CN101536910A - 光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置 - Google Patents

光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置 Download PDF

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光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置，驱动电路输入端与计算机连接，输出端与两个LED光源连接，光信号射入聚焦透镜；探头系统包括两路光纤传感线路，第一路光纤一端与宝石晶体探头连接，另一端与聚焦透镜连接；第二路光纤一端与宝石晶体探头连接，另一端通过光信号与光电转换器连接；两路前后错位，第一路LED光源的能量经光纤、宝石晶体探头传输到气道表面，穿透气道进入肺动脉，与血液作用的光子经漫反射后返回到气道内侧，被第二路宝石晶体探头接收；经光纤传输后光信号被光电转换器接收；经放大整形电路、数据采集后进入计算机，通过软件处理给出肺动脉血氧饱和度值和心率等参数。本发明可实现无创伤、高精度、在体实时监测。

Description

光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置
技术领域
本发明涉及一种医疗监测器械，具体涉及一种光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置。
背景技术
人类机体细胞的生存主要依赖于充足的氧供应，从而满足其代谢需求，如果氧供应不足，细胞的功能就会受到损害，甚至死亡。因此在处理危重病人时，仅仅重视血压等血流动力学指标，是不能够保证充分的氧供应的。只有提供充分的氧供应，才能维持正常的细胞代谢功能。而血氧的监测则可以很好地反映组织氧合功能，通过血氧监测我们会大大地提高对临床麻醉和重危病人呼吸治疗的安全性。
目前在监测人体血氧的仪器中，主要有两类，一类是Swan-Ganz导管；由于这种导管需插入肺动脉，对患者有一定的危险性，并产生一定的副作用。如：心律失常；肺梗阻；肺动脉破裂和出血等。另一类是基于光电传感技术的指端透射式血氧监测和基于反射式光电传感技术的耳端或额头的血氧监测；这个技术使用方便，操作简单，但因为都是在循环系统末端采集血液中的血氧状态，一般都会产生一定的时延，不能同步反应监测到的血氧状态与人体氧供状态。当前也有研究机构提出在气道内或食道内监测肺动脉的血氧饱和度，可以直接监测人体肺部血氧交换状态。国内有上海交通大学医学院附属任济医院和四川华西医院提出并验证了可行性。
中国发明专利：ZL 200410053642.4，公开了一种经气道无创监测血氧饱和度双腔气管导管，导管上设有一个主套囊，左侧导管上设有一个副套囊。主套囊和副套囊表面分别设有一个氧饱和度探头，血氧饱和度探头通过埋设在气管导管壁内的导线与血氧饱和度监测仪连接。氧饱和度探头随气管导管一并置入气管。信号通过导线传递到血氧饱和度监测仪。这个专利的主要缺点是把常用的反射式的光电检测装置，即两个发光二极管(660，940nm)和光敏二极管或三极管通过导线连接到气管导管气囊位置，只是改变了原来装置的使用方式，而且电源直接引入到气管导管中，存在安全隐患，探头由光源和光电探测器直接组成，这导致了探头表面很容易被污染，且相对位置并不固定。
中国专利03234971.8，公开了一种肺动脉血氧饱和度或压力监测装置，也同样是把光电传感探头引入到导管内实现血氧饱和度探测，缺点同上。
发明内容
本发明公开一种基于光纤传感的经气道肺动脉血氧饱和度监测装置，其目的在于克服现有的利用多腔肺动脉导管测定混合静脉血氧饱和度技术，对患者产生明显的再创伤和可能的诸多并发症，存在较大的风险；采用指端或耳垂等循环末梢的血氧饱和度测定既不能同步反应机体氧供状态，而且结果的可靠性在临床也有待商榷等弊端。本发明利用光纤传感探头实现光路的传输，没有电路进入人体器官，不但安全可靠，对人体无副作用，而且光纤探头体积小，可以通过支气管镜等通道导引到监测部位，对人体无创伤；且光纤探头设计精确，保证探测的重复性和可靠性。
光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置，包括光源系统、探头系统、信号转换及微电脑处理系统组成；其特征在于：
A)所述的光源系统：驱动电路输入端与计算机连接，输出端与设置在抛物面反射镜焦点位置的两个LED光源连接，LED光信号射入聚焦透镜；
B)所述的探头系统：包括两路光纤传感线路，第一路光纤的一端与宝石晶体探头连接，另一端与聚焦透镜的光学焦点位置连接，聚焦透镜与光纤之间连接有光纤接口；第二路光纤的一端与宝石晶体探头连接，另一端通过光信号与光电转换器连接，光纤端头连接有光纤接口；两路光纤传感线路前后错位，其中一路将LED光源的能量经光纤、宝石晶体探头传输到气道表面，穿透气道进入肺动脉，与血液作用的光子经漫反射后返回到气道内侧，被第二路宝石晶体探头接收；经光纤传输后，光信号被光电转换器接收；
C)所述的信号转换及微电脑处理系统，由光电转换器、光电探测器、放大整形电路、数据采集卡与计算机依次串联连接。
所述的两路光纤各自连接的宝石晶体探头平行排列。
所述的宝石晶体探头，端面上设有一个与光轴成45度角的球面，把光纤传输的光偏折90度，平行地垂直入射到气道表面。
所述的两个LED光源的输出波长可以选择660nm，940nm；或选择735nm，805nm。
信号转换及微电脑处理系统将得到的与脉搏同步的血液吸收特性的脉冲信号，通过信号采集卡送入计算机，计算机通过软件实现信号的处理和计算结果的显示，给出肺动脉血氧饱和度值和心率等参数。
所述的驱动电路由计算机软件进行控制，输出10kHz模拟脉冲调制光，使两个LED光源交替发光，形成调制光的作用是提高信噪比，有利于信号的处理和分析；并根据探测信号强弱增减LED光源的发光强度。
本发明利用光纤传感探头实现光路的传输，不会有电路进入体内，光纤和宝石晶体探头体积小，可以通过支气管镜等通道导引到监测部位，对人体无副作用；也不会对器官壁造成任何创伤；光纤探头端面是利用宝石晶体加工的，光的折射效果好，不易损坏，可以重复利用，医疗成本低；光纤探头精确设计，保证探测的重复性和可靠性。本发明可实现无创伤，在体，高精度，实时对肺动脉血氧饱和度进行监测。
附图说明
图1是本发明光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置整体结构示意图；
图2是本发明光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置探头系统结构示意图。
10、驱动电路，11、LED光源，12、抛物面反射镜，13、聚焦透镜，21、光纤接口，22、光纤，23、宝石晶体探头，31光电转换器，32、光电探测器，33、放大整形电路，34、数据采集卡，35、计算机，→表示光的传输方向。
具体实施方式
光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置，如图1所示。由两路光纤传感线路组成，其中一路将LED光源11的能量经光纤22、宝石晶体探头23传输到气道表面，穿透气道进入肺动脉，与血液作用的光子经漫反射后返回到气道内侧，被另一路光纤传感线路的宝石晶体探头23接收；通过该路光纤22传输到光电转换器31，并将光信息转换为电信号，经光电探测器32、放大整形电路33、数据采集卡34输入计算机35，计算机通过软件实现信号的处理和计算结果的显示，给出肺动脉血氧饱和度值和心率等参数。
本发明装置包括光源系统、探头系统、信号转换及微电脑处理系统组成。
A)光源系统，由电脑35软件控制的驱动电路10和两个LED光源11组成，所述的光源驱动电路10由现有的单片机实现的10kHz占空比为1∶1的脉冲信号通过对两个LED光源11进行调制，使两个LED光源11交替发光。所述的两个LED光源11的输出波长为可以选择为660nm，940nm；也可以选择为735nm，805nm，只要一个是红光另一个是近红外光都可以选择；LED光源11用导线与驱动电路10连接，LED光源11放置在抛物面反射镜12的焦点位置，经抛物面反射镜12准直后，再经放置在抛物面反射镜12后的聚焦透镜13聚焦成光斑半径为100微米，聚焦后的光束数值孔径为0.15，与所采用的光纤22的数值孔径和芯径匹配。光纤22与聚焦透镜13的光学焦点位置连接，由光纤接口21组装。LED光源11经聚焦后耦合到所述的探头系统的一路光纤传感线路。
B)所述的探头系统如图2所示，包括两路光纤传感线路，各光纤传感线路由光纤接口21，光纤22和宝石晶体探头23组成；光纤22为常用的石英传能光纤，芯径可以选为200微米，NA可选为0.15等参数。第一路光纤22的一端与宝石晶体探头23连接，另一端与聚焦透镜13的光学焦点位置连接，由光纤接口21组装；第二路光纤22的一端与宝石晶体探头23连接，另一端通过光信号与光电转换器31连接，光纤端头连接光纤接口21；两路光纤传感线路前后错位，两路光纤22各自连接的宝石晶体探头23平行排列；其中在前的一路光纤将LED光源11的能量传输到气道表面，穿透气道进入肺动脉，与血液作用的光子经漫反射后返回到气道内侧，被错位设置的在后的第二路宝石晶体探头23接收，并经光纤22将信号传输给信号转换及微电脑处理系统；宝石晶体探头23，端面上设有一个与光轴成45度的球面；把光纤22传输的光偏折90度，平行地垂直入射到气道表面。
C)所述的信号转换及微电脑处理系统，由光电转换器31、光电探测器32、放大整形电路33、数据采集卡34与计算机35依次连接。在光电探测器32接收到经光电转换器31的反射信号后，由放大整形电路33进行放大，并对波形进行整形；得到与脉搏同步的血液吸收特性的脉冲信号，经处理后通过信号采集卡34送入计算机35，计算机通过软件实现信号的处理和计算结果的显示，给出肺动脉血氧饱和度值和心率等参数。

Claims (4)

1、光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置，包括光源系统、探头系统、信号转换及微电脑处理系统组成；其特征在于：
A)所述的光源系统：驱动电路(10)输入端与计算机(35)连接，输出端与设置在抛物面反射镜(12)焦点位置的两个LED光源(11)连接，LED光信号射入聚焦透镜(13)；
B)所述的探头系统：包括两路光纤传感线路，第一路光纤(22)的一端与宝石晶体探头(23)连接，另一端与聚焦透镜(13)的光学焦点位置连接，聚焦透镜与光纤之间连接有光纤接口(21)；第二路光纤(22)的一端与宝石晶体探头(23)连接，另一端通过光信号与光电转换器(31)连接，光纤端头连接有光纤接口(21)；两路光纤传感线路前后错位，其中路将LED光源(11)的能量经光纤(22)、宝石晶体探头(23)传输到气道表面，穿透气道进入肺动脉，与血液作用的光子经漫反射后返回到气道内侧，被第二路宝石晶体探头接收；经光纤(22)传输后，光信号被光电转换器(31)接收；
C)所述的信号转换及微电脑处理系统，由光电转换器(31)、光电探测器(32)、放大整形电路(33)、数据采集卡(34)与计算机(35)依次串联连接。
2、根据权利要求1所述的光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置，其特征在于：所述的两路光纤(22)各自连接的宝石晶体探头(23)平行排列。
3、根据权利要求1所述的光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置，其特征在于：所述的宝石晶体探头(23)，端面上设有一个与光轴成45度角的球面，把光纤(22)传输的光偏折90度，平行地垂直入射到气道表面。
4、根据权利要求1所述的光纤传感的肺动脉血氧饱和度监测装置，其特征在于：所述的两个LED光源(11)的输出波长可以选择660nm，940nm；或选择735nm，805nm。
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