些浓度确定估计氧饱和度。组织血氧测 量装置的实施例相对紧凑以便于单个用户手持使用。
[0072] 图1是根据一个实施例的组织血氧测量装置100的简化框图，并且示出了可以被 包含在组织血氧测量装置中的一些处理模块。组织血氧测量装置100是被构造用于由单个 用户手持使用的手持装置，并且使用SRS以确定组织的绝对氧饱和度。
[0073] 在实施方式中，组织血氧测量装置显示从0到100 (或0到99的2位显示）百分比 数值的绝对氧饱和度。在其他实施方式中，组织血氧测量装置显示数值或者表征绝对氧饱 和度的其他指示。该表征值可以是另一个范围（例如，?到20或0到50)、指示灯（例如， LED等）、柱状图或标尺或者表征绝对氧饱和度的其他指示。该绝对氧饱和度的替换显示的 比例可以是线性的、几何的、对数的或其他比例。
[0074] 此外，在其他实施方式中，组织血氧测量装置显示组织的估计氧饱和度。估计值可 以是以上所讨论的绝对氧饱和度，或氧饱和度的其他估计。该估计氧饱和度可以是使用本 申请中所描述的电路和技术确定的中间值，并且绝对氧饱和度是从该估计氧饱和度数值计 算或生成的。然后，该装置计算估计氧饱和度数值（不显示）和绝对氧饱和度（显示）。可 替换地，可以从绝对氧饱和度确定估计氧饱和度数值。
[0075] 根据图1所示的实施例，组织血氧测量装置100包括手持装置外壳105(图1中的 加粗轮廓线）、传感器子系统110以及采集模块115、测量模块120 (有时还称为计算模块）、 显示器125 (例如，可选背光液晶显示器）、一个或多个输入控制器130和电源135。手持装 置外壳1〇5( "外壳"）被构造为容纳上述列出元件中的一个或多个。外壳105的具体示例 性实施例在下面描述。
[0076] 传感器子系统110和采集模块115可以经总线系统而可通信地耦合，并且采集模 块115和测量模块120也可以经总线系统而可通信地耦合。电源135可以构造为向传感器 子系统110、采集模块115和测量模块120提供DC电力、调制电力或以上两者。
[0077] 传感器子系统110包括各种光学元件，这些光学元件用于生成并发射光或射线 (可见的、红外的、或者两者）进入组织140,并且用于将从组织散射或反射回的光收集到传 感器子系统。传感器子系统110可以由传感器子系统检测到的散射光生成反射率数据并且 将该反射率数据传递到采集模块115以进行预处理。测量模块120可以构造为接收来自采 集模块115的预处理反射率数据以针对组织确定氧饱和度。测量模块120可以可通信地耦 合到输入控制器130中一个或多个和显示器125。基于从输入控制器130中的一者接收的 用户输入，组织血氧测量模块100可以针对组织确定氧饱和度，并且在显示器125上针对氧 饱和度显示结果。
[0078] 现在进一步描述传感器子系统110。图2是根据一个实施例的传感器子系统110 的简化框图。传感器子系统110可以包括光源150中的一个或多个（例如，两个光源），其 中每个光源包括发光兀件152a_152n (统称为发光兀件152)中的一个或多个，诸如一个或 多个发光二极管（LED)、一个或多个激光二极管等等。传感器子系统110可以额外地包括收 集来自每个光源150的发射光并且将发射光引导至组织140上的第一组光学装置155(例 如，经典光学装置，诸如透镜、光纤电缆等等）。
[0079] 传感器系统110还可以包括被构造来检测光源150的温度的一个或多个温度传感 器160 (例如一个或多个热敏电阻）。在一个实施例中，温度传感器160分别与光源150相 关联并且被构造来测量光源的温度。
[0080] 温度传感器160可以将针对光源150的温度信息传递到其中可以使用温度信息调 节供给到光源的控制信号（例如，时变控制信号）的传感器子系统110、采集模块115、测量 模块120中的一个或多个，其中在光源处控制信号控制光源的亮度。例如，随着光源中的一 个的LED加热和冷却，LED的效率变化并且因此LED的亮度可能变化。
[0081] 传感器子系统110、采集模块115或测量模块120或这些元件的组合可以改变供给 到LED的控制信号，使得LED提供基本恒定的亮度。例如，如果将控制信号（例如正弦波形 控制信号）供给到LED，则传感器子系统110、采集模块115或测量模块120或这些元件的 组合可以改变控制信号的负载信号（duty signal)，使得LED在LED加热或冷却时提供基本 恒定的亮度。
[0082] 在替换实施例中，光电探测器可以布置在传感器子系统110中，诸如在探头前端 中（在下文进行描述），以检测光源亮度的增加、减小和没有变化。传感器子系统110、采集 模块115和测量模块120中的一个或多个可以可通信地耦合到光电探测器以接收光电探测 器信息，其中光电探测器信息包括针对增加、减小或缺乏变化（例如，没有变化）的信息。传 感器子系统110、采集模块115和测量模块120中的一个或多个可以使用所接受的光电探测 器信息来控制光源，使得光源生成基本恒定或均匀的亮度。
[0083] 在【具体实施方式】中，如果发光元件152的温度在由温度传感器160所测的温度的 两个连续测量值之间以临界量变化，则由发光元件152发射的亮度可以由传感器子系统 110、采集模块115、测量模块120或这些元件的组合改变。具体地，如果温度变化在临界值 处或在临界值内，则发光元件的亮度可能不改变（例如，时变控制信号的负载信号保持恒 定）。可替换地，如果温度变化大于临界值，则可以改变发光元件的亮度（例如，可以增加或 降低或以其他方式改变时变控制信号的工作周期（duty cycle)，从而）以保持基本恒定的 亮度。
[0084] 传感器子系统110还可以包括第二组光学装置165,其收集从组织140反射的光并 且将反射光引导到一个或多个光探测器170a-170n (统称为光探测器170)，例如，PIN二极 管中一个或多个、一个或多个光敏电阻等等。每个光探测器170可以生成基于检测到的光 的反射率数据，该数据可以被采集模块115、测量模块120或以上两者使用以生成针对组织 140的氧饱和度测量结果。光探测器170和光源150的空间分布更多细节在下文中描述，其 中空间分布允许SRS由组织血氧测量装置100进行。
[0085] 传感器子系统110还可以包括压力传感器175,其被构造来检测传感器子系统的 传感器头对组织140的压力。压力传感器175可以包括力感测电阻、测压元件（load cell) 等等中的一个或多个。这里简述压力传感器175,并在下文进一步描述。应当注意，组织血 氧测量装置100的精选实施例包括压力传感器175,而组织血氧测量装置的其他实施例可 以不包括压力传感器。
[0086] 现在进一步描述采集模块115。图3是根据一个实施例的采集模块的简化框图。 采集模块115可以包括驱动回路180、反射率数据收集器185、压力数据收集器190和信号 采集处理器195。采集子系统115的各种实施例可以以任意组合包括这些元件一些或全部。 通过信号采集处理器195、驱动回路180或以上两者，采集模块115可以向光源150提供变 化的控制信号以控制从该光源发射的光。例如，信号采集处理器195可以向驱动回路180 提供诸如数字波形等的波形。该数字波形可以是以上描述的时变控制信号（例如，正弦波 形控制信号）的数字形式。
[0087] 驱动回路180的数字-模拟转换器（DAC) 180a接收数字波形并且将数字波形转换 为模拟形式的控制信号（即，模拟正弦波控制信号）并且向电流驱动器180b提供或输出模 拟形式的控制信号。信号采集处理器195还向驱动回路180提供或输出预定义电流模式和 数字驱动电平。电流驱动器180b基本直接地从信号采集处理器195接收电流模式，并且从 驱动回路180的第二DAC 180c接收模拟形式的驱动电平。电流驱动器180b可以使用模拟 形式的控制信号、模式和驱动电平来向光源150提供控制信号，其中电流驱动器可以在控 制信号传递到传感器子系统105之前使用模式和驱动电平来调节控制信号。
[0088] 信号采集处理器195、测量模块120或以上两者可以构造来接收来自温度传感器 160的温度信息，并且基于如上所述的温度校准控制信号、模式和驱动电平中的一个或多个 以增加或减小控制信号的工作周期。更具体地，信号采集处理器195可以构造来接收来自 (包括在温度传感器160中的）热敏电阻等等的温度信息以控制上述校准。传感器子系统 110可以包括温度-信息调节模块（未显示），该模块可构造来接收温度信息（例如，模拟 信号）并且调节信号以供采集处理器195、测量模块120或以上两者使用。温度-信息调节 模块可以过滤用于温度信息的模拟信号、将温度信息转换为数字的、或者对温度信息执行 其他操作使得温度信息是能够由信号采集处理器195和测量模块120之一或两者使用的。
[0089] 现在转向反射率数据收集器185,反射率数据收集器可以构造为接收由光检测器 170生成的原始反射率数据并且处理该原始数据。更具体地，反射率数据收集器185可以构 造来对原始反射率数据进行接收、积累、过滤、数字化和平均，之后这些数据被转换为相应 的物理量，例如光强度。反射率数据收集器185可以包括信号调节器185a，其接收原始反射 率数据并且必要时可以过滤原始反射率数据。模拟-数字转换器（ADC) 185b与采样保持电 路一起可以将原始反射率数据转换为数字信号，该信号可以通过信号采集处理器195进行 平均并且与光源所发出的光相关联以由测量模块120进一步处理。
[0090] 关联可以包括将用于每个光检测器170的校正信息与每个发光元件152相关联。 即，被组织血氧测量装置100使用的校正信息可以包括用于将每个光检测器校正到每个光 源的校正信息。可以基于校正信息而调整每个光源的亮度、每个光检测器的增益或以上两 者。可替换地，可以基于校正信息由采集模块115 (例如，信号采集处理器195)、测量模块 120或以上两者来校准由每个光检测器生成的反射率数据。下面对校正信息的生成进行进 一步描述。
[0091] 信号采集处理器195还可以构造来通过将增益控制信号发给采集模块115而控 制光检测器170(例如，PIN二极管）的增益，采集模块115通过DAC 185c将增益控制信号 从数字信号转换为模拟信号，DAC 185c反过来将增益控制信号提供给信号调节器185a以 进一步传递给一个或多个光检测器170。信号采集处理器195可以包括用于执行上述过程 的一个或多个逻辑控制电路，诸如现场可编程门阵列（FPGA)、可编程逻辑装置（PLD)、门阵 列、专用集成电路（ASIC)、处理器等。
[0092] 现在进一步描述测量模块120。图4是根据一个实施例的测量模块120的简化框 图。测量模块120可以包括控制处理器200,诸如微控制器、微处理器、控制逻辑电路等，或 这些电路元件的任意组合。测量模块120还可以包括存储装置205。存储装置205可以包 括各种存储类型中的一个或多个，诸如磁盘（例如，微型磁盘驱动器）、闪存等等，其中存储 装置可以构造为存储计算机代码指令、数据（例如，校正信息）或以上两者。存储的计算机 代码指示、数据或以上两者可以由控制处理器200、信号采集处理器195或以上两者使用以 执行本文所述的方法和计算中的一个或多个，诸如用于从收集的光来确定组织140的氧饱 和度的各种方法等。下文在本申请的名称为蒙特卡洛仿真的部分中进一步描述氧饱和度的 确定。
[0093] 在将针对氧饱和度的氧饱和度数值计算为例如组织140总体可能氧饱和度百分 比的索引值或标准值之后，氧饱和度数值可以显示在显示器125上。氧饱和度数值的确定 和显示可以是重复的过程。例如，组织140的氧饱和度可以每秒确定若干次，例如每秒三 次。氧饱和度数值的两个或更多个测量结果（例如三个测量结果）可以由控制处理器200 进行平均以显示在显示器125上。例如，氧饱和度的三次测量结果可以在一秒内完成并且 可以进行平均。
[0094] 之后该平均氧饱和度数值可以显示在显示器125上，并且所显示的氧饱和度数值 可以在显示器上每秒（例如，1赫兹）更新一次。一般地，不进行相对长时间内的平均氧饱 和度测量，以便不对组织140上不同位置的氧饱和度测量结果进行平均。例如，如果用户把 组织血氧测量装置100从组织上的一个位置移动到组织上的另一个位置（需要花费一秒或 更长时间），则通常不应当在显示器上显示针对这些不同位置的氧饱和度数值的平均值。一 般将对氧饱和度数值的平均值限制为一秒时间帧限制针对多于一个组织位置的氧饱和度 数值的平均。
[0095] 现在对电源135进行进一步描述。图5是根据一个实施例的电源135的简化框图。 电源135可以包括一个或多个电池220、电源开关225、电源转换器230等等。电源135可以 向传感器子系统110、采集模块115、测量模块120、显示器125和输入控制器130中的一个 或多个提供DC电力、调制电力或以上两者。电源135还可以可通信地耦合到测量模块120 上，其中测量模块可以控制电源模块以针对组织血氧测量装置100的不同功耗操作模式提 供电力，例如通电操作、待机模式等等。
[0096] 电池220可以是一次性电池或可再充电电池。正如本领域所知的，一次性电池在 其存储电荷消耗之后就被丢弃。可以在电源135中使用的一些一次性电池化学技术包括碱 性、锌碳、锂空气、锌空气或氧化银。电池可以包括4个1.5伏特的电池（例如，AAA、AA、或 N型号的电池）或2个3伏特的电池（例如，CR2032、CR2016、CR123A以及其他类型），这 些电池电串联使得电源135可以向组织血氧测量装置100的各个部件提供高达6伏特的电 压。
[0097] 电池具有足够的存储电荷以供组织血氧测量装置100使用几个小时。例如，电池 可以构造来供组织血氧测量装置100使用两个或更多小时。使用之后，组织血氧测量装置 100或其一次性部分可以被丢弃。在其他实施方式中，电池是可再充电的并且可以在存储电 荷消耗之后多次充电。可以在电源135中使用的可再充电电池化学技术包括镍镉（NiCd)、 镍氢（NiMH)、锂离子（Li-离子）和锌空气。电池可以例如通过具有连接到组织血氧测量装 置的线的AC适配器进行再充电。组织血氧测量装置中的电路可以包括用于电池再充电的 再充电电路（未显示）。利用可再充电电池化学的电池有时可以作为一次性电池使用，在这 种情况下电池不是再充电而是在使用之后被处理掉。如果组织血氧测量装置或其一部分被 构造成重复使用，则组织血氧测量装置100可以使用可再充电电池。
[0098] 电源135的电源开关225可以是用户可操作开关，其能够构造成与测量模块120 一起操作以用于通电、断电、进入操作的待机功耗模式、退出操作的待机功耗模式以及其他 功能。例如，如果对组织血氧测量装置100断电，则电源开关225的激活可以使组织血氧测 量装置100在测量模块120的控制下执行通电序列。如果对组织血氧测量装置100通电， 则电源开关225的相对短激活（例如，少于2秒）可能将组织血氧测量装置置于待机功耗 模式以节约电池功耗。如果组织血氧测量装置100处于待机功耗模式，则电源开关225的 随后相对短激活（例如，少于2秒）可以将组织血氧测量装置相对快速地置于满功耗模式。 如果组织血氧测量装置100处于满功耗模式或处于待机功耗模式，则电源开关225的相对 长激活（例如，2秒或更长）可以使对组织血氧测量装置断电。
[0099] 如果满足一个或多个标准（诸如组织血氧测量装置已经在一个或多个给定时间 段内没有工作），则测量模块120还可以使组织血氧测量装置100进入待机功耗模式或断 电。例如，如果组织血氧测量装置20秒没有工作，则测量模块120可以使组织血氧测量装 置100进入待机功耗模式，并且如果组织血氧测量装置5分钟没有工作，则使组织血氧测量 装置进入断电模式。
[0100] 通电后，组织血氧测量装置可以进行各种自检，例如校正压力传感器的压力、清理 能够存在于传感器子系统110、采集模块115、测量模块120和电源135中的一个或多个中 的错误信息。
[0101] 电源135的电源转换器230可以是DC到DC转换器，其构造成将从电池220输出 的电压转换为由传感器子系统110、采集模块115、测量模块120、显示器125和输入控制器 130使用的各种DC电压。例如，电源转换器230可以构造成输出1. 2伏特、2. 5伏特、3. 3伏 特、5伏特、6伏特等的电压。电源转换器230可以构造成在给定时间输出这些电压中的一 个或多个。
[0102] 对于一些实施例，传感器子系统110、采集模块115、测量模块120、显示器125、输 入控制器130和电源135有时称为自足式电子部件，这是因为这些电子部件可以在不需要 与其他装置（例如，在组织血氧测量装置外壳的外部的装置）通信（有线地或无线地）的 情况下进行组织血氧测量并且提供用于组织氧饱和度的信息。这样，组织血氧测量装置100 的实施例中的一些称为是自足的。
[0103] 图6是传感器子系统11