專利名稱：用于存在干擾物時透皮并無創(chuàng)地檢測和測量機動車駕駛員血液中酒精的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可快速、準(zhǔn)確地確定機動車駕駛員血液中酒精的存在，并且在喝入酒精的幾分鐘內(nèi)且存在干擾物(interferent)時透皮并無創(chuàng)地準(zhǔn)確測量酒精濃度的系統(tǒng)與方法。該系統(tǒng)使用嵌入機動車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的傳感器陣列、圖像識別文庫、以及相關(guān)的圖像識別、分析物鑒別(Analyte Identification)和干擾物辨別算法，通過測量駕駛員的透皮吸收酒精濃度來確定駕駛員血液中酒精的存在。如果所測量的酒精超過預(yù)設(shè)的限制，則激活阻止車輛移動的互鎖系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在酒精的影響下駕駛已經(jīng)并繼續(xù)成為美國致命的機動車事故中的頭號原因。過去幾十年在阻止醉酒駕駛員(或酒精受損駕駛員)駕駛汽車方面已經(jīng)取得進步的同時，該問題依然存在并且涉及醉酒駕駛員的事故平均每天致36人死亡和700人受傷。然而，使用正確的技術(shù)，就算不能全部也能大部分阻止醉酒駕駛員造成的這些死亡和傷害。體內(nèi)酒量測定器系統(tǒng)(Breathalyzer)是目前可用于打擊酒精受損駕駛的主要手段。然而，由于體內(nèi)酒量測定器系統(tǒng)通常是引人注目、笨重且對駕駛員的傷害非常大的，因此體內(nèi)酒量測定器系統(tǒng)對已經(jīng)接受授權(quán)使用該系統(tǒng)的酒后駕駛(DUI)違法者的達(dá)標(biāo)率很低。需要的是車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是非入侵式的，以至于它的使用率與駕駛?cè)蝿?wù)無縫
纟口口。已經(jīng)設(shè)計出多種其他的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)嘗試在駕駛員開車之前或開車的過程中測量駕駛員的損害并打擊醉酒駕駛。一些系統(tǒng)已經(jīng)嘗試通過要求駕駛員在給定的時間內(nèi)以任意的順序按動按鈕來直接測量駕駛員的損害。其他系統(tǒng)已經(jīng)嘗試通過測量組織酒精濃度或呼吸酒精濃度來確定駕駛員的血液酒精濃度。然而，這些系統(tǒng)的復(fù)雜性、費用和侵入性通常使得它們不適合廣泛使用和不能達(dá)標(biāo)。此外，存在各種干擾物(非酒精的物質(zhì))時，現(xiàn)有技術(shù)中許多裝置的準(zhǔn)確性大大降低。比如丁烷、汽油、香水或者含酒精產(chǎn)品的這些干擾物，可示意或混淆現(xiàn)有技術(shù)的傳感器以顯示出假陽性或不能顯示出潛伏酒精的存在。需要的是一種能夠快速、準(zhǔn)確地確定駕駛員血液中酒精的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在存在任何干擾物時無創(chuàng)地進行該確定、并適合于廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)和方法，用于使用一組嵌入到任何機動車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)中的傳感器來檢測駕駛員血液中酒精的存在，并在駕駛員開始喝入酒精的幾分鐘內(nèi)且存在干擾物時透皮地、快速地、準(zhǔn)確地并無創(chuàng)地確定駕駛員血液中酒精的濃度。該車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)的元件足夠緊湊，以便裝配在機動車的轉(zhuǎn)向機構(gòu)內(nèi)部，并且，該車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)是醉酒駕駛防止系統(tǒng)的一個組件，該醉酒駕駛防止系統(tǒng)可合并入機動車內(nèi)，該機動車可防止攝取了酒精或者其血液酒精濃度(BAC，Blood Alcohol Concentration)超過預(yù)設(shè)限制的駕駛員開車。通過測量駕駛員的透皮吸收酒精濃度(TAC，Transdermal Alcohol Concentration)來檢測駕駛員血液中酒精的存在。駕駛員的透皮吸收酒精濃度可按如下操作進行測量通過收集駕駛員手中散發(fā)的已排出汗液的(pre-perspiratory)蒸氣，將傳感器陣列放入蒸氣中，然后使用圖像識別文庫以及相關(guān)的圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法，以處理傳感器反應(yīng)數(shù)據(jù)。如果測量出TAC大于0，那么可知酒精存在于駕駛員的血液中，并且在零容忍的情況下激活合適的互鎖裝置(interlock)。利用車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)也可確定實際的BAC水平，通過首先測量駕駛員的TAC，然后使用靜脈注射人體試驗 (Intravenous Human Testing)中得出的查找表數(shù)據(jù)庫，以發(fā)現(xiàn)與該駕駛員的TAC對應(yīng)的 BAC0該數(shù)據(jù)庫可包括針對該駕駛員的生理和代謝信息。顯然，即使存在干擾物，本發(fā)明可進行準(zhǔn)確的TAC測量。這是由于一個或多個化學(xué)電容傳感器陣列、以及相關(guān)的圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法的獨特組合，該獨特組合能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的分析物進行鑒別和量化。在一個實施例中，每個傳感器陣列中的化學(xué)電容傳感器涂覆如化學(xué)吸收劑聚合物的選擇性吸收材料(Selectively Absorbing Material)作為電介質(zhì)。酒精和干擾物(分析物)被吸收到該電介質(zhì)中，改變電介質(zhì)的介電常數(shù)并導(dǎo)致該傳感器電容增大或減小。可對電容的變化進行電學(xué)檢測和測量。設(shè)計這些傳感器，使得至少兩個傳感器對相同的分析物有不同的響應(yīng)。因此，在一個實施例中，選擇吸收特定目標(biāo)分析物的聚合物。基于這種聚合物的吸收目標(biāo)分析物的能力，每個傳感器具有特定的和不同的聚合物涂層。每個聚合物涂層以不同的方式對每個分析物做出反應(yīng)。通過傳感器檢測時，不同的酒精濃度或酒精/干擾物混合物將產(chǎn)生不同的電容變化，以至于產(chǎn)生不同的傳感器反應(yīng)。因此，不同的酒精濃度或化學(xué)混合物將產(chǎn)生傳感器反應(yīng)尖峰信號的確切、獨特且可辨別的圖像，通過同時查看傳感器陣列上的各個傳感器反應(yīng)，可觀察到這些傳感器反應(yīng)尖峰信號。然后，通過圖像識別文庫處理產(chǎn)生的反應(yīng)圖像，該文庫包含大量的圖像化反應(yīng) (Patterned Response)，這些圖像化反應(yīng)對應(yīng)于酒精的傳感器輸出以及針對每個不同聚合物的潛在干擾物的傳感器輸出。針對每個不同的聚合物，在多種濃度、溫度和濕度水平下測量和記錄對每個分析物的反應(yīng)，并將這些反應(yīng)儲存在圖像識別文庫中。處理器利用圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法對蒸氣中的分析物進行分類，即對分析物進行鑒別和量化。在化學(xué)電容傳感器陣列中，在每個傳感器中使用不同的聚合物，如此，除了可增加更大的冗余度和精確度，還可提供干擾物抑制的基礎(chǔ)。化學(xué)電容傳感器陣列還可同其他傳感器技術(shù)相結(jié)合使用，比如用于增加靈敏度和干擾物鑒別的電阻式化學(xué) (chemi-resistive)傳感器、金屬氧化物傳感器和電化學(xué)傳感器。將每個傳感器聚合物組合(knsor-polymer Combination)的輸出饋入圖像識別文庫中針對該聚合物的通道。對于每個傳感器聚合物組合，這同時發(fā)生在各個單獨通道中。 然后，根據(jù)圖像識別算法處理每個聚合物通道的傳感器反應(yīng)，以鑒別從所給定的傳感器聚合物組合中產(chǎn)生這種信號的分析物的可能組合。接下來，使用分析物鑒別和辨別算法來確定出現(xiàn)的每個分析物的特性(identity)和濃度。在“零容忍”系統(tǒng)的情況下，僅鑒別酒精的存在就是足夠的。對于BAC的計算，這些算法利用圖像識別文庫中的輸出來鑒別和量化這些傳感器檢測到的分析物。這些算法可包括線性回歸建模、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和/或統(tǒng)計分析，用于說明圖像識別文庫輸出，以鑒別和量化出現(xiàn)的分析物。一旦完成鑒別和量化，就從整個傳感器陣列的反應(yīng)中刪除干擾物引起的傳感器反應(yīng)。如此，可得到準(zhǔn)確的TAC測量結(jié)果，然后可使用嵌入的人體試驗數(shù)據(jù)庫將該TAC測量結(jié)果與駕駛員相應(yīng)的BAC相關(guān)聯(lián)，該人體試驗數(shù)據(jù)庫可包括駕駛員的生理數(shù)據(jù)。本發(fā)明的目的之一在于提供一個可廣泛使用、并在存在干擾物時能夠快速、準(zhǔn)確并無創(chuàng)地確定駕駛員的血液中是否存在酒精的系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于提供一個可廣泛使用的、并在存在干擾物時能夠快速準(zhǔn)確并無創(chuàng)地確定駕駛員的實際BAC水平的系統(tǒng)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明操作的傳感器陣列的示意圖；圖2為確定機動車駕駛員的透皮吸收酒精濃度(TAC)并將該TAC發(fā)送到該機動車內(nèi)的系統(tǒng)的過程的操作流程圖；圖3示出了傳感器反應(yīng)尖峰信號的圖像；圖4為根據(jù)本發(fā)明建立的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的俯視圖；圖5為確定機動車駕駛員的血液酒精濃度(BAC)并將該BAC發(fā)送到該機動車內(nèi)的系統(tǒng)的過程的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出了一種車內(nèi)酒精檢測的系統(tǒng)和方法，該車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)和方法使用化學(xué)電容傳感器陣列、圖像識別文庫以及相關(guān)的圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法的組合，以在駕駛員開始喝入酒精的幾分鐘內(nèi)并存在干擾物的情況下快速、準(zhǔn)確并無創(chuàng)地透皮檢測駕駛員血液中酒精的存在。然后，該系統(tǒng)向車輛決策模塊(Vehicle Decision Module)指示駕駛員血液中存在或不存在酒精，允許該車輛決策模塊決定允許還是阻止駕駛員駕駛機動車輛。通常，車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)使用的一個或多個傳感器陣列包括多個傳感器。該陣列內(nèi)的至少兩個單獨的傳感器以不同的方式對相同的分析物進行響應(yīng)。在本發(fā)明的一個實施例中，這些傳感器為化學(xué)電容傳感器，并且每個傳感器具有自己獨特的聚合物涂層。這些傳感器基于微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置，將電容的變化作為被測量的對象。更具體地，該傳感器陣列由圖1所示的多個電極對構(gòu)成。該電極對中的每個部件 (member)為驅(qū)動電極或感應(yīng)電極。通常，傳感器陣列20包括基底1。在一個非限制性的實例中，將屏蔽層4配置在基底1的表面上。使用不同的聚合物感應(yīng)材料7a-7d涂覆各種電極對。每個電極對具有不同的且單獨的聚合物。感應(yīng)電極對12、13、14和15中的每個都包含各自的驅(qū)動電極10和感應(yīng)電極11，將該電極提高到基底1的表面之上。各個內(nèi)腔(bore) 16提供通道，用于將聚合物7a_7d填充到傳感器聚合物7a-7d內(nèi)。通風(fēng)孔(vent) 17允許蒸氣進入和離開各個傳感器。這些微電容傳感器為MEMS裝置，它們既可為固定的圓形平板形式，該圓形平板的直徑通常為350微米，也可為高位叉指型傳感器元件(element)，這些元件大約400微米X500微米，具有電極對12、13、14和15 (每個柱通常相隔3. 5微米)的間隔的感應(yīng)電極11和驅(qū)動電極10，感應(yīng)電極11和驅(qū)動電極10平行布置，并由2微米高的絕緣柱 (Insulating Post)支撐，該絕緣柱位于更下面的基底1上。目標(biāo)分析物和聚合物7之間的交互更改了該聚合物的電介質(zhì)屬性，導(dǎo)致傳感器的電容在皮法(PF)范圍內(nèi)變化。所述MEMS 裝置可包括模擬放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及用于校準(zhǔn)、線性化、溫度與濕度補償?shù)臄?shù)字智能設(shè)備。聚合物吸收分析物的量取決于聚合物的化學(xué)屬性。通過實例，非極性聚合物容易吸收非極性分析物。相反，極性聚合物容易吸收極性分析物。因此，選擇傳感器的不同聚合物涂層，用于存在預(yù)期的干擾物的情況下分析物酒精的檢測。從基線(baseline)測量傳感器反應(yīng)尖峰信號，使得該化學(xué)濃度越高，可觀察到的反應(yīng)就越大；比如由電容變化引起的電壓隨時間的變化。傳感器陣列20還可包括用于環(huán)境濕度和溫度的傳感器。這些傳感器可為與基底 1整體制造的MEMS。然而，也可用分離的部件形成傳感器。每個傳感器陣列20內(nèi)的多個傳感器(電極對12-1 對恰當(dāng)干擾物的剔除是至關(guān)重要的。通常，當(dāng)存在干擾的化學(xué)物質(zhì)時，現(xiàn)有技術(shù)的實時酒精探測器容易產(chǎn)生虛假讀數(shù)。 個別地，傳感器12、13、14或15中的任何一個可能無法區(qū)分酒精和干擾物，但當(dāng)結(jié)合使用多個傳感器時，可鑒別和量化各個分析物。通過比較多個涂覆有不同的聚合物的化學(xué)電容器的反應(yīng)，就能夠利用產(chǎn)生的聚合物反應(yīng)圖像將干擾物從酒精中區(qū)分開。為了可靠地測量透皮吸收酒精濃度(TAC)，車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)獲取傳感器陣列20 的輸出，鑒別和量化所有檢測的分析物，然后減去干擾物對整個傳感器反應(yīng)的貢獻(xiàn)，若有的話，僅僅剩下酒精的貢獻(xiàn)。傳感器陣列20可由十個傳感器通過非限制性實例構(gòu)成(根據(jù)上述的圖1可構(gòu)造每個傳感器)，每個傳感器涂覆有不同的聚合物7以最大化化學(xué)空間的覆蓋范圍。當(dāng)存在分析物時，每個傳感器會產(chǎn)生各自的具有變化高度峰值的輸出信號。該峰值高度與分析物的濃度成比例，反過來，該峰值高度為傳感器涂覆的聚合物的函數(shù)。在最好的情況下，至少一個傳感器將給每個分析物提供獨特的信號峰值，并且至少兩個傳感器在相同分析物存在的情況下產(chǎn)生不同的信號。即使存在具有寬的頻譜范圍內(nèi)的可能的干擾物時，傳感器陣列20 中的每個傳感器生成由各個變化引起的傳感器反應(yīng)的圖像，允許酒精或任何其他目標(biāo)分析物的檢測、鑒別和測量。此外，通過鑒別聚合物最大化檢測和系統(tǒng)應(yīng)用，這些聚合物對可能的干擾物中的目標(biāo)分析物(比如酒精)具有獨特反應(yīng)。車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)的第二元件是使用圖像識別文庫以及相關(guān)的圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法，在存在干擾物的情況下鑒別和測量酒精。中央處理器(CPU)利用儲存在圖像識別文庫中的數(shù)據(jù)，通過使用圖像識別算法鑒別和量化這些傳感器檢測的分析物。該文庫包含反應(yīng)圖像，這些反應(yīng)圖像表示每種聚合物反應(yīng)出來的酒精和干擾物的不同混合狀態(tài)和濃度。然后使用可包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和統(tǒng)計分析的分析技術(shù)(下面討論)從每個單獨信號的分析中提取TAC的值。通過鑒別和量化出現(xiàn)的分析物，并從整個反應(yīng)中減去干擾物的反應(yīng)部分，來確定實際的TAC。這就產(chǎn)生了每個傳感器聚合物組合的TAC水平值。 接下來可對(A)具有或沒有酒精、或者(B)出現(xiàn)的酒精的實際值，進行概率性確定。在優(yōu)選的實施例中，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，因為該網(wǎng)絡(luò)能夠通過一套實例學(xué)習(xí)輸入輸出映射。在這種情況下，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將圖像識別文庫的輸出當(dāng)作輸入，并且產(chǎn)生TAC作為網(wǎng)絡(luò)的輸出。在優(yōu)選的非限制性的實例中，也可包括溫度和濕度傳感器的輸入，以彌補周圍環(huán)境對這些傳感器的影響?？紤]到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和輸入圖像(即圖像識別文庫)的訓(xùn)練集， 根據(jù)每個聚合物反應(yīng)圖像，可變權(quán)值的集合確定該網(wǎng)絡(luò)的輸出。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括這些因素如網(wǎng)絡(luò)類型、每層中節(jié)點的數(shù)量和這些節(jié)點之間的連接?？砂凑杖缦虏襟E開發(fā)初始神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)1)從各種解決方法中的初始集合[總體 (populations)]開始，其中，所述解決方法是為實現(xiàn)某個目標(biāo)的候選策略；2)隨機改變(如轉(zhuǎn)變和/或重組)現(xiàn)有數(shù)據(jù)總體中的一些或所有個體；幻根據(jù)各個特定目標(biāo)定量地評估該總體中每個個體的價值；4)利用選擇規(guī)則從總體中選擇各解決方法的子集作為下一代的母體(parents) ；5)除非滿足了停止準(zhǔn)則(halting criterion)，否則返回到步驟2?，F(xiàn)在參見圖3，該圖中顯示了傳感器反應(yīng)尖峰信號19的圖形，傳感器反應(yīng)尖峰信號19表示隨時間變化的電壓信號，該信號是由各個傳感器陣列20對各種分析物的交互作用產(chǎn)生的。每個傳感器，正如表示傳感器陣列20內(nèi)不同聚合物涂層的傳感器P1-P7，展示了對所示特定分析物A1-A5的不同反應(yīng)。每個傳感器P1-P7在這些傳感器周圍的環(huán)境下檢測這些特定分析物的存在或不存在。選擇具體的聚合物以對目標(biāo)分析物進行鑒別。當(dāng)暴露于不同濃度的特定分析物中時，每個聚合物產(chǎn)生獨特類型的信號峰值圖像，包括根本沒有峰值的圖像。通常，特定分析物的濃度越高，峰值就越大。反應(yīng)的獨特性能夠產(chǎn)生匹配文庫的圖像。對每種分析物設(shè)置的每種傳感器聚合物的獨特圖像反應(yīng)，也能夠使計算裝置160利用圖像識別文庫和基于鑒別及量化算法116的相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用這一系列的傳感器反應(yīng) 19對酒精的存在或不存在進行判斷。現(xiàn)在參見附圖，尤其是圖2，示出了車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)的操作流程圖。當(dāng)暴露于已排出汗液的蒸氣中時，傳感器陣列20內(nèi)的各個傳感器12-15產(chǎn)生獨特的傳感器反應(yīng)尖峰信號19a-19n。綜合來看，這些傳感器反應(yīng)尖峰信號19a-19n形成傳感器陣列反應(yīng)圖像，該圖像為圖像識別文庫116及其相關(guān)聯(lián)的圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法118提供輸入。如上所述，圖像識別文庫116包括多個圖像，這些圖像經(jīng)驗上通過控制試驗程序得出， 對應(yīng)于潛在的反應(yīng)圖像19。專用集成電路(ASIC)或CPU 160使用這些鑒別和量化算法處理圖像識別文庫116的輸出，確定TAC水平。正如下面將要說明的，所述CPU和圖像識別文庫116構(gòu)成了計算裝置160的一部分。CPU 160將通過通道基礎(chǔ)(Channel Basis)在通道上的每個傳感器輸出與儲存在圖像匹配文庫116中的已知反應(yīng)進行比較，以在每個通道基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個或多個匹配162。然后，在表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)118的非限制性的實施例中，根據(jù)這些算法由CPU 116處理圖像的匹配結(jié)果162，以根據(jù)匹配結(jié)果162確定酒精的存在和/或存在的酒精的量的概率，該概率反過來是傳感器陣列輸出19的比較結(jié)果的函數(shù)。換言之，計算裝置160使用圖像識別文庫116的輸出，來鑒別和量化傳感器檢測到的包括酒精在內(nèi)的分析物。這樣，會得到TAC水平值。接下來，將生成的TAC測量值提供給機動車上各個特定的元件。作為這種元件中的一個，車輛決策模塊(VDM) 119，會激活電氣或機械元件如車輛互鎖裝置117，以在零容忍的實施例中防止TAC測量值大于0的任何車輛移動。這種元件中的另一個，駕駛員信息接口(DII) 122，提供數(shù)字或發(fā)光二極管(LED)顯示器，該顯示器可從駕駛員的座位上看到，用于指示酒精存在、酒精不存在、或該駕駛員的BAC值。此外，還會記錄可包括時間、溫度和濕度的信息?，F(xiàn)在參見圖4，一種車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)實施例的各個元件(通常表示為100)安裝在轉(zhuǎn)向機構(gòu)中，如圖所示。安裝有一個或多個采集點110，優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)向機構(gòu)100邊緣部分的背面上安裝一個或多個采集點110，并將這些采集點安裝在便于從駕駛員的手掌上采集已排出汗液的蒸氣的位置上。這些采集點Iio通過惰性管(Inert Tubing) 130機械地連接到位于轉(zhuǎn)向機構(gòu)中心的傳感器設(shè)備120中。傳感器設(shè)備120連接到并使用低壓(通常12 伏)直流電源，并且使用微型氣泵140將已排出汗液的蒸氣從通過惰性管130的采集點110 牽引入傳感器設(shè)備120中。在傳感器設(shè)備120處也測量環(huán)境溫度和濕度。一旦已排出汗液的蒸氣到達(dá)傳感器設(shè)備120，該已排出汗液的蒸氣就指向傳感器陣列150，在該陣列中，該已排出汗液的蒸氣暴露在傳感器陣列150(例如具有傳感器陣列 20的結(jié)構(gòu))之內(nèi)的各種聚合物中。如上所述，通過分別在η個傳感器12-15上的聚合物和已排出汗液的蒸氣之間的交互作用，生成傳感器的電容反應(yīng)圖像。與環(huán)境溫度和濕度測量結(jié)果一起，將電容反應(yīng)圖像19轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號并通過電氣連接傳送到計算裝置160中。將計算裝置160電連接到傳感器設(shè)備120中，使得該計算裝置160可從傳感器陣列接收需要的輸入數(shù)據(jù)。計算裝置160包括處理單元、用于儲存圖像識別文庫116的存儲器、數(shù)據(jù)存儲媒介、以及輸入和輸出端口 ；其中，在該處理單元中運行圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法。所述圖像識別算法一旦接收輸入，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用所述輸入產(chǎn)生TAC 輸出。然后，硬線連接地或無線地將該TAC輸出發(fā)送給特定的車輛系統(tǒng)117、119和122。現(xiàn)在參見圖5，示出了一種車內(nèi)酒精檢測系統(tǒng)的可替代操作實施例的操作流程圖。 使用相似的數(shù)字指示相似的結(jié)構(gòu)；主要的不同之處在于利用數(shù)據(jù)庫根據(jù)TAC來確定BAC。當(dāng)暴露于已排出汗液的蒸氣和可能的其他干擾物時，傳感器12-15中的每個都會產(chǎn)生反應(yīng)尖鋒信號19a-19n。綜合來看，這些傳感器反應(yīng)尖鋒信號形成傳感器反應(yīng)圖像19， 傳感器反應(yīng)圖像19給圖像識別文庫116提供輸入。計算裝置160利用圖像識別文庫116的輸出和相關(guān)聯(lián)的圖像識別、分析物鑒別和干擾物辨別算法118，根據(jù)輸入信號圖像識別和量化傳感器陣列20所檢測到的分析物。通過執(zhí)行這些處理算法如上面所述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)118， 獲得TAC的測量結(jié)果。在該實施例中，然后將生成的TAC值輸入到數(shù)據(jù)庫或查找表30中，利用該數(shù)據(jù)庫或查找表30，通過計算裝置160將TAC值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的BAC值。在優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)庫 30從人體試驗數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來，并且該數(shù)據(jù)庫可使用通過擴展人體靜脈試驗收集的駕駛員特定信息和常規(guī)實驗數(shù)據(jù)，將駕駛員的BAC和該駕駛員的TAC相關(guān)聯(lián)。該駕駛員特定信息可包括，但不限于生理數(shù)據(jù)如性別、年齡和身體質(zhì)量指數(shù)(BMI，Body Mass hdex)。在該實施例中，將BAC提供給車輛決策模塊117和駕駛員信息接口 122。只要駕駛員的BAC值高于建立該系統(tǒng)時所選擇的預(yù)設(shè)限制，該實施例中的車輛決策模塊117就制動車輛。該實施例中， 駕駛員信息接口 122提供從駕駛員的座位上可看到的BAC值的顯示(數(shù)字或LED)。上述實例與機動車的方向盤有關(guān)。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于任何車輛操作控制或利用手控的機械設(shè)備。如上所述，通過提供傳感器陣列和圖像匹配文庫，根據(jù)算法分析處理， 可提供用于任何與車輛和/或重型機械設(shè)備相關(guān)的操作控制的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)防止操作人員在喝入酒精的情況下操作該裝置。而且，雖然上述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與CPU或ASIC芯片執(zhí)行的算法分析有關(guān)，但是可使用其他統(tǒng)計模型，根據(jù)感測操作人員的已排出汗液的蒸氣預(yù)測TAC水平存在的概率。最后，本發(fā)明可以通過實例的方式使用化學(xué)電容傳感器陣列。本發(fā)明可使用能夠針對已排出汗液的蒸氣的存在產(chǎn)生獨特的傳感器圖像的其他傳感器技術(shù)， 如電阻式化學(xué)傳感器、金屬氧化物傳感器和電化學(xué)傳感器。 本發(fā)明在本文中已經(jīng)顯示和描述了認(rèn)為是最實際和優(yōu)選的實施例。然而，需要認(rèn)識到的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可對上述實施例進行變更，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員會進行顯而易見的修改。上述技術(shù)的其他直接應(yīng)用包括但不限于飛機、火車、輪船、重型設(shè)備和核反應(yīng)堆中的轉(zhuǎn)向或控制機構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于探測和測量血液中酒精的設(shè)備，其特征在于，包括傳感器陣列，配置為處理人體散發(fā)的已排出汗液的蒸氣，所述已排出汗液的蒸氣包含一個或多個分析物；所述傳感器陣列中的各個傳感器，配置為對出現(xiàn)的分析物產(chǎn)生響應(yīng)信號；至少一個傳感器對分析物酒精產(chǎn)生可識別的信號；該傳感器陣列中至少兩個傳感器相同的分析物產(chǎn)生不同的響應(yīng)信號；圖像識別文庫，配置為儲存對應(yīng)于所述傳感器陣列一個或多個輸出的信號圖像；計算裝置，配置為接收來自所述傳感器陣列中的各個輸出，比較所述陣列輸出與儲存在所述圖像識別文庫中的所述信號圖像，并根據(jù)該比較結(jié)果確定透皮吸收酒精含量測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述計算裝置通過對圖像識別文庫的輸出進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析，確定透皮吸收酒精含量測量結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器的輸出是出現(xiàn)目標(biāo)分析物時電容變化的函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器陣列中的至少一個傳感器為環(huán)境濕度的傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳感器陣列中的至少一個傳感器為環(huán)境溫度的傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述計算裝置通過確定對應(yīng)于干擾物的陣列輸出的部分并通過從陣列輸出中減去由干擾物引起的信號部分，確定透皮吸收酒精含量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備配置在車輛內(nèi)，該車輛包括操作控制器，至少傳感器配置在該操作控制器內(nèi)，該操作控制器為運轉(zhuǎn)該車輛與該車輛的使用者相接觸；該車輛還包括與所述計算裝置通信并根據(jù)透皮吸收酒精含量測量結(jié)果從計算裝置接收信號的車輛決策模塊，該車輛決策模塊根據(jù)透皮吸收酒精含量測量結(jié)果阻止車輛移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述操作控制器為方向盤。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述圖像識別文庫和計算裝置配置在所述操作控制器上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括駕駛員信息接口，該駕駛員信息接口配置為從所述計算裝置接收輸出信號并為車輛操作員提供可視的、指示操作員血液中存在或不存在酒精的顯示。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括人體數(shù)據(jù)庫，該人體數(shù)據(jù)庫配置為儲存用于將透皮吸收酒精含量測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成血液酒精含量測量結(jié)果的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將所述計算裝置可操作地連接到該人體數(shù)據(jù)庫以確定人的血液酒精含量。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括駕駛員信息接口，該駕駛員信息接口配置為從所述計算裝置接收輸出信號并為車輛操作員提供可視的、指示操作員血液中存在或不存在酒精濃度的顯示。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述計算裝置配置為通過統(tǒng)計分析圖像識別文庫的輸出確定透皮吸收酒精含量和測量結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可在喝入酒精的幾分鐘內(nèi)并存在干擾物時透皮并無創(chuàng)地、快速且準(zhǔn)確地檢測與測量機動車駕駛員血液中酒精的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括嵌入機動車轉(zhuǎn)向機構(gòu)的傳感器陣列、通過實驗分析各種組合和濃度下的各種分析物產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)庫、用于確定駕駛員透皮吸收酒精濃度的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識別算法、以及從人體試驗中得出的數(shù)據(jù)庫，該人體試驗將駕駛員透皮吸收酒精濃度與駕駛員血液酒精濃度相關(guān)聯(lián)。所述檢測系統(tǒng)與機動車決策模塊相結(jié)合，該機動車決策模塊可防止血液酒精濃度(BAC)超過預(yù)設(shè)限制的駕駛員駕駛機動車。
文檔編號A61B5/00GK102438510SQ201080022201
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者丹尼斯·貝爾哈穆爾, 凱瑟琳·卡羅爾, 約翰·卡羅爾 申請人:索比爾轉(zhuǎn)向傳感器公司