CN109310377B - 具有可电子选择的组织深度分析的血氧测量探针 - Google Patents

Abstract

一种血氧计探针，包括探针单元或基座单元和探针尖端，其中，探针尖端具有能够独立地或以不同组合方式利用以测量组织中不同组织深度处的组织氧饱和度的多个源和检测器。血氧计探针的处理器控制多工器，多工器与检测器连接以经由多工器从检测器选择性地收集测量信息。血氧计探针能够经由血氧计探针上的一个或多个输入设备由用户编程，以选择特定的源和检测器来由处理器收集测量信息。

Description

具有可电子选择的组织深度分析的血氧测量探针

相关申请的交叉引用

本申请要求以下美国专利申请的权益：2016年4月20日提交的62/325,403、62/325,416、62/325,413，2016年4月21日提交的62/325,919，2016年4月22日提交的62/326,630、62/326,644、62/326,673和2016年7月18日提交的62/363,562。这些申请连同在这些申请中引用的所有其他参考文件一起通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及血氧计探针，比如紧凑的手持式血氧计探针，其包括源和检测器，源和检测器具有能够由使用者选择来探测不同组织深度的源与检测器间隔，血氧计探针具有发射能够由使用者选择来探测不同组织深度的光波长的源，或者其两者。

背景技术

血氧计是用来为各种目的测量人和生物的组织的组织氧饱和度的医疗设备。例如，血氧计用于医院和其他医疗设施中的医疗和诊断目的（例如，用于手术的手术室、用于患者监护的恢复室或用于例如缺氧的救护车或其他移动监护）、运动场处的运动和体育目的（例如，职业运动员监护）、个人的私人或居家监护（例如，局部组织健康、区域组织健康、总体健康监护或针对马拉松的人员训练）和兽医目的（例如，动物监护）。

尤其，在区域和局部水平上评估患者的组织氧饱和度是重要的，这是因为组织氧饱和度是患者的局部和区域组织健康状态的指标并且可以是总体健康的指标。因此，血氧计常常用于可能怀疑患者的组织氧合状态不稳定的临床应用中，比如在手术和恢复期间。例如，在手术期间，血氧计应当能够在各种不理想的条件下迅速传递准确的组织氧饱和度测量结果。尽管对于绝对精度并不关键并且只有要趋势性数据就已足够的术后组织监护而言，现有的血氧计已经足够，但是，在可能使用现场检查来确定组织是能够保持存活还是需要被去除的手术期间，需要精确度。

脉搏血氧计和组织血氧计是根据不同原理运行的两种类型的血氧计。脉搏血氧计需要脉搏来发挥作用。脉搏血氧计通常测量由于脉动动脉血而导致的吸光度。相反，组织血氧计不需要脉搏来发挥作用，并且可以用来对已经从血液供给分离的组织皮瓣进行组织氧饱和度测量。

作为示例，人类组织包括多种吸光微粒。这种发色团包括氧合和去氧的血红蛋白、黑色素、水、液体和细胞色素。对于多数的可见和近红外光谱范围而言，氧合和去氧的血红蛋白是组织中最主要的发色团。在某些光波长处，氧合和去氧的血红蛋白的吸光度明显不同。组织血氧计可以利用这些吸光度差异来测量人类组织中的氧水平。

尽管现有血氧计是成功的，但仍然一直希望改进血氧计，例如提供具有能够选择来分析特定组织深度的源与检测器距离的血氧计、发射能够由使用者选择来探测不同组织深度的光波长（可见光、IR或其两者）的血氧计或其两者。

因此，需要改进的组织血氧测量设备和使用这些设备进行测量的方法。

发明内容

提供一种具有能够由使用者选择来分析组织的特定组织深度的源与检测器距离的血氧计探针、发射能够由使用者选择来探测不同组织深度的光波长（可见光、IR或其两者）的血氧计探针或其两者。血氧计探针具有计算机处理的独立光学器件（源和检测器）、显示器和独立使用的电源（电池）。

可选的组织深度分析允许使用者对特定组织深度进行血氧测量，组织深度可以在使用血氧计时变化。例如，血氧计可以被设置为对用来再造组织（比如乳腺组织）的组织皮瓣进行血氧测量，并且可以用来对组织皮瓣之下、皮瓣所附着的组织进行血氧测量。使用者从而可以确定组织皮瓣是否健康和是否可以用于再造，以及组织皮瓣所连接的组织是否相应健康，使得组织皮瓣能够在重新附着于患者时存活。

在实施方式中，方法包括设置手持式血氧计壳体；设置容纳在手持式血氧计壳体中的处理器；设置容纳在手持式血氧计壳体中的存储器，存储器与处理器电连接；设置能够从手持式血氧计壳体的外部利用的显示器，显示器与处理器电连接；设置容纳在手持式血氧计壳体中的电池；和允许电池向处理器、存储器和显示器供电。

设置探针尖端，其包括在探针尖端的面上的第一源结构和在第一探针尖端的该面上的多个检测器结构。该方法包括允许源结构将具有第一波长的第一光线和具有第二波长的第二光线发射到待测量的组织中，其中，第一波长比第二波长短。

该方法包括允许通过比阈值距离更靠近源结构的检测器结构来检测第一光线，和经由处理器来基于通过比阈值距离更靠近源结构的检测器结构所检测到的第一光线确定待测量组织中的第一组织的第一测量信息。

该方法包括允许通过比阈值距离更远离源结构的检测器结构来检测第二光线，和经由处理器来基于通过比阈值距离更远离源结构的检测器结构所检测到的第二光线确定待测量组织中的第二组织的第二测量信息。第一组织是待测量组织的表面之下的第一深度，第二组织是待测量组织的表面之下的第二深度，并且第一深度小于第二深度。

在实施方式中，血氧计探针包括手持式血氧计壳体；容纳在手持式血氧计壳体中的处理器；容纳在手持式血氧计壳体中的存储器，存储器与处理器电连接；能够从手持式血氧计壳体的外部利用的显示器，显示器与处理器电连接；容纳在手持式血氧计壳体中的电池，其中，电池与处理器、存储器和显示器连接并向其供电。

血氧计探针包括至少部分地容纳在手持式血氧计壳体中的探针尖端。探针尖端包括在探针尖端的面上的第一源结构和在第一探针尖端的该面上的多个检测器结构。处理器适配为：允许源结构将具有第一波长的第一光线和具有第二波长的第二光线发射到待测量的组织中。第一波长比第二波长短。

处理器适配为允许通过比阈值距离更靠近源结构的检测器结构来检测第一光线，和基于通过比阈值距离更靠近源结构的检测器结构所检测到的第一光线来确定待测量组织中的第一组织的第一测量信息。处理器适配为允许通过比阈值距离更远离源结构的检测器结构来检测第二光线，和基于通过比阈值距离更远离源结构的检测器结构所检测到的第二光线来确定待测量组织中的第二组织的第二测量信息。第一组织在待测量组织的表面之下的第一深度，第二组织在待测量组织的表面之下的第二深度，并且第一深度小于第二深度。

在实施方式中，方法包括设置手持式血氧计壳体；设置容纳在手持式血氧计壳体中的处理器；设置容纳在手持式血氧计壳体中的存储器，存储器与处理器电连接，其中，存储器储存模拟反射曲线；设置能够从手持式血氧计壳体的外部利用的显示器，显示器与处理器电连接；设置容纳在手持式血氧计壳体中的电池；和允许电池向处理器、存储器和显示器供电。

设置至少部分地容纳在手持式血氧计壳体中的探针尖端。该方法包括在探针尖端的面上设置第一源结构和在第一探针尖端的该面上设置多个检测器结构。

该方法包括允许源结构将光线发射到待测量组织中；允许检测器结构检测从待测量组织反射之后的光线；允许检测器结构由通过检测器结构所检测到的光线来产生反射测量结果。

处理器将反射测量结果的第一部分与模拟反射曲线拟合，其中，反射数据的第一部分由比阈值距离更靠近源结构的检测器结构的第一部分产生。

处理器将反射测量结果的第二部分与模拟反射曲线拟合。反射数据的第二部分由检测器结构的第一部分和检测器结构的第一附加检测器结构产生。检测器结构的第一附加检测器结构比阈值距离更远离源结构。

处理器确定反射测量结果的第一部分的拟合是否是比反射测量结果的第二部分的拟合更接近的拟合。然后，如果反射数据的第一部分的拟合是比反射测量结果的第二部分更接近的拟合，处理器使用反射数据的第一部分确定组织的第一光学特性并且在显示器上显示第一光学特性。

处理器将反射测量结果的第三部分与模拟反射曲线拟合。反射数据的第三部分由检测器结构的第一部分、检测器结构的第一附加检测器结构和检测器结构的第二附加检测器结构产生。检测器结构的第一附加检测器结构比越过阈值距离的检测器结构的第一附加检测器结构更远离源结构。

处理器确定反射测量结果的第二部分的拟合是否是比反射测量结果的第三部分的拟合更接近的拟合。如果反射数据的第二部分的拟合是比反射测量结果的第三部分更接近的拟合，处理器使用反射数据的第二部分确定组织的第二光学特性并且在显示器上显示第二光学特性。

如果反射数据的第三部分的拟合是比反射测量结果的第二部分更接近的拟合，处理器使用反射数据的第三部分确定组织的第三光学特性并且在显示器上显示第三光学特性。

在实施方式中，方法包括设置手持式血氧计壳体；设置容纳在手持式血氧计壳体中的处理器；设置容纳在手持式血氧计壳体中的存储器，存储器与处理器电连接；设置能够从手持式血氧计壳体的外部利用的显示器，显示器与处理器电连接；设置容纳在手持式血氧计壳体中的电池；和允许电池向处理器、存储器和显示器供电。

设置第一探针尖端，第一探针尖端包括第一源结构和具有第一布置的第一组多个检测器结构。该方法包括将第一探针尖端与手持式血氧计壳体连接。设置第二探针尖端，第二探针尖端包括第二源结构和具有第二布置的第二组多个检测器结构。第一布置和第二布置是不同的布置。该方法包括通过将第二探针尖端与手持式血氧计壳体连接来将第一探针尖端更换为第二探针尖端，使得第一布置变更为第二布置。

在考虑以下的具体实施方式和所附附图时，本发明的其他目的、特征和优点将会变得明显，其中，相同的附图标记在所有附图中代表相同的特征。

附图说明

图1A示出血氧计探针以及用于探测多个组织深度的发射出的辐射和检测到的辐射。

图1B示出实施方式中的探针尖端的端视图。

图1C示出实施方式中的血氧计探针101的框图。

图2示出能够通过血氧计探针来分析的不同组织深度的图解。

图3示出血氧计探针使用单一的检测器和检测器的组合探测到的组织的不同组织深度的另一图解。

图4示出实施方式中的血氧计探针的框图。

图5示出包括环形配置的两个源S1和S2以及八个检测器D1-D8的探针尖端的探针面。

图6示出能够从探针单元拆卸探针尖端并且能够将探针单元更换为不同的探针尖端的血氧计探针。

图7示出包括基座单元和具有探针尖端的可拆卸线缆的组织血氧计。

图8示出具有两个不同的源与检测器间隔的两个不同探针尖端的框图。

图9示出用于对由检测器结构中的被选择者所产生的反射数据进行加权的方法的流程图。

图10是多个蒙特卡洛模拟反射曲线的实力曲线图。

图11A是用于通过组织血氧测量设备来确定组织（例如，真实组织）的光学特性的方法的流程图，其中，组织血氧测量设备使用反射数据和模拟反射曲线来确定该光学特性。

图11B是根据一个实施方式的用于发现与细网格中的反射数据点最佳拟合的特定模拟反射曲线的方法的流程图。

图12是用于通过该组织血氧测量设备确定真实组织的光学特性和组织特性的另一方法的流程图。

图13是用于对由选择的检测器所产生的反射数据进行加权的方法的流程图。

具体实施方式

本发明总地涉及用于测量组织氧的无线手持式血氧计探针。该血氧计探针具有源和能够多方面利用以从组织的不同组织深度测量组织氧饱和度的检测器。

图1A示出手持式血氧计探针101。这种血氧计探针用来对目标组织进行组织氧饱和度测量。在实施方式中，血氧计探针是组织血氧计，但在其他实施方式中，血氧计探针可以是脉搏血氧计。血氧计探针101具有两个部分：探针单元105和探针尖端110。

手持式血氧计探针可以用于各种环境，比如用于现场测量、医生办公室、体育赛事（例如，个人和专业运动用途）、家庭、退休社区、临终护理、急救人员（例如，护理人员、急救医务人员、急救护理和消防员）、术前护理、术后护理、儿科护理、老年护理、医疗康复中心、兽用和其他使用者的手术无菌环境。使用环境的范围也可以从无菌变动到一般卫生清洁环境（例如，医院里的非无菌恢复室、医生办公室和其他医疗办公室、家庭用途和其他环境）和一般不卫生的环境，比如泥泞、尘埃、砂石和积灰环境、雪（例如，滑雪场、滑雪救护队和登山）、雨、冰和近水体（例如，游泳池、海滩和船只处）。

血氧计探针具有显示器115（例如，LCD显示器）和按钮130。当按钮被按下时，在探针尖端处发射光线到待测量目标组织中，并且在探针尖端处接收从目标组织反射的光线。发射和接收的光线通过血氧计探针处理来确定组织的组织氧饱和度。根据接收到的光线，探针确定该组织的测量组织氧饱和度。测量组织氧饱和度的指示（例如，数值）显示在显示器上。

血氧计探针基于人体工程学成形以舒适地适应使用者的手。在使用期间，探针在使用者的拇指与其他手指之间握持在使用者的手中。当探针尖端的面（未示出）指向背离使用者并面向待测量目标组织时，显示器面向使用者的眼睛。

在实施方式中，光线145从探针尖端中的源发射到目标组织中，并且光线150被反射回到探针尖端，光线在此被一个或多个检测器检测到。检测器位于距源越来越远的距离处。检测器所检测到的光线从组织内的深度处反射回来，其中，该深度随着检测器与源的距离越来越大而增大。

探针单元可以收集来自检测器中一者或探测器的组合的反射光线的测量信息，以确定不同组织深度处的组织氧饱和度。

图1B示出实施方式中的探针尖端110的端视图。探针尖端110配置为接触将要进行组织血氧测量的组织（例如，患者的皮肤）。探针尖端110包括第一源结构120a和第二源结构120b（统称为源结构120），并且包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八检测器结构125a-125h（统称为检测器结构125）。在替代实施方式中，血氧计探针包括更多或更少的源结构，包括更多或更少的检测器结构，或者二者兼有。

每个源结构120适配为发射光线（比如红外光线）并且包括产生发射光线的一个或多个光源，比如四个光源。每个光源可以发射一种或多种波长的光线。每个光源可以包括发光二极管（LED）、激光二极管、有机发光二极管（OLED）、量子点LED（QMLED）或其他类型的光源。

每个源结构可以包括将光源与探针尖端的面127光连接的一根或多根光导纤维。在实施方式中，每个源结构包括四个LED并且包括将这四个LED与探针尖端的面光连接的单根光导纤维。在替代实施方式中，每个源结构包括将这些LED与探针尖端的面光连接的一根以上的光导纤维（例如，四根光导纤维）。

每个检测器结构包括一个或多个检测器。在实施方式中，每个检测器结构包括适配为检测从源结构发射和从组织反射的光线的单个检测器。这些检测器可以是光电检测器、光敏电阻或其他类型的检测器。检测器结构关于源结构定位为使得形成两个或更多个（例如，八个）不同的源与检测器距离。

在实施方式中，最短的源与检测器距离近似相等。例如，在源结构120a与检测器结构125d（S1-D4）之间和源结构120b与检测器结构125a（S2-D8）之间的最短的源与检测器距离近似相等。在源结构120a与检测器结构125e（S1-D5）之间和源结构120b与检测器结构125a（S2-D1）之间的下一较长的源与检测器距离（例如，比S1-D4和S2-D8中的每一个都更长）近似相等。在源结构120a与检测器结构125c（S1-D3）之间和源结构120b与检测器结构125g（S2-D7）之间的下一较长的源与检测器距离（例如，比S1-D5和S2-D1中的每一个都更长）近似相等。在源结构120a与检测器结构125f（S1-D6）之间和源结构120b与检测器结构125b（S2-D2）之间的下一较长的源与检测器距离（例如，比S1-D3和S2-D7中的每一个都更长）近似相等。在源结构120a与检测器结构125c（S1-D2）之间和源结构120b与检测器结构125f（S2-D6）之间的下一较长的源与检测器距离（例如，比S1-D6和S2-D2中的每一个都更长）近似相等。在源结构120a与检测器结构125g（S1-D7）之间和源结构120b与检测器结构125c（S2-D3）之间的下一较长的源与检测器距离（例如，比S1-D2和S2-D6中的每一个都更长）近似相等。在源结构120a与检测器结构125a（S1-D1）之间和源结构120b与检测器结构125e（S2-D5）之间的下一较长的源与检测器距离（例如，比S1-D7和S2-D3中的每一个都更长）近似相等。在源结构120a与检测器结构125h（S1-D8）之间和源结构120b与检测器结构125d（S2-D4）之间的下一较长的源与检测器距离（例如，最长的源与检测器距离，比S1-D1和S2-D5中的每一个都更长）近似相等。在其他实施方式中，源与检测器距离可以全部不同或具有近似相等的少于八个距离。

以下表1示出根据实施方式的八个不同的源与检测器距离。最近的源与检测器距离之间的增大近似为0.4毫米。

表1

在实施方式中，检测器结构125a和125e关于位于连接源120a与120b的直线上的点对称定位。检测器结构125b和125f关于该点对称。检测器结构125c和125g关于该点对称。检测器结构125d和125h关于该点对称。该点可以在连线上位于源结构120a与120b之间的中心处。

源与检测器距离关于检测器结构125所检测到的反射的曲线可以提供数据点沿着x轴适当间隔开的反射曲线。源结构120a和120b与检测器结构125之间距离的这些间隔减小数据冗余，并且可以导致产生相对精确的反射曲线。

在实施方式中，源结构和检测器结构可以布置在探针表面上的各种位置处以给出期望的距离（比如上述）。例如，这两个源形成线，并且在这条线上方和下方将会存在等量的检测器。并且（线上方的）检测器的位置将会与（线下方的）另一检测器关于在这两个源的线上选择的点为点对称。例如，所选择的点可以是但不必然是这两个源之间的中点。在其他实施方式中，定位可以基于形状来布置，比如圆形、椭圆形、卵形、随机的、三角形、方形或其他形状。

以下专利申请描述各种血氧计设备和血氧测量操作，并且以下申请中的讨论可以与本申请中描述的发明的方面以任意组合方式组合。以下专利申请连同这些申请中引用的所有参考文件通过引用并入本文：2015年11月17提交的14/944,139、2013年5月3日提交的13/887,130、2016年5月24日提交的15/163,565、2013年5月3日提交的13/887,220、2016年7月19日提交的15/214,355、2013年5月3日提交的13/887,213、2015年12月21日提交的14/977,578、2013年6月7日提交的13/887,178、2016年7月26日提交的15/220,354、2013年8月12日提交的13/965,156、2016年11月22日提交的15/359,570、2013年5月3日提交的13/887,152、2016年4月16日提交的29/561,749、2012年5月3日提交的61/642,389、61/642,393、61/642,395、61/642,399和2012年8月10日提交的61/682,146。

图1C示出实施方式中的血氧计探针101的框图。血氧计探针101包括显示器115、处理器116、存储器117、扬声器118、一个或多个使用者选择设备119（例如，与显示器115关联的一个或多个按钮、开关、触摸输入设备）、一组源结构120、一组检测器结构125和电源（例如，电池）127。上文列出的部件可以经由总线128链接在一起，总线128可以是血氧计探针101的系统总线架构。虽然该图示出与每个部件连接的一个总线，但这种总线连接说明用来链接血氧计探针101中包含的这些部件或其他部件的任何互联方案。例如，扬声器118可以通过端口与子系统连接或者与处理器116具有内部直接连接。此外，在实施方式中，所描述的这些部件容纳在血氧计探针101的可移动壳体（参见图1）中。

处理器116可以包括微处理器、微控制器、多核处理器或其他处理器类型。存储器117可以包括各种存储器，比如易失性存储器117a（例如，RAM）、非易失性存储器117b（例如，磁盘或闪存）。血氧计探针101的不同实施方式可以包括任意组合或配置的任意数量的所列部件，并且还可以包括未示出的其他部件。

电源127可以是电池，比如一次性电池。一次性电池在其储存的电荷耗尽之后被丢弃。一些一次性电池化学技术包括碱性、锌碳或氧化银。这种电池具有足够的储存电荷来允许使用手持式设备数小时。

在其他实施方式中，该电池是可再充电电池，其中，该电池在储存的电荷耗尽之后可以多次再充电。一些可再充电电池化学技术包括镍铬（NiCd）、镍氢（NiMH）、锂离子（Li-ion）和锌空气。这种电池可以例如经由具有与手持式单元连接的线缆的AC适配器进行再充电。手持式单元中的电路可以包括再充电电路（未示出）。具有可再充电电池化学物质的电池有时可以用作一次性电池，其中，这些电池在使用之后不再充电而是被丢弃。

图2示出在实施方式中包括一个源S和四个检测器D1、D2、D3和D4的探针尖端的图解。检测器位于距源越来越大的固定距离处（R1<R2<R3<R4）。位于R1处的检测器D1最靠近源并且检测在从组织表面延伸到第一组织深度的第一组织层内反射的光线。位于R2处的检测器D2检测在从第一组织深度延伸到第二组织深度的第二组织层内反射的光线。第二组织深度比第一组织深度距离组织表面更深。位于R3处的检测器D3检测在从第二组织深度延伸到第三组织深度的第三组织层内反射的光线。第三组织深度比第二组织深度距离组织表面更深。位于R4处的检测器D4检测在从第三组织深度延伸到第四组织深度的第四组织层内反射的光线，其中，第四组织深度比第三组织深度距离组织表面更深。血氧计探针使用从这些检测器中的一者或多者收集的测量信息来确定这些组织深度中一者或多者的组织氧饱和度。

尽管图2示出探针尖端包括针对每个组织层的单个检测器，但探针尖端可以包括针对每个组织层的多个检测器，比如针对每个组织层2个检测器、3个检测器、4个检测器、5个检测器、6个检测器、7个检测器、8个检测器、9个检测器、10个检测器或更多检测器。探针尖端还可以包括多于一个源，比如2个源、3个源、4个源、5个源、6个源、7个源、8个源、9个源、10个源或更多源。源和检测器的布置可以是图1B的布置，其中，存在八种不同的源与检测器距离，并且每种源与检测器距离复制至少一次。

图3示出可以通过血氧计探针针对从单个检测器或检测器组合收集的测量信息来进行分析的多个不同组织深度。例如，可以通过分别从检测器D1、D2、D3和D4收集测量信息来确定第一、第二、第三和第四组织层的组织氧饱和度。还可以通过分别从检测器的组合收集测量结果来确定第五、第六、第七和第八组织层的组织氧饱和度：D1-D2、D2-D3、D3-D4和D1-D4。

可以领会，探针尖端可以包括用于确定各种组织深度的组织氧饱和度的多于一个源和大于或小于四个检测器。还可以领会，两个或更多个源与检测器距离可以相同。例如，冗余的源与检测器距离可以用于校准目的或用于收集的数据进行自我检查。

在实施方式中，血氧计探针使用空间分辨光谱来确定不同组织深度的组织氧饱和度。具体而言，血氧计探针使用：储存的针对源和检测器的源与检测器距离、从一个或多个检测器收集的反射光线的测量信息以及用于计算组织氧饱和度信息的空间分辨光谱法。

图4示出实施方式中的血氧计探针的框图。血氧计探针的探针单元包括处理器和与处理器电连接的多工器。探针尖端包括源S和检测器D1-D4。探针单元还包括位于检测器与处理器之间的电子路径中的模数转换器（未示出）。探针尖端可以包括更多的源和更多或更少的检测器，比如上述的图1B所示的两个源和八个检测器的配置。

处理器控制多工器来选择性地收集一个或多个检测器检测到的反射光线的测量信息。处理器使用测量信息来确定组织的一个或多个组织深度的组织氧饱和度。

在包括多于一个源的实施方式中，这些源可以由处理器来控制，使得激活一个源来发射光线、激活两个源来发射光线、激活三个源来发射光线或激活更多数量的源来发射光线。处理器可以允许从一个或多个检测器收集发射光线的一个或多个源的数据，使得可以在不同深度处探测组织，从而确定不同组织深度处的氧饱和度，比如以上关于图2-图3所述。

图5示出在实施方式中包括两个源S1和S2以及八个检测器D1-D8的探针尖端的探针面。这些源和检测器布置为环形配置。探针面可以包括更多或更少的源以及更多或更少的检测器。处理器控制多工器来将从一个或两个源发射的光线的测量信息从一个或多个检测器发送到处理器。在替代实施方式中，这些源和检测器布置为其他配置，比如梯形、矩形、方形、三角形、线形、任意的、卵形、椭圆形、这些形状的一种或多种组合或者其他形状。这些源和检测器还可以布置为非平面配置，比如布置在弯曲表面上，其中，弯曲表面的曲线可以与身体部分（比如颈部、头部、膝盖、肘部、脚部或其它身体部分）的形状互补，以使这些源和检测器符合这些弯曲形状。

图6示出血氧计探针601，其中，探针尖端605能够从探针单元610拆卸。探针尖端605可以拆卸并且更换为不同的探针尖端615，其中，这两个探针尖端具有不同的源与检测器间隔。例如，第一探针尖端可以具有图1B所示的探针尖端的源和检测器配置，并且第二探针尖端可以具有图5所示的探针尖端的源和检测器配置。这两种不同的探针尖端可以用于作为成形血氧计探针的探针单元来确定不同组织深度的组织氧饱和度。在实施方式中，不同的探针尖端具有不同数量的源、不同数量的检测器，或者同时具有不同数量的源和不同数量的检测器。

图7示出包括基座单元705和具有附接于线缆端部的探针尖端710的可拆卸线缆712的组织血氧计701。探针尖端包括一个或多个源以及一个或多个检测器。一个或多个源和一个或多个检测器分离开多个不同的源与检测器距离。发射光线的源与检测光线的检测器之间的这些源与检测器距离可以进行不同的设置以探测组织表面之下的不同组织深度处的组织。基座单元例如可以由使用者来配置，使得一个或多个源配置为发射光线，并且一个或多个检测器配置为检测反射之后的光线。

基座单元包括一个或多个使用者接口，以接收用于选择发射光线的一个或多个源的使用者输入和接收用于选择检测光线的一个或多个检测器的使用者输入。适配为接收使用者输入的基座单元的一个或多个使用者接口可以包括按钮、触摸界面显示器、拨盘、开关或其他接口。基座单元可以包括一个或多个通信端口，其适配为从相连接的计算设备接收用于选择发射光线的一个或多个源和检测光线的一个或多个检测器的信息。

在实施方式中，线缆和探针尖端能够从基座单元拆卸，并且可以更换为不同的线缆和探针尖端。两种不同线缆的两个不同的探针尖端具有一个或多个源与一个或多个检测器之间的用于探测不同组织深度的一种或多种不同的源与检测器距离。

图8示出具有两个不同的源与检测器间隔的两个不同探针尖端的框图。探针尖端包括一个源和四个检测器。探针尖端可以切换，使得可以通过组织血氧计来探测组织的不同组织深度。例如，具有第一探针尖端的血氧计探针可以探测相对浅的和深的组织深度，而具有第二探针尖端的血氧计探针可以探测相对深的和中间的组织深度。将会领会，探针尖端可以包括更多的源以及更少或更多的检测器。在实施方式中，每个探针尖端具有环形布置的一个或多个源以及一个或多个检测器的布置。

在实施方式中，至少一个源与至少一个检测器之间的距离近似200微米或更小，比如150微米或更小、100微米或更小、75微米或更小或其他距离。在距检测器之一200微米或更小处定位的至少一个源发射可见光线、红外光线或其两者。在可见光谱中发射的光线可以包括蓝光与红光之间的波长或具有小于580纳米的波长的光线或其两者，比如绿光、橙光、黄光或具有蓝光与红光波长之间波长的其他颜色的光线。

可以从探针尖端发射相对较短波长（例如，蓝光与红光之间的波长）的光线以探测组织的薄顶层（例如，20微米至大约150微米或更小），比如表皮。这些相对较短波长的光线趋于较浅地渗透入真皮或者不渗透入真皮，使得来自这些较短波长的光线的真皮测量信息不明显影响来自表皮的测量信息。因此，表皮中的发色团、比如黑色素可以通过血氧计探针来探测，并且真皮中的发色团可以不影响表皮中黑色素的测量。

可以选择具有相对较长波长的光线来探测相对更深处的组织，比如比大约20微米更深、比大约50微米更深、比大约75微米更深、比大约100微米更深、比大约125微米更深或比大约150微米更深（例如，比表皮的组织深度更深，比如深入真皮、皮下脂肪或其二者）。

在实施方式中，基本上所有的光线波长（例如，可见光线、IR或其两者）从这些源发射到组织中并被检测器检测到。可以分析这些检测器产生的针对每种波长的反射数据，比如通过将反射数据与模拟反射曲线拟合以确定测量值（例如，吸收系数、减小的散射系数、黑色素浓度、氧饱和量、血量、这些测量的任意组合或其他测量）。此后，处理器可以使用测量值、反射数据或其他信息来确定各种组织深度处的各种组织层的测量值。例如，于是处理器可以确定表皮的一个或多个测量值（例如，吸收系数、减小的散射系数、黑色素浓度、氧饱和度、血液量、这些测量的任意组合或其他测量），这些测量值基本独立于真皮中发色团的测量值。以下进一步描述反射数据与模拟反射曲线的拟合。

处理器还可以确定真皮的一个或多个测量值（例如，氧饱和度值），这些测量值基本独立于表皮中发色团的测量值。

在实施方式中，选择的波长（例如，相对短的波长，比如蓝光与红光之间，或者相对长的波长，例如红光、IR或其二者）可以从这些源发射并被检测器中的被选择者（例如，选择20个检测器中的检测器2-5和11-20，或者选择20个检测器中的检测器1和6-8，或者选择20个检测器或一些其他数量的检测器中的检测器9-13）检测到以探测组织，比如表皮或真皮，其中，表皮的测量信息基本独立于真皮的测量信息，并且其中，真皮的测量信息基本独立于表皮或这些组织层中的更细分级的测量信息。例如，蓝光与红光之间相对较短波长的可见光可以从这些源发射并被相对靠近这些源（例如，距这些源100微米或更近）的用于探测表皮的检测器检测到。

相对较长波长的光线（例如，红光、IR或其二者）可以从这些源发射并被相对远离这些源（例如，距这些源100微米或更远）的用于探测真皮或更深的检测器检测到，比如在用于乳房再造的皮瓣置换手术中使用的埋入皮肤的皮瓣。血氧计探针适配为接收针对选择波长（例如，短或长）和选择检测器（例如，靠近这些源，比如近于100微米，或者远离这些源，比如远于100微米）的组合选择的输入，其中，选择的组合被探针用于探测组织的不同组织深度，比如表皮或真皮。血氧计探针适配为基于使用者针对探测选择的或基本自动选择的组织深度来对波长和检测器进行这些选择。

在实施方式中，一个或多个源可以适配为发射处于第一光谱范围而不在第二光谱范围中的波长的光线，或者适配为发射处于第二光谱范围而不在第一光谱范围中的光线，其中，第一光谱范围和第二光谱范围可以不重叠。第一光谱范围可以包括可见范围中的光线，比如蓝光与红光之间的波长的光线。第二光谱范围可以包括红光、IR或其二者。

数据加权检测器结构。定位在距源结构120越来越远距离处的多个检测器结构125从组织接收越来越少量的反射。因此，相较于具有相对长的源与检测器距离的检测器结构（例如图1B的S1-D8和S2-D4）所产生的反射数据，具有相对短的源与检测器距离的检测器结构125（例如，图1B的S1-D4和S2-D8）所产生的反射数据趋于展现出固有的更高信号。因此，拟合算法可以优先将模拟反射曲线与具有相对短的源与检测器距离（例如，小于或等于源结构与检测器结构之间的平均距离的源与检测器距离）的检测器结构125所产生的反射数据比具有相对长的源与检测器距离（例如，大于平均距离的源与检测器距离）的检测器结构所产生的反射数据更紧密地拟合。为了根据反射数据相对精确地确定光学特性，这种按距离比例的倾斜可能是不期望的，并且可以通过对以下紧接着描述的反射数据进行加权来校正。

图9示出用于对由选择的检测器结构125所产生的反射数据进行加权的方法的流程图。该流程图代表一个示例实施方式。可以在不背离本实施方式的范围的情况下添加、去除或组合流程图中的步骤。

在1400处，血氧计探针101将光线从一个源结构、比如源结构120a发射到组织中。在发射的光线从组织反射之后，检测器结构125检测光线，步骤1405，并且产生该组织的反射数据，步骤1410。可以针对多种波长的光线和一个或多个其他源结构、比如源结构120b重复步骤1400、1405和1410。在1415处，血氧计探针101将反射数据的第一部分与模拟反射曲线315拟合。反射数据的第一部分由距离源结构小于阈值距离的第一部分检测器结构产生。阈值距离可以是源结构与检测器结构之间的平均距离（例如，近似中间范围的距离）。在1420处，将反射数据的第二部分的反射数据与模拟反射曲线拟合。反射数据的第二部分由第一部分检测器结构和距离源位于相较于阈值距离的下一最大源与检测器距离处的另一检测器结构产生。例如，如果第一部分检测器结构包括检测器结构125c、125d、125e和125f，则位于下一最大源与检测器距离处的检测器结构是检测器结构125g（参见表1）。

在1425处，将在步骤1415产生的拟合与在步骤1420产生的拟合比较，以确定在步骤1420产生的拟合是否比1415处产生的拟合更好。如本领域技术人员将会理解的，数据与曲线的拟合的“接近度”是可以基于各种参数来量化的，并且拟合的接近度可以直接比较以确定与曲线具有更接近的拟合的数据。如将会进一步理解的，更接近的拟合有时也被称为更好的拟合或更紧密的拟合。如果在步骤1420产生的拟合比在步骤1415产生的拟合更好，则对包括定位在距源下一更大源与检测器距离处的附加检测器结构（根据正在讨论的示例，检测器结构125c）的检测器结构所产生的反射数据重复步骤1420和步骤1425。替代地，如果在步骤1420产生的拟合并不比在步骤1415产生的拟合更好，则在拟合中不使用定位在大于阈值距离的源与检测器距离处的检测器结构125的反射数据。此后，血氧计探针101使用在1415处或步骤1420产生的拟合（如果比在步骤1415确定的拟合更好）来确定组织的光学特性和氧饱和度，步骤1430。此后，血氧计探针101报告氧饱和度，比如在显示器115上，步骤1435。

根据替代实施方式，如果在步骤1420产生的拟合并不比在步骤1415产生的拟合更好，则通过具有大于阈值距离的源与检测器距离的检测器结构的加权因数来对反射数据进行加权，使得加权后的该反射数据对拟合的影响减小。拟合中未使用的反射数据可以被认为具有零加权，并且可以与来自感兴趣的组织层下方的组织的反射相关联。来自感兴趣的组织层下方的组织的反射据说会在反射曲线中展现出指示这种特定反射的特征扭结。

注意，将反射数据与模拟反射曲线拟合的曲线拟合算法可以考虑反射数据的不确定性以及反射数据的绝对位置。反射数据的不确定性对应于检测器结构之一产生反射数据所带来的噪声量，并且噪声量可以与反射数据大小的平方根成比例。

根据另外的实施方式，血氧计探针101基于与反射数据的测量结果相关联的噪声量对反射数据进行迭代加权。具体而言，相较于具有相对短的源与检测器距离的检测器结构所产生的反射数据，具有相对大的源与检测器距离的检测器结构所产生的反射数据通常具有较低的信噪比。对具有相对大的源与检测器距离的检测器结构所产生的反射数据进行加权允许该数据对拟合产生与其他反射数据基本相等的影响。

储存的模拟反射曲线。根据特定实施例，存储器储存多个蒙特卡洛模拟反射曲线315（“模拟反射曲线”），这些模拟反射曲线315可以由计算机产生以供后续储存在存储器中。每条模拟反射曲线315代表对从一个或多个模拟光源发射到模拟组织中并从该模拟组织反射到一个或多个模拟检测器中的光线（例如，近红外光线）的模拟。模拟反射曲线315针对于模拟光源和模拟检测器的特定配置，比如组织血氧测量探针127中的光源120和检测器125的配置等。因此，模拟反射曲线315模拟从组织血氧测量设备100发射并被其收集的光线。此外，模拟反射曲线315中的每一个都代表唯一的真实组织条件，比如与组织发色团的集中度和组织散射体的密度有关的特定组织吸收和组织散射值。存储器117中储存的模拟反射曲线的数量可以相对大，并且可以代表可能存在于由组织血氧测量设备100分析生命力的真实组织中的光学特性和组织特性的近乎所有的（如果不是所有的话）实际组合。尽管存储器117在本文中被描述为储存蒙特卡洛模拟反射曲线，但存储器117可以储存除了蒙特卡罗方法之外的其他方法所产生的模拟反射曲线，比如使用扩散近似。

图10是反射曲线的示例曲线图，其可以针对于光源120和检测器125的特定配置，比如组织血氧测量探针127的光源和检测器的配置之一等。曲线图的水平轴代表光源120与检测器125之间的距离（即，源与检测器距离）。如果恰当选择光源120与检测器125之间的距离并且模拟反射曲线是对光源120和检测器125的模拟，则模拟反射曲线中的数据点之间的横向间隔将会是相对均匀的。这种相对均匀的间隔可以见于图4中的模拟反射曲线。曲线图的竖直轴代表从组织反射并被检测器125检测到的光线的模拟反射。如该模拟反射曲线所示，到达检测器125的反射随着光源120与检测器125之间的距离变化。

根据一个实施方式，存储器117针对每条模拟反射曲线315储存选择的数量的点，而可以不储存全部的模拟反射曲线。针对每条模拟反射曲线315储存的点的数量可以与源-检测器对的数量匹配。例如，如果组织血氧测量探针115包括两个光源120a和120c并包括八个检测器125a-125h，则组织血氧测量探针100包括十六个源-检测器对，并且存储器117因此可以针对每条模拟反射曲线储存十六个选择的数据点，其中，储存的数据点针对于特定的源-检测器距离（即，光源与检测器之间的距离）。

因此，存储器117中储存的模拟反射曲线数据库的大小可以是16×3×5850，其中，针对可以由每个光源210所产生和发射的三种不同波长的每条曲线储存十六个点，并且其中，在整个光学特性范围内总共存在5852条曲线。替代地，存储器117中储存的模拟反射曲线数据库的大小可以是16×4×5850，其中，针对可以由每个光源所产生和发射的四种不同波长的每条曲线储存十六个点，并且其中，在整个光学特性范围内总共存在5852条曲线。这5852条曲线例如源自39个吸收系数μ_s'值和150个吸收系数μ_a值的矩阵。μ_s'值的范围可以始于5:5:24厘米^-1（μ_s'取决于g的值）。μ_a值的范围可以始于0.01:0.01:1.5。将会理解，前述范围是示例范围，而源-检测器对的数量、每个光源所产生的波长的数量以及模拟反射曲线的数量可以更小或更大。

组织分析。图11A是用于通过组织血氧测量设备100来确定组织（例如，真实组织）的光学特性的方法的流程图，其中，组织血氧测量设备使用反射数据和模拟反射曲线315来确定该光学特性。光学特性可以包括组织的吸收系数μ_a和散射系数μ_s。以下进一步详细描述用于将组织的吸收系数μ_a和散射系数μ_s转换为组织的氧饱和度值的其他方法。该流程图代表一个示例实施例。可以在不背离本实施例的范围的情况下添加、去除或组合流程图中的步骤。

在500处，组织血氧测量设备100将光线（例如，近红外光线）从一个光源120、比如光源120a发射到组织中。当从光源发射光线时，组织血氧测量设备通常与组织接触。在发射的光线从组织反射之后，检测器125检测该光线的一部分，步骤505，并且产生该组织的反射数据点，步骤510。可以针对多种波长的光线（例如，红光、近红外光线或其二者）和一个或多个其他源光源、比如光源120c重复步骤500、505和510。例如，如果组织血氧测量探针115具有十六个源与检测器距离，则单一波长的反射数据点可以包括十六个反射数据点。这些反射数据点有时被称为反射数据点的N向量。

在515处，针对源-检测器对的增益校正反射数据点（例如，原始反射数据点）。在校准源-检测器对期间，产生源-检测器对的增益校正并储存在存储器117中。以下进一步详细描述增益校正的产生。

在520处，处理器116将反射数据点与模拟反射曲线315拟合（例如，经由误差平方和计算）来确定与反射数据点最佳拟合（即，具有最小的拟合误差）的特定反射数据曲线。根据一个具体实施方式，作为模拟反射曲线的数据库的“粗”网格的相对小的一组模拟反射曲线被选择并用于拟合步骤520。例如，给定39个散射系数μ_s'的值和150个吸收系数μ_a的值，模拟反射曲线的粗网格可以由处理器116通过取粗网格中的总共40个模拟反射曲线的每第5个散射系数μ_s'的值和每8第个吸收系数μ_a的值来确定。将会理解，前述具体数值是针对示例实施例，并且处理器116可以利用其他尺寸的粗网格。反射数据点与粗网格拟合的结果是最佳拟合模拟反射曲线的粗网格(μ_a, μ_s')_coarse中的坐标。

在525处，粗网格中具有最低拟合误差的特定模拟反射曲线被处理器116利用来限定模拟反射曲线的“细”网格，其中，细网格中的模拟反射曲线在粗网格中具有最低拟合误差的模拟反射曲线附近。

也就是说，细网格是限定的尺寸，其中，粗网格中的最低误差模拟反射曲线限定细网格的中心。细网格可以具有与粗网格相同数量的模拟反射曲线，或者可以具有更多或更少的模拟反射曲线。细网格基本是精细的，以便提供足够数量的点来在细网格中确定附近吸收系数μ_a的值和散射系数μ_s'的值的峰面阵列，步骤530。具体而言，可以通过处理器116利用粗网格中的最低误差值加上指定的偏移来设置阈值。散射系数μ_s'和吸收系数μ_a在具有阈值以下误差的细网格上的位置可以全部被识别来用于确定峰面阵列，以进一步确定反射数据的散射系数μ_s'和吸收系数μ_a。具体而言，对峰值进行误差拟合以确定峰值处的吸收系数μ_a和散射系数μ_s的值。峰值处的吸收系数μ_a和散射系数μ_s'的值的加权平均数（例如，形心计算）可以被组织血氧测量设备用来确定针对该组织的反射数据点的吸收系数μ_a和散射系数μ_s'的值，步骤540。

用于加权平均数的吸收系数μ_a和散射系数μ_s'的值的加权可以被处理器116确定为阈值减去细网格误差。由于细网格上的点被选择为具有阈值以下的误差，因此给予了正向加权。对加权平均数的加权计算（例如，形心计算）得到该组织的反射数据点的预测散射系数μ_s'和吸收系数μ_a（即(μ_a, μ_s')_fine）。组织血氧测量设备可以利用其他方法，比如利用各种非线性最小二乘中的一者或多者来进行拟合以确定散射系数μ_s的真实最小误差峰值。

根据一个实施方式，处理器116计算反射数据点和模拟反射曲线的对数，并将每个对数除以源与检测器距离（例如，以厘米计）的平方根。被源与检测器距离的平方根除的这些对数值可以被处理器116用于前述步骤（例如，步骤515、520、525和530）中的反射数据点和模拟反射曲线，以改善反射数据点与模拟反射曲线的拟合。

根据另一实施方式，偏移基本设置为零，这有效地给出了对粗网格最小值与细网格最小值之差的补偿。以上关于图11A所述的方法依赖于粗网格中的最小拟合误差，因此细网格上的真实最小误差通常更低。理想上，阈值根据细网格上的最低误差来确定，这通常会需要由处理器来另外计算。

下面是对根据一个实施方式的用于发现与细网格中的反射数据点最佳拟合的特定模拟反射曲线的进一步详细描述。图11B是根据一个实施方式的用于发现与细网格中的反射数据点最佳拟合的特定模拟反射曲线的方法的流程图。该流程图代表一个示例实施例。可以在不背离本实施例的范围的情况下添加、去除或组合流程图中的步骤。

在步骤525处确定了粗网格中与反射数据点最佳拟合的特定模拟反射曲线(μ_a,μ_s')_coarse之后，处理器116计算模拟反射曲线的整个模拟反射曲线数据库（即，16×3×5850(μ_a, μ_s')数据库）中的(μ_a, μ_s')_coarse周围区域中的误差面，步骤550。误差面被表示为：err(μ_a, μ_s')。此后，处理器116定位err(μ_a, μ_s')中被称为err _min的最小误差值，步骤555。然后，处理器116根据err(μ_a, μ_s')产生峰值面阵列，其由pksurf(μ_a,μ_s')=k+err _min - err(μ_a,μ_s')（如果峰值面大于零）或pksurf(μ_a, μ_s')=k + err _min - err(μ_a, μ_s')= 0（如果峰值面小于或等于零）表示，步骤560。在表达式中，k选自具有大约十个元素的零以上宽度的err(μ_a, μ_s)的最小点处的峰值。pksurf(μ_a, μ_s')中峰值的质心（即，形心计算）使用点的高度作为加权，步骤565。质心的位置是组织的反射数据点的吸收系数μ_a和散射系数μ_s'的插值结果。

可以对每个光源120所产生的波长（例如，3或4个波长）中的每一个重复以上关于图5A和图5B描述的用于确定组织的反射数据点的吸收系数μ_a和散射系数μ_s'的方法。

氧饱和度确定。根据第一实施方式，处理器116利用针对每个光源120所产生的3或4个波长的光线确定的（如上所述）吸收系数μ_a（例如，3或4个吸收系数μ_a）确定组织血氧测量设备100探测的组织的氧饱和度。根据第一实施方式，产生氧饱和度查找表以找出吸收系数μ_a与氧饱和度的最佳拟合。可以通过假设可能全部血红蛋白、黑色素和氧饱和度值的范围并计算这些情况中每一个的μ_a来产生查找表。然后，吸收系数μ_a的点通过除以单位向量的范数转换为单位向量，以减小系统误差并仅取决于曲线的相对形状。然后，将单位向量与查找表进行比较以找出给出氧饱和度的最佳拟合。

根据第二实施方式，处理器116通过计算还原血红蛋白和氧合血红蛋白的净分析信号（NAS）来确定组织的氧饱和度。NAS被限定为光谱的与系统中的其他光谱分量正交的部分。例如，还原血红蛋白的NAS是光谱的与氧合血红蛋白光谱和黑色素正交的部分。于是还原和氧合血红蛋白的浓度可以通过将向量乘以相应的NAS再除以NAS平方的范数来计算。然后，氧饱和度很容易地计算为氧合血红蛋白的浓度除以氧合血红蛋白与还原血红蛋白之和。Lorber的Anal. Chem. 58: 1167-1172（1986）通过引用并入本文并提供了进一步详细理解确定组织的氧饱和度的第二实施方式的框架。

根据组织血氧测量设备100的一个实施例，反射数据由检测器125在30赫兹下产生，并且氧饱和度值在近似3赫兹下计算。所确定的氧饱和度值（例如，至少三个氧饱和度值）的滑动平均值可以显示在显示器112上，显示器112可以具有1赫兹的更新速度。

光学特性。如上简述，储存在存储器117中的每条模拟反射曲线315代表组织的不同光学特性。更具体而言，对于给定的波长，模拟反射曲线的不同形状代表组织的光学特性的不同值，即散射系数（μ_s）、吸收系数（μ_a）、组织的各向异性（g）和组织的折射率，根据这些值可以确定组织特性。

针对相对小的源与检测器距离的检测器125所检测到的反射主要取决于减小的散射系数μ_s'。减小的散射系数是并入散射系数μ_s和组织的各向异性g的“集总”特性，其中，μ_s'=μ_s(1-g)，并且用来描述1/μ_s'尺寸的许多步骤的随机游走的光子漫射，其中每个步骤包括各向同性的散射。如果在吸收事件之前存在许多散射事件，则这种描述等价于对使用各自包括仅部分折射角的许多小步骤1/μ_s的光子运动的描述，即μ_a<<μ_s'。

相反，针对相对大的源与检测器距离的检测器125所检测到的反射主要取决于有 效吸收系数μ_eff，其被定义为

，其为μ_a和μ_s'的函数。

因此，通过测量相对小的源与检测器距离（例如，光源120a与检测器125e之间的D1和光源120c与检测器125a之间的D9）和相对大的源与检测器距离（例如，光源120a与检测器125a之间的D5和光源120c与检测器125e之间的D10）处的反射，μ_a和μ_s'都可以彼此独立地确定。组织的光学特性可以转而提供足够的信息来计算氧合血红蛋白和还原血红蛋白浓度并因此计算组织的氧饱和度。

用于数据收集优化的迭代拟合。图12是用于通过组织血氧测量设备100确定组织光学特性的另一方法的流程图。该流程图代表一个示例实施例。可以在不背离本实施例的范围的情况下添加、去除或组合流程图中的步骤。

在600处，组织血氧测量设备100将光线（例如，近红外光线）从一个光源、比如光源120a发射到组织中。在发射的光线从组织反射之后，检测器125检测光线，步骤605，并且产生该组织的反射数据，步骤610。可以针对多种波长的光线和一个或多个其他光源、比如光源120c重复步骤600、605和610。在615处，组织血氧测量设备100将反射数据与模拟反射曲线315拟合并确定与反射数据具有最佳拟合的模拟反射曲线。此后，组织血氧测量设备100基于与反射数据最佳拟合的模拟反射曲线的光学特性来确定该组织的光学特性（例如，μ_a和μ_s'），步骤620。

在625处，组织血氧测量设备100根据在步骤620确定的光学特性（例如，mfp=1/(μ_a+μ_s')）来确定组织中光线的平均自由行程。具体而言，平均自由行程可以根据从包括所有源-检测器对（例如，对1：光源120a-检测器125e；对2：光源120a-检测器125f；对3：光源120a-检测器125g；对4：光源120a-检测器125h；对5：光源120a-检测器125a；对6：光源120a-检测器125b；对7：光源120a-检测器125c；对8：光源120a-检测器125d；……对9：光源120c-检测器125e；对10：光源120b-检测器125f……等）的反射数据的累计反射曲线中获得的光学特性来确定。

在630处，组织血氧测量设备100确定对于组织的给定区域计算出的平均自由行程是否比最短源与检测器距离（例如，光源120a与检测器125e之间的D1和光源120c与检测器125e之间的D9）的两倍更长。如果平均自由行程比最短源与检测器距离的两倍更长，则将收集的反射数据与模拟反射曲线重新拟合（即，再分析）而不使用从具有最短源与检测器距离的源与检测器对（例如，对1：光源120a-检测器125e和对9：光源120c-检测器125a）的检测器收集的反射数据。例如，重复步骤615-630，而不使用来自检测器125e（其中，光源120a充当检测器125e的源）的反射数据，并且不使用来自检测器125a的反射数据（其中，光源120c充当检测器125a的源）。可以重复计算平均自由行程和丢弃一个或多个源-检测器对的反射数据的过程，直到对拟合贡献了反射数据的源-检测器对都没有比计算出的平均自由行程的一半更短的源与检测器距离。此后，组织血氧测量设备110根据最佳拟合的模拟反射曲线确定氧饱和度并报告，比如在显示器112上，步骤635。

从光源120之一发射到组织中并行进少于平均自由行程的一半的光线被基本非漫射地反射。该光线的再发射距离极其依赖于组织相位函数和局部组织成分。因此，使用该光线的反射数据趋于导致对光学特性和组织特性的确定相对于已经经历了多次散射事件的光线的反射数据较不精确。

数据加权。定位在距光源120越来越远距离处的多个检测器125从组织接收越来越少量的反射。因此，相较于具有相对长的源与检测器距离的检测器（例如D5和D10）所产生的反射数据，具有相对短的源与检测器距离的检测器125（例如，D1）所产生的反射数据趋于展现出固有的较低噪声。因此，拟合算法可以优先将模拟反射曲线与具有相对短的源与检测器距离（例如，小于或等于光源与检测器之间的平均距离的源与检测器距离）的检测器125所产生的反射数据比具有相对长的源与检测器距离（例如，大于平均距离的源与检测器距离）的检测器所产生的反射数据更紧密地拟合。为了根据反射数据相对精确地确定光学特性，这种按距离比例的倾斜可能是不期望的，并且可以通过对以下紧接着描述的反射数据进行加权来校正。

图13是用于对由选择的检测器125所产生的反射数据进行加权的方法的流程图。该流程图代表一个示例实施例。可以在不背离本实施例的范围的情况下添加、去除或组合流程图中的步骤。

在700处，组织血氧测量设备100将光线从一个光源、比如光源120a发射到组织中。在发射的光线从组织反射之后，检测器125检测光线，步骤705，并且产生该组织的反射数据，步骤710。可以针对多种波长的光线和一个或多个其他光源、比如光源120c重复步骤700、705和710。在715处，组织血氧测量设备100将反射数据的第一部分与模拟反射曲线拟合。反射数据的第一部分由距离光源小于阈值距离的第一部分检测器产生。阈值距离可以是光源与检测器之间的平均距离（例如，近似中间范围的距离）。在720处，将反射数据的第二部分的反射数据与模拟反射曲线拟合。反射数据的第二部分由第一部分检测器和距离源位于相较于阈值距离的下一最大源与检测器距离处的另一检测器产生。例如，如果第一部分检测器包括检测器125c、125d、125e和125f，则位于下一最大源与检测器距离处的检测器是检测器125g（例如，比检测器125c更靠近光源120a，参见图2A和图2B）。

在725处，将在步骤715产生的拟合与在步骤720产生的拟合比较，以确定在步骤720产生的拟合是否比715处产生的拟合更好。如本领域技术人员将会理解的，数据与曲线的拟合的“接近度”是可以基于各种参数来量化的，并且拟合的接近度可以直接比较以确定与曲线具有更接近的拟合的数据。如将会进一步理解的，更接近的拟合有时也被称为更好的拟合或更紧密的拟合。如果在步骤720产生的拟合比在步骤715产生的拟合更好，则对包括定位在距源下一更大源与检测器距离处的附加检测器（根据正在讨论的示例，检测器125c）的检测器所产生的反射数据重复步骤720和步骤725。替代地，如果在步骤720产生的拟合并不比在步骤715产生的拟合更好，则在拟合中不使用定位在大于阈值距离的源与检测器距离处的检测器125的反射数据。此后，组织血氧测量设备100使用在715处或步骤720产生的拟合（如果比在步骤715确定的拟合更好）来确定组织的光学特性和氧饱和度，步骤730。此后，组织血氧测量设备110报告氧饱和度，比如在显示器112上，步骤735。

根据替代实施例，如果在步骤720产生的拟合并不比在步骤715产生的拟合更好，则通过具有大于阈值距离的源与检测器距离的检测器的加权因数来对反射数据进行加权，使得加权后的该反射数据对拟合的影响减小。拟合中未使用的反射数据可以被认为具有零加权，并且可以与来自感兴趣的组织层下方的组织的反射相关联。来自感兴趣的组织层下方的组织的反射据说会在反射曲线中展现出指示这种特定反射的特征扭结。

注意，将反射数据与模拟反射曲线拟合的曲线拟合算法可以考虑反射数据的不确定性量以及反射数据的绝对位置。反射数据的不确定性对应于检测器之一产生反射数据所带来的噪声量，并且噪声量可以与反射数据大小的平方根成比例。

根据另外的实施例，组织血氧测量设备100基于与反射数据的测量结果相关联的噪声量对反射数据进行迭代加权。具体而言，相较于具有相对短的源与检测器距离的检测器所产生的反射数据，具有相对大的源与检测器距离的检测器所产生的反射数据通常具有较大的信噪比。对具有相对大的源与检测器距离的检测器所产生的反射数据进行加权允许该数据对拟合产生与其他反射数据基本相等的影响。

已经为阐释和描述的目的提供了本发明的该说明书。并不旨在尽述或将本发明限制为上述的精确形式，并且根据上述教导的许多修改和变化是可能的。选择和描述这些实施例以便最佳地解释本发明的原理及其实际应用。本说明书使得本领域其他技术人员能够通过各种实施例和适用于具体用途的各种修改来最佳地利用和实现本发明。各种上述的实施方式的元素可以通过各种组合方式来组合。本发明的范围由所附权利要求书来限定。

Claims (16)

1.一种方法，包括以下步骤：

设置手持式血氧计壳体；

设置容纳在所述手持式血氧计壳体中的处理器；

设置容纳在所述手持式血氧计壳体中的存储器，所述存储器与所述处理器电连接；

设置能够从所述手持式血氧计壳体的外部利用的显示器，所述显示器与所述处理器电连接；

设置容纳在所述手持式血氧计壳体中的电池；

允许所述电池向所述处理器、所述存储器和所述显示器供电；

设置至少部分地容纳在所述手持式血氧计壳体中的探针尖端；

在所述探针尖端的面上设置第一源结构；

在所述探针尖端的所述面上设置多个检测器结构；

允许所述源结构将具有第一波长的第一光线和具有第二波长的第二光线发射到待测量组织中，其中，所述第一波长比所述第二波长短；

允许通过比阈值距离更靠近所述源结构的检测器结构来检测所述第一光线；

通过所述处理器基于检测到的所述第一光线，将比阈值距离更靠近所述源结构的检测器结构所产生的第一检测器响应与储存在所述存储器中的多个模拟反射曲线拟合；

通过所述处理器基于所述模拟反射曲线中与所述第一检测器响应的一个或多个最佳拟合模拟反射曲线来确定所述待测量组织的第一组织的第一测量信息；

允许通过比所述阈值距离更远离所述源结构的检测器结构来检测所述第二光线；和

通过所述处理器基于检测到的所述第二光线，将比阈值距离更远离所述源结构的检测器结构所产生的第二检测器响应与储存在所述存储器中的所述多个模拟反射曲线拟合；

通过所述处理器基于所述模拟反射曲线中与所述第二检测器响应的一个或多个最佳拟合模拟反射曲线来确定第二测量信息；

经由所述处理器基于比所述阈值距离更远离所述源结构的检测器结构所检测到的所述第二光线来确定所述待测量组织的第二组织的第二测量信息，

其中，所述第一组织是所述待测量组织的表面之下的第一深度，所述第二组织是所述待测量组织的表面之下的第二深度，并且所述第一深度小于所述第二深度；

其中，通过所述第一测量信息和所述第二测量信息来确定由所述第一组织和所述第二组织组成的组织的氧饱和度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一测量信息是第一血氧测量信息，并且所述第二测量信息是第二血氧测量信息。

3.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：

设置容纳在所述手持式血氧计壳体中的多工器，所述多工器与所述处理器连接；和

允许所述多工器从比所述阈值距离更靠近所述源结构的检测器结构路由信号至所述处理器。

4.根据权利要求3所述的方法，包括允许所述多工器不从比所述阈值距离更远离所述源结构的检测器结构路由信号至所述处理器。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述检测器结构具有与所述第一源结构的平均距离，并且所述阈值距离是所述平均距离。

6.根据权利要求1所述的方法，包括基于所述第一测量信息，计算并且在所述显示器上显示针对所述待测量组织的表面之下的所述第一深度处的所述第一组织的第一氧饱和度测量结果；

基于所述第二测量信息，计算并且在所述显示器上显示针对所述待测量组织的表面之下的所述第二深度处的所述第二组织的第二氧饱和度测量结果；和

在所述显示器上显示由所述第一组织和所述第二组织组成的组织的氧饱和度。

7.根据权利要求6所述的方法，为使用者提供对所述待测量组织的组织深度的选择来确定所述第一氧饱和度、所述第二氧饱和度或由所述第一组织和所述第二组织组成的组织的氧饱和度。

8.根据权利要求6所述的方法，包括设置连接在所述处理器与所述检测器结构之间的多工器。

9.一种设备，包括：

手持式血氧计壳体；

处理器，其容纳在所述手持式血氧计壳体中；

存储器，其容纳在所述手持式血氧计壳体中，与所述处理器电连接并且储存多个模拟反射曲线；

显示器，其能够从所述手持式血氧计壳体的外部利用，所述显示器与所述处理器电连接；

电池，其容纳在所述手持式血氧计壳体中，其中，所述电池与所述处理器、所述存储器和所述显示器连接并且向其供电；

探针尖端，其至少部分地容纳在所述手持式血氧计壳体中；

第一源结构，其位于所述探针尖端的面上；和

多个检测器结构，其位于所述探针尖端的所述面上；

其中，所述处理器适配为：

允许通过比阈值距离更靠近所述源结构的检测器结构来检测第一光线；

通过所述处理器基于检测到的所述第一光线，将比阈值距离更靠近所述源结构的检测器结构所产生的第一检测器响应与储存在所述存储器中的多个模拟反射曲线拟合；

通过所述处理器基于所述模拟反射曲线中与所述第一检测器响应的一个或多个最佳拟合模拟反射曲线来确定待测量组织的第一组织的第一测量信息；

允许通过比所述阈值距离更远离所述源结构的检测器结构来检测第二光线；和

通过所述处理器基于检测到的所述第二光线，将比阈值距离更远离所述源结构的检测器结构所产生的第二检测器响应与储存在所述存储器中的所述多个模拟反射曲线拟合；

通过所述处理器基于所述模拟反射曲线中与所述第二检测器响应的一个或多个最佳拟合模拟反射曲线来确定第二测量信息；

经由所述处理器基于比所述阈值距离更远离所述源结构的检测器结构所检测到的所述第二光线来确定所述待测量组织的第二组织的第二测量信息，

其中，所述第一组织是所述待测量组织的表面之下的第一深度，所述第二组织是所述待测量组织的表面之下的第二深度，并且所述第一深度小于所述第二深度；

其中，通过所述处理器通过所述第一测量信息和所述第二测量信息来确定由所述第一组织和所述第二组织组成的组织的氧饱和度。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述第一测量信息是第一血氧测量信息，并且所述第二测量信息是第二血氧测量信息。

11.根据权利要求9所述的设备，包括多工器，所述多工器容纳在所述手持式血氧计壳体中，所述多工器与所述处理器连接，其中，所述处理器适配为允许所述多工器从比所述阈值距离更靠近所述源结构的检测器结构路由信号至所述处理器。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述处理器适配为允许所述多工器不从比所述阈值距离更远离所述源结构的检测器结构路由信号至所述处理器。

13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述检测器结构具有与所述第一源结构的平均距离，并且所述阈值距离是所述平均距离。

14.根据权利要求9所述的设备，其中，所述处理器适配为：

基于所述第一测量信息，计算并且在所述显示器上显示针对所述待测量组织的表面之下的所述第一深度处的所述第一组织的第一氧饱和度测量结果；

基于所述第二测量信息，计算并且在所述显示器上显示针对所述待测量组织的表面之下的所述第二深度处的所述第二组织的第二氧饱和度测量结果；和

在所述显示器上显示由所述第一组织和所述第二组织组成的组织的氧饱和度。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述处理器适配为，为使用者提供对所述待测量组织的组织深度的选择来确定所述第一氧饱和度、所述第二氧饱和度或由所述第一组织和所述第二组织组成的组织的氧饱和度。

16.根据权利要求15所述的设备，包括连接在所述处理器与所述检测器结构之间的多工器。

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