CN105943057A - 一种无线数字血氧探头 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种无线数字血氧探头，包括探头部分和主机部分；所述探头部分包括由电池单元和电路系统组成的向整个探头部分提供电力的电源系统；由电子器件组成的用于检测血氧饱和度的信号采集单元；由电子元器件组成具有信号采集及控制功能的模拟信号处理单元；基于集成电路并集成蓝牙功能的片上系统；用于跟踪运动状态的三轴/六轴加速度传感器。数字化探头减少传统模拟信号传输过程中的干扰；无线传输解决了在临床监护过程中线缆难于管理的问题，同时方便用户在院外进行使用和监测；采用小尺寸和低功耗设计，可以选择最佳测试部位进行测量，不受测量部位限制，减少了运动伪差，有利于运动过程中的血氧监测和对运动血氧监测有需求的临床应用。

Description

一种无线数字血氧探头

技术领域

本发明涉及一种可穿戴式医用电子监护仪器，具体涉及一种无线数字血氧探头，属于医疗器械技术领域。

技术背景

随着现代医疗技术和相关学科的不断发展,医用监护仪器已成为医用电子仪器中不可缺少的一大类仪器,在医院中起着越来越重要的作用；监护仪器的使用,不仅减轻了医务人员的工作强度,提高了护理工作的效率,更重要的是使医生能随时了解病情,当出现危急情况时可及时进行处理,提高了护理质量；在监护的生理参数中,除了心电、血压等指标外,人体血液中的氧浓度即血氧饱和度的测定在临床上也具有十分重要的意义；在外科手术或危重病人的监护中,避免病人缺氧,及时了解血液中氧含量是十分必要的。

目前已有的设备大概分为如下两类：一类为可重用血氧探头，该探头仅仅包含LED光源和PD光敏二极管的模组，连接方式为有线连接，传输的信息为微弱的模拟电流信号，抗干扰能力弱，探头的类型由内置电阻阻值判断。另一类为指夹式血氧仪，该仪器探头与血氧仪集成在一起，不可分离，不易更换，体积大，不易佩戴；连接方式依然是内部有线连接，探头与处理单元整合在一起，成本较高，测量部位有限，仅限于手指，不易进行运动过程中的测量。

不管是透射式还是反射式的血氧监测，传感器所接收到的信号一般都是微弱的电流信号，长距离的电缆对于信号会有衰减，同时为了减少共模干扰信号，电缆通常需要增加屏蔽层，总体来说，有线连接方式对电缆的要求比较高，而且由于传输的是微弱的模拟电流信号，又容易被干扰。而集成的指夹式血氧仪又将传感器与处理单元集成在一起，体积比较大，不易更换传感器部件。再加上测量的部位仅仅局限于指夹，容易受到运动的干扰，不易在运动过程中进行监测，应用场景受到很大限制。

因此，有必要提出一种技术方案，该技术方案涉及一种无线数字血氧探头，无线数字血氧探头的设计能很好的解决以上两类现有设备所存在的缺陷，成为了一种新的技术需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对以上缺点，本发明提出一种技术方案，该技术方案能有效的解决现有技术中的一些缺陷，从而提供一种无线数字血氧探头。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种无线数字血氧探头，包括探头部分和主机部分；所述探头部分包括：由电池单元和电路系统组成的向整个探头部分提供电力的电源系统；由电子器件组成的用于检测血氧饱和度的信号采集单元；由电子元器件组成具有信号采集及控制功能的模拟信号处理单元；基于智能电子元件且具有蓝牙功能的片上系统；用于跟踪运动状态的三轴/六轴加速度传感器；探头部分由电源系统、信号采集单元、模拟信号处理单元、片上系统和加速度传感器合理布局布线集成为一个整体。

进一步地，所述电源系统包括能反复充电的锂聚合物电池和电源管理电路，所述电源系统还包括无线充电电路。

进一步地，所述信号采集单元包括光源、光电管和连接电路，所述光源为双波长LED灯，光电管为光敏二极管。

进一步地，所述模拟信号处理单元为模拟量转变数字量以及具有主动控制功能的单元，其中主动控制功能包括消除高次谐波、智能信号强度调节和数字信号滤波的信号一体化处理功能。

进一步地，所述片上系统包括具有运算功能和处理功能的微处理单元和蓝牙通讯模块，所述蓝牙通讯模块与主机部分进行蓝牙通信传输。

进一步地，所述加速度传感器为具有跟踪运动状态的三轴/六轴传感器，传感器与微处理单元电连接，向微处理单元提供运动信息。

进一步地，所述主机部分为人机交互智能设备，所述人机交互智能设备为手机、电脑或其他具有蓝牙功能的智能设备中的一种。

进一步地，所述电源系统、信号采集单元、模拟信号处理单元、片上系统、加速度传感器集成在PCB板上。

进一步地，所述模拟信号处理单元包括电流驱动电路、模拟选路开关、跨导放大器以及高级度模数转换器件。

进一步地，所述蓝牙通讯模块包括蓝牙天线、阻抗匹配组件及电子电路。

本发明的有益效果为：

1、数字化探头减少传统模拟信号传输过程中的干扰，提高信号质量。

2、利用无线传输解决了医院在临床监护过程中对线缆难于管理的问题，同时方便用户在院外进行使用和监测，配合医生进行院外慢病管理。

3、采用小尺寸和低功耗设计，可以选择病患的最佳测试部位进行测量，不受测量部位限制，有利于减少运动伪差，有利于运动过程中的血氧监测，更适合于对运动血氧监测有需求的临床应用，例如COPD(慢性阻塞性肺疾病)。

附图说明

图1是本发明优选实施例的一种无线数字血氧探头的系统结构示意图；

图2是本发明优选实施例的一种无线数字血氧探头的功能实现流程图；

图3是本发明优选实施例的一种无线数字血氧探头的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的一种无线数字血氧探头的PCB板组装正面结构示意图；

图5是本发明优选实施例的一种无线数字血氧探头的PCB板组装背面结构示意图。

其中，1、电源系统，2、信号采集单元，3、模拟信号处理单元，4、片上系统，5、加速度传感器，6、蓝牙通讯模块，10、结构外壳，11、PCB板，12、双面贴，20、双波长LED灯，21、光敏二极管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

参考图1所示，一种无线数字血氧探头，包括探头部分和主机部分；所述探头部分包括电源系统1、信号采集单元2、模拟信号处理单元3、片上系统4和加速度传感器5。所述电源系统1包括电池单元和电路系统，电源系统1能向整个探头部分提供电力；所述电池单元为可充电的锂聚合物电池，所述电路系统包括电源管理电路和无线充电电路；所述主机部分为人机交互智能设备，所述人机交互智能设备为手机、电脑或其他具有蓝牙功能的智能设备中的一种。

信号采集单元2由电子器件组成，用于检测血氧饱和度；所述信号采集单元2包括光源、光电管和连接电路，所述光源为双波长LED灯20，光电管为光敏二极管21。模拟信号处理单元3也由电子元器件组成，所述模拟信号处理单元3为模拟量转变数字量以及具有主动控制功能的单元，具有整流/回馈功能，由模拟前端采集专用集成芯片构成，其中主动控制功能包括消除高次谐波、智能信号强度调节和数字信号滤波的信号一体化处理功能。

所述模拟信号处理单元3内置有包括电流驱动电路、模拟选路开关、跨导放大器以及高级度模数转换器件。所述片上系统4由智能电子元件构成且具有蓝牙功能，所述片上系统4包括具有运算功能和处理功能的微处理单元和蓝牙通讯模块6，所述蓝牙通讯模块6能与主机部分进行蓝牙通信传输；所述蓝牙通讯模块6包括蓝牙天线、阻抗匹配组件及电子电路。所述加速度传感器5为具有跟踪运动状态的三轴/六轴加速度传感器，该传感器与微处理单元电连接，能向微处理单元提供运动信息。探头部分由电源系统1、信号采集单元2、模拟信号处理单元3、片上系统4和加速度传感器5合理布局布线集成为一个整体，所述电源系统1、信号采集单元2、模拟信号处理单元3、片上系统4、加速度传感器5均集成在PCB板11上。

例如，实现一种无线数字血氧探头，主要包含如下的组件：可充电的锂聚合物电池以及充电管理电路，LED发光二极管和PD光敏二极管21的组件，前端采集部分的模拟前端AFE，带有MCU微处理单元和SOC蓝牙通讯功能的片上系统4，跟踪运动状态的三轴/六轴加速度传感器5G-Sensor，这是组件有源的无线数字血氧探头的最小系统部分。最小系统的设计有以下几个特点：低功耗设计，小尺寸，不受佩戴部位的限制，可以完成对于血氧测量的原始模拟信号的采集，动态调整，模数转化的功能，蓝牙模块可以将模数转化后的信号通过无线方式传输给主机端，三轴/六轴的加速度传感器5可以跟踪运动状态，提供运动信息，LED发光二极管配合PD光敏二极管21的组件与其他组件在PCB板上进行组装，可以通过PCB板11的布局布线很好地控制干扰。

例如，一种无线数字血氧探头的具体实现方式：

无线数字血氧探头适用于佩戴在身体的多个部位，如手腕，额头，耳垂，胸部，足底等，通过无线低功耗蓝牙方式将数字化的原始信号信息，如PLETH图，配置信息，运动信息等传输到用户的接受设备，用户可以根据具体应用将接收到的数字信息进行后续处理，如计算血氧值，计算信号质量，运动信息跟踪等。

相区别于传统的无源有线血氧探头，无线数字血氧探头属于有源探头，内置的可充电电池为整个系统提供电源，其传感器部分和采集、处理、转换单元均组装在一块PCB板11上。传感器感知的模拟信号量经过放大，滤波，采样之后量化成数字量进行缓存、变换，经标准化处理后传给蓝牙收发片上系统4，板上的蓝牙收发片上系统4将处理之后的数字信号通过无线方式发送给主机端设备，主机端设备可以是手机，电脑等。无线数字血氧探头通过蓝牙传送的数据包括设定采样率的光敏二极管21接收到的光强幅度信息、传感器状态信息、采集系统状态信息等，主机端设备可以根据预先规定的协议对前端模块下发配置信息以及控制命令。主机端设备利用收到的光强幅度信息进行后续处理和算法计算，最终得到血氧值等相关数据。无线蓝牙的传输避免了对电缆的需求，解决了医院监护过程中对线缆管理的问题，最小系统和小型化的设计又可以实现在采集部位直接进行数字量化，一方面为无线传输提供了可能，另一方面减少了对采集部位的局限。由于系统仅仅包含原始信号的采集，处理，转换，无线传输的工作，可以实现低功耗的设计，这样又为长时间连续监测提供了可能。

参考图2所示，一种无线数字血氧探头数据采集处理工作流程，其步骤如下：

S10：控制模拟前端集成芯片采集数据；

S11：将数据填入预先设定的缓冲区；

S12：数据处理，标准化，组包放入蓝牙发送缓冲区；

S13：通过蓝牙发送数据及状态信息；

本发明的一个实施例是，利用由发光管和光电管组成的数字化的血氧信号采集单元2进行血氧饱和度检测；模拟信号处理单元3内置的控制模拟前端集成芯片采集数据，采集的数据为连续的微弱模拟量电信号，采集完成将数据填入预先设定的缓冲区；系统不断扫描设定的时间片，检查到缓冲区时间片到，将对数据进行处理和标准化，数据处理和标准化将数据变换为数字量以及将数字标准化处理，数据标准化适应蓝牙数据发送格式和适应主机部分的数据处理，将已经处理和标准化的数据进行组包，组包放入蓝牙发送缓冲区；检查蓝牙发送缓冲区时间片到，通过蓝牙发送数据及状态信息；发送的组包被主机部分接收，做下一步的信息处理。

参考图3、图4和图5所示，一种无线数字血氧探头的参考结构示意图，本发明的一种结构实施例，探头部分由探头的结构外壳10和内置结构外壳10中的电子元器件构成，结构外壳10内置有电源系统1，电源系统1优选锂电池作为储能装置，PCB板11和集成在PCB板11上的各单元系统置于结构外壳10的内部，另外PCB板11的背面上还装设有信号采集单元2，信号采集单元2包括双波长LED灯20和光敏二极管21，结构外壳10设有开口，信号采集单元2的光线可以经过结构外壳10上的开口穿出，开口两侧的结构外壳10上设有双面贴12，PCB板11正面上集成有电源系统1、信号采集单元2、模拟信号处理单元3、片上系统4、加速度传感器5和蓝牙通讯模块6，以上各单元合理布局布线集成在PCB板11上，实现低功耗和小尺寸的目的。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种无线数字血氧探头，包括探头部分和主机部分，其特征在于，所述探头部分包括：由电池单元和电路系统组成的向整个探头部分提供电力的电源系统；由电子器件组成的用于检测血氧饱和度的信号采集单元；由电子元器件组成的具有信号采集及控制功能的模拟信号处理单元；基于集成电路并集成蓝牙功能的片上系统；用于跟踪运动状态的三轴/六轴加速度传感器；探头部分由电源系统、信号采集单元、模拟信号处理单元、片上系统和加速度传感器在PCB板上布局布线集成为一个整体。

2.根据权利要求1所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述电源系统包括能反复充电的锂聚合物电池、电源管理电路。

3.根据权利要求1所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述信号采集单元包括光源、光电管和连接电路，所述光源为双波长LED灯，光电管为光敏二极管。

4.根据权利要求1所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述模拟信号处理单元为模拟量转变数字量以及具有主动控制功能的单元，其中主动控制功能包括消除高次谐波、智能信号强度调节和数字信号滤波的信号一体化处理功能。

5.根据权利要求1所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述片上系统包括具有运算功能和处理功能的微处理单元和蓝牙通讯模块，所述蓝牙通讯模块与主机部分进行蓝牙通信传输。

6.根据权利要求5所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述加速度传感器为具有跟踪运动状态的三轴/六轴传感器，该三轴/六轴传感器与微处理单元电连接，向微处理单元提供运动信息。

7.根据权利要求1所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述主机部分为人机交互智能设备，所述人机交互智能设备为手机、电脑或其他具有蓝牙功能的智能设备中的一种。

8.根据权利要求2所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述电源系统还包括无线充电电路。

9.根据权利要求1或5所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述模拟信号处理单元包括电流驱动电路、模拟选路开关、跨导放大器以及高级度模数转换器件。

10.根据权利要求5所述的一种无线数字血氧探头，其特征在于：所述蓝牙通讯模块包括蓝牙天线、阻抗匹配组件及电子电路。