申请/专利权人：铂元智能科技(北京)有限公司

申请日：2017-03-07

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN106859667B

主分类号：A61B5/1455(20060101)

分类号：A61B5/1455(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2017.07.14#实质审查的生效;2017.06.20#公开

摘要：本发明实施例提供一种无线血氧测量装置，其包括：前端血氧采集模块、后端电流输出模块，所述前端血氧采集模块用于采集与患者的血氧相关的光电信号，然后对所述光电信号数字化处理并通过无线通讯通道进行传输；所述后端电流输出模块用于通过所述无线通讯通道接收数字化的光电信号，并将数字化光电信号数据转换为可被监护仪接收的模拟电信号。

主权项：1.一种无线血氧测量装置，其特征在于，包括：前端血氧采集模块、后端电流输出模块，所述前端血氧采集模块用于采集与患者的血氧相关的光电信号，然后对所述光电信号数字化处理并通过无线通讯通道进行传输；所述后端电流输出模块用于通过所述无线通讯通道接收数字化的光电信号，并将数字化光电信号数据转换为可被监护仪接收的模拟电信号；其中，所述后端电流输出模块包括脉冲同步电路、射频收发电路、电流发生电路，所述脉冲同步电路用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲，所述射频收发电路用于接收前端血氧采集模块通过无线通讯通道发送过来的数字化的光电信号，所述电流发生电路用于接收数字化的光电信号并将还原为模拟电流信号，同时按照所述脉冲同步电路的时序在预定时刻输出预定波长的电流信号；所述电流发生电路包括DA转换电路和电流源，所述DA转换电路用于将数字化的光电信号转化为模拟电信号，所述电流源则将模拟电信号转换为符合监护仪电气要求的模拟电流信号；所述电流源包括光伏型光耦，一端与前端驱动电路连接，另一端作为监护仪的电流输入；所述光伏型光耦的输入部分为电流源驱动的方式；在光输出电流在满量程变化的过程中，所述光伏性光耦的前端输入的电流在0.3mA-100mA之间变化，所述光伏性光耦的前端输入的电压在1V-1.4V之间变化；所述光伏性光耦的前端输入的电流和所述光伏性光耦的前端输入的电压之间的对应关系为非线性关系。

全文数据：无线血氧测量装置技术领域[0001]本发明实施例涉及血氧测量技术领域，尤其涉及一种无线血氧测量装置。背景技术[0002]多参数监护仪是一种测量和控制病人生理参数的仪器，多参数监护仪能为医学临床诊断提供重要的病人信息，通过各种功能模块，可实时监测人体的心电信号、心率、血氧饱和度、血压、呼吸频率和体温等重要参数，如果出现超标可发出警报。[0003]现有的监护仪采用的都是有线连接方式，即要实现对患者各种生理参数的监测，各种监测探头一端接在监护仪上，一端接到患者身体上，监测的生理参数越多，使用的监测探头也就越多，连接患者和监护仪的数据线也就越多。尤其在手术，I⑶护理等常用情景中，过多的数据线会对医生的操作形成很大干扰和障碍。[0004]近几年的可穿戴医疗技术的蓬勃发展，有越来越多的可穿戴血氧监测产品的出现，技术都已经越来越成熟，但是目前该应用主要适用于家庭场景，对于专业医疗场景的应用非常的少，主要限制还在于目前的应用方式还是一个独立的系统，无线血氧脉搏监测仪需要一个前端血氧脉搏传感器，一个中间的无线转接单元和一个后端的显示器组成，该种方式架构一方面导致整个系统的成本昂贵，一方面又受限于手术室的空间限制很难有容纳单独一个显示器的空间，另一方面，医护人员已经习惯了对监护仪的观察和参考。因此，如果能够将目前现有的无线脉搏血氧监测实现了在监护仪上的显示将有非常重要的意义。发明内容[0005]有鉴于此，本发明实施例所解决的技术问题之一在于提供一种无线血氧测量装置，用以克服现有技术中无线测量设备无法接入到监护仪中的技术缺陷，达到利用传统的监护仪，不改变医护人员使用习惯、借助监护仪对HIS等系统的现成接口将血氧数据接入的基础上，实现对患者的无线生命体征监测效果。[0006]本发明实施例提供一种无线血氧测量装置，其包括:前端血氧采集模块、后端电流输出模块，[0007]所述前端血氧采集模块用于采集与患者的血氧相关的光电信号，然后对所述光电信号数字化处理并通过无线通讯通道进行传输；[0008]所述后端电流输出模块用于通过所述无线通讯通道接收数字化的光电信号，并将数字化光电信号数据转换为可被监护仪接收的模拟电信号。[0009]可选地，在本发明的一实施例中，所述前端血氧采集模块对所述光电信号进行数字化时，将带有所述光电信号唯一性的ID和数字化的光电信号一并经无线通讯通道进行发送。[0010]可选地，在本发明的一实施例中，所述后端电流输出模块测量到监护仪的采样率以后和所述前端血氧采集模块通信，使得所述前端血氧采集模块的采样率和监护仪采样率保持一致。[0011]可选地，在本发明的一实施例中，所述前端血氧采集模块包括前端血氧探头、AD转换单元和射频收发电路，所述前端血氧探头用于采集与患者的血氧相关的光电信号，所述AD转换单元用于将光电信号进行数字化，所述射频收发电路则用于将数字化的光电信号进行无线发送。[0012]可选地，在本发明的一实施例中，所述前端血氧探头包括光电发射管和光电接收管，所述光电发射管用来发射多个不同波长的光信号，所述光电接收管用于接收经过人体血管之后的光信号并转换为对应的光电信号。[0013]可选地，在本发明的一实施例中，所述前端血氧探头的光电发射管的关断时间是打开时间的2倍以上。[0014]可选地，在本发明的一实施例中，所述后端电流输出模块包括脉冲同步电路、射频收发电路、电流发生电路，所述脉冲同步电路用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲，所述射频收发电路用于接收前端血氧采集模块通过无线通讯通道发送过来的数字化的光电信号，所述电流发生电路用于接收数字化的光电信号并将还原为模拟电流信号，同时按照所述脉冲同步电路的时序在预定时刻输出预定波长的电流信号。[0015]可选地，在本发明的一实施例中，所述脉冲同步电路，其通过检测监护仪血氧连接端子处的正负电流抽取出控制光电LED的多个时序脉冲。[0016]可选地，在本发明的一实施例中，所述脉冲同步电路要和监护仪内部的血氧测量和驱动电路实现共地测量。[0017]可选地，在本发明的一实施例中，所述电流发生电路包括DA转换电路和电流源，所述DA转换电路用于将数字化的光电信号转化为模拟电信号，所述电流源则将模拟电信号转换为符合监护仪电气要求的模拟电流信号。[0018]可选地，在本发明的一实施例中，所述电流源包括光伏型光親，一端与前端电路的隔离，另一端监护仪电流输入。[0019]可选地，在本发明的一实施例中，所述光伏型光親的输入部分为电流源驱动的方式。[0020]由以上技术方案可见，本发明实施例中，通过所述前端血氧采集模块用于采集与患者的血氧相关的光电信号，然后对所述光电信号数字化处理并通过无线通讯通道进行传输;所述后端电流输出模块用于通过所述无线通讯通道接收数字化的光电信号，并将数字化光电信号数据转换为可被监护仪接收的模拟电信号达到利用传统的监护仪，不改变医护人员使用习惯、借助监护仪对HIS等系统的现成接口将血氧数据接入的基础上，实现对患者的无线生命体征监测效果。附图说明[0021]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0022]图1为本发明实施例一中无线血氧测量装置的结构示意图；[0023]图2为本发明实施例二中多参数监护仪对人体进行血氧相关的光电信号进行采样的不意图；[0024]图3为本发明实施例三中为不同血氧浓度对光线的吸收率曲线；[0025]图4为本发明实施例四中前端血氧采集模块示意图；[0026]图5为本发明实施例五中双向LED的驱动示意图；[0027]图6为本发明实施例六中时序脉冲示意图；[0028]图7为本发明实施例七中光伏性光耦的IV特性曲线。具体实施方式[0029]当然，实施本发明实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。[0030]为了使本领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。[0031]下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。[0032]本发明下述实施例中，无线血氧持续监测仪，包括:前端血氧采集模块、后端电流输出模块，所述前端血氧采集模块用于采集与患者的血氧相关的光电信号，然后对所述光电信号数字化处理并通过无线通讯通道进行传输;所述后端电流输出模块用于通过所述无线通讯通道接收数字化的光电信号，并将数字化光电信号数据转换为可被监护仪接收的模拟电信号。[0033]图1为本发明实施例一中无线血氧测量装置的结构示意图；如图1所示，其包括:前端血氧采集模块102、后端电流输出模块103,所述后端电流输出模块103通过连接线缆104与多参数监护仪105进行连接。其中：[0034]所述前端血氧采集模块102用于采集患者的与血氧相关的光电信号，将其数字化以后形成数字化的光电信号并通过无线通讯通道传送给后端电流输出模块103,后端电流输出模块103根据接收到的数字化的光电信号后，将数字化的光电信号进行还原模拟化，输出为符合多参数监护仪电气要求的电流信号，然后将电流信号通过连接线缆104输入到多参数监护仪105中。[0035]本实施例中，所述前端血氧采集模块将模拟化的光电信号进行数字化时，将带有自身唯一性的ID和所述数字化光电信号一起一并通过无线通讯通道发送。[0036]无线通讯通道的物理层采用Wifi信号，根据Wifi信号的协议，当所述前端血氧采集模块和所述后端电流输出模块每次进行连接的过程中，所述后端电流输出模块自动获得所述前端血氧采集模块的MAC地址代表自身唯一性的ID，每次读取数据的时候自动识别数据是否是从该MC地址对应的采集模块发送过来，从而保证信号的有效和有序。[0037]本实施例中，所述前端血氧采集模块和所述后端电流输出模块具有同步功能，当所述后端电流输出模块测量到多参数监护仪的采样率以后和所述前端血氧采集模块通信，使得所述前端血氧采集模块的采样率和多参数监护仪采样率保持一致。当多参数监护仪和所述前端血氧采集模块对人体进行血氧测量时，都会以某一个固定的采样率获取光信号经过人体再入射到光电接收管后得到电信号，在这样的情况下，所述后端电流输出模块就可具备测试多参数监护仪的血氧采样率的功能，同时要求所述前端血氧采集模块的采样率和多参数监护仪的血氧采样率一致，从而可有效地还原原始电流信号。[0038]如图2所示，本实施例中，多参数监护仪以125Hz的采样率对人体进行血氧相关的光电信号进行采样，每一个采样周期内（8ms，多参数监护仪需要按照如图中的时序，从上到下的四个电平上升沿的瞬间分别对红外光1透射、环境光、红外光2透射、环境光进行采样。每4个采样点作为一个整周期为8ms。那么所述前端血氧采集模块就按照8ms的周期间隔对人体进行采样，从而保证两者的采样率是一致的。[0039]本实施例中，前端血氧采集模块采集血氧相关的光电信号原理如下所示：[0040]由于人体所消耗的氧主要来源于血红蛋白（在正常的血液中存在四种血红蛋白：氧合血红蛋白（Hb02、还原血红蛋白（Hb、碳氧血红蛋白（CoHb、高铁血红蛋白（MetHb。其中与氧气做可逆性结合的是还原血红蛋白，与氧气不相结合的是碳氧血红蛋白和高铁血红蛋白。）所携带的氧。通常称血液中氧含量即指血液中氧合血红蛋白的多少，用血氧饱和度这个物理量来描述血液中氧含量的变化。氧合血红蛋白和去氧合血红蛋白对不同波长入射光有着不同的吸收率，如图3所示，为不同血氧浓度对光线的吸收率曲线。而皮肤肌肉、骨骼、静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的。当用两种特定波长的光线照射组织时，运用朗博比尔定律并根据血氧饱和度的定义即可推出动脉血氧饱和度的公式。[0041]如图4为对血氧的光电信号采集的前端血氧采集模块，图中Cpd为接收经过人体后光线的光电接收管，后续电路为将光电接收管的光电流信号进行处理的电路。具体地，如图4所示，其包括Rx，即为光电接收管;Cf、Rf和OPl组成电流转电压放大电路，将光电二极管两端的电流转换为差分放大电压，Ri、Rg和0P2放大器组成二级电压放大电路;其工作的过程如下：[0042]光电接收管产生的光电流比较小，经过Rf在OPl—端形成电压信号，该级电路主要实现从电流信号到电压信号的转换，同时Cf和Rf组成一定的滤波网络，能对带外的噪声产生一定的限制，该级运放主要要求噪声比较低，从而不影响原始信号的信噪比。Ri、Rg和0P2放大器组成的二级电压放大电路主要用于将前级电流转电压电路生成的微弱电压信号进行放大，产生信号Vdiff，使得输出信号Vdiff电压范围满足后级ADC的电压输入范围，同时Rg是阻值可变的数字电位器，通过调整Rg的值可以调整第二级放大电路的增益，从而改变输出信号的电压幅值。[0043]I=I〇e_sAcd1[0044]其中Io为入射光光强，ελ为吸光介质的吸光系数，c为介质的浓度以及d为光穿过介质的长度距离，I为反射光光强[0045][0046]公式⑵中，T为透射度，那么从⑵变形就可以得到下列公式中的光吸收系数A:[0047]A=-InT=ελcd3[0048]当一束光通过吸光介质后，光强会发生变化，变化后的吸光系数A为ΔΑ，如果假设两束光通过的介质一样，且行程相等，且光穿过介质的长度距离Ad相等，可以消除，那么不同波长的红光与红外光的比例吸光系数如下：[0049][0050]其中R代表的是红光（红光还可以为与上述的红外光不同波长的另一红外光），IR代表的是红外光，αp表不脉搏的吸光度。[0051]公式⑷中的两种光的比值被定义为R0s即，[0052][0053]那么不同波长的两束光通过介质后变化的透射系数△T为[0054][0055]从公式⑶中可以得出通过取得自然对数，可以获得透射系数，那么ΔT可以被改写为：[0056][0057][0058]所以，从两种不同光的透射系数可以获得两种光互相相关的光吸收比例系数Ros，即[0059][0060]所以，最终血氧浓度的系数可以从Ros在不同血氧浓度下的值中拟合获得。[0061]具体地，在本实施例中，所述前端血氧采集模块包括前端血氧探头、AD转换单元和射频收发电路。所述前端血氧探头用于将人体血氧信号转换为电信号，所述AD转换单元用于将电信号进行数字化，所述射频收发电路则用于将数字化电信号进行无线发送。[0062]具体地，在本实施例中，其特征在于，所述前端血氧探头包括光电发射管和光电接收管，光电发射管用来发射多个不同波长的光信号，光电接收管用于接收经过人体血管之后的光信号并转换为对应的电信号，同时血氧探头可以通过Molex接插件和所述前端血氧采集模块相连接。[0063]具体地，在本实施例中，为了测量人体的血氧信号，前端血氧采集模块发送的光线为双红外光，所述双红外光的波长在血氧监测期间间歇性发生变化。通过所述双红外光波长的变化，从而提高血氧监测的准确性，比如波长为660nm和905nm。如图2所示，660nm和905nm的两束红外光分别在蓝色上升沿瞬间打开、关闭，从而形成了660nm打开、660nm关闭、905nm打开、905nm关闭四个状态。[0064]具体地、在本实施例中，所述血氧探头的光电发射管的关断时间是打开时间的2倍以上，从而降低所述前端血氧采集模块的整体功耗。通常情况下，所述前端血氧采集模块作为可穿戴设备，功耗是一个非常重要的指标，对这个模块而言，功耗比较主要的一个部分就是红外光的发射功耗，因此，通过降低LED开启的占空比，有助于极大的降低整个模块的功耗。[0065]具体地，在本实施例中，所述后端电流输出模块包括脉冲同步电路、射频收发电路、电流发生电路。所述脉冲同步电路用于采集多参数监护仪控制光电LED的时序脉冲，该脉冲时序即为图2中所示，根据两个不同波长的LED开关状态得到四个不同的状态，从而得至IJ4个脉冲同步信号。所述射频收发电路用于接收所述前端血氧采集模块通过无线发送过来的数字化光电信号，数字化光电信号中包含了所述前端血氧采集模块采集到的四个不同状态的电流值波长1打开、波长1关闭、波长2打开、波长2关闭）。所述电流发生电路用于接收数字化光电信号并将还原为模拟电流信号，同时按照所述脉冲同步电路的时序在特定时刻输出特定波长的电流信号，即在波长1打开的同步脉冲上升沿瞬间将前端采集模块采集到的波长1打开的电流信号输出、在波长1关闭的同步脉冲上升沿瞬间将前端血氧采集模块采集到的波长1关闭的电流信号输出，依次继续，直到在波长2关闭的同步脉冲上升沿瞬间将前端血氧采集模块采集到的波长2关闭的电流信号输出。如此为1个周期，然后每个周期按照同样的时序将电流信号输出到多参数监护仪上。[0066]具体的，在本实施例中，所述脉冲同步的比较电路中某一节点和双向LED的一端相连接，从而实现共地测量。具体到本实施例中，如图5中，双向LED由监护仪来进行驱动，双向LED的左边节点或者是右边节点，都可以通过将其连接到所述脉冲同步电路上的某一个固定电平上来实现接地测量，在本实施例中，通过将左边节点连接到所述脉冲同步电路上的电源地上实现该功能。[0067]具体地，在本实施例中，所述脉冲同步电路，其通过检测监护仪血氧连接端子处的正负电流或电压抽取出控制光电LED的多个时序脉冲。如图5所示，DPl是发射波长为660nm的红外光的LED，DP2是发射波长为905nm的红外光的LED，右端LEDDriver是监护仪的驱动电路，两个LED的方向相反，当驱动电路的驱动电流是正向时（电流从左流向右端），DP1开始发光，整个LED两端的电压是正电压，当驱动电路的驱动电流是反向时（电流从右流向左端），DP2开始发光，整个LED两端的电压是负电压，当DPl和DP2都关闭的时候，LED两端的电压为0。因此，不管是检测LED两端的电压的正负，还是根据流过LED的电流的正负，都可以判断出LED的状态，根据LED的状态，得到两束红外光的开关时序，如图6所示，第一行即为红外光1打开的时序，第三行为红外光2打开的时序，第二行和第四行没有含义。从而将这两个时序脉冲作为后续的电流输出电路的时序标准。[0068]具体地，在本实施例中，所述电流发生电路包括DA转换电路和电流源，所述DA转换电路用于将数字化光电信号转化为模拟电信号，所述电流源则将模拟电信号转换为符合多参数监护仪电气要求的模拟电流信号。多参数监护仪的血氧采集电路如图4中所示，和所述前端采集模块采样的原理是相同的，前端的Rx的光电接收管接收光电发射管的光信号，并将其转换为电流信号，然后进入到跨导放大电路中进行处理。因此，所述电流源转换出来的模拟信号必须具有光电二极管的特性:具有能量产生功能、不依赖其他电源供电，最后电流的输出和后端电流输出模块的其他电路进行隔离，同时电流的输出一般在uA级左右。[0069]具体地，在本实施例中，所述电流源中的核心部分为光伏型光耦，一方面实现与前端电路的隔离，另一方面作为多参数监护仪电流输入。即满足了之前提到的多参数监护仪的电气要求。[0070]具体地，在本实施例中，所述光伏型光耦的输入部分为电流源驱动的方式，提高输入信号的输入范围，从而提高信号分辨率。如图7所示，为光伏性光耦的IV特性曲线，在光输出电流在满量程变化的过程中，前端的输入二极管的电流在〇.3mA-100mA之间变化，前端的输入二极管的电压在1V-1.4V之间变化。在这个变化过程中电流随着电压的变化非线性，因此光伏性光耦的电流驱动如果采样电流源驱动的方式，则一方面提高信号分辨率，一方面减少了后端电流输出的非线性。

权利要求：1.一种无线血氧测量装置，其特征在于，包括:前端血氧采集模块、后端电流输出模块，所述前端血氧采集模块用于采集与患者的血氧相关的光电信号，然后对所述光电信号数字化处理并通过无线通讯通道进行传输；所述后端电流输出模块用于通过所述无线通讯通道接收数字化的光电信号，并将数字化光电信号数据转换为可被监护仪接收的模拟电信号。2.根据权利要求1所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述前端血氧采集模块对所述光电信号进行数字化时，将带有所述前端采集模块唯一性的ID和数字化的光电信号一并经无线通讯通道进行发送。3.根据权利要求1所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述后端电流输出模块测量到监护仪的采样率以后和所述前端血氧采集模块通信，使得所述前端血氧采集模块的采样率和监护仪采样率保持一致。4.根据权利要求1所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述前端血氧采集模块包括前端血氧探头、AD转换单元和射频收发电路，所述前端血氧探头用于采集与患者的血氧相关的光电信号，所述AD转换单元用于将光电信号进行数字化，所述射频收发电路则用于将数字化的光电信号进行无线发送。5.根据权利要求4所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述前端血氧探头包括光电发射管和光电接收管，所述光电发射管用来发射多个不同波长的光信号，所述光电接收管用于接收经过人体血管之后的光信号并转换为对应的光电信号。6.根据权利要求5所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述前端血氧探头的光电发射管的关断时间是打开时间的2倍以上。7.根据权利要求1所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述后端电流输出模块包括脉冲同步电路、射频收发电路、电流发生电路，所述脉冲同步电路用于采集监护仪控制光电LED的时序脉冲，所述射频收发电路用于接收前端血氧采集模块通过无线通讯通道发送过来的数字化的光电信号，所述电流发生电路用于接收数字化的光电信号并将还原为模拟电流信号，同时按照所述脉冲同步电路的时序在预定时刻输出预定波长的电流信号。8.根据权利要求7所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述脉冲同步电路，其通过检测监护仪血氧连接端子处的正负电流或电压抽取出控制光电LED的多个时序脉冲。9.根据权利要求7所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述脉冲同步电路要和监护仪内部的血氧测量和驱动电路实现共地测量。10.根据权利要求7所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述电流发生电路包括DA转换电路和电流源，所述DA转换电路用于将数字化的光电信号转化为模拟电信号，所述电流源则将模拟电信号转换为符合监护仪电气要求的模拟电流信号。11.根据权利要求10所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述电流源包括光伏型光耦，一端与前端驱动电路连接，另一端作为监护仪的电流输入。12.根据权利要求11所述的无线血氧测量装置，其特征在于，所述光伏型光耦的输入部分为电流源驱动的方式。

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