CN102670210A - 脉搏血氧计测试仪器和方法 - Google Patents

脉搏血氧计测试仪器和方法 Download PDF

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Abstract

总体而言，本公开的一个或多个实施例针对脉搏血氧计测试仪器和用于测试脉搏血氧计的方法。所述脉搏血氧计测试仪器可被配置为同时感测不同波长的光。在一些实施例中，具有高于特定阈值的波长的光脉冲可被检测且被用于测试由脉搏血氧计做出的测量。就这一方面而言，本文公开的脉搏血氧计测试仪器能够提供比起现有技术的脉搏血氧计测试仪器更加精确和更加可靠的测试结果。

Description

脉搏血氧计测试仪器和方法
背景技术
脉搏血氧计是被配置为确定末梢血氧饱和度(SpO2)的无创医学设备。具体而言，脉搏血氧计测量血液中血红蛋白、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的两种形式的光吸收比率。然后可以使用在血液中测量的血红蛋白的吸收量来确定末梢血氧饱和度SpO2。
脉搏血氧计以分光光度法的原理操作，使用光的波长确定血液中氧的浓度水平。典型地，脉搏血氧计包括围绕患者组织的半透明部分(例如手指)夹持的夹持探头。夹持探头的一侧包括用于以两个截然不同的波长向患者组织发射辐射的发光二极管(LED)，并且夹持探头的另一侧包括与LED对准以接收透射通过患者组织的辐射的光电二极管。测量由光电二极管接收的每个波长的辐射量。
脉搏血氧计区分脉动的末梢血液(AC成分)和非脉动的组织(DC成分)。然后，使用每个波长的AC成分的吸光度和每个波长的DC成分的吸光度之间的比例以利用已知血液中血红蛋白的辐射吸收水平确定患者血液中的末梢血氧饱和度SpO2。
为了验证脉搏血氧计的操作，已经使用脉搏血氧计测试器来测试由脉搏血氧计进行测量的质量或可靠性。
发明内容
本发明内容以一种简化方式介绍在下面具体实施方式中进一步描述的概念的选集。本发明内容并非标识所要求保护的主题的主要特征，也并非旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
根据本公开的各方面，提供了一种用于测试脉搏血氧计的装置。所述装置可包括第一光电传感器和与所述第一光电传感器相关联的第一滤波器。所述第一光电传感器可被配置为接收第一波长的第一光脉冲，并将所述第一光脉冲转化成相应的第一电信号。所述第一滤波器可被配置为吸收和/或反射至少一些第二波长的光，从而防止所述第一光电传感器接收所述第二波长的所述光中的至少一些。所述装置可还包括第二传感器和与所述第二光电传感器相关联的第二滤波器。所述第二光电传感器可被配置为接收所述第二波长的光脉冲，并将所述第二光脉冲转化为相应的第二光信号。所述第二滤波器可被配置为吸收和/或反射至少一些所述第一波长的光，从而防止所述第二光电传感器接收所述第一波长的所述光中的至少一些。所述装置可还包括被配置为接收所述第一电信号和第二电信号并分别产生第一电输出信号和第二电输出信号的电子电路。所述装置可还包括第一发光二极管和第二发光二极管。所述第一发光二极管可被配置为将第一电输出信号转化为第三光脉冲。所述第二发光二极管可被配置为将第二电输出信号转化为第四光脉冲。
根据本公开的各方面，提供了一种用于测试脉搏血氧计的系统。所述系统可包括仿真传感器和耦合到所述仿真传感器的仿真控制器。所述仿真传感器可包括与第一光电二极管对准的第一滤波器、与第二光电二极管对准的第二滤波器、电子电路和多个发光二极管。与所述第一光电二极管对准的所述第一滤波器可被配置为接收从脉搏血氧计发射的第一光脉冲同时滤除至少一些可见光，且将所接收的第一光脉冲转化为第一电信号。与所述第二光电二极管对准的所述第二滤波器可被配置为接收从脉搏血氧计发射的第二光脉冲同时滤除至少一些红外光，且将所接收的第二光脉冲转化为第二电信号。所述电子电路可被配置为分别从第一电信号和第二电信号产生第一输出信号和第二输出信号。所述多个发光二极管可被配置为将所述第一输出信号和第二输出信号转化为相应的红外信号和红光信号。所述仿真控制器可被配置为响应于各种参数来控制所述电子电路，以产生所述第一输出信号和第二输出信号。
根据本公开的各方面，提供了一种测试脉搏血氧计的方法。所述方法可包括从脉搏血氧计接收第一波长的光脉冲同时滤除至少一些第二波长的光，且从所述脉搏血氧计接收第二波长的光脉冲同时滤除至少一些第一波长的光。所述方法可还包括将所接收的第一波长和第二波长的光脉冲转化为电信号。所述方法可还包括将所述电信号转化为相应的第一波长的光脉冲和第二波长的光脉冲。所述方法可还包括向所述脉搏血氧计发射经转化的第一波长和第二波长的光脉冲。
附图说明
本公开的前述各方面和许多相关优势将参考说明书及其附图变得易于领会或更好地理解，在附图中：
图1是由脉搏血氧计产生的脉冲的时序图；
图2是根据本公开的各方面的与脉搏血氧计相关联的脉搏血氧计测试仪器的一个示例的框图；
图3是根据本公开的各方面的脉搏血氧计测试仪器的等距视图；
图4是根据本公开的各方面的脉搏血氧计测试仪器的光检测系统的一个示例的电路图；
图5是根据本公开的各方面的由脉搏血氧计测试仪器检测的脉冲的时序图。
具体实施方式
尽管下文对说明性实施例进行了说明和描述，但是应当领会到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可做出各种改动。就这一方面而言，下文提出的具体实施方式连同其附图(其中同样的附图标记表示同样的元件)旨在仅作为所公开的主题的各种实施例的描述，而不是表示仅有的实施例。本公开中所描述的每个实施例都仅仅作为示例或说明，而并不被解释为比其他实施例优选或有优势。本文提供的说明性示例并不旨在作为穷尽或将本公开限制为所公开的精确形式。类似地，本文所描述的任何步骤可与其他步骤互换，或可以合并这些步骤，以获得相同或实质相似的结果。
本公开的实施例可与脉搏血氧计一起实施。脉搏血氧计的一个示例包括用于接收患者组织的夹持探头。夹持探头包括面对一个或多个光电传感器(例如光电二极管)的发光二极管(LED)。所述一个或多个光电二极管被配置为接收从LED发射的光，并将所接收的光信号转化为电信号。通常，夹持探头的一个或多个LED发射具有约660纳米(nm)波长的红光，且夹持探头的一个或多个LED发射具有约940nm波长的红外(IR)光。在使用脉搏血氧计期间，从LED交替地发射红光和IR光，透过患者组织的半透明部分(如患者的手指)到达(一个或多个)光电二极管。
使用一种本文被称为脉搏血氧计测试仪器的仪器来测试脉搏血氧计的质量或可靠性是有利的。如下文将描述的，脉搏血氧计测试仪器的示例包括用于仿真患者组织(例如患者的手指)的仿真传感器。就这一方面而言，仿真传感器可具有患者手指的形状，使得脉搏血氧计的标准夹持探头可被配置为围绕仿真传感器的一部分夹持，或者可具有适合与目前可获得的或将来开发的脉搏血氧计接口连接的其他形状。虽然现有技术的脉搏血氧计测试仪器已经辅助测试脉搏血氧计的质量和/或可靠性，但是本申请的发明人认识到目前可获得的脉搏血氧计测试仪器可能由于伴随目前可获得的脉搏血氧计(除其他以外)的问题而缺乏精密度和/或准确性。
在对目前从各厂家可获得的脉搏血氧计进行测试之后，发明人偶然发现一些脉搏血氧计同时发射红光脉冲和IR光脉冲。图1是一个示出了在一些脉搏血氧计中同时产生的IR脉冲和红脉冲的示例时序图。应当领会到，在图1中示出的红脉冲可由一个或多个红LED产生，且IR脉冲可由一个或多个IR LED产生。通常在使用脉搏血氧计期间，当启用红LED时，不启用IR LED，反之亦然，如图1中的开始三个脉冲所示出的。然而，在时刻T2和T3之间，启用红LED和IR LED两者，以产生IR脉冲和红脉冲。具体而言，在T1时刻，启用IR LED以产生IR脉冲。在T2时刻，在未启用IR LED之前，启用红光LED。在这一时刻IR LED和红LED两者产生各自的脉冲。在T3时刻，IR LED和红LED两者都未启用。一些目前可获得的脉搏血氧计在启用红LED的整个时间启用IR LED，或反之亦然。
总之，同时发射红光脉冲和IR光脉冲的脉搏血氧计是有违常识的，因为应当理解的是，目前的脉搏血氧计通常被设计成顺序地或交替地向光电传感器(例如光电二极管)发射红光脉冲或IR光脉冲。然而，当使用现有技术的脉搏血氧计测试仪器测试这样的脉搏血氧计时，由脉搏血氧计测试仪器产生的对同时发射的红光脉冲和IR光脉冲的测量不精确。
接下来的讨论提供了解决上述问题或其他类似问题的脉搏血氧计测试仪器的示例。为此，下面描述的脉搏血氧计测试仪器的示例被配置为同时感测不同波长的光。在一些实施例中，可检测具有高于特定阈值的强度的脉冲并将其用于测试由脉搏血氧计做出的测量。如此一来，本文所公开的脉搏血氧计测试仪器能够提供比现有技术的脉搏血氧计测试仪器更加精确和更加可靠的测试结果。
虽然可以参考仿手指传感器来展示和描述脉搏血氧计测试仪器，但是应当领会到，任何仿真传感器都可与脉搏血氧计测试仪器一起使用。就这一方面而言，仿真传感器可被用于仿真任何可用于脉搏血氧计的组织，例如患者的耳垂、脚趾或其他组织。
现在转到图2和图3，示出了根据本公开的各方面的脉搏血氧计测试仪器100。如下面将更加详细解释的那样，脉搏血氧计测试仪器100被配置为测试诸如脉搏血氧计200的医学设备的操作。在使用中，如图2最佳所示，脉搏血氧计测试仪器100与脉搏血氧计200的部件(例如夹持探头202)相关联。在示出的实施例中，脉搏血氧计测试仪器100包括耦合到仿真控制器114的仿真传感器100(例如仿手指传感器)。总体而言，仿真传感器110可被配置为仿真患者组织(例如患者手指)来测试脉搏血氧计200的操作。就这一方面而言，仿真传感器可被配置为仿真响应于表示组织的参数(例如尺寸、颜色、形状、质量、密度、血流等)变化和这种组织中的血氧饱和度对由脉搏血氧计200发射的辐射的吸收。仿真控制器114可被配置为在测试脉搏血氧计200期间，调整仿真传感器110中的各种部件以仿真各种参数。
在示出的实施例中，并且如上简要提到的，如图2最佳所示，脉搏血氧计200包括耦合到血氧计显示设备206的夹持探头202。夹持探头202包括用于在脉搏血氧计200正常操作期间收纳患者组织(例如患者手指)的开口208。如下面将更加详细解释的那样，仿真传感器110的部分被适当地尺寸设计和形状设计成被收纳入夹持探头202的开口208。应当领会到，夹持探头202包括被配置为夹在仿真传感器110或患者组织(例如患者手指)上的适当结构。
仍然参考图2，夹持探头202的一侧包括面向位于夹持探头202的另一侧上的一个或多个光电二极管212的LED 210。如上简要描述的那样，一个或多个LED 210发射具有约660纳米(nm)波长的红光，且一个或多个LED 210发射具有约940nm波长的红外(IR)光。
现在转到图3，将更详细地描述仿真传感器110。仿真传感器110包括由外壳130部分包围的诸如印刷电路板(PCB)的基板120。在所示的实施例中，外壳130包围基板120的第一部分132，使得基板120的第二部分134从外壳130中延伸出来。外壳130可用绝缘材料制成，且在一些实施例中，外壳130是不透明的。从外壳130中延伸出来的基板120的第二部分134可具有用于仿真患者组织(例如手指)的尺寸和形状。就这一方面而言，如图2最佳所示，第二部分134可被适合地配置为插入脉搏血氧计200的夹持探头202的开口208中。
再参考图3，基板120的第二部分134包括设置在第一表面136上的光检测系统150。如图2最佳所示，与第一表面136相对的第二表面138可包括安装于其上的多个LED 160。在一些实施例中，光检测系统150包括被配置为检测从脉搏血氧计200的LED发射的IR光的至少一个光电传感器152(例如光电二极管152a)和被配置为检测从脉搏血氧计200的LED发射的红光的至少一个光电传感器152(例如光电二极管152b)。如图2最佳所示，光电二极管152a和152b被适当放置，使得当仿真传感器110被插入脉搏血氧计200的夹持探头202的开口208时，仿真传感器110的光电二极管152对准或接近夹持探头202的LED 210，且仿真传感器110的LED160对准或接近夹持探头202的光电二极管212。就这一方面而言，仿真传感器110的光电二极管152被配置为接收从夹持探头202的LED 210发射的光，且仿真传感器110的LED 160被配置为向夹持探头202的光电二极管212发射光。
在操作中，将由脉搏血氧计测试仪器100的光电二极管152检测的光转化为电信号，且由按照仿真控制器114指定的电子电路164处理。一旦处理后，适当的信号提供给LED 160且被转化为光信号。这些光信号由LED160发射且由脉搏血氧计200的光电二极管212检测。作为一种对在电子电路164中包括的电路或以其他方式与电子电路164相关联的电路的描述，请看美国专利号RE39268(Merrick等人)，该专利文献以引用方式并入本文中。
应当领会到，基板120可以是足以支撑安装于其上的多个电子部件和光学部件的任何材料。安装于基板120上的电子部件和光学部件可以如本领域公知的方式通过形成在基板120上的迹线耦合在一起。
再次参考图3，在所示出的实施例中，光检测系统150包括被配置为检测IR光的一组三个光电二极管152(这里称之为IR光电二极管152a)，和被配置为检测红光的一组三个光电二极管152(这里称之为红光电二极管152b)。应当领会到，可使用任意数量的光电二极管152，而不管怎样，都包括一个IR光电二极管152a和一个红光电二极管152b。在所示的实施例中，每个IR光电二极管152a与被配置为滤除至少一些红光或可见光的光滤波器156a对准，且每个红光电二极管152b与被配置为滤除至少一些IR光的光滤波器156b与对准。滤波器156可以带子、涂层、玻璃、聚合物或其他任何光滤波器的形式，且其对准光电二极管152、置于接近光电二极管152或形成于光电二极管152的顶上。如果脉搏血氧计200的红LED 210和IR LED 210同时启用，IR光电二极管152a将接收IR光，且红光电二极管152b将接收红光。通过使用被配置为检测红光脉冲同时滤除IR光脉冲(反之亦然)的光检测系统150，本文公开的仿真传感器110被配置为在被用于测试脉搏血氧计200时更加精确地仿真患者的组织，因此产生更加可靠的测试结果。
虽然滤波器156阻止了不期望的光进入特定的光电二极管152，但是一些红光还可能进入IR光电二极管152a，且一些IR光还可能进入红光电二极管152b。如下面将更加详细地解释的那样，光检测系统150的一些实施例还包括阈值电路，用于检测脉冲以阻止光检测系统150通过IR光电二极管152a检测红脉冲，反之亦然。
现在转到图4，现在将描述包括阈值电路的仿真传感器110的光检测系统150的一个示例的示意性图示。在所示出的实施例中，光检测系统150包括两个通道，一个具有被配置为接收从脉搏血氧计发射的IR光的IR光电二极管的IR通道和一个具有被配置为接收从脉搏血氧计发射的红光的红光电二极管的红通道。如下面将更加详细解释的那样，由两个通道检测的光被转化为电信号，且由求和电路158求和。如果需要，经求和的电信号被提供给另一电子电路(未示出)以进行附加的处理，然后被传送给LED160以向脉搏血氧计200的光电二极管212发射光。
每一通道包括与一个或多个光电二极管152对准的一个或多个滤波器156，所述一个或多个光电二极管152被配置为接收从脉搏血氧计200的LED 210发射的光。具体而言，红通道包括被配置为通过红光同时反射和/或吸收IR光的滤波器156b，且IR通道包括被配置为通过IR光同时反射和/或吸收可见光的滤波器156a。每个光电二极管组152a和152b的输出被耦合到运算放大器162的输入，所述运算放大器162被配置为放大从光电二极管152输出的信号。每个放大器162的输出被耦合到比较器166的输入，并耦合到开关168。每个相应的开关168由从比较器166输出的控制信号控制。
现在将描述具有阈值电路的仿真传感器110的光检测系统150的操作。假设如上所述，脉搏血氧计200在大致同时发射红光和IR光，IR光和红光由IR通道和红通道接收。首先参考红通道，滤波器156b通过红光同时反射和/或吸收大部分的IR光。红光然后被红光电二极管152b接收并被转化为电信号。在通过运算放大器162之后，电信号被供应给比较器166。如图5最佳所示，比较器166将所述信号的幅度与阈值比较。如果所述信号的幅度高于所述阈值，则比较器166产生被配置为闭合开关168从而将所述信号传输到求和电路158的控制信号。如果所述信号的幅度低于所述阈值(例如当一些IR光通过滤波器156b且被红光电二极管152b所检测)，则比较器166产生被配置为打开开关168从而防止所述信号被传输到求和电路158的控制信号。
现在参考IR通道，滤波器156a通过IR光同时反射和/或吸收大部分的红光。IR光然后被IR光电二极管152a接收并被转化为电信号。在通过运算放大器162之后，所述电信号被供应给比较器166。如图5所示，比较器166将所述信号的幅度与阈值比较。如果所述信号的幅度高于所述阈值，则比较器166产生被配置为闭合开关168从而将所述信号传输到求和电路158的控制信号。如果所述信号的幅度低于所述阈值(例如当一些红光通过滤波器156a且被IR光电二极管152a所检测)，则比较器166产生被配置为打开所述开关168从而防止所述信号被传输到求和电路158的控制信号。
通过防止所述信号被传输到求和电路158，在这些实施例中的光检测系统150能够防止通过滤波器156a且被IR光电二极管152b所检测的红光脉冲和穿过滤波器156b且被红光电二极管152b所检测的IR光脉冲被电子电路164所处理。因此，本文公开的脉搏血氧计测试仪器100能够在测试脉搏血氧计200时产生更加精确和可靠的结果。
本公开的各种原理、代表性实施例和操作模式已在说明书中进行了描述。然而，本公开旨在打算保护的各方面不应解释为局限于所公开的特定实施例。而且，本文所描述的实施例应被看作说明性的而不是限制性的。应当领会到，在不脱离本公开的精神的前提下，可由他人做出变化、改动和使用等同物。相应地，应当特别注意的是，所有这样的变化、改动和等同物都落入所要求保护的主题的精神和范围中。

Claims (19)

1.一种用于测试脉搏血氧计的装置，所述装置包括：
第一光电传感器，其被配置为接收第一波长的第一光脉冲，并将所述第一光脉冲转化为相应的第一电信号；
与所述第一光电传感器相关联的第一滤波器，其中，所述第一滤波器被配置为吸收和/或反射至少一些第二波长的光，从而防止所述第一光电传感器接收所述第二波长的所述光中的至少一些；
第二光电传感器，其被配置为接收所述第二波长的第二光脉冲，并将所述第二光脉冲转化为相应的第二电信号；
与所述第二光电传感器相关联的第二滤波器，其中，所述第二滤波器被配置为吸收和/或反射至少一些所述第一波长的光，从而防止所述第二光电传感器接收所述第一波长的所述光中的至少一些；
电子电路，其被配置为接收所述第一电信号和第二电信号，且分别产生第一电输出信号和第二电输出信号；
第一发光二极管，其被配置为将所述第一电输出信号转化为第三光脉冲；以及
第二发光二极管，其被配置为将所述第二电输出信号转化为第四光脉冲。
2.根据权利要求1所述的装置，其还包括被配置为将所述第一电信号与阈值进行比较的比较器，其中，响应于所述第一电信号高于所述阈值，所述比较器产生被配置为闭合开关从而将所述第一电信号传输到所述电子电路的控制信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，响应于所述第一电信号低于所述阈值，所述比较器产生被配置为打开所述开关从而禁止将所述第一电信号传输到所述电子电路的控制信号。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述比较器为第一比较器，并且其中，所述装置还包括第二比较器，所述第二比较器被配置为将所述第二电信号与第二阈值进行比较，其中，响应于所述第二电信号高于所述第二阈值，所述比较器产生被配置为闭合开关从而将所述第二电信号传输到所述电子电路的控制信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，响应于所述第二电信号低于所述第二阈值，所述比较器产生被配置为打开所述开关从而禁止将所述第二电信号传输到所述电子电路的控制信号。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一波长在红外光的范围内，且所述第二波长在红光的范围内。
7.一种用于测试脉搏血氧计的系统，所述系统包括：
仿真传感器，所述仿真传感器包括：
与第一光电二极管对准的第一滤波器，所述第一滤波器被配置为接收从所述脉搏血氧计发射的第一光脉冲同时滤除至少一些可见光，并且将所接收的第一光脉冲转化为第一电信号；
与第二光电二极管对准的第二滤波器，所述第二滤波器被配置为接收从所述脉搏血氧计发射的第二光脉冲同时滤除至少一些红外光，并且将所接收的第二光脉冲转化为第二电信号；
电子电路，其被配置为分别从所述第一电信号和第二电信号产生第一输出信号和第二输出信号；
多个发光二极管，其被配置为将所述第一输出信号和第二输出信号转化为相应的红外信号和红信号；以及
耦合到所述仿真传感器的仿真控制器，所述仿真传感器被配置为响应于各种参数控制所述电子电路，以产生所述第一输出信号和第二输出信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述仿真传感器还包括比较器，所述比较器被配置为将所述第一电信号与阈值进行比较，且响应于所述第一电信号高于所述阈值，闭合开关，从而将所述第一电信号传输到所述电子电路。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述仿真传感器还包括比较器，其被配置为将所述第二电信号和阈值进行比较，且响应于所述第二电信号高于所述阈值，闭合开关，从而将所述第二电信号传输到所述电子电路。
10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一光脉冲具有处于红外范围中的波长，且所述第二光脉冲具有处于可见光范围中的波长。
11.根据权利要求7所述的系统，其中，所述仿真控制器与所述仿真传感器整合在一起。
12.一种测试脉搏血氧计的方法，所述方法包括：
从脉搏血氧计接收第一波长的光脉冲，同时滤除至少一些第二波长的光；
从所述脉搏血氧计接收所述第二波长的光脉冲，同时滤除至少一些所述第一波长的光；
将所接收的所述第一波长和第二波长的光脉冲转化为电信号；
将所述电信号转化为相应的所述第一波长的光脉冲和所述第二波长的光脉冲；以及
向所述脉搏血氧计发射经转化的所述第一波长和所述第二波长的光脉冲。
13.根据权利要求12所述的方法，其还包括将所述电信号与阈值进行比较，且响应于电信号高于所述阈值，传输所述电信号以转化为相应的光脉冲。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述电信号与阈值进行比较包括将所述电信号的幅度与所述阈值进行比较。
15.根据权利要求13所述的方法，其还包括响应于电信号低于所述阈值，防止所述电信号被传输以转化成相应的光信号。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一波长在红外光区域内。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一波长大致为940纳米。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二波长在可见光范围内。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二波长大致为660纳米。
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