用于確定氣體的濃度的傳感器的制造方法
【專利摘要】提供一種用于測量氣體的濃度的光學(xué)傳感器單元(10)，所述光學(xué)傳感器單元包括：至少一個感測層(122)，其適于被預(yù)定輻射輻照；至少一個透氣層(121)，其鄰近所述至少一個感測層(122)的一側(cè)并且適于使要測量其濃度的氣體朝向所述感測層(122)通過所述透氣層(121)；可移除保護(hù)層(150)，其至少覆蓋所述透氣層(121)并且適于在所述光學(xué)傳感器單元(10)的使用之前被移除，其中，所述光學(xué)傳感器單元(10)適于測量所述至少一個感測層(122)的光學(xué)響應(yīng)，所述光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度。
【專利說明】用于確定氣體的濃度的傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于確定氣體的濃度的傳感器，以及包括這樣的傳感器的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 神經(jīng)肌肉疾病、coro和肥胖肺換氣不足患者常常患有慢性呼吸衰竭?；悸院粑?衰竭的患者需要在家對他們的呼吸衰竭進(jìn)行定期處置。通過氧氣療法來處置血氧過低患 者，同時通過無創(chuàng)通氣（NIV)的處置來幫助使高碳酸血癥患者的高二氧化碳血液氣體水平 回到可接受的水平。通過在NIV期間測量基線和動脈血氧與二氧化碳水平的趨勢，來檢查 通氣的療效。
[0003] 動脈血液氣體測量形成黃金標(biāo)準(zhǔn)。在家中開始NIV之前，患者留在醫(yī)院以優(yōu)化通 氣機(jī)設(shè)置并監(jiān)測動脈血液氣體值。取決于疾病嚴(yán)重度和穩(wěn)定性，患者必須或多或少地定期 返回醫(yī)院進(jìn)行檢查。呼吸科護(hù)士也可以訪問在家的患者，以檢查通氣機(jī)并安裝實(shí)現(xiàn)對血液 氣體分壓的無創(chuàng)監(jiān)測的裝備。在家里，典型地在夜間期間監(jiān)測水平，并且數(shù)據(jù)與通氣機(jī)和呼 吸數(shù)據(jù)一起存儲，用于隨后在醫(yī)院進(jìn)行分析。
[0004] 無創(chuàng)血氧監(jiān)測的現(xiàn)有技術(shù)是通過測量動脈血氧飽和度，其與經(jīng)由氧離解曲線的氧 分壓相關(guān)。血氧飽和儀（Sp0 2)是用于對患者的脈搏血氧飽和度進(jìn)行無創(chuàng)檢測的光學(xué)方法， 并且已成為臨床實(shí)踐中最常用的技術(shù)之一。脈搏血氧飽和儀是合理低成本的技術(shù)，并且容 易使用。其為用于家庭血氧監(jiān)測的優(yōu)選方法。
[0005] 對C02的分壓的無創(chuàng)監(jiān)測的現(xiàn)有技術(shù)是借助于二氧化碳圖或通過經(jīng)皮 C02(PtcC02)監(jiān)測。對于具有健康肺部系統(tǒng)的插管患者，通過二氧化碳圖獲得的潮氣末 C02(etC02)值提供對動脈C02值的良好指示。然而，在其中面罩與面部之間的漏氣常常存在 以及患者有嚴(yán)重呼吸疾病的無創(chuàng)通氣的情況中，二氧化碳圖通常不是可靠的方法。將患者 的氣道連接到通氣機(jī)的管道中的濕氣和污垢也可能影響二氧化碳圖傳感器的正常操作。在 大多數(shù)醫(yī)院中，使用用于趨勢監(jiān)測的二氧化碳圖與對動脈血樣品的分析的組合，以獲得間 歇地準(zhǔn)確的值。經(jīng)皮C0 2監(jiān)測不因漏氣、呼吸疾病和濕氣而被破壞，但要求訓(xùn)練有素的人員 以獲得可靠的值，并且因成人間皮膚性質(zhì)的不同而表現(xiàn)出某些不準(zhǔn)確性。家用C0 2血液氣 體監(jiān)測盡管其針對接收NIV的患者的高度可靠性，但其使用頻率不如血氧飽和儀。
[0006] 目前的經(jīng)皮C02傳感器一般包括恒溫控制的加熱器，以增加血液灌注和皮膚的透 氣性，以及穩(wěn)定傳感器的響應(yīng)、皮膚與傳感器膜之間的流體層、覆蓋傳感器的透氣膜、膜與 傳感器之間的電解質(zhì)溶液、包括電化學(xué)pH傳感器和參比電極的傳感器，以及用于補(bǔ)償溫度 效應(yīng)和皮膚代謝的算法。
[0007] 傳感器膜和電解質(zhì)溶液必須典型地每2周，或者當(dāng)所述傳感器已長時間不使用時 在使用前更換。這要求一些專業(yè)技術(shù)，因?yàn)樾枰獙⒐潭康碾娊赓|(zhì)溶液施加到所述傳感器， 并且所述溶液中不可以存在氣泡。要求特殊的模塊以將膜氣密性地固定在所述傳感器和電 解質(zhì)溶液之上。由于所述傳感器的漂移，所述傳感器需要每4至8小時使用來自參比氣瓶 的氣體混合物進(jìn)行校正。在將所述傳感器應(yīng)用到皮膚之前，必須將固定量的接觸流體施加 到已被附接到所述皮膚的固定環(huán)中。
[0008] US2001/0034479描述了一種基于光學(xué)的經(jīng)皮血液氣體傳感器，其具有可重復(fù)使用 的傳感頭和一次性感測帽。所述可重復(fù)使用的傳感器必須被置于所述一次性感測帽上，并 且此后該單元必須被置于借助于粘接膜被附接到患者的皮膚的一次性容器中。
[0009] W0 02/056023 A1公開了一種用于確定樣品中的至少一個參數(shù)的光學(xué)傳感器。所 述光學(xué)傳感器包括對所述參數(shù)響應(yīng)并且具有短發(fā)光衰變時間的指示材料，以及不對所述參 數(shù)響應(yīng)并且具有長發(fā)光衰變時間的參考材料。所述光學(xué)傳感器基于被共同檢測的指示材料 和參考材料的發(fā)光響應(yīng)，來檢測指示待檢測參數(shù)的信號。所述指示材料和參考材料被固定 在公共支撐體上。面向所述指示材料的和所述參考材料的樣品的層被允許所述指示材料和 所述樣品之間的接觸的層覆蓋，但基本上不透過被用于激發(fā)所述指示材料和所述參考材料 的光。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于測量氣體的濃度的傳感器，其可以被容易地應(yīng)用并 且具有低生產(chǎn)成本，并且其不要求在使用之前復(fù)雜的校準(zhǔn)。進(jìn)一步地，提供采用所述傳感器 的系統(tǒng)和方法。
[0011] 該目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征得以解決。
[0012] 本發(fā)明基于以下想法：將至少一個感測層和至少一個透氣層組合到單個光學(xué)傳感 器單元中，并且用優(yōu)選為氣密性的至少一個可移除保護(hù)層至少覆蓋所述透氣層。在即將使 用之前，即在所述傳感器單元被附接到釋放氣體的對象（例如皮膚）之前，移除所述保護(hù) 層。因此，在所述傳感器單元的使用之前用所述至少一個可移除保護(hù)層來覆蓋所述透氣層 保持其對帶測量氣體的已知響應(yīng)。因此，可以在制作過程中處理校準(zhǔn)，并且不需要使用前的 校準(zhǔn)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于測量氣體的濃度的光學(xué)傳感器單元，包括：至少 一個感測層，其適于被預(yù)定輻射輻照；至少一個透氣層，其鄰近所述至少一個感測層的一側(cè) 并且適于使要測量其濃度的氣體朝向所述感測層通過所述透氣層；以及至少一個可移除保 護(hù)層，其至少覆蓋所述透氣層并且適于在所述光學(xué)傳感器單元的使用之前被移除，其中，所 述光學(xué)傳感器單元適于測量所述至少一個感測層的光學(xué)響應(yīng)，所述光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣 體的濃度。
[0014] 在示范性實(shí)施例中，當(dāng)所述光學(xué)傳感器單元被附接到人的皮膚時，皮膚中存在的 氣體，例如氧氣（〇 2)或二氧化碳（co2)，穿過可以與皮膚直接接觸的所述透氣層和/或被布 置在所述至少一個透氣層與所述皮膚之間的接觸介質(zhì)，進(jìn)入感測層中，只要皮膚中的氣體 分壓高于所述傳感器單元中的氣體分壓。氣體將穿過滲透膜進(jìn)入所述感測層中或從所述感 測層出來，直到建立平衡。被例如可見光、紅外光和/或紫外光輻照的感測層可以生成發(fā)光 (光學(xué)響應(yīng)），其強(qiáng)度作為時間段函數(shù)取決于所述感測層中目前存在的氣體的濃度。根據(jù)對 該光學(xué)響應(yīng)（在該范例中為發(fā)光）的測量，可以導(dǎo)出皮膚中的氣體濃度。
[0015] 在將所述光學(xué)傳感器單元附接到需要測量其溶解氣體濃度的所述對象（例如皮 膚）之前，移除覆蓋所述透氣層的所述保護(hù)層。通過提供所述保護(hù)層并且僅在將所述傳感 器附接到所述對象之前移除所述保護(hù)層，此時不需要對所述傳感器單元的校準(zhǔn)。亦即，由于 從制作直到使用，所述透氣層以及優(yōu)選地還有所述感測層受所述可移除保護(hù)層保護(hù)，使得 所述透氣層和所述感測層保持對待測量氣體的已知響應(yīng)，例如分別為擴(kuò)散特性和光學(xué)響應(yīng) 特性。因此，可以在制作期間處理校準(zhǔn)，并且用戶不需要在使用前處理繁瑣的校準(zhǔn)。
[0016] 優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器單元還包括至少一個光學(xué)透明層，其鄰近所述至少一個 感測層的另一側(cè)或相反側(cè)。所述透明層（或透明物質(zhì)）可以覆蓋所述感測層并保護(hù)其免于 與周圍大氣直接接觸。優(yōu)選地，所述至少一個感測層尤其在一側(cè)被所述透氣層包圍并且在 另一側(cè)被所述光學(xué)透明層包圍。由于所述透氣層沒有防止?jié)駳膺M(jìn)入和/或離開所述感測 層，根據(jù)本發(fā)明提供這樣的方案，其中，在存儲期間氣密封裝所述至少一個感測層。所述至 少一個光學(xué)透明層可以僅對選定的波長范圍透明。例如，當(dāng)使用第一光譜范圍的輻射作為 輻照所述感測層的所述預(yù)定輻射，并且使用第二光譜范圍的輻射來確定所述感測層的響應(yīng) 時，所述至少一個光學(xué)透明層可以僅允許所述第一和第二光譜范圍的波長通過。這增加了 所述光學(xué)傳感器單元的準(zhǔn)確度和靈敏度。
[0017] 優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器單元還包介于至少所述至少一個透氣層與所述至少一個 可移除保護(hù)層之間的接觸介質(zhì)。所述接觸介質(zhì)優(yōu)選地包括凝膠或液體。所述接觸介質(zhì)優(yōu)選 地適于通過建立對具有固定滲透度的流體的接觸，來保持/控制或影響所述至少一個透氣 層和/或所述至少一個感測層的水含量（濕氣含量）。在所述傳感器單元被用作經(jīng)皮傳感 器的情況中，所述滲透度被選擇為對應(yīng)于人類皮膚的滲透度的值。因此，可以增加所述光學(xué) 傳感器單元的保存期限，并且可以防止所述感測層的光學(xué)響應(yīng)特性和/或所述透氣層的擴(kuò) 散特性的劣化。額外地或可選地，所述接觸介質(zhì)還適于確保所述透氣層與釋放氣體的對象 之間的流體接觸。這進(jìn)一步提升所述光學(xué)傳感器單元的準(zhǔn)確度。所述接觸介質(zhì)優(yōu)選地完全 覆蓋所述透氣層。
[0018] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述光學(xué)傳感器單元還包括介于所述接觸介質(zhì)與所述可移除 保護(hù)層之間的第二透氣層。所述透氣層優(yōu)選地支撐所述接觸介質(zhì)，并且阻擋不想要的物質(zhì) 在皮膚與感測層之間轉(zhuǎn)移。
[0019] 優(yōu)選地，可以在所述光學(xué)傳感器單元中提供儲層，以向所述保護(hù)層與所述至少一 個透氣層之間的空間提供足夠的接觸介質(zhì)。
[0020] 優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器單元還包括鄰近所述至少一個透氣層并且具有腔體和/ 或孔的結(jié)構(gòu)，其中，所述接觸介質(zhì)被布置在所述腔體中。所述腔體和/或孔提供一種保持并 支撐所述接觸介質(zhì)的曲徑。
[0021] 優(yōu)選地，所述傳感器單元還包括介于所述至少一個可移除保護(hù)層與支撐至少所述 感測層和/或所述透氣層的結(jié)構(gòu)之間的膠粘層。所述膠粘層可以有兩個功能。第一，所述 膠粘層可以將所述可移除保護(hù)層固定到支撐至少所述感測層或所述透氣層的結(jié)構(gòu)，因此密 封所述感測層和/或所述透氣層免于與周圍大氣（包裝中的保護(hù)氣體或空氣）直接接觸。 通過這樣，可以增加所述光學(xué)傳感器單元的保存期限，并且可以防止所述感測層的光學(xué)響 應(yīng)特性和/或所述透氣層的擴(kuò)散特性的劣化。第二，所述膠粘層可以被用于在所述保護(hù)層 已被移除之后，將所述光學(xué)傳感器單元牢固地固定到釋放或交換氣體的對象，例如皮膚。再 次，與釋放氣體的對象直接接觸的所述膠粘層將所述透氣層和/或所述感測層從周圍空氣 密封，由此防止所述感測層的光學(xué)響應(yīng)特性和/或所述透氣層的擴(kuò)散特性的劣化。所述粘 結(jié)劑的材料可以與膠布繃帶中應(yīng)用的材料相同。
[0022] 優(yōu)選地，所述膠粘層包括第一膠粘層、第二膠粘層和介于所述第一膠粘層與所述 第二膠粘層之間的支撐層。所述第一膠粘層可以具有用于使所述至少一個透氣層和/或所 述接觸介質(zhì)暴露的開口，其中，所述第二膠粘層和所述支撐層覆蓋所述至少一個透氣層和/ 或所述接觸介質(zhì)。所述第二膠粘層和所述支撐層可以在其對應(yīng)于所述透氣層的部分中至少 部分地被穿孔。因此，在移除由所述第二膠粘層支持的所述保護(hù)層之后，所述第一膠粘層支 持所述支撐層。
[0023] 優(yōu)選地，所述至少一個感測層包括發(fā)光材料/發(fā)光體。為了監(jiān)測氧，所述感測層可 以包括熒光染料，并且為了監(jiān)測C0 2，所述感測層可以包括含有pH響應(yīng)發(fā)光體的硅氧橡膠。 所述至少一個感測層可以適于同時監(jiān)測氧和C02。優(yōu)選地，所述感測層包括第一區(qū)域和第二 區(qū)域，用于分別檢測氧和C0 2。這提供了所述光學(xué)傳感器單元的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。
[0024] 優(yōu)選地，所述透氣層適于防止光穿過所述透氣層。例如，所述透氣層可以適于反射 或散射被傳送通過所述至少一個感測層的光。因此，由位于鄰近所述感測層（即在其之上） 或所述光學(xué)透明層的檢測設(shè)備測量的發(fā)光的強(qiáng)度增加，由此增加了信噪比并且因此所述光 學(xué)傳感器單元的靈敏度和準(zhǔn)確度。為不透光的所述透氣層也防止來自環(huán)境的光影響由所述 檢測設(shè)備測量的來自所述感測層的光的強(qiáng)度。
[0025] 優(yōu)選地，所述可移除保護(hù)層包括塑料和/或金屬和/或?yàn)椴煌腹獾暮?或?yàn)椴煌?氣的。因此，可以防止所述透氣層和/或所述感測層的特性的劣化，其可能是由例如入射環(huán) 境光造成的，所述入射環(huán)境光造成所述感測層中的發(fā)光染料的光漂白，或水從所述感測和/ 或透氣層到周圍大氣（例如空氣）的蒸發(fā)。
[0026] 優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器單元還包括至少一個加熱元件和/或至少一個溫度傳感 器。例如，當(dāng)所述光學(xué)傳感器單元被附接到人的皮膚時，所述加熱元件可以適于增加血液灌 注和皮膚的透氣性，由此增加所述光學(xué)傳感器單元和/或經(jīng)皮傳感器單元的靈敏度和準(zhǔn)確 度。所述加熱器可以為（齊納）二極管的形式或者可以包括薄箔，以最小化光學(xué)距離和熱 質(zhì)量。進(jìn)一步地，所述加熱器優(yōu)選為電阻加熱器或（齊納）二極管，從而所述元件也可以被 用作溫度傳感器，即加熱器與溫度傳感器由相同的元件（一個或多個）形成。這降低了用 于加熱器和溫度傳感器的安裝所需要的空間以及成本。然而，所述溫度傳感器也可以被實(shí) 現(xiàn)為用于感測所述光學(xué)傳感器單元的溫度的單獨(dú)元件，以避免對皮膚的損傷或灼傷。
[0027] 優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器單元為用于測量血液氣體濃度（尤其是02和/或C0 2氣 體濃度）的經(jīng)皮傳感器單元。該應(yīng)用是有利地，因?yàn)槠鋵⑹沟媚軌蛟诩沂褂媒?jīng)皮氣體監(jiān)測， 而無需昂貴的患者訓(xùn)練或訓(xùn)練有素的護(hù)士的參加。
[0028] 優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器單元包括第一感測層和第二感測層，其中，所述第一感測 層適于測量〇 2濃度，并且所述第二感測層適于測量C02濃度。所述第一感測層和第二感測 層可以被堆疊，或者可以被布置為相對于釋放氣體的對象的表面鄰近彼此。這提供了所述 光學(xué)傳感器單元的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。.
[0029] 優(yōu)選地，所述光學(xué)傳感器單元還包括：適于用光輻照所述感測層的至少一個光源 或?qū)Ч饨Y(jié)構(gòu)，以及適于檢測所述感測層的所述光學(xué)響應(yīng)的至少一個導(dǎo)光結(jié)構(gòu)或檢測設(shè)備。
[0030] 所述至少一個光源可以為有源光源，例如LED，并且所述至少一個檢測設(shè)備可以為 光敏設(shè)備。可選地，導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被用于用所述預(yù)定輻射來輻照所述感測層。所述導(dǎo)光結(jié) 構(gòu)可以被布置在所述感測層/光學(xué)透明層之上，并且經(jīng)由光纖被連接到所述光學(xué)傳感器單 元外部的光源。來自所述外部光源的光被引導(dǎo)通過所述光纖并被引入所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，所述 導(dǎo)光結(jié)構(gòu)適于將所述光朝著所述至少一個感測層導(dǎo)向。進(jìn)一步地，相同的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被 用于收集所述感測層的所述光學(xué)響應(yīng)，以及被用于經(jīng)由相同或不同的光纖將所述光學(xué)響應(yīng) (例如發(fā)光）引導(dǎo)至所述光學(xué)傳感器單元外部的設(shè)備用于分析。
[0031] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，采用兩種可選的組合。尤其地，所述光學(xué)傳感器單元中包括的 有源光源可以被用于用所述預(yù)定輻射輻照所述感測層，并且導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被用于收集所述 感測層的所述光學(xué)響應(yīng)，并且用于經(jīng)由至少一個光纖，將所述光學(xué)響應(yīng)（例如發(fā)光）引導(dǎo)至 所述光學(xué)傳感器單元外部的設(shè)備，用于分析。優(yōu)選地，所述光被耦合到所述感測層中，并且 通過所述感測層的相同表面收集發(fā)光?？蛇x地，經(jīng)由光纖被連接到所述光學(xué)傳感器單元外 部的光源的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被用于將來自外部光源并被傳輸通過至少一個光纖的光朝著所 述至少一個感測層導(dǎo)向。至少一個檢測設(shè)備，例如光敏設(shè)備，可以然后被包括用于感測光學(xué) 響應(yīng)，并且可以適于生成例如對應(yīng)于所感測的光學(xué)響應(yīng)的電信號。所述信號可以被傳輸?shù)?外部設(shè)備用于分析?？蛇x地，所述光學(xué)傳感器單元可以適于執(zhí)行所述分析。
[0032] 優(yōu)選地，所述至少一個光源和所述至少一個檢測設(shè)備形成被可拆卸地連接到所述 光學(xué)傳感器單元的殼體或結(jié)構(gòu)的單元。相應(yīng)地，所述光學(xué)傳感器單元的剩余部分，例如所述 感測層、透氣層、可移除保護(hù)層、殼體和/或支撐結(jié)構(gòu)可以是一次性的，其中，其余單元，即 所述光源和所述檢測設(shè)備可以被重復(fù)使用。這允許節(jié)省成本，因?yàn)榘嘿F的部分，例如光源和 /或檢測設(shè)備和/或電子元件被重復(fù)使用。通過使用導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，有可能連接被耦合到所述光 學(xué)傳感器單元的輸入和/或輸出導(dǎo)光結(jié)構(gòu)。因此，不需要將額外的單元連接到容納所述光 源和所述至少一個檢測設(shè)備的所述光學(xué)傳感器單元。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于患者監(jiān)測和/或患者的通氣的系統(tǒng)，包括 如上所述的光學(xué)傳感器單元、通氣設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備。所述光學(xué)傳感器單元可以操作性地耦 合到所述監(jiān)測設(shè)備和/或到所述通氣設(shè)備，其中，所述監(jiān)測設(shè)備可以適于以下中的至少一 項(xiàng)：分析所述感測層的所述光學(xué)響應(yīng)、控制所述加熱元件和/或所述溫度傳感器、顯示所確 定的氣體濃度，等等。進(jìn)一步地，所述監(jiān)測設(shè)備可以起所述光學(xué)傳感器單元與所述通氣設(shè)備 之間的界面的作用。優(yōu)選地，所述監(jiān)測設(shè)備包括用于從所述感測層所測量/感測的光學(xué)響 應(yīng)，例如從所感測的所述發(fā)光的強(qiáng)度或衰變時間，來計(jì)算/確定所述氣體濃度的模塊。當(dāng) 所述感測層并入具有快發(fā)光衰變的氣敏染料和具有慢發(fā)光衰變的氣敏參比染料時，可以應(yīng) 用同步檢測方案。以固定頻率調(diào)制激發(fā)光的強(qiáng)度，并且檢測發(fā)光信號的相位并將其轉(zhuǎn)換成 (可以從其確定所述氣體濃度的）氣敏染料的相對強(qiáng)度。用于計(jì)算/確定所述氣體濃度的 所述模塊可以使用也適用于補(bǔ)償溫度效應(yīng)和皮膚代謝的算法。所述監(jiān)測設(shè)備或通氣設(shè)備可 以包括用于存儲作為時間的函數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)的模塊?？梢允惯@些數(shù)據(jù)在以后可供醫(yī)師分 析。進(jìn)一步地，可以基于所測量/確定的氣體濃度的來控制所述通氣設(shè)備。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供一種用于測量氣體的濃度的方法。所述方法使用 這樣的光學(xué)傳感器單元，所述光學(xué)傳感器單元包括：至少一個感測層，其適于被預(yù)定輻射輻 照；至少一個透氣層，其鄰近所述至少一個感測層的一側(cè)并且適于使要測量其濃度的氣體 朝向所述感測層通過所述透氣層；以及可移除保護(hù)層，其至少覆蓋所述透氣層并且適于在 所述光學(xué)傳感器單元的使用之前被移除，其中，所述光學(xué)傳感器單元適于測量所述至少一 個感測層的光學(xué)響應(yīng)，所述光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度。所述方法優(yōu)選地包括以下步 驟：從所述光學(xué)傳感器單元移除所述保護(hù)層，將所述光學(xué)傳感器單元附接到釋放氣體的對 象，在通過所述透氣層之后，接收要在所述感測層中測量其濃度的氣體，以所述預(yù)定輻射輻 照所述感測層，并且感測所述感測層的所述光學(xué)響應(yīng)，所述光學(xué)取決于所述氣體的濃度。
[0035] 盡管將尤其參考用于血液氣體監(jiān)測和患者監(jiān)測的經(jīng)皮無創(chuàng)傳感器和/或使用其 的通氣設(shè)備來解釋實(shí)施例，但本創(chuàng)新的傳感器也可以容易地被應(yīng)用于不同領(lǐng)域以及其他系 統(tǒng)，例如其他血液氣體傳感器、用于傷口護(hù)理和家庭健康護(hù)理產(chǎn)品的傳感器，或者一般被應(yīng) 用于用于測量氣體濃度的傳感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 在附圖中：
[0037] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元的剖視圖。
[0038] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元的剖視圖。
[0039] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元的剖視圖。
[0040] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元的剖視圖。
[0041] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元的剖視圖。
[0042] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元的剖視圖。
[0043] 圖7示出了包括根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳感器單元的系統(tǒng)。
[0044] 圖8示出了用于使用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳感器單元來測量氣體濃度的方法的流 程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045] 根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳感器單元可以為用于測量血液氣體濃度的即用型傳感器貼。 所述即用型傳感器貼將并入了至少感測層和透氣層（膜）的感測點(diǎn)組合到單個貼單元中。 所述貼單元可以還包括膠粘層（膜）。所述貼單元以這樣的方式被封裝在氣密且不透光的 包裝中，使得所述單元保持其對co 2和/或02的已知響應(yīng)。在打開所述包裝并移除覆蓋所 述感測店和膠粘層的保護(hù)層（保護(hù)箔）之后，所述貼單元可以被直接附接到患者的皮膚。所 述即用型傳感器貼可以典型地被用于在一夜期間監(jiān)測，但也可以被用于在幾天期間監(jiān)測。 在所述傳感器從所述皮膚移除之后，所述傳感器貼可以被丟棄。在制作期間進(jìn)行校準(zhǔn)。不 需要在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)以及單獨(dú)施加傳感器與皮膚之間的接觸液體。由于化學(xué)-光學(xué)技術(shù) 代替電化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，電解質(zhì)溶液的施加也將不再需要。本發(fā)明使用一個或多個透氣膜 以將所述感測層，例如發(fā)光染料，與皮膚分隔。這些膜將在制作期間被用作傳感器點(diǎn)的一部 分，并且不需要在使用前被單獨(dú)安裝和校準(zhǔn)。
[0046] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10的剖視圖。光學(xué)傳感 器單元10可以具有圓形形狀。光學(xué)傳感器單元10包括第一設(shè)備100和第二設(shè)備200。第 二設(shè)備200優(yōu)選地可從第一設(shè)備100拆卸。優(yōu)選地，所述第二設(shè)備可重復(fù)使用并且第一設(shè) 備100為一次性的。在使用中，第一設(shè)備100可以被附接到患者的皮膚300,并且第二設(shè)備 200可以被操作性地耦合到第一設(shè)備100。
[0047] 第一設(shè)備100包括傳感器點(diǎn)120,感器點(diǎn)120包括至少一個透氣層121、至少一個 感測層122和至少一個光學(xué)透明層123。至少一個感測層122位于透氣層121與光學(xué)透明 層123之間。所述光學(xué)透明層基本上氣密的，以防止感測層122的感測/光學(xué)響應(yīng)的劣化。 傳感器點(diǎn)120可以由支撐結(jié)構(gòu)110支撐。支撐結(jié)構(gòu)110可以為圓柱形并且可以包括上開口 和下開口。在恰在傳感器點(diǎn)120之下的所述下開口中，可以提供接觸介質(zhì)130,接觸介質(zhì)130 可以包括接觸凝膠，用于保持/控制透氣層121和/或感測層122的水含量，以及保證在使 用中透氣膜121與皮膚300之間的流體接觸。
[0048] 可以在例如傳感器點(diǎn)120的側(cè)面，提供加熱元件160,用于加熱皮膚300,以增加血 液灌注和皮膚300的透氣性。所述加熱元件可以具有圓柱形狀或任意其他合適的形狀。加 熱元件160可以例如為電阻加熱器，其經(jīng)由所述第二設(shè)備的接觸元件230以電力供應(yīng)?？蛇x 地，第一設(shè)備100的加熱元件160可以包括導(dǎo)熱材料，其被接觸元件230中包括的（電阻） 加熱器加熱。在兩個實(shí)施例中，接觸元件230均與加熱元件160電氣和/或熱接觸。代替 電氣接觸，可以應(yīng)用電感耦合。在該情況中，接觸元件230包括第一電感線圈和加熱元件 160第二電感線圈。在第一設(shè)備100中，由所述第二電感線圈和消散元件，例如電阻器、（齊 納）二極管或顯然地所述線圈自身的導(dǎo)線電阻形成電路。通過將電流施加到所述第一電感 線圈中，在所述第二線圈中感生電流，其引起熱消散。電感耦合方案另外的優(yōu)點(diǎn)在于，皮膚 300上的設(shè)備200和設(shè)備100中的加熱器電子元件之間不存在直接電流接觸。這由于可以 省略電氣保護(hù)裝置，而使加熱器控制器的設(shè)計(jì)容易，并且降低成本。注意，溫度讀出不受設(shè) 備100與設(shè)備200之間的熱接觸電阻影響，只要設(shè)備200與環(huán)境良好地?zé)岣綦x并且設(shè)備100 與設(shè)備200之間的熱接觸電阻顯著小于設(shè)備200到環(huán)境的熱接觸電阻。可以通過連接器的 充分熱隔離容易地滿足該約束。
[0049] 在圖1中，加熱元件160加熱支撐結(jié)構(gòu)110,其繼而加熱下方的皮膚300。然而，在 其他實(shí)施例中，加熱元件160可以直接接觸皮膚300。在這樣的情況中，支撐結(jié)構(gòu)110可以 具有L形狀代替圖1中示出的反T形狀，并且加熱元件160可以延伸到膠粘層140。
[0050] 支撐結(jié)構(gòu)100的下側(cè)被可移除保護(hù)層150覆蓋?？梢瞥Ｗo(hù)層150被提供用于保 護(hù)所述傳感器點(diǎn)和/或接觸介質(zhì)130免于與周圍大氣的直接接觸和/或免受入射環(huán)境光。 保護(hù)層150借助于膠粘層140被附接到支撐結(jié)構(gòu)110。膠粘層140可以被提供有開口，使得 所述接觸介質(zhì)和/或所述傳感器點(diǎn)不被所述膠粘層覆蓋。因此，接觸介質(zhì)130的至少部分 直接與皮膚300接觸。
[0051] 在存儲期間，基本上氣密的透明層123、氣密加熱元件160或所述加熱元件與所述 保護(hù)層150之間的氣密結(jié)構(gòu)完全包圍感測層122、膜層121和接觸介質(zhì)130,由此防止所述 光學(xué)傳感器元件的特性的劣化。在使用之前，移除保護(hù)層150并將第一設(shè)備100附接到皮 膚300。膠粘層140可以防止周圍空氣到接觸介質(zhì)130和/或所述透氣膜和/或所述感測 層的泄漏，由此防止所述光學(xué)傳感器單元的特性的劣化。
[0052] 第二設(shè)備200可以包括光學(xué)設(shè)備220,其包括至少一個光源和至少一個檢測設(shè)備。 第二設(shè)備200優(yōu)選為圓形形狀并且適于裝入支撐結(jié)構(gòu)110的上開口。用于將第一設(shè)備100 和第二設(shè)備200固定彼此的模塊可以包括滑入配合170、270,其分別被提供在限定支撐結(jié) 構(gòu)110的所述上開口的內(nèi)側(cè)壁和第二設(shè)備200的外側(cè)壁的側(cè)表面上。
[0053] 光學(xué)設(shè)備220可以與光學(xué)透明層123直接接觸。光學(xué)設(shè)備220的至少一個光源可 以為有源光源，例如LED，并且光學(xué)設(shè)備220的至少一個檢測設(shè)備可以為光敏設(shè)備。優(yōu)選地， 導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被用于用所述預(yù)定輻射（優(yōu)選為可見光、紅外光和/或紫外光）來輻照感測 層122。所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被布置在傳感器點(diǎn)120上方，并且可以經(jīng)由被包括在供給線240 中的光纖而被連接到光學(xué)傳感器單元10外部的光源。來自所述外部光源的光被引導(dǎo)通過 所述供給線249的所述光纖，并被引入到光學(xué)設(shè)備220的所述導(dǎo)光結(jié)構(gòu)中，其適于將所述光 朝著至少一個感測層122導(dǎo)向。此外，光學(xué)設(shè)備220的相同導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被用于收集感測 層122的所述光學(xué)響應(yīng)，并且被用于經(jīng)由被包括在供給線240中的相同或不同的光纖，將所 述光學(xué)響應(yīng)（例如發(fā)光），引導(dǎo)至光學(xué)傳感器單元10外部的設(shè)備用于分析。
[0054] 可選地，使用上述替代的組合。尤其地，被包括在光學(xué)設(shè)備220中的有源光源（例 如LED)可以被用于輻照感測層122,并且也被包括在光學(xué)設(shè)備220中的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)可以被用 于收集感測層122的光學(xué)響應(yīng)，并用于經(jīng)由供給線240中的至少一個光纖，來將所述光學(xué)響 應(yīng)（例如發(fā)光）引導(dǎo)至光學(xué)傳感器單元10外部的設(shè)備用于分析?？蛇x地，光學(xué)設(shè)備220的 導(dǎo)光結(jié)構(gòu)--其經(jīng)由被包括在供給線240中的至少一個光纖被連接到光學(xué)傳感器單元10 外部的光源--可以被用于將來自所述外部光源被傳輸通過所述至少一個光纖的光朝著 至少一個感測層導(dǎo)向。光學(xué)設(shè)備220中包括的至少一個檢測設(shè)備，例如光敏設(shè)備，被用于感 測光學(xué)響應(yīng)。所述檢測設(shè)備可以適于生成，例如對應(yīng)于所感測的光學(xué)響應(yīng)的電信號。所述 信號可以然后被傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備用于分析?？蛇x地，光學(xué)傳感器單元10可以適于執(zhí)行所述 分析并適于將分析結(jié)果輸出到某種外部設(shè)備。
[0055] 優(yōu)選地，第一設(shè)備100是一次性的并且第二設(shè)備200可重復(fù)使用。尤其地，無源設(shè) 備可以根本不包括任何昂貴的電子元件。因此，可以省力且低成本地制作第一設(shè)備100,其 中，包括電子元件的第二設(shè)備200可以被重復(fù)使用，并且也可以例如與用于測量不同氣體 (例如0 2和C02)的濃度的不同第一設(shè)備100 -起使用。這提供光學(xué)傳感器單元10的增加 的靈活性。
[0056] 在操作期間，加熱元件160以及優(yōu)選地接觸流體130和感測層122的溫度可以被 加熱元件160增加到42攝氏度至45攝氏度范圍內(nèi)的溫度，以增加皮膚中的毛細(xì)血管流量 并將所述毛細(xì)血管血液氣體水平帶至接近動脈血液氣體水品。在操作期間，可以由加熱元 件160和/或接觸元件230中包括的至少一個溫度傳感器，和/或由單獨(dú)提供的溫度傳感 器，來測量所述傳感器溫度。可以這樣控制所述溫度，以具有良好定義的測量條件，并防止 灼傷皮膚300。
[0057] 在優(yōu)選的實(shí)施例中，通過供給線240中包括的光纖和光學(xué)設(shè)備220中包括的導(dǎo)光 結(jié)構(gòu)，感測點(diǎn)120被照亮，并且收集發(fā)光并將其傳輸?shù)奖O(jiān)測設(shè)備20,監(jiān)測設(shè)備20包括光電子 電路，用于檢測和信號分析。在信號檢測以及針對傳感器單元和皮膚300中的溫度相關(guān)效 應(yīng)的補(bǔ)償之后，可以將所導(dǎo)出的氣體濃度水平轉(zhuǎn)移到另外的外部設(shè)備，用于數(shù)據(jù)顯示和存 儲，例如到經(jīng)由監(jiān)測設(shè)備20被連接到光學(xué)傳感器單元10的通氣設(shè)備30 (詳見圖4)。
[0058] 優(yōu)選的是，來自制造商的所有傳感器點(diǎn)均示出為氣體濃度水平的函數(shù)的相同響 應(yīng)。通過若干常數(shù)來描述對氣體濃度的響應(yīng)，并且這些常數(shù)被設(shè)為外部設(shè)備（例如監(jiān)測設(shè) 備20)中的固定參數(shù)，以將光學(xué)傳感器單元10的信號轉(zhuǎn)換成可以被顯示在顯示器模塊或被 存儲在例如SD卡上用于以后由醫(yī)師分析的氣體濃度值。
[0059] 分批校準(zhǔn)可以提供在制作不能被控制為使得來自不同批次的傳感器點(diǎn)120顯示 相同的響應(yīng)的程序時，提供備選。在該情況中，描述所述響應(yīng)的常數(shù)將由制造商針對來自某 一批次的一個或幾個傳感器點(diǎn)120確定，并將為來自所述批次的全部傳感器點(diǎn)120供應(yīng)所 述常數(shù)。負(fù)責(zé)經(jīng)皮貼到患者的分布的照護(hù)提供者可以為特定患者同時提供貼和用于數(shù)據(jù)存 儲的SD卡，其中后者包括描述所述傳感器響應(yīng)的常數(shù)。在連接經(jīng)皮傳感器到外部設(shè)備20、 30并且插入所述SD卡在所述外部設(shè)備20、30用于數(shù)據(jù)存儲時，外部設(shè)備20、30從所述SD 卡讀取所述常數(shù)，并執(zhí)行傳感器點(diǎn)信號到氣體濃度水平的準(zhǔn)確變換，而不涉及所述患者和/ 或護(hù)士和/或醫(yī)師。
[0060] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10的剖視圖。圖2中示 出的實(shí)施例不同于圖1中示出的實(shí)施例，不同之處在于，第二設(shè)備200與第一設(shè)備100集成 地形成。在該實(shí)施例中，光學(xué)傳感器單元10整體可以是可重復(fù)使用或一次性的。
[0061] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10的剖視圖。圖3中示 出的實(shí)施例不同于圖1和圖2中不出的實(shí)施例，不同之處在于不提供接觸介質(zhì)130。相反， 在透氣層121下面，提供具有液體180(例如緩沖溶液180)的儲層。因此，在保護(hù)層150的 移除之后，緩沖溶液180散開，并且可以使透氣層121與患者的皮膚直接接觸。透氣層121 可以為具有高濕氣含量的柔性硅酮橡膠膜，其在經(jīng)皮測量期間提供對皮膚的良好接觸。緩 沖溶液180優(yōu)選地適于保持/控制所述至少一個透氣層和/或所述至少一個感測層的水含 量（濕氣含量）。因此，可以增加所述光學(xué)傳感器單元的保存期限，并且可以防止所述感測 層的光學(xué)響應(yīng)特性和/或所述透氣層的擴(kuò)散特性的劣化。
[0062] 保護(hù)層150可以被成型為使得儲層（即，可以容納緩沖溶液180的空間）被提供 在傳感器點(diǎn)120下面。
[0063] 與圖1和圖2中示出的實(shí)施例另外的不同在于，在圖3中，加熱元件160與膠粘層 140直接接觸。然而，可以組合圖1、圖2和圖3中示出的實(shí)施例，即圖3中示出的實(shí)施例可 以包括圖1和圖2中示出的接觸介質(zhì)130和/或加熱元件160。進(jìn)一步地，圖3中示出的第 二設(shè)備200可以是可從第一設(shè)備100拆卸的或者與第一設(shè)備100集成形成，如圖1和圖2 中分別示出的。進(jìn)一步地，關(guān)于圖1描述的光學(xué)設(shè)備220的結(jié)構(gòu)可以與圖2和圖3的實(shí)施 例相同或?qū)嵸|(zhì)相同。
[0064] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10的剖視圖。根據(jù)第四 實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10類似于圖3中示出的第三實(shí)施例。尤其地，圖4中示出的光學(xué) 傳感器單元10也包括液體或流體180,但有兩個透氣膜，即第一透氣膜121a和第二透氣膜 121b。
[0065] 第一透氣膜121a和第二透氣膜121b被布置為限定它們之間的薄流體層180a。流 體膜180a優(yōu)選地位于傳感器點(diǎn)120下面，并且連接到位于傳感器點(diǎn)120周圍區(qū)域中或傳 感器單元10的其他地方的儲層180b。加熱元件160可以包括至少一個用于提供所述儲層 180b的室。流體180的滲透度控制透氣膜121a、121b和感測層122在存儲期間的水含量。 在操作期間，其提供緩沖液，以改變皮膚上的濕度和滲透度。額外地，第二膜121b阻擋不想 要的物質(zhì)在傳感器點(diǎn)121 (121a、122、123)與皮膚300之間轉(zhuǎn)移。
[0066] 兩個膜121a、121b的組成可以不同，以獲得對物質(zhì)朝向感測層122的想要或不想 要的轉(zhuǎn)移的更高選擇性。在透氣膜121a、121b之間的流體膜180a的厚度應(yīng)足夠薄，以限制 其對傳感器單元10的響應(yīng)時間的影響。優(yōu)選地，其厚度典型地小于一毫米，并且更優(yōu)選在 十分之一毫米的范圍內(nèi)。所述膜之間的間隔結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步被提供為控制流體膜180a的 厚度。
[0067] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10的剖視圖。根據(jù)第五 實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10類似于圖2中示出的第二實(shí)施例。尤其地，圖5中示出的光 學(xué)傳感器單元10也包括接觸介質(zhì)130,但有兩個膠粘層，即第一膠粘層140a和第二膠粘層 140b，以及被設(shè)于它們之間的支撐層141。
[0068] 第一膠粘層140a在形狀和特性上基本上對應(yīng)于圖1-圖4中示出的膠粘層140。 第二膠粘層140b和支撐層141被用于固定接觸介質(zhì)130的位置，并且第二膠粘層140b還被 用于將傳感器單元10粘到皮膚300 (類似于第一至第四實(shí)施例的膠粘層140)。在接觸介質(zhì) 130的位置處，第二膠粘層140b和支撐層141可以被穿孔，以使得氣體能夠在傳感器單元 10與皮膚300之間傳輸?？梢杂筛采w整個貼表面的薄雙面粘結(jié)帶，形成第二膠粘層140b。
[0069] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10的剖視圖。根據(jù)第六 實(shí)施例的光學(xué)傳感器單元10類似于圖2中示出的第二實(shí)施例。尤其地，圖6中示出的光學(xué) 傳感器單元10也包括接觸介質(zhì)130和位于傳感器點(diǎn)120下面的結(jié)構(gòu)131。
[0070] 優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)131位于透氣膜121之上。結(jié)構(gòu)131適于在剝離可移除箔之后固定 接觸介質(zhì)130的位置。結(jié)構(gòu)131可以包括至少一個腔體132,用于容納接觸介質(zhì)130。優(yōu)選 地，腔體132限定結(jié)構(gòu)131的曲徑結(jié)構(gòu)。此外，接觸介質(zhì)130的厚度可以基本上等于或大于 結(jié)構(gòu)131的厚度。優(yōu)選地，接觸介質(zhì)130在傳感器單元10附接到其之后接觸透氣層121和 /或皮膚300?？蛇x地，結(jié)構(gòu)121可以被提供在傳感器點(diǎn)120與接觸介質(zhì)130之間。
[0071] 接觸介質(zhì)130可以為凝膠或液體/流體（例如緩沖溶液）。
[0072] 此外，結(jié)構(gòu)131也可以被應(yīng)用與圖4中示出的第四實(shí)施例，在儲層180b中和/或 在針對流體層180a提供的空間中，例如用于固定第一膜121a和第二膜121b相對于彼此的 位置。
[0073] 圖4-圖6中示出的第二設(shè)備200可以是可從第一設(shè)備100拆卸的，或者與第一設(shè) 備100集成地形成，如在圖1和圖1中分別示出的。進(jìn)一步地，關(guān)于圖1描述的光學(xué)設(shè)備220 的構(gòu)造可以針對圖4-圖6相同或?qū)嵸|(zhì)相同。此外，在第五和第六實(shí)施例中，加熱元件160 的結(jié)構(gòu)可以與針對第三實(shí)施例示出的實(shí)質(zhì)相同，即加熱元件160可以延伸到膠粘層140。
[0074] 可選地，有可能在所有實(shí)施例中均額外地或可選地使用橡膠密封和帶，代替所述 膠粘層，用于將所述光學(xué)傳感器單元附接到皮膚。當(dāng)移除保護(hù)層150時，膠粘層140被移 除，并且優(yōu)選地圍繞支撐結(jié)構(gòu)110的下開口的所述橡膠密封被暴露并且可以被放置在患者 的皮膚上。然而，也有可能使用所述膠粘層和所述橡膠密封，用于固定所述光學(xué)傳感器單元 以及用于密封測量的地方?？梢允褂脦Щ蚰猃埓羁塾糜诠潭ㄟ@種光學(xué)傳感器單元。
[0075] 圖7示出了用于患者監(jiān)測和/或患者的通氣的系統(tǒng)，包括根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳感 器單元10、通氣設(shè)備30和監(jiān)測設(shè)備20。監(jiān)測設(shè)備20可以起光學(xué)傳感器單元10與通氣設(shè) 備30之間的界面的作用。監(jiān)測設(shè)備20可以包括光電子元件，用于經(jīng)由供給線240和光學(xué) 設(shè)備220中包括的光纖，為光學(xué)傳感器單元10供應(yīng)光，以及用于經(jīng)由光學(xué)設(shè)備220和供給 線240中包括的光纖接收來自感測層121的發(fā)光。監(jiān)測設(shè)備20可以還包括用于基于所接 收的光學(xué)響應(yīng)（例如在感測層123中生成的所述發(fā)光的強(qiáng)度）來確定/計(jì)算氣體濃度的模 塊。監(jiān)測設(shè)備20可以還包括加熱器控制器，用于控制加熱元件160的溫度。所述加熱器控 制器可以適于使用光學(xué)傳感器單元10中包括的溫度傳感器來檢測加熱元件160的溫度，以 及適用于基于所檢測的溫度，調(diào)節(jié)例如流通通過加熱元件160或接觸元件230中包括的電 阻加熱器的電流。監(jiān)測設(shè)備20可以還包括用于與通氣設(shè)備30通信的模塊。所述通信模塊 可以包括至少一種通信技術(shù)，例如有線（線纜）、無線（藍(lán)牙、紅外、RF)，等等。
[0076] 通氣設(shè)備30可以包括與現(xiàn)有技術(shù)中用于對患有呼吸衰竭的患者的有創(chuàng)或無創(chuàng)通 氣的通氣設(shè)備相關(guān)聯(lián)的所有功能，并且可以還包括顯示模塊和存儲設(shè)備，用于顯示和存儲 從監(jiān)測設(shè)備20接收的信息/數(shù)據(jù)。尤其地，通氣設(shè)備30的所述顯示模塊可以適于顯示由 監(jiān)測設(shè)備20確定的氣體濃度，并且可以還存儲預(yù)定時間段上的氣體濃度信息，例如用于以 后由醫(yī)師評價或用于對通氣設(shè)置的閉環(huán)自適應(yīng)。所述監(jiān)測設(shè)備可以為獨(dú)立式設(shè)備或卡到通 氣機(jī)上的設(shè)備，或被包括在通氣設(shè)備30中。
[0077] 圖8示出了用于使用根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)傳感器單元10測量氣體的濃度的方法的 流程圖。在步驟S10中，從光學(xué)傳感器單元10移除保護(hù)層150。然后，在步驟S20中，將光 學(xué)傳感器單元10附接到患者的皮膚300。接觸介質(zhì)130或透氣層121接觸皮膚。膠粘層 150被牢固地附接到皮膚并且優(yōu)選地將接觸區(qū)（傳感器點(diǎn)120)從周圍空氣密封。在附接 所述光學(xué)傳感器單元10之后，加熱元件160可以被用于加熱光學(xué)傳感器單元10下方的皮 膚300,以增加皮膚中的毛細(xì)血管血流量并使毛細(xì)血管血液氣體水平接近動脈血液氣體水 平。離開皮膚并且要測量其濃度的氣體，通過提供預(yù)定擴(kuò)散速率的透氣層121，并到達(dá)感測 層122。在步驟S30中，用預(yù)定輻射輻照感測層122,所述預(yù)定輻射優(yōu)選為可見光、紅外或紫 外輻射。輻照感測層122引起感測層生成發(fā)光，發(fā)光的強(qiáng)度取決于擴(kuò)散到感測層122中的氣 體的濃度。尤其地，所述發(fā)光的強(qiáng)度根據(jù)感測層122中的氣體的濃度變化。在步驟S40中， 由光學(xué)設(shè)備220測量/感測光學(xué)響應(yīng)，即所述發(fā)光的強(qiáng)度。優(yōu)選地，經(jīng)由光學(xué)設(shè)備220和供 給線240中的光纖將所述發(fā)光引導(dǎo)至監(jiān)測設(shè)備20,該監(jiān)測設(shè)備20適于在步驟S50中，利用 所述光學(xué)響應(yīng)，并且尤其基于所感測的熒光的強(qiáng)度來確定/計(jì)算氣體的濃度。監(jiān)測設(shè)備20 可以然后將所確定的氣體濃度傳輸?shù)酵庀到y(tǒng)30,用于顯示和存儲。
[0078] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：對所述光學(xué)傳感器單元的校準(zhǔn)是在制作期間處理的，并且不 需要使用之前進(jìn)行校準(zhǔn)以及單獨(dú)應(yīng)用傳感器與皮膚之間的接觸流體。由于應(yīng)用化學(xué)光學(xué)技 術(shù)代替常規(guī)的電化學(xué)技術(shù)應(yīng)用，也不需要電解質(zhì)溶液。根據(jù)本發(fā)明，透氣膜及優(yōu)選地接觸介 質(zhì)被用于將感測層（例如包括發(fā)光染料）與釋放氣體的對象（例如皮膚）分開。這些元件 在制作期間作為傳感器現(xiàn)場的部分被應(yīng)用，而不需要在使用之前單獨(dú)安裝。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于測量氣體的濃度的光學(xué)傳感器單元（10)，包括： -至少一個感測層（122)，其適于被預(yù)定輻射輻照； -至少一個透氣層（121)，其鄰近所述至少一個感測層（122)的一側(cè)并且適于使要測量 其濃度的氣體朝向所述感測層（122)通過所述透氣層（121); -可移除保護(hù)層（150)，其至少覆蓋所述透氣層（121)并且適于在所述光學(xué)傳感器單元 (10)的使用之前被移除， 其中，所述光學(xué)傳感器單元（10)適于測量所述至少一個感測層（122)的光學(xué)響應(yīng)，所 述光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器單元，還包括接觸介質(zhì)（130、180)，所述接觸介質(zhì)至 少介于至少所述透氣層（121)與所述可移除保護(hù)層（150)之間，所述接觸介質(zhì)為凝膠（130) 或液體（180)，其中，所述接觸介質(zhì)（130、180)適于控制所述至少一個透氣層（121)和/或 所述至少一個感測層（122)的水含量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器單元，還包括第二透氣層（121b)，所述第二 透氣層介于所述接觸介質(zhì)（130)與所述可移除保護(hù)層（150)之間。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感器單元，還包括鄰近所述至少一個透氣層 (121)并且具有腔體（132)的結(jié)構(gòu)（131)，其中，所述接觸介質(zhì)（130)被布置在所述腔體 (132)中。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感器單元，還包括膠粘層（140)，所述膠粘層 介于所述可移除保護(hù)層（150)與至少支撐所述感測層（122)和/或所述透氣層（121)的結(jié) 構(gòu)（110)之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)傳感器單元，其中，所述膠粘層（140)被提供用于在移除 所述保護(hù)層（150)之后被附接到交換氣體的對象。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光學(xué)傳感器單元，其中，所述膠粘層（140)包括第一膠 粘層（140a)、第二膠粘層（140b)和介于所述第一膠粘層（140a)與所述第二膠粘層（140b) 之間的支撐層（141)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)傳感器單元，其中， -所述第一膠粘層（140a)具有用于使所述至少一個透氣層（121)和/或所述接觸介質(zhì) (130)暴露的至少一個開口， -所述第二膠粘層（140b)和所述支撐層（141)覆蓋所述至少一個透氣層（121)和/或 所述接觸介質(zhì)（130)，并且 -所述第二膠粘層（140b)和所述支撐層（141)在其對應(yīng)于所述透氣層（121)的部分中 被至少部分地穿孔。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感器單元，其中，所述感測層（122)包括發(fā)光 材料。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感器單元，其中，所述透氣層（121)適于防止 光通過所述透氣層（121)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的光學(xué)傳感器單元，其中，所述可移除保護(hù)層（150)包 括塑料和/或金屬和/或?yàn)椴煌腹獾暮?或?yàn)椴煌笟獾摹?br> 12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器單元，其中，所述光學(xué)傳感器單元 為經(jīng)皮傳感器單元，所述經(jīng)皮傳感器單元用于測量血液氣體濃度，尤其是〇2和/或co2的氣 體濃度。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器單元，還包括： -至少一個光源或?qū)Ч饨Y(jié)構(gòu)（220)，其適于用光輻照所述感測層（122); -至少一個導(dǎo)光結(jié)構(gòu)或檢測設(shè)備（220)，其適于檢測所述感測層（122)的所述光學(xué)響 應(yīng)，其中，所述光源、導(dǎo)光結(jié)構(gòu)和/或所述檢測設(shè)備中的至少一個優(yōu)選被可拆卸地連接到所 述光學(xué)傳感器單兀。
14. 一種用于患者監(jiān)測和/或患者的通氣的系統(tǒng)，包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng) 所述的光學(xué)傳感器單元（10)、通氣設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備。
15. -種用于使用光學(xué)傳感器單元（10)來測量氣體的濃度的方法，所述光學(xué)傳感器單 元（10)包括：至少一個感測層（122)，其適于被預(yù)定輻射輻照；至少一個透氣層（121)，其 鄰近所述至少一個感測層（122)的一側(cè)并且適于使要測量其濃度的氣體朝向所述感測層 (122)通過所述透氣層（121);以及可移除保護(hù)層（150)，其至少覆蓋所述透氣層（121)并 且適于在所述光學(xué)傳感器單元（10)的使用之前被移除，其中，所述光學(xué)傳感器單元（10)適 于測量所述至少一個感測層（122)的光學(xué)響應(yīng)，該光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度，所述 方法包括以下步驟： -從所述光學(xué)傳感器單元（10)移除所述保護(hù)層（150)， -將所述光學(xué)傳感器單元（10)附接到釋放氣體的對象， -接收要在所述感測層（122)中測量其濃度的、通過所述透氣層（121)之后的氣體， -以所述預(yù)定輻射輻照所述感測層（122)，并且 -感測所述感測層（122)的所述光學(xué)響應(yīng)，所述光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度。
【文檔編號】A61B5/1455GK104144644SQ201380011768
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月1日
【發(fā)明者】H·W·范克斯特倫, J·A·H·M·卡爾曼, N·蘭貝特 申請人:皇家飛利浦有限公司