CN109077735A - 用于测量患者血流中的氧的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于测量患者血流中的氧的系统和方法。光度测定装置可以包括响应于通过第一LED的第一电流向目标发射光的第一LED、响应于通过第二LED的第二电流向目标发射光的第二LED、以及电感器，所述电感器耦合到第一和第二LED，以存储与第一和第二电流中的至少一个相关联的能量。
Description
技术领域
本公开涉及用于确定患者血流中外周氧饱和度的系统和方法。
背景技术
某些光度测定装置可以感测患者血液中外周氧饱和度。
发明内容
在某些光度测定系统中，可以通过电源(例如电池)、功率调节元件(例如LED驱动器)和光源(例如LED)来提供光。功率调节元件可以由多于一个元件(例如，电压调节器和线性电流驱动器)或仅一个元件(例如线性电流驱动器)组成。在这样的系统中，在将电源与发光元件分开的电子设备中可能浪费大量的电力。例如，可以由LED驱动器自身消耗100mW的功率，而可以向发光元件提供150mW的功率。尤其是，发明人已经认识到使用基于电感器的驱动器并且至少消除线性LED驱动器以及可能的电压调节元件的使用可能是有利的，例如以减少在光度测定系统中浪费了电能，例如光度测定系统，它可以感测患者血液中外周氧的饱和度。
在一方面中，本公开可表征光度测定方法。该方法可包括使用可变振幅电流脉冲将光发射到目标的至少一部分以产生发射光。该方法还可包括确定所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷量。该方法还可包括检测响应于所述发射光从所述目标的至少一部分接收的光。该方法还可包括响应于所述发射光而积分与接收到的光相关的电流。该方法还可包括使用积分的电流的指示和所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷量的指示来确定所述目标的特征。该方法还可包括发射不同波长的光并测量差分响应以确定所述目标的成分特征。该方法还可包括收集和存储所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷。该方法还可包括：利用附加的可变振幅电流脉冲再循环所述可变振幅电流脉冲中使用的存储电荷，以进一步发射光到所述目标的至少一部分，从而响应于进一步的发射光检测从所述目标的至少一部分接收的光，并响应于进一步的发射光积分与接收的光相关的电流。该方法还可包括使用下列来确定所述目标的特征：响应于发射光而与接收的光相关联的积分电流的指示、所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷的指示、响应于进一步的发射光而与接收光相关联的积分电流的指示、以及额外的可变振幅电流脉冲中使用的电荷的指示。
在一方面中，本公开可表征光度测定装置。光度测定装置可包括响应于通过第一LED的第一电流而将光发射到目标的第一LED。光度测定装置还可包括响应于通过第二LED的第二电流而将光发射到所述目标的第二LED。光度测定装置还可包括电感器，耦合到所述第一和第二LED以存储与所述第一和第二电流中的至少一个相关联的能量。光度测定装置还可包括开关，用于选择性地将所述电感器的端子耦合到第一和第二参考电压节点。光度测定装置还可包括与所述电感器形成储能电路以储存能量的电容器。可以使用通过第一LED的第一电流将电荷存储在电容器上，并且可以使用通过第二LED的第二电流从电容器释放电荷。光度测定装置还可包括用于接收来自第一LED和第二LED的发射光的光敏元件、以及用于确定与从第一LED和第二LED接收的光量相对应的电荷的集成电路。光度测定装置还可包括控制电路，被配置为使用与从所述第一LED和所述第二LED接收的光量相对应的电荷的指示以及存储在所述第一电容器上的电荷的指示来确定所述目标的特征。
在一方面中，本公开可表征用于目标的光度测定的系统。所熟悉系统可包括第一发光元件，可通过开关元件连接到具有第一电压值的第一电压源，其中所述第一发光元件可通过所述目标的至少一部分传输光。所述系统还可包括电荷存储元件，例如接收并存储与通过所述第一电压源向所述第一发光元件传送的电流相对应的电荷量。所述系统还可包括控制电路，例如确定跨越所述电荷存储元件的第一电势；激活所述开关元件将所述第一电压源连接到所述第一发光元件；确定跨越所述电荷存储元件的第二电势；和从所述第二电势与所述第一电势之间的差值确定存储在所述电荷存储元件上的与所述第一发光元件发射的光量相对应的电荷量。所述系统还可包括：光敏元件，例如接收由所述第一发光元件发射的光的一部分并且将所接收的光的部分转换成电信号；以及集成电路，例如对所述电信号进行积分以确定对应于所接收的光量的电荷量。控制电路可以从与所述第一发光元件发射的光量相对应的电荷量和与接收的光量相对应的电荷量的比率来确定由所述目标的部分吸收的光量。所述系统还可包括第二发光元件，所述第二发光元件通过所述开关元件连接到具有第二电压值的第二电压源，其中所述第二发光元件被配置为通过所述目标的部分透射光，并且其中所述控制电路被配置为激活所述开关元件以通过第二发光元件将存储在电荷存储元件上的电荷作为第二电流输送。光敏元件可以接收所述第二发光元件通过所述目标的部分透射的一部分光。控制电路可以确定跨越所述电荷存储元件的第三电势，并且从所述第三电势和所述第二电势之间的差值确定与由所述第二发光元件发射的光量相对应的电荷量。控制电路可以从与所述第二发光元件发射的光量相对应的电荷量和与从所述第二发光元件接收的光量相对应的电荷量的比率来确定由所述目标的部分吸收的光量。所述第一发光元件的波长可以与所述第二发光元件的波长不同，并且由第一波长和第二波长之间的目标部分吸收的光的差被用于提供外围O2饱和度的量度。
在一方面中，本公开可表征光度测定装置。光度测定装置可包括响应于通过LED的第一电流而将光发射到目标的LED。光度测定装置还可包括电感器，可以耦合到所述LED以存储与所述第一电流相关联的能量。光度测定装置还可包括电容器，可以和所述电感器形成储能电路以用于存储能量。可以使用通过所述LED的第一电流将电荷存储在电容器上，并且可以从所述电容器释放电荷以提供通过所述LED的第二电流。光度测定装置还可包括多个开关以反转LED的极性，从而允许所述第二电流从所述电容器流过所述LED。
在一方面中，本公开可表征光度测定装置。光度测定装置可包括响应于通过LED的第一电流而将光发射到目标的LED。光度测定装置还可包括第一电容器，从通过第一LED的电流来存储电荷。光度测定装置还可包括第二LED，响应于通过从第一电容器回收存储电荷提供的第二LED的电流而向目标发射光。第二LED可以与第一LED反向并联。光度测定装置还可包括第一电感器，耦合到第一和第二LED的反向并联布置，以便与第一电容器形成能量储存储能电路。光度测定装置还可包括开关，诸如以将第一电感器的第一端选择性地耦合到不同的第一和第二偏置电压。
附图说明
现在将参照附图以举例的方式描述本公开，在附图中：
图1A示出了光度测定系统的图。
图1B示出了作为时间的函数的可变振幅电流脉冲的图。
图1C示出了作为波长的函数的光的吸收率的示图。
图1D示出作为时间的函数的患者动脉容积的图。
图1E示出了患者动脉中的血红蛋白和氧合血红蛋白的图。
图2A和图2B示出了光度测定系统的操作的示例。
图3图示了光度测定系统中的发射器的示例。
图4图示了光度测定系统中的发射器的示例。
图5图示了光度测定系统中的发射器的示例。
图6示出了光度测定系统的操作方法。
具体实施方式
在光度测定装置中，驱动器元件(例如线性电流源)可以向一个或多个发光元件提供电力。一个或多个发光元件可以向目标发射光，并且光敏元件和检测电路可以检测穿过目标的发射光的一部分。通过目标的发射光的检测分数可以提供目标中的化学浓度的指示，例如饱和的周边氧气水平。除其他之外，发明人已经认识到使用基于电感器的驱动器并且消除使用线性元件可能是有利的(例如，线性电流驱动器、线性LED驱动器或线性电流源)，以减少在光度测定系统中浪费的功率量。基于电感器的驱动器的使用可不利地向一个或多个发光元件提供可变振幅电流脉冲，而在光度测定装置使用线性驱动器(例如线性电流驱动器，线性LED驱动器或线性电流源)，电流脉冲可以是恒定的(例如，在测量吸光度的时间间隔期间，电流脉冲可以在14位准确度内恒定)，从而保持系统测量精度。除此之外，发明人另外还认识到，通过存储和测量与提供给一个可变振幅电流脉冲的电荷量相对应的电荷量，可以减轻诸如由脉冲振幅变化引入的系统不准确性或更多的发光元件，并且使用积分互阻抗放大器来确定由一个或多个发光元件发射的光量。
图1A示出以降低的功耗工作并具有自熄灭配置的光度测定系统100的示例。光度测定系统100可以包括发射器120和接收器150。发射器120可以包括第一电压源122、电接地端124、开关126、电感器128、第一发光二极管130、第二发光二极管132和可编程电容器134。接收器150可以包括光电二极管152、互阻抗放大器154、反馈电容器156、多路复用器158、模数转换器160和控制电路162。放大器154和反馈电容器156的组合构成了集成互阻抗放大器，本领域技术人员将认识到可以用各种电路配置来实现。
开关126可以被配置为将第一电压源122或电接地124连接到电感器128。电感器可以连接到开关126、第一发光二极管130和第二发光二极管132。第一发光二极管130可以连接到电感器128和可编程电容器134。第二发光二极管132可以连接到电感器128和可编程电容器134。可编程电容器134可以连接到第一发光二极管130、第二发光二极管132、电接地124和多路复用器158。光电二极管152可以连接到跨阻放大器154的输入端子。反馈电容器156可以连接在跨阻放大器154的输入端子和输出端子之间。跨阻放大器154的输出可以连接到多路复用器158。多路复用器158的输出端可以连接到编码到模数转换器160的输入。模数转换器160的输出可以连接到控制电路162。
在操作期间，可以激活开关126，例如将第一电压源122连接到电感器128，以便向第一发光二极管130提供第一可变振幅电流脉冲。在一个示例中，第一电压源122可以具有大约5V的电压值。在启动开关126之后，增加的电流可以从第一电压源122并且通过电感器128和第一发光二极管130流出。在示例中，第一发光二极管130两端的电压降可以是大约1.5V。对应于流过第一发光二极管130的增加的电流的电荷可以由可编程电容器134存储，诸如可以在发射器120的节点(Vx)处提供增加的电压。节点(Vx)可以在发射器120的节点(Vy)处提供增加的电压，这又可以提供电感器128两端的降低的电压降。电感器128两端的降低的电压降可以减慢电流增加的速率，直到电感器128上的电压降为零，此时流过第一发光二极管130的电流可以开始减小。流过第一发光二极管130的电流可以继续减小，直到通过第一发光二极管130的电流减小到零。电流降至零可以称为自熄灭效应。自我抑制效应可能是需要的，例如为了避免需要精确定时的开关元件。第一可变振幅电流脉冲的形状可以包括半正弦形状180，如图1B所示。例如通过调整可编程电容器134的电容值或通过调整电感器128的电感值可以调整第一可变振幅电流脉冲的形状。存储在可编程电容器134上的电荷可以对应于总电荷由第一可变振幅电流脉冲提供给第一发光二极管130。例如响应于提供给第一发光二极管130的第一可变振幅电流脉冲，第一发光二极管130可以向目标148(例如，手指或耳垂)发射光。
与提供给第一发光二极管130的第一可变振幅电流脉冲相对应的电荷量可以在激活开关126以将第一电压源122连接到电感器128之前通过测量可编程电容器134上的电压降来确定，并且在通过第一发光二极管130的电流已经下降到零后重复。所测量的电压降可以被提供给多路复用器158并且可以在被提供给控制电路162之前被模数转换器160数字化。控制电路162可以根据所测量的电压降来确定与第一可变振幅电流脉冲相对应的电荷。所确定的对应于第一可变振幅电流脉冲的电荷可用于归一化或补偿由电压源122提供的电压的变化。
响应于由第一发光二极管130发射的光，光电二极管152可以接收由目标140发射的光。跨阻放大器154和反馈电容器156可以集成来自光电二极管152的接收信号以向复用器158提供输出信号。由跨阻抗放大器154提供的输出信号可表示从对应于第一可变振幅电流脉冲的目标148接收的光量。多路复用器158可以将互阻抗放大器154提供的输出信号提供给模数转换器160。模数转换器160可以将接收到的输出信号数字化并且可以向控制电路162提供输出信号的数字化版本。
然后，控制电路162可以确定由第一发光二极管130发射的光的第一部分，并且通过比较确定的与第一可变振幅电流脉冲相对应的电荷量和从目标148接收的对应于第一可变振幅电流脉冲的光量由光电二极管152从目标148接收。第一部分光可以指示由第一发光二极管130发射并被目标148吸收的光的吸收。
在对应于第一可变振幅电流脉冲的电流已降至零并停止流经第一发光二极管130之后，可启动开关126以将电感器128连接至电接地端124，以便回收存储在可编程电容器134上的电荷并向第二发光二极管132提供第二可变振幅电流脉冲。在一个示例中，由于光度测定电路100的自熄形态，开关126的启动以将电感器128连接至电接地124不需要精确定时。在启动开关126之后，增加的电流可以从可编程电容器134并且通过第二发光二极管132和电感器128流动。从可编程电容器134流出的电流可以对应于在第一发光二极管130激活期间存储在可编程电容器134上的电荷。从可编程电容器134流出的电流可以减少可编程电容器134上的存储电荷，例如可以在节点(Vx)提供减小的电压。节点(Vx)处的下降电压可以在第一节点(Vy)处提供减小的电压，这又可以在电感器128上提供降低的电压降。电感器128上的降低的电压降可以减慢电流增加的速率，直到电感器128上的电压降为零，此时流过第二发光二极管132的电流可以开始减小。流过第一发光二极管130的电流可以继续减小，直到通过第二发光二极管132的电流减小到零。在一个示例中，第二发光二极管132可以被移除并且可以添加另外的开关元件，诸如向第一发光二极管130提供第二可变振幅电流脉冲。第二发光二极管132可以发光到目标148(例如，手指或耳垂)，例如响应于提供给第二发光二极管132的第二可变振幅电流脉冲。在存储在可编程电容器134上的电荷可被再循环到提供第二可变振幅电流脉冲的例子中，对应于第一可变振幅电流脉冲的电荷与第二可变振幅电流脉冲的比率可以独立于电源电压的变化，例如由电压源122提供。
对应于提供给第二发光二极管132的第二可变振幅电流脉冲的电荷量可以通过在激活开关126以将电接地124连接到电感器128之后测量可编程电容器134两端的电压降来确定，并在通过第二发光二极管132的电流已经下降到零之后重复。所测量的电压降可以被提供给多路复用器158并且在被提供给控制电路162之前可以被模数转换器160数字化。控制电路162可以根据所测量的电压降来确定与第二可变振幅电流脉冲相对应的电荷。所确定的与第二可变振幅电流脉冲相对应的电荷可用于归一化或补偿由电压源122提供的电压的变化。
响应于由第二发光二极管132发射的光，光电二极管152可以接收由目标148发射的光。跨阻放大器154和反馈电容器156可以集成来自光电二极管152的接收信号以向复用器158提供输出信号。由跨阻放大器154提供的输出信号可表示从对应于第二可变振幅电流脉冲的目标148接收的光量。多路复用器158可以将互阻抗放大器154提供的输出信号提供给模数转换器160。模数转换器160可以将接收到的输出信号数字化并且可以将输出信号的数字化版本提供给控制电路162。
控制电路162然后通过比较对应于第二可变振幅电流脉冲的确定的电荷量与从与第二可变振幅电流脉冲对应的目标148接收的光量可以来确定由光电二极管152从第二发光二极管132发射并且从目标148接收的第二部分光。第二部分光可以指示由第二发光二极管132发射并被目标148吸收的光的吸收。
在一个示例中，第一发光二极管130和第二发光二极管132的波长可以不同，并且可以从第一部分光和第二部分光确定周边氧饱和度。在一个示例中，第一发光二极管130的波长可以在红外波段中，并且第二发光二极管132的波长可以在红波段中。在存储在可编程电容器134上的电荷可用于归一化或补偿与由光电二极管152接收的光量相对应的电荷的示例中，可以减小电压源122的值的变化(例如，电压源的值可以具有大约5V的平均值并且可以变化大约20mV)对确定的周边氧饱和度的影响。例如，当存储在可编程电容器134上的电荷可用于归一化或补偿与由光电二极管152接收的光量相对应的电荷时，外围氧饱和度测量可具有大约0.1％的精度。在没有使用存储在可编程电容器134上的电荷进行补偿或标准化的情况下，精度可以非常显着地降低(例如多达40％)，例如对于医学目的可能不足。
图1B示出了作为时间的函数的可变振幅电流脉冲的图。可变振幅电流脉冲可以由光度测定系统(例如光度测定系统100)提供。可以连续提供第一可变振幅电流脉冲180和第二可变振幅电流脉冲182。第一可变振幅电流脉冲180和第二可变振幅电流脉冲182可以包括半正弦形状。在一个示例中，第一可变振幅电流脉冲180可以被提供给第一发光二极管，例如第一发光二极管130，第一发光二极管130然后可以响应地发射第一可变振幅光脉冲。第一可变振幅光脉冲可以是红外光脉冲。第二可变振幅电流脉冲182可以被提供给第二发光二极管，例如第二发光二极管132，第二发光二极管132然后可以响应地发射第二可变振幅光脉冲。第二可变振幅光脉冲可以是红光脉冲。
图1C示出了作为血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白(HbO2)的光波长的函数的光的吸光度图的例子。红外光的血红蛋白(Hb)和氧合血红蛋白的吸光度比率可以显着低于红光的。饱和外围氧气测量可以从红光和红外光的吸光度差异确定。在一个示例中，光度测定系统100可以测量红光和红外光的目标148的吸光度，以确定患者的饱和外周氧。
图1D示出作为时间的函数的患者动脉容积的图。患者的动脉可以稍微有弹性，可以根据心跳压力的变化改变体积。在饱和外周氧测量中，控制电路162可以至少部分基于作为时间的函数的改变的动脉容积来区分从动脉接收的光和从手指、骨、组织或静脉接收的光。
图1E示出了患者动脉中的血红蛋白和氧合血红蛋白的图。饱和的外周氧测量可以对应于氧占据的血红蛋白结合位点的百分比。在图1E所示的例子中，75％的血红蛋白结合位点被氧占据，相当于75％的饱和外周氧。健康的患者通常具有超过95％的由氧气占据的血红蛋白结合位点。
图2A和图2B图示了光度测定系统(例如图1中所示的光度测定系统100)中的模拟结果的示例，其中光度测定系统100可以用作脉搏血氧计以测量患者的周边氧饱和度。图2B示出了图2A的放大区域250。模拟结果可以包括理想的光电血管容积描记线210、发光二极管电流215、电容器电压220、电容器两端的采样高电压与电容器225两端的采样低电压之间的差、包括电源噪声230的光电血管容积描记图以及经补偿的光电血管容积图235。理想的光电血管容积描记迹线210可以对应于不存在由诸如第一电压源122的电源引入的噪声的情况。发光二极管电流215可以对应于流过第一发光二极管130和第二发光二极管132的电流。电容器电压220可对应于电容器134两端的电压降。电容器两端的采样高电压与电容器225两端的采样低电压之间的差异可以对应于第一和第二可变振幅电流脉冲分别被输送到第一和第二发光二极管130和132之前和之后电容器134的测量电压。电容器两端的采样高电压与电容器225两端的采样低电压之间的差异可以对应于由可变振幅电流脉冲递送的能量的量，例如传递至第一发光二极管130的第一可变振幅电流脉冲以及传递至第二发光二极管132的第二可变振幅电流脉冲132。光电容积描记迹线230可以对应于存在由诸如第一电压源122的电源引入的噪声的情况。电容器两端的采样高电压和电容器两端的采样低电压可用于减少或消除光电血管容积描记迹线230上存在的电源噪声。在一示例中，光电容积描记图迹线可以通过电容器两端的采样高电压与电容器两端的采样低电压之间的差异进行划分或归一化，以减少或消除由电源引入的噪声。
图3示出了发射器120的另一个示例。发射器120可以包括电感器328、开关326、338、340、342和344、第一电容器336、第二电容器334、第一发光二极管330、第二发光二极管332、电压源322和电接地324。在操作期间，可以激活开关126，例如将电压源322连接到电感器328。开关342和344也可以被激活，例如将第一电容器336和第二电容器334连接到电感器328。在开关326、342和344激活之后，电流可以从电压源322流过电感器328并流到第一电容器336和第二电容器334。与电流对应的电荷可以存储在第一和第二电容器336和334上。类似于如上所述的发射器120，流到第一电容器336和第二电容器334的电流可以首先增加，然后降低到零。在电流停止流向第一电容器336和第二电容器334之后，开关326、338、340、342和344可被激活，例如以提供从第一电容器336到第一发光二极管330的连接，同时隔离第二电容器334、电压源322和第二发光二极管332。存储在第一电容器336上的电荷然后可以流过第一发光二极管330，例如以向第一发光二极管330提供第一可变振幅电流脉冲。第一发光二极管330可以将光发射到诸如目标148的目标，诸如响应于提供给第一发光二极管330的第一可变振幅电流脉冲。在电流已经停止流向第一发光二极管330之后，开关326、338、340、342和344可以被激活，诸如提供从第二电容器334到第二发光二极管332的连接，同时隔离第一电容器336、电压源322和第一发光二极管330。存储在第二电容器334上的电荷然后可以流过第二发光二极管332，以便向第二发光二极管332提供第二可变振幅电流脉冲。第二发光二极管332可以将光发射到目标诸如目标148，例如响应于提供给第二发光二极管332的第二可变振幅电流脉冲。在示例中，在对第一和第二电容器336和334充电之后，可以激活开关326，例如以将电感器328连接到电接地324，例如以调节存储在电感器328和第一和第二电容器336和334中的能量。在调节能量之后，然后第一和第二电容器336和334可以被放电以驱动每个第一和第二发光二极管330和332。在一个示例中，第一可变振幅电流脉冲和第二可变振幅电流脉冲的形状可以是半正弦曲线。类似于上面关于图1A所描述的，接收器150可以接收和处理来自目标148的接收光。
图4示出了发射器120的另一个示例。发射器120可以包括电压源422、电接地424、开关426、电感器428、第一发光二极管430和第二发光二极管432。在操作期间，开关可以被激活，例如将电压源422连接到电感器428，从而向第一发光二极管430提供第一可变振幅电流脉冲。增加的电流可以流过电感器428和第一发光二极管430。一定量的能量可以存储在电感器428的磁场中，例如由于电流流过电感器。例如响应于提供给第一发光二极管430的第一可变振幅电流脉冲，第一发光二极管430可以向诸如目标148的目标发射光。开关426可以被激活，诸如从电压源422断开电感器并将电感器连接到第二发光二极管432。存储在电感器428的磁场中的能量然后可以被再循环，并且电感器428可以提供第二可变振幅电流脉冲提供给第二发光二极管432。由电感器428提供给第二发光二极管432的第二可变振幅电流脉冲可以对应于在第一发光二极管432输送期间存储在电感器428的磁场中的能量可变振幅电流脉冲发送到第一发光二极管430。例如响应于提供给第二发光二极管432的第二可变振幅电流脉冲，第二发光二极管432可以向诸如目标148的目标发射光。在一个例子中，第一可变振幅电流脉冲和第二可变振幅电流脉冲可以是锯齿形的，并且通过电感器的电流可以近似为三角形。可变振幅电流脉冲的大小可以通过调整电感器428的值来调整。接收器150可以接收和处理来自目标148的接收光，类似于上面关于图1A所描述的。在一个示例中，存储在电感器428的磁场中的能量可以通过测量磁场来确定，例如通过霍尔器件、磁阻传感器或通过向电感器428添加另一个绕组以使其成为变压器，然后监测第二绕组上的波形。所测量的磁场可用于归一化或补偿电压源422提供的电压变化。
图5示出了发射器120的另一个示例。发射器120可以包括电压源522、电接地524、开关526、534和536、电感器528、第一发光二极管530和第二发光二极管532。在操作期间，可以激活开关526、534和536，例如将电压源522连接到电感器528，以向第一发光二极管530提供第一可变振幅电流脉冲。开关536可以防止电流流过第二发光二极管532。增加的电流可以流过电感器528和第一发光二极管530。一定量的能量可以存储在电感器528的磁场中，例如由于电流流过电感器528。例如响应于提供给第一发光二极管530的第一可变振幅电流脉冲，发光二极管530可以向诸如目标148的目标发射光。开关526可以被激活，例如将电感器528从电压源522断开并将电感器528连接到电气接地524。开关534和536也可以被激活，例如向第二发光二极管532提供第二可变振幅电流脉冲。开关534可以防止电流流向第一发光二极管530。存储在电感器528的磁场中的能量然后可以被再循环，并且电感器528可以向第二发光二极管532提供第二可变振幅电流脉冲。由电感器528提供给第二发光二极管532的第二可变振幅电流脉冲可对应于在将第一可变振幅电流脉冲输送到第一发光二极管530期间存储在电感器528的磁场中的能量。第二发光二极管532可响应于提供给第二发光二极管532的第二可变振幅电流脉冲而向诸如目标148的目标发射光。在一个例子中，第一可变振幅电流脉冲和第二可变振幅电流脉冲可以是锯齿形的，并且通过电感器的电流可以近似为三角形。可变振幅电流脉冲的大小可以通过调整电感器528的值来调整。接收器150可以接收和处理来自目标148的接收光，类似于上面关于图1A所描述的。在一个示例中，可以通过测量磁场来确定存储在电感器528的磁场中的能量，例如通过霍尔器件、磁阻传感器或通过向电感器528添加另一个绕组以使其成为变压器，然后监测第二绕组上的波形。所测量的磁场可用于归一化或补偿由电压源522提供的电压变化。
图6示出了诸如光度测定系统100的光度测定系统的操作方法。诸如发光二极管130或132之类的发光二极管可以向目标的至少一部分发射光，例如目标148使用可变振幅电流脉冲来产生发射光(步骤610)。诸如控制电路162的控制电路可以确定通过发光二极管的可变振幅电流脉冲中使用的电荷量，诸如通过测量可编程电容器(诸如可编程电容器134)上的电压降(步骤620)。诸如光电二极管152的光电二极管可响应于发射光而检测从所述目标的至少一部分接收到的光(步骤630)。诸如互阻抗放大器154和反馈电容器156的积分互阻抗放大器可以响应于发射光而集成与接收光相关联的电流(步骤640)。控制电路162可以使用积分电流的指示和可变振幅电流脉冲中使用的电荷量的指示来确定目标148的特性，其中，控制电路162可以通过使用可变振幅电流脉冲中使用的电荷量的指示来补偿发光二极管的光强度变化(步骤650)。
各种注释
这里描述的每个非限制性方面可以独立存在，或者可以以各种排列或与一个或多个其他例子组合。以上详细描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。作为说明，附图示出了可以实践本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了所示出或描述的那些之外的元件。然而，本发明人还设想了仅提供所示或所述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑了使用所示出或描述的那些元件(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例，或者关于特定示例(或者其一个或多个方面)或关于本文示出或描述的其他示例(或其一个或多个方面)。如果本文档与以引用方式并入的任何文档之间的用法不一致，则以本文档中的用法为准。
在本文件中，如在专利文献中常见的那样，使用术语“一”或“一个”来包括一个或多个、独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文件中，术语“或”用于表示非排他性的，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”，除非另有说明表示。在本文件中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的等同词。而且，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，包括除权利要求中的这样的术语之后列出的那些要素之外的要素的系统、装置、物品、组合物、制剂或过程仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求。
这里描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括用指令编码的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作用于配置电子设备以执行如以上示例中所述的方法。这种方法的实现可以包括代码，诸如微码、汇编语言代码、更高级别的语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令该代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个示例中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，诸如在执行期间或在其他时间。这些有形的计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如光盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。本领域普通技术人员在查看以上描述时可以使用其他实施例。摘要提供符合37C.F.R.§1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在上面的详细描述中，各种特征可以被组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图无理要求披露的功能对任何权利要求都是必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求由此作为示例或实施例并入到具体实施方式中，其中每个权利要求独立作为单独的实施例，并且预期这些实施例可以以各种组合或置换相互组合。本发明的范围应该参考所附权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。
Claims (23)
1.光度测定方法，包括：
使用可变振幅电流脉冲将光发射到目标的至少一部分以产生发射光；
确定所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷量；
检测响应于所述发射光从所述目标的至少一部分接收的光；和
响应于所述发射光而积分与接收到的光相关的电流。
2.权利要求1所述的光度测定方法，包括：
使用积分的电流的指示和所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷量的指示来确定所述目标的特征。
3.权利要求1所述的光度测定方法，包括发射不同波长的光并测量差分响应以确定所述目标的成分特征。
4.权利要求1所述的光度测定方法，包括收集和存储所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷。
5.权利要求4所述的光度测定方法，包括：利用附加的可变振幅电流脉冲再循环所述可变振幅电流脉冲中使用的存储电荷，以进一步发射光到所述目标的至少一部分，从而响应于进一步的发射光检测从所述目标的至少一部分接收的光，并响应于进一步的发射光积分与接收的光相关的电流。
6.权利要求5所述的光度测定方法，包括使用下列来确定所述目标的特征：响应于发射光而与接收的光相关联的积分电流的指示、所述可变振幅电流脉冲中使用的电荷的指示、响应于进一步的发射光而与接收光相关联的积分电流的指示、以及额外的可变振幅电流脉冲中使用的电荷的指示。
7.光度测定装置，包括：
响应于通过第一LED的第一电流而将光发射到目标的第一LED；
响应于通过第二LED的第二电流而将光发射到所述目标的第二LED；和
电感器，耦合到所述第一和第二LED以存储与所述第一和第二电流中的至少一个相关联的能量。
8.权利要求7所述的装置，包括开关，用于选择性地将所述电感器的端子耦合到第一和第二参考电压节点。
9.权利要求8所述的装置，包括与所述电感器形成储能电路以储存能量的电容器。
10.权利要求9所述的装置，其中使用通过第一LED的第一电流将电荷存储在电容器上，并且其中使用通过第二LED的第二电流从电容器释放电荷。
11.权利要求9所述的装置，包括用于接收来自第一LED和第二LED的发射光的光敏元件、以及用于确定与从第一LED和第二LED接收的光量相对应的电荷的集成电路。
12.权利要求11所述的光度测定装置，包括控制电路，被配置为使用与从所述第一LED和所述第二LED接收的光量相对应的电荷的指示以及存储在所述第一电容器上的电荷的指示来确定所述目标的特征。
13.一种用于目标的光度测定的系统，所述系统包括：
第一发光元件，通过开关元件连接到具有第一电压值的第一电压源，其中所述第一发光元件被配置为通过所述目标的至少一部分传输光；
电荷存储元件，被配置为接收并存储与通过所述第一电压源向所述第一发光元件传送的电流相对应的电荷量；和
控制电路，被配置为：
确定跨越所述电荷存储元件的第一电势；
激活所述开关元件将所述第一电压源连接到所述第一发光元件；
确定跨越所述电荷存储元件的第二电势；和
从所述第二电势与所述第一电势之间的差值确定存储在所述电荷存储元件上的与所述第一发光元件发射的光量相对应的电荷量。
14.权利要求13所述的系统，包括：光敏元件，被配置为接收由所述第一发光元件发射的光的一部分并且将所接收的光的部分转换成电信号；以及集成电路，被配置为对所述电信号进行积分以确定对应于所接收的光量的电荷量。
15.权利要求14所述的系统，其中所述控制电路被配置为从与所述第一发光元件发射的光量相对应的电荷量和与接收的光量相对应的电荷量的比率来确定由所述目标的部分吸收的光量。
16.权利要求15所述的系统，包括第二发光元件，所述第二发光元件通过所述开关元件连接到具有第二电压值的第二电压源，其中所述第二发光元件被配置为通过所述目标的部分透射光，并且其中所述控制电路被配置为激活所述开关元件以通过第二发光元件将存储在电荷存储元件上的电荷作为第二电流输送。
17.权利要求16所述的系统，其中所述光敏元件被配置为接收所述第二发光元件通过所述目标的部分透射的一部分光。
18.权利要求17所述的系统，其中所述控制电路被配置为确定跨越所述电荷存储元件的第三电势，并且从所述第三电势和所述第二电势之间的差值确定与由所述第二发光元件发射的光量相对应的电荷量。
19.权利要求18所述的系统，其中所述控制电路被配置为从与所述第二发光元件发射的光量相对应的电荷量和与从所述第二发光元件接收的光量相对应的电荷量的比率来确定由所述目标的部分吸收的光量。
20.权利要求18所述的系统，其中所述第一发光元件的波长与所述第二发光元件的波长不同，并且由第一波长和第二波长之间的目标部分吸收的光的差被用于提供外围O2饱和度的量度。
21.光度测定装置，包括：
响应于通过LED的第一电流而将光发射到目标的LED；
电感器，耦合到所述LED以存储与所述第一电流相关联的能量；和
电容器，和所述电感器形成储能电路以用于存储能量。
22.权利要求21所述的装置，其中使用通过所述LED的第一电流将电荷存储在电容器上，并且其中从所述电容器释放电荷以提供通过所述LED的第二电流。
23.权利要求21所述的装置，包括多个开关以反转LED的极性，从而允许所述第二电流从所述电容器流过所述LED。
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