用于測量生理特性的光學(xué)傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種生理探針，其舒適地附接至患者的拇指的根部，從而空出患者的手指用于醫(yī)院中的常規(guī)活動，如閱讀和進食。所述探針包括分開的托架模塊和傳感器模塊，所述探針緊固至所述拇指并且測量對應(yīng)于在660nm和905nm附近操作的LED的依賴時間的信號。所述托架模塊含有易于配戴的元件，所述托架模塊優(yōu)選地提供為一次性單元。
【專利說明】用于測量生理特性的光學(xué)傳感器
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年2月18日提交的美國臨時申請?zhí)?1/444，320的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，所述美國臨時申請在此以引用的方式并入本文，其中包括附圖。
[0003]發(fā)明背景[0004]以下發(fā)明背景論述僅提供來幫助讀者理解本發(fā)明，且并非承認(rèn)描述或構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]血液中的周邊血氧飽和度(Sp02)有時被稱為‘第五生命體征(fifth vitalsign)’。醫(yī)學(xué)專業(yè)人員能夠通過監(jiān)測患者的Sp02來檢測低氧血癥，即，缺氧。約95%與約100%之間的值被視為正常的；低于這個值的那些值指示低氧血癥，并且將通常在醫(yī)院機構(gòu)中觸發(fā)警報。
[0006]稱為脈搏血氧定量法的技術(shù)測量Sp02。技術(shù)上，這個參數(shù)是自患者的動脈血氧飽和度或Sa02來測定的，所述動脈血氧飽和度是存在于患者的血液中的氧合動脈血紅蛋白的百分比。功能性血紅蛋白分子可與高達四個氧分子結(jié)合得到‘氧合’血紅蛋白(Hb02)。結(jié)合至小于四個氧分子的血紅蛋白分子被歸類為‘還原’血紅蛋白(Hb)。常規(guī)的脈搏血氧定量計的特征為以下算法:其假定僅Hb02和Hb存在在于血液中，并且根據(jù)方程式(I)自氧合血紅蛋白與血紅蛋白(氧合血紅蛋白和還原血紅蛋白兩者)的總量的比率來測量Sp02:
y —働 02[_7] P? — }ib02 + 膽
(I)
[0008]Hb02和Hb的特征為在可見區(qū)和紅外區(qū)中的不同吸收光譜，并且因此可用光學(xué)方法予以測量。常規(guī)的脈搏血氧定量計的特征因此通常為在紅(接近660nm)光譜區(qū)和紅外(通常在900nm與950nm之間)光譜區(qū)中輻射的光源(最通常為發(fā)光二極管或LED)。光檢測器測量通過患者的脈動血液傳送但是并未被吸收的每一波長下的輻射的一部分。在660nm處，例如，Hb吸收的輻射為Hb02的約十倍多，而在905nm處，Hb02吸收的輻射為Hb的約兩倍多。對在這些波長下傳播的輻射的檢測得到兩個依賴時間的波形，其中各自被稱為體積描記圖(PPG)，血氧定量計分析所述波形來求出如以上方程式(I)中所定義的Sp02。
[0009]具體來說，血氧定量計處理用紅(RED(PPG))波長和紅外(IR(PPG))波長測量的PPG波形以確定依賴時間的AC信號和DC信號。如本文中所使用，術(shù)語‘AC’信號是指隨時間相對迅速變化的PPG波形的一部分，例如由患者血液中的博動所調(diào)變的信號的部分。相反，‘DC’信號為隨時間相對不變的PPG的部分，例如源自如骨骼、皮膚的組分和患者血液的非脈動組分散射開的信號的部分。
[0010]更具體來說，AC信號是由存在于這兩個波形中的心跳誘發(fā)的脈搏所調(diào)變的。脈搏表示由心臟發(fā)動的壓力波，所述壓力波通過患者的脈管系統(tǒng)傳播并且在動脈和毛細血管兩者中產(chǎn)生容積的依賴時間的增加。當(dāng)壓力脈搏到達由血氧定量計的光學(xué)系統(tǒng)所照射的脈管系統(tǒng)時，根據(jù)比爾-朗伯定律(Beer-Lambert Law),臨時容積增加導(dǎo)致相對較大的光學(xué)吸收。通常，僅約0.5%至約1%的由光檢測器所測量的總信號是源自AC信號，而其余信號是源自DC信號。AC信號與DC信號的分離通常使用本領(lǐng)域中熟知的模擬和數(shù)字濾波技術(shù)來完成。
[0011]在脈搏血氧定量法期間，通常使用以下方程式(2)自AC信號和DC信號來計算歸
一化的‘r’值:
【權(quán)利要求】
1.一種生理探針，其被構(gòu)造用于緊固至受試者的手指，所述生理探針包括: 傳感器模塊，其包括 (a)電子電路，其包括(i)電磁輻射的至少一個源，和(ii)光檢測器，所述光檢測器被構(gòu)造來在其已與所述受試者的組織交互之后檢測來自所述電磁輻射的至少一個源的輻射，從而獲得與所述受試者的至少一個生理特性有關(guān)的數(shù)據(jù)，其中所述光檢測器是可操作地連接至用于將光檢測器信號遞送至外部處理單元的連接電纜，以及 (b)柔性外殼，其為所述電子電路提供封蓋，其中所述柔性外殼包括(i)至少一個孔口，所述電磁輻射的至少一個源通過所述至少一個孔口發(fā)射輻射用于照射所述受試者的組織，(ii)至少一個孔口，所述光檢測器在其已與所述受試者的組織交互之后通過所述至少一個孔口接收輻射，和(iii)孔口，所述連接電纜穿過所述孔口 ；以及 托架模塊，其包括 (a)至少第一剛性外罩構(gòu)件和第二剛性外罩構(gòu)件，所述至少第一剛性外罩構(gòu)件和第二剛性外罩構(gòu)件經(jīng)由鉸鏈區(qū)彼此配合以形成近似半圓形環(huán)，所述近似半圓形環(huán)被構(gòu)造來可釋放地接收所述傳感器模塊，其中所述鉸鏈區(qū)被構(gòu)造來提供所述環(huán)的直徑的一系列調(diào)整，同時物理上將在所述電磁輻射的至少一個源與所述光檢測器之間測量的夾角約束在預(yù)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中為了獲得與受試者的至少一個生理特性有關(guān)的數(shù)據(jù)，所述鉸鏈被構(gòu)造來在近節(jié)指骨的水平處適應(yīng)所述受試者的拇指。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中所述鉸鏈被構(gòu)造來適應(yīng)介于約6.2cm與約7.4cm之間的圍長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中所述鉸鏈區(qū)為通過配合所述第一剛性外罩構(gòu)件和所述第二剛性外罩構(gòu) 件而形成的樞轉(zhuǎn)鉸鏈，并且其中所述第一剛性外罩構(gòu)件和所述第二剛性外罩構(gòu)件的結(jié)構(gòu)在經(jīng)由所述樞轉(zhuǎn)鉸鏈彼此配合時約束所述鉸鏈的敞開或關(guān)閉超過所述預(yù)定范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中在所述電磁輻射的一個或多個源與所述光檢測器之間測量的所述夾角的所述預(yù)定范圍小于或等于約60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生理探針，其中在所述電磁輻射的一個或多個源與所述光檢測器之間測量的所述夾角的所述預(yù)定范圍介于約60°與約30°之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生理探針，其中在所述電磁輻射的一個或多個源與所述光檢測器之間測量的所述夾角的所述預(yù)定范圍介于約55°與約35°之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生理探針，其中，所述鉸鏈被構(gòu)造使得施加來移動所述鉸鏈超過所述預(yù)定范圍的力使所述第一剛性外罩構(gòu)件與所述第二剛性外罩構(gòu)件分開。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中所述傳感器模塊包括所述柔性外殼中的一個或多個鉸鏈點。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生理探針，其中所述傳感器模塊包括所述柔性外殼中的至少兩個鉸鏈點，當(dāng)所述傳感器模塊配合至所述托架模塊時，所述至少兩個鉸鏈點被構(gòu)造來提供三個大體上平坦的傳感器模塊表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中當(dāng)所述兩個模塊配合時變得接觸的所述傳感器模塊的表面和所述托架模塊的表面包括對應(yīng)的對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，所述對應(yīng)的對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造來對準(zhǔn)所述傳感器模塊在所述托架模塊中的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中所述托架模塊的長度介于約Icm與約1.5cm之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理探針，其中所述托架模塊是一次性的。
14.一種自受試者獲得脈搏血氧定量法信號的方法，其包括: 在近節(jié)指骨的水平處將根據(jù)權(quán)利要求1的生理探針貼附至所述受試者的手指的手掌方面，其中所述探針定位在所述受試者的手指上使得所述電磁輻射的一個或多個源在激發(fā)時通過所述手指的毛細血管、動脈和軟組織提供對所述受試者的組織的照射，并且隨后提供至光檢測器； 激發(fā)所述源來照射所述受試者的所述組織；以及 在經(jīng)由所述連接電纜可操作地連接的外部處理單元處檢測光檢測器信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括使用所述光檢測器信號來計算所述受試者的血壓值、Sp02值、脈搏率、呼吸周期以及光體積描記器波形中的一個或多個。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其包括使用所述光檢測器信號來測定所述受試者的血壓值。
17.—種適配用于在生理探針中使用的托架模塊，其包括: 至少第一剛性外罩構(gòu)件和第二剛性外罩構(gòu)件，所述至少第一剛性外罩構(gòu)件和第二剛性外罩構(gòu)件經(jīng)由樞轉(zhuǎn)鉸鏈彼此配合來形成近似半圓形環(huán)，所述近似半圓形環(huán)被構(gòu)造來可釋放地附接至傳感器模塊，所述傳感器模塊包括(i)電磁輻射的一個或多個源，和(ii)光檢測器，所述光檢測器被構(gòu)造來檢測已穿過受試者的組織或已由所述受試者的組織所反射的來自所述源的輻射， 其中所述鉸鏈被構(gòu)造來提供所述環(huán)的直徑的一系列調(diào)整，同時物理上將在所述電磁輻射的一個或多個源與所述光檢測器之間測量的夾角約束在預(yù)定范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的托架模塊，其中為了獲得與受試者的至少一個生理特性有關(guān)的數(shù)據(jù)，所述鉸鏈被構(gòu)造來在近節(jié)指骨的水平處適應(yīng)所述受試者的拇指。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的托架模塊，其中所述鉸鏈被構(gòu)造來適應(yīng)介于約6.2cm與約7.4cm之間的圍長。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的托架模塊，其中所述鉸鏈區(qū)為通過配合所述第一剛性外罩構(gòu)件和所述第二剛性外罩構(gòu)件而形成的樞轉(zhuǎn)鉸鏈，并且其中所述第一剛性外罩構(gòu)件和所述第二剛性外罩構(gòu)件在經(jīng)由所述樞轉(zhuǎn)鉸鏈彼此配合時約束所述鉸鏈的敞開或關(guān)閉超過所述預(yù)定范圍。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的托架模塊，其中在所述源與所述光檢測器之間測量的所述夾角的所述預(yù)定范圍小于或等于約60°。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的托架模塊，其中在所述源與所述光檢測器之間測量的所述夾角的所述預(yù)定范圍介于約60°與約30°之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的托架模塊，其中在所述源與所述光檢測器之間測量的所述夾角的所述預(yù)定范圍介于約55°與約35°之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的托架模塊，其中，所述鉸鏈被構(gòu)造使得施加來移動所述鉸鏈超過所述預(yù)定范圍的力使所述第一剛性外罩構(gòu)件與所述第二剛性外罩構(gòu)件分開。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的托架模塊，其中在所述兩個模塊配合時變得與所述傳感器模塊接觸的所述托架模塊的表面包括對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，所述對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造來對準(zhǔn)所述傳感器模塊在所述托架模塊中的位置。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的托架模塊，其中所述托架模塊的長度介于約Icm與約.1.5cm之間 。
【文檔編號】A61B5/00GK103491860SQ201280013100
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月18日
【發(fā)明者】D·麥克康比, G·特羅默, J·穆恩, M·迪隆, S·克里爾, J·格羅伊里 申請人:索泰拉無線公司