CN115038379A - 使用法拉第笼控制传感器中的光功率 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有通信接口的患者监测传感器，所述患者监测传感器可以通过所述通信接口与监测器通信。所述患者监测传感器包括通信地耦合到所述通信接口的发光二极管(LED)和通信地耦合到所述通信接口的能够检测光的检测器。所述患者监测传感器还包括设置在所述检测器周围的法拉第笼，其中所述法拉第笼包括被配置为限制所述检测器能够检测到的来自所述LED的光的量的孔。
Description
技术领域
本公开总体上涉及医疗装置，并且更具体地，涉及监测患者的生理参数的医疗装置，诸如脉搏血氧计(pulse oximeter)。
背景技术
在医学领域中，医生经常希望监测其患者的某些生理特征。因此，已经开发了各种各样的装置来监测许多这类生理特征。此类装置为医生和其他医疗保健人员提供他们需要的信息，以便为其患者提供尽可能好的医疗保健。因此，这类监测装置已成为现代医学不可或缺的一部分。
用于监测患者的某些生理特征的一种技术使用光的衰减来确定患者的生理特征。这用于脉搏血氧测定法(oximetry)以及基于脉搏血氧测定法技术构建的装置。光衰减也用于局部或脑血氧测定法。血氧测定法可以用于测量各种血液特性，诸如血液或组织中血红蛋白的氧饱和度、供应组织的个体血液脉动的体积和/或对应于患者的每次心跳的血液脉动的速率。这些信号可以导致另外的生理测量值，诸如呼吸速率、葡萄糖水平或血压。
随着技术的进步和从衰减的光信号中获得更多的测量值，许多护理人员发现在单个多参数监测装置中获得多个生理测量参数是方便的。
发明内容
本公开的技术总体上涉及监测患者的生理参数的医疗装置，诸如脉搏血氧计。
在一个方面中，本公开提供了一种具有通信接口的患者监测传感器，所述患者监测传感器可以通过所述通信接口与监测器通信。所述患者监测传感器还包括通信地耦合到通信接口的发光二极管(LED)和通信地耦合到通信接口的能够检测光的检测器。所述患者监测传感器还包括设置在所述检测器周围的法拉第笼(faraday cage)，其中所述法拉第笼包括被配置为限制所述检测器能够检测到的来自所述LED的光的量的孔(aperture)。
在另一方面中，本公开提供了一种患者监测系统，其具有耦合到患者监测传感器的患者监测器。所述患者监测传感器包括通信接口，所述患者监测传感器可以通过所述通信接口与所述患者监测器通信。所述患者监测传感器还包括通信地耦合到所述通信接口的发光二极管(LED)和通信地耦合到所述通信接口的能够检测光的检测器。所述患者监测传感器还包括设置在所述检测器周围的法拉第笼，其中所述法拉第笼包括被配置为限制所述检测器能够检测到的来自LED的光的量的孔。
在下文的附图和描述中阐述本公开的一个或多个方面的细节。本公开中描述的技术的其它特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求书中显而易见。
附图说明
图1示出了根据实施例的包括患者监测器和患者监测传感器的患者监测系统的透视图；
图2示出了根据实施例的患者监测传感器的透视图；
图3示出了根据实施例的患者监测传感器的示意图；
图4A和4B示出了根据实施例的患者监测传感器的示意图；和
图5A、5B和5C示出了根据实施例的患者监测传感器的示意图。
具体实施方式
发光二极管(LED)技术的进步已经导致LED比以前可用的LED亮得多。当在当前可用的患者监测传感器中使用这些更亮的LED时，患者监测传感器的检测器可能变得饱和。一些当前可用的患者监测传感器试图通过使用电子电路来控制供应给LED的驱动电流并由此限制由LED发出的光的量来解决这个问题。除了向患者监测传感器添加驱动电路的复杂性之外，随着LED技术的不断发展，这种用于控制由LED发出的光的驱动电流操纵可能是不可行的。
本发明涉及医疗传感器和监测器，尤其涉及用于使用法拉第笼控制患者监测传感器中的光功率的系统和方法。在示例性的实施例中，提供了一种患者监测传感器，其中检测器设置在法拉第笼内，所述法拉第笼具有被配置为限制到达检测器的光的量的开口。除了限制可以到达探测器的光的量外，法拉第笼还为检测器提供抗电磁干扰的保护。
现在参考图1，示出了患者监测系统10的实施例，其包括患者监测器12和传感器14，诸如脉搏血氧测定法传感器，以监测患者的生理参数。举例来说，传感器14可以是可从Medtronic(美国科罗拉多州博尔德(Boulder,CO))获得的NELLCORTM或INVOSTM传感器，或另一种类型的血氧测定法传感器。尽管所描绘的实施例涉及用于在患者的指尖、脚趾或耳垂上使用的传感器，但应当理解，在某些实施例中，如本文提供的传感器14的特征可以被并入到用于在其他组织位置(诸如前额和/或太阳穴、脚跟、腹部、胸部、背部或任何其他合适的测量部位)上使用的传感器中。
在图1的实施例中，传感器14是包括一个或多个发射器16和一个或多个检测器18的脉搏血氧测定法传感器。对于脉搏血氧测定法应用，发射器16将至少两种波长的光(例如，红光和/或红外线(IR))传输到患者的组织中。对于其他应用，发射器16可以将3、4或5或更多个波长的光传输到患者的组织中。检测器18是光电检测器，所述光电检测器被选择成在光已经穿过组织之后接收从发射器16发射的波长范围内的光。另外，发射器16和检测器18可以以各种模式(例如，反射或透射)操作。在某些实施例中，传感器14包括除发射器16和检测器18之外或代替所述发射器和检测器的传感部件。例如，在一个实施例中，传感器14可以包括一个或多个有源供电电极(例如，四个电极)以获得脑电图信号。传感器14还包括传感器主体46以容纳或承载传感器14的部件。传感器14可以是可重复使用的(诸如耐用的塑料夹传感器)、一次性的(诸如织物粘合剂传感器)或部分地可重复使用的和部分地一次性的。
在所示的实施例中，传感器14通信地耦合到患者监测器12。在某些实施例中，传感器14可以包括无线模块，所述无线模块被配置为使用任何合适的无线标准与患者监测器12建立无线通信15。例如，传感器14可以包括收发器，所述收发器使得能够向外部装置(例如，患者监测器12、充电装置等)发送无线信号并且从所述外部装置接收无线信号。收发器可以使用任何合适的协议与患者监测器12的收发器建立无线通信15。例如，收发器可以被配置为使用ZigBee标准、802.15.4x标准、WirelessHART标准、蓝牙标准、IEEE 802.11x标准或MiWi标准中的一种或多种来传输信号。此外，收发器可以传输原始数字化的检测器信号、经处理的数字化的检测器信号和/或计算的生理参数，以及可以存储在传感器中的任何数据，诸如与发射器16的波长有关的数据，或与发射器16的输入规格有关的数据，如下所述。附加地或可替代地，传感器14的发射器16和检测器18可以经由线缆24通过插头26(例如，具有一个或多个导体的连接器)耦合到患者监测器12，所述插头耦合到监测器的传感器端口29。在某些实施例中，传感器14被配置为在无线模式和有线模式下操作。因此，在某些实施例中，线缆24可移除地附接到传感器14，使得传感器14可以从线缆脱离以增加患者在佩戴传感器14时的运动范围。
患者监测器12被配置为计算与从传感器14接收的生理信号相关的患者的生理参数。例如，患者监测器12可以包括处理器，所述处理器被配置为计算患者的动脉血氧饱和度、组织血氧饱和度、脉搏率、呼吸速率、血压、血压特性测量值、自动调节状态、脑活动和/或任何其他合适的生理特征。此外，患者监测器12可以包括监测器显示器30，所述监测器显示器被配置为显示关于生理参数的信息、关于系统的信息(例如，用于对传感器14进行消毒和/或充电的指令)和/或警报指示。患者监测器12可以包括各种输入部件32，诸如旋钮、开关、键和小键盘、按钮等，以提供患者监测器12的操作和配置。患者监测器12还可以通过一个或多个指示灯和/或一个或多个扬声器或听觉指示器显示与警报、监测器设置和/或信号质量有关的信息。患者监测器12还可以包括升级槽28，在所述升级槽中可以插入附加的模块，使得患者监测器12可以测量和显示附加的生理参数。
因为传感器14可以被配置为在无线模式下运行，并且在某些实施例中，当在无线模式下操作时可能不从患者监测器12接收电力，所以传感器14可以包括电池以向传感器14的部件(例如，发射器16和检测器18)提供电力。在某些实施例中，电池可以是可再充电电池，诸如例如锂离子电池、锂聚合物电池、镍-金属氢化物电池或镍-镉电池。然而，可以利用任何合适的电源，诸如一个或多个电容器和/或能量收集电源(例如，运动产生的能量收集装置、热电产生的能量收集装置或类似装置)。
如上所述，在实施例中，患者监测器12是脉搏血氧测定法监测器，并且传感器14是脉搏血氧测定法传感器。传感器14可以被放置在具有搏动动脉流的患者身上的部位，典型地为指尖、脚趾、前额或耳垂，或者在新生儿的情况下，横跨足部。其他合适的传感器位置包括但不限于监测颈动脉搏动流的颈部、监测桡动脉搏动流的手腕、监测股动脉搏动流的患者大腿内侧、监测胫骨动脉搏动流的脚踝以及耳朵的周围或前面。患者监测系统10可以包括位于多个位置的传感器14。发射器16发射穿过血液灌注组织的光，并且检测器18光电地感测由组织反射或透射的光的量。患者监测系统10测量在探测器18处接收到的作为时间的函数的光的强度。
表示光强度相对于时间的信号或该信号的数学处理(例如，其缩放版本、其采集的日志、其采集的日志的缩放版本等)可以被称为光电容积描记(PPG)信号。此外，如本文所用的术语“PPG信号”还可以指吸收信号(即，表示被组织吸收的光的量)或其任何合适的数学处理。然后可以使用检测到的或吸收的光的量来计算许多生理参数中的任何一个，包括氧饱和度(搏动血液中的氧饱和度，SpO2)、血液成分(例如，氧合血红蛋白)的量，以及生理速率(例如，脉搏率或呼吸速率)以及每个单独的脉搏或呼吸发生的时间。对于SpO2，可以使用红光和红外(IR)波长，因为已经观察到，与具有较低的氧饱和度的血液相比，高度氧合的血液将吸收相对较少的红光和更多的IR光。通过比较脉搏周期中不同点处的两个波长的强度，可以估计动脉血中血红蛋白的血氧饱和度，诸如从可以由比率的值、查找表索引的经验数据，和/或从曲线拟合和/或其他插值技术。
现在参考图2，示出了根据实施例的患者监测传感器100的实施例。传感器100包括主体102，所述主体包括柔性电路。传感器100包括设置在传感器100的主体102上的LED 104和检测器106。主体100包括翼片部分116，所述翼片部分包括孔108。翼片部分116被配置为在铰链部分114处折叠，使得孔108与检测器106重叠。在一个实施例中，翼片部分116包括粘合剂110，所述粘合剂用于在翼片部分116在铰链部分114处被折叠之后将翼片部分116固定至主体102。
传感器100包括插头120，所述插头被配置为连接到患者监测系统，诸如图1所示的系统。传感器100还包括将插头120连接到传感器100的主体102的线缆122。线缆122包括将插头120的各个部分连接到设置在主体102上的端子126的多根电线124。柔性电路设置在主体102中并将端子126连接至LED 104和检测器108。此外，端子126之一将地线连接到柔性电路。
在示例性的实施例中，孔108被配置为限制由检测器106接收的光的量。在示例性的实施例中，孔108的配置，即限定孔108的开口的数量、形状和尺寸可以变化。如图所示，在一个实施例中，孔108包括单个圆形开口。在其他实施例中，孔108可以包括一个或多个具有各种形状和尺寸的开口。选择孔108的配置以控制由检测器106接收的光的量。在一个实施例中，孔108被配置为使得检测器106的传感器部分的大约百分之八十(80％)不受阻碍并且能够接收来自LED 104的光。在另一个实施例中，孔径108被配置为使得检测器106的传感器部分的大约百分之六十(60％)不受阻碍并且能够接收来自LED 104的光。在一个实施例中，孔108包括直径为.062英寸或约1.6mm的单个圆形开口。在另一个实施例中，孔108包括多个开口，这些开口具有约2mm2的组合面积。在一个实施例中，光电探测器的有效面积为约1.6mm x 1.6mm，或2.66mm2。
在示例性实施例中，主体102包括视觉指示器112，当在铰链部分114处折叠时，所述视觉指示器用于确保翼片部分116的正确对准。在一个实施例中，视觉指示器112包括两个相邻部分，这些相邻部分被定位成使得当翼片部分的端部放置在两个相邻部分之间时，孔108在检测器106之上适当地对准。在另一个实施例中，视觉指示器112包括单条线，所述单条线设置成使得当翼片部分的端部放置在线的顶部时，孔108在检测器106之上适当地对准。
现在参考图3，示出了根据实施例的患者监测传感器200的实施例。传感器200包括翼片部分216，所述翼片部分被配置为围绕铰链部分214折叠，使得孔208与检测器(未示出)重叠。传感器200包括柔性电路，所述柔性电路包括第一导电材料230和第二导电材料240。第一导电材料230和第二导电材料240均为接地平面层，但设置在单独的物理层上并且它们通过4个垂直通孔电连接。第一导电材料230被配置为将端子226电连接到用于LED和检测器的触点204、206。当传感器202的翼片部分216围绕铰链部分214折叠时，第二导电材料240至少部分地用于在检测器周围形成法拉第笼。在一个实施例中，第二导电材料240由铜组成。在示例性的实施例中，铰链部分214包括凹口(notch)238，所述凹口被配置为通过提供用于发生弯曲的薄弱点来帮助翼片部分216的对准。
在示例性的实施例中，铰链部分214包括有限量的第二导电材料240以便于折叠翼片部分216，同时保持设置在翼片部分216中的第二导电材料240与传感器200中剩余的第二导电材料240之间的电连接。传感器200还包括铰链部分232，所述铰链部分同样包括有限量的第一导电材料230，以便于将翼片部分234折叠到中心部分236上。在示例性的实施例中，将翼片部分234折叠在中心部分236的顶部之上屏蔽检测器信号，因为翼片部分234是实心接地平面铜。此外，通过折叠翼片部分234使传感器200变窄，这使其适合新生儿患者和成人的手指。
参考图4A和4B，示出了根据实施例的患者监测传感器300。在示例性的实施例中，通过将翼片部分316折叠在传感器300的主体302的一部分之上来围绕检测器306形成法拉第笼340。如图所示，传感器300包括视觉指示器312，所述视觉指示器用作对准引导件，以确保当翼片部分316处于折叠位置时，孔308与检测器306正确对准。
参考图5A、5B和5C，示出了根据实施例的患者监测传感器400。如图所示，传感器400的翼片部分416包括锥形端部420，所述锥形端部被配置为当翼片部分416围绕铰链部分414折叠时(即在折叠的位置时)插入到槽422中。在示例性的实施例中，将锥形端部420完全插入槽422中确保了孔408和检测器406之间的正确对准。在示例性的实施例中，孔408包括图案中的多个开口。在图案中具有多个开口的实施例中，允许孔408和检测器406的对准的较大变化。如上所述，孔408的配置，即限定孔408的开口的数量、形状、位置和尺寸可以变化并且被选择以控制由检测器406接收的光的量。在一个实施例中，为了减少未对准的影响，限定孔408的开口的图案延伸超出检测器408的尺寸。因此，在其中发生制未对准的情况下，近似的光衰减将保持一致。
在一个实施例中，在图5C中最佳示出，患者监测传感器400包括设置在锥形部分420的端部上的锁定构件424。锁定构件424被配置为一旦锥形部分被插入到槽422中，就防止锥形部分420移位。在一个实施例中，锁定构件424被配置为可临时变形使得它可以被插入到槽422中。一旦锁定构件424被完全插入到槽中，锁定构件将恢复其原始形状并防止锥形部分420从槽422中移除。在另一个实施例中，锁定构件424可旋转地附接到锥形部分420并且被旋转以有利于插入到槽422中并再次防止锥形部分420从槽422中移除。
下面将描述本技术的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中并未描述实际实现方式的所有特征。应当理解，在任何这类实际实现方式的开发中，必须做出许多特定于实现方式的决定，这些决定可能从一种实现方式到另一种实现方式变化。在一个实施例中，医疗监测系统包括在使用期间被主动供电的传感器。
应理解，本文所公开的各个方面可以以与说明书和附图中具体呈现的组合不同的组合来进行组合。还应理解，依据示例，本文所描述的过程或方法中的任一个的某些动作或事件可按不同顺序执行，可被添加、合并或完全省略(例如，所有描述的动作或事件对于执行技术可能不是必需的)。另外，尽管出于清楚的目的，将本公开的某些方面描述为由单个模块或单元来执行，但应当理解，本公开的技术可通过与，例如，医疗装置相关联的单元或模块的组合来执行。
在一个或多个实例中，所描述的技术可以在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果以软件实现，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，并由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，其对应于有形介质，诸如，数据存储介质(例如，RAM、ROM、EEPROM、闪存或可用于存储指令或数据结构形式的所需程序代码并可由计算机访问的任何其它介质)。
指令可由一个或多个处理器(诸如，一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其它等效集成或离散逻辑电路)执行。因此，如本文中使用的术语“处理器”可以指任何前述结构或任何其他适合于实现所述技术的物理结构。另外，这些技术可以在一个或多个电路或逻辑元件中完全实现。
Claims (16)
1.一种患者监测传感器，其包含：
通信接口，所述患者监测传感器能够通过所述通信接口与监测器通信；
发光二极管(LED)，所述发光二极管通信地耦合到所述通信接口；
检测器，所述检测器通信地耦合到所述通信接口，能够检测光；以及
法拉第笼，所述法拉第笼设置在所述检测器周围，其中所述法拉第笼包括被配置为限制所述检测器能够检测到的来自所述LED的光的量的孔。
2.根据权利要求1所述的患者监测传感器，其中所述孔包括多个开口。
3.根据权利要求1所述的患者监测传感器，其进一步包含具有柔性电路的主体，所述柔性电路将所述LED和所述检测器耦合到所述通信接口。
4.根据权利要求3所述的患者监测传感器，其中所述法拉第笼是通过将所述传感器的翼片部分折叠在所述检测器所在的所述传感器的所述主体的一部分之上而形成。
5.根据权利要求4所述的患者监测传感器，其中所述传感器的所述翼片部分通过铰链接合到所述传感器的所述主体。
6.根据权利要求5所述的患者监测传感器，其中所述铰链包括导电材料以将所述传感器的所述主体电连接到所述传感器的所述翼片部分。
7.根据权利要求4所述的患者监测传感器，其进一步包含设置在所述主体上的视觉指示器，使得当所述翼片部分的端部邻近所述视觉指示器放置时，所述孔在所述检测器之上适当地对准。
8.根据权利要求7所述的患者监测传感器，其中所述翼片部分包括粘合剂，所述粘合剂被配置为将所述翼片部分的所述端部固定至所述主体。
9.一种患者监测系统，其包含：
患者监测器，所述患者监测器耦合到患者监测传感器，所述患者监测传感器包含：
通信接口，所述患者监测传感器能够通过所述通信接口与所述患者监测器通信；
发光二极管(LED)，所述发光二极管通信地耦合到所述通信接口；
检测器，所述检测器通信地耦合到所述通信接口，能够检测光；以及
法拉第笼，所述法拉第笼设置在所述检测器周围，其中所述法拉第笼包括被配置为限制所述检测器能够检测到的来自所述LED的光的量的孔。
10.根据权利要求9所述的患者监测系统，其中所述孔包括多个开口。
11.根据权利要求9所述的患者监测系统，其中所述患者监测传感器进一步包含具有柔性电路的主体，所述柔性电路将所述LED和所述检测器耦合到所述通信接口。
12.根据权利要求11所述的患者监测系统，其中所述法拉第笼是通过将所述传感器的翼片部分折叠在所述检测器所在的所述传感器的所述主体的一部分之上而形成。
13.根据权利要求12所述的患者监测系统，其中所述传感器的所述翼片部分通过铰链接合到所述传感器的所述主体。
14.根据权利要求13所述的患者监测系统，其中所述铰链包括导电材料以将所述传感器的所述主体电连接到所述传感器的所述翼片部分。
15.根据权利要求13所述的患者监测系统，其中所述患者监测传感器进一步包含设置在所述主体上的视觉指示器，使得当所述翼片部分的端部邻近所述视觉指示器放置时，所述孔在所述检测器之上适当地对准。
16.根据权利要求15所述的患者监测系统，其中所述翼片部分包括粘合剂，所述粘合剂被配置为将所述翼片部分的所述端部固定至所述主体。
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