允许双向通信以控制光发射装置对光的发 射并且接收来自光接收器装置的反射光以进行对受试者的血氧含量的校准、检测和监测处 理。
[0027] 根据本披露的另一个实施例，输入/输出和处理装置包括一个处理器。
[0028] 根据本披露的另一个实施例，利用传感器组件对受试者的血氧浓度进行校准和后 续监测的方法包括以下步骤：检测受试者已经与传感器接触，从多个发光二极管组发射在 至少一个和潜在地多个特定波长处的光信号，检测从受试者血液反射的光的量，以越来越 小的增量向高或向低迭代地改变所发射的发光二极管的输出光级并且利用一个处理器分 析反射光级直到确定了产生由光电二极管读取的最佳反射光级的最佳发射的发光二极管 输出光级，并且利用最佳发射的发光二极管输出光级来监测受试者的血氧浓度。
[0029] 根据本披露的另一个实施例，在监测受试者的血氧浓度时，通过运算放大器和滤 波器配置处理一个指示所检测的从受试者血液反射的光的量的信号，以分离反射光信号。
[0030] 根据本披露的另一个实施例，滤波器配置以大约3kHz、优选3kHz对信号进行低通 滤波。
[0031] 根据本披露的另一个实施例，从多个发光二极管组对光信号的发射利用一组透射 在大约800nm(优选800nm)处的光的发光二极管以及另一组以一个被选择为确定绝对血容 量的频率来透射光的发光二极管，由此产生一个滤波器。
[0032] 根据本披露的另一个实施例，该处理器分析所监测的血氧浓度数据以预测脂肪栓 塞综合征（FES)、血氧不足或者骨折并发症。
[0033] 根据本披露的另一个实施例，光发射的校准阶段包括通过对光发射装置发射的多 波长的光进行循环以允许材料的光谱分析和氧合/脱氧血红蛋白吸收，以探知最佳的波长 以用于材料渗透和确定氧饱和曲线同时最大化地识别运动和其他伪影。
[0034] 考虑到举例说明了实现如当前所理解的本披露的最佳模式的说明性实施例，本披 露的另外的特征对本领域的技术人员而言将变得清楚。
[0035] 附图简要说明
[0036] 详细说明具体地参考下述附图，其中：
[0037] 图1提供了表示从传感器组件发射的光的波长（nm)与比吸收率（Ι/cm · M)之间 关系的图，其中展示了脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的吸收光谱之间的差异；
[0038] 图2为根据本披露的传感器组件的俯视图，其示出了挨着参考对象的传感器组件 以示出传感器组件的尺寸，并且示出传感器组件包括多种电子部件；
[0039] 图3为图2的传感器组件的仰视图，其示出了挨着参考对象的传感器组件；
[0040] 图4为示出了包含在根据本披露提供的传感器组件中的电子部件的示意图；
[0041] 图5提供了包括关于图4所示电子部件的另外的信息的表格；并且
[0042] 图6为示出了用于校准传感器组件并且利用传感器组件以监测受试者的血氧浓 度的方法的流程图的图解视图。
[0043] 图7提供了利用所披露的实施例产生的血氧测定信号的示意图。
[0044] 图8示出了从血氧测定信号提取脉搏和呼吸数据的实例。
[0045] 详细说明
[0046] 血氧是指血液的氧饱和度，并且在通过脉搏血氧测定仪进行测量时通常表示为 Sp02,典型地在健康成人中为94% -98%。氧饱和度指示氧合，或者当氧分子（O2)进入人 体组织时。在人体中，血液在肺部进行氧合，其中氧分子从空气中行进并且进入血液内。氧 饱和度或者O 2饱和度，为被氧占有的血流中血红蛋白结合位点百分比的量度。
[0047] 测量受试者的氧饱和度提供受试者的总体健康的一个指示，并且更具体地，提供 受试者的肺和心血管健康的指示，因为肺和心血管系统彼此协作并且与人类身体的其他系 统协作以进行氧合。
[0048] 脉搏血氧测定法，技术上称为光电容积描记法，为用于卫生保健应用的常规技术， 用以监测心跳、血液氧合以及呼吸率和呼