一種測量血氧飽和度的方法以及便攜式設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量血氧飽和度的方法，該方法包括：向被測量對象的體表皮膚發(fā)送第一測量光，第二測量光和參考光，并接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光；獲取第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差；所述第二差值述參考反射光與第二反射光的光強變化率之差；通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值x，并根據(jù)所述比值x，計算血氧飽和度y。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種用于測量血氧飽和度的便攜式設(shè)備。采用本發(fā)明提供的方法和便攜式設(shè)備，可以實現(xiàn)實時準確地血氧飽和度測量。
【專利說明】一種測量血氧飽和度的方法以及便攜式設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生理參數(shù)測量領(lǐng)域，具體地說涉及一種測量血氧飽和度的方法以及便攜式設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]氧是維持人體正常生理活動的重要元素，空氣中的氧通過人體肺部交換后進入血液，結(jié)合在血紅蛋白上傳送至全身。血紅蛋白由四條鏈組成，兩條α鏈和兩條β鏈，每一條鏈有一個包含一個鐵原子的環(huán)狀血紅素。氧氣結(jié)合在鐵原子上，被血液運輸。每克血紅蛋白可結(jié)合1.34ml的氧氣，是血漿溶氧量的70倍。
[0003]以氧合血紅蛋白(HbO2)及還原血紅蛋白為基礎(chǔ)的血氧飽和度(SO2)表征了人體氧循環(huán)的狀態(tài)，是判斷人體呼吸和循環(huán)系統(tǒng)的重要參數(shù)。血氧飽和度是血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的濃度。正常人體動脈血的血氧飽和度為98%，靜脈血為75%。一般認SpO2正常應(yīng)不低于94%，在94%以下為供氧不足。
[0004]缺氧的危害與缺氧程度、發(fā)生速度及持續(xù)時間有關(guān)。低氧時首先出現(xiàn)的是代償性心率加速，心搏及心排血量增加，循環(huán)系統(tǒng)以高動力狀態(tài)代償氧含量的不足。同時產(chǎn)生血流再分配，腦及冠狀血管選擇性擴張以保障足夠的血供。嚴重低氧，心內(nèi)膜下乳酸堆積，ATP (adenosine triphosphate,三磷酸腺苷)合成降低,產(chǎn)生心肌抑制,導致心動過緩，期前收縮，血壓下降與心排血量降低，以及出現(xiàn)室顫等心率失常乃至停搏。因此對于血氧飽和度的實時監(jiān)測非常重要 。
[0005]為了避免采血檢測對人體所造成的損傷，現(xiàn)在主要采用對人體不會造成損傷的無創(chuàng)檢測方法來檢測血氧飽和度。無創(chuàng)血氧飽和度檢測分為透射式和反射式兩種方法。其中，透射式方法通過獲取經(jīng)過人體組織的透射光來分析血氧飽和度，由于透射光信號較強，測量準確率高，因此該方法目前在臨床上已獲得廣泛應(yīng)用。但是透射式方法適合應(yīng)用在皮膚較薄的地方，以便光的透射，因此對應(yīng)用部位有所限制。反射式方法獲取由人體組織反射的光強信號，因而其探頭不受安放位置的限制，具有更廣闊的應(yīng)用前景。但是目前通過反射式測量血氧飽和度的方法準確率不高，誤差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有反射式測量血氧飽和度的方法精度低、有效率差的問題，本發(fā)明提供一種測量血氧飽和度的方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種測量血氧飽和度的方法，其中，所述方法包括步驟:
[0008]a)向被測量對象的體表皮膚發(fā)送第一測量光，第二測量光和參考光，并接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光；
[0009]b)獲取第一差值和第二差值，其中，
[0010]所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差；
[0011]所述第二差值為參考反射光與第二反射光的光強變化率之差；
[0012]C)通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X，計算血氧飽和度y。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述步驟c)進一步為:
[0014]通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X，利用公式y(tǒng) = nx+m,計算血氧飽和度y ;其中，η > O ；0 < m < 100。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個【具體實施方式】，
[0016]所述第一測量光的波長為660nm±3nm ;
[0017]所述第二測量光的波長為940nm土 1nm ；
[0018]所述參考光的波長為820±10nm。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應(yīng)的腕部體表皮膚。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種測量血氧飽和度的便攜式設(shè)備，其中，所述便攜式設(shè)備包括:光發(fā)射和光接收模塊、計算模塊以及處理模塊；
[0021]所述光發(fā)射和接收模塊，用于向被測量對象的體表皮膚發(fā)送第一測量光，第二測量光和參考光，以及接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光；
[0022]計算模塊，用于計算并獲得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差，
[0023]所述第二差值為參考反射光光強與第二反射光的光強變化率之差；
[0024]處理模塊，用于計算并獲得所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X,計算血氧飽和度I。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個【具體實施方式】，所述處理模塊，根據(jù)所述比值X，計算血氧飽和度y，具體為:根據(jù)所述比值X，利用公式y(tǒng) = nx+m,計算血氧飽和度y ；
[0026]其中，η> O ;0 < m < 100。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一個【具體實施方式】，
[0028]所述第一測量光的波長為660nm±3nm ；
[0029]所述第二測量光的波長為940nm土 1nm ；
[0030]所述參考光的波長為820nm±10nm。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應(yīng)的腕部體表皮膚。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，所述便攜式設(shè)備具有腕式佩戴結(jié)構(gòu)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的又一個【具體實施方式】，該便攜式設(shè)備還包括:
[0034]顯示模塊，用于顯示所述血氧飽和度。
[0035]本發(fā)明首先向被測對象的體表皮膚發(fā)送測量光和參考光，之后接收測量光和參考光的反射光，并利用經(jīng)反射的各束光的光強變化率計算得到被測對象的血氧飽和度。采用反射的方法獲取由被測對象的測試部位反射的光強信號，光強信號強，因而測試探頭不受安放位置的限制，更加靈活。在測試過程中加入了參考光，可以有效去除被測對象的固有吸收率對測試光的吸收，使得測量結(jié)果更加準確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0037]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明提供的一種測量血氧飽和度的方法的一個【具體實施方式】的流程示意圖；
[0038]圖2所示為波長與吸收系數(shù)的關(guān)系圖；
[0039]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明提供的一種測量血氧飽和度的便攜式設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。

【具體實施方式】
[0041]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0042]參考圖1，圖1所示為根據(jù)本發(fā)明提供的一種測量血氧飽和度的方法的一個【具體實施方式】的流程示意圖。
[0043]血氧飽和度測量基于動脈血液對光的吸收量隨動脈搏動而變化。當透光區(qū)域動脈血管搏動時，動脈血液對光的吸收量將隨之變化，而皮膚、肌肉、骨骼和靜脈血等其他組織對光的吸收不變。具體地，本發(fā)明提供的測量血氧飽和度的方法主要的適用對象是人類，因此所述被測量對象在本文中主要指的是需要進行血氧飽和度測量的人類。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，本發(fā)明提供的測量血氧飽和度的方法還可以應(yīng)用于針對與人類具有相同或相似生理特性的哺乳動物的血氧飽和度的測量。
[0044]步驟S101，向被測量對象的體表皮膚發(fā)送第一測量光，第二測量光和參考光，并接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光。
[0045]本發(fā)明采用的反射法測量血氧飽和度，具體原理是向人體組織發(fā)送光波，該光波經(jīng)過人體組織反射后生成反射光，然后接收該反射光并分析該反射光所反映的人體的生理狀況，從而達到測量人體血氧飽和度的目的。
[0046]參考圖2，在紅光區(qū)(600nm~700nm)氧合血紅蛋白的吸收峰弱。在紅外區(qū)(850nm~100nm)還原血紅蛋白的吸收峰弱。透射與反射導致的光強變化率相等，與吸收系數(shù)成正比。因此，優(yōu)選的，所述第一測量光的波長為660nm±3nm，例如:657nm，660nm或者663nm。優(yōu)選的，所述第二測量光的波長為940nm± 1nm,例如:930nm、940nm或者950nm。
[0047]為了消除誤差，在測量過程中，增加了第三束光作為參考光。在第三束光的波長下，氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白對光吸收率一致，可以排除人體固有狀態(tài)對光強變化的干擾。優(yōu)選的，所述參考光的波長為820±10醒，例如:810nm、820nm或者830nm。
[0048]優(yōu)選的，上述體表皮膚為被測量對象的橈動脈所對應(yīng)的腕部體表皮膚。
[0049]兩束測量光和一束參考光的發(fā)射可以采用三個不同的激光器來實現(xiàn)或者采用集成的激光器來實現(xiàn)。此外，光的發(fā)射和接收還可以采用光電傳感器來實現(xiàn)，例如，可以使用NJL5501R芯片來實現(xiàn),該芯片即是一種可以產(chǎn)生紅光和紅外光的光電傳感器。
[0050]步驟S102，獲取第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差；所述第二差值為參考反射光與第二反射光的光強變化率之差?？梢岳斫?，第一反射光是第一測量光的反射光；第二反射光是第二測量光的反射光；參考反射光是參考光的反射光。
[0051]上述計算過程需要由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片或者設(shè)備將第一反射光，第二反射光和參考反射光的光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。可以實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的芯片有很多種，而如果在步驟SlOl中采用NJL5501R芯片來實現(xiàn)光發(fā)射和光接收，由于NJL5501R芯片中已包括實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的硬件結(jié)構(gòu)，則不需要額外增加芯片或者設(shè)備來實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0052]轉(zhuǎn)換后，將第一反射光的光強變化率記為a,參考反射光的光強變化率記為b,第二反射光的光強變化率記為C。則第一差值為b_a,第二差值為c_b。
[0053]步驟S103，通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X,計算血氧飽和度y。優(yōu)選的，利用公式y(tǒng) = nx+m,來計算血氧飽和度；其中，η > O ；0< m < 100從步驟S102的描述可以看出，其中比值X = (b_a)/(c_b)。根據(jù)比值x得到血氧飽和度y，可以采用單片機來實現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，有多種單片機可以實現(xiàn)數(shù)字信號的計算，來生成生理參數(shù)，例如:MK20DN512VLK10芯片?？梢岳斫猓诒景l(fā)明中，該生理參數(shù)即指血氧飽和度y，血氧飽和度y = nx+m。
[0054]其中，η > 0，例如，可以取值為1，3，5等等；0 < m < 100，例如，可以取值為2,40,
^7坐坐 O 1-rj- -Tj- O
[0055]參考圖3，圖3所示為根據(jù)本發(fā)明提供的一種測量血氧飽和度的便攜式設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]所述便攜式設(shè)備20包括:光發(fā)射和光接收模塊21、計算模塊21以及處理模塊22。
[0057]所述光發(fā)射和接收模塊21，用于向被測量對象的體表皮膚10發(fā)送第一測量光，第二測量光和參考光，以及接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光。優(yōu)選的，被測對象的體表皮膚10為被測量對象的橈動脈所對應(yīng)的腕部體表皮膚。
[0058]優(yōu)選的，所述第一測量光的波長為660nm±3nm,例如:657nm, 660nm或者663nm。優(yōu)選的，所述第二測量光的波長為940nm± 1nm,例如:930nm、940nm或者950nm。
[0059]為了消除誤差，在測量過程中，增加了第三束光作為參考光。在第三束光的波長下，氧合血紅蛋白與還原血紅蛋白對光吸收率一致，可以排除人體固有狀態(tài)對光強變化的干擾。優(yōu)選的，所述參考光的波長為820±10醒，例如:810nm、820nm或者830nm。
[0060]優(yōu)選的，光發(fā)射和接收模塊21為光電傳感器，例如，NJL5501R芯片，該芯片即是一種可以產(chǎn)生紅光和紅外光的光電傳感器。
[0061 ] 計算模塊22，用于計算并獲得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差，所述第二差值為所述參考反射光與第二反射光的光強變化率之差。第一反射光是第一測量光的發(fā)射光；第二反射光是第二測量光的發(fā)射光；參考反射光是參考光的反射光。
[0062]計算模塊22可以是能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的芯片或者設(shè)備，例如NJL5501R芯片。在NJL5501R芯片中有可以實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的硬件結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換后，將第一反射光的光強變化率記為a,參考反射光的光強變化率記為b,第二反射光的光強變化率記為C。則第一差值為b_a,第二差值為c_b。
[0063]處理模塊23，用于計算并獲得所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X，計算血氧飽和度y。優(yōu)選的，利用公式y(tǒng) = nx+m,來計算血氧飽和度；其中η > O ;O < m < 100比值X = (b_a)/(c_b),血氧飽和度y = y = nx+m。其中,η > O,例如,可以取值為1，3，5等等；0<m< 100，例如，可以取值為2，40，57等等。
[0064]根據(jù)比值X得到血氧飽和度y，可以采用單片機來實現(xiàn)，因此處理模塊23可以是單片機或者其他可以實現(xiàn)數(shù)字信號計算的嵌入式設(shè)備。優(yōu)選的，所述處理模塊23是MK20DN512VLK10 芯片。
[0065]此外，上述計算模塊22和處理模塊23還可以通過專用計算器或?qū)Ｓ锰幚砥魅鏑PU來實現(xiàn)。
[0066]為了滿足實時測量血氧飽和度的需求，該便攜式設(shè)備20需要隨時攜帶，且在其所貼緊的皮膚下方要有動脈，此外，不能因為攜帶該便攜式設(shè)備20而影響到被測對象的正常活動，因此優(yōu)選的，所述便攜式設(shè)備20具有腕式佩戴結(jié)構(gòu)。
[0067]優(yōu)選的，該便攜式設(shè)備20還包括:顯示模塊，用于顯示所述血氧飽和度，為攜帶者提供實時的血氧飽和度數(shù)值。此外，該顯示模塊還可以顯示時間等常規(guī)參數(shù)。
[0068]采用本發(fā)明提供的測量血氧飽和度的方法以及使用本發(fā)明提供的便攜式設(shè)備可以準確、實時地通過反射式方法測量被測對象的血氧飽和度。
[0069]雖然關(guān)于示例實施例及其優(yōu)點已經(jīng)詳細說明，應(yīng)當理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護范圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當容易理解在保持本發(fā)明保護范圍內(nèi)的同時，工藝步驟的次序可以變化。
[0070]此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種測量血氧飽和度的方法，其中，所述方法包括步驟: a)向被測量對象的體表皮膚發(fā)送第一測量光，第二測量光和參考光，并接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光； b)獲取第一差值和第二差值，其中， 所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差； 所述第二差值為參考反射光與第二反射光的光強變化率之差； c)通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X，計算血氧飽和度y。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟c)進一步為: 通過計算獲取所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X，利用公式I=nx+m,計算血氧飽和度Y ； 其中，η > O ;0 < m < 100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 所述第一測量光的波長為660nm±3nm ； 所述第二測量光的波長為940nm±10nm ； 所述參考光的波長為820±10nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應(yīng)的腕部體表皮膚。
5.一種測量血氧飽和度的便攜式設(shè)備，其中，所述便攜式設(shè)備包括:光發(fā)射和光接收模塊、計算模塊以及處理模塊； 所述光發(fā)射和接收模塊，用于向被測量對象的體表皮膚發(fā)送第一測量光，第二測量光和參考光，以及接收所述第一測量光、所述第二測量光和所述參考光的反射光； 計算模塊，用于計算并獲得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值為第一反射光與參考反射光的光強變化率之差， 所述第二差值為所述參考反射光與第二反射光的光強變化率之差； 處理模塊，用于計算并獲得所述第一差值與所述第二差值的比值X，并根據(jù)所述比值X,計算血氧飽和度I。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式設(shè)備，其中，所述處理模塊，根據(jù)所述比值X，計算血氧飽和度y，具體為:根據(jù)所述比值X，利用公式I = nx+m,計算血氧飽和度y ； 其中，η > O ;0 < m < 100。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式設(shè)備，其中， 所述第一測量光的波長為660nm±3nm ； 所述第二測量光的波長為940nm±10nm ； 所述參考光的波長為820nm±10nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式設(shè)備，其中，所述體表皮膚是所述被測量對象的橈動脈所對應(yīng)的腕部體表皮膚。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式設(shè)備，其中，所述便攜式設(shè)備具有腕式佩戴結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式設(shè)備，其中，該便攜式設(shè)備還包括: 顯示模塊，用于顯示所述血氧飽和度。
【文檔編號】A61B5/1455GK104068865SQ201410168663
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月24日
【發(fā)明者】王毅峰, 王波, 馬澤強, 辛勤, 王鶴男, 趙洲洋, 潘旭捷, 胡春華 申請人:辛勤