一種脈搏血氧檢測裝置的製作方法
2023-10-11 04:14:54
專利名稱：一種脈搏血氧檢測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及醫療器械設備，特別涉及一種既能測量血氧飽和度與 脈率又能測量血流灌注指數(PI)的脈搏血氧檢測裝置。
背景技術：
根據郎伯-比爾(Lamber-Beer)定律，物質在一定波長處的吸光度 和他的濃度成正比，當恆定波長的光照射到人體組織上時，通過人體組織 吸收、反射衰減後測量到的光強在一定程度上反映了被照射部位組織的結 構特徵。由於血液中氣合血紅蛋白(Hb02)和還原血紅蛋白在紅光、紅外光 區(600nm 1000nm)有獨特的吸收光鐠，利用這些特性，便可測量出人體 血氧飽和度。在現有的脈搏血氧檢測儀中，主要採用模擬電路的方式設計，方案框 圖見圖l，系統主要由光電傳感器、信號調理電路(模擬電路)、A/D轉換 (模擬/數字轉換)電路、微處理器、存儲器和外接設備組成；工作過程是: 光電傳感器接收到衰減後的光信號，並轉化為電流信號，由於信號微弱且 存在工頻等幹擾，則需要經過信號調理電路進行濾波放大，之後再由A/D轉 換器，將模擬電信號轉換為數位訊號，送到微處理器處理。常規的血氧檢 測裝置基於模擬電路設計，器件的特性直接影響著系統的優劣，諸多模擬 器件特性的影響使得系統穩定性和可靠性較差，測量精度也較低，並在測 量過程中引起的二次反射光。此外，常規的血氧檢測裝置僅測量血氧飽和 度Sp02，脈率(PulseRate,PR.)，沒有測量和顯示血流灌注指數PI值 (PerfusionIndex)的功能。產品有待於改進和發展
實用新型內容
本實用新型的目的是，針對上述現有技術存在的缺陷提供一種全數字 式脈搏血氧檢測裝置，該脈搏血氧檢測裝置可以減小測量誤差，提高測量 精度。本實用新型的技術方案如下一種脈搏血氧檢測裝置，包括一光源，光頻率轉換傳感器，微處理器和 外接設備，所述光頻率轉換傳感器用於接收光源通過被測物體衰減後的被 測光信號，並將被測光信號轉換成被測數位訊號輸出給所述微處理器，所 述微處理器用於對接收到的被測數位訊號進行處理，並將獲得的測量結果 輸出給所述外接設備進行顯示。其中所述光頻率轉換傳感器包括光敏二極 管和電流頻率轉換器，所述光敏二極體用於接收衰減後的被測光信號，將 被測光信號轉換成被測電信號輸出至所述電流頻率轉換器，所述電流頻率 轉換器用於輸出所述被測數位訊號；所述微處理器內還包括一低通濾波模 塊， 一高通濾波模塊和一運算模塊，所述低通濾波模塊用於濾除被測光信 號中的高頻幹擾信號，所述高通濾波模塊用於獲取被測光信號中的交流分 量，所述低通濾波模塊和所述高通濾波器的輸出端均連至運算模塊，通過 所述運算模塊運算獲得被測光信號中的直流分量及血流灌注指數；所述光 源、光頻率轉換傳感器和所述微處理器一體設置，封裝成為一血氧檢測模 塊，用於測量血氧飽和度，脈率和血流灌注指數。還包括一個穩壓電源， 用於給所述光源、光頻率轉換傳感器和所述微處理器供電；所述光頻率轉 換傳感器與所述穩壓電源相連端還包括一個接地電容，用於過濾電源輸入 雜波，穩定電源。所述光源及光頻率轉換傳感器設置在一探頭上,所述探頭有一個與身體 被測部位相適配的凹槽，所述光源及光頻率轉換傳感器分別設置在所述凹 槽相對應的兩內倒壁上；所述凹槽內層表面塗有吸光材料，用於減少二次 反射光的幹擾。所述光源採用發光二極體，所述發光二極體包括至少兩個，被並列設置 在所述凹槽內的側壁上，用於發射紅光或紅外光。本實用新型所提供的全數字式脈搏血氧檢測裝置，採用光頻率轉換式傳 感器、微處理器組成的全數字式的測量系統，通過監測身體外周部分(如指尖或耳垂)的脈搏變化，可以無創地檢測出血氧飽和度(Sp02)和脈率 (Pulse Rate, PR )，還能測量血流灌注指數(Perfusion Index, PI )，這種數字 晶片集成式的脈搏血氧檢測裝置由於無模擬器件，減少了元器件數目，從 而提高了系統穩定性，可靠性，靈敏度和測量精度以及批量生產的一致性。
圖1為現有技術的脈搏血氧檢測儀原理框圖； 圖2為本實用新型脈搏血氧檢測儀原理框圖； 圖3為本實用新型PI值採樣模塊原理框圖； 圖4為本實用新型測量血氧的^:頭示意圖； 圖5為本實用新型封裝後的脈搏血氧檢測模塊； 圖6為本實用新型光吸收量的交流和直流分量圖。
具體實施方式
以下對本實用新型的較佳實施例加以詳細說明。一種脈4f血氣檢測裝置，包括一光源，即發光管，光頻率轉換傳感器， 微處理器，穩壓電源和外接設備，詳見附圖2所示，所述光頻率轉換傳感 器用於接收光源通過被測物體衰減後的被測光信號，並將被測光信號轉換 成被測數位訊號輸出給所述微處理器；穩壓電源用於給所述發光管，所述 光頻率轉換傳感器和所述微處理器供電。所述光頻率轉換傳感器包括光敏二極體和電流頻率轉換器，所述光敏二
極管與所述發光管電性耦接，用於接收衰減後的被測光信號，所述光敏二 極管的輸出端連至所述電流頻率轉換器的輸入端，將被測光信號轉換成被 測電信號輸出給所迷電流頻率轉換器，所述電流頻率轉換器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，輸出所述被測數位訊號給所述微處理器；所述 微處理器用於對接收到的被測數位訊號進行處理，並將獲得的測量結果輸 出給所述外接設備進行顯示。這裡所述外接設備可包括LCD顯示器，鍵盤等。如附圖3所示，血流灌注指數PI值採樣模塊在所述微處理器內，所述 PI值採樣模塊包括一低通濾波模塊， 一高通濾波模塊和一運算模塊，PI值 採樣模塊從所述微處理器獲取光衰減量原始信號，經過低通濾波器去除高 頻幹擾，經高通濾波器獲得交流分量，低通濾波模塊和高通濾波器的輸出 端均連至所迷運算模塊，通過所述運算模塊運算，用總的光衰減量減去交 流分量而獲得直流分量，並通過所述運算器運算將交流與直流相比得到PI 值，最終將PI值通過所述微處理器進行信號處理後，將獲得的測量結果輸 出給LCD顯示器。如附圖4所示是本實用新型的一個監測身體外周部分(如指尖或耳垂) 脈搏變化的探頭示意圖，發光管與所述光頻率轉換傳感器相對應設置在一 個凹槽內，用於監測身體外周部分的脈搏變化，所述凹槽可設計成與手指 或耳垂相適配的一端開口的空腔，使用時探頭套在身體的外周部分(如指 尖或耳垂)，上壁固定了兩個並列放置的發光二極體，發光波長分別為 660nm紅光和940nm紅外光，下壁有一個接收管(光頻率轉換傳感器)； 脈搏血氧飽和度的測量方法是用兩種波長的發光二極體發出的紅色與紅外 光透過身體的外周部位(如手指或耳垂)，由對側的光敏傳感器檢測到透射 的光信號，再根據紅光和紅外光對氣合血紅蛋白與還原血紅蛋白的吸收率 不同的特性，檢測電路先得到脈動動脈血流所導致的光線吸收的變化波形， 然後據此計算出脈搏血氧飽和度以及脈率值。
為了減少環境光對脈搏信號測量的影響，同時考慮到傳感器使用的方便 性，採用密封的指套式包裝方式，整個外殼採用不透光的介質和顏色，盡 量減小外界環境光的影響，為了避免測量過程中的二次反射光的影響，在 指套式傳感器的內層表面塗上一層吸光材料，這樣能有效減少二次反射光 的幹擾。本實用新型將發光管，光頻率轉換傳感器和微處理器一體設置，封裝成為一血氧檢測模塊，如附圖5所示，其輸出端可接I/0接口， RAM存儲器 等，此血氧檢測模塊可置於多種參數測量儀內，如可應用於指式脈搏血氧 檢測、手持式脈搏血氧檢測、多參數監護儀的血氧檢測等儀器中， 一體模 塊化設計，提高了系統的集成度。本實用新型可測量血流灌注指數PI指數(PI-Perfiision Index), PI指數 反映了被測部位在當前生理狀態下的血流灌注情況；根據PI顯示，調整測 量部位和放置情況以獲得良好的信號強度，在PI值較高的位置測量，可減 小測量誤差。關於PI值的定義、測量和臨床意義描述如下測量時，透過身體組織 的光衰減量如附圖6所示，應包括血的成份(動脈血、靜脈血)及非血成份(皮 膚、骨骼，結締組織等)。非血成份不隨脈動過程而變化，而血的成份隨脈動 過程引起的血液流入與流出血管床的容量變化而變化，因此前者(非血成份) 對光的吸收量是不變的(稱為直流)，而後者對光的吸收量是脈動的(稱為 交流)。光衰減量的變化是由於動脈容積搏動所引起的,從而就可以從光的 總衰減量中除去直流成份，用餘下的交流成份進行分析，計算出動脈血的氧 飽和度。血流灌注指數PI值則就是以上交流分量與直流分量地比值，反映了動 脈血液的灌注能力。由PI值的計算可看出在另外一個分量(直流分量) 不變的情況下，直流分量越低或交流分量越高，PI值則越大。因此，測量 部位(皮膚、指甲、骨骼等影響)和病人本身的血流灌注情況(動脈血液
的流動情況)都將影響PI值。由子交感神經會影響心率和動脈血壓(影響 脈搏動脈血流)，所以人體的神經調節系統或精神狀態也會間接影響PI值。因而，不同麻醉的狀態下，其PI值也會不同。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以 改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
權利要求1、一種脈搏血氧檢測裝置，包括一光源，微處理器和外接設備，其特徵在於還包括光頻率轉換傳感器，所述光頻率轉換傳感器用於接收光源通過被測物體衰減後的被測光信號，並將被測光信號轉換成被測數位訊號輸出給所述微處理器，所述微處理器用於對接收到的被測數位訊號進行處理，並將獲得的測量結果輸出給所述外接設備進行顯示。
2、 根據權利要求1所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，所述光 頻率轉換傳感器包括光敏二極體和電流頻率轉換器，所述光敏二極體用於 接收衰減後的被測光信號，將被測光信號轉換成被測電信號輸出至所述電 流頻率轉換器，所述電流頻率轉換器用於輸出所述被測數位訊號。
3、 根據權利要求1所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，所述微 處理器內還包括一低通濾波模塊， 一高通濾波模塊和一運算模塊，所述低 通濾波模塊用於濾除被測光信號中的高頻幹擾信號，所述高通濾波模塊用 於獲取被測光信號中的交流分量，所述低通濾波模塊和所述高通濾波器的 輸出端均連至運算模塊，通過所述運算模塊運算獲得被測光信號中的直流、 交流分量及血流灌注指數。
4、 根據權利要求1所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，所述光 源、光頻率轉換傳感器和所述微處理器一體設置，封裝成為一血氧檢測模 塊，用於測量血氣飽和度，脈率和血流灌注指數。
5、 根據權利要求1所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，還包括 一個穩壓電源，用於給所述光源、光頻率轉換傳感器和所述微處理器供電。
6、 根據權利要求5所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，所述光 頻率轉換傳感器與所述穩壓電源相連端還包括一個接地電容，用於過濾電 源輸入雜波，穩定電源。
7、 根椐權利要求4所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，所述光 源及光頻率轉換傳感器設置在一探頭上，所述探頭有一個與身體被測部位 相適配的凹槽，所述光源及光頻率轉換傳感器分別設置在所述凹槽相對應 的兩內側壁上。
8、 根據權利要求7所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，所述凹 槽內層表面塗有吸光材料，用於減少二次反射光的千擾。
9、 根據權利要求7所述的脈搏血氧檢測裝置，其特徵在於，所述光 源採用發光二極體，所述發光二極體包括至少兩個，被並列設置在所述凹 槽內的側壁上，用於發射紅光或紅外光。
專利摘要本實用新型所提供的一種既能測量血氧飽和度與脈率又能測量血流灌注指數(PI)的脈搏血氧檢測裝置，包括一光源，光頻率轉換傳感器，微處理器和外接設備，所述光頻率轉換傳感器用於接收光源通過被測物體衰減後的被測光信號，並將被測光信號轉換成被測數位訊號輸出給所述微處理器，所述微處理器用於對接收到的被測數位訊號進行處理，並將獲得的測量結果輸出給所述外接設備進行顯示；這種採用數字晶片集成式的脈搏血氧檢測裝置由於無模擬器件，減少了元器件數目，從而提高了系統穩定性，可靠性，靈敏度和測量精度以及批量生產的一致性。
文檔編號A61B5/0205GK201033073SQ20072011857
公開日2008年3月12日 申請日期2007年2月7日 優先權日2007年2月7日
發明者劉建斌, 曹妮妮, 佳 王, 韓海洋 申請人:深圳市科瑞康實業有限公司