CN105559795A - 可穿戴式的血氧检测设备及其血氧传感器 - Google Patents

可穿戴式的血氧检测设备及其血氧传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可穿戴式的血氧检测设备及其血氧传感器，所述血氧传感器包括：发光器件，设置于芯片基板上，用于发射探测光波到待测组织内；第一导光器件，设置于发光器件上，用于将探测光波经过反射后进入待测组织内；检测器件，设置于芯片基板上，用于测量从待测组织内反射出的位于检测范围内的探测光波；第二导光器件，用于将位于检测范围外的探测光波经过反射后被检测器件测量到。本发明通过在发光器件上设置第一导光器件，使探测光波经过反射后从垂直入射变成斜方向入射，便于在待测组织内进行反射；在检测器件上设置第二导光器件，使更多探测光波经过反射后被检测器件测量到，提高了探测光波的利用率。

Description

可穿戴式的血氧检测设备及其血氧传感器
技术领域
本发明涉及生命体征参数检测研究领域，尤其是指一种可穿戴式的血氧检测设备及其血氧传感器。
背景技术
空气中的氧气在人体肺部进行交换后进入血液，结合在血红蛋白上供给到全身，维持细胞的正常新陈代谢。血氧饱和度(SpO2)用于反映这种血液中含氧水平，血氧饱和度是指血液中氧合血红蛋白(HbO2)的容量占全部血红蛋白(Hb)容量的百分比。在正常情况下，人体的血氧饱和度保持在98％，一般不会低于94％，若血氧饱和度过低，则表明组织得不到充足的氧，或不能充分利用氧，导致组织的代谢、机能、甚至形态结构发生异常变化，缺血缺氧4分钟即可造成神经元的死亡，严重时可危及生命。因此，对人体进行血氧饱和度的检测非常重要。另一方面，随着人们生活水平的提高，人们的健康意识日益增强，随时随地检测生理参数的需求随之出现，近几年，发展迅速的可穿戴医疗产品正是满足这种需求的理想产品。将血氧检测功能移植到可穿戴医疗产品上，一方面可以实时监测心脑缺氧疾病、组织性缺氧疾病、呼吸性缺氧疾病和睡眠呼吸暂停综合症，方便操作者进行自我健康状况评估，及早采取措施控制病情，最大程度避免血氧饱和度过低造成的健康危害或者生命危险。另一方面，可以为极限运动、高强度运动和高原野外活动实时提供血氧饱和度数据，有利于根据血氧饱和度数据实时调整运动强度，制定、修改运动计划，在血氧饱和度降低到危险值前停止运动或者离开缺氧地区，避免运动过度造成的缺氧伤害，更可以避免在野外环境下由缺氧导致的长时间昏厥带来的生命危险。
目前，血氧饱和度检测功能常见于各种监护仪或者监测仪中，为监护、抢救、健康评价提供了一种客观的生命体征参数，然而，这些市场上常见的血氧饱和度检测装置大多采用透射式血氧饱和度检测方法，利用指套或者指夹完成检测，不仅体积大、操作不便、舒适度差，更会造成检测时的紧张感，给检测者带来心理压力，从而导致结果失真。此外，现有血氧饱和度检测装置电源几乎全部采用电池供电或电源充电的方式，这种供电方式使可使用时间受到很大程度的限制，不能满足日益增长的装置便携式需求，也不能满足随时随地根据检测者需求而进行实时检测的可穿戴需求。
参见图1所示，图1是现有的可穿戴医疗产品的血氧传感器的示意图，采用反射法检测血氧饱和度，所用血氧传感器由平行放置的发光器件91(LED灯)和检测器件92(接收头)组成，根据光的散射理论，光波在通过人体组织(皮肤93、皮下组织94)时除了被吸收以外，还会出现另一种现象，即散射。由于人体组织是非均匀分布的，光在组织内并不能严格的按照直线传播，例如在遇到微静脉95、微动脉96时会发生强烈的散射现象，其中一部分光经过多次散射以后回到入射表面，宏观上表现为反射光，部分发射光经过组织反射后到达检测器件92，并被检测器件92测量得到，通过检测这束光的光强来进行血氧饱和度的检测，测量深度可以通过调整发光器件91与检测器件92之间的距离进行调整。
但是这种可穿戴医疗产品具有以下两个问题：
1.发光器件91的光源一般为点光源，这样只有部分光参与检测，光强度低，造成信号弱，增加了检测器件92的复杂性及后续处理的复杂性。
2.应用受限：一般的可穿戴医疗产品中，为了降低体积以及功耗，常将发光器件91与检测器件92集成，这样发光器件91与检测器件92之间的距离会是一个固定值，对应的检测深度就限定了，相应的限定了测试的部位或是测试的组织。而在发光器件91与检测器件92分离的方案下，为了增加测量深度必须增加发光器件91与检测器件92之间的距离，但相应的光强也要增强，导致功耗上升，在可穿戴领域产生限制。
发明内容
有鉴于上述问题，本发明提供了一种可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器，包括：
发光器件，设置于芯片基板上，用于发射探测光波到待测组织内；
第一导光器件，设置于所述发光器件上，用于将所述发光器件发射的探测光波经过反射后进入待测组织内；
检测器件，设置于所述芯片基板上，用于测量从待测组织内反射出的位于检测范围内的探测光波；
第二导光器件，用于将从待测组织内反射出的位于所述检测器件的检测范围外的探测光波经过反射后被所述检测器件测量到。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器，通过在发光器件上设置第一导光器件，可以使由发光器件发出的探测光波经过反射后从垂直入射变成斜方向入射，便于探测光波在待测组织内更容易进行反射；在检测器件上设置第二导光器件，可以使更多的从待测组织内反射出的探测光波经过反射后被检测器件测量到，大大提高了探测光波的利用率。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器的进一步改进在于，所述第一导光器件为导光柱，所述第二导光器件为导光柱。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器的进一步改进在于：
所述第一导光器件为斜导光柱，所述第一导光器件的倾斜方向为以顶部为原点而朝向靠近所述检测器件的方向倾斜；
所述第二导光器件为直导光柱。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器的进一步改进在于：
所述第一导光器件为斜导光柱，所述第一导光器件的倾斜方向为以顶部为原点而朝向靠近所述检测器件的方向倾斜；
所述第二导光器件为斜导光柱，所述第二导光器件的倾斜方向为以顶部为原点而朝向远离所述发光器件的方向倾斜。
本发明还提供了一种可穿戴式的血氧检测设备，包括：
上述的血氧传感器；
控制模块，与所述血氧传感器连接，用于控制所述血氧传感器的启闭；
处理模块，与所述血氧传感器以及所述控制模块连接，用于接收所述血氧传感器测量的数据结果并运算分析得到血氧值，再将该血氧值反馈给所述控制模块；
外部输入模块，与所述控制模块连接，用于输入操作指令；
显示模块，与所述控制模块连接，用于显示血氧值。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器，通过在发光器件上设置第一导光器件，可以使由发光器件发出的探测光波经过反射后从垂直入射变成斜方向入射，便于探测光波在待测组织内更容易进行反射；在检测器件上设置第二导光器件，可以使更多的从待测组织内反射出的探测光波经过反射后被检测器件测量到，大大提高了探测光波的利用率。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的进一步改进在于，还包括：数据存储模块，与所述控制模块以及所述显示模块连接，用于记录血氧值的历史数据。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的进一步改进在于，还包括：无线通讯模块，与所述控制模块连接，用于连接外部智能设备。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的进一步改进在于，还包括：电源模块，与所述控制模块连接，用于提供电源。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的进一步改进在于，还包括：警示灯，与所述控制模块连接，用于在所述处理模块运算分析得到的血氧值低于标准血氧值时，闪烁作为警示。
附图说明
图1是现有的可穿戴医疗产品的血氧传感器的示意图。
图2是本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器的第一实施例示意图。
图3是本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器的第二实施例示意图。
图4是本发明可穿戴式的血氧检测设备的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
配合参看图2所示，图2是本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器的第一实施例示意图。在该第一实施例中，血氧传感器1A，包括：
发光器件10A，设置于芯片基板上，用于发射探测光波到待测组织内。
第一导光器件110A，设置于发光器件10A上，用于将发光器件10A发射的探测光波经过反射后进入待测组织内；
检测器件20A，设置于所述芯片基板上，用于测量从待测组织内反射出的位于检测范围内的探测光波；
第二导光器件210A，用于将从待测组织内反射出的位于检测器件20A的检测范围外的探测光波经过反射后被检测器件20A测量到。
在该第一实施例中，第一导光器件110A为导光柱，第二导光器件210A为导光柱。优选地，第一导光器件110A为斜导光柱，第一导光器件110A的倾斜方向为以顶部为原点而朝向靠近检测器件20A的方向倾斜；第二导光器件210A为直导光柱。
结合图2所示，在该第一实施例中，本发明可穿戴式的血氧检测设备，通过在血氧传感器1A的发光器件10A上设置第一导光器件110A，可以使由发光器件10A发出的探测光波101A经过第一导光器件110A的反射后从垂直入射变成斜方向入射进入待测组织的表面层301A，这样便于探测光波101A在待测组织内的第一皮肤层302和第二皮肤层303A上更容易进行反射；在检测器件20A上设置第二导光器件210A，可以使更多的从待测组织内反射出的探测光波102A更多地被第二导光器件210A捕捉到并经过反射后被检测器件20A测量到，大大提高了探测光波的利用率。
实施例2：
配合参看图3所示，图3是本发明可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器的第二实施例示意图。如图3所示，在该第二实施例中，血氧传感器1B，包括：
发光器件10B，设置于芯片基板上，用于发射探测光波到待测组织内。
第一导光器件110B，设置于发光器件10B上，用于将发光器件10B发射的探测光波经过反射后进入待测组织内；
检测器件20B，设置于所述芯片基板上，用于测量从待测组织内反射出的位于检测范围内的探测光波；
第二导光器件210B，用于将从待测组织内反射出的位于检测器件20B的检测范围外的探测光波经过反射后被检测器件20B测量到。
在该实施例中，第一导光器件110B为导光柱，第二导光器件210B为导光柱。优选地，第一导光器件110B为斜导光柱，第一导光器件110B的倾斜方向为以顶部为原点而朝向靠近检测器件20B的方向倾斜；第二导光器件210B为斜导光柱，第二导光器件210B的倾斜方向为以顶部为原点而朝向远离发光器件10B的方向倾斜。
结合图3所示，在该第二实施例中，本发明可穿戴式的血氧检测设备，通过在血氧传感器1B的发光器件10B上设置第一导光器件110B，可以使由发光器件10B发出的探测光波101B经过第一导光器件110B的反射后从垂直入射变成斜方向入射进入待测组织的表面层301B，这样便于探测光波101B在待测组织内的第一皮肤层302B和第二皮肤层303B上更容易进行反射；在检测器件20B上设置第二导光器件210B，可以使更多的从待测组织内反射出的探测光波102B更多地被第二导光器件210B捕捉到并经过反射后被检测器件20B测量到，大大提高了探测光波的利用率。并且，将第二导光器件210B进一步设置为斜导光柱，并将第二导光器件210B的倾斜方向为以顶部为原点而朝向远离发光器件10B的方向倾斜，扩大了光线捕捉范围，从而可以使由待测组织的第二皮肤层303B反射回来的探测光波103B可以更多地被第二导光器件210B捕捉到并经过反射后被检测器件20B测量到，进而提高了可穿戴式的血氧检测设备的检测深度。
具体地，参见图4所示，本发明可穿戴式的血氧检测设备，包括：
上述血氧传感器1，设置在可穿戴式的血氧检测设备的背面，与待测组织(如皮肤)直接接触。
控制模块2，与血氧传感器1连接，用于控制血氧传感器1的启闭。
处理模块3，与血氧传感器1以及控制模块2连接，用于接收血氧传感器1测量的数据结果并运算分析得到血氧值，再将该血氧值反馈给控制模块2。
外部输入模块4，与控制模块2连接，用于输入操作指令。
显示模块5，与控制模块2连接，用于显示血氧值。
数据存储模块6，与控制模块2以及显示模块5连接，用于记录血氧值的历史数据。
无线通讯模块7，与控制模块2连接，用于连接外部智能设备。
电源模块8，与控制模块2连接，用于为整个可穿戴式的血氧检测设备提供电源。
警示灯9，与控制模块2连接，用于在处理模块3运算分析得到的血氧值低于标准血氧值时，闪烁作为警示。
本发明可穿戴式的血氧检测设备的外部输入模块4包括设置于设备上的开关按钮、数据查询按钮等，使用时，操作者按下开关按钮，控制模块2就会控制血氧传感器1开启进行数据测量，处理模块3接收血氧传感器1测量的数据结果并运算分析得到血氧值，再将该血氧值反馈给控制模块2，控制模块2一方面将该血氧值传输给显示模块5进行显示，另一方面将该血氧值传输给数据存储模块6作为历史数据进行记录，当处理模块3运算分析得到的血氧值低于标准血氧值时，警示灯9就会闪烁作为警示；操作者按下数据查询按钮，控制模块2就会控制数据存储模块6将历史数据传输给显示模块5进行显示。还可以将本发明可穿戴式的血氧检测设备通过无线通讯模块7与外部智能设备(如手机、平板、电脑等)连接，将血氧值同步传到外部智能设备，便于操作者查看。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，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的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做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)

1.一种可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器，其特征在于，包括：
发光器件，设置于芯片基板上，用于发射探测光波到待测组织内；
第一导光器件，设置于所述发光器件上，用于将所述发光器件发射的探测光波经过反射后进入待测组织内；
检测器件，设置于所述芯片基板上，用于测量从待测组织内反射出的位于检测范围内的探测光波；
第二导光器件，用于将从待测组织内反射出的位于所述检测器件的检测范围外的探测光波经过反射后被所述检测器件测量到。
2.如权利要求1所述的可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器，其特征在于，所述第一导光器件为导光柱，所述第二导光器件为导光柱。
3.如权利要求2所述的可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器，其特征在于：
所述第一导光器件为斜导光柱，所述第一导光器件的倾斜方向为以顶部为原点而朝向靠近所述检测器件的方向倾斜；
所述第二导光器件为直导光柱。
4.如权利要求2所述的可穿戴式的血氧检测设备的血氧传感器，其特征在于：
所述第一导光器件为斜导光柱，所述第一导光器件的倾斜方向为以顶部为原点而朝向靠近所述检测器件的方向倾斜；
所述第二导光器件为斜导光柱，所述第二导光器件的倾斜方向为以顶部为原点而朝向远离所述发光器件的方向倾斜。
5.一种可穿戴式的血氧检测设备，其特征在于，包括：
如权利要求1至4中任一项所述的血氧传感器；
控制模块，与所述血氧传感器连接，用于控制所述血氧传感器的启闭；
处理模块，与所述血氧传感器以及所述控制模块连接，用于接收所述血氧传感器测量的数据结果并运算分析得到血氧值，再将该血氧值反馈给所述控制模块；
外部输入模块，与所述控制模块连接，用于输入操作指令；
显示模块，与所述控制模块连接，用于显示血氧值。
6.如权利要求5所述的可穿戴式的血氧检测设备，其特征在于，还包括：数据存储模块，与所述控制模块以及所述显示模块连接，用于记录血氧值的历史数据。
7.如权利要求5所述的可穿戴式的血氧检测设备，其特征在于，还包括：无线通讯模块，与所述控制模块连接，用于连接外部智能设备。
8.如权利要求5所述的可穿戴式的血氧检测设备，其特征在于，还包括：电源模块，与所述控制模块连接，用于提供电源。
9.如权利要求5所述的可穿戴式的血氧检测设备，其特征在于，还包括：警示灯，与所述控制模块连接，用于在所述处理模块运算分析得到的血氧值低于标准血氧值时，闪烁作为警示。
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