本發(fā)明實施例涉及血氧測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線血氧測量的裝置。

背景技術(shù)：

多參數(shù)監(jiān)護儀是一種測量和控制病人生理參數(shù)的儀器，多參數(shù)監(jiān)護儀能為醫(yī)學臨床診斷提供重要的病人信息，通過各種功能模塊，可實時監(jiān)測人體的心電信號、心率、血氧飽和度、血壓、呼吸頻率和體溫等重要參數(shù)，如果出現(xiàn)超標可發(fā)出警報。

現(xiàn)有的監(jiān)護儀采用的都是有線連接方式，即要實現(xiàn)對患者各種生理參數(shù)的監(jiān)測，各種監(jiān)測探頭一端接在監(jiān)護儀上，一端接到患者身體上，監(jiān)測的生理參數(shù)越多，使用的監(jiān)測探頭也就越多，連接患者和監(jiān)護儀的數(shù)據(jù)線也就越多。這種血氧探頭有模擬的血氧探頭和數(shù)字式的血氧探頭，但是無論哪種血氧探頭，在手術(shù)，icu護理等常用情景中，過多的數(shù)據(jù)線會對醫(yī)生的操作形成很大干擾和障礙。

近幾年的可穿戴醫(yī)療技術(shù)的蓬勃發(fā)展，有越來越多的可穿戴血氧測量產(chǎn)品的出現(xiàn)，技術(shù)都已經(jīng)越來越成熟，但是目前該應用主要適用于家庭場景，對于專業(yè)醫(yī)療場景的應用非常的少，主要限制還在于目前的應用方式還是一個獨立的系統(tǒng)，需要一個前端血氧傳感器，一個中間的無線轉(zhuǎn)接單元和一個后端的顯示器組成，該種方式架構(gòu)一方面導致整個系統(tǒng)的成本昂貴，一方面又受限于手術(shù)室的空間限制很難有容納單獨一個顯示器的空間，另一方面，醫(yī)護人員已經(jīng)習慣了對監(jiān)護儀的觀察和參考。因此，如果能夠?qū)⒛壳艾F(xiàn)有的無線血氧傳感器實現(xiàn)在監(jiān)護儀上的顯示，將具有一個非常重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例所解決的技術(shù)問題之一在于提供一種無線血氧測量的裝置，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中無線測量設(shè)備無法接入到監(jiān)護儀中的技術(shù)缺陷，達到利用傳統(tǒng)的監(jiān)護儀，不改變醫(yī)護人員使用習慣、借助監(jiān)護儀對his等系統(tǒng)的現(xiàn)成接口將血氧數(shù)據(jù)接入的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對患者的無線生命體征監(jiān)測效果。

本發(fā)明實施例提供一種無線血氧測量的裝置，其包括：

前端血氧探頭，用于采集患者的血氧相關(guān)的光電信號；

第一射頻收發(fā)電路，與所述前端血氧探頭電連接，用于將血氧光電信號進行無線發(fā)送；

脈沖同步電路，與所述脈沖發(fā)生電路和監(jiān)護儀電連接，用于采集監(jiān)護儀控制光電led的時序脈沖，并將時序脈沖發(fā)送給脈沖發(fā)生電路；

第二射頻收發(fā)電路，與所述脈沖發(fā)生電路電連接，用于接收第一射頻收發(fā)電路通過無線通訊通道發(fā)送過來的血氧光電信號；

脈沖發(fā)生電路，與所述第二射頻收發(fā)電路和脈沖同步電路電連接，用于接收數(shù)字化的光電信號并轉(zhuǎn)化為一定頻率的脈沖信號，同時按照脈沖同步電路的時序輸出不同頻率的脈沖信號。

由以上技術(shù)方案可見，本發(fā)明實施例克服了現(xiàn)有技術(shù)中無線測量設(shè)備無法接入到監(jiān)護儀中的技術(shù)缺陷，達到利用傳統(tǒng)的監(jiān)護儀，不改變醫(yī)護人員使用習慣、借助監(jiān)護儀對his等系統(tǒng)的現(xiàn)成接口將血氧數(shù)據(jù)接入的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對患者的無線血氧監(jiān)測效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明實施例中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中無線血氧測量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中多參數(shù)監(jiān)護儀對人體進行血氧采樣的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中為不同血氧濃度對光線的吸收率曲線；

圖4為本發(fā)明實施例中前端血氧采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖1；

圖5為本發(fā)明實施例中前端血氧采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖2；

圖6為本發(fā)明實施例中雙向led的驅(qū)動示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例中時序脈沖示意圖；

具體實施方式

當然，實施本發(fā)明實施例的任一技術(shù)方案必不一定需要同時達到以上的所有優(yōu)點。

為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明實施例一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明實施例中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明實施例保護的范圍。

下面結(jié)合本發(fā)明實施例附圖進一步說明本發(fā)明實施例具體實現(xiàn)。

本實施例中的無線血氧測量的裝置包括：

前端血氧探頭，用于采集患者的血氧相關(guān)的光電信號；

第一射頻收發(fā)電路，與所述前端血氧探頭電連接，用于將血氧光電信號進行無線發(fā)送；

脈沖同步電路，與所述脈沖發(fā)生電路和監(jiān)護儀電連接，用于采集監(jiān)護儀控制光電led的時序脈沖，并將時序脈沖發(fā)送給脈沖發(fā)生電路；

第二射頻收發(fā)電路，與所述脈沖發(fā)生電路電連接，用于接收第一射頻收發(fā)電路通過無線通訊通道發(fā)送過來的血氧光電信號；

脈沖發(fā)生電路，與所述第二射頻收發(fā)電路和脈沖同步電路電連接，用于接收數(shù)字化的光電信號并轉(zhuǎn)化為一定頻率的脈沖信號，同時按照脈沖同步電路的時序輸出不同頻率的脈沖信號。

圖1為本發(fā)明實施例中無線血氧測量的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，其包括：前端血氧采集模塊102、后端脈沖輸出模塊103，所述后端脈沖輸出模塊103通過連接線纜104與多參數(shù)監(jiān)護儀105進行連接。其中：

所述前端血氧采集模塊102具體包括：前端血氧探頭，用于采集患者的血氧相關(guān)的光電信號，本實施例中，采用的血氧探頭為模擬探頭，模擬血氧探頭接收到的光電信號可以轉(zhuǎn)換為模擬的電流信號，在本發(fā)明的其他實施例中則將光電信號轉(zhuǎn)換為一定頻率的脈沖信號；第一射頻收發(fā)電路，用于將數(shù)字化的光電信號進行無線發(fā)送，具體將其數(shù)字化的光電信號通過無線通訊通道傳送給后端脈沖輸出模塊103。

所述后端脈沖輸出模塊103具體包括：脈沖同步電路，用于采集監(jiān)護儀控制光電led的時序脈沖；第二射頻收發(fā)電路，用于接收第一射頻收發(fā)電路通過無線通訊通道發(fā)送過來的數(shù)字化的光電信號；脈沖發(fā)生電路，用于接收數(shù)字化的光電信號并轉(zhuǎn)換為一定頻率的脈沖信號，同時按照脈沖同步電路的時序輸出不同頻率的脈沖信號，將脈沖信號通過連接線纜104輸入到多參數(shù)監(jiān)護儀105中。

本實施例中，前端血氧采集模塊和后端脈沖輸出模塊具有同步功能，當后端脈沖輸出模塊測量到多參數(shù)監(jiān)護儀的采樣率以后和前端血氧采集模塊通信，使得前端血氧采集模塊的采樣率和多參數(shù)監(jiān)護儀采樣率保持一致。當多參數(shù)監(jiān)護儀和血氧前端采集模塊對人體進行血氧測量時，都會以某一個固定的采樣率獲取光信號經(jīng)過人體再入射到光電接收管后得到電信號，在這樣的情況下，后端脈沖輸出模塊就必須具備測試多參數(shù)監(jiān)護儀的血氧采樣率的功能，同時要求前端血氧采集模塊的采樣率和多參數(shù)監(jiān)護儀的血氧采樣率一致，從而有效還原原始頻率信號。

如圖2所示，本實施例中采用的是科曼的多參數(shù)監(jiān)護儀，該監(jiān)護儀以125hz的采樣率對人體進行血氧采樣，每一個采樣周期內(nèi)(8ms)，多參數(shù)監(jiān)護儀需要按照如圖中的時序在黑色實線上升沿的瞬間分別對紅外光1透射、環(huán)境光、紅外光2透射、環(huán)境光進行采樣。4個采樣點作為一個整周期為8ms。那么前端血氧采集模塊就按照8ms的周期間隔對人體進行采樣，從而保證兩者的采樣率是一致的。

目前血氧信號測量的原理主要如下所示：

人體所消耗的氧主要來源于血紅蛋白(在正常的血液中存在四種血紅蛋白：氧合血紅蛋白(hbo2)、還原血紅蛋白(hb)、碳氧血紅蛋白(cohb)、高鐵血紅蛋白(methb)。其中與氧氣做可逆性結(jié)合的是還原血紅蛋白，與氧氣不相結(jié)合的是碳氧血紅蛋白和高鐵血紅蛋白。)所攜帶的氧。通常稱血液中氧含量即指血液中氧合血紅蛋白的多少，用血氧飽和度這個物理量來描述血液中氧含量的變化?；A(chǔ)研究表明，氧合血紅蛋白和去氧合血紅蛋白對不同波長入射光有著不同的吸收率，如圖3所示，為不同血氧濃度對光線的吸收率曲線。而皮膚肌肉、骨骼、靜脈血等其他組織對光的吸收是恒定不變的。當用兩種特定波長的光線照射組織時，運用朗博比爾定律并根據(jù)血氧飽和度的定義即可推出動脈血氧飽和度的公式。

本實施例中，前端血氧探頭選擇為模擬血氧探頭，如圖4為對血氧的光電信號采集模擬電流信號的前端血氧采集模塊，圖中rx為接收經(jīng)過人體后光線的光電接收管，后續(xù)電路為將光電接收管的光電流信號進行處理的電路。具體地，如圖4所示，其包括rx，即為光電接收管；cf、rf和op1組成電流轉(zhuǎn)電壓放大電路，將光電二極管兩端的電流轉(zhuǎn)換為差分放大電壓，ri、rg和op2放大器組成二級電壓放大電路。

其工作的過程如下：

光電接收管產(chǎn)生的光電流比較小，經(jīng)過rf在op1一端形成電壓信號，該級電路主要實現(xiàn)從電流信號到電壓信號的轉(zhuǎn)換，同時cf和rf組成一定的濾波網(wǎng)絡(luò)，能對帶外的噪聲產(chǎn)生一定的限制，該級運放主要要求噪聲比較低，從而不影響原始信號的信噪比。ri、rg和op2放大器組成的二級電壓放大電路主要用于將前級電流轉(zhuǎn)電壓電路生成的微弱電壓信號進行放大，產(chǎn)生信號vdiff，使得輸出信號vdiff電壓范圍滿足后級adc的電壓輸入范圍，同時rg是阻值可變的數(shù)字電位器，通過調(diào)整rg的值可以調(diào)整第二級放大電路的增益，從而改變輸出信號的電壓幅值。

i＝i0e^-5(λ)cd(1)

其中i。為入射光光強，ε(λ)為吸光介質(zhì)的吸光系數(shù)，c為介質(zhì)的濃度以及d為光穿過介質(zhì)的長度距離，i為反射光光強

公式(2)中，t為透射度，那么從(2)變形就可以得到下列公式中的光吸收系數(shù)a：

a＝-ln(t)＝ε(λ)cd(3)

當一束光通過吸光介質(zhì)后，光強會發(fā)生變化，變化后的吸光系數(shù)a為δa，如果假設(shè)兩束光通過的介質(zhì)一樣，且行程相等，且光穿過介質(zhì)的長度距離δd相等，可以消除，那么不同波長的紅光與紅外光的比例吸光系數(shù)如下：

其中r代表的是紅光(紅光還可以為與上述紅外光不同波長的另一紅外光)，ir代表的是紅外光，αp表示脈搏的吸光度。

公式(4)中的兩種光的比值被定義為ros即，

那么不同波長的兩束光通過介質(zhì)后變化的透射系數(shù)δt為

從公式(3)中可以得出通過取得自然對數(shù)，可以獲得透射系數(shù)，那么δt可以被改寫為：

所以，從兩種不同光的透射系數(shù)可以獲得兩種光互相相關(guān)的光吸收比例系數(shù)ros，即

所以，最終血氧濃度的系數(shù)可以從ros在不同血氧濃度下的值中擬合獲得。

在本發(fā)明的另一實施例中，血氧探頭選擇的是脈沖輸出的血氧探頭，該血氧探頭會根據(jù)光電接收管的接收光強的強弱輸出不同頻率的脈沖信號，如圖5為對血氧的光電脈沖信號采集的前端血氧采集模塊，圖中光電接收管接收經(jīng)過人體后的光線，后續(xù)頻率轉(zhuǎn)換電路將光信號轉(zhuǎn)換成不同頻率的脈沖信號，最終由mcu接收處理。其工作的原理過程同4類似，只是這里代表光電信號強度的是不同頻率的脈沖信號，而圖5的是用電流信號的大小來代表光電信號的強度，功能相同，不再贅述。

具體地，在本實施例中，科曼的多參數(shù)監(jiān)護儀采集血氧信號的原理是同在本發(fā)明的另一實施例中血氧測量的原理相同的，多參數(shù)監(jiān)護儀通過檢測脈沖的頻率來確定光電接收管接收的光電強度的大小，進而做血氧脈率的計算。因此，需要后續(xù)的脈沖發(fā)生電路發(fā)出不同頻率的脈沖以進行接口匹配。

具體地，在本實施例中，其特征在于，所述前端血氧探頭包括光電發(fā)射管和光電接收管，光電發(fā)射管用來發(fā)射多個不同波長的光信號，光電接收管用于接收經(jīng)過人體血管之后的光信號并轉(zhuǎn)換為對應的電信號，同時血氧探頭通過接插件和第一射頻收發(fā)電路連接。目前的無線測血氧產(chǎn)品中，前端血氧探頭都是和后端電路固定在一起的，實際應用中，血氧探頭屬于易損和溫漂比較大的部件，同時血氧探頭和后端電路直接固定的方式也對光電接收管和光電發(fā)射管的靈敏度產(chǎn)生影響。通過接插件連接的方式，實現(xiàn)了血氧探頭和后端電路的可更換性，易更換性能極大的降低設(shè)備的更換成本，同時提高了血氧探頭的穩(wěn)定性。

具體地，在本實施例中，為了測量人體的血氧信號，前端血氧采集模塊發(fā)送的光線為雙紅外光，所述雙紅外光的波長在血氧監(jiān)測期間間歇性發(fā)生變化。通過所述雙紅外光波長的變化，從而提高血氧監(jiān)測的準確性，比如波長為660nm和905nm。如圖2所示，660nm和905nm的兩束紅外光分別在黑色實線上升沿瞬間打開、關(guān)閉，從而形成了660nm打開、660nm關(guān)閉、905nm打開、905nm關(guān)閉四個狀態(tài)。

具體地、在本實施例中，所述血氧探頭的光電發(fā)射管的關(guān)斷時間是打開時間的2倍以上，從而降低所述前端血氧采集模塊的整體功耗。通常情況下，所述前端血氧采集模塊作為可穿戴設(shè)備，功耗是一個非常重要的指標，對這個模塊而言，功耗比較主要的一個部分就是紅外光的發(fā)射功耗，因此，通過降低led開啟的占空比，有助于極大的降低整個模塊的功耗。

所述脈沖同步電路用于采集多參數(shù)監(jiān)護儀控制光電led的時序脈沖，該脈沖時序即為圖2中所示，根據(jù)兩個不同波長的led開關(guān)狀態(tài)得到四個不同的狀態(tài)，從而得到4個脈沖同步信號。

所述第二射頻收發(fā)電路用于接收所述前端血氧采集模塊通過無線發(fā)送過來的數(shù)字化光電信號，數(shù)字化光電信號中包含了所述前端血氧采集模塊采集到的四個不同狀態(tài)的電流值(波長1打開、波長1關(guān)閉、波長2打開、波長2關(guān)閉)。所述脈沖發(fā)生電路用于接收數(shù)字化的光電信號并轉(zhuǎn)換為一定頻率的脈沖信號，同時按照脈沖同步電路的時序輸出不同頻率的脈沖信號，即在波長1打開的同步脈沖上升沿瞬間將前端采集模塊采集到的波長1打開的脈沖信號輸出、在波長1關(guān)閉的同步脈沖上升沿瞬間將前端血氧采集模塊采集到的波長1關(guān)閉的脈沖信號輸出，依次繼續(xù)，直到在波長2關(guān)閉的同步脈沖上升沿瞬間將前端血氧采集模塊采集到的波長2關(guān)閉的脈沖信號輸出。如此為1個周期，然后每個周期按照同樣的時序?qū)⒚}沖信號輸出到多參數(shù)監(jiān)護儀上。

具體的，在本實施例中，所述脈沖同步的比較電路中某一節(jié)點和地線或雙向led的一端相連接，從而實現(xiàn)共地測量。具體到本實施例中，如圖6中，雙向led由監(jiān)護儀來進行驅(qū)動，led的左邊節(jié)點或者是右邊節(jié)點或者是屏蔽地線，都可以通過將其連接到脈沖同步電路上的某一個固定電平上來實現(xiàn)接地測量，在本實施例中，通過將左邊節(jié)點連接到所述脈沖同步電路上的電源地上實現(xiàn)該功能。

具體地，在本實施例中，所述脈沖同步電路，其通過檢測監(jiān)護儀血氧連接端子處的正負電流或電壓抽取出控制光電led的多個時序脈沖。如圖5所示，dp1是發(fā)射波長為660nm的紅外光的led，dp2是發(fā)射波長為905nm的紅外光的led，右端leddriver是監(jiān)護儀的驅(qū)動電路，兩個led的方向相反，當驅(qū)動電路的驅(qū)動電流是正向時(電流從左流向右端)，dp1開始發(fā)光，整個led兩端的電壓是正電壓，當驅(qū)動電路的驅(qū)動電流是反向時(電流從右流向左端)，dp2開始發(fā)光，整個led兩端的電壓是負電壓，當dp1和dp2都關(guān)閉的時候，led兩端的電壓為0。因此，不管是檢測led兩端的電壓的正負，還是根據(jù)流過led的電流的正負，都可以判斷出led的狀態(tài)，根據(jù)led的狀態(tài)，得到兩束紅外光的開關(guān)時序，如圖7所示，第一行即為紅外光1(如前述660nm的紅外光)打開的時序，第三行為紅外光2(如前述905nm的紅外光)打開的時序，第二行和第四行沒有含義。從而將這兩個時序脈沖作為后續(xù)的電流輸出電路的時序標準。

具體地，在本實施例中，所述脈沖發(fā)生電路包括pwm電路，根據(jù)脈沖同步電路來輸出不同頻率的脈沖信號，所述pwm電路，是由mcu根據(jù)收到的光信號，來實時輸出不同頻率的pwm信號，供多參數(shù)監(jiān)護儀來識別采集。多參數(shù)監(jiān)護儀的數(shù)字血氧采集是將接收到的光電信號轉(zhuǎn)換成一定頻率的脈沖信號，然后再根據(jù)這些脈沖信號計算出血氧的相關(guān)數(shù)據(jù)，原理和前端血氧采集模塊的光頻轉(zhuǎn)換是相同的。

具體地，在本實施例中，所述pwm電路來產(chǎn)生同步的頻率信號，供多參數(shù)監(jiān)護儀采集使用。即滿足了之前提到的多參數(shù)監(jiān)護儀的電氣要求。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本申請實施例的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本申請進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本申請各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。