CN103200865A - 用于连续无创动脉血压监测的用后可弃和可拆卸传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于连续无创动脉血压（CNAP）的传感器系统（200）。CNAP传感器包括基座部分（204）以及用后可弃和可拆卸部分（202）。基座部分连接到控制系统。用后可弃部分用于附连（212）到人体部分。CNAP传感器系统包括光体积描记（PPG）系统，所述光体积描记系统具有至少一个光源（206）、至少一个光检测器（208）、电源（210）、光耦合系统、一个或多个连接器以及包括空气源（214）的套袖（202）。

Description

用于连续无创动脉血压监测的用后可弃和可拆卸传感器

相关申请的交叉引用

本申请是2010年9月7日提交的、序列号为61/380,511的美国临时专利申请的非临时申请，上述申请的完整内容通过引用被合并于本文中。

技术领域

本发明大体上涉及用于测量血压和导出血液动力学参数的传感器，并且更特别地涉及连续无创动脉压（CNAP）测量，其中传感器是用后可弃的。

背景技术

可以以许多方式测量血压（BP）。作为一个例子，标准无创血压计（NBP）可以放置在上臂或手腕上。NBP将压力施加到动脉，导致它们约束和限制血流。当压力释放时，血流在动脉中恢复，并且可以测量收缩和舒张血压。NBP间歇地并且不连续地测量BP。

有创装置也可以用于测量血压，例如动脉内导管。有创血压（IBP）装置对于患者可能是疼痛的。

用于测量血压的另一种装置是传感器，所述传感器具有套袖（cuff）、红外光源以及用于测量光体积描记（PPG）信号的光检测器。从脉搏血氧计（PO）获知该类型的信号。PPG信号馈送到控制系统中，所述控制系统在指套中产生反压。众所周知当PPG信号保持恒定时反压等于动脉内压力。因此，测量间接等于动脉内BP的反压。该方法被称为“血管卸荷技术”或“连续无创动脉压（CNAP）”。该方法组合先前方法NBP和IBP的优点；它传送连续BP信息，并且由于其无创性而无痛。

CNAP传感器系统典型地放置在人体的动脉上（例如，在手指处）。传感器系统包括具有空气源的套袖和PPG系统。PPG系统可以包括至少一个光源、至少一个光检测器、电部件以及一个或多个连接器。传感器系统还连接到提供电接口和空气源的控制系统。为了更好的光传输，可以使用光耦合系统。当必须更换传感器时（例如由于卫生原因），必须更换所有部件。因此，期望创造一种用后可弃和可拆卸传感器系统。

发明内容

公开了一种CNAP传感器系统，其包括基座部分以及用后可弃和可拆卸部分。所述基座部分可再使用并且连接到控制系统。所述用后可弃部分附连到人体并且针对低价生产进行设计。所述CNAP传感器系统包括：包括空气源的套袖，具有至少一个光源和至少一个光检测器的PPG系统，所述PPG系统包括电源、光耦合系统和一个或多个连接器。

在一个实施例中，所述传感器包括连接到测量单元的可再使用基座部分以及固定到所述基座部分的可拆卸部分。所述可拆卸部分适合于接收人体部分并且也是用后可弃的。所述传感器系统包括体积描记（PPG）系统。所述PPG系统包括至少一个光源、至少一个光检测器、将所述至少一个光源连接到电源的电连接器以及空气系统。所述PPG系统的至少一部分位于所述基座部分上，并且所述PPG系统的至少一部分位于所述可拆卸部分上。

在另一实施例中，所述可再使用基座部分包括所述光检测器和光源、空气源、电缆或载体以及到控制系统的连接器。包含用于将光传输到手指和从手指传输光的光纤系统的可拆卸和用后可弃套袖安装在所述基座部分上。

在另一实施例中，所述基座部分呈半刚性管的形式，所述半刚性管包含光源和检测器、空气源以及光耦合系统。所述用后可弃部分是具有粗端的材料，所述粗端具有挠性圆环状环。

在又一实施例中，所述基座部分包括具有空气源和空气连接器的套袖。所述用后可弃部分由膏贴制造并且包含一个或多个光源和检测器。

附图说明

在本文中参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1示出使用用于测量手指中的血压的双套袖测量血压的现有技术的传感器的例子；

图2显示本申请的传感器，其中传感器是双指套袖；

图3示出从基座部分去除的图2的套袖；

图4显示光纤系统的示意图；

图5示出具有光纤系统的可拆卸空气室；

图6显示具有用后可弃材料的传感器系统；

图7示出根据本申请的另一实施例的用后可弃双指膏贴（plaster）；以及

图8a和8b显示在将用后可弃部分固定在基座部分上之前和之后的流体填充光耦合系统。

具体实施方式

描述了一种用于测量连续无创动脉血压（CNAP）的传感器系统。CNAP系统包括固定部分或可再使用基座部分以及可拆卸和用后可弃部分。可再使用基座部分连接到控制系统并且包含昂贵部件。可拆卸和用后可弃部分用于附连到人体部分，例如手指，并且设计成低成本。

一般而言，CNAP传感器系统将来自光源的光（优选红外）透射通过手指并且用光检测器接收透射光。同时，可变反压在封闭手指的空气套袖上施加到手指。因此，CNAP传感器系统可以包括光体积描记（PPG）系统，所述光体积描记系统具有至少一个光源、至少一个光检测器、电源、光耦合系统、一个或多个连接器以及具有空气源的套袖。电源例如可以包括电缆或挠性印刷电路。

图1显示配置成双指传感器的现有技术的CNAP传感器100。传感器100包括PPG系统，该PPG系统具有至少一个光源102、至少一个光检测器104、电源、光耦合系统、具有空气源的套袖106、帽112和到控制系统110的连接器108。光照射通过手指以便测量动脉血量。光源102优选地是具有在650-1000nm之间的波长的LED。典型地波长为大约840nm，在该波长下血红蛋白和氧合血红蛋白具有它们的等消光点。红血细胞吸收来自该波长的光，与细胞是否携带氧（氧合血红蛋白）无关。当传感器用于脉搏血氧计功能时，不同的多个波长是优选的，例如650nm和960nm。不同的控制系统可以用于该目的，例如在美国专利公告第2008/0200785号中公开的系统。

光检测器104测量未被动脉血（红血细胞）吸收的来自光源102的光量，并且产生手指中的动脉血流的反函数。该信号也是动脉的直径的量度。光检测器104例如可以是将接收光转换成小电流（光电流）的光电二极管。光电流被传送到控制系统110并且放大。信噪比低并且可以使用用于防止失真的屏蔽。代替光电检测器，光-频率转换器（LFC）可以用作光检测器104。LFC是由接收光调节数字输出信号的集成电路。当数字信号不受周围噪声影响时，电屏蔽可以被省略。

传感器100将光引导到手指组织中，并且接收透射光并且将其传输到接收器。如果传输或接收部件不与手指直接接触，则可以使用光耦合系统。光耦合系统可以是帮助在传感器和组织之间引导光的任何类型的光学布置或组合，例如光纤或透镜。在另一例子中，透明流体可以用于填充手指组织和光学部件之间的间隙。

充气空气套袖106将可变压力提供给手指。压力由控制系统106调节并且在测量模式期间等于手指内部的血压。为了最佳压力传递，空气套袖106作为环封闭手指。环状外层可以比直接接触皮肤的套袖106的内层刚性更大。空气压力由空气源（例如连接到阀系统的泵）传递到空气套袖106。空气压力优选地通过空气管传递。管可以是挠性的（硅酮软管）以防止伪影的运动。

连接器108连接传感器100和控制系统110。如这里所示，连接器108可以承载电和空气信号。在其它配置中，可以使用用于电和空气信号的独立连接器。

控制系统110不是CNAP传感器的一部分。控制系统110接收反动脉血流（容量）信号并且与空气套袖106中的压力起反应。从现有技术已知当动脉容量信号保持（箝位）恒定时，套袖压力等于动脉压。所以，该方法有时被称为“容量箝位法”。

图2显示配置成双指套袖的本申请的示例性传感器系统200的一个实施例的前视图。尽管传感器系统显示为手指传感器和双指套袖，但是应当理解可以备选地使用单套袖，以及测量人或动物的身体上的任何地方的传感器。可拆卸和用后可弃套袖或w形部分202封闭两个相邻手指。考虑到由于与人体接触的生物相容性，套袖202优选地由塑料或其它可变形材料制造。套袖202安装在基座部分204上，在该实施例中所述基座部分为x形。套袖202可以由卡扣紧固件或其它类型的连接器安装到基座部分204。

一个或多个光源206安装到套袖202。光源206例如可以是发光二极管（LED）或激光二极管。基座部分204可以包括与光源206相对定位的一个或多个光检测器208。光源206可以由电连接器210（例如导线）连接到电源211。电连接器210可以形成为套袖202的一部分。套袖202可以用紧固件212固定到手指，例如胶带

或在手指上的紧固夹子。备选地，任何已知紧固件可以将套袖202固定到手指。基座部分204也可以包括用于将空气从空气源（未显示）供应到套袖202以便对手指产生压力的空气管214。

图3显示从基座部分204拆卸的套袖202。套袖202仅仅包括可以是LED的光源206，以及电连接器210。在一个实施例中，套袖202不包括任何电部件。在另一实施例中，套袖202可以包括作为光源206的替代或附加的光检测器208。

图4显示可以用于体积描记的光纤系统的例子。基座部分400包括光源402和光检测器404。光纤406将光运载到可以是可拆卸和用后可弃的部分408和从该部分运载光。光纤可能需要在光纤端部处用于光传播到手指组织和从手指组织传播光的附加光导410。手指放置在两个端部处用于光传播。

图5显示使用光纤概念的另一实施例的前视图。可以是空气套袖的可拆卸和用后可弃部分500安装在基座部分502上。与图2和3中所示的实施例相比，光源504和光检测器506包括在基座部分502中。套袖500包括将光传送到与光检测器506相对的套袖的外缘的光纤。因此，光可以从套袖500的外缘中的光纤的端部501通过手指透射到光检测器506。再次地，套袖500可以用紧固件510固定到手指，例如胶带

或在手指上的紧固夹子。基座部分502也包括用于将空气供应到套袖500的空气管512。在另一例子中，光纤自身可以接收来自手指的光并且将它传送到光检测器506。

在图6中显示了系统的又一实施例。该实施例包括作为基座部分的半刚性管600和围绕基座部分放置的可拆卸和用后可弃材料602。半刚性管600包含光源604和光检测器606。为了最佳光传输到手指和从手指传输光，光耦合系统608可以邻近光源604和光检测器606定位。在一个实施例中，光耦合系统608可以是透镜。空气供应系统或空气管610和电源612也可以位于半刚性管600的内部。

在一个例子中，材料602可以是具有可以与球囊的端部相当的粗端的软管，所述粗端具有挠性圆环状环614。对于本申请，材料602放置在手指上并且半刚性管600在材料602上滑动。材料的圆环614放置在管600的端部上并且由在管600的外部的槽口（未显示）保持就位。可以由用户执行的该程序形成空气室616。

在图7中显示了另一实施例。在该实施例中，可拆卸和用后可弃部分700包括电部件702，例如光源和光检测器，以及简单连接器704。空气系统（套袖、源和连接器）位于基座部分（未显示）中。该概念从SpO2探头获知，其中所有部件放置在胶带或膏贴上。用后可弃部分700形成为双指膏贴。膏贴可以由承载电部件和导线的挠性印刷电路制造。膏贴定位在手指上，光检测器与光源相对地定位。空气系统然后放置在膏贴上。

膏贴可以借助于用于正确放置的定位辅助粘贴在手指上。定位辅助例如可以是围绕膏贴的w形弹性部分。该组合可以放置在手指上，并且当去除w形部分时，膏贴粘贴到手指。在使用之后，可以类似于创可贴从手指去除膏贴。为了减小成本，光检测器或光源可以放置在空气系统上。膏贴可以备选地形成单指套袖。

图8a和8b中所示的系统可以包括由塑料或另一种可变形材料制造的可拆卸和用后可弃部分800。用后可弃部分800包含填充有液体的容器806。当用后可弃部分800安装到固定部分802上时容器806打开。液体流出容器806并且流入放置在光源或检测器804的前面的第二、空容器808。液体是手指和光源或检测器804之间的耦合介质。耦合介质通过避免不同材料之间的间隙增强手指组织和光学传感器之间的光传播。

当从基座部分802去除用后可弃部分800时，液体蒸发。液体例如可以是在进行测量之后清洁基座部分802的消毒剂。

在一些实施例中，传感器可以包括保护传感器以防未授权再使用的一部分。这可以通过电子器件经由加密授权实现或由套袖内的简单保险丝状布置实现。

应当理解上述实施例中的任何一个可以形成为单指传感器以及双指传感器。双指传感器由于手指切换而具有更长的测量时间，并且也提供光源和光检测器的安全放置，原因是它们不能围绕一个手指扭转。

尽管在本文中已关于某些实施例和应用描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到仍然属于本发明的概念的精神内的变化、修改、更改等，并且这些应当在以下权利要求中所表达的本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种用于测量一个或多个生理信号的传感器系统，其包括：

连接到测量单元的基座部分，所述基座部分是可再使用的；以及

固定到所述基座部分的可拆卸部分，所述可拆卸部分适合于接收人体部分并且是用后可弃的；

其中所述传感器系统包括体积描记（PPG）系统，所述PPG系统包括至少一个光源、至少一个光检测器、将所述至少一个光源连接到电源的电连接器以及空气系统；并且

其中所述PPG系统的至少一部分位于所述基座部分上，并且所述PPG系统的至少一部分位于所述可拆卸部分上。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述至少一个光检测器、电连接器、空气源和空气连接器位于所述基座部分上，并且空气套袖位于所述可拆卸部分上。

3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述至少一个光源和电连接器位于所述可拆卸部分上。

4.根据权利要求2所述的传感器，其中所述基座部分包括至少一个光源，并且所述可拆卸部分包括光纤系统。

5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述至少一个光源、电连接器、空气源和空气连接器位于所述基座部分上，并且空气套袖位于所述可拆卸部分上。

6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述至少一个光检测器和到所述至少一个光检测器的电源位于所述可拆卸部分上。

7.根据权利要求5所述的传感器，其中所述基座部分包括至少一个光源，并且所述可拆卸部分包括光纤系统。

8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述基座部分是半刚性管，所述半刚性管包括所述至少一个光源、所述至少一个光检测器、所述电连接器和电源、空气源以及空气连接器。

9.根据权利要求8所述的传感器，其中所述可拆卸部分是具有固定环的外套。

10.根据权利要求1所述的传感器，其中所述可拆卸部分是包括所述至少一个光源、所述至少一个光检测器和所述电连接器的膏贴。

11.根据权利要求10所述的传感器，其中包括空气源和空气连接器的空气套袖位于所述基座部分上。

12.根据权利要求1所述的传感器，其中所述可拆卸部分包括液体填充容器和空容器。

13.根据权利要求12所述的传感器，其中所述液体是消毒剂。

14.一种用于将传感器的可拆卸部分安装到基座部分上的方法，其包括：打开容器以及将液体从所述容器流动到空容器中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述液体用于将光从光源或光检测器引导到人体组织。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述液体用于在使用所述传感器之后的消毒。

Images