CN103876747B - 血氧饱和度模拟仪校准装置 - Google Patents

血氧饱和度模拟仪校准装置 Download PDF

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Abstract

本发明是有关于一种血氧饱和度模拟仪校准装置,包括：双波长LED光源、光探测器、装置主机及计算机；其中，双波长LED光源与光探测器相对设置，且双波长LED光源及光探测器与装置主机连接,装置主机输出驱动信号驱动双波长LED光源发出红光及近红外光,光探测器检测入射至其面上的光信号强度转换为电压信号输入装置主机；装置主机与计算机连接,接收计算机输出的R曲线指令，并根据接收到电压信号计算出R值、血氧饱和度值及脉搏频率值，同时将血氧饱和度值及脉搏频率值输入计算机;计算机对血氧饱和度值及脉搏频率值的数据进行分析、处理,生成校准报告。本发明可以实现对各类血氧饱和度模拟仪的血氧饱和度和脉搏频率指标的校准。

Description

血氧饱和度模拟仪校准装置
技术领域
本发明涉及一种医疗测试仪器的校准(溯源)装置,特别是涉及一种血氧饱和度模拟仪校准装置。
背景技术
血氧饱和度(SpO2)是指血液中被氧结合的氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度，它是呼吸循环的重要生理参数。许多临床疾病会造成氧供给的缺乏，这将直接影响细胞的正常新陈代谢，严重的甚至还会威胁人的生命，所以脉搏血氧浓度的实时监测在麻醉、手术以及PACU和ICU等临床救护中非常重要。脉搏血氧饱和度通常作为病人多参数监护仪的重要组成部分而被广泛应用,该设备在使用过程中可以对血氧饱和度(SpO2)、脉搏频率(PR)等参数进行监控和报警。
血氧饱和度的测量是根据氧合血红蛋白(HbO2)和全部可结合的血红蛋白(Hb)在红光和近红外光区域的吸收光谱特性，用红光和近红外光照射人体的手指、脚趾或耳垂等部位，由光敏元件探测透射(或反射)的光电容积脉搏波强度。由于人体的这些部位都是由皮肤、血液、肌肉、骨骼等组成的混合组织，光在通过这类组织形成的光电容积脉搏波的特征是在一个很大的稳定分量(或称直流分量)上叠加一个较小的脉动分量(或称交流分量)。其交流分量是由于血液充盈脉动引起，直流分量则是血液流过动脉的同时，由非动脉部分，即肌肉、静脉血、皮肤、骨骼等组织对光的吸收效果。通过对两束光的光电容积脉搏波的测量可以得到四个变量，即红光直流分量、红光交流分量、近红外光直流分量和近红外光江流分量，由这四个分量可以计算出血氧饱和度。
目前，在地方计量、质检院所，以及许多大型医院的医疗设备科都配备了血氧饱和度模拟仪，来对多参数监护仪中的血氧测试模块进行校准(溯源)。其品牌和型号主要有：FLUKE公司的INDEX2型血氧饱和度模拟仪,DATREND公司的OxitestPlus7型血氧饱和度模拟仪，以及METRON公司的DAEG型血氧饱和度模拟仪等。但是血氧饱和度模拟仪的校准(溯源)问题一直没有得到解决。虽然FLUKE公司已经建立了一套“血氧饱和度模拟仪校准基站”，但是由于不同公司的血氧饱和度模拟仪的设计原理各不相同，而FLUKE公司的基站只能用于检测自己公司的产品，对于其它公司的产品完全不适用。此外，FLUKE公司的这套基站是采用标准的血氧仪来校准血氧饱和度模拟仪，同时开箱检查血氧饱和度模拟仪的电路板的部分电阻、电容等小型电学器件，而并不是采用追本溯源的方法，探索最本质的R值与血氧饱和度值的对应关系以及脉搏频率(PR)测量。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型的血氧饱和度模拟仪校准装置，所要解决的技术问题是使其可以实现对各类血氧饱和度模拟仪的血氧饱和度(SpO2)和脉搏频率(PR)指标的校准，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其包括：双波长LED光源、光探测器、装置主机以及计算机；其中，所述双波长LED光源与所述光探测器相对设置，且所述双波长LED光源及所述光探测器分别与所述装置主机连接，所述装置主机输出驱动信号驱动所述双波长LED光源发出红光及近红外光，所述光探测器检测入射至其面上的光信号强度将其转换为电压信号输入所述装置主机；所述装置主机与所述计算机连接,接收所述计算机输出的R曲线指令，并根据接收到所述电压信号计算出R值、血氧饱和度值及脉搏频率值，同时所述装置主机将所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值的数据输入所述计算机；所述计算机对所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值的数据进行分析、处理、生成校准报告。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其中所述双波长LED光源及所述光探测器分别设置于指夹上；所述指夹能够夹持所述血氧饱和度模拟仪的模拟手指，且在所述指夹夹持所述模拟手指时所述双波长LED光源及所述光探测器分别位于所述模拟手指相对的两侧。
前述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其中所述指夹为不同公司的血氧仪所使用的指夹，所述指夹能够方便的连接到所述装置主机上，以及从所述装置主机上拆卸下来。
前述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其中所述装置主机设有预处理模块、微处理器、显示模块、通信模块及电源模块；所述电源模块分别与所述预处理模块、所述微处理器、所述显示模块及所述通信模块连接，为所述预处理模块、所述微处理器、所述显示模块及所述通信模块的工作提供电能；所述预处理模块输出所述驱动信号驱动所述双波长LED光源发出红光和近红外光，并获取输入所述装置主机的所述电压信号进行预处理；所述微处理器与所述预处理模块连接，接收经预处理后的电压信号，并根据经预处理后的电信号计算出R值及脉搏频率值，并且根据所述装置主机接收到的所述R曲线指令的R曲线及所计算出的所述R值计算出所述血氧饱和度值；所述显示模块与所述微处理器连接，将所述微处理器计算出的所述R值、所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值在所述显示模块的显示屏上显示；所述通信模块与所述微处理器连接，将所述微处理器计算出的所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值的数据通过所述通信模块输入所述计算机。
前述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其中所述所述微处理器内集成有模数转换电路、数据运算电路及存储电路，所述数据运算电路分别与所述模数转换电路及所述存储电路连接；所述微处理器通过所述模数转换电路对接收到的经预处理后的电压信号进行模数转换生成数字信号；并将所述数字信号输入所述数据运算电路计算出所述R值及所述脉搏频率值；所述微处理器还根据所述装置主机接收到的所述R曲线指令，将所述计算机发送的R曲线存储于所述存储电路，并从所述存储电路调取所述R曲线至所述数据运算电路，根据计算出的所述R值计算出所述血氧饱和度值。
前述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其中所述显示屏上还显示所述红光及所述近红外光信号的实时动态曲线。
前述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其中所述计算机通过校准软件将接收到的所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值与所述血氧饱和度模拟仪设定的血氧饱和度值及脉搏频率值进行比较，并对比较结果进行分析、处理、生成校准报告。
前述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其中所述计算机还与打印机连接，通过所述打印机打印所述校准报告。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明血氧饱和度模拟仪校准装置至少具有下列优点及有益效果：本发明的血氧饱和度模拟仪校准装置集数据采集、信号处理、校准检测、数据分析和校准报告生成、打印等功能于一体，可以实现对各类血氧饱和度模拟仪的血氧饱和度(SpO2)和脉搏频率(PR)这两个最主要的指标的自动校准。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是本发明血氧饱和度模拟仪校准装置的方框图。
图2是本发明血氧饱和度模拟仪校准装置一较佳实施例的方框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的血氧饱和度模拟仪校准装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
本发明的血氧饱和度模拟仪校准装置是通过将读取的血氧饱和度值与R值之间的对应曲线与血氧饱和度模拟仪原厂提供的R曲线进行对比，和将读取的脉搏频率值进一步溯源到频率基准上来对血氧饱和度模拟仪进行校准(溯源)。
请参阅图1所示，是本发明血氧饱和度模拟仪校准装置的方框图。
本发明的血氧饱和度模拟仪校准装置主要由双波长LED光源10、光探测器20、装置主机30和计算机40组成。其中，双波长LED光源10与光探测器20相对设置，且双波长LED光源10和光探测器20分别与装置主机30连接。装置主机30输出驱动信号S1驱动双波长LED光源10发出红光和近红外光，光探测器20检测入射至其面上的光信号强度将其转换为电压信号S2输入装置主机30。装置主机30与计算机40连接，接收计算机40输出的R曲线指令S3，以确定所校准的血氧饱和度模拟仪所使用的R曲线，并根据接收到电压信号S2计算出R值、血氧饱和度值及脉搏频率值，同时装置主机30将血氧饱和度值及脉搏频率值的数据S4输入计算机40。计算机40对血氧饱和度值及脉搏频率值的数据进行分析、处理、生成校准报告。
本发明的双波长LED光源10和光探测器20可分别设置于指夹50上。指夹50能够夹持血氧饱和度模拟仪的模拟手指60，且在指夹50夹持模拟手指60时双波长LED光源10和光探测器20分别位于模拟手指60相对的两侧。其中，双波长LED光源10包括红光发光管和近红外光发光管。
本发明的指夹50为不同公司的血氧仪所使用的指夹，因此指夹50能够方便的连接到装置主机30上，以及从装置主机30上拆卸下来。当本发明采用某一公司的R曲线对血氧饱和度模拟仪进行校准时，需要使用对应的这一公司的血氧仪所使用的指夹作为指夹50。例如：本发明采用FLUKE公司的R曲线对血氧饱和度模拟仪进行校准时，需要使用FLUKE公司的血氧仪所使用的指夹作为指夹50，此时指夹上的双波长LED光源发出的红光的波长可以约为660nm，发出的近红外光的波长可以约为940nm，而本发明的光探测器20为PD光探测器。
请参阅图2所示，是本发明血氧饱和度模拟仪校准装置一较佳实施例的方框图。
本发明的装置主机30可设有预处理模块31、微处理器32、显示模块33、通信模块34和电源模块35。
本发明的电源模块35分别与预处理模块31、微处理器32、显示模块33及通信模块34连接，为预处理模块31、微处理器32、显示模块33和通信模块34的工作提供电能。
本发明的预处理模块31输出驱动信号S1驱动双波长LED光源10发出红光和近红外光，并获取输入装置主机30的电压信号S2进行预处理。
本发明的微处理器32与预处理模块31连接，接收经预处理后的电压信号S5，并根据经预处理后的电压信号S5计算出R值及脉搏频率值，并且根据装置主机30接收到的R曲线指令S3的R曲线及所计算出的R值计算出血氧饱和度值。
其中，本发明的微处理器32内可集成有模数转换电路321、数据运算电路322和存储电路323，数据运算电路322分别与模数转换电路321和存储电路323连接。本发明的微处理器32通过模数转换电路321对接收到的经预处理后的电压信号S5进行模数转换生成数字信号S6，并将数字信号S6输入数据运算电路322计算出R值和脉搏频率值。同时，本发明的微处理器32还根据装置主机30接收到的R曲线指令S3，将计算机40发送的R曲线存储于存储电路323，并从存储电路323调取R曲线S7至数据运算电路322，根据计算出的R值计算出血氧饱和度值。
本发明的显示模块33与微处理器32连接，将微处理器32计算出的R值、血氧饱和度值和脉搏频率值S8在显示模块33的显示屏上显示，并且同时在显示屏上还显示红光及近红外光信号的实时动态曲线。
本发明的通信模块34与微处理器32连接，将微处理器32计算出的血氧饱和度值及脉搏频率值的数据S9通过通信模块34输入计算机40。
本发明的预处理电路31包括：光源驱动电路311、放大电路312和滤波电路313。其中，光源驱动电路311接收微处理器32的指令S10输出驱动信号S1驱动双波长LED光源10发出红光和近红外光。放大电路312获取输入装置主机30的电压信号S2进行放大。滤波电路313与放大电路312连接，对并将经放大后的电压信号S11进行滤波。
本发明的数据运算电路322是从数字信号S6获得红光和近红外光的交流和直流分量的四个信号RAC、IRAC、RDC和IRDC,并利用公式(一)计算得出R值:
R值＝(RAC*IRDC)/(IRAC*RDC)(一)
由于R值与血氧饱和度值的对应关系反映为R曲线,每个公司的血氧仪定义的R曲线不同,而血氧饱和度模拟仪内部会存储与许多公司的血氧仪对应的许多条R曲线，普通的血氧仪只是读取血氧饱和度模拟仪内某一条R曲线对应出来的血氧饱和度值和脉搏频率值。
本发明的数据运算电路322是利用计算出的R值，并根据计算机40通过R曲线指令S3发送至装置主机30而存储于存储电路323中的R曲线(即血氧仪厂家提供的R曲线)查表确定出血氧饱和度值。
本发明的数据运算电路322是通过对红光和近红外光的波形做了两次微分，然后通过数字比较器求得脉搏波的峰值电压对应的时间值，之后计算相邻两个脉搏波峰值的时间间隔，并对此时间间隔求倒数计算出脉搏频率值。
本发明的血氧饱和度模拟仪校准装置通过装置主机30接收来自计算机40的R曲线指令可以读取任意被校准的血氧饱和度模拟仪内的任意R曲线对应的血氧饱和度值和脉搏频率值。
本发明的计算机40通过校准软件将接收到的血氧饱和度值及脉搏频率值与血氧饱和度模拟仪设定的血氧饱和度值及脉搏频率值进行比较，并对比较结果进行分析、处理，判定血氧饱和度模拟仪的参数是否和厂家声明的参数一致，其误差是否在允差范围内，并生成校准报告。一旦血氧饱和度模拟仪的精度超出允差，则需要将被校准的血氧饱和度模拟仪返厂或者找专门的维修公司进行维修，调节其电参数或者更换元器件，使其精度回到允差范围内。
本发明的计算机40还可与打印机70连接，通过打印机70打印生成的校准报告。
本发明血氧饱和度模拟仪校准装置的技术指标：
a)血氧饱和度测量范围：0～100％
相对标准偏差：(70～100)％，≤0.5％
(0～69)％，≤1％
b)脉搏频率测量范围：0～300BPM，
相对标准偏差：(0-180)，≤1BPM
(181-300)，≤1％读数
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其包括：双波长LED光源、光探测器、装置主机以及计算机；其中，所述双波长LED光源与所述光探测器相对设置，且所述双波长LED光源及所述光探测器分别与所述装置主机连接，所述装置主机输出驱动信号驱动所述双波长LED光源发出红光及近红外光，所述光探测器检测入射至其面上的光信号强度将其转换为电压信号输入所述装置主机；所述装置主机与所述计算机连接，接收所述计算机输出的R曲线指令，以确定所校准的血氧饱和度模拟仪所使用的R曲线，并根据接收到所述电压信号计算出R值、血氧饱和度值及脉搏频率值，同时所述装置主机将所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值的数据输入所述计算机；所述计算机对所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值的数据进行分析、处理、生成校准报告；其中，R曲线是R值与血氧饱和度值的对应关系的反映，每个公司的血氧仪定义的R曲线不同,而血氧饱和度模拟仪内部会存储与许多公司的血氧仪对应的许多条R曲线。
2.根据权利要求1所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述双波长LED光源及所述光探测器分别设置于指夹上；所述指夹能够夹持所述血氧饱和度模拟仪的模拟手指，且在所述指夹夹持所述模拟手指时所述双波长LED光源及所述光探测器分别位于所述模拟手指相对的两侧。
3.根据权利要求2所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述指夹为不同公司的血氧仪所使用的指夹，当采用某一公司的R曲线对血氧饱和度模拟仪进行校准时，需要使用对应的这一公司的血氧仪所使用的指夹，所述指夹能够方便的连接到所述装置主机上，以及从所述装置主机上拆卸下来。
4.根据权利要求1所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述装置主机设有预处理模块、微处理器、显示模块、通信模块及电源模块；
所述电源模块分别与所述预处理模块、所述微处理器、所述显示模块及所述通信模块连接，为所述预处理模块、所述微处理器、所述显示模块及所述通信模块的工作提供电能；
所述预处理模块输出所述驱动信号驱动所述双波长LED光源发出红光和近红外光，并获取输入所述装置主机的所述电压信号进行预处理；
所述微处理器与所述预处理模块连接，接收经预处理后的电压信号,并根据经预处理后的电信号计算出R值及脉搏频率值，并且根据所述装置主机接收到的所述R曲线指令的R曲线及所计算出的所述R值计算出所述血氧饱和度值；
所述显示模块与所述微处理器连接，将所述微处理器计算出的所述R值、所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值在所述显示模块的显示屏上显示；
所述通信模块与所述微处理器连接，将所述微处理器计算出的所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值的数据通过所述通信模块输入所述计算机。
5.根据权利要求4所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述微处理器内集成有模数转换电路、数据运算电路及存储电路，所述数据运算电路分别与所述模数转换电路及所述存储电路连接；
所述微处理器通过所述模数转换电路对接收到的经预处理后的电压信号进行模数转换生成数字信号；并将所述数字信号输入所述数据运算电路计算出所述R值及所述脉搏频率值；
所述微处理器还根据所述装置主机接收到的所述R曲线指令，将所述计算机发送的R曲线存储于所述存储电路，并从所述存储电路调取所述R曲线至所述数据运算电路，根据计算出的所述R值计算出所述血氧饱和度值。
6.根据权利要求4所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述显示屏上还显示所述红光及所述近红外光信号的实时动态曲线。
7.根据权利要求4所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述预处理电路包括：光源驱动电路、放大电路及滤波电路；所述光源驱动电路接收所述微处理器的指令输出所述驱动信号驱动所述双波长LED光源发出红光及近红外光；所述放大电路获取输入所述装置主机的所述电压信号进行放大；所述滤波电路与所述放大电路连接，对经放大后的电压信号进行滤波。
8.根据权利要求1所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述计算机通过校准软件将接收到的所述血氧饱和度值及所述脉搏频率值与所述血氧饱和度模拟仪设定的血氧饱和度值及脉搏频率值进行比较,并对比较结果进行分析、处理，生成校准报告。
9.根据权利要求1所述的血氧饱和度模拟仪校准装置，其特征在于其中所述计算机还与打印机连接，通过所述打印机打印所述校准报告。
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