一種測量血氧飽和度的方法以及可攜式設備的製作方法

2023-05-04 06:35:56 6

一種測量血氧飽和度的方法以及可攜式設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種測量血氧飽和度的方法，該方法包括：向被測量對象的體表皮膚發送第一測量光，第二測量光和參考光，並接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光；獲取第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差；所述第二差值述參考反射光與第二反射光的光強變化率之差；通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值x，並根據所述比值x，計算血氧飽和度y。相應的，本發明還提供一種用於測量血氧飽和度的可攜式設備。採用本發明提供的方法和可攜式設備，可以實現實時準確地血氧飽和度測量。
【專利說明】一種測量血氧飽和度的方法以及可攜式設備

【技術領域】
[0001]本發明屬於生理參數測量領域，具體地說涉及一種測量血氧飽和度的方法以及可攜式設備。

【背景技術】
[0002]氧是維持人體正常生理活動的重要元素，空氣中的氧通過人體肺部交換後進入血液，結合在血紅蛋白上傳送至全身。血紅蛋白由四條鏈組成，兩條α鏈和兩條β鏈，每一條鏈有一個包含一個鐵原子的環狀血紅素。氧氣結合在鐵原子上，被血液運輸。每克血紅蛋白可結合1.34ml的氧氣，是血漿溶氧量的70倍。
[0003]以氧合血紅蛋白(HbO2)及還原血紅蛋白為基礎的血氧飽和度(SO2)表徵了人體氧循環的狀態，是判斷人體呼吸和循環系統的重要參數。血氧飽和度是血液中被氧結合的氧合血紅蛋白的容量佔全部可結合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的濃度。正常人體動脈血的血氧飽和度為98%，靜脈血為75%。一般認SpO2正常應不低於94%，在94%以下為供氧不足。
[0004]缺氧的危害與缺氧程度、發生速度及持續時間有關。低氧時首先出現的是代償性心率加速，心搏及心排血量增加，循環系統以高動力狀態代償氧含量的不足。同時產生血流再分配，腦及冠狀血管選擇性擴張以保障足夠的血供。嚴重低氧，心內膜下乳酸堆積，ATP (adenosine triphosphate,三磷酸腺苷)合成降低,產生心肌抑制,導致心動過緩，期前收縮，血壓下降與心排血量降低，以及出現室顫等心率失常乃至停搏。因此對於血氧飽和度的實時監測非常重要 。
[0005]為了避免採血檢測對人體所造成的損傷，現在主要採用對人體不會造成損傷的無創檢測方法來檢測血氧飽和度。無創血氧飽和度檢測分為透射式和反射式兩種方法。其中，透射式方法通過獲取經過人體組織的透射光來分析血氧飽和度，由於透射光信號較強，測量準確率高，因此該方法目前在臨床上已獲得廣泛應用。但是透射式方法適合應用在皮膚較薄的地方，以便光的透射，因此對應用部位有所限制。反射式方法獲取由人體組織反射的光強信號，因而其探頭不受安放位置的限制，具有更廣闊的應用前景。但是目前通過反射式測量血氧飽和度的方法準確率不高，誤差較大。


【發明內容】

[0006]為了解決現有反射式測量血氧飽和度的方法精度低、有效率差的問題，本發明提供一種測量血氧飽和度的方法。
[0007]根據本發明的一個方面，提供一種測量血氧飽和度的方法，其中，所述方法包括步驟:
[0008]a)向被測量對象的體表皮膚發送第一測量光，第二測量光和參考光，並接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光；
[0009]b)獲取第一差值和第二差值，其中，
[0010]所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差；
[0011]所述第二差值為參考反射光與第二反射光的光強變化率之差；
[0012]C)通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X，計算血氧飽和度y。
[0013]根據本發明的一個【具體實施方式】，所述步驟c)進一步為:
[0014]通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X，利用公式y = nx+m,計算血氧飽和度y ;其中，η > O ；0 < m < 100。
[0015]根據本發明的另一個【具體實施方式】，
[0016]所述第一測量光的波長為660nm±3nm ;
[0017]所述第二測量光的波長為940nm土 1nm ；
[0018]所述參考光的波長為820±10nm。
[0019]根據本發明的又一個【具體實施方式】，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應的腕部體表皮膚。
[0020]根據本發明的另一個方面，提供一種測量血氧飽和度的可攜式設備，其中，所述可攜式設備包括:光發射和光接收模塊、計算模塊以及處理模塊；
[0021]所述光發射和接收模塊，用於向被測量對象的體表皮膚發送第一測量光，第二測量光和參考光，以及接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光；
[0022]計算模塊，用於計算並獲得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差，
[0023]所述第二差值為參考反射光光強與第二反射光的光強變化率之差；
[0024]處理模塊，用於計算並獲得所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X,計算血氧飽和度I。
[0025]根據本發明的一個【具體實施方式】，所述處理模塊，根據所述比值X，計算血氧飽和度y，具體為:根據所述比值X，利用公式y = nx+m,計算血氧飽和度y ；
[0026]其中，η> O ;0 < m < 100。
[0027]根據本發明的另一個【具體實施方式】，
[0028]所述第一測量光的波長為660nm±3nm ；
[0029]所述第二測量光的波長為940nm土 1nm ；
[0030]所述參考光的波長為820nm±10nm。
[0031]根據本發明的又一個【具體實施方式】，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應的腕部體表皮膚。
[0032]根據本發明的又一個【具體實施方式】，所述可攜式設備具有腕式佩戴結構。
[0033]根據本發明的又一個【具體實施方式】，該可攜式設備還包括:
[0034]顯示模塊，用於顯示所述血氧飽和度。
[0035]本發明首先向被測對象的體表皮膚發送測量光和參考光，之後接收測量光和參考光的反射光，並利用經反射的各束光的光強變化率計算得到被測對象的血氧飽和度。採用反射的方法獲取由被測對象的測試部位反射的光強信號，光強信號強，因而測試探頭不受安放位置的限制，更加靈活。在測試過程中加入了參考光，可以有效去除被測對象的固有吸收率對測試光的吸收，使得測量結果更加準確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:
[0037]圖1所示為根據本發明提供的一種測量血氧飽和度的方法的一個【具體實施方式】的流程示意圖；
[0038]圖2所示為波長與吸收係數的關係圖；
[0039]圖3所示為根據本發明提供的一種測量血氧飽和度的可攜式設備的結構示意圖。
[0040]附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。

【具體實施方式】
[0041]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。應當注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪製。本發明省略了對公知組件和處理技術及工藝的描述以避免不必要地限制本發明。
[0042]參考圖1，圖1所示為根據本發明提供的一種測量血氧飽和度的方法的一個【具體實施方式】的流程示意圖。
[0043]血氧飽和度測量基於動脈血液對光的吸收量隨動脈搏動而變化。當透光區域動脈血管搏動時，動脈血液對光的吸收量將隨之變化，而皮膚、肌肉、骨骼和靜脈血等其他組織對光的吸收不變。具體地，本發明提供的測量血氧飽和度的方法主要的適用對象是人類，因此所述被測量對象在本文中主要指的是需要進行血氧飽和度測量的人類。本領域技術人員應當理解，本發明提供的測量血氧飽和度的方法還可以應用於針對與人類具有相同或相似生理特性的哺乳動物的血氧飽和度的測量。
[0044]步驟S101，向被測量對象的體表皮膚發送第一測量光，第二測量光和參考光，並接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光。
[0045]本發明採用的反射法測量血氧飽和度，具體原理是向人體組織發送光波，該光波經過人體組織反射後生成反射光，然後接收該反射光並分析該反射光所反映的人體的生理狀況，從而達到測量人體血氧飽和度的目的。
[0046]參考圖2，在紅光區(600nm~700nm)氧合血紅蛋白的吸收峰弱。在紅外區(850nm~100nm)還原血紅蛋白的吸收峰弱。透射與反射導致的光強變化率相等，與吸收係數成正比。因此，優選的，所述第一測量光的波長為660nm±3nm，例如:657nm，660nm或者663nm。優選的，所述第二測量光的波長為940nm± 1nm,例如:930nm、940nm或者950nm。
[0047]為了消除誤差，在測量過程中，增加了第三束光作為參考光。在第三束光的波長下，氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白對光吸收率一致，可以排除人體固有狀態對光強變化的幹擾。優選的，所述參考光的波長為820±10醒，例如:810nm、820nm或者830nm。
[0048]優選的，上述體表皮膚為被測量對象的橈動脈所對應的腕部體表皮膚。
[0049]兩束測量光和一束參考光的發射可以採用三個不同的雷射器來實現或者採用集成的雷射器來實現。此外，光的發射和接收還可以採用光電傳感器來實現，例如，可以使用NJL5501R晶片來實現,該晶片即是一種可以產生紅光和紅外光的光電傳感器。
[0050]步驟S102，獲取第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差；所述第二差值為參考反射光與第二反射光的光強變化率之差。可以理解，第一反射光是第一測量光的反射光；第二反射光是第二測量光的反射光；參考反射光是參考光的反射光。
[0051]上述計算過程需要由數模轉換晶片或者設備將第一反射光，第二反射光和參考反射光的光信號轉換成數位訊號。可以實現數模轉換的晶片有很多種，而如果在步驟SlOl中採用NJL5501R晶片來實現光發射和光接收，由於NJL5501R晶片中已包括實現數模轉換的硬體結構，則不需要額外增加晶片或者設備來實現數模轉換。
[0052]轉換後，將第一反射光的光強變化率記為a,參考反射光的光強變化率記為b,第二反射光的光強變化率記為C。則第一差值為b_a,第二差值為c_b。
[0053]步驟S103，通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X,計算血氧飽和度y。優選的，利用公式y = nx+m,來計算血氧飽和度；其中，η > O ；0< m < 100從步驟S102的描述可以看出，其中比值X = (b_a)/(c_b)。根據比值x得到血氧飽和度y，可以採用單片機來實現。現有技術中，有多種單片機可以實現數位訊號的計算，來生成生理參數，例如:MK20DN512VLK10晶片。可以理解，在本發明中，該生理參數即指血氧飽和度y，血氧飽和度y = nx+m。
[0054]其中，η > 0，例如，可以取值為1，3，5等等；0 < m < 100，例如，可以取值為2,40,
^7坐坐 O 1-rj- -Tj- O
[0055]參考圖3，圖3所示為根據本發明提供的一種測量血氧飽和度的可攜式設備的結構示意圖。
[0056]所述可攜式設備20包括:光發射和光接收模塊21、計算模塊21以及處理模塊22。
[0057]所述光發射和接收模塊21，用於向被測量對象的體表皮膚10發送第一測量光，第二測量光和參考光，以及接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光。優選的，被測對象的體表皮膚10為被測量對象的橈動脈所對應的腕部體表皮膚。
[0058]優選的，所述第一測量光的波長為660nm±3nm,例如:657nm, 660nm或者663nm。優選的，所述第二測量光的波長為940nm± 1nm,例如:930nm、940nm或者950nm。
[0059]為了消除誤差，在測量過程中，增加了第三束光作為參考光。在第三束光的波長下，氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白對光吸收率一致，可以排除人體固有狀態對光強變化的幹擾。優選的，所述參考光的波長為820±10醒，例如:810nm、820nm或者830nm。
[0060]優選的，光發射和接收模塊21為光電傳感器，例如，NJL5501R晶片，該晶片即是一種可以產生紅光和紅外光的光電傳感器。
[0061 ] 計算模塊22，用於計算並獲得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差，所述第二差值為所述參考反射光與第二反射光的光強變化率之差。第一反射光是第一測量光的發射光；第二反射光是第二測量光的發射光；參考反射光是參考光的反射光。
[0062]計算模塊22可以是能夠實現數模轉換的晶片或者設備，例如NJL5501R晶片。在NJL5501R晶片中有可以實現數模轉換的硬體結構。轉換後，將第一反射光的光強變化率記為a,參考反射光的光強變化率記為b,第二反射光的光強變化率記為C。則第一差值為b_a,第二差值為c_b。
[0063]處理模塊23，用於計算並獲得所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X，計算血氧飽和度y。優選的，利用公式y = nx+m,來計算血氧飽和度；其中η > O ;O < m O,例如,可以取值為1，3，5等等；0<m< 100，例如，可以取值為2，40，57等等。
[0064]根據比值X得到血氧飽和度y，可以採用單片機來實現，因此處理模塊23可以是單片機或者其他可以實現數位訊號計算的嵌入式設備。優選的，所述處理模塊23是MK20DN512VLK10 晶片。
[0065]此外，上述計算模塊22和處理模塊23還可以通過專用計算器或專用處理器如CPU來實現。
[0066]為了滿足實時測量血氧飽和度的需求，該可攜式設備20需要隨時攜帶，且在其所貼緊的皮膚下方要有動脈，此外，不能因為攜帶該可攜式設備20而影響到被測對象的正常活動，因此優選的，所述可攜式設備20具有腕式佩戴結構。
[0067]優選的，該可攜式設備20還包括:顯示模塊，用於顯示所述血氧飽和度，為攜帶者提供實時的血氧飽和度數值。此外，該顯示模塊還可以顯示時間等常規參數。
[0068]採用本發明提供的測量血氧飽和度的方法以及使用本發明提供的可攜式設備可以準確、實時地通過反射式方法測量被測對象的血氧飽和度。
[0069]雖然關於示例實施例及其優點已經詳細說明，應當理解在不脫離本發明的精神和所附權利要求限定的保護範圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修改。對於其他例子，本領域的普通技術人員應當容易理解在保持本發明保護範圍內的同時，工藝步驟的次序可以變化。
[0070]此外，本發明的應用範圍不局限於說明書中描述的特定實施例的工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法及步驟。從本發明的公開內容，作為本領域的普通技術人員將容易地理解，對於目前已存在或者以後即將開發出的工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法或步驟，其中它們執行與本發明描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結果，依照本發明可以對它們進行應用。因此，本發明所附權利要求旨在將這些工藝、機構、製造、物質組成、手段、方法或步驟包含在其保護範圍內。
【權利要求】
1.一種測量血氧飽和度的方法，其中，所述方法包括步驟: a)向被測量對象的體表皮膚發送第一測量光，第二測量光和參考光，並接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光； b)獲取第一差值和第二差值，其中， 所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差； 所述第二差值為參考反射光與第二反射光的光強變化率之差； c)通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X，計算血氧飽和度y。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述步驟c)進一步為: 通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X，利用公式I=nx+m,計算血氧飽和度Y ； 其中，η > O ;0 < m < 100。
3.根據權利要求1所述的方法，其中， 所述第一測量光的波長為660nm±3nm ； 所述第二測量光的波長為940nm±10nm ； 所述參考光的波長為820±10nm。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應的腕部體表皮膚。
5.一種測量血氧飽和度的可攜式設備，其中，所述可攜式設備包括:光發射和光接收模塊、計算模塊以及處理模塊； 所述光發射和接收模塊，用於向被測量對象的體表皮膚發送第一測量光，第二測量光和參考光，以及接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光； 計算模塊，用於計算並獲得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差， 所述第二差值為所述參考反射光與第二反射光的光強變化率之差； 處理模塊，用於計算並獲得所述第一差值與所述第二差值的比值X，並根據所述比值X,計算血氧飽和度I。
6.根據權利要求5所述的可攜式設備，其中，所述處理模塊，根據所述比值X，計算血氧飽和度y，具體為:根據所述比值X，利用公式I = nx+m,計算血氧飽和度y ； 其中，η > O ;0 < m < 100。
7.根據權利要求5所述的可攜式設備，其中， 所述第一測量光的波長為660nm±3nm ； 所述第二測量光的波長為940nm±10nm ； 所述參考光的波長為820nm±10nm。
8.根據權利要求5所述的可攜式設備，其中，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應的腕部體表皮膚。
9.根據權利要求5所述的可攜式設備，其中，所述可攜式設備具有腕式佩戴結構。
10.根據權利要求5所述的可攜式設備，其中，該可攜式設備還包括: 顯示模塊，用於顯示所述血氧飽和度。
【文檔編號】A61B5/1455GK104068865SQ201410168663
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】王毅峰, 王波, 馬澤強, 辛勤, 王鶴男, 趙洲洋, 潘旭捷, 胡春華 申請人:辛勤