CN102670211A - 在脉搏血氧计测试仪器的反馈电路中最小化周围光 - Google Patents

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Abstract

总体而言，本发明公开的一个或多个实施例针对用于测试脉搏血氧计的脉搏血氧计测试仪器。所述脉搏血氧计测试仪器被配置为使发光二极管(LED)的输入信号和输出信号之间的关系线性化。在一些实施例中，可通过最小化在反馈回路中由光电传感器检测到的周围光的量来获得所述线性化的关系。所述光电传感器可位于限制可被检测的周围光的量的外壳中。

Description

在脉搏血氧计测试仪器的反馈电路中最小化周围光
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。所述装置可包括基板和外壳，所述外壳包围所述基板的第一部分使得第二部分从所述外壳延伸出来。所述外壳的至少一部分可以是不透明的。所述基板可包括位于其上的至少一个第一光电传感器。所述至少一个第一光电传感器可被配置为接收光脉冲并将所述光脉冲转化为电信号。所述装置可还包括被配置为接收所述电信号并产生电输出信号的电子电路。所述装置可还包括被配置为接收所述电输出信号并产生光输出信号的至少一个第一发光二极管。所述装置可还包括与第二发光二极管对准的第二光电传感器。所述第二光电传感器和第二发光二极管可以在外壳内以这样的方式位于所述基板的第一部分上，即使得限制由第二光电传感器感测的周围光。所述第二发光二极管可电耦合至所述至少一个第一发光二极管上，使得由所述第二发光二极管产生的光输出代表由所述至少一个第一发光二极管产生的光输出信号。
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至所述仿真传感器的仿真控制器。所述仿真传感器可包括基板和外壳，所述外壳包围所述基板的第一部分使得第二部分从所述外壳延伸出来。所述外壳的至少一部分可以是不透明的。所述仿真传感器可还包括位于所述基板的第二部分上的多个第一光电传感器。所述多个光电传感器可被配置为接收光脉冲且将所述光脉冲转化为相应的电信号。所述仿真传感器可还包括被配置为接收所述电信号并产生电输出信号的电子电路。所述仿真传感器可还包括被配置为接收所述电输出信号并产生光输出信号的多个发光二极管。所述仿真传感器可还包括于所述多个发光二极管中的一个对准的第二光电传感器。所述第二光电传感器和所述多个发光二极管中的一个可在所述外壳内位于所述基板的第一部分上的限制由第二光电传感器感测的周围光的位置。所仿真的控制器可被配置为响应于各种输入参数控制所述电子电路，以产生相应的电输出信号。
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。所述装置可包括基板和位于所述基板上的至少一个第一光电传感器。所述至少一个第一光电传感器可被配置为接收光脉冲且将所述光脉冲转化为电信号。电子电路可被配置为接收所述电信号并产生电输出信号。所述装置可还包括被配置为接收所述电输出信号并产生光输出信号的至少一个第一发光二极管。所述装置可还包括与第二发光二极管对准的第二光电传感器。所述第二光电传感器和第二发光二极管可在不透明外壳内以这样的方式处于所述基座上，即使得限制由所述第二光电传感器感测的周围光。所述第二发光二极管可电耦合至所述至少一个第一发光二极管，使得由所述第二发光二极管产生的光输出代表由所述至少一个第一发光二极管产生的光输出信号。
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2是根据本公开的各方面的脉搏血氧计测试仪器的原理说明的等距视图；
图3是示出了典型LED的电输入信号和光输出信号之间的关系的曲线图；
图4是根据本公开的各方面的脉搏血氧计测试仪器的发光系统的一个示例的电路图。
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。
接下来的讨论提供了可用于测试脉搏血氧计的质量或可靠性的脉搏血氧计测试仪器的示例。如将在下文解释的那样，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该仿真传感器的一部分夹持；或者可具有能够适合与目前可获得的和将来开发的脉搏血氧计接口连接的其他形状。总体而言，本文描述的脉搏血氧计测试仪器目的在于使发光二极管(LED)的输入信号和输出信号之间的关系线性化。在一些实施例中，所述线性化的关系可通过在反馈回路中最小化由光电传感器检测的周围光的量来实现。
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本文描述的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1和图2，示出了根据本公开的各方面的脉搏血氧计测试仪器100。如将在下面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(如图1所示)的医学设备的操作。在使用中，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包括电耦合到仿真控制器114的仿真传感器110(例如仿手指传感器)。在一些实施例中，仿真控制器114可与仿真传感器110形成一体。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110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、密度等)的变化和表示这种组织中血流参数的变化来对由脉搏血氧计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内的各种部件来仿真各种参数。
在示出的实施例中，并且如上简要提到的，如图1最佳所示，脉搏血氧计200包括耦合至血氧计显示设备206上的夹持探头202。夹持探头202包括用于在脉搏血氧计200的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1，夹持探头202的一侧包括一侧上面向位于夹持探头202的另一侧上的一个或多个光电传感器(例如光电二极管212)的LED 210。一个或多个光电二极管212被配置为接收从LED 210发射的光，并将所接收的光信号转化为电信号。在这一示例中，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。
转到图2，仿真传感器110包括部分被外壳130包围的基板120(例如印刷电路板(PCB))。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。外壳130用绝缘材料制成且通常是不透明的。亦即，外壳130通常由不允许光透过的材料制成。
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延伸出来。从外壳130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1最佳所示，第二部分134可被适当地配置为插入脉搏血氧计200的夹持探头202的开口208中。
基板120的第二部分134包括设置于第一表面138上的多个LED 162a。虽然在示出的实施例中显示有三个LED 162a，但是应当领会到，可使用任何数量的LED，包括一个LED。基板120的第一部分132包括至少一个LED162b。LED 162b的位置可处于基板120的第一部分132上的任何位置，使得外壳130包围LED 162b。如将在下面更加详细解释的那样，外壳130被配置为最小化由LED 162b检测的周围光的量。
如图1最佳所示，与第一表面138相对的第二表面136可包括安装于第二部分134上的多个光电传感器152(例如光电二极管)。如图1最佳所示，光电传感器152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对准夹持探头202的LED 210，并且仿真传感器110的LED 162对准夹持探头202的光电二极管212。就这一方面而言，仿真传感器110的传感器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 162被配置为向夹持探头202的光电二极管212发射光。
在操作中，由脉搏血氧计测试仪器100的光电传感器152检测的光被转化为电信号，且由按照仿真控制器115指定的电子电路170处理。作为一种对在电子电路170中包括的电路或以其他方式与电子电路170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。
一旦处理后，适当的信号然后被提供给LED 162且被转化为光信号。亦即，LED 162被配置为从电子电路170接收电输入信号(例如电流或电压)，并将电输入信号转化为用于发射到脉搏血氧计200的光电二极管212的光输出信号。总体而言，且如图3中标记为“实际”的曲线所示，LED通常不产生在电输入信号和光输出信号之间的线性关系。亦即，随着电输入信号(例如电流)增加，由LED 162产生的作为光输出信号的光量并不必然地成比例量的增加。然而，为了在脉搏血氧计测试仪器100上提供适当的控制，优选产生直接与电输入信号成比例的光输出信号，如标记“优选”的直线显示的那样。
为了产生LED 162的电输入信号和光输出信号之间的线性关系，可生成反馈信号。反馈信号可用于调整LED 162的光输出信号。图4示出了根据本公开的用于反馈信号的反馈电路160。反馈电路160包括耦合至多个LED 162a和LED 162b的放大器164。LED 162a和LED 162b中的每个彼此串联耦合。如上讨论的并且如图1和2显示的那样，LED 162a被放置在基板120的第二部分134上，且被配置为向脉搏血氧计200的光电二极管212发射光信号，并且LED 162b被定位于基板120的第一部分132上且被外壳130包围。光电传感器166(例如光电二极管)对准LED 162b，且被配置为感测从LED 162b发射的光信号。光电传感器166的输出通过反馈回路168耦合至放大器164的输入。如下面将解释的那样，反馈回路168被配置为耦合至由光电传感器166产生的反馈信号。
现在将描述反馈电路160的一个实施例的操作。放大器164从电子电路170接收电输入信号(例如经求和的IR和红信号)，且从反馈回路168接收由光电传感器166产生的反馈信号。如图4中的放大器164显示的那样，放大器164可被配置为对所接收到的反馈信号求逆(invert)以获得反馈信号和电输入信号之间的差。然而应当理解的是，IR和红信号或者反馈信号中的任一个可被求逆以获得所述差。现在经求逆的反馈信号是负的，IR和红信号172是正的。当经求逆的反馈信号和IR和红信号172之间的差是零时，LED 162表现为线性的。然而如果所述差是非零值，则可调整提供给LED 162a和162b的电信号(例如电流)以获得在电输入信号和光输出信号之间的线性关系。
然而应当理解的是，如果光电传感器166接收伴随由LED 162b发射的光学光的一些周围光，反馈信号可被周围光影响。周围光可扭曲反馈信号，从而即使在做出调整之后，仍产生LED 162的电输入信号和光输出信号之间的非线性关系。为防止周围光被光电传感器166检测到，LED 162b和光电传感器166被定位于外壳130内，如图2所示。如上面指出的那样，外壳130是不透明的，从防止光透过。因此，通过在外壳内放置LED 162b和光电传感器166，进入光电传感器166的周围光的量可被最小化，从而维持反馈电路160的使用以帮助线性化LED 162的光输出信号。在另一个实施例中，外壳的一部分可以是不透明的。亦即，外壳130中包围LED 162b和光电传感器166的部分可以是不透明的，同时外壳130的其他部分是半透明的。在又一个实施例中，LED 162b和光电传感器166可被与外壳130完全不同的不透明物体覆盖。
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 (18)

1.一种用于测试脉搏血氧计的装置，所述装置包括：
基板；
外壳，其包围所述基板的第一部分使得第二部分从所述外壳延伸出来，其中，所述外壳的至少一部分是不透明的；
位于所述基板的所述第二部分上的至少一个第一光电传感器，其中，所述至少一个第一光电传感器被配置为接收光脉冲，并将所述光脉冲转化为电信号；
电子电路，其被配置为接收所述电信号，并产生电输出信号；
至少一个第一发光二极管，其被配置为接收所述电输出信号并产生光输出信号；以及
与第二发光二极管对准的第二光电传感器，其中，所述第二光电传感器和所述第二发光二极管在所述外壳内以如下的方式位于所述基板的所述第一部分上，即使得限制被所述第二光电传感器感测的周围光，
其中，所述第二发光二极管电耦合至所述至少一个第一发光二极管上，使得由所述第二发光二极管产生的光输出代表由所述至少一个第一发光二极管产生的光输出信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电输出信号是第一电输出信号，且其中，所述第二光电传感器被配置为产生为反馈信号的第二电输出信号。
3.根据权利要求2所述的装置，其还包括被配置为接收所述第一电输出信号和所述反馈信号且基于所述反馈信号和第一电输出信号产生经调整的电输出信号的电路。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述经调整的电输出信号是基于所述反馈信号和所述第一电输出信号之间的差而调整得到的。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个第一发光二极管包括多个第一发光二极管，且其中，所述多个第一发光二极管和所述第二发光二极管进行串联耦合。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个光电传感器和所述第二光电传感器是光电二极管。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，整个外壳是不透明的。
8.一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：
基板；
外壳，其包围所述基板的第一部分使得第二部分从所述外壳延伸出来，其中，所述外壳的至少一部分是不透明的；
位于所述基板的所述第二部分上的多个第一光电传感器，其中，所述多个光电传感器被配置为接收光脉冲且将所述光脉冲转化为相应的电信号；
电子电路，其被配置为接收所述电信号且产生电输出信号；
多个发光二极管，其被配置为接收所述电输出信号且产生光输出信号；
与所述多个发光二极管中的一个对准的第二光电传感器，其中，所述第二光电传感器和所述多个发光二极管中的所述一个在所述外壳内位于所述基板的所述第一部分上的这样的位置处，即使得限制被所述第二光电传感器感测的周围光；以及
耦合到所述仿真传感器的仿真控制器，其中，所仿真的控制器被配置为响应于各种输入参数控制所述电子电路以产生相应的电输出信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述电输出信号是第一电输出信号，且其中，所述第二光电传感器被配置为产生为反馈信号的第二电输出信号。
10.根据权利要求9所述的装置，其还包括被配置为接收所述第一电输出信号和所述反馈信号且基于所述反馈信号和所述第一电输出信号产生经调整的电输出信号的放大器。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述经调整的电输出信号是基于所述反馈信号和所述第一电输出信号之间的差而调整得到的。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述多个发光二极管进行串联耦合。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，所述多个第一光电传感器和所述第二光电传感器是光电二极管。
14.根据权利要求8所述的装置，其中，整个外壳是不透明的。
15.一种用于测试脉搏血氧计的装置，所述装置包括：
基板；
位于所述基板上的至少一个第一光电传感器，其中，所述至少一个第一光电传感器被配置为接收光脉冲且将所述光脉冲转化为电信号；
电子电路，其被配置为接收所述电信号且产生电输出信号；
至少一个第一发光二极管，其被配置为接收所述电输出信号且产生光输出信号；以及
与第二发光二极管对准的第二光电传感器，其中，所述第二光电传感器和所述第二发光二极管在不透明外壳内以这样的方式位于所述基板上，即使得限制被所述第二光电传感器感测的周围光，
其中，所述第二发光二级管电耦合至所述至少一个第一发光二极管，使得由所述第二发光二极管产生的光输出代表由所述至少一个第一发光二极管产生的光输出信号。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述电输出信号是第一电输出信号，且其中，所述第二光电传感器被配置为产生为反馈信号的第二电输出信号。
17.根据权利要求16所述的装置，其还包括被配置为接收所述第一电输出信号和所述反馈信号且基于所述反馈信号和所述第一电输出信号产生经调整的电输出信号的电路。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述经调整的电输出信号是基于所述反馈信号和所述第一电输出信号的差而调整得到的。
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