CN107049334A - 无线血氧测量的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种无线血氧测量的装置，其包括：前端血氧探头，用于采集患者的血氧相关的光电信号；第一射频收发电路，与前端血氧探头电连接，用于将血氧光电信号进行无线发送；脉冲同步电路，与脉冲发生电路和监护仪电连接，用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲，并将时序脉冲发送给脉冲发生电路；第二射频收发电路，与脉冲发生电路电连接，用于接收第一射频收发电路通过无线通讯通道发送过来的血氧光电信号；脉冲发生电路，与第二射频收发电路和脉冲同步电路电连接，用于接收数字化的光电信号并转化为一定频率的脉冲信号，同时按照脉冲同步电路的时序输出不同频率的脉冲信号。
Description
技术领域
本发明实施例涉及血氧测量技术领域，尤其涉及一种无线血氧测量的装置。
背景技术
多参数监护仪是一种测量和控制病人生理参数的仪器，多参数监护仪能为医学临床诊断提供重要的病人信息，通过各种功能模块，可实时监测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数，如果出现超标可发出警报。
现有的监护仪采用的都是有线连接方式，即要实现对患者各种生理参数的监测，各种监测探头一端接在监护仪上，一端接到患者身体上，监测的生理参数越多，使用的监测探头也就越多，连接患者和监护仪的数据线也就越多。这种血氧探头有模拟的血氧探头和数字式的血氧探头，但是无论哪种血氧探头，在手术，ICU护理等常用情景中，过多的数据线会对医生的操作形成很大干扰和障碍。
近几年的可穿戴医疗技术的蓬勃发展，有越来越多的可穿戴血氧测量产品的出现，技术都已经越来越成熟，但是目前该应用主要适用于家庭场景，对于专业医疗场景的应用非常的少，主要限制还在于目前的应用方式还是一个独立的系统，需要一个前端血氧传感器，一个中间的无线转接单元和一个后端的显示器组成，该种方式架构一方面导致整个系统的成本昂贵，一方面又受限于手术室的空间限制很难有容纳单独一个显示器的空间，另一方面，医护人员已经习惯了对监护仪的观察和参考。因此，如果能够将目前现有的无线血氧传感器实现在监护仪上的显示，将具有一个非常重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供一种无线血氧测量的装置，用以克服现有技术中无线测量设备无法接入到监护仪中的技术缺陷，达到利用传统的监护仪，不改变医护人员使用习惯、借助监护仪对HIS等系统的现成接口将血氧数据接入的基础上，实现对患者的无线生命体征监测效果。
本发明实施例提供一种无线血氧测量的装置，其包括：
前端血氧探头，用于采集患者的血氧相关的光电信号；
第一射频收发电路，与所述前端血氧探头电连接，用于将血氧光电信号进行无线发送；
脉冲同步电路，与所述脉冲发生电路和监护仪电连接，用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲，并将时序脉冲发送给脉冲发生电路；
第二射频收发电路，与所述脉冲发生电路电连接，用于接收第一射频收发电路通过无线通讯通道发送过来的血氧光电信号；
脉冲发生电路，与所述第二射频收发电路和脉冲同步电路电连接，用于接收数字化的光电信号并转化为一定频率的脉冲信号，同时按照脉冲同步电路的时序输出不同频率的脉冲信号。
由以上技术方案可见，本发明实施例克服了现有技术中无线测量设备无法接入到监护仪中的技术缺陷，达到利用传统的监护仪，不改变医护人员使用习惯、借助监护仪对HIS等系统的现成接口将血氧数据接入的基础上，实现对患者的无线血氧监测效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中无线血氧测量的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中多参数监护仪对人体进行血氧采样的示意图；
图3为本发明实施例中为不同血氧浓度对光线的吸收率曲线；
图4为本发明实施例中前端血氧采集模块的结构示意图1；
图5为本发明实施例中前端血氧采集模块的结构示意图2；
图6为本发明实施例中双向LED的驱动示意图；
图7为本发明实施例中时序脉冲示意图；
具体实施方式
当然，实施本发明实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。
本实施例中的无线血氧测量的装置包括：
前端血氧探头，用于采集患者的血氧相关的光电信号；
第一射频收发电路，与所述前端血氧探头电连接，用于将血氧光电信号进行无线发送；
脉冲同步电路，与所述脉冲发生电路和监护仪电连接，用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲，并将时序脉冲发送给脉冲发生电路；
第二射频收发电路，与所述脉冲发生电路电连接，用于接收第一射频收发电路通过无线通讯通道发送过来的血氧光电信号；
脉冲发生电路，与所述第二射频收发电路和脉冲同步电路电连接，用于接收数字化的光电信号并转化为一定频率的脉冲信号，同时按照脉冲同步电路的时序输出不同频率的脉冲信号。
图1为本发明实施例中无线血氧测量的装置的结构示意图；如图1所示，其包括：前端血氧采集模块102、后端脉冲输出模块103，所述后端脉冲输出模块103通过连接线缆104与多参数监护仪105进行连接。其中：
所述前端血氧采集模块102具体包括：前端血氧探头，用于采集患者的血氧相关的光电信号，本实施例中，采用的血氧探头为模拟探头，模拟血氧探头接收到的光电信号可以转换为模拟的电流信号，在本发明的其他实施例中则将光电信号转换为一定频率的脉冲信号；第一射频收发电路，用于将数字化的光电信号进行无线发送，具体将其数字化的光电信号通过无线通讯通道传送给后端脉冲输出模块103。
所述后端脉冲输出模块103具体包括：脉冲同步电路，用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲；第二射频收发电路，用于接收第一射频收发电路通过无线通讯通道发送过来的数字化的光电信号；脉冲发生电路，用于接收数字化的光电信号并转换为一定频率的脉冲信号，同时按照脉冲同步电路的时序输出不同频率的脉冲信号，将脉冲信号通过连接线缆104输入到多参数监护仪105中。
本实施例中，前端血氧采集模块和后端脉冲输出模块具有同步功能，当后端脉冲输出模块测量到多参数监护仪的采样率以后和前端血氧采集模块通信，使得前端血氧采集模块的采样率和多参数监护仪采样率保持一致。当多参数监护仪和血氧前端采集模块对人体进行血氧测量时，都会以某一个固定的采样率获取光信号经过人体再入射到光电接收管后得到电信号，在这样的情况下，后端脉冲输出模块就必须具备测试多参数监护仪的血氧采样率的功能，同时要求前端血氧采集模块的采样率和多参数监护仪的血氧采样率一致，从而有效还原原始频率信号。
如图2所示，本实施例中采用的是科曼的多参数监护仪，该监护仪以125Hz的采样率对人体进行血氧采样，每一个采样周期内(8ms)，多参数监护仪需要按照如图中的时序在黑色实线上升沿的瞬间分别对红外光1透射、环境光、红外光2透射、环境光进行采样。4个采样点作为一个整周期为8ms。那么前端血氧采集模块就按照8ms的周期间隔对人体进行采样，从而保证两者的采样率是一致的。
目前血氧信号测量的原理主要如下所示：
人体所消耗的氧主要来源于血红蛋白(在正常的血液中存在四种血红蛋白：氧合血红蛋白(HbO2)、还原血红蛋白(Hb)、碳氧血红蛋白(CoHb)、高铁血红蛋白(MetHb)。其中与氧气做可逆性结合的是还原血红蛋白，与氧气不相结合的是碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。)所携带的氧。通常称血液中氧含量即指血液中氧合血红蛋白的多少，用血氧饱和度这个物理量来描述血液中氧含量的变化。基础研究表明，氧合血红蛋白和去氧合血红蛋白对不同波长入射光有着不同的吸收率，如图3所示，为不同血氧浓度对光线的吸收率曲线。而皮肤肌肉、骨骼、静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的。当用两种特定波长的光线照射组织时，运用朗博比尔定律并根据血氧饱和度的定义即可推出动脉血氧饱和度的公式。
本实施例中，前端血氧探头选择为模拟血氧探头，如图4为对血氧的光电信号采集模拟电流信号的前端血氧采集模块，图中Rx为接收经过人体后光线的光电接收管，后续电路为将光电接收管的光电流信号进行处理的电路。具体地，如图4所示，其包括Rx，即为光电接收管；Cf、Rf和OP1组成电流转电压放大电路，将光电二极管两端的电流转换为差分放大电压，Ri、Rg和OP2放大器组成二级电压放大电路。
其工作的过程如下：
光电接收管产生的光电流比较小，经过Rf在OP1一端形成电压信号，该级电路主要实现从电流信号到电压信号的转换，同时Cf和Rf组成一定的滤波网络，能对带外的噪声产生一定的限制，该级运放主要要求噪声比较低，从而不影响原始信号的信噪比。Ri、Rg和OP2放大器组成的二级电压放大电路主要用于将前级电流转电压电路生成的微弱电压信号进行放大，产生信号VDIFF，使得输出信号VDIFF电压范围满足后级ADC的电压输入范围，同时Rg是阻值可变的数字电位器，通过调整Rg的值可以调整第二级放大电路的增益，从而改变输出信号的电压幅值。
I＝I0e-5(λ)cd (1)
其中I。为入射光光强，ε(λ)为吸光介质的吸光系数，c为介质的浓度以及d为光穿过介质的长度距离，I为反射光光强
公式(2)中，T为透射度，那么从(2)变形就可以得到下列公式中的光吸收系数A：
A＝-ln(T)＝ε(λ)cd (3)
当一束光通过吸光介质后，光强会发生变化，变化后的吸光系数A为ΔA，如果假设两束光通过的介质一样，且行程相等，且光穿过介质的长度距离Δd相等，可以消除，那么不同波长的红光与红外光的比例吸光系数如下：
其中R代表的是红光(红光还可以为与上述红外光不同波长的另一红外光)，IR代表的是红外光，αP表示脉搏的吸光度。
公式(4)中的两种光的比值被定义为Ros即，
那么不同波长的两束光通过介质后变化的透射系数ΔT为
从公式(3)中可以得出通过取得自然对数，可以获得透射系数，那么ΔT可以被改写为：
所以，从两种不同光的透射系数可以获得两种光互相相关的光吸收比例系数Ros，即
所以，最终血氧浓度的系数可以从Ros在不同血氧浓度下的值中拟合获得。
在本发明的另一实施例中，血氧探头选择的是脉冲输出的血氧探头，该血氧探头会根据光电接收管的接收光强的强弱输出不同频率的脉冲信号，如图5为对血氧的光电脉冲信号采集的前端血氧采集模块，图中光电接收管接收经过人体后的光线，后续频率转换电路将光信号转换成不同频率的脉冲信号，最终由MCU接收处理。其工作的原理过程同4类似，只是这里代表光电信号强度的是不同频率的脉冲信号，而图5的是用电流信号的大小来代表光电信号的强度，功能相同，不再赘述。
具体地，在本实施例中，科曼的多参数监护仪采集血氧信号的原理是同在本发明的另一实施例中血氧测量的原理相同的，多参数监护仪通过检测脉冲的频率来确定光电接收管接收的光电强度的大小，进而做血氧脉率的计算。因此，需要后续的脉冲发生电路发出不同频率的脉冲以进行接口匹配。
具体地，在本实施例中，其特征在于，所述前端血氧探头包括光电发射管和光电接收管，光电发射管用来发射多个不同波长的光信号，光电接收管用于接收经过人体血管之后的光信号并转换为对应的电信号，同时血氧探头通过接插件和第一射频收发电路连接。目前的无线测血氧产品中，前端血氧探头都是和后端电路固定在一起的，实际应用中，血氧探头属于易损和温漂比较大的部件，同时血氧探头和后端电路直接固定的方式也对光电接收管和光电发射管的灵敏度产生影响。通过接插件连接的方式，实现了血氧探头和后端电路的可更换性，易更换性能极大的降低设备的更换成本，同时提高了血氧探头的稳定性。
具体地，在本实施例中，为了测量人体的血氧信号，前端血氧采集模块发送的光线为双红外光，所述双红外光的波长在血氧监测期间间歇性发生变化。通过所述双红外光波长的变化，从而提高血氧监测的准确性，比如波长为660nm和905nm。如图2所示，660nm和905nm的两束红外光分别在黑色实线上升沿瞬间打开、关闭，从而形成了660nm打开、660nm关闭、905nm打开、905nm关闭四个状态。
具体地、在本实施例中，所述血氧探头的光电发射管的关断时间是打开时间的2倍以上，从而降低所述前端血氧采集模块的整体功耗。通常情况下，所述前端血氧采集模块作为可穿戴设备，功耗是一个非常重要的指标，对这个模块而言，功耗比较主要的一个部分就是红外光的发射功耗，因此，通过降低LED开启的占空比，有助于极大的降低整个模块的功耗。
所述脉冲同步电路用于采集多参数监护仪控制光电LED的时序脉冲，该脉冲时序即为图2中所示，根据两个不同波长的LED开关状态得到四个不同的状态，从而得到4个脉冲同步信号。
所述第二射频收发电路用于接收所述前端血氧采集模块通过无线发送过来的数字化光电信号，数字化光电信号中包含了所述前端血氧采集模块采集到的四个不同状态的电流值(波长1打开、波长1关闭、波长2打开、波长2关闭)。所述脉冲发生电路用于接收数字化的光电信号并转换为一定频率的脉冲信号，同时按照脉冲同步电路的时序输出不同频率的脉冲信号，即在波长1打开的同步脉冲上升沿瞬间将前端采集模块采集到的波长1打开的脉冲信号输出、在波长1关闭的同步脉冲上升沿瞬间将前端血氧采集模块采集到的波长1关闭的脉冲信号输出，依次继续，直到在波长2关闭的同步脉冲上升沿瞬间将前端血氧采集模块采集到的波长2关闭的脉冲信号输出。如此为1个周期，然后每个周期按照同样的时序将脉冲信号输出到多参数监护仪上。
具体的，在本实施例中，所述脉冲同步的比较电路中某一节点和地线或双向LED的一端相连接，从而实现共地测量。具体到本实施例中，如图6中，双向LED由监护仪来进行驱动，LED的左边节点或者是右边节点或者是屏蔽地线，都可以通过将其连接到脉冲同步电路上的某一个固定电平上来实现接地测量，在本实施例中，通过将左边节点连接到所述脉冲同步电路上的电源地上实现该功能。
具体地，在本实施例中，所述脉冲同步电路，其通过检测监护仪血氧连接端子处的正负电流或电压抽取出控制光电LED的多个时序脉冲。如图5所示，DP1是发射波长为660nm的红外光的LED，DP2是发射波长为905nm的红外光的LED，右端LED Driver是监护仪的驱动电路，两个LED的方向相反，当驱动电路的驱动电流是正向时(电流从左流向右端)，DP1开始发光，整个LED两端的电压是正电压，当驱动电路的驱动电流是反向时(电流从右流向左端)，DP2开始发光，整个LED两端的电压是负电压，当DP1和DP2都关闭的时候，LED两端的电压为0。因此，不管是检测LED两端的电压的正负，还是根据流过LED的电流的正负，都可以判断出LED的状态，根据LED的状态，得到两束红外光的开关时序，如图7所示，第一行即为红外光1(如前述660nm的红外光)打开的时序，第三行为红外光2(如前述905nm的红外光)打开的时序，第二行和第四行没有含义。从而将这两个时序脉冲作为后续的电流输出电路的时序标准。
具体地，在本实施例中，所述脉冲发生电路包括PWM电路，根据脉冲同步电路来输出不同频率的脉冲信号，所述PWM电路，是由MCU根据收到的光信号，来实时输出不同频率的PWM信号，供多参数监护仪来识别采集。多参数监护仪的数字血氧采集是将接收到的光电信号转换成一定频率的脉冲信号，然后再根据这些脉冲信号计算出血氧的相关数据，原理和前端血氧采集模块的光频转换是相同的。
具体地，在本实施例中，所述PWM电路来产生同步的频率信号，供多参数监护仪采集使用。即满足了之前提到的多参数监护仪的电气要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种无线血氧测量的装置，其特征在于，包括：
前端血氧探头，用于采集患者的血氧相关的光电信号；
第一射频收发电路，与所述前端血氧探头电连接，用于将血氧光电信号进行无线发送；
脉冲同步电路，与所述脉冲发生电路和监护仪电连接，用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲，并将时序脉冲发送给脉冲发生电路；
第二射频收发电路，与所述脉冲发生电路电连接，用于接收第一射频收发电路通过无线通讯通道发送过来的血氧光电信号；
脉冲发生电路，与所述第二射频收发电路和脉冲同步电路电连接，用于接收数字化的光电信号并转化为一定频率的脉冲信号，同时按照脉冲同步电路的时序输出不同频率的脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述前端血氧探头输出光电信号为不同频率的脉冲信号，脉冲信号的频率代表了接收光电信号的强度。
3.根据权利要求1所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述前端血氧探头输出光电信号为模拟电流信号，电流信号的大小代表了接收光电信号的强度。
4.根据权利要求2、3所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，对所述血氧光电信号的采样率和脉冲同步电路的脉冲频率相一致。
5.根据权利要求1所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述血氧探头为光电发送和接收管的组合，通过接插件连接在所述第一射频收发电路上。
6.根据权利要求5所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述血氧探头的光电发射管的关断时间是打开时间的2倍以上。
7.根据权利要求1所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述脉冲同步电路包括比较电路和双向LED，所述双向LED用于给监护仪的光电发射电路提供回路，所述比较电路用于测量光电发射管两端的电流或电压，根据电流或电压的正负抽取出控制所述光电LED的多个时序脉冲。
8.根据权利要求7所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述脉冲同步的比较电路中的一个节点和所述双向LED的一端相连接，以实现共地测量。
9.根据权利要求7所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述脉冲同步电路的共地点和监护仪血氧输入端的屏蔽地线连接。
10.根据权利要求1所述的无线血氧测量的装置，其特征在于，所述脉冲发生电路包括PWM电路，根据脉冲同步电路来输出频率可调的脉冲信号。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109171764A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-11 | 重庆科技学院 | 一种基于单片机的血氧检测方法 |
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- 2017-05-26 CN CN201710383331.1A patent/CN107049334A/zh active Pending
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