CN1029364C - 生物光敏器 - Google Patents

Abstract

一种生物光敏器，它有一条具有一个电路的柔软的印刷电路片(FPC)一个光辐射器，一个光接收器和一条固定带组成。光辐射器和光接收器安装在FPC上，通过电路连到一根电缆上。固定带用来覆在置于手指之类上的FPC上，将FPC固定在一个合适的位置。一条柔软的薄片用来承托辐射器和接收器。在光接收器周围装有几对传感器，用来在将生物光敏器安置到手指上时检查接收器是否被放到与辐射器精确相对的位置。

Description

本发明与一种适宜于固定在受检者身体一个部位（如手指）上，用来测量从手指一侧发出，透射到手指另一侧的光线吸收情况的生物光敏器有关。

这种光敏器例如可用来检查受检者的肝功能，在作这种检查时，血流中注射入一种专用色素，只是肝能选择吸收并排出这种色素，这样就可用光敏 器来测量血浆中色素的浓度，从而确定出色素在血浆中消退速度和滞留率，以查肝功能。

有一种用在手指上的生物光敏器可以作为这类用以前的工艺制成的光敏器的一个例子，在这种光敏器中，光从手指一侧透射到另一侧，以便检测由于血流引起的光的透射率或反射率的起伏，表示这种起伏的信号经过处理计算，得出诸如脉搏率或血压这类的维生信息（见日本已解除追究的专利出版物NO.60-34432和日本已解除追究的实用型出版物NO.60-158803。

图1A和1B示出了一种用以前工艺制成的生物光敏器。这种光敏器由一条柔软的基片1，以及纵向相互隔一定距离安装在基片1上的光辐射器2和光接收器3组成，辐射器2和接收器3分别与导线4相连，粘性带5用来将光敏器6固定在手指上。

带有辐射器2和接收器3的基片1上就手指纵向铺放在手指7上，在指端7a处翻转（图1C），然后将带5覆在基片1上，将光敏器6固定在手指7上。

在这种状态下接通光敏器6，使光辐射器2向前辐射光线，这光线透过手指7投射到接收器3上。接收器3因此产生出信号，通过导线4和连接器（未示出）加到信号处理器（未示出），处理器将对有关光透射率的信号进行处理，得出诸如脉搏率和血压这类维生信息。

在这种用以前工艺制成的光敏器中，导线直接与辐射器和接收器相连，这些导线必须固定在柔软的基片上，将导线固定在基片上的装置和工序增添了光敏器的成本。

此外，在基片纵向延伸的导线其柔软性不如基片，这种光敏器固定在受检者身体部位或许不大舒适，而且在使用时还要担心导线或电缆会被拉出光敏器，或在连接处断裂，因为拉伸或弯曲力较小，这势必影响到这些连接处。

在图1C中，辐射器2和接收器3放置在互相精确相对的位置上，但若不是这样的话，就必须增加辐射器2的功率或提高接收器3的放大量，如果增加辐射器的功率，由于辐射器热量的增加，可能会烫伤手指，提高接收器的放大量会减小信噪比，从而降低了光敏器的精度，这种问题的产生是由于这种光敏器没有配备在将光敏固定到手指上时保证辐射器2和接收器3之间相对位置的装置。

这种用以前工艺制成的光敏器在其基片上装到一个能辐射二种波长互不相同的光束的辐射器。但是，没有一种光敏器装有一个能辐射以下二种光束的光辐射器：一种光束具有使这种光束几乎完全被一种专用色素吸收的波长，这种色素一旦注射到血液中只能被肝基本除去，而另一种光束具有使这种光束不被上述色素吸收的波长。因此，精心制作的设备是为测量色素（如血液中的色素）吸收情况所必需的。

本发明的一个目的是提供一种能方便，舒适地固定在受检者身体某一部位上的生物光敏器。

按照本发明所提出的生物光敏器有一条柔软的印有电路的印刷电路片，这条印刷电路片适宜包在受检者体某一部位上;还有一个光辐射器和一个光接收器，光辐射器和光接收器都安装在印刷电路片上，相互隔开一定距离，以便当印刷电路片包在受检者的部位时，在该部位两侧互相相对，通过印刷电路片，光辐射器和光接收器与接到印刷电路片一端的一根电缆相连。

本发明的另一个目的是提供一种在固定到手指或其它部位时能使光辐射器和光接收器精确地配置在相互相对的位置上的生物光敏器。按照本发明所提供的一种位移检测装置有一对靠近光接收器的传感器，用来检验光接收器是否与光辐射器精确相对。

作为这种用途的另一种装置，提供了一种生物光敏器，这种光敏器具有一条柔软的印刷电路片，这上面在适合与指甲尖接触的地方带有一个标记。

按照本发明所提供的一种生物光敏器能够辐射多种具有互不相同波长的光束，其中一种光束具有使该光束被一种专用色素吸收的波长，这种色素当注射入血流时仅被受检查的肝吸收和排出，而另外一些光束则具有使这些光束不被这种色素吸收的波长，为了达到这个目的，一个光辐射器有一个辐射第一种波长的光束的发光二极管，还有另一个光辐射器有一个辐射第一种波长的光束的发光二极管，还有另一个辐射第二种波长的光束的发光二极管。

本发明的另外一些特点和目的从下面结合附图所作的说明中可以看出，这些附图是：

图1A为用先有技术制成的生物光敏器的俯视图;

图1B为同一个光敏器的前视图;

图1C为固定到手指上的同一个光敏器剖面侧视图;

图2A为按照本发明所制成的光敏器的第一种具体装置的俯视图;

图2B为同一个具体装置的前视图;

图3为第一种具体装置的改进型的前视图;

图4为第二种具体装置的俯视图;

图5为说明第二种具体装置的光敏器如何工作的电路图;

图6A为第三种具体装置的俯视图;

图6B为第三种具体装置的前视图;

图7为第三种具体装置的侧视图，说明这种装置是怎样装到手指上的;

图8a为第四种具体装置的俯视图;

图8b为第四种具体装置的前视图;

图8c为第四种具体装置的侧视图，说明这种装置是怎样装到手指上的;

图9A为本发明第五种具体装置的光敏器固定带的俯视图;

图9B为该固定带的前视图;

图10为第六种具体装置的光敏器释放纸的俯视图;

图11为第五种具体装置的剖视图，说明这种装置是怎样装到手指上的;

图12为在部分释放纸已剥去的情况下第六种具体装置的固定带的俯视图;

图13A为在去掉防护罩的情况下用于第七种具体装置的生物光敏器的多波长辐射器的俯视图;

图13B为该多波长光辐射器的底视图;

图14为该多波长光辐射器的透视图;

图15为该多波长光辐射器的方框图;

图16为装有图14的多波长光辐射器的第七种具体装置的俯视图;

图17A为第八种具体装置的俯视图;以及

图17B为第八种具体装置的前视图。

图2A和2B示出了本发明的第一种具体装置，在该装置中，柔软的印刷电路（此后记为FPC）片1的一面上蚀刻有电极图形（导线电路19），光辐射器2和光接收器3安装在FPC片1上适当位置，焊接在导线电路19上，电缆15在FPC片1的一端也焊接导线电路19上。

光辐射器2是一块几个平方毫米的芯片，其上装有二个发光二极管，这二个发光二极管所辐射的光的波长互不相同，一种光透过受检者身体的透射率用作参考，在此基准上测量另一种光的透射率，二个二极管都用来进行精密测量。

作为光接收器3，用了一个硅光电二极管，电缆15是一根五芯电缆，其中三根芯用来激励辐射器2，而另外二根芯用来转接接收器3所送出的信号。

在第一种具体装置中的光敏器最好要有如图3中所示的防护层16和17，覆在光辐射器2和光接收器3上的防护层16用透明的树脂或玻璃制成，覆在光敏器其它部分的防护层17用绝缘，柔软的树脂（如环氧树脂，氨基甲酸乙脂或硅树脂）制成。

在这种具体装置中的光敏器例如可用于手指上，将手指两侧相互相对的辐射器2和接收器3夹住手指，用固定带固定在合适的位置上，然后，启动光辐射器2，辐射出二种波长互不相同的光束，这二个光束穿过手指透射到接收器3上，接收器接收到的光束经过分析，确定出血流中色素的含量等等。

在这种具体装置中，FPC片用作光辐射器和光接收器的承托片，光辐射器和光接收器通过FPC片上的导线电路与电缆相连，不必将电缆沿纵向铺设在FPC板上，正因为这样也就不需要用胶带把电缆固定在FPC片上，这种具体装置的光敏器更为柔软，装在手指或其它部位更为舒适，此外，还提高了它的可靠性，降低了生产成本。

图4示出了本发明的第二种具体装置，在这种具体装置中，光接收器3周围有四个位置传感器A₁至A₄，用来判断接收器是否处于与光辐射器2精确相对的位置上，传感器A₁和A₂排列在接收器3的前、后，以确定接收器和辐射器在手指的纵向是否处于精确相对的位置上，而传感器A₃和A₄排列在接收器3的两侧，以确定接收器和辐射器在手指的横向是仅处于精确相对的位置上，发光二极管2a和2b，接收器3，以及四个位置传感器A₁至A₄通过导线15和转接器10接到主机20上。

图5为说明第二种具体装置的光敏器工作情况的电路图，流过传感器A₁的电流IA₁和流过传感器A₂的电流IA₂在集成比较器30内相互进行比 较，以检验接收器3在手指纵向的位置，其结果以IS₁表示，相应流过传感器A₃和A₄的电流IA₃和IA₄在集成比较器40内进行比较，以检验接收器3在手指宽度方向的位置，其结果以IS₂表示，接收器3给出表示光透射率的输出IA，位置传感器和诸如集成比较器的比较装置构成了位移检测装置。

如果辐射器和接收器不处在相互相对的位置上时，电流IS₁和IS₂间的关系将表示为不等式1IS₁1≤IS₀1IS₂1≤IS₀，其中IS₀表示一个预先设定的电流，在这种情况下，就会发出报警，以警告操作员要重新安装光敏器，校正辐射器和接收器之间的相对位置。

虽然在这个具体装置中用了二对位置传感器，但可以用不论多少对位置传感器，例如，就用一对，也会对检验辐射器和接收器间相对位置有很大帮助。

并且，辐射器内的光电二极管也不限于二个，一个、三个或更多一些都是可以的。

辐射器和接收器间的任何位置偏移都可以通过比较由位置传感器发出的信号检测出来，如果检测到有位置偏移，操作员立即可以知道，这榜他就能重新安装光敏器，将辐射器和接收器放置在精确相对的位置上，由于辐射器和接收器可以精确定位成面对面的状态，就不会将辐射器的功率增大到烫伤手指的程度，也没有必要提高接收器的灵敏度，以致造成信噪比降低，光敏器的精度减小，这将会提高生物光敏器的可靠性。

第三种具体装置示于图6A、6B和6C，这种具体装置除了以下各点外大体与第一种具体装置相同。

如图6A和6B所示，这种光敏器在它放到手指上与指甲尖接触的地方加了一个标记8，标记8可以是一个凸起，或者就是一个平的标志。

下面参照图7来说明这种具体装置的生物光敏器是怎样安放到手指上的，将光敏器6沿手指纵向铺放在手指7上，标记8与指甲尖7a相触，在指甲尖处把光敏器翻过去，FPC片上所加的标记8的位置应该保证在光敏器6用上述方式固定到手指上时辐射器2和接收器3将放置到互相精确相对的位置上。

图8A至8C示出了本发明的第四种具体装置，它是第三种具体装置的一种改进，由于各人的指甲和手指的长度和形状都不相同。因此第三种具体装置中的标记8只能用作辐射器和接收器间相对位置的基准，在本具体装置中，除了标记8以外，固定带5的背面在辐射器2和接收器3的正后方处还分别加有第二种标记9a和9b，这二个标记可以是凸起，或者就是平的标志。

下面参照图8C来说明第四种具体装置的光敏器是怎样安放到手指上的，在将标记8象在第三种具体装置中所述那样与指甲尖7a接触后，把光敏器6翻过去沿手指纵向包住手指7，通把在辐射器2正后方的标记9a与在接收器3正后方的标记9b对准就能将辐射器2和接收器3放置在相互精确相对的位置上，这样，光敏器就固定在适当的位置了，因此不论指甲的长度和手指的形状如何，第三种标记9a和9b可以使辐射器和接收器放置在正确的位置上。

图9a和9b示出了用于本发明第五种具体装置的固定带，固定带5由衬底101，粘在衬底101一侧的粘性层102，以及叠含在粘性层102上的释放纸103组成，释放纸103具有一个突舌部分104，并且在其两侧形成互相相对的缺口105，缺口105在将光敏器安置在受检者手指时用作定位标记，也就是说，当光敏器安置在手指上，其缺口105对准指尖时，装在手指上的辐射器和接收器是相互相对的，但是，需要将辐射器和接收器对衬底101精确定位，为此，在辐射器和接收器背后的衬底101表面上加有印刷标记106，以指明辐射器和接收器的位置。

缺口105还用来形成如图9A所示的空位105a和105b，如果不形成空位105a和105b，那末在将衬底101安置到手指时，这些部分会粘在一起，因此紧紧压迫手指，造成手指充血。

图10示出了第六种具体装置，在这种具体装置中对第五种具体装置的释放纸103作了修改，也就是说，这种释放纸上有一条沟划出辐射器和接收器安装部分轮廓的穿孔易破线107，穿孔线107可以用半切线式连续全切线来代替，在穿孔线107所围部分的一端有一个凸舌180，另一个突舌109是在沿释放纸103边缘，穿孔线107所围部分外面的某一所希望的部位上，此外，在释放纸103上印有指出辐射器和接收器位置的字母110，以及指示受检者身体部位（图中为手指）安放位置的标 记111，这相同的标记111也要印在衬底101的一侧、与释放纸103上的标记相应的地方。

在使用中，首先只撕去易破线107所围的那部分释放纸103以露出一部分粘性层102，如图12所示，然后将辐射器和接收器粘在粘性层103露出部分的适当位置，再将留下的那部分释放纸撕去，这样，辐射器和接收器就能容易地安装在正确的位置上，由于除了易破线107所围部分外，粘性层102始终是被释放纸103盖着，直到固定带就要放到手指上前一刻才打开，因此其粘接强度保持很高。

图13A、13B和14示出了用于本发明的光辐射器的一个例子，多波长光辐射器210（图14）包括一块除电极外整个表面都经蚀刻的玻璃一环氧树脂板201，具有不同波长的发光二极管202和203分别接到公共的阴极204以及阳极205和206上，通过引线焊接或小片接合将发光二极管202和203安装到线路板201上。

在线路板201的另一面上有分别与电极204、205和206相当的电极204′、205′和206′，每一对电极204和204′，205和205′以及206和206′通过孔207电气上是连在一起的，线路板201另一面上的电极204′、205′和206′与导线相连，或者直接与另一块线路板相连。

如图14所示，装在环氧一玻璃板201上的发光二极管202和203由透明的环氧树脂208可覆盖，从线路板201的背面引进三根导线209，线路板201可以是象高为2毫米的3毫米的正方形。

发光二极管202和203分别辐射波长为805毫微米的光束A₁和波长为940毫微米的光束A₂（图15）。

图16示出了第七种具体装置，在这种具体装置中多波长光辐射器210和光接收器3安装在具有印刷布线图案212的FPC片1上，导线209和布线图案212与电缆15相连，在这种具体装置中，FPC片1由一层绝缘的树脂覆盖。

在使用时，将FPC臣1象图11所示那样安放在指端7，这样，光辐射器210和光接收器3将在指端7两侧相互相对。

由于这种具体装置中光敏器的光辐射器具有紧凑的单片型式，因此光敏器很容易安装到指端或其它类似部位，例如来测量注射入受检者身体的专用色素的浓度，此外，由于二个发光二极管互相靠得非常近，就能将从那儿辐射的具有互不相同波长的二个光束看成是从一单个光源发出的，这将简化信号处理。

图17A和17B示出了第八种具体装置，这种具体装置是第七种具体装置的一个变型，例如17A所示，FPC片在其一端整体地形成一窄条26，电缆一端放在窄条26上，焊住。热缩管27套在叠合部分，经加热后，紧箍在叠合部分上。

光敏器及缩管27部分可涂以柔软的树脂层，以保护整个光敏器，尤其是与导线连接的那部分。这涂在辐射器和接收器的光束辐射面和接收面部分的涂层必需是透明的。如果这涂层是涂在粘贴型（Stick-on    type）传感器上而不是光敏器上，则可以是也可以不是透明的。

在这个具体装置中，电缆有一端叠在线路片凸出的窄条上，与之相连接。此外，热缩管套在这叠合部分收紧，这样就增强了相互的连接，因此电缆不大会脱出或折断。这就允许用FPC作为光敏器元件的基片，具有FPC基片的光敏器柔软性极好，制造也容易，而且安装到人体上时方便舒适，何况还具有足够高的可靠性。

Claims (10)

1、一种生物光敏器，其特征在于包括：一条柔软的印刷电路片(1)，所述的印刷电路其片上有一个电路，并且自适应地包在受检者身体的一个部位周围，一个光辐射器(2)和一个光接收器(3)，安装在所述印刷电路片(1)上，相互之间隔开一定距离，以使所述的印刷电路片(1)包在受检者所述部位周围时，它们将在该部位两侧相互相对；以及一个位置控制装置(A₁…A₄；8；9a，9b)，用以检查上述的位置关系是否被检验过，所述光辐射器(2)和所述光接收器(3)利用上述电路接接到一条电缆上，该电缆已被连接在所述印刷电路片的一个端部上。

2、如权利要求1中所述的生物光敏器，其特征在于，所述的光辐射器（2）和光接收器（3）用一种透明材料（16）覆盖，除了上述光辐射器（2）和光接收器（3）以外的其余部分用一种柔软的树脂覆盖。

3、如权利要求1或2中所述的生物光敏器，其特征在于，上述的位置控制装置是一个位置位移检测器装置，包括至少一对在所述光接收器邻近的传感器，检查所述光接收器是否与所述光辐射器准确地相对。

4、如权利要求1中所述的生物光敏器，其特征在于，还包括一条固定带（5），在将所述柔软的印刷电路片（1）沿手指纵向铺设在该手指上再在指甲尖（7a）处翻过去之后，该固定带自适应地放在所述柔软的印刷电路片上，以使所述印刷电路片（1）固定在手指的适当位置上，所述的位置控制装置包括一个第一标记（8），其所在位置能保证在所述第一标记与指甲尖接触的情况下将所述生物光敏器安置在由手指上述第一标记（8）与手指尖（7a）接触时所述光辐射器（2）和光接收器（3）在手指两侧相互准确地相对。

5、如权利要求4中所述的生物光敏器，其特征在于，所述固定带（5）上设有第二标记（9a，9b）作为上述位置控制装置，在所述柔软的印刷电路片（1）的相对两侧上并在所述光辐射器（2）和光接收器（3）的正后部位处，在将所述生物光敏器施加在手指上使所述第二标记（9a，9b）在手指两侧相互相对时，所述光辐射器（2）和所述光接收器（3）在手指两侧将准确地相对。

6、如权利要求4中所述的生物光敏器，其特征在于，所述固定带包括一条衬底（101）、一层在述衬底（101）的一侧上形成的粘性层、以及一片敷在所述粘性层上保护所述粘性层的释放纸（103），所述的释放纸和所述的衬底中至少有一个在其表面上配有安装位置指示装置（105，106），以用于所述光辐射器（2）所述光接收器（3）和受检者身体部位。

7、如权利要求6中所述的生物光敏器，其特征在于，受检者身体部位的安装位置指示装置包括在所述衬底和所述释放纸二侧相应位置所形成的缺口（105）以及至少印在释放纸上的图形，对所述光辐射器和光接收器的安装位置指示装置呈现为至少印在所述释放纸上的字符形式。

8、如权利要求6中所述的生物光敏器，其特征在于，所述释放纸是由一条穿孔线（107）或一条切割线形成的，该线规定了一个安装所述光辐射器（2）和光接收器（3）的区域，所述释放纸有二个凸舌（108，109），一个与所述区域相连，而另一个则不相连。

9、如权利要求1中所述的生物光敏器，其特征在于，所述光辐射器（210）包括多个发光二极管（202，203），每个发光二管与所述印刷电路片上相应的电极相连接，所述这些发光二极管自适应地发出波长互不相同的光束，其中一光束具有能被一种专用色素吸收的波长，所述色素在注射入血流后只能由受检者的肝吸收和排泄，而其它光束具有不被所述色素吸收的波长。

10、如权利要求1中所述的生物光敏器，其特征在于，还包括在所述印刷电路片的一端设置的一个凸舌装置（26），所述电缆的一端自适应地被焊到所述凸舌装置上;以及一个热缩管（27）自适应地套在所述叠部分上，箍紧所述部分。

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