CN107427234B - 探测器 - Google Patents
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Abstract
发光元件(2)由第一支承部(42)支承,使得光轴(21)相对于与第一附着面(41)正交的方向(A)倾斜。光检测元件(3)由第二支承部(52)支承,使得在第一附着面(41)接附于被检者的活组织的第一部分(101)并且第二附着面(51)接附于活组织(100)的第二部分(102)的情况下,光轴(21)位于光检测面(31)上。在相同的情况下,通道(53)定位成当从与第二附着面(51)正交的方向(B)观看时,通道(53)不与第一通道(43)重叠。
Description
技术领域
本发明涉及一种接附于被检者的活组织,并且构造成能够将被检者的生物信号输出到用于获取生物信号的装置的探测器。
背景技术
专利文献1公开了一种接附于被检者的指尖的探测器。该探测器包括发光元件和光检测元件。该光检测元件具有构造成检测从发光元件发出并且穿过指尖的活组织传递的光的光检测面。该光检测元件构造成输出与由光检测面检测到的光的强度对应的信号。将从发光元件发出的光确定为具有被血液中的物质吸收的波长。指尖中的血液的体积根据脉搏而改变,并且因此,由光检测面检测到的光的强度也随之改变。从光检测元件输出的信号用于计算被检者的生物信息,诸如脉搏和动脉氧饱和度。
引用列表
专利文献
专利文献1:日本专利公开No.H02-088041A
发明内容
技术问题
存在将上述探测器接附于诸如耳垂或新生儿的皮肤的部位,即其活组织薄的情况。在活组织薄的情况下,可能存在不能精确获取生物信号的情况。
本发明的目的是无论探测器所接附的被检者的活组织的厚度如何,均精确地获取生物信号。
为了实现以上目的,本发明能采取的一个方面是一种探测器,包括:
发光元件,该发光元件具有光轴;
光检测元件,该光检测元件具有构造成检测从发光元件发出的光的光检测面,并且构造成输出与光的强度对应的信号;
第一支承件,该第一支承件具有:适于接附于被检者的活组织的第一部分的第一附着面,支承发光元件的第一支承部,和构造成使从发光元件发出的光能够穿过的第一通道;以及
第二支承件,该第二支承件具有:适于接附于被检者的活组织的第二部分的第二附着面,支承光检测元件的第二支承部,和构造成使穿过第二部分的光能够穿过的第二通道,
其中,发光元件由第一支承部支承,使得所轴相对于与第一附着面正交的方向倾斜;
其中,光检测元件由第二支承部支承,使得在第一附着面接附于活组织的第一部分并且所述第二附着面接附于活组织的第二部分的情况下,光轴位于光检测面上;并且
其中,在第一附着面接附于活组织的第一部分并且第二附着面接附于活组织的第二部分的情况下,第二通道定位成当从与第二附着面正交的方向观看时,第二通道不与第一通道重叠。
利用以上构造,能够精确地获取生物信号,无论探测器所接附的被检者的活组织的厚度。
附图说明
图1A图示出根据第一实施例的探测器的构造。
图1B图示出根据第一实施例的探测器的构造。
图2A图示出根据第二实施例的探测器的构造。
图2B图示出根据第二实施例的探测器的构造。
图3A图示出第二实施例的探测器的第一变形例的构造。
图3B图示出第二实施例的探测器的第二变形例的构造。
具体实施方式
下面将通过参考附图,详细描述示例性实施例。
图1A示意性地图示出根据第一实施例的探测器1的构造。探测器1包括发光元件2、光检测元件3、第一支承件4、和第二支承件5。探测器1适于接附于被检者的活组织100。作为活组织100,能够例示出指尖、趾尖、耳垂。
发光元件2构造成发出具有预定波长的光。将预定波长确定为能够被血液中的物质吸收的波长。该物质根据要计算的生物信息的种类确定。例如,在将要计算脉搏或动脉氧饱和度的情况下,选择氧合血红蛋白作为该物质。在此情况下,选择红光和红外光作为预定波长的实例。
例如,发光元件2是构造成发出具有预定波长的光的半导体发光装置。作为半导体发光装置,能够例示出发光二极管(LED)、激光二极管、和有机EL装置。
发光元件2具有光轴21。在本说明书中,将光轴21定义为在从发光元件2发出的光具有最高强度的方向上延伸的轴。
光检测元件3具有光检测面31,该光检测面31构造成检测穿过活组织100传递的光。光检测元件3构造成与由光检测面31检测的光的强度对应地输出强度信号。强度信号对应于生物信号。探测器1所接附的活组织100的体积根据被检者的脉搏而改变。因此,由光检测面31检测的光的强度改变。从而,从光检测元件3输出的强度信号也改变。
从光检测元件3输出的信号通过有线通信或无线通信传递到生物信号获取装置。生物信号获取装置构造成基于预定算法,根据强度信号的改变而获取期望的生物信息。作为生物信号获取装置,能够例示出脉搏光度计和床边监护器。
例如,光检测元件3是对上述的预定波长具有敏感性的光学传感器。作为光学传感器,能够例示出光电二极管、光电晶体管和光敏电阻。
第一支承件4具有第一附着面41。第一附着面41适于接附于活组织100的第一部分101。作为第一部分101,能够例示出指尖的指甲侧部分、趾尖的趾甲侧部分、以及耳垂的前侧部分。
第一支承件4具有第一支承部42。第一支承部42支承发光元件2。
第一支承件4具有第一通道43。第一通道43构造成使从发光元件2发出的光能够通过。
第二支承件5具有第二附着面51。第二附着面51适于接附于活组织100的第二部分102。作为第二部分102,能够例示出指尖的指肚侧部分、趾尖的趾肚侧部分、以及耳垂的后侧部分。
第二支承件5具有第二支承部52。第二支承部52支承光检测元件3。
第二支承件5具有第二通道53。第二通道53构造成使从发光元件2发出的光能够通过。
发光元件2由第一支承部42支承,使得光轴21相对于与第一附着面41正交的方向(图中的由箭头A指示的方向)倾斜。
光检测元件3由第二支承部52支承,使得在第一附着面41接附于活组织100的第一部分101并且第二附着面51接附于活组织100的第二部分102的情况下,光轴21位于光检测面31上。
在第一附着面41接附于活组织100的第一部分101并且第二附着面51接附于活组织100的第二部分102的情况下,第二通道53定位成:当从与第二附着面51正交的方向(图中的由箭头B指示的方向)观看时,第二通道53不与第一通道43重叠。
图1B图示出探测器1接附于比图1A所示的活组织100厚的活组织100A的情况。参考标号101A表示活组织100A的第一部分。参考标号102A表示活组织100A的第二部分。与以上情况相似地,发光元件2的光轴21位于光检测元件3的光检测面31上。而且,第二通道53定位成当从与第二附着面51正交的方向(图中的由箭头B指示的方向)观看时,第二通道53不与第一通道43重叠。
发明人研究了为什么在探测器接附于诸如耳垂或新生儿的皮肤这样的薄的活组织的一部分的情况下,计算的生物信息的精度降低的问题。结果,发现存在两种原因。
光检测元件构造成输出具有与由光检测面检测的光强度对应的电位的强度信号。然而,输出信号的电位具有与元件的驱动电压对应的上限。因此,当输入光强度超过特定值时,输出信号的电位饱和从而具有固定值。在活组织薄的情况下,传递的光强度增加,并且因此容易发生该情况。在该情况下,从光检测元件输出的强度信号不再反映检测对象的当前状态。这是不能精确地获取生物信号并且所计算的生物信息的精度降低的第一原因。
位于从发光元件向光检测元件延伸的光路长度上的血量越大,由于脉搏而引起的体积改变越大,并且越容易在强度信号中出现显著改变。然而,在活组织薄的情况下,检测的光的强度高,而在强度信号中出现的改变程度小。即,强度信号的SN比减小。这是不能精确地获取生物信号并且所计算的生物信息的精度降低的第二原因。
为了解决该问题,发明人试图有意地使发光元件的光轴从光检测元件的光检测面偏离。即,将发光元件和光检测元件布置成使得,在探测器接附于被检者的活组织的情况下,发光元件的光轴不位于光检测元件的光检测面上。在该情况下,主要在活组织中产生的散射光进入光检测面。
结果,穿过活组织传递并且然后进入光检测面的光的强度降低,并且能够抑制由于光检测元件的饱和而引起的生物信息的精度的降低。然而,在被检者的活组织相对较厚的情况下,发明人面临着所计算的生物信息的精度降低的情况。能够认为,这是由以下现象引起的:通过有意地使发光元件的光轴从光检测元件的光检测面偏离,检测的光的量的绝对值降低,从而信号强度减弱。
作为周密考虑的结果,发明人发现:在探测器1同时满足下列条件的情况下,无论被检者的活组织的厚度如何,均能够精确地获取生物信号。
条件1:在第一附着面41接附于活组织100的第一部分101并且第二附着面51接附于活组织100的第二部分102的情况下,第二通道53定位成:当从与第二附着面51正交的方向B观看时,第二通道53不与第一通道43重叠。
条件2:发光元件2由第一支承部42支承,使得光轴21相对于与第一附着面41正交的方向A倾斜。
条件3:光检测元件3由第二支承部52支承,使得在第一附着面41接附于活组织100的第一部分101并且第二附着面51接附于活组织100的第二部分102的情况下,光轴21位于光检测面31上。
主要由于条件1,能够抑制穿过第二通道53并且然后进入光检测元件3的光检测面31的光的强度。因此,即使在探测器1接附于相对较薄的活组织100的情况下,也能够抑制由于光检测元件3的饱和而引起的生物信号的获取精度的降低。主要由于条件2,从发光元件2发出的光与活组织100(100A)倾斜地交叉。因此,能够延长向光检测元件3的光检测面31延伸的光路长度,并且因此,能够抑制由于强度信号的SN比的降低而引起的生物信号的获取精度的降低。主要由于条件3,至少位于光轴21上从而具有最高强度的光进入光检测面31。因此,即使在光路长度根据条件2而被延长、或者探测器1接附于相对较厚的活组织100A的情况下,也能够抑制由于信号强度的绝对值的减小而引起的生物信号的获取精度的降低。作为这些条件的协同作用的结果,能够精确地获取生物信号,无论被检者的活组织的厚度。
图2A示意性地示出第二实施例的探测器1A的构造。将利用相同的参考标号表示与探测器1的部件相同或等同的部件,并且将省略重复描述。
在此实施例的探测器1A中,光检测元件3由第二支承部52支承,使得光检测面31相对于与第二支承件5的第二附着面51正交的方向(图中的由箭头B指示的方向)倾斜。
图2B图示出探测器1A接附于比图2A所示的活组织100厚的活组织100A的情况。在两种情况下,均满足与第一实施例的探测器1相关地描述的三种条件。
根据该构造,能够增强从发光元件2发出的光在光检测面31上的直接入射。因此,与第一实施例的探测器1相比,能够响应于在光检测元件3不饱和的范围内进一步增强信号强度的要求。因此,无论被检者的活组织的厚度如何,能够精确地获取生物信号。
图3A图示出第二实施例的探测器1A的第一变形例。在该实例中,第一支承件4的第一通道43朝着第一附着面41扩展,并且第二支承件5的第二通道53朝着第二附着面51逐渐扩展。
根据这样的构造,能够增加通过第一通道43和第二通道53的光的强度。因此,与第二实施例的探测器1A相比,能够响应于在光检测元件3不饱和的范围内进一步增强信号强度的要求。因此,无论被检者的活组织的厚度如何,能够进一步精确地获取生物信号。
根据所需的信号强度,可以采用其中仅第一通道43和第二通道53中的一者逐渐扩展的构造。该变体的构造可以应用于第一实施例的探测器1。
图3B图示出第二实施例的探测器1A的第二变形例。在该实例中,第一支承件4的第一通道43在光轴21的方向上延伸。第二支承件5的第二通道53朝着第一通道43延伸,从而与第二附着面51倾斜地交叉。
根据这样的构造,光在活组织100(100A)中散射,并且能够降低穿过第二通道53的光的强度。因此,与第二实施例的探测器1A相比,能够响应于在光检测元件3不饱和的范围内进一步提高SN比的要求。因此,无论被检者的活组织的厚度如何,能够进一步精确地获取生物信号。
第一通道43和第二通道53中的一者可以不满足与需要的信号强度对应的上述条件。该变体的构造可以应用于第一实施例的探测器1。
上述实施例仅仅是用于促进本发明的理解的实例。可以在不背离本发明的概念的情况下适当地修改或改进实施例的构造。显然,等同物包括在本发明的技术范围内。
在上述实施例中,将第一通道43和第二通道53描述为中空空间。然而,第一通道43和第二通道53中的至少一者可以具有通道由透明树脂等填充的构造,只要从发光元件2发出的光能够穿过通道传递既可。
Claims (8)
1.一种探测器,包括:
发光元件,该发光元件具有光轴;
光检测元件,该光检测元件具有被构造为检测从所述发光元件发出的光的光检测表面,并且被构造为输出与所述光的强度对应的信号;
第一支承件,该第一支承件具有:第一附着表面,该第一附着表面适于接附于被检者的活组织的作为前侧的第一部分;第一支承部,该第一支承部支承所述发光元件;以及第一通道,该第一通道被构造为从所述发光元件发出的光能够穿过所述第一通道;以及
第二支承件,该第二支承件具有:第二附着表面,该第二附着表面适于接附于所述被检者的活组织的作为后侧的第二部分;第二支承部,该第二支承部支承所述光检测元件;以及第二通道,该第二通道被构造为穿过所述第二部分的光能够穿过所述第二通道,
其中,所述发光元件由所述第一支承部支承,使得所述光轴相对于与所述第一附着表面正交的方向倾斜;
其中,所述光检测元件由所述第二支承部支承,使得在所述第一附着表面接附于所述活组织的所述第一部分并且所述第二附着表面接附于所述活组织的所述第二部分的情况下,所述光轴位于所述光检测表面上;并且
其中,在所述第一附着表面接附于所述活组织的所述第一部分并且所述第二附着表面接附于所述活组织的所述第二部分的情况下,所述第二通道定位为:当从与所述第二附着表面正交的方向观看时,所述第二通道不与所述第一通道重叠。
2.根据权利要求1所述的探测器,其中,所述光检测元件由所述第二支承部支承,使得所述光检测表面相对于与所述第二附着表面正交的方向倾斜。
3.根据权利要求1所述的探测器,其中,所述第一通道朝着所述第一附着表面扩展。
4.根据权利要求2所述的探测器,其中,所述第一通道朝着所述第一附着表面扩展。
5.根据权利要求1所述的探测器,其中,所述第一通道在沿着所述光轴的方向上延伸。
6.根据权利要求2所述的探测器,其中,所述第一通道在沿着所述光轴的方向上延伸。
7.根据权利要求1至6的任意一项所述的探测器,其中,所述第二通道朝着所述第二附着表面扩展。
8.根据权利要求1至6的任意一项所述的探测器,其中,所述第二通道在与所述第二附着表面倾斜地交叉的同时,朝着所述第一通道延伸。
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