TWI429416B - 光學功率調變 - Google Patents

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TWI429416B TW096144149A TW96144149A TWI429416B TW I429416 B TWI429416 B TW I429416B TW 096144149 A TW096144149 A TW 096144149A TW 96144149 A TW96144149 A TW 96144149A TW I429416 B TWI429416 B TW I429416B
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Thomas A Borgos
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Tarilian Laser Technologies Ltd
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Description

光學功率調變
本發明係關於偵測生命跡象，更特定言之係關於生命跡象測量器件。
本申請案主張2007年1月31日申請之美國專利臨時申請案第60/898,269號及2007年10月＿＿日申請之美國專利臨時申請案第＿＿＿號之名為「使用可變型光學波導來測量生理脈搏之方法〔Method for Measurement of Physiological Pulses Using a Deformable Optical Waveguide］」之權利及優先權，該案之全文以引用之方式併入本文中。
血壓指循環血液對血管壁施加的力，並構成主要生命跡象之一。收縮壓為動脈中尖峰壓力，其發生於心動週期之開始。舒張壓為最低壓力，其處於心動週期之休息階段。整個心動週期中的平均壓力係報告為平均動脈壓力。脈搏壓反映最大與最小測定壓力間的差異。
可用侵入(藉由穿透皮膚並測量血管內部)或非侵入方式測量血壓。前者通常限於醫院環境。非侵入式聽診及示波振幅方法比侵入式方法更簡單和快捷，複雜度更低，並且對病人造成的不適及疼痛更少。非侵入式測量方法更常用於常規檢查及監控。
聽診方法通常使用聽診器及血壓計。將充氣護套放置於上臂周圍與心臟垂直高度約略相同處，並氣動連接至水銀壓力計或無液氣壓計。水銀壓力計測量水銀柱高度，從而 給出絕對護套壓力測量，而無需校準，因此不會遭受影響其他壓力計的誤差及校準漂移。藉由重複擠壓橡膠囊給護套手動充氣，直至肱動脈完全閉合。在加壓護套遠側的肱動脈上聆聽聽診器時，檢查者緩慢釋放護套內壓力。當血液開始在動脈內流動時，湍流產生「嘶嘶聲」或重擊聲音(第一柯氏音(first Korotkoff sounds))。第一次聽到此聲音時的壓力為收縮血壓。進一步釋放護套壓力，直至聽不到聲音(第五柯氏音(fifth Korotkoff sounds))，此時即舒張血壓。
示波振幅方法有時用於連續監控，有時用於單一測量。該設備功能上類似於聽診方法，但不依賴於使用聽診器及檢查者耳朵。相反，偵測構件係氣動連接至護套之壓力感測器，其暫存與動脈壓力波形同步的護套壓力之(較小)振盪。護套壓力內之第一振盪不會發生於收縮壓，但發生於實質上高於收縮壓之護套壓力。最初將護套充氣至超過收縮血壓之壓力。接著逐漸減小護套壓力。藉由使用演算法從發生於各種護套壓力之不同振盪振幅計算收縮壓及舒張壓值。用於計算收縮壓及舒張壓之演算法通常使用以實驗方式獲得之係數，其目的係盡可能匹配示波振幅結果與藉由使用聽診方法獲得之結果。
某些方面中，生命跡象測量器件包括一感測器固定器件；一感測器框架，其藉由該感測器固定器件固持；一光學感測器系統，其藉由該感測器框架固持；以及一輸出單元。該感測器固定器件係調適成緊靠一對象之一身體結構位置放置，該位置內係一動脈。該光學感測系統包括一光 學波導；一光學來源器件，其用以供應光學能量至該光學波導；以及一光學偵測器，其用以偵測離開該光學波導之一光學能量數量。該光學感測系統係調適成從該光學波導之至少一部分的壓縮或撓曲感測一動脈搏，其導致離開該光學波導之第二末端的光學能量數量減小。該輸出單元經組態用以接收指示離開該光學波導之該光數量的一信號並至少部分根據該接收之信號產生該生命跡象之一量度。
該生命跡象測量器件按光學功率調變原理運作，即動脈搏可導致光學波導之撓曲或壓縮，從而造成發送至光學波導之第二末端的光學能量數量之變化。藉由監控離開光學波導之第二末端的光數量，可獲得關於動脈搏之資料並用來決定各種生命跡象。光學感測系統可經組態用以偵測代表一系列動脈搏之光學信號，而輸出單元可係調適成根據離開光學波導之第二末端的光學能量數量為該系列動脈搏之各個決定脈搏波形。光學感測系統可係調適成藉由可壓縮光學波導之壓縮及撓曲感測動脈之脈動開放，其導致偵測光數量之脈動降低。可將光學偵測器以光學方式耦合至光學波導，以便光學偵測器實質上從光學來源接收所有未從光學波導側逃逸的光學能量。光學來源可包括同調光源。
某些實施方案中，感測器固定器件可為護套，其包括護套內之充氣氣囊。充氣氣囊可部分包圍肢體。護套可由織物材料製成。護套可係調適成對身體結構位置施加壓力，從而壓縮身體結構位置內之動脈。例如，護套可在對充氣氣囊充氣時施加壓力。可在與氣囊之任何部分不一致的位置將感測器框架附著於護套。感測器框架可藉由與護套之 附著保持與肢體相對，使得藉由感測器框架施加於肢體之壓力實質上等於在給充氣氣囊充氣時由圍繞護套施加於肢體之壓力。
某些實施方案中，器件可包括感測器框架內之感測器觸點，其位置可鄰近身體結構位置。可將感測器觸點組態成因氣囊充氣所導致之增加接觸壓力而移動。感測器觸點之移動可導致光學波導之壓縮或撓曲。某些實施方案中，感測器觸點可位於感測器固定器件之中點。某些實施方案中，感測器觸點可位於感測器固定器件之遠側位置。某些實施方案中，可將感測器觸點組態成感測器固定器件之脈動張力不會產生感測器觸點之脈動移動，而身體結構位置內之動脈脈動開放產生感測器觸點之脈動移動。某些實施方案中，施加於感測器觸點之最大接觸壓力可導致離開光學波導之光總數量降低20至80%(例如降低50至70%)。
某些實施方案中，器件可包括附著於感測器框架之至少一部分並亦支撐感測器觸點的負載彈簧。負載彈簧可經組態用以在對象之身體結構位置抵消緊靠感測器觸點施加之壓力的至少一些。負載彈簧可係調適成允許最大壓力下的感測器觸點之需要位移。某些實施方案中，負載彈簧可係調適成在最大壓力下提供0.5與3毫米間的感測器觸點之最大位移。
某些實施方案中，器件可包括用以偵測施加於身體結構位置之壓力的壓力感測器。輸出單元可從壓力感測器接收指示施加於身體結構位置之壓力的壓力輸入。某些實施方案中，輸出單元可使用指示已接收光學信號及壓力輸入之信號產生生命跡象。
某些實施方案中，對象之身體結構位置位於上臂。可將感測器框架組態於感測器固定器件上，以便將光學感測系統定位成感測由於肱動脈搏引起之移動，其導致可壓縮光學波導之至少一部分的壓縮或撓曲。某些實施方案中，生命跡象可係一心率、一動脈搏波形、一收縮血壓、一舒張血壓、一平均動脈血壓、一脈搏壓、及一動脈順應性之至少一個。
某些實施方案中，器件可包括波導支撐結構，其具有非順應性表面以支撐光學波導之至少一部分。光學感測系統可係調適成回應一動脈搏在光學波導之未支撐部分造成一撓曲變形。
某些實施方案中，器件可包括一撓性及不可壓縮支撐表面，其實質上在全部長度上支撐光學波導。例如，波導支撐表面可為撓性電路板。可採用撓性彈性體黏合劑將波導黏接至支撐表面。某些實施方案中，可將光學來源器件、光學偵測器、及/或相關聯之電子組件黏著於波導支撐表面之表面上。某些實施方案中，波導支撐表面可包括一支撐返回元件，其係組態於支撐表面內並且調適成阻止支撐表面之撓曲。某些包括感測器觸點之實施方案中，支撐返回元件可係調適成隨感測器觸點從靜止位置移動至最大位移位置而在感測器觸點與光學波導間提供漸增接觸壓力。光學波導可係調適成該漸增接觸壓力導致離開光學波導之第二末端的光數量減小。
某些方面中，一種測量對象內生命跡象之方法可包括將 光學能量發送至光學波導之第一末端內，偵測座落於光學波導第二末端之光學能量數量，以及根據離開光學波導第二末端之光學能量的已偵測數量產生生命跡象量度。關於感測器框架定位光學波導，並緊靠對象之身體結構位置定位感測器框架，其位置內係一動脈。光學波導係定位成回應動脈搏予以壓縮或撓曲。使用藉由感測器框架固持之光學偵測器偵測離開光學波導第二末端的光學能量數量。光學偵測器產生指示已接收光學能量數量的信號。離開光學波導第二末端之光學能量的數量回應動脈搏而改變。
某些實施方案中，可藉由感測器固定器件固持感測器框架，該方法可進一步包括採用感測器固定器件對對象之身體結構位置施加一壓力。某些實施方案中，方法可進一步包括在一時間週期上採用感測器固定器件變更施加於身體結構位置之壓力並從在該時間週期期間離開光學波導第二末端之光學能量的數量變化決定該時間週期期間用於動脈搏之一系列脈搏特徵。產生之生命跡象度量可基於該時間週期期間的該系列脈搏特徵。
某些實施方案中，該方法可包括獲得測定血壓測量，然後估計第二血壓測量。估計第二血壓測量可基於在初始時間獲得之初始脈搏特徵及在隨後時間獲得之隨後脈搏特徵，其用於估計第二血壓測量。初始時間比隨後時間更接近測定血壓估計時間。產生之生命跡象測量基於測定血壓測量、初始脈搏特徵、及隨後脈搏特徵。某些實施方案中，初始脈搏特徵及隨後脈搏特徵可為脈搏振幅。
某些方面中，一種測量對象血壓的方法可包括對對象之一身體結構位置施加變化壓力，其位置內係一動脈，採用光學功率調變感測器偵測動脈搏波形，以及根據偵測動脈搏波形決定與施加及變更之壓力成一函數關係的收縮血壓及舒張血壓。光學功率調變感測器包括調適成回應動脈搏而壓縮或撓曲之光學波導。光學波導之壓縮或撓曲導致發送至光學波導末端之光數量的減小。動脈搏波形係從離開光學波導末端之光數量偵測。
某些方面中，光學運定感測器件可包括感測器框架，其界定一開口；感測器觸點，其置放於開口內；光學感測系統，其調適成偵測感測器框架內感測器觸點之移動數量；以及一輸出單元。光學感測系統包括一光學波導、一光學來源器件、及一光學偵測器。光學波導位於該感測器框架內，以便該感測器觸點之移動導致該光學波導之撓曲或壓縮。光學來源器件供應光學能量至光學波導。光學偵測器偵測離開光學波導之光學能量數量。輸出單元經組態用以接收指示離開該光學波導之該光學能量數量的一信號，以及從該已接收信號產生該感測器觸點之該移動數量的一量度。
某些方面中，一種偵測局部位移數量之方法可包括將光學能量發送至光學波導之第一末端內，偵測離開光學波導第二末端之光學能量數量，以及根據離開光學波導第二末端之光學能量數量產生感測器觸點之向下位移數量之度量。光學波導位於包括感測器觸點之感測器框架內，以便 該感測器觸點之向下位移導致該光學波導之壓縮或撓曲。使用藉由感測器框架固持之光學偵測器偵測離開光學波導的光學能量數量。光學偵測器產生指示已接收光學能量的信號。使用指示離開該光學波導第二末端的光學能量之信號產生感測器觸點之向下位移數量的所產生量度。離開光學波導第二末端之光學能量的數量係回應感測器觸點之向下位移而減小。
某些方面中，一種用於偵測動脈搏之順應性波導包括具有平坦表面並界定一腔的包覆及置放於該腔內之一核心。包覆包括具有25與75之間的蕭氏(Shore)A硬度之彈性體。核心亦包括具有25與75之間的蕭氏A硬度之彈性體。核心具有大於包覆折射率之一折射率。
某些實施方案中，包覆可具有45與55之間的蕭氏A硬度計，而核心可具有30與45之間的蕭氏A硬度。某些實施方案中，波導可能夠引導至少10，000個模式(例如至少50,000個模式)。某些實施方案中，核心可具有1.43與1.50之間(例如1.45與1.47之間)的折射率，而包覆可具有1.39與1.48之間(例如1.39與1.41之間)的折射率。某些實施方案中，核心可具有至少45微米之半徑(例如150與200微米之間)。
某些實施方案中，光學波導可包括彈性體(例如矽氧烷彈性體)。彈性體可係選擇由以下各項所組成之群組：聚矽氧烷、聚亞胺酯、聚丁二烯橡膠及其組合。
附圖及以下說明中提出本發明之一或多個實施方案的細節。從說明與附圖並從申請專利範圍將會明白本發明之其 他特徵、目的及優點。
如圖1所示，生命跡象測量器件可包括感測器固定器件102；感測器框架200，其固持光學感測系統；及輸出單元106。感測器框架200內之光學感測系統的輸出可用於決定生命跡象之測量，例如病人血壓，明確而言係病人血壓的收縮及舒張度量。
感測器固定器件102固持感測器框架200並緊靠對象112之身體結構位置予以應用，該身體結構位置內係動脈118。例如，圖1中，身體結構位置112係病人之上臂。可將感測器框架200定位成在將感測器框架200緊靠對象之身體結構位置112放置時光學感測系統104感測對應於動脈搏之移動。依此方式，當感測器固定器件102在對象手臂112上施加等於或低於收縮壓之一壓力時，可採用光學感測系統偵測動脈搏，但當感測器固定器件102高於收縮壓時，不偵測動脈搏。相應地，可將收縮壓決定為當藉由光學感測系統偵測第一動脈搏時，隨壓力從超過收縮壓之一壓力減小而施加於身體結構位置112之壓力。或者，可將收縮壓決定為隨壓力增加至超過收縮壓之壓力時，光學感測系統觀察到動脈搏之最後壓力。另外，生命跡象測量器件可測量一或多個動脈搏之相對強度，及/或在感測器固定器件施加小於病人手臂收縮壓的一壓力時偵測脈搏波形，並從該等測量決定若干不同生命跡象測量，包括用於對象之收縮壓及舒張壓測量。例如，可根據預定脈搏波形特徵決 定舒張壓，例如脈搏振幅比率及/或動脈搏之間的脈搏波形形狀。
光學感測系統104使用所謂的光學功率調變方法來偵測及測量動脈搏。實施此一光學功率調變方法之示範性光學感測系統，特定言之係參考圖5C，包括光學波導212，其藉由感測器框架200固持；光學來源202，其定位成供應光學能量至光學波導212之第一末端；及光學偵測器240，其定位成偵測離開光學波導212之第二相反末端的光學能量數量。如圖1所示，連接輸出單元106以從光學感測系統接收一信號，例如電氣信號，特定言之係從光學偵測器240，其中該信號指示藉由光學偵測器240偵測的在給定時間點離開光學波導之第二相反末端的光數量。從該已接收信號，輸出單元106產生生命跡象之一度量。光學感測系統104藉由感測系統之光學波導212的至少一部分之壓縮或撓曲作用於或對應於動脈搏，其導致離開光學波導之光學能量數量的減小，以及相應的藉由光學偵測器接收之光學能量數量的減小。
例如，生命跡象可包括心率，動脈搏波形、收縮血壓度量、舒張血壓度量、平均動脈血壓度量、脈搏壓度量、及/或動脈順應性測量。某些實施方案中，可從動脈搏時序、動脈搏振幅及/或大小、及/或從動脈搏波形決定生命跡象。某些實施方案中，可從自光學感測系統104單獨接收之輸出決定生命跡象，而其他實施方案中，可從該輸出結合其他資料決定生命跡象(例如關於啟動護套內壓力之 資料)。作為前一情形之範例，可從自光學感測系統104單獨接收之輸出決定心率。本生命跡象測量可在任何肢體位置執行，包括但不限於上臂、腕部區域、腿、及手指或足趾。
感測器固定器件
感測器固定器件可為任何結構，其係調適成固持及定位感測器框架200或其鄰近對象112之身體結構位置的一部分，以便感測器框架200內之光學感測系統104可偵測動脈搏。感測器固定器件可將鄰近對象112之身體結構位置的感測器框架200固持在預定感測器固定壓力或可調整感測器固定壓力。例如，感測器固定器件可為黏合繃帶或護套(例如彈性護套或充氣護套)。
如圖4所示，感測器固定器件102可為具有充氣氣囊122之充氣護套120。例如，感測器固定器件102可為包括護套之裝配件，該護套包含織物材料，其經組態用以圍繞或包圍對象之身體結構位置(例如肢體)。充氣氣囊122可位於護套內，以部分圍繞或包圍肢體。同樣，感測器固定器件102係調適成在充氣時對肢體施加壓力，從而壓縮肢體內之動脈。
一般而言，用於目前所述系統及方法之護套型感測器固定器件102可為完全或部分包圍肢體之類型，或者可為在視特定身體結構位置(包括橈動脈上之腕部)中有利地施加局部壓力之類型。此一器件102內之氣囊122可經由軟管116氣動連接至幫浦124，如圖4內之情形。某些實施方案 中，如圖4所示，可將氣動充氣護套充氣(例如經由幫浦124)及放氣(例如經由閥126)，以調整施加於對象身體112之一部分的壓力。某些實施方案中，系統可包括充氣控制器452，例如包括於圖12所示之輸出單元106中，以控制護套之充氣及放氣。其他實施方案中，放氣控制器可係包括作為分離控制器單元，以控制生命跡象測量器件之操作。
同樣，可將各種形式之感測器固定器件應用於對象身體之各種不同部分。感測器固定器件可調整大小並加以配置，以便放置於對象身體之鄰近對象預定動脈的身體結構位置處。如圖1及2A至2C所示，感測器固定器件102可位於上臂(高於對象肘部)，以便感測器框架200內之光學感測系統可感測對應於肱動脈118內動脈搏的移動。感測器固定器件亦可適用於放置於腕部，以便感測器框架內之光學感測系統可感測對應於橈動脈內動脈搏的移動。感測器固定器件亦可位於腿(例如足踝處，以偵測動脈搏)、脖子、或可偵測到動脈搏的任何其他身體部分之上。
如圖2A至2C所示，感測器框架200可接近感測器固定器件102之中點(如圖2A所示)、感測器固定器件102之中點(如圖2B及2C所示)、或感測器固定器件102(未顯示)中點遠側而定位。感測器框架200，更明確而言係感測器框架200之感測部分(例如感測器觸點)，關於壓力賦予器件之放置可影響獲得之資料。在感測器固定器件102對身體結構位置施加壓力的實施方案中，如圖2A至2C所示，感測框架200之感測部分相對於於感測器固定器件102的位置可影響 獲得之資料。某些實施方案中，施加於位於身體結構位置表面下方的動脈之壓力可不均勻。例如，儘管壓力賦予身體放置器件102可施加均勻壓力，透過組織層發送的壓力可導致緊靠位於表面下方某一距離處之動脈的非均勻壓力。某些實施方案中，藉由充氣護套施加於位於皮膚下方某一距離處之動脈的壓力可在護套中線最大，在護套邊界較小。感測器框架200相對於感測器固定器件102之位置可加以固定，以最佳化對動脈搏之選定特徵的敏感度。某些實施方案中，感測器框架200及感測器框架200之感測部分(例如感測器觸點)可位於護套中線134，使得護套壓力超過收縮壓時其不回應護套近側部分下的動脈區段之脈動放大，從而可在動脈中部區段開放時精確決定收縮壓。
其他未顯示之實施方案中，感測器框架200及感測器框架200之感測部分(例如感測器觸點)可位於護套遠側邊界附近，以便其明確回應該位置上的脈動動脈尺寸變化。相應地，可識別遠側位置舒張壓下動脈搏波形的唯一特徵，並可偵測更遠側動脈中的動脈順應性效應。皮膚在護套中線134以及中線134遠側的向外撓曲發生於當護套壓力低於收縮壓的心臟收縮期間。如上所述，在超過收縮血壓之護套壓力下，動脈振盪限於護套近側區域。
某些未顯示之實施方案中，器件可包括與固持具有光學感測系統之感測器框架之感測器固定器件分離的第二壓力賦予器件。第二壓力賦予器件可係調適成緊靠對象之第二身體結構位置放置，其接近感測器固定器件之身體結構位 置，以使光學感測系統可在遠離壓力賦予器件並與其分離的一位置偵測動脈搏。相應地，光學感測系統可在與動脈閉合點隔開且與其遠離之位置偵測動脈搏波形，從而可偵測動脈波形之唯一特徵。第二壓力賦予器件可為充氣護套。某些實施方案中，壓力賦予器件及感測器固定器件二者可為充氣護套。
圖2A描述感測器固定器件102，其在手臂上賦予超過肱動脈之動脈收縮壓的一壓力，心臟收縮時其足以在感測器固定器件102之前緣產生最小動脈開放。緊靠感測器固定器件102賦予的壓力數量將由於動脈搏期間的前緣動脈擴張稍微搏動。感測器框架200之定位時不發生動脈開放，因此感測器框架200內之光學感測系統104不產生脈動信號。然而，與定位於感測器固定器件102之中點相比，若將感測器框架200定位於接近感測器固定器件102之中點的位置，脈動信號將出現於更高壓力下。
圖2B描述賦予稍微超過動脈收縮壓之壓力的感測器固定器件102，以便心臟收縮時動脈開放118幾乎延伸至感測器固定器件102之中點。動脈搏壓器件緊靠感測器固定器件102賦予的壓力振盪將比圖2A之情形中更大，因為動脈擴張幾乎在定位於感測器固定器件之片段的一半之上發生。然而，感測器框架102之中點不發生動脈開放，因此感測器框架200內之光學感測系統104不產生脈動信號。
圖2C描述賦予低於動脈收縮壓之一壓力的感測器固定器件102，以便整個動脈片段118在心臟收縮時即刻開放。動 脈搏期間緊靠感測器固定器件102賦予的壓力振盪將具有更大振幅。感測器框架200下之位置的動脈開放使光學感測系統104暫存一脈動信號。
圖3之頂部部分描述當藉由感測器固定器件102賦予之壓力從超過對象收縮血壓之一壓力降至低於對象舒張血壓之一壓力時，藉由該系列動脈搏賦予的感測器固定器件102內感測之壓力脈搏。圖3之底部部分描述當藉由感測器固定器件賦予之壓力從超過對象收縮血壓之一壓力降至低於對象舒張血壓之一壓力時，採用感測器框架在感測器固定器件102之中點從光學感測系統決定的脈搏。如圖所示，感測器框架內之光學感測系統未偵測任何脈搏，直至賦予之壓力等於或低於收縮血壓。此可提供收縮血壓及之準確決定，而藉由光學感測系統偵測之波形可提供其他生命跡象之計算。
圖4描述感測器固定器件102之一實施方案。感測器固定器件可為充氣護套120，其具有充氣氣囊122。護套可包括經組態用以圍繞對象之肢體的織物材料。充氣氣囊122可部分或不完全包圍肢體，並可係調適成在充氣時對肢體施加壓力，從而壓縮肢體內之動脈。充氣護套120可係調適成纏繞對象上臂，並將感測器框架200固持在一位置，以對肢體施加相等壓力。可將光學感測系統定位於感測器框架200內，以偵測來自肱動脈之動脈搏。護套120可包括鉤及環狀緊固件132(例如Velcro )或其他緊固器件，其可用於將護套120固定於對象之肢體周圍。護套120可纏繞對象 肢體，氣囊122可充氣以對肢體賦予一壓力。氣囊122可藉由軟管116連接至幫浦124。亦可將氣囊122附著於閥126'其可控制氣囊122之放氣。可採用壓力轉換器128測量氣囊122內之壓力。可將壓力轉換器128定位於氣囊內，如圖所示，並可將其氣動連接至氣囊122(例如經由軟管116)。
可將光學感測系統之組件封裝於位於護套120之中點134的感測器框架200(例如外殼)內。可在與氣囊之部分不一致的位置將感測器框架200附著於護套。感測器框架200可位於護套上相對位置，使得藉由感測器框架施加於肢體之壓力實質上等於在給充氣氣囊122充氣時由圍繞護套織物施加於肢體之壓力。例如，感測器框架200之較高表面可與護套內壁表面近似齊平。感測器框架200可位於護套120上，以便將護套120纏繞於病人之一身體結構位置時光學感測系統104可感測動脈搏。
輸出單元
如圖4及12所示，輸出單元接收代表離開光學波導第二末端從而藉由光學偵測器240偵測之光學能量(例如光)之數量的信號(例如電氣信號)。可經由電性線路108發射該等信號。某些實施方案中，輸出單元106亦可接收其他資料。例如，如圖4所示，線路108可以信號形式(例如電氣信號)從護套120之氣囊122內的壓力轉換器發送資料至輸出單元106，以使輸出單元106可決定施加於病人之身體結構位置的壓力數量。某些實施方案中，輸出單元106可經由無線傳輸從光學感測系統接收關於藉由光學偵測器接收的光學 能量之數量的資料。
如圖1、4及12所示，生命跡象測量器件可包括顯示單元114，以描述一或多個生命跡象(例如心率、收縮壓、及舒張壓)。如圖4所示，輸出單元106可與顯示單元114封裝在一起。某些未顯示之實施方案中，輸出單元可位於感測器框架內，可位於護套裝配件之另一部分內，或可位於遠端並經由無線傳輸與光學感測系統通信。線路可將資料(例如經由電信信號)從輸出單元106發送至顯示器件114。其他實施方案中，輸出單元106可經由無線傳輸發送生命跡象測量。
某些實施方案中，當輸出單元產生之生命跡象測量滿足預定準則時，輸出單元可包括警報系統以產生人可偵測之信號。例如，可將輸出單元調適成產生視覺或音訊警報，以警告使用者偵測之生命跡象處於預定範圍外部。
輸出單元106可執行若干資料處理步驟、計算、或估計功能，以下說明某些。輸出單元106可包括處理器，以根據來自光學感測系統之信號具有或不具有其他資料(例如關於藉由如圖4所示之充氣護套施加於身體結構位置之壓力的資料)決定生命跡象。
感測器框架
如圖5A、5B及5C所示，可將光學感測系統104包含於感測框架200內(例如外殼)。感測器框架200之功能係維持緊靠皮膚之壓力，並將動脈搏之機械脈衝發送至光學感測系統104，而不發送氣動護套壓力脈搏。光學感測系統104之 功能係產生代表動脈搏之信號。
感測器框架200可緊靠身體結構位置(例如緊靠對象之皮膚)加以放置，以藉由感測器觸點232之移動感測動脈搏，其可定位成鄰近身體結構位置。可將感測器觸點232組態成因氣囊充氣所導致之增加接觸壓力而移動。感測器觸點232之移動可導致光學波導212之壓縮或撓曲。感測器框架200亦可包括負載彈簧234，其係附著於感測器觸點232，以抵消藉由對象之身體結構位置施加於感測器觸點232的力。亦可負載彈簧234附著於感測器框架200之至少一部分。感測器框架200亦可包括用以支撐波導之結構，例如撓性及不可壓縮波導支撐表面233，波導駐留於其上，及/或用以與藉由感測器觸點232施加於光學波導212之力相對地支撐光學波導212的非順1應性波導支撐結構235。感測器框架200亦可包括線路108，以將資料從光學偵測器240發送至輸出單元106。某些未顯示之實施方案中，感測器框架200可包括輸出單元並可包括將資料從輸出單元發送至外部來源(例如顯示器)的線路。某些實施方案中，感測器框架200可具有0.7與1.3英吋之間的寬度(例如大約1英吋)、1.5與2.2英吋之間的長度(例如大約1.7英吋)、及0.3與0.9英吋之間的厚度(例如大約0.6英吋)。
如圖5A、5B及5C所示，可將調適成緊靠對象之身體結構位置放置的感測器觸點232附著於負載彈簧234。鬆弛狀態下，感測器觸點232可延伸至感測器框架200外。例如，感測器觸點232可延伸至感測器框架200外至少0.1英吋(例 如0.1與0.3英吋之間)。如圖所示，感測器觸點232從感測器外殼200向外延伸0.161英吋。感測器觸點232可具有任何形狀。感測器觸點232可具有至少0.3英吋之直徑，例如0.3與0.8英吋之間(例如大約0.6英吋)。某些實施方案中，例如圖5C所示，可藉由使感測器觸點232可前後運動的鉸鏈236將感測器觸點232附著於彈簧234。某些實施方案中，如圖5C所示，感測器觸點232可具有傾斜較高表面。可將感測器觸點232附著或以其他方式定位，以使光學感測系統104之光學波導212可壓縮或撓曲。如圖5C所示，感測器觸點232可包括壓制部分238，其係調適成允許光學波導212之局部壓縮。感測器觸點232亦可位於切口252內。切口252與感測器觸點232之間的間距可影響感測器外殼200允許感測器觸點232由於動脈搏而移動之數量。切口252與感測器觸點232之間的間距可為大約0.1英吋。
線路108可將資料從光學偵測器240發送至輸出單元106，如上所述。某些未顯示之實施方案中，可將輸出單元包括於感測器框架內，而線路可將生命跡象資料發送至外殼外部之器件。某些未顯示之實施方案中，光學感測系統104可藉由無線傳輸從感測器框架200發送資料。
負載彈簧234可抵消從動脈搏施加於感測器觸點232之力並在動脈搏後使感測器觸點返回初始狀態。負載彈簧234因此可限制由於動脈搏引起的波導之壓縮及撓曲變形數量。可將負載彈簧234選擇成光學傳輸因數對護套壓力之有用範圍內的波導變形最敏感。負載彈簧234與感測器框 架200及光學感測系統104之其他特徵的組合可提供抵消力，使得150 mmHg之施加壓力將感測器觸點從靜止狀態位移至少1 mm。某些實施方案中，可將感測器框架200及光學感測系統104調適成150 mmHg之施加壓力將感測器觸點從靜止狀態位移至少2 mm。某些實施方案中，負載彈簧234可係調適成在最大壓力下提供0.5與3毫米間的感測器觸點之最大位移(例如最大壓力下的0.8與1.5毫米間)。某些實施方案中，感測器框架200及光學感測系統104可係調適成80與150 mmHg之間(例如100與130 mmHg之間)的施加壓力可使感測器觸點之較高表面與感測器框架200之較高表面近似齊平。某些實施方案中，當藉由閉合器件102緊靠病人之身體結構位置放置時，感測器觸點232可與感測器框架200幾乎齊平，而閉合器件對身體結構位置提供超過收縮壓之壓力。某些實施方案中，感測器框架200之較高表面可與感測器固定器件(例如充氣護套)之內表面近似齊平。
感測器框架200亦可包括波導支撐結構，例如撓性及不可壓縮波導支撐表面233及/或非順應性波導支撐結構235，以與藉由感測器觸點232施加之力相對地支撐光學感測系統104之波導212。波導支撐表面233可具有撓性及不可壓縮支撐表面，並可沿光學波導212之整個長度延伸。某些實施方案中，如圖6所示，波導支撐233可具有一支撐返回元件237，其係組態於支撐表面內並且調適成阻止支撐表面之撓曲。例如，波導支撐233內之支撐返回元件237 可為具有高記憶性之部件，例如鋼彈簧，其可在每一脈動變形後將波導返回其未變形位置。支撐返回元件237可係調適成當感測器觸點從靜止位置移動至最大位移位置時在感測器觸點與光學波導之間提供增加接觸壓力，而光學波導係調適成該增加接觸壓力造成離開該光學波導之減小光數量。某些實施方案中，支撐返回元件237可與負載彈簧234合作以完成增加接觸壓力。某些實施方案中，波導支撐表面233可為撓性電路板，波導採用撓性彈性體黏合劑與其黏接。如圖6所示，波導支撐表面233亦可支撐及承載光學來源202及/或光學偵測器240。某些實施方案中，可將其他相關聯之電子組件黏著於波導支撐表面233上。
波導支撐結構235係非順應性的。某些實施方案中，如圖7A所示，波導支撐結構235可支撐波導212受感測器觸點232作用的部分(例如，實質上在其全部長度上)。相應地，波導212可在波導支撐235與壓制部分238之間予以壓縮。下述圖8A及8B描述波導212之壓縮如何可導致發送至光學偵測器240的光數量減小。其他實施方案中，如圖7B及7C所示，波導支撐結構235可支撐波導與感測器觸點232所作用之波導部分隔開的一部分。某些實施方案中，感測器觸點232之移動可導致波導212之撓曲。圖7B描述感測觸點直接作用於波導以導致光學波導212之撓曲的實施方案。圖7C描述壓制部分238壓制波導之局部部分的實施方案。此可導致某些壓縮與相鄰區域內之波導的某些撓曲組合。下述圖9A及9B描述波導212之撓曲如何可導致發送至光學偵測 器240的光數量減小。
感測器框架200內之光學感測系統104可當作一運動感測系統(例如運動感測系統係調適成偵測與動脈搏相關聯之局部運動)。當緊靠對象之身體結構位置放置感測器固定器件時，感測器框架200內之光學感測系統104可偵測對應於動脈搏之運動，而非僅施加於感測器觸點232之壓力。例如，即使當藉由閉合器件102施加於身體結構位置之壓力超過收縮壓時，表面壓力感測器(例如壓阻型壓力感測器)可偵測由於動脈搏引起之壓力變化。在較高護套壓力(高於收縮壓)下，接近閉合器件102(例如充氣護套)之動脈可對身體結構位置賦予透過組織遞送之一脈動衝擊，其使閉合器件102內之脈動壓力增加。此效應造成閉合器件102之脈動張力，其可藉由附著於閉合器件102之內部表面的表面壓力感測器偵測，即使不存在護套收縮，因為組織本質上「不可壓縮」，且動脈在壓力感測器之下的區域內連續閉合。藉由閉合器件(即護套氣囊壓力感測器)及表面壓力感測器施加之壓力數量的信號在收縮壓上方及下方將類似，因為動脈開放使血流出現之效應小於脈動衝擊對上述護套之效應。相比之下，當作運動感測器的感測器框架內之光學感測系統由於較高護套壓力下之護套張力可具有極少甚至無回應，並因高於收縮壓之壓力下的動脈搏而防止運動偵測。相應地，使用感測器框架內之光學感測系統作為運動感測器可比壓力感測器更準確地指示收縮血壓。另外，基線校準或建立不需要分離的準確血壓測量。
使用光學功率調變之光學感測系統
如圖5C、6、及7A至7C所示，光學感測系統104可包括光學來源202、光學波導212及光學偵測器240。如上所述，光學感測系統104可由感測器框架200(例如外殼)固持，其係由感測器固定器件102固持。可將光學來源202光學耦合至光學波導212，以便光學能量(例如光波218)從光學來源202行進至光學波導212之第一末端內。某些實施方案中，可將LED用作光學來源202。光學偵測器240接收離開光學波導212之相反第二末端的光學能量，並可產生指示已接收光數量之信號。某些實施方案中，光學偵測器240實質上接收離開光學波導212之第二末端的所有光。某些實施方案中，光學偵測器240可為PIN二極體光偵測器、CCD(電荷耦合器件)偵測器、或CMOS(互補金氧半導體)偵測器。
光學波導
光學波導212可為光纖或藉由內部反射或折射發送光的任何液體、凝膠、或固體。光學波導212可包括一長度之光學透明材料，通常稱為「核心」215，其係由較低折射率之材料圍繞，通常稱為「包覆」217。核心215可具有相對於於包覆217之較低折射率(N1 )的較高折射率(N2 )。核心與包覆折射率之間的差異依據以下關係定義波導之數值孔徑(NA)： NA＝(N2 2 －N1 2 )1/2 波導之NA及之臨界角度(θc )，其控制波導核心內的光限 制。若光線在核心/包覆介面相對於介面垂直向量之入射角度小於臨界角度(θc )，則射線不會在內部反射，而將從核心逃逸並遺失。若N2 非常接近N1 (即NA→0)，臨界角度將接近90度，並且幾乎所有光將在波導之較短長度內逃逸。若N2 及N1 值充分不同，較大部分的光會保持受限。當光波以小於臨界角度(θc )之一角度到達兩個材料(核心215及包覆217)之間的介面時，光學能量(例如光)係從光學波導遺失。臨界角度(θc )可藉由以下等式來計算： θc ＝arcsin(N1 /N2 )
光纖或光學波導之另一特徵係可激發之模式數目。光學波導中，術語「模式」指橫穿光學波導軸之平面內的特定強度圖案。光纖內部模式圖案及外部斑點圖案間存在密切關係。單一模式纖維中，僅允許一個強度峰值。多模式纖維中，大量強度峰值可出現於沿波導之任何位置。具有圓形斷面之任何波導中，藉由沿波導軸傳播之光形成「零級」模式(假定完全筆直波導)。所謂的「較高級」模式係由未沿軸向方向但與軸成某一角度而發射的光形成。藉由核心與包覆間的折射率差異引導該等模式，每一模式通常具有低於零級模式之強度。當在某一位置撓曲階變折射率波導時，較低級及零級模式變成較高級模式，因為其不再保持在中線或中線附近。為了使光佔據波導內之較高級模式，光來源必須部分由與軸成非零角度的光線組成(但仍在波導數值孔徑內)，或者必須將波導捲曲或撓曲。一般而言，極少較高級模式會存在於波導內，其係藉由準直之 光源照射，相反大量較高級模式將存在於藉由發散光源照射之波導內。
從圖8A、8B、9A、及9B可看出，波導之壓縮及/或撓曲較佳地移除較高級模式，並對較低級模式具有較小影響。光學系統對撓曲之較小壓縮及/或較小數量的敏感度取決於已激發波導模式之足夠數目的可用性。例如，在僅五個激發模式之情形中，理論上僅可偵測五個不同光學功率傳輸損失位準，其將產生變形與藉由光學感測系統之光學偵測器偵測的光學數量間之較粗略關係。另一方面，若存在10,000個激發模式，變形與偵測之光學能量間的關係可精細地加以決定，且可偵測較小變形變化。相應地，某些實施方案中，光學來源可提供NA近似等於或大於波導之NA的發散光束。若光源NA大於波導NA，結果係在最大軸角度下發射的光之部分立即逃逸至包覆內。亦可將光學波導形成為其能夠引導至少10,000個模式(例如大於50,000個模式)。階變折射率波導內之可能模式數目由下式給出： N＝V2 /2 其中V係正規化頻率。正規化頻率(V)由下式計算： V＝2πa．NA/λ， 其中a係光學波導核心半徑，NA係波導數值孔徑，如上所述，而λ係光波長。最實際光源具有0.7至0.85微米間的波長(λ)。因此，a及NA之乘積必須處於40微米等級上，以滿足用於50,000個模式之準則。NA之實際範圍係大約0.2至0.4。相應地，具有0.4之NA的波導將需要具有100微米之 核心半徑的最小值，以允許用於50,000個模式，以及大約45微米之最小半徑，以允許用於10,000個模式。某些實施方案中，波導核心215可具有至少45微米之半徑(例如150與200微米之間)。最佳大小部分亦取決於波導遇到之實際變形(其依次取決於波導硬度計、實際施加於波導之機械壓力、及波導之撓曲數量)。某些實施方案中，波導可具有45與55之間的一蕭氏A硬度計以及0.35與0.4之間的一NA(對應於1.46之核心折射率及1.41之包覆折射率)、以及150至200微米之間的核心半徑之一軟彈性體核心。當撓曲變形在1至2 cm之長度上係從5至20度時及/或將核心壓縮5至50%時，此設計可在波導之較短長度上(2至4 cm)上產生50至70%的傳輸損失。
可藉由在共同光學等級材料中具有2至4%的核心與包覆間折射率差異來實現0.2至0.4之NA。光傳輸應用中，將光引入波導之一末端。若波導係筆直的，全內反射將造成所有輸入光之限制在波導NA內，並且光損失最小。若波導非筆直而是具有某一曲率，某些光將經歷全內反射，直至其到達一彎曲，此處其以小於臨界角度(θc )到達核心/包覆介面並逃逸至包覆內。同樣，若波導被壓縮，某些光將經歷全內反射，直至其到達一壓縮區域，此處其以小於臨界角度(θc )到達核心/包覆介面並逃逸至包覆內。可採用位於光學波導出口並用於特徵化作用於波導上之脈動力的光學偵測器240(例如光偵測器)測量由於脈動彎曲或壓縮引起的可變傳輸損失。
如圖8A、8B、9A、及9B所示，光學波導212造成光學波導212之核心內的光學波218之內部反射。然而，光學波導212的如圖8B所示之壓縮或如圖9B所示之撓曲導致光學能量損失，因為光學波導212之壓縮或撓曲導致額外光波(例如光波263)以小於臨界角度(θc )之角度到達核心215與包覆217之間的介面。如圖8A及8B所示，由於損失之光能量263，光學波導212之壓縮導致發送之光學能量261的減少。如圖9A及9B所示，由於損失之光能量263，光學波導212之撓曲導致發送之光學能量261的減少。
光學波導212可係撓性及/或可壓縮的。某些實施方案中，光學波導212可包括彈性體。例如，核心215、包覆217或其組合可包括一彈性體。習知玻璃及塑膠光纖呈現彎曲損失，但一般不可藉由機械壓縮變形至顯著程度。但可使用較軟材料製造順應性波導。與玻璃波導相反，此類順應性波導可藉由較小壓縮力容易地變形。適當彈性體之範例包括聚矽氧烷、聚亞胺酯、及聚丁二烯橡膠。某些實施方案中，核心215及包覆217二者包括矽氧烷彈性體。例如，光學波導可具有包覆217，其由矽氧烷彈性體組成，以及核心215，其由不同折射率之第二矽氧烷彈性體組成。某些實施方案中，包覆彈性體可係不禁止核心材料固化的一材料。例如，包覆彈性體可具有額外固化化學成分，核心彈性體可具有鉑固化化學成分。
包覆217光學上可透明或可具有半透明外觀。核心215光學上可透明。某些具體實施例中，包覆可具有1.39與 1.48(例如1.39與1.41之間)之間的折射率。某些具體實施例中，核心215可具有1.43與1.50(例如1.45與1.47之間)之間的折射率。包覆可具有25與75之間(例如45與55之間)的蕭氏A硬度計。核心215可具有25與75之間(例如30與45之間)的蕭氏A硬度計。
光學波導212可具有若干組態。如圖10A所示，包覆217可具有圓形斷面形狀。某些實施方案中，包覆沿其長度可具有平坦、加寬軸承表面，其可作為用於將光學波導212黏合至撓性表面的黏性黏接表面，例如用以在光學感測系統內支撐光學波導之撓性電路板。例如，可藉由撓性彈性體黏合劑將平坦、加寬軸承表面黏接至波導支撐表面。圖10B至10D顯示具有平坦、加寬軸承表面271之光學波導212的範例之斷面。
光學波導212之包覆217可藉由擠壓程序形成。某些實施方案中，可在共擠壓程序中形成核心215及包覆217。某些實施方案中，可在第一程序中將包覆217擠壓，以產生界定中空腔之恆定斷面形狀。接著可藉由以核心材料填充包覆217之腔製成核心215。例如，擠壓程序可用於製造圖10A至10D所示的任何包覆斷面形狀。某些實施方案中，可將核心中線之位置設定成在將光學來源202及光學波導212黏著於撓性波導支撐物235上後匹配光學來源202之離開光束的位置，從而促進光學波導212與光學來源202的光學對準之容易度。
分析方法
光學感測系統104之光學偵測器240可產生指示已接收光數量的電氣信號420。電氣信號420可與時間成一函數關係。分析電性光學偵測器信號420以決定若干生命跡象。輸出單元106可決定各動脈搏之振幅及/或大小，以決定一或多個生命跡象。某些實施方案中，可決定一系列動脈搏之振幅及/或大小，以決定一或多個生命跡象。某些實施方案中，可在一系列偵測之動脈搏期間測量脈搏間時間間隔，並用於決定心率。例如，圖11證明由於動脈搏經受振盪變形之波導內的脈動光發送。某些生命跡象測量，例如心率，不需要關於藉由(例如)氣動護套施加於身體結構位置之壓力的輸入。
例如，血壓可藉由將護套(例如如圖4所示)放置於病人手臂上來測量；將護套充氣至比病人收縮壓高至少10 mmHg之一壓力；逐漸將護套壓力放氣至比病人舒張壓低至少10 mmHg之一壓力；記錄藉由光學感測系統104產生之動脈搏波形；分析波形以決定對應於收縮壓之一或多個特徵；進一步分析波形以決定對應於舒張壓之一或多個特徵；將護套完全放氣；以及顯示收縮壓及舒張壓。某些實施方案中，可在護套之充氣及放氣期間記錄波形，並將兩種波形用於決定收縮及/或舒張壓。
藉由觀察透過此程序形成之動脈波形，可決定及/或估計各種生命跡象，例如收縮壓、舒張壓、及平均動脈壓力。某些實施方案中，測量血壓之方法可包括藉由測量護套放氣期間記錄之波形序列的振幅分析動脈搏波形；決定 脈搏波形振幅顯著高於在護套放氣期間發生於較高護套壓力下的先前脈搏之波形振幅的護套壓力；並將該壓力顯示為收縮壓。
可根據從光學感測系統104接收之資料及從感測器固定器件102接收之資料按許多方式決定收縮壓。某些實施方案中，可在脈搏波形振幅顯著低於在護套放氣期間發生於較低護套壓力下的先前脈搏之波形振幅的護套壓力下決定收縮壓。某些實施方案中，可在護套放氣期間決定脈搏波形指示感測器下動脈區段之脈動運動的護套壓力下之舒張壓。更明確而言，可在心動週期期間隨時在脈搏波形第一次指示動脈未完全關閉處決定舒張壓。亦可使用不同波形分析方法。亦可藉由按上述方法之一測量基線收縮壓然後將護套加壓至恆定壓力並連續監控波形而連續監控病人之收縮壓。可藉由先前測定血壓讀數(例如尖峰動脈壓力)決定恆定壓力。第一測定動脈搏振幅接著可用作參考脈搏振幅，並將隨後脈搏振幅與該參考脈搏振幅比較，以估計血壓變化。某些實施方案中，可在將護套固持在恆定壓力下的同時針對脈搏決定脈搏波形形態。脈搏波形形態可連續測量並用於監控相對於基線值之血壓變化。
某些實施方案中，例如圖12所示，輸出單元106可藉由一或多個上述技術決定生命跡象。例如，輸出單元106可在波形產生器436中決定一或多個動脈搏之振幅、大小及/或波形。某些實施方案中，輸出單元106可包括收縮壓計算器442，以根據決定振幅、大小及/或波形及可加以偵測 的施加於對象之壓力(例如藉由壓力感測器在充氣護套內偵測之壓力)決定對象之收縮壓。某些實施方案中，輸出單元106可包括舒張壓計算器444，以根據決定振幅、大小及/或波形及可加以偵測的施加於對象之壓力(例如藉由壓力感測器128在充氣護套內偵測之壓力)決定對象之舒張壓。某些實施方案中，心率計算器446可從來自光學信號之已決定動脈搏波形或從藉由壓力感測器128在充氣護套偵測之壓力決定心率。
如圖12所示之輸出單元106亦包括氣動連接至護套內氣囊之壓力感測器128，其與時間成函數地將關於護套內壓力的資料發送至類比至數位轉換器435。某些實施方案中，輸出單元106可與護套壓力成函數地產生脈搏波形。圖12所示之輸出單元106亦包括充氣控制器452，其可控制護套之充氣及放氣構件，以控制器件操作。某些實施方案中，輸出單元106可根據偵測動脈搏特徵動態地調整護套之充氣及放氣。
以上已說明許多實施方案。但是，應明白，只要不背離本發明的精神與範疇，可進行各種修改。因此，其他實施方案屬於以下申請專利範圍的範疇內。
102‧‧‧感測器固定器件
104‧‧‧光學感測器系統
106‧‧‧輸出單元
108‧‧‧線路
112‧‧‧對象
114‧‧‧顯示單元
116‧‧‧軟管
118‧‧‧肱動脈
120‧‧‧充氣護套
122‧‧‧充氣氣囊
124‧‧‧幫浦
126‧‧‧閥
128‧‧‧壓力轉換器
132‧‧‧環狀緊固件
134‧‧‧中線
200‧‧‧感測器框架
202‧‧‧光學來源
212‧‧‧光學波導
215‧‧‧核心
217‧‧‧包覆
218‧‧‧光波
232‧‧‧感測器觸點
233‧‧‧波導支撐表面
234‧‧‧負載彈簧
235‧‧‧非順應性波導支撐結構
236‧‧‧鉸鏈
237‧‧‧支撐返回元件
238‧‧‧壓制部分
240‧‧‧光學偵測器
252‧‧‧切口
261‧‧‧光學能量
263‧‧‧光波
271‧‧‧軸承表面
420‧‧‧電氣信號
432‧‧‧信號過濾器
435‧‧‧類比至數位轉換器
436‧‧‧波形產生器
442‧‧‧收縮壓計算器
444‧‧‧舒張壓計算器
452‧‧‧充氣控制器
圖1描述生命跡象測量器件之一實施方案。
圖2A、2B及2C描述位於上臂並顯示護套壓力相對於動脈收縮壓的三個不同位準之生命跡象測量器件的各種實施方案。
圖3描述在護套放氣期間藉由氣動耦合至護套之壓力感測器偵測的一系列脈搏與藉由以感測器固定器件固持之光學感測系統偵測的同時獲得之脈搏的比較。
圖4描述具有感測器固定器件之生命跡象測量器件結合充氣氣囊的實施方案。
圖5A、5B及5C描述包含光學感測系統之組件的感測器框架之實施方案。
圖6描述一撓性及不可壓縮波導支撐表面上之光學感測系統的實施方案。
圖7A至7C描述光學感測系統之實施方案。
圖8A及8B描述壓縮波導如何導致發送光之數量的減小。
圖9A及9B描述撓曲波導如何導致發送光之數量的減小。
圖10A至10D係不同波導實施方案之斷面圖。
圖11描述由於動脈搏經受振盪變形之波導內的脈動光發送。
圖12描述用於藉由輸出單元決定一或多個生命跡象之分析方法的實施方案。
各圖式中相似參考符號表示相似元件。
102‧‧‧感測器固定器件
106‧‧‧輸出單元
108‧‧‧線路
112‧‧‧對象
114‧‧‧顯示單元
116‧‧‧軟管
200‧‧‧感測器框架

Claims (24)

  1. 一種光學運動感測器件，其包含：一感測器框架，其界定一開口；一感測器觸點，其置放於該開口內；一光學感測系統，其經調適以偵測該感測器框架內之該感測器觸點的一移動總量，該光學感測系統包含：a)一光學波導，其位於該感測器框架內，藉此該感測器觸點之該移動導致該光學波導之撓曲或壓縮，b)一光學來源器件，其用以供應光學能量至該光學波導之一第一末端，c)一光學偵測器，其用以偵測離開該光學波導之一第二末端的一光學能量總量；以及d)一負載彈簧，該負載彈簧係附著於該感測器框架之至少一部分並且亦支撐該感測器觸點，且經組態以抵消至少部分緊靠該感測器觸點所施加的壓力，並且進一步調適成允許該感測器觸點在一最大壓力下所需的一位移；以及一輸出單元，其經組態以接收指示離開該光學波導之該光學能量總量的一信號，以及從該已接收信號產生該感測器觸點之該移動總量的一量度。
  2. 如請求項1之光學運動感測器件，其進一步包含一波導支撐結構，該波導支撐結構包含一非順應性表面，該波導支撐結構支撐該光學波導之一部分，其中該光學感測系統係調適成回應一動脈搏在該光學波導之一未支撐部 分內造成一撓曲變形。
  3. 如請求項1之光學運動感測器件，其進一步包含一撓性及不可壓縮支撐表面，其實質上在全部長度上支撐該光學波導。
  4. 2或3中任一項之光學運動感測器件，其中該負載彈簧係調適成在一最大壓力下提供在0.5與3毫米之間的該感測器觸點之一最大位移。
  5. 2或3中任一項之光學運動感測器件，其中該光學波導包含一彈性體，其係選自由以下各項所組成之群組：聚矽氧烷、聚亞胺酯、聚丁二烯橡膠及其組合。
  6. 2或3中任一項之光學運動感測器件，其中該光學波導包含在0.2與0.4之間的一數值孔徑，且其中該光學波導包含一核心及一包覆，該核心具有在1.43與1.50之間的一折射率，該包覆具有在1.39與1.48之間的一折射率，該核心、該包覆或該核心及該包覆兩者具有在25與75之間的一蕭氏A硬度。
  7. 2或3中任一項之光學運動感測器件，其中位於該最大接觸壓力位置的該光學波導之該壓縮及撓曲導致在離開該光學波導之該光總量中一50至70%的降低。
  8. 一種生命跡象測量器件，其包含如請求項1之光學運動感測器件，該生命跡象測量器件包含：一感測器固定器件，其係調適成緊靠一對象之一身體 結構位置放置，該位置內係一動脈，該感測器固定器件固持該感測器框架，其中該輸出單元至少部分根據該接收之信號產生該生命跡象之一量度。
  9. 如請求項8之生命跡象測量器件，其中該感測器固定器件係一護套，其包含調適成當充氣時對肢體施加壓力從而壓縮肢體內動脈的一充氣氣囊。
  10. 如請求項8或9之生命跡象測量器件，其中該光學感測系統經組態用以偵測代表一系列動脈搏之光學信號，並且該輸出單元係調適成為該系列動脈搏之各個決定一脈搏波形。
  11. 如請求項8或9之生命跡象測量器件，其中該生命跡象係一心率、一動脈搏波形、一收縮血壓、一舒張血壓、一平均動脈血壓、一脈搏壓、及一動脈順應性之至少一個。
  12. 如請求項11之生命跡象測量器件，其進一步包含一撓性及不可壓縮支撐表面，其實質上在全部長度上支撐該光學波導。
  13. 如請求項11之生命跡象測量器件，其中該負載彈簧係調適成在一最大壓力下提供在0.5與3毫米之間的該感測器觸點之一最大位移。
  14. 如請求項11之生命跡象測量器件，其中該光學波導包含一彈性體，其係選自由以下各項所組成之群組：聚矽氧烷、聚亞胺酯、聚丁二烯橡膠及其組合。
  15. 如請求項11之生命跡象測量器件，其中該光學波導包含 在0.2與0.4之間的一數值孔徑，且其中該光學波導包含一核心及一包覆，該核心具有在1.43與1.50之間的一折射率，該包覆具有在1.39與1.48之間的一折射率，該核心、該包覆或該核心及該包覆兩者具有在25與75之間的一蕭氏A硬度。
  16. 如請求項11、13或14中任一項之生命跡象測量器件，其中位於該最大接觸壓力位置的該光學波導之該壓縮及撓曲導致在離開該光學波導之該光總量中一50至70%的降低。
  17. 一種使用如請求項8之器件來測量一對象之血壓的方法，該方法包含：緊靠一對象之身體結構位置以定位該光學運動感測器件；採用該感測器固定器件對該對象之該身體結構位置施加一變化壓力；採用該光學感測系統以偵測一動脈搏；以及根據該偵測之動脈搏波形來決定與該施加及變化之壓力成一函數關係的一收縮血壓及一舒張血壓。
  18. 如請求項17之方法，其中將該光學來源器件及該光學偵測器安置於該波導支撐表面之該表面上。
  19. 如請求項17之方法，其進一步包含一支撐返回元件，該支撐返回元件係組態於該支撐表面內並調適成阻止該支撐表面之撓曲。
  20. 如請求項17之方法，其中該負載彈簧係調適成在一最大 壓力下提供在0.5與3毫米之間的該感測器觸點之一最大位移。
  21. 如請求項17或18之方法，其中該光學波導包含一彈性體，其係選自由以下各項所組成之群組：聚矽氧烷、聚亞胺酯、聚丁二烯橡膠及其組合。
  22. 如請求項17至19中任一項之方法，其中該光學波導包含在0.2與0.4之間的一數值孔徑，且其中該光學波導包含一核心及一包覆，該核心具有在1.43與1.50之間的一折射率，該包覆具有在1.39與1.48之間的一折射率，該核心、該包覆或該核心及該包覆兩者具有在25與75之間的一蕭氏A硬度。
  23. 如請求項17至20中任一項之方法，其中位於該最大接觸壓力位置的該光學波導之該壓縮及撓曲導致在離開該光學波導之該光總量中一50至70%的降低。
  24. 一種使用包含如請求項1之光學運動感測器件的一測量器件來測量一對象之一生命跡象的方法，該方法包含：緊靠一對象之一身體結構位置以定位該測量器件；採用該感測器固定器件對該對象之該身體結構位置施加一壓力；採用該光學來源將光學能量發送至該光學波導之一第一末端；使用由該感測器框架所固持之該光學偵測器以偵測離開該光學波導之一第二末端的一光學能量總量，並從其產生指示已接收光學能量的一信號； 在一時間週期上採用該感測器固定器件來改變施加於該身體結構位置之該壓力；以及從在該時間週期上離開該光學波導之該第二末端的該光學能量總量之變化決定在該時間週期期間用於動脈脈搏之一系列脈搏特徵，藉此使用指示離開該光學波導之該第二末端的該光學能量之該已產生信號來產生該生命跡象之一量度，其中該生命跡象之該已產生量度係基於該時間週期期間的該系列脈搏特徵。
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