專利名稱：用于光學(xué)血氧計(jì)的傳感器方法和儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于非侵害光學(xué)血氧計(jì)，例如對(duì)血液灌注組織有效的血液脈動(dòng)血氧計(jì)的新穎傳感器；光學(xué)血氧計(jì)的方法；和適合進(jìn)行該方法的儀表。
在現(xiàn)有技術(shù)中，有一種使用眾所周知的光學(xué)脈動(dòng)血氧測(cè)量技術(shù)的測(cè)量血氧飽和度的方法。在NELLCOR LTD主辦的“胎兒氧生理學(xué)”小冊(cè)子中，在美國(guó)專利US 4,167,331和US4,938,218中，都載有這種技術(shù)，還可參考其他文獻(xiàn)。根據(jù)這個(gè)方法，照射血液灌注組織，并用適當(dāng)?shù)墓鈧鞲衅鞔_定該組織吸收的光。然后，由血液心血管效能引起的吸收值上的脈動(dòng)變化被用來(lái)確定關(guān)心的特征，即血氧飽和度。
用下列已知方程確定動(dòng)脈血中氧飽和值(SaO2)SaO2=[HbO2][HbO2]+[Hb]100%----(1)]]>在此，〔HbO2〕是一個(gè)單位血液體積中富氧血紅蛋白的濃度，而〔Hb〕是缺氧血紅蛋白的濃度。
在常用脈動(dòng)血氧計(jì)方法中，用至少具有兩個(gè)不同波長(zhǎng)成分的光照射所研究的組織，并且根據(jù)下述兩個(gè)物理現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)量(a)在兩個(gè)波長(zhǎng)中每一個(gè)波長(zhǎng)下，富氧血紅蛋白的光吸收皆不同于缺氧血紅蛋白的光吸收；(b)在每個(gè)波長(zhǎng)下的血液灌注組織的光吸收皆有一個(gè)脈動(dòng)成分，它是由流過(guò)光源與傳感器之間組織的動(dòng)脈血的數(shù)量波動(dòng)產(chǎn)生的。
因此，假定位于光源與傳感器之間的組織層的脈沖吸收成分，可表示動(dòng)脈血的氧飽和度。
用于在光學(xué)脈動(dòng)血氧計(jì)操作上實(shí)現(xiàn)測(cè)量的各種類型的傳感器是技術(shù)上熟知的，在熟知的光學(xué)傳感器中，那些專用于測(cè)量胎兒動(dòng)脈血氧飽和度的傳感器構(gòu)成上述儀表中的一個(gè)特殊類。
現(xiàn)有技術(shù)基本上公開(kāi)兩種光學(xué)傳感器，它們涉及和用于兩種模式的光學(xué)血氧計(jì)使用所謂透射傳感器的透射脈動(dòng)血氧計(jì)，和使用所謂反射或超反射(transflectance)傳感器的反射脈動(dòng)血氧計(jì)。在透射脈動(dòng)血氧計(jì)中，通過(guò)在所檢查組織的兩個(gè)相對(duì)側(cè)安放一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)檢測(cè)用透射傳感器，對(duì)穿過(guò)象手指、耳朵或類似組織之類的血液灌注組織的光進(jìn)行測(cè)量，例如如美國(guó)專利US 4,389,213所述。另一方面，在反射血氧計(jì)中，能夠使用反射或超反射傳感器，它包括相應(yīng)地放在所檢查組織一側(cè)或相同側(cè)的光發(fā)射器和光檢測(cè)器，例如，如在專利US 5,228,440，5,247,932，5,099,842中和在WO 90/01293中所示。例如在美國(guó)專利US5,247,932中和在由NELLCOR主編的“胎兒氧飽和度監(jiān)測(cè)”小冊(cè)子中，也能找到兩種傳感器的參考資料。
透射和反射工作模式都在可用性上有專門(mén)的限制，并且其準(zhǔn)確性一般說(shuō)來(lái)是不滿意的，尤其在專門(mén)應(yīng)用中更不滿意。這樣，例如透射技術(shù)只能成功地用于下述情況所研究的組織形成一個(gè)明顯突出部分，才有可在相對(duì)的表面上放置一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)光傳感器。
因此很明顯，尤其在胎兒血氧計(jì)方面，人們多求助于反射技術(shù)。然而不巧，同透射技術(shù)的準(zhǔn)確度相比，反射技術(shù)的準(zhǔn)確度相當(dāng)?shù)?，因?yàn)樵诮M織中所發(fā)射光的漫射程度是未知的，這意味著在由傳感器接收的光信號(hào)與血氧飽和度之間的函數(shù)依賴關(guān)系的性質(zhì)也是未知的。已知反射技術(shù)的其他缺點(diǎn)是在光源與傳感器之間的組織的表面上，所發(fā)射的光被部分地分流，并且由組織的表層建立一個(gè)鏡面反射。
美國(guó)專利No.5,009,842描述一種傳感器。它帶有用于克服在光源與檢測(cè)器之間的組織外表層上發(fā)射光被分流的問(wèn)題的裝置。英國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?,269,012提議，對(duì)皮膚或毛發(fā)之類的血液灌注組織的表層反射的光產(chǎn)生的光信號(hào)進(jìn)行選擇或分離，主要是對(duì)在所檢查組織的接觸表面上的發(fā)射與檢測(cè)光纖位置之間的特定距離進(jìn)行選擇。
胎兒血氧計(jì)通常包括一些敷貼器，敷貼器通常包括一塊板，該板帶有至少一個(gè)基本上點(diǎn)狀的光源和至少一個(gè)基本上點(diǎn)狀的和光源適當(dāng)隔開(kāi)的光檢測(cè)器。上述敷貼器有一個(gè)缺點(diǎn)如果把敷貼器貼到皮膚的一個(gè)非均勻部分，例如一個(gè)毛發(fā)段或一個(gè)胎痣，則檢測(cè)器接收的光信號(hào)會(huì)畸變。甚至在例如美國(guó)專利US5,099,842中所描述的那種較大型的血氧計(jì)中，光源和檢測(cè)器也依舊是點(diǎn)狀的，從而實(shí)際上操作員還會(huì)不可避免地把它貼到胎兒皮膚的錯(cuò)誤部位上。
回顧構(gòu)成透射和反射血氧計(jì)理論基礎(chǔ)的基本假設(shè)是重要的，這假設(shè)是由不同光源的不同波長(zhǎng)光線射入組織的光路是基本上相等的。然而，在真正的事實(shí)上，上述光路的長(zhǎng)度取決于光散射系數(shù)，而它又是波長(zhǎng)的函數(shù)。因此，當(dāng)為血氧測(cè)量而選擇光傳感器的波長(zhǎng)，并且與此有關(guān)的光散射系數(shù)明顯地彼此不同時(shí)，則光路基本相等的基本假設(shè)是混亂的。
假如使用兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)狀光源，則由于下述事實(shí)而可能出現(xiàn)問(wèn)題皮膚表面、血管和生物機(jī)體的其他部分不是均勻地構(gòu)成和分布的。因此，如果把一個(gè)以給定波長(zhǎng)發(fā)射的點(diǎn)狀光源貼到不均勻皮膚的任一位置，同時(shí)把以其他波長(zhǎng)發(fā)射的其他光源貼到一個(gè)在局部解剖上接近而光學(xué)上不同的位置，則由于從一開(kāi)始就在兩個(gè)不同的波長(zhǎng)下發(fā)生不同的光散射和吸收，使兩個(gè)光源所發(fā)射光的光路不能相等。檢測(cè)器所獲得的光學(xué)能量的總數(shù)量能夠接近于由到達(dá)檢測(cè)器的傳播光線所攜帶的能量部分的數(shù)量總和。由于這些光線的光路都與波長(zhǎng)相關(guān)，且各部分的這種能量都通過(guò)不同的光路而傳播到檢測(cè)器，有不同波長(zhǎng)的光成分的總衰減就能互相明顯不同，從而在氧血飽和度的評(píng)價(jià)中會(huì)發(fā)生隨機(jī)誤差。
已知的血氧計(jì)傳感器的另一缺點(diǎn)是它們用LED作照射組織的光源，這光具有兩個(gè)波長(zhǎng)成分。LED光源或者本身裝在探頭內(nèi)，例如在專利US4,938,218中所示；或者通過(guò)光纖連接于探頭，例如在專利US5,099,842，GB-A-2,269,012，WO91/18549和WO90/01293中所示。舉例來(lái)說(shuō)，上述光源可以提供適用于血氧計(jì)的一對(duì)波長(zhǎng)700nm和800nm。然而，雖然眾所周知，兩個(gè)波長(zhǎng)越彼此靠近，則血氧測(cè)量準(zhǔn)確度越高，但在血氧計(jì)LED所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)還不能夠提供比100nm更加彼此靠近的兩個(gè)波長(zhǎng)。
對(duì)照上述背景，本發(fā)明之一個(gè)目的在于提供一種沒(méi)有已知技術(shù)缺點(diǎn)的，用于光學(xué)血氧計(jì)的新穎傳感器。
本發(fā)明之一個(gè)進(jìn)一步目的在于提供一種光學(xué)血氧計(jì)的新穎方法。
本發(fā)明之又一目的在于提供一種體現(xiàn)新穎傳感器及其使用方法的，實(shí)現(xiàn)光學(xué)血氧計(jì)的儀表。
本發(fā)明的這些目的可通過(guò)保證下述事項(xiàng)而基本上實(shí)現(xiàn)由至少兩個(gè)不同光發(fā)射器發(fā)射的具有不同波長(zhǎng)的光成分的光路總是大體上彼此相等，而與皮膚的性質(zhì)和下面組織的性質(zhì)無(wú)關(guān)，也與生理狀態(tài)的改變無(wú)關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于非侵害性光學(xué)血氧計(jì)的傳感器，它包括一個(gè)帶有敷貼塊的載體；敷貼塊具有一個(gè)在操作中面對(duì)所研究受試驗(yàn)者的血液灌注體組織的接觸面，敷貼塊至少裝有兩個(gè)點(diǎn)狀光發(fā)射器；發(fā)射器彼此緊靠著定位，每個(gè)發(fā)射器都以不同于另一個(gè)的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)來(lái)發(fā)射光；并且至少一個(gè)基本上環(huán)形的第一光檢測(cè)器終端同軸地位于所述至少兩個(gè)光發(fā)射器周?chē)?，耦合于光檢測(cè)儀表，且具有一個(gè)自由的光獲取端，用于獲取從所述身體組織到達(dá)的光。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)。即使根據(jù)本發(fā)明的傳感器被放到皮膚上而不細(xì)調(diào)，也會(huì)使至少一部分環(huán)形檢測(cè)器接觸皮膚而不遇到任何有干擾的不透明障礙物，從而檢測(cè)終端會(huì)獲取穿過(guò)組織以后的發(fā)射光信號(hào)。換句話說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的傳感器的信號(hào)噪聲比由于檢測(cè)終端的新穎結(jié)構(gòu)和傳感器的幾何形狀而得以明顯改善。
應(yīng)當(dāng)指出，由于在根據(jù)本發(fā)明的傳感器中的第一檢測(cè)器具有基本上為環(huán)形的，即軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，所以組織結(jié)構(gòu)中任何局部干擾在現(xiàn)有技術(shù)情況下，點(diǎn)狀檢測(cè)器會(huì)產(chǎn)生光路明顯偏離，而在本發(fā)明情況下就不會(huì)影響給定波長(zhǎng)的光的固有平均光路。換句話說(shuō)，檢測(cè)器的環(huán)形和傳感器的幾何形狀可保證各個(gè)給定波長(zhǎng)的光路的穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，敷貼塊具有一個(gè)大體環(huán)形的第二光檢測(cè)終端，它與所述的第一光檢測(cè)終端隔開(kāi)且同心。在傳感器具有上述結(jié)構(gòu)時(shí)，就有可能實(shí)現(xiàn)一種評(píng)價(jià)血氧飽和度的改進(jìn)的新方法，如下面進(jìn)一步描述。
所述的光發(fā)射器中每一個(gè)發(fā)射器都可以是置于敷貼塊內(nèi)的一個(gè)光源；換句話說(shuō)，光發(fā)射終端具有一個(gè)自由的光發(fā)射端，并且通過(guò)另一端而耦合于光源。一般說(shuō)來(lái)，光發(fā)射終端都具有光纖束的形式。
光檢測(cè)終端最好由多根光纖組成，每根光纖都具有一個(gè)自由的光獲取端，并且通過(guò)另一端而耦合于光檢測(cè)儀表。
認(rèn)為光發(fā)射終端的光發(fā)射端部應(yīng)當(dāng)是點(diǎn)狀裝置，每個(gè)端部都有小的面積。一般說(shuō)來(lái)，兩個(gè)終端是互相補(bǔ)充的，以共同形成一個(gè)直徑為1mm量級(jí)的圓板。
舉例來(lái)說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的傳感器的光檢測(cè)器包括多個(gè)光電二極管。根據(jù)本發(fā)明的傳感器中的光源的實(shí)例有激光二極管，它們能夠以很接近的波長(zhǎng)產(chǎn)生至少兩個(gè)不同的高效單色光輻射，其波長(zhǎng)范圍是從670至940nm，最好是750至800nm，互相間差別比如說(shuō)為10-20nm。這樣，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)第一激光二極管以750-760nm波長(zhǎng)發(fā)射光，且一個(gè)第二激光二極管以780-800nm波長(zhǎng)發(fā)射光。在普通光源中，例如在常規(guī)血氧儀表中使用的LED中，不能利用上述特征。激光二極管還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)使細(xì)胞組織能夠在固有輻射范圍內(nèi)對(duì)任何波長(zhǎng)的單色光進(jìn)行更多的線性吸收。
鑒于上述情況，根據(jù)本發(fā)明把激光二極管用于光學(xué)傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)血氧計(jì)的基本要求，即，在不同的輻射波長(zhǎng)下光路相等。
最好是，根據(jù)本發(fā)明的傳感器的載體是不透明的。
在一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的傳感器的載體中的所述敷貼塊包括一個(gè)軸向的通孔，它垂直于所述的接觸面，并且容納所述的光發(fā)射終端；和至少一個(gè)大體上環(huán)形的空間，它同軸地置于所述孔的周?chē)⑶胰菁{各個(gè)光檢測(cè)終端。
在根據(jù)上述實(shí)施例的傳感器的一個(gè)特殊設(shè)計(jì)中，每個(gè)光檢測(cè)終端都被放在所述敷貼塊的所述大體上環(huán)形空間內(nèi)，使它的自由光獲取端沉入容納環(huán)形空間內(nèi)，并從所述接觸表面移出，從而使所述環(huán)形空間的自由部分構(gòu)成一個(gè)抑制鏡面反射的平行光管。對(duì)用來(lái)從接觸表面移出自由端的距離進(jìn)行選擇，以便只獲取那種從血液灌注組織的較深層到達(dá)的并且大體平行地引向敷貼塊軸的光，而從軸明顯地發(fā)散的來(lái)自組織表層的鏡面反射則被抑制。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，增加點(diǎn)狀光發(fā)射終端與檢測(cè)終端之間的距離，不但有助于克服分路效應(yīng)，而且有助于改進(jìn)傳感器的靈敏度。然而另一方面，隨著光發(fā)射器終端與檢測(cè)器終端之間距離的增加，所檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)下降，這就使發(fā)射器終端與檢測(cè)器終端之間的距離有一個(gè)實(shí)際的限制。從臨床醫(yī)生的需要來(lái)看，還有一個(gè)把傳感器尺寸減至最小的附加限制，尤其在新生兒和胎兒監(jiān)測(cè)應(yīng)用中更是如此。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)光檢測(cè)終端都包括一些具有斜切光獲取端的光纖。用這種方法可改進(jìn)傳感器的靈敏度，從而能夠覺(jué)察從所研究的組織的更深層和更遠(yuǎn)層反射的工作光信號(hào)。
根據(jù)上述的實(shí)施例，最好是，至少一個(gè)容納所述第一和第二環(huán)形檢測(cè)終端的環(huán)形空間，用其張開(kāi)的側(cè)壁向接觸表面傾斜，使組成光纖的檢測(cè)終端的所述斜切光獲取端與接觸表面齊平，并且平行于接觸表面。
從現(xiàn)有技術(shù)可知，帶有斜切光獲取端的光纖通常會(huì)拒收那些到達(dá)接近較短側(cè)壁的端部的光線，而獲取那些到達(dá)較接近較長(zhǎng)側(cè)壁的端部的光線。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中沒(méi)有說(shuō)明，上述光纖已經(jīng)用于光學(xué)血氧計(jì)的傳感器。
在上述傳感器中，光纖的幾何形狀能夠增加組織的面積，在此面積下，光檢測(cè)終端還可獲取工作光學(xué)信號(hào)。只要按照本發(fā)明便那些構(gòu)成一個(gè)環(huán)形光檢測(cè)終端的光纖具有斜切的光獲取端，該終端就能夠從組織的一個(gè)環(huán)形檢測(cè)區(qū)獲取工作信號(hào)，該區(qū)具有的內(nèi)徑大于檢測(cè)終端環(huán)的內(nèi)徑。
由于其結(jié)構(gòu)特殊，此前描述的光檢測(cè)終端就拒收那些呈現(xiàn)于光發(fā)射器終端與光檢測(cè)器終端之間的傾斜光線，而同時(shí)加強(qiáng)獲取那些來(lái)自較深組織血液灌注層的光線。因此，上述的傳感器具有改進(jìn)的靈敏度，而不需要增加光發(fā)射器終端與光檢測(cè)器終端之間的距離，從而也不需要增加傳感體的所述受限制的尺寸。
在上述傳感器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，檢測(cè)器構(gòu)成光纖中每個(gè)光纖都具有一個(gè)斜切的光獲取端，光獲取端向著一個(gè)垂直于縱向纖維軸的平面按照某一銳角傾斜。在塑料光纖情況下，這個(gè)銳角不超過(guò)約42°，最好在約20°-22°范圍之內(nèi)。
傳感器的載體可以是任何適宜的形狀，例如圓柱體形狀，并可固定于所述敷貼塊的一端，使敷貼塊的接觸表面形成載體的一個(gè)端面。
如上所述，在透射脈動(dòng)血氧計(jì)中，所發(fā)射的光通過(guò)所研究的血液灌注組織的諸相對(duì)表面之間；而在反射脈動(dòng)血氧計(jì)中，則在組織的同一表面進(jìn)行光的發(fā)射和檢測(cè)。在透射和反射方法中，都用血液灌注組織引起的光吸收值的脈動(dòng)變化，確定關(guān)心的特征，一般根據(jù)在所發(fā)射光的強(qiáng)度與由單獨(dú)檢測(cè)器檢測(cè)的光的強(qiáng)度之間的關(guān)系確定這種脈動(dòng)變化。
按照本發(fā)明，已想出一種新穎的方法，用于根據(jù)在由至少一對(duì)檢測(cè)器終端獲取的光的強(qiáng)度之間的測(cè)量關(guān)系，確定脈動(dòng)變化；該檢測(cè)終端到光發(fā)射終端的距離是不同的。在這種方法中，最靠近發(fā)射器終端的檢測(cè)器終端，相對(duì)于第二個(gè)較大距離的檢測(cè)器終端來(lái)說(shuō)，可以被看成是一個(gè)準(zhǔn)光發(fā)射器終端。
這個(gè)方法以下述物理模型為基礎(chǔ)。一個(gè)光子在樣品中移動(dòng)某一段距離以后是隨機(jī)散射的。這個(gè)過(guò)程被重復(fù)下去，直至該光子離開(kāi)樣品邊界為止。把在初始方向上移動(dòng)的光子看成是“被透射”的光子；而把在相反方向上移動(dòng)的光子看成是“被反射”的光子。在30至40個(gè)步驟以后，入射輻射方向的“記憶”喪失，且不存在優(yōu)先的傳播方向，光的強(qiáng)度在所有方向上各向同性地下降。這種光傳播行為的解釋使眾所周知的Lambert-Beer定律能夠用于反射血氧計(jì)；該定律可用于透射血氧計(jì)，但徑向除外。
在上述新穎方法和新穎傳感器實(shí)施例方面，其中光檢測(cè)器終端被安排在兩個(gè)圍繞光發(fā)射器終端的同軸環(huán)內(nèi)，檢測(cè)器終端在其間確定一個(gè)由發(fā)射器所發(fā)射光準(zhǔn)透射地照射的組織的管狀段。因此，根據(jù)本發(fā)明的上述傳感器可以被描述成一個(gè)模擬透射傳感器的反射傳感器。
應(yīng)當(dāng)指出，在根據(jù)本發(fā)明的具有兩個(gè)同軸檢測(cè)器終端的傳感器中，由兩個(gè)真實(shí)發(fā)射器終端提供的照射的光路是同樣地受到環(huán)形檢測(cè)區(qū)中任何一種光學(xué)干擾的影響的，而與發(fā)射光的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，也與發(fā)射器終端離開(kāi)第一環(huán)形檢測(cè)器終端的距離無(wú)關(guān)。因此，對(duì)皮膚上傳感器的任何位置，和對(duì)基礎(chǔ)組織中生理?xiàng)l件的變化情況，都會(huì)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)光軌跡的基本相等。
因此，按照本發(fā)明的另一方面，提供一種在血液灌注組織中進(jìn)行非侵害光學(xué)血氧測(cè)量的方法，該方法包括給光學(xué)傳感器提供一個(gè)敷貼塊，這個(gè)敷貼塊擁有至少兩個(gè)彼此緊靠著的光發(fā)射器和至少兩個(gè)同軸地圍繞所述至少兩個(gè)光發(fā)射器的光檢測(cè)器終端，和擁有一個(gè)接觸表面；
在要研究其基礎(chǔ)組織的受研究者的一個(gè)皮膚段上安置所述的敷貼塊，其接觸表面面向皮膚；從所述的發(fā)射器順序地發(fā)射至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光；通過(guò)所述的至少兩個(gè)光檢測(cè)器終端用積分獲取法，檢測(cè)從所研究的組織到達(dá)的光信號(hào)的強(qiáng)度；在所述的至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)中的每一個(gè)波長(zhǎng)情況下，確定在由所述至少兩個(gè)環(huán)形光檢測(cè)器終端檢測(cè)的光強(qiáng)度之間的比率；和根據(jù)上述比率，確定血氧飽和值。
在用于實(shí)現(xiàn)上述方法的敷貼塊中，所述光發(fā)射器中的每一個(gè)都可以是一個(gè)置于敷貼塊中的光源，換句話說(shuō)，光發(fā)射器終端具有一個(gè)自由的光發(fā)射端，并且通過(guò)另一端耦合于光源。一般說(shuō)來(lái)，光發(fā)射器終端都是光纖束形式的。
上述的方法可用于確定動(dòng)脈血中氧飽和度。在這種應(yīng)用中，假設(shè)在每個(gè)波長(zhǎng)下的光吸收率的脈動(dòng)成分是由在第一光檢測(cè)器與第二光檢測(cè)器之間的組織段中動(dòng)脈血的體積波動(dòng)引起的，從而這個(gè)脈動(dòng)吸收率成分可指示氧飽和度。
在上述方法的實(shí)施中，以兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)完成兩組測(cè)量，第一點(diǎn)是脈動(dòng)動(dòng)脈血壓成分的零(最小)點(diǎn)，而第二點(diǎn)是其頂(最大)點(diǎn)。若假設(shè)由兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光照射組成，并且傳感器只有兩個(gè)檢測(cè)終端，則兩組測(cè)量中每組測(cè)量都包括下列兩個(gè)步驟步驟1-用第一波長(zhǎng)的光照射組織，而斷開(kāi)第二波長(zhǎng)的光，并且用第一和第二檢測(cè)器同時(shí)記錄光信號(hào)；步驟2-用第二波長(zhǎng)的光照射組織，而斷開(kāi)第一波長(zhǎng)的光，并且用第一和第二檢測(cè)器同時(shí)記錄光信號(hào)。
依照這些測(cè)量的程序包括確定用于所述兩個(gè)點(diǎn)中每個(gè)點(diǎn)的兩個(gè)強(qiáng)度比率，第一強(qiáng)度比率是在以第一波長(zhǎng)由第一與第二光檢測(cè)器記錄的光信號(hào)強(qiáng)度之間的比率，而第二強(qiáng)度比率是在以第二波長(zhǎng)由第一與第二光檢測(cè)器記錄的光信號(hào)強(qiáng)度之間的比率；計(jì)算用于所述第一與第二波長(zhǎng)中每個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的第一與第二脈動(dòng)成分AC1與AC2，每個(gè)脈動(dòng)成分都是用于各個(gè)波長(zhǎng)的在頂點(diǎn)與零點(diǎn)計(jì)算的強(qiáng)度比率之間的差值；計(jì)算用于所述第一與第二波長(zhǎng)中每個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)的第一與第二恒定成分DC1與DC2，每個(gè)恒定成分都是用于兩個(gè)波長(zhǎng)的在零點(diǎn)與頂點(diǎn)計(jì)算的兩個(gè)強(qiáng)度比率的平均值；和按照下列方程計(jì)算動(dòng)脈血液的氧飽和度SaO2SaO2=K1AC1×DC2DC1×AC2+K2---(2)]]>其中K1和K2是校準(zhǔn)常數(shù)。
本專業(yè)的技術(shù)人員在互相比較此中方程(1)與(2)時(shí)，容易看成本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種用于非侵害光學(xué)血液測(cè)量的儀表，該儀表包括一個(gè)傳感器，它具有一個(gè)載體，載體帶有一個(gè)敷貼塊，敷貼塊具有一個(gè)接觸表面，接觸表面在操作時(shí)面向所研究受研究者的血液灌注體組織，敷貼塊裝有至少兩個(gè)互相緊靠著安裝的點(diǎn)狀光發(fā)射體，且每個(gè)發(fā)射體發(fā)射其波長(zhǎng)不同于另一個(gè)的光；和具有至少兩個(gè)基本環(huán)形的光檢測(cè)終端，這些終端同軸地圍繞所述的至少兩個(gè)光發(fā)射終端，它們都具有一個(gè)自由的光獲取端，用于獲取從所研究組織到達(dá)的光；至少兩個(gè)光源，它們耦合于所述的光發(fā)射終端，并且能夠以至少兩個(gè)不同的波長(zhǎng)發(fā)射光；至少兩個(gè)光檢測(cè)器，它們耦合于至少兩個(gè)基本上環(huán)形的檢測(cè)終端；控制裝置，適合使至少兩個(gè)光源通過(guò)所述發(fā)射終端相繼地照射所述的組織，并使通過(guò)至少兩個(gè)檢測(cè)終端由至少兩個(gè)檢測(cè)器獲取的光強(qiáng)度得到同步的測(cè)量；和處理裝置，用于根據(jù)所述同步測(cè)量的結(jié)果確定所關(guān)心的特征。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述的光發(fā)射器是裝于敷貼塊內(nèi)的光源。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，光發(fā)射器由多個(gè)光導(dǎo)纖維組成，其中，每個(gè)纖維都具有一個(gè)自由的光獲取端，并且通過(guò)其另一端而耦合于一個(gè)光檢測(cè)儀表。
為了更好地了解本發(fā)明，下面參照附圖，只用一些非限制性實(shí)例進(jìn)一步描述和說(shuō)明，在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的傳感器的載體中敷貼塊的一個(gè)實(shí)施例的放大示意平面圖；圖2是敷貼塊的另一個(gè)實(shí)施例的放大示意平面圖；圖3是取自圖2III-III線的截面圖；圖4根據(jù)本發(fā)明的傳感器中帶有敷貼塊的載體的又一實(shí)施例的放大軸向截面圖；圖5根據(jù)本發(fā)明解釋在傳感器的光檢測(cè)終端中光纖的一個(gè)實(shí)施例的光獲取端的光學(xué)特征；圖6是關(guān)于光纖的光獲取端的另一實(shí)施例的類似圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明的血氧計(jì)的方塊圖。
圖1根據(jù)本發(fā)明示出傳感器中載體的敷貼塊的接觸表面。如圖所示，敷貼塊1假設(shè)由象金屬之類的不透明材料制作，它具有一個(gè)接觸表面2和一個(gè)中央孔3，孔3裝有兩束光纖4和5，用作光發(fā)射終端。束4和5中每一束都耦合于一個(gè)激光二極管(未示出)，從而都能夠以兩個(gè)不同的波長(zhǎng)發(fā)射光。在敷貼塊1內(nèi)提供一個(gè)基本上環(huán)形的空間6，它由一些帶有斷續(xù)支撐8的弓形段7構(gòu)成；它同軸地圍繞中央孔3，其中裝有多個(gè)共同形成一個(gè)環(huán)形光檢測(cè)終端的光纖9。在傳感器的載體內(nèi)，假設(shè)諸光纖皆以某一方式共同成束(未表示)，且皆耦合于一個(gè)檢測(cè)儀表，例如一個(gè)光電二極管(也未表示)。
敷貼塊1的支撐8使其中央段10與周?chē)?1互相連接。
光檢測(cè)器構(gòu)成光纖9的諸光獲取端可以或者與接觸表面2齊平，或者從該表面向內(nèi)移動(dòng)一段所要求的距離。
在操作中，兩個(gè)光發(fā)射終端4和5把光發(fā)射到所研究的組織，并且檢測(cè)器(未示出)把由光纖9光獲取端所獲取的光變換和調(diào)制成一種適合進(jìn)一步處理的電信號(hào)。
圖2和3根據(jù)本發(fā)明示意地說(shuō)明光學(xué)傳感器的載體中敷貼塊的另一實(shí)施例。如圖所示，敷貼塊20具有一個(gè)接觸表面21和一個(gè)中央孔22；在孔中裝有兩個(gè)光纖束23和24，它們構(gòu)成兩個(gè)光發(fā)射終端，并且連接于一對(duì)光源(未示出)。如圖所示，光發(fā)射終端23和24的光發(fā)射端25和26在孔22內(nèi)被移出，從而移出接觸表面21。
敷貼塊20還包括一個(gè)第一環(huán)形空間，它與孔22同軸，且由4個(gè)帶有斷續(xù)支撐件29的弓形體28構(gòu)成，它們把敷貼塊20的芯段30和中間段31彼此連接。第一環(huán)形空間放置多個(gè)共同構(gòu)成一個(gè)光檢測(cè)終端的光纖32，每個(gè)光纖都具有一個(gè)光獲取端33。
一個(gè)第二環(huán)形空間35同軸地圍繞第一環(huán)形空間27；它類似于后者，由4個(gè)帶有斷續(xù)支撐件37的弓形體組成，它們把中間塊段31和周?chē)?8連接起來(lái)。第二環(huán)形段35放置多個(gè)共同組成一個(gè)第二光檢測(cè)終端的光纖39，每個(gè)光纖都具有一個(gè)光獲取端40。如圖3所示，光獲取端40移出接觸表面21。環(huán)形空間27的空閑段41和環(huán)形空間35的空閑段42用作從所檢查組織返回的光的平行光管。
如圖2中所示，兩個(gè)光發(fā)射終端23和24中的每一個(gè)都是半圓形的；兩個(gè)終端是互補(bǔ)的，并且共同形成一個(gè)比如說(shuō)1mm直徑的圓形板。第一和第二環(huán)形空間的直徑可以分別為5和7mm。
兩個(gè)光發(fā)射終端被連接到產(chǎn)生不同波長(zhǎng)光的兩個(gè)不同光源(未示出)；而兩個(gè)光檢測(cè)終端則由分別位于環(huán)形空間27和35的光纖32和39組成，它們被連接到光學(xué)檢測(cè)儀表(未示出)。
在操作中，把傳感器20貼到組織44上的皮膚段，通過(guò)光發(fā)射終端由兩個(gè)光源(未示出)順序地照射皮膚段；舉例來(lái)說(shuō)，光源可以是以約750和780nm兩個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射光的激光二極管。光被組織吸收和部分反射；通過(guò)比較由光纖32構(gòu)成的第一光檢測(cè)終端所接收的積分光信號(hào)和由光纖39構(gòu)成的第二光檢測(cè)終端所接收的積分光信號(hào)，可以估計(jì)在組織44的環(huán)形段A中光吸收的脈動(dòng)變化。這些積分信號(hào)的強(qiáng)度的比率表示在某一特定波長(zhǎng)下的組織環(huán)形段A中的光衰弱程度的特征。然后，把為每個(gè)所用波長(zhǎng)而得出的所述比率用于確定所期望的特征，例如組織44中血液的氧飽和度。
圖4示意地說(shuō)明一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的傳感器50的軸向截面圖，傳感器50包括一個(gè)具有敷貼塊52(帶有一個(gè)接觸表面53)的不透明的常為柱形的塊體51。敷貼塊52具有一個(gè)中央軸向孔54，在孔54中安放一個(gè)進(jìn)入水平段56的管55的下端段，并且安裝一個(gè)用57標(biāo)記的光纖束，光纖束57把至少兩個(gè)光源(未示出)引導(dǎo)到光發(fā)射終端。
敷貼塊52還包括與孔54同軸的第一和第二環(huán)形槽58和59，其相鄰的塊和體段以某一方式適當(dāng)?shù)鼗ハ噙B接(未示出)。槽58和59是傾斜的，在接觸面53的方向上向外張開(kāi)，使相鄰的塊段60和61具有如圖所示的平截頭圓錐體形狀。槽58和59安放第一和第二光纖束63和64的自由光獲取端，它們構(gòu)成第一和第二檢測(cè)終端，并且通過(guò)柱形體51的內(nèi)空間而到達(dá)光電檢測(cè)器65，該檢測(cè)器是通過(guò)線67而電連接于電纜68的。束63和64的光纖的每個(gè)光獲取端的末端都是斜切口，與纖維軸形成一個(gè)銳角，使每個(gè)纖維的光獲取端或者與接觸表面53齊平，或者與它平行。
在操作時(shí)，管56的外端部耦合于兩個(gè)光源(未示出)。
圖5示意地說(shuō)明光纖70的觀測(cè)范圍，光纖70以其斜切面72面向組織的表面71。假設(shè)光纖70形成圖4中光纖束63的部分。光纖70之特征在于在切端面72與一個(gè)垂直于纖維軸的平面73之間形成一個(gè)銳角α。纖維70的實(shí)際觀測(cè)范圍介于左邊光線74和右邊光線75之間，可從銳角α和纖維光學(xué)參數(shù)算出來(lái)。本專業(yè)技術(shù)人員容易了解，主要從光線74的左邊進(jìn)入端面72的鏡面反射和分路光，不會(huì)被檢測(cè)器檢測(cè)。另一方面，檢測(cè)器會(huì)在一個(gè)限定于光線74與75之間的相當(dāng)寬的范圍內(nèi)，在大體上垂直于表面71的方向上，檢測(cè)從組織的反射深層到達(dá)的光。能夠看出來(lái)，切端光纖70的觀測(cè)范圍是在其較長(zhǎng)側(cè)壁段的方向上漂移的。本發(fā)明者已發(fā)現(xiàn)，纖維70在銳角α不大于約42°時(shí)是適當(dāng)?shù)?，而在從約20°至約22°的范圍內(nèi)時(shí)是最有效的。更詳細(xì)地說(shuō)，一個(gè)帶有約20°至約22°的角度α的斜切口還可急劇增加觀察距離。
圖6示意地說(shuō)明與圖5中光纖70不同的一個(gè)切端光纖80，其光軸垂直于組織的表面81。然而，光纖80的斜切口82雖然面向表面81，但不平行于它；在切口的表面82與一個(gè)平行于表面81從而垂直于光纖軸的平面83之間形成一個(gè)銳角α。象圖5中實(shí)施例一樣，銳角α決定光纖80的檢測(cè)范圍，這是由一個(gè)左邊光束84和一個(gè)右邊光束85確定的。與圖5的光纖類似，切端光纖80的檢測(cè)范圍是從較短的側(cè)壁向較長(zhǎng)的側(cè)壁漂移的。象圖5一樣，銳角α的數(shù)值也有相同的限制。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的血氧計(jì)90的一個(gè)實(shí)施例的方塊圖。如圖所示，血氧計(jì)90包含一個(gè)探頭91，探頭91包括兩個(gè)光源92和93，例如兩個(gè)激光二極管，它們生成具有兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光，用于相繼地照射所研究的組織。探頭還包括兩個(gè)光電檢測(cè)器94和95。從兩個(gè)光檢測(cè)器94和95接收的光信號(hào)被變換和調(diào)制成電信號(hào)；電信號(hào)被一個(gè)模擬處理單元96放大，被一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器97數(shù)字化，并被傳送到一個(gè)微處理機(jī)98，以計(jì)算在顯示器100上顯示的所關(guān)心的特征值。由微處理機(jī)98通過(guò)一定時(shí)控制單元101來(lái)控制探頭91的光源92和93。
血氧計(jì)90測(cè)量所關(guān)心特征值的程序如下。
在一個(gè)代表脈動(dòng)動(dòng)脈血液分量的脈動(dòng)光強(qiáng)度圖上以兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)是其零(最小)點(diǎn)，而第二個(gè)時(shí)間點(diǎn)是其頂(最大)點(diǎn)，其測(cè)量和計(jì)算包括下列六個(gè)步驟(a)第一光源92接通和第二光源93斷開(kāi)-由第一和第二檢測(cè)器94和95中的每個(gè)檢測(cè)器記錄第一波長(zhǎng)的第一信號(hào)；(b)第二光源93接通和第一光源92斷開(kāi)-由第一和第二檢測(cè)器94和95中的每個(gè)檢測(cè)器記錄第二波長(zhǎng)的第二信號(hào)；(c)兩個(gè)光源都斷開(kāi)-由第一和第二檢測(cè)器94和95記錄環(huán)境光；(d)由模擬處理單元96相繼地過(guò)濾和放大所檢測(cè)的信號(hào)，以減小噪聲和環(huán)境光成分；(e)模數(shù)轉(zhuǎn)換器97從模擬處理單元接收序列信號(hào)，以便數(shù)字化，并且把所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)傳送到微處理機(jī)98；和(f)微處理機(jī)98進(jìn)行DC和AC信號(hào)分量的數(shù)字析取，并且根據(jù)下述算法來(lái)計(jì)算SaO2對(duì)兩個(gè)計(jì)算中的每個(gè)計(jì)算，以兩個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)確定兩個(gè)強(qiáng)度比率N和M，即，用于脈動(dòng)動(dòng)脈血液分量的零點(diǎn)的N1和N2，和用于其頂點(diǎn)的M1和M2。用于兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的第一強(qiáng)度比率N1和M1是基于第一和第二光檢測(cè)器以第一波長(zhǎng)記錄的光信號(hào)的強(qiáng)度，而用于兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的第二強(qiáng)度比率N2和M2是基于第一和第二光檢測(cè)器以第二波長(zhǎng)記錄的光信號(hào)的強(qiáng)度。
對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)中的每個(gè)波長(zhǎng)，確定信號(hào)的脈動(dòng)分量的特征值A(chǔ)C，即用于第一波長(zhǎng)的AC1和用于第二波長(zhǎng)的AC2；AC1和AC2中每一個(gè)都是以其特定波長(zhǎng)分別對(duì)頂點(diǎn)與零點(diǎn)計(jì)算的強(qiáng)度比率之間的差值。
對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)中的每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算信號(hào)的恒定分量的特征值DC，即用于第一波長(zhǎng)的DC1和用于第二波長(zhǎng)的DC2；DC1和DC2中每一個(gè)都是在某一給定波長(zhǎng)下從兩個(gè)分別以零點(diǎn)和頂點(diǎn)計(jì)算的強(qiáng)度比率平均的。
然后，微處理機(jī)計(jì)算(i)用于每個(gè)波長(zhǎng)的比率R1和R2R1=AC1DC1;R2=AC2DC2]]>(ii)比率γ=R1R2]]>(iii)動(dòng)脈血液的氧飽和度SaO2＝K1×γ+K2式中K1，K2是校準(zhǔn)常數(shù)。實(shí)例第一光源92是一個(gè)以755nm發(fā)射的激光二極管，且第二光源93是一個(gè)以785nm發(fā)射的激光二極管。校準(zhǔn)常數(shù)K1和K2取決于檢測(cè)器的幾何形狀和尺寸以及血紅蛋白和氧合血紅蛋白吸收系數(shù)，并且假設(shè)具有下列值K1＝2；K2＝0.5；a)在零點(diǎn)進(jìn)行第一組測(cè)量1)第一光源92接通，且第二光源93斷開(kāi)-一個(gè)第一信號(hào)I11(1)由第一檢測(cè)器94檢測(cè)，并被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I11(1)＝1000。
2)第一光源92接通，且第二光源93斷開(kāi)-一個(gè)第一信號(hào)I12(1)由第二檢測(cè)器95檢測(cè)，并被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I12(1)＝2500。
3)在零點(diǎn)的用于第一波長(zhǎng)的強(qiáng)度比率N1被計(jì)算如下DC1(1)＝I11(1)/I12(1)＝1000/2500＝0.4。
4)第二光源93接通，且第一光源92斷開(kāi)-一個(gè)第二信號(hào)I21(1)由第一檢測(cè)器94檢測(cè)，并被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I21(1)＝800。
5)第二光源93接通，且第一光源92斷開(kāi)-一個(gè)第二信號(hào)I22(1)由第二檢測(cè)器95檢測(cè)，并被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I22(1)＝2300。
6)在零點(diǎn)的用于第二波長(zhǎng)的強(qiáng)度比率N2被計(jì)算如下DC2(1)＝I21(1)/I22(1)＝800/2300＝0.348b)在頂點(diǎn)進(jìn)行第二組測(cè)量7)第一光源92接通，且第二光源93斷開(kāi)-一個(gè)第一信號(hào)I11(2)由第一檢測(cè)器94檢測(cè)，并被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I11(2)＝990。
8)第一光源92接通，且第二光源93斷開(kāi)-一個(gè)第一信號(hào)I12(2)由第二檢測(cè)器95檢測(cè)，且被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I12(2)＝2460。
9)在頂點(diǎn)的用于第一波長(zhǎng)的強(qiáng)度比率M1被計(jì)算如下DC1(2)＝I11(2)/I12(2)＝980/2490＝0.394。
10)第二光源93接通，且第一光源92斷開(kāi)-第一檢測(cè)器的第二信號(hào)I21(2)由第一檢測(cè)器94檢測(cè)，并被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I21(2)＝780。
11)第二光源93接通，且第一光源92斷開(kāi)-一個(gè)第二信號(hào)I22(2)由第二檢測(cè)器95檢測(cè)，并被放大和輸入微處理機(jī)98的存儲(chǔ)器。I22(2)＝2400。
12)在頂點(diǎn)的用于第二波長(zhǎng)的強(qiáng)度比率M2被計(jì)算如下DC2(2)＝I21(2)/I22(2)＝780/2400＝0.325c)計(jì)算13)值A(chǔ)C1表示用于第一波長(zhǎng)的脈動(dòng)分量的特征，它被計(jì)算成M1-N1＝0.394-0.4＝-0.006。
14)值A(chǔ)C2表示用于第二波長(zhǎng)的脈動(dòng)分量的特征，它被計(jì)算成M2-N2＝0.325-0.348＝-0.023。
15)值DC1表示用于第一波長(zhǎng)的恒定分量的特征，它被計(jì)算成(N1+M1)/2＝(0.4+0.394)/2＝0.397。
16)值A(chǔ)C2表示用于第二波長(zhǎng)的恒定分量的特征，它被計(jì)算成(N2+M2)/2＝(0.348+0.325)/2＝0.337。
計(jì)算用于兩個(gè)波長(zhǎng)的兩個(gè)下述比率17)R1＝AC1/DC1＝(-0.006/0.397)＝-0.01518)R2＝AC2/DC2＝(-0.023/0.337)＝-0.068；且最后19)SaO2＝K1(R1/R2)+K2＝2×0.221+0.5＝0.942。
權(quán)利要求
1.一種用于非侵害光學(xué)血液氧測(cè)量的傳感器，包括一個(gè)帶有一個(gè)敷貼塊的載體；該敷貼塊具有一個(gè)在操作時(shí)面向所研究受研究者的血液灌注身體組織的接觸表面，裝有至少兩個(gè)彼此緊靠著定位且每個(gè)都以不同于另一個(gè)的波長(zhǎng)來(lái)發(fā)射光的點(diǎn)狀光發(fā)射器，和裝有至少一個(gè)同軸地圍繞所述至少兩個(gè)光發(fā)射器的基本上環(huán)形的光檢測(cè)終端；該終端耦合于一個(gè)光檢測(cè)儀表，并且具有一個(gè)自由的光獲取端，用于獲取從所述身體組織到達(dá)的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述的光發(fā)射器是置于所述敷貼塊內(nèi)的光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述的光發(fā)射器每一個(gè)都是一個(gè)光發(fā)射終端，該終端具有一個(gè)自由的光發(fā)射器，并且用另一端耦合于一個(gè)光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述的光發(fā)射終端每一個(gè)都由一束光纖組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的傳感器，其中所述的光檢測(cè)終端由多個(gè)光纖組成，每個(gè)光纖都有一個(gè)自由的光獲取端，且用另一端耦合于一個(gè)光檢測(cè)儀表。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的傳感器，其中敷貼塊具有一個(gè)基本上環(huán)形的第二檢測(cè)終端，它與所述的第一光檢測(cè)終端隔開(kāi)，且與之同軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任何一項(xiàng)所述的傳感器，其中所述的光源都是激光二極管，每個(gè)二極管都發(fā)射670-940nm范圍內(nèi)的單色光。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其中一個(gè)第一光源以750-760nm發(fā)射，且一個(gè)第二光源以780-800nm發(fā)射。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的傳感器，其中所述的光檢測(cè)儀表都是光電二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述的傳感器，其中所述的敷貼塊包括一個(gè)軸向通孔，它垂直于所述的接觸表面，且安置所述的光發(fā)射器；和包括至少一個(gè)基本上環(huán)形的空間，它同軸地圍繞所述的孔，且安放各個(gè)光檢測(cè)終端。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其中每個(gè)光檢測(cè)終端都被置于所述敷貼塊的所述基本上環(huán)形的空間內(nèi)，使其自由光獲取端以一種返回的方式定位于安放環(huán)形空間內(nèi)，以便移出所述的接觸表面，從而所述環(huán)形空間的一個(gè)自由段構(gòu)成一個(gè)抑制鏡面反射的平行光管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任何一項(xiàng)所述的傳感器，其中檢測(cè)終端構(gòu)成光纖中每個(gè)光纖都具有一個(gè)斜切的光獲取端，該端向著一個(gè)垂直于縱向光纖軸的平面按照某一銳角傾斜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器，其中至少一個(gè)安置所述第一和第二環(huán)形檢測(cè)終端的環(huán)形空間是傾斜的，它的側(cè)壁向接觸表面張開(kāi)，使檢測(cè)終端構(gòu)成光纖的所述斜切光獲取端與接觸表面齊平，或與之平行。
14.一種在血液灌注組織中進(jìn)行非侵害光學(xué)血液氧測(cè)量的方法，包括給光學(xué)傳感器提供一個(gè)敷貼塊，該敷貼塊擁有至少兩個(gè)彼此緊靠著的光發(fā)射器和至少兩個(gè)同軸地圍繞所述至少兩個(gè)光發(fā)射終端的光檢測(cè)終端，和具有一個(gè)接觸表面；在要研究其基礎(chǔ)組織的受研究者的一個(gè)皮膚段上安放所述的敷貼塊，其接觸表面面向其皮膚；從所述發(fā)射器相繼地發(fā)射至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光；通過(guò)所述的至少兩個(gè)光檢測(cè)終端用積分獲取法，檢測(cè)從所研究組織到達(dá)的光信號(hào)的強(qiáng)度；在所述至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)的每個(gè)波長(zhǎng)下，對(duì)由所述至少兩個(gè)環(huán)形光檢測(cè)終端檢測(cè)的光的強(qiáng)度之間的比率進(jìn)行確定；和根據(jù)上述比率，確定血液的氧飽和值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述的光發(fā)射器是置于所述敷貼塊內(nèi)的光源。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述的光發(fā)射器每一個(gè)都是一個(gè)光發(fā)射終端，該終端具有一個(gè)自由的光發(fā)射端，且用另一端耦合于一個(gè)光源。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述的光源是激光二極管，每個(gè)激光二極管都發(fā)射670-940nm范圍內(nèi)的單色光。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中一個(gè)第一光源以750-760nm發(fā)射光，且一個(gè)第二光源以780-800nm發(fā)射光。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任何一項(xiàng)所述的方法，包括提供一種在權(quán)利要求1至13中任何一項(xiàng)規(guī)定的傳感器，它具有第一和第二光檢測(cè)器；選擇兩個(gè)用于進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間點(diǎn)，一個(gè)第一時(shí)間點(diǎn)是脈動(dòng)動(dòng)脈血液分量的零點(diǎn)，且一個(gè)第二時(shí)間點(diǎn)是其頂點(diǎn)；在所述第一和第二時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行一些測(cè)量，這些測(cè)量包括用第一波長(zhǎng)的光進(jìn)行照射，并且用所述第一和第二光檢測(cè)器同時(shí)記錄從組織到達(dá)的信號(hào)，其后，用第二波長(zhǎng)的光進(jìn)行照射，并且同時(shí)用所述第一和第二光檢測(cè)器同時(shí)記錄從組織到達(dá)的信號(hào)；對(duì)所述兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)中每個(gè)點(diǎn)，確定兩個(gè)強(qiáng)度比率，第一個(gè)強(qiáng)度比率是在由第一和第二光檢測(cè)器以第一波長(zhǎng)記錄的光信號(hào)強(qiáng)度之間的比率，且第二個(gè)強(qiáng)度比率是在由第一和第二光檢測(cè)器以第二波長(zhǎng)記錄的光信號(hào)強(qiáng)度之間的比率；對(duì)所述第一和第二波長(zhǎng)中每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算光信號(hào)的第一和第二脈動(dòng)分量AC1和AC2，每個(gè)分量都是對(duì)各個(gè)波長(zhǎng)在頂點(diǎn)和零點(diǎn)計(jì)算的強(qiáng)度比率之間的差值；對(duì)所述第一和第二波長(zhǎng)中每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算光信號(hào)的第一和第二恒定分量DC1和DC2，每個(gè)分量都是對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)在零點(diǎn)和頂點(diǎn)計(jì)算的強(qiáng)度比率的平均值；和根據(jù)下列方程，計(jì)算動(dòng)脈血液氧飽和度SaO2SaO2=K1AC1×DC2DC1×AC2+K2]]>式中K1和K2是校準(zhǔn)常數(shù)。
20.一種用于非侵害光學(xué)血液測(cè)量的儀表，包括一個(gè)具有一個(gè)載體的傳感器，載體帶有一個(gè)敷貼塊，敷貼塊具有一個(gè)接觸表面，接觸表面在操作時(shí)面向所研究受研究者的血液灌注體組織；該敷貼塊裝有至少兩個(gè)彼此緊靠著地定位的點(diǎn)狀光發(fā)射器，每個(gè)發(fā)射器都以不同于另一個(gè)的波長(zhǎng)發(fā)射光；和裝有至少兩個(gè)基本上環(huán)形的光檢測(cè)終端，它們同軸地圍繞所述的至少兩個(gè)光發(fā)射終端，具有一個(gè)自由的光獲取端，用于獲取從所研究組織到達(dá)的光；至少兩個(gè)光源，它們耦合于所述的光發(fā)射終端，且能以至少兩個(gè)不同的波長(zhǎng)發(fā)射光；至少兩個(gè)光學(xué)檢測(cè)器，它們耦合于所述的至少兩個(gè)基本上環(huán)形的檢測(cè)終端；控制裝置，適合使所述的至少兩個(gè)光源通過(guò)所述的發(fā)射終端相繼地照射所述的組織，和適合通過(guò)所述的至少兩個(gè)檢測(cè)終端對(duì)由所述至少兩個(gè)檢測(cè)器獲取的光的強(qiáng)度得到同步測(cè)量；和處理裝置，用于根據(jù)所述同步測(cè)量的結(jié)果，確定所關(guān)心的特征值。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的儀表，其中所述的光發(fā)射器是置于所述敷貼塊內(nèi)的光源。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的儀表，其中所述的光發(fā)射器每一個(gè)都是一個(gè)光發(fā)射終端，它具有一個(gè)自由的光發(fā)射端，且用另一端耦合于一個(gè)光源。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的儀表，其中所述的光源是激光二極管，每一個(gè)激光二極管都發(fā)射670-940nm范圍以內(nèi)的單色光。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的儀表，其中一個(gè)第一光源以750-760nm發(fā)射光，且一個(gè)第二光源以780-800nm發(fā)射光。
全文摘要
描述一種用于光學(xué)血液氧測(cè)量的新傳感器和一種在其中使用新傳感器的方法和儀表。新傳感器包括兩個(gè)彼此緊靠著的置于儀表中央的點(diǎn)狀光發(fā)射器,和同軸地圍繞光發(fā)射器的至少一個(gè),最好兩個(gè)環(huán)形檢測(cè)終端。光源可以例如是兩個(gè)激光二極管,每一個(gè)都發(fā)射670—940nm范圍內(nèi)的單色光。檢測(cè)裝置例如是光電二極管。
文檔編號(hào)A61B5/00GK1187112SQ96194669
公開(kāi)日1998年7月8日 申請(qǐng)日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月6日
發(fā)明者伊亞·法因, 亞歷山大·斯頓伯格, 耶謝胡·卡茲, 利奧尼德·戈?duì)柖W文, 鮑瑞斯·拉波波特 申請(qǐng)人:西伯羅醫(yī)學(xué)公司