CN104853675A - 用于感测血氧浓度的血氧测定传感器组件以及方法 - Google Patents

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马修·K·本森
大卫·L·卡明思
皮奥特·德鲁贝特斯克伊
杰弗里·T·邦克
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Abstract

一种根据本披露的传感器被配置成测量受试者的血氧浓度。在说明性实施例中，该传感器可被联接到用于座置环境或任何其他合适环境中的座位。在说明性实施例中，该传感器是一种设置于车辆座位中或者靠近且接触占用者身体的其他支撑件中的血氧测定传感器组件。

Description

用于感测血氧浓度的血氧测定传感器组件以及方法
优先权要求
本专利申请通过引用结合并且要求于2012年11月27日提交的美国临时专利申请序列号61/730,374的权益，将上述文件通过引用清楚地结合在此。
背景
本披露涉及一种被配置成感测人类的生理特性的传感器，所述人类特别地为一名坐在座位上，例如车辆的车辆座位上的人类。更具体地，本披露涉及一种血氧测定传感器组件以及一种用于使用该传感器组件测量受试者的血氧含量的方法。
概述
一种根据本披露的传感器被配置成测量受试者的血氧浓度。在说明性实施例中，该传感器可被联接到用于座置环境或任何其他合适环境中的座位。在说明性实施例中，该传感器为设置于车辆座位、医院座位、轮椅中或者靠近且接触占用者身体的其他支撑件中的血氧测定传感器组件。
在说明性实施例中，该传感器包括在不知道衣服层的数目或者不知道每层由何种材料制造的前提下用于通过一层或多层衣服测量受试者的血氧含量的氧测量装置。氧测量装置包括可变输出光源和处理装置，该可变输出光源和处理装置用于递增地改变从可变输出光源发射的光的量，直到能够对受试者进行测量。
在说明性实施例中，该传感器被设置在占用者支撑基座内的一个或多个位置中，该占用者支撑基座位于车辆中并且形成为包括座位底部和从该座位底部向上延伸的座位背部。例如，该传感器被设置在座位底部中，该座位底部包括面套和一个在由坐垫罩限定的容纳座垫的空间中的座垫。
在说明性实施例中，一种用于测量受试者的血氧浓度的传感器组件包括：用于发射至少一个波长的光(该光通过至少一层衣服从受试者身体反射)的光发射装置，用于接收来自受试者身体的反射光的光接收器装置，用于分析反射光的量以确定受试者的血氧浓度的装置，以及用于校准光发射装置以考虑所存在的至少一层衣服的装置。
根据本披露的另一个实施例，用于分析反射光的量的装置确定由受试者身体吸收的光的量，以确定受试者的血氧浓度。
根据本披露的另一个实施例，用于分析反射光的量的装置检测血氧浓度以预测脂肪栓塞综合征(FES)、血氧不足或者骨折并发症。
根据本披露的另一个实施例，用于分析来自受试者身体的反射光的量的装置利用反射式脉搏血氧测定法进行操作。
根据本披露的另一个实施例，用于校准光发射装置的装置识别对于该光发射装置的发射而言至少一个最佳水平和/或至少一个类型的发射光。
根据本披露的另一个实施例，用于校准光发射装置的装置每当受试者与位于机动车辆的座置环境中的传感器接触时即进行校准。
根据本披露的另一个实施例，光接收器装置为测量从受试者身体反射的光的量的光电检测器。
根据本披露的另一个实施例，该传感器组件进一步包括联接到光电检测器的用于光电检测器输出信号的缓冲和滤波的电路，以及建立虚接地并且进行光电检测器输出信号的缓冲和滤波的至少一个运算放大器。
根据本披露的另一个实施例，该传感器组件进一步包括建立虚接地用于进行光电检测器输出信号的缓冲和滤波的至少一个运算放大器。
根据本披露的另一个实施例，光电检测器的输出信号被联接到用于校准光发射装置的装置并且进行光电检测器输出信号的分析以进行该传感器组件的校准，并且光电检测器的输出信号被联接到用于分析反射光的量的装置以检测受试者的血氧浓度。
根据本披露的另一个实施例，光发射装置包括多组发光二极管。
根据本披露的另一个实施例，多组发光二极管包括发射分别在大约850nm(优选地850nm)和大约950nm(优选地950nm)处的光的两个组。
根据本披露的另一个实施例，多组发光二极管包括发射分别在大约600nm(优选地600nm)和大约1100nm(优选地1100nm)处的光的两个组。
根据本披露的另一个实施例，用于校准光发射装置的装置包括通过由光发射装置发射的多波长的光进行循环以允许材料的光谱分析和氧合/脱氧血红蛋白吸收，以探知最佳的波长以用于材料渗透和确定氧饱和曲线同时最大化地识别运动和其他伪影。
根据本披露的另一个实施例，传感器组件进一步包括联接到光接收器装置的输入/输出和处理装置以分析反射光的量以确定受试者的血氧浓度，和/或校准光发射装置以考虑至少一层衣服的存在。
根据本披露的另一个实施例，输入/输出和处理装置进行来自光接收器装置的输出信号的分析以进行传感器组件的校准以及受试者的血氧浓度的检测和监测。
根据本披露的另一个实施例，输入/输出和处理装置包括将光接收器装置和光发射装置联接到输入/输出和处理装置的通信总线。
根据本披露的另一个实施例，通信总线允许双向通信以控制光发射装置对光的发射并且接收来自光接收器装置的反射光以进行对受试者的血氧含量的校准、检测和监测处理。
根据本披露的另一个实施例，输入/输出和处理装置包括一个处理器。
根据本披露的另一个实施例，利用传感器组件对受试者的血氧浓度进行校准和后续监测的方法包括以下步骤：检测受试者已经与传感器接触，从多个发光二极管组发射在至少一个和潜在地多个特定波长处的光信号，检测从受试者血液反射的光的量，以越来越小的增量向高或向低迭代地改变所发射的发光二极管的输出光级并且利用一个处理器分析反射光级直到确定了产生由光电二极管读取的最佳反射光级的最佳发射的发光二极管输出光级，并且利用最佳发射的发光二极管输出光级来监测受试者的血氧浓度。
根据本披露的另一个实施例，在监测受试者的血氧浓度时，通过运算放大器和滤波器配置处理一个指示所检测的从受试者血液反射的光的量的信号，以分离反射光信号。
根据本披露的另一个实施例，滤波器配置以大约3kHz、优选3kHz对信号进行低通滤波。
根据本披露的另一个实施例，从多个发光二极管组对光信号的发射利用一组透射在大约800nm(优选800nm)处的光的发光二极管以及另一组以一个被选择为确定绝对血容量的频率来透射光的发光二极管，由此产生一个滤波器。
根据本披露的另一个实施例，该处理器分析所监测的血氧浓度数据以预测脂肪栓塞综合征(FES)、血氧不足或者骨折并发症。
根据本披露的另一个实施例，光发射的校准阶段包括通过对光发射装置发射的多波长的光进行循环以允许材料的光谱分析和氧合/脱氧血红蛋白吸收，以探知最佳的波长以用于材料渗透和确定氧饱和曲线同时最大化地识别运动和其他伪影。
考虑到举例说明了实现如当前所理解的本披露的最佳模式的说明性实施例，本披露的另外的特征对本领域的技术人员而言将变得清楚。
附图简要说明
详细说明具体地参考下述附图，其中：
图1提供了表示从传感器组件发射的光的波长(nm)与比吸收率(1/cm·M)之间关系的图，其中展示了脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的吸收光谱之间的差异；
图2为根据本披露的传感器组件的俯视图，其示出了挨着参考对象的传感器组件以示出传感器组件的尺寸，并且示出传感器组件包括多种电子部件；
图3为图2的传感器组件的仰视图，其示出了挨着参考对象的传感器组件；
图4为示出了包含在根据本披露提供的传感器组件中的电子部件的示意图；
图5提供了包括关于图4所示电子部件的另外的信息的表格；并且
图6为示出了用于校准传感器组件并且利用传感器组件以监测受试者的血氧浓度的方法的流程图的图解视图。
图7提供了利用所披露的实施例产生的血氧测定信号的示意图。
图8示出了从血氧测定信号提取脉搏和呼吸数据的实例。
详细说明
血氧是指血液的氧饱和度，并且在通过脉搏血氧测定仪进行测量时通常表示为SpO2，典型地在健康成人中为94％-98％。氧饱和度指示氧合，或者当氧分子(O2)进入人体组织时。在人体中，血液在肺部进行氧合，其中氧分子从空气中行进并且进入血液内。氧饱和度或者O2饱和度，为被氧占有的血流中血红蛋白结合位点百分比的量度。
测量受试者的氧饱和度提供受试者的总体健康的一个指示，并且更具体地，提供受试者的肺和心血管健康的指示，因为肺和心血管***彼此协作并且与人类身体的其他***协作以进行氧合。
脉搏血氧测定法，技术上称为光电容积描记法，为用于卫生保健应用的常规技术，用以监测心跳、血液氧合以及呼吸率和呼吸深度。脉搏血氧测定法的基本原理为利用通过使光闪烁到受试者的组织内来运行的传感器并且测量多少光被吸收相对多少光被透射。因为氧合血液和脱氧血液展现出不同的吸收光谱，所以能够确定氧合血液的比例，每当受试者呼吸并且每当他们的心脏通过它们的动脉泵送新鲜血液时该氧合血液的比例增加。大部分常见的常规脉搏血氧测定传感器监测并且检测通过组织(手指或耳垂)透射的光，同时一些传感器考虑光反射率。
典型地利用脉搏血氧测定法测量动脉氧合，该脉搏血氧测定法为监控受试者血红蛋白饱和度的非侵入式技术。在透射式脉搏血氧测定技术中，将传感器放置在受试者身体的薄部分，例如指尖或耳垂，或者在婴儿的情况下，跨在足上。两种不同波长的光穿过受试者的组织到达光电检测器。测量各波长处的变化的吸光度，允许确定吸光度，该吸光度仅归因于搏动的动脉血液，除了静脉血、皮肤、骨骼、肌肉和脂肪之外。
另一类型的脉搏血氧测定法为反射式脉搏血氧测定法。可将反射式脉搏血氧测定法用作上述的透射式脉搏血氧测定法的替代形式。反射式脉搏血氧测定法不需要受试者身体的薄区段。因此，反射式脉搏血氧测定法更好地适合于更普遍的应用，例如在足部、前额和胸部进行血氧浓度的测量。然而，反射式脉搏血氧测定法还具有一些限制。
例如，迄今，学术文献仅已意识到反射式脉搏血氧测定法为可能的。文献还已经意识到：存在关于此技术的可靠性和达到应用的问题。参见，例如，“光电容积描记法及其在临床生理学测量中的应用”，约翰艾伦(2007)(“Photoplethysmography and its application in clinical physiologicalmeasurement,”John Allen(2007))；“非接触式光电容积描记法的综述，”佩克Y S郑，和皮特R史密斯，2012(“An Overview of Non-contactPhotoplethysmography,”Peck Y S Cheang and Peter R Smith,2012)；“基于垫子上的光电容积描记法对心率进行非接触式和连续式监测，”M.Y.M.王，E.皮克维尔-麦克弗森和Y.T.张，2003(“Contactless and continuous monitoring ofheart rate based on photoplethysmography on a mattress,”M.Y.M.Wong,E.Pickwell-MacPherson and Y.T.Zhang,2003)；“用于电子贴片的反射式脉搏血氧测定传感器，”拉斯马斯G.哈尔，2006年11月(“Reflectance PulseOximetry Sensor for the Electronic Patch,”Rasmus G.Haahr,November 2006)；“一种用于在睡眠床上对动脉血压进行非接触式和连续式测量的新颖方法，”W.B.古，C.C.Y.潘，H.K.梁，M.Y.西，M.Y.M.王和Y.T.张，2009(“ANovel Method for the Contactless and Continuous Measurement of Arterial BloodPressure on a Sleeping Bed,”W.B.Gu,C.C.Y.Poon,H.K.Leung,M.Y.Sy,M.Y.M.Wong and Y.T.Zhang,2009)；以及“具有标准差的波长选择方法：应用于脉搏测定法，”巴克斯-雅卡得等人，2011(“Wavelength SelectionMethod with Standard Deviation:Application to Pulse Oximetry,”Vaquez-Jaccaud_et_al,2011)。将这些参考文献的每一个通过引用以其全文结合在此。
因此，在此所披露的实施例已被开发用于识别和解决校准问题，该校准问题目前已经阻碍以下可操作且可靠的反射式脉搏血氧测定传感器的开发，该传感器对被监测的受试者进行自校准，并且具体地讲，针对由受试者穿戴的衣服层的数量和类型进行自校准。这样做时，所披露的传感器组件实施例识别最佳的发射光的一个或多个光级和一个或多个类型以为受试者提供有意义且可靠的脉搏血氧测定数据。因为每个受试者可具有不同量和不同类型的衣服(发射光一定通过该衣服行进和/或通过该衣服反射)，所以传感器组件的正常运作在每个会话/受试者基础上利用传感器组件的自动校准。即，每当受试者与传感器接触时，对一个或多个传感器组件进行再校准以说明可监测新受试者和/或可在类型或数量方面受试者的衣服层已经改变的可能性。根据本披露的这种创新在本文所解释的多种多样的申请方面具有显著的实用性。
通过引入所披露的实施例，脉搏血氧测定法是基于下述原理：氧合和脱氧血红蛋白具有不同的吸收光谱，如图1所示。反射式脉搏血氧测定法通过反射率测量两种不同波长的光的光吸收；即通过利用光电检测器或类似传感器获知透射光的量并且检测反射光的量，技术人员能够确定由受试者身体吸收的光的量，即光吸收值。
图7提供了脉搏血氧测定信号的示意图。图8展示了从这种脉搏血氧测定信号提取脉搏和呼吸信息的实例。
然而，通过介入材料的非接触式脉搏血氧测定法的功效受支配于那些材料的吸收光谱。为了创造能够通过介入材料的可变组成确定血液氧合的血氧测定(例如，脉冲血氧测定)传感器，所披露的实施例提供了在有待在受试者身体处透射的多波长的光之间切换的能力或者从有待在受试者身体处透射的多波长的光中进行选择的能力。基于由多种波长引起的光的反射量，传感器组件能够选择有待在受试者身体处透射的光的一个或多个最佳波长，以通过反射式脉搏血氧测定法确定受试者的氧饱和度。
图2和图3分别提供了包含于根据本披露的实施例所提供的传感器组件400(如图4的示意图所示)中的电子部件的俯视图和仰视图。两个附图均相对于用以展示参考尺寸的参考对象(在本文中为25美分硬币)来示出。
图4为展示了根据所披露的实施例提供的传感器组件的电子部件的示意图。如图4所示，传感器组件400的至少一个披露的实施例包括三个级段：光电检测器级段405、输入/输出和处理级段415、以及光发射级段430。
光电检测器级段405包括用于检测来自受试者身体的反射光的量的光电检测器或光电二极管410。光电检测器级段405还包括允许对检测信号进行缓冲和滤波的各种电路元件，这些电路元件包括用于建立虚接地并且对从光电检测器410输出的信号进行缓冲和滤波的运算放大器。
将名称为“用于脉搏血氧测定仪的电子处理器(Electronic Processor forPulse Oximeter)”的美国专利号5,348,004和名称为“脉搏血氧测定法的自适应校准(Adaptive Calibration for Pulse Oximetry)”的美国专利号6,839,580两者的传授内容特此通过引用以其全文结合在此。那些专利中的每一个均披露了可用于实施所披露的用于在座置环境中感测和监测血氧的实施例的多种器具、部件和方法。
将光电检测器级段405的输出联接到输入/输出和处理级段415，以便允许对通过光电检测器检测到的信号进行分析，以进行传感器组件的校准并且进行受试者的血氧含量的检测和监测。输入/输出和处理级段415包括通信总线420，该通信总线使级段405和430的传感器组件部件与处理器425联接。这种联接及相关联的双向通信允许处理器425通过光发射级段430控制光的发射并且接收来自光电检测器级段405的反射信号以进行处理而用于对受试者的血氧含量的校准、检测和监测。
光发射级段430包括两组LED 435、440。可最优化LED组以利用现成的LED，例如穿透广泛的材料孔的在850nm和950nm处的光的LED。光发射级段430可利用另外的或可替代的LED组，例如，处于600nm和1100nm之间的另外的波长的LED组，以用于更稳固的信噪比确定。
在实现方式中，从图5表格中列出的可商购的电子部件中选出图4所示的级段和并入的部件。进一步，应当指出，光电二极管410(即接收器)和LED组435、440中的LED(即发射器)可为大约7.5mm以避免从LED溢出到光电二极管。
在此所披露的实施例提供了执行通过多层材料对血氧接触的非侵入式、非分散式监测的能力。用于传感器和传感器组件的校准子程序得出用于正受监测的具体受试者的最好的光部件。这是因为用于反射式监测的光部件根据具体受试者的衣服层的量、类型和数目而改变。
因此，所披露的实施例可利用被开发用于通过由受试者穿戴的介入衣服的可变层读取脉搏血氧测定(又称为光电容积描记法，或者PPG)信号的定制设计的电路。因此，所披露的实施例允许通过多波长的光进行传感器组件校准循环以允许材料和氧合/脱氧血红蛋白吸收的光谱分析，以探知最佳的波长以用于材料渗透和确定氧饱和曲线同时最大化地识别运动和其他伪影。
所披露的传感器组件的实施例执行自动校准，这允许有能力穿透未知组成的介入材料以读取和以下波动相伴随的反射光方面的改变，该波动为和每次心跳相伴随的氧合和脱氧血红蛋白方面的波动。因为脉搏血氧测定信号相关方面中的一些以非常小的时间尺度改变(例如呼吸改变10+秒)，所以简单地利用对信号的高通滤波仅仅产生大量的扭曲和延迟。为了避免高通滤波器的问题，开发了定制的电路和算法。
所披露的实施例包括电路，该电路可利用高频脉宽调制来调整LED的输出光级。然而，若干其他方法也是可能的，包括数字化控制电位计。
因此，所披露的实施例结合了现有技术并且基于这些现有技术进行改进以提供脉搏血氧测定传感器，该传感器可以通过衣服和/或座位面套有效地运行并且提供方法以有效地校准传感器并且与用于对采集数据进行分析的定制硬件/软件结合。
如图6所示，利用上述传感器组件进行用于对受试者的血氧浓度进行校准和后续监测的方法。该方法开始于600，并且控制进程到605，在此处检测到受试者已经与传感器组件接触。然后控制进程到610，在此处光信号以至少一个和潜在地多个特定波长从多个LED组发射。某些衣服材料可具有唯一的吸收光谱，以使不同波长的透射成为有效选择。另外，一个潜在选择可以是利用一组处于大约800nm(氧合和脱氧的交叉点)的LED以及另一组用于确定绝对血容量的LED，以便允许产生高度精确的滤波器。
在透射之后，从受试者血液反射的光的量是由包含于传感器组件中的光电检测器/光电二极管测量，并且然后在615处通过运算放大器和滤波器配置馈送该信号以分离反射的光信号。例如，该信号可以按大约3kHz进行低通滤波以提高分离信号的能力。
然后在620处将处于模拟信号或数字信号形式的数据(该数据指示透射波长和反射光的量)输出到处理器运行软件，该处理器运行软件在625处存储数据并且在630处分析数据。处理器的软件在630处通过分析下述反射光来分析数据，该反射光以越来越小的增量向高或向低迭代地改变所发射的LED输出光级直到由光电二极管读取最佳反射光级。被提供用于实施这种校准的软件指令的一个实例如下(为了便于理解，用C语言编写；然而，该软件指令可用具有一定效用程度的任何编程语言进行编写)：
随后，由操作635设定有待由一个或多个LED组发射的最佳光级。然后控制进程到操作640，在此处传感器组件及相关联的处理器软件算法监测受试者的血氧含量，直到受试者身体与传感器组件脱离接触，并且在645处结束操作。
为了提高由血氧测定传感器检测的数据的稳固性，可将多于一个的传感器用于监测受试者的血氧含量。因此，图4所示类型的两个传感器组件将用于监测特定受试者。关于从非临床设定采集的生物传感器数据的关键假设为：来自任何(或者所有)传感器的数据在任何给定时间点处可为不可靠的。为了处理这种现实，为每个信号赋予可靠性分数。这种可靠性分数可用于评定特定信号的可信度以及用于将例如心率的多个估计值合并到单个心率度量内的方式，该单个心率度量具有比从单独传感器计算出的心率中的任一个更大的可靠性。这种方法通过冗余(redundancy)导致***稳固性的大幅增加。
从非临床设定采集到的任何类型的生物传感器可受到错误的支配，以致来自任何(或者所有)传感器的数据在任何给定时间点处可为不可靠的。为了处理这种事实，提供多个传感器以检查、确认和比较数据，这增加了用于监测受试者健康的***的稳固性(由于冗余导致)。
在这种实现方式中，传感器组件中的每一个可被包含于受试者所坐的座位中，例如汽车内的车座。在这种应用中，用于输入/输出和处理级段415中的处理器425对于每个传感器组件而言可为特异性的或者可由多个传感器组件共享。此外，可在机动车辆的计算***内运行处理器425。
此外，传感器组件400的至少一些部件，例如，处理器425，还可用于控制设置于受试者座位中的其他类型的传感器。此类传感器可允许采集和分析互补的待分析的关于受试者健康的生物计量数据，例如心电图(ECG)信号监测。事实上，ECG和脉搏血氧测定传感器两者均不但提供冗余的心率信息而且提供互补的生物计量信息，该生物计量信息包括来自ECG信号的心率变异性(HRV)和来自脉搏血氧测定信号的呼吸信息。因此，当前所披露的实施例可与其他类型的传感器一起使用以提供互补信息，该互补信息能够通过在处理器425上运行的多种专用算法来使用，从而得到对受试者卫生和健康状态更全面的了解。
因此，观察来自多个传感器(包括当前所披露的脉搏血氧测定传感器组件)的合并数据，不仅提供单独度量的和，而且以“总体大于总和”的方式提供出现的相互作用(emergent interaction effect)。因此，例如，利用结合了ECG监测的脉搏血氧测定传感器组件允许有能力单独地计算ECG信号和脉搏血氧测定信号的峰值时间；通过观察两个信号间的时间差异，处理器算法能够探知脉搏传导时间(PTT，可能更精确地是脉搏到达时间，PAT)。研究已经示出，这种PTT与血压是高度相关的。参见C.多尼亚马，C.U.索特，R.库罗纳，“在不同的动脉区段中脉搏传导时间的血压追踪能力：临床评估，”《心脏病学中的计算机》2009；36:201-204(C.Douniama,C.U.Sauter,R.Couronne,“Blood Pressure Tracking Capabilities of Pulse Transit Times inDifferent Arterial Segments:A Clinical Evaluation,”Computers in Cardiology 2009；36:201-204)。
然而受试者血压可增加，血液通过受试者动脉从受试者心脏到脉搏血氧测定传感器的时间减少。因此，由ECG传感器(该传感器监测由心脏活动导致的身体电位方面的变化)和当前所披露的脉搏血氧测定传感器(该传感器测量由心脏活动和呼吸导致的血氧水平的变化)提供的信息提供了通过同时采集互补但相关的数据来研究和分析受试者的卫生和健康的新机会。
可将由当前所披露的传感器组件产生的数据写入文本文件，该文本文件可包括多个先前的监测会话。如果将传感器用于重复监测相同受试者的实现方式中时，传感器组件可用于采集实时信号，并且处理器(和/或其他处理器)可用于进行趋势分析。
可将传感器组件的输出联接到警告器，该警告器指示受试者的血氧含量是否已经下落到可接受水平之下。这种实现方式可具有用于监测受试者的肺组织(例如慢性阻塞性肺病、肺癌、哮喘等)的显著实用性。通过在可放置于轮椅上或轮椅自身内部的衬垫中实施传感器，坐在椅子上的受试者可在没有附接到受试者身体的累赘线(例如与上述透射式脉搏血氧测定传感器相关联的那些)的情况下进行监测。
尽管已经结合上述列出的具体实施例描述了当前所披露的创新，但是显然，许多替代方案、修改和变型对本领域内的那些技术人员而言将是清楚的。因此，多种所披露的如上所述的实施例，旨在说明，而非限制。在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行多种变化。
例如，尽管已经在机动车环境中监测血氧含量的上下文中披露了当前所披露的实施例，但是所披露的实施例可用于任何数量的不同应用和环境中，这些应用和环境将受益于由通过所披露的传感器组件进行持续的、毫不费力的接触感测所提供的实用性。例如，所披露的实施例可用于办公座位、家庭座位和专用座位，例如视频游戏、剧院、游乐场所座位等。对于此种实现方式，可通过单独利用传感器或者结合其他传感器提供实用性，以监测受试者的多种生理参数以更好地了解状态、表情和对刺激的反应等。
通过检测座位占用者的情绪反应，血氧测定传感器座位可以提供对情感环境敏感的反馈。因此，以这种单独地或与其他类型的传感器结合的方式利用血氧测定传感器，允许开发超越传统反应式安全***的安全特性以预测不安全状态，以在它们呈现危险情形时避免危害。类似困倦警告或医疗攻击警示的特征能够呈现重大价值以提高安全性。
原型设计和分析将LabView用作单个控制点，但是商业实现方式可利用更高水平的自主性。例如，脉搏血氧测定传感器及相关联的软件可被配置成针对座位占用者的衣服进行自动校准；因此，在一个实现方式中，脉搏血氧测定传感器可接收和对当新人已经坐下时所指示的信号的响应，并且由此在不需要与中央CPU(该中央CPU与座位中的其他传感器通信，并且协调传感器运行以及数据产生和分析)通信的情况下进行自动校准程序。
因此，根据所披露的实施例，脉搏血氧测定传感器可包括以下能力：穿透介入衣服材料的未知组成以读取伴随氧合和脱氧血红蛋白波动(伴随每次心跳)的反射光的变化。因为血氧测定信号相关方面中的一些以非常慢的时间尺度(10+秒，例如呼吸)变化，所以对信号进行简单的高通滤波可产生大量的扭曲和延迟。为了避免高通滤波器的问题，可利用高频脉宽调制来开发定制电路和算法以调整LED的输出光级；然而，若干其他方法也是可能的，包括利用数字化控制的电位计，例如获取由血液反射的信号的是光电二极管和运算放大器，该信号以约3kHz的频率被实行低通滤波。因此，相关联的校准控制算法可以按越来越小的增量向高或向低迭代地改变LED输出光级直到由光电二极管读取了最佳反射光级，如上关于软件代码所解释的。
可替代地，脉搏血氧测定传感器模块可包括操纵LED组开关逻辑以及自动校准逻辑两者的内置微控制器。
传感器组件在医院病床、轮椅、以及接触截肢者的其他设备中可具有特定用途，以预测脂肪栓塞综合征(FES)、血氧不足和其他骨折并发症(参见德潘雅力潘特博士，纳里尼K.K.博士，维贾伊沃赫拉博士，贾亚士里苏德博士，“在高风险患者中通过简单的脉搏血氧测定法对演进型脂肪栓塞综合征的早期诊断，”阿纳斯塔萨图印度杂志，2006；50(6):463-465(Dr.Deepanjali Pant,Dr.Narani K.K.,Dr.Vijay Vohra,Dr.Jayashree Sood,“EARLYDIAGNOSIS OF EVOLVING FAT EMBOLISM SYNDROME BY SIMPLEPULSE OXIMETRY IN HIGH-RISK PATIENTS,”Indian J.Anastaesth.2006；50(6):463-465)。
基于潘特(Pant)等人的关于利用脉搏血氧测定传感器监测截肢者以预测处于FES和其他相关截肢并发症的高风险中的那些截肢者的研究，根据本披露所披露的传感器组件实施例能被结合到设备(所述设备被结合到与截肢者接触的设备的任何部段中)内以提供可用于更好地监测这些受试者的卫生和健康的数据并且提供截肢并发症的早期检测。
根据在此所披露的实施例，可针对一个或多个传感器的每个新监测(例如，坐、躺，或者其他定位设置，导致持续的毫不费力的接触)会话进行传感器和/或传感器组件的再校准。
因此，传感器组件在许多潜在应用中具有实用性，包括医院病床、轮椅、婴儿被褥和保育箱设备，这些仅作为一些例子。因此，根据本披露以非侵入式、毫不费力的方式测量和监测血氧接触的能力具有比在机动车辆环境中的实现方式更多的应用。因此，在此所披露的实施例具有潜在应用，包括人体工程学、康复、以及影响血液循环的疾病的检测(例如，外周血管疾病)。所披露的传感器组件具有潜在应用，包括监测以下受试者的血氧浓度，对这些受试者将要针对在利用常规的脉搏血氧测定技术时使得不能精确地监测血氧浓度的多种病症进行监测。例如，患有多种心脏病的受试者(例如先天性紫绀型心脏病患者)可遭受前额区域的动脉脉搏和静脉脉搏的组合影响，导致伪SpO2(外周氧饱和度)结果。
同样，已知的是处于特伦德伦伯格卧位(Trendelenburg position)的受试者身体的位置(其中受试者身体仰卧平躺(仰卧位)且足部高于头部15-30度)在利用传常规血氧测定技术时会导致不精确的脉搏氧监测。然而，特伦德伦伯格卧位为用于腹部和妇科手术的标准***，因为当重力牵拉肠远离骨盆时它允许更好地触及骨盆内的器官。因此，根据本披露的当前披露的传感器组件可实施于手术床或放置在手术床上的衬垫中，在此类手术期间此类患者被放在该手术床或该衬垫上。
另外，可在用于运输受伤或患病受试者的背靠板、轮床和/或担架中实施这些传感器和/或传感器组件。通过在受试者休息的水平面中实施该传感器/传感器组件，该传感器/传感器组件能够在不需要外部线和累赘设置的情况下监测受试者血氧含量。这可在援救和创伤设备(例如背靠板)方面具有特定实用性，其中医疗人员试图倾向于受试者的即刻需求并且必须延迟对患者生命体征的广泛监测的设置。因为所披露的传感器组件能够提供对受试者的持久、毫不费力且自我校准的检测和监测，所以由使用包括这种组件的设备导致的护理质量得以显著提高。
传感器/传感器组件可与诊断用设备通信，该诊断用设备位于紧靠和/或远离水平表面以将关于血氧浓度的数据提供给那些医疗人员，医疗人员需要该信息来提供正确的护理和治疗。为此，传感器组件可结合、通信和/或使用允许远程感测的光纤技术。因此，在至少一些所披露的应用中，光电检测器传感器自身为光纤。在其他潜在的实现方式中，纤维可用于将非光纤传感器连接到测量***。根据本申请，可利用纤维，原因在于其小尺寸或者在远程位置不需要电力的事实，或者因为可通过利用针对每个传感器的不同波长的光沿纤维长度来多路复用许多传感器。因此，可利用光纤技术整体或部分地实施传感器组件。此类光纤传感器的特别有用的特征为，如果需要，它们可以提供在多至一米距离上的分布式感测。
在下述的说明书中示出了元件之间的多种连接；然而，这些连接一般而言，并且除非另外指明，可为直接或间接的、持久或暂时的、以及专用或共享的，并且这种规格不旨在局限于这方面。
根据本披露结合多种实施例的多种所述部件所述的功能性可以按下述方式彼此结合或分离，所述方式为本披露的构造在一定程度上不同于在此明确披露的那些。除非另外指明，不存在方法操作按所示顺序进行的基本需求；因此本领域的普通技术人员将认识到，可按一个或多个可替代的顺序和/或同时地进行一些操作。
可以按照由多种不同实体或个体操作、在多种不同实体或个体控制下或代表多种不同实体或个体的可替代组合来提供本披露的多种部件。
另外，应当理解，根据本披露的至少一个实施例，***部件可一起或独立地实施并且这些可以是所披露***部件中任何或全部中的一个或多个。另外，***部件可以是专用***，或这种功能性可被实施为通过软件实现方式在通用设备上实施的虚拟***。
除非明确指出，在此所述的任何操作绝非旨在被理解为必须按特定次序进行其步骤。因此，在所要求的方法实际上没有叙述其步骤所遵循的顺序时或者没有以其他方式在权利要求书或说明书中确切地声明将步骤限制成特定顺序时，绝非旨在在任何方面推测断一个顺序。这适用于任何可能的非明确的用于解释的根据，包括：关于步骤安排或操作流程的逻辑事项；从语法组织或标点符号推导出的一般含义；描述于说明书中的实施例的数量或类型。
对本领域的技术人员将清楚的是，能够在不背离本发明的范围或精神的情况下进行各种修改和变化。基于在此所披露的本说明书或实践的考虑，其他实施例对于本领域的技术人员来说将是清楚的。说明书和实例旨在只是视为示例性的，真正的范围和精神是由下列的发明构思指示的。
因此，对于本领域内的技术人员而言清楚的是，所述的说明性实施例仅是例子并且可在本披露的范围内进行各种修改。

Claims (25)

1.一种用于测量受试者的血氧浓度的传感器组件，该传感器组件包括
用于发射至少一个波长光的光发射装置，该光通过至少一层衣服从该受试者身体反射，
用于接收来自该受试者身体的反射光的光接收器装置，
用于分析反射光的量以确定该受试者的血氧浓度的装置，和
用于校准该光发射装置以考虑该至少一层衣服的存在的装置。
2.如权利要求1所述的传感器组件，其中这种用于分析反射光的量的装置确定由该受试者身体吸收的光的量以确定该受试者的血氧浓度。
3.如权利要求1或2所述的传感器组件，其中这种用于分析反射光的量的装置检测该血氧浓度以预测脂肪栓塞综合征(FES)、血氧不足或骨折并发症。
4.如任一前述权利要求中所述的传感器组件，其中这种用于分析来自该受试者身体的反射光的量的装置利用反射式脉搏血氧测定法进行操作。
5.如任一前述权利要求中所述的传感器组件，其中这种用于校准该光发射装置的装置识别针对该光发射装置的发射而言至少一个最佳水平和/或至少一个类型的发射光。
6.如任一前述权利要求中所述的传感器组件，其中这种用于校准该光发射装置的装置每当一位受试者与一个位于该机动车辆的座置环境中的传感器接触时即进行校准。
7.如任一前述权利要求中所述的传感器组件，其中该光接收器装置为一个测量从该受试者身体反射的光的量的光电检测器。
8.如权利要求7所述的传感器组件，进一步包括联接到该光电检测器以用于一个光电检测器输出信号的缓冲和滤波的电路，以及建立虚接地并且进行该光电检测器输出信号的缓冲和滤波的至少一个运算放大器。
9.如权利要求8所述的传感器组件，进一步包括建立虚接地以用于该光电检测器输出信号的缓冲和滤波的至少一个运算放大器。
10.如权利要求8或9所述的传感器组件，其中该光电检测器的该输出信号被联接到这种用于校准该光发射装置的装置并且进行该光电检测器的该输出信号的分析以进行该传感器组件的校准，并且该光电检测器的该输出信号被联接到这种用于分析反射光的量的装置以检测该受试者的血氧浓度。
11.如任一前述权利要求中所述的传感器组件，其中该光发射装置包括多组发光二极管。
12.如权利要求11所述的传感器组件，其中该多组发光二极管包括发射对应地在大约850nm、优选850nm以及大约950nm、优选950nm处的光的两个组。
13.如权利要求11或12所述的传感器组件，其中该多组发光二极管包括发射对应地在大约600nm、优选600nm以及大约1100nm、优选1100nm处的光的两个组。
14.如任一前述权利要求中所述的传感器组件，其中这种用于校准该光发射装置的装置包括通过由该光发射装置发射的多波长的光进行循环以允许材料的光谱分析和氧合/脱氧血红蛋白吸收，以探知最佳的波长以用于材料渗透和确定氧饱和曲线同时最大化地识别运动和其他伪影。
15.如任一前述权利要求中所述的传感器组件，进一步包括一个联接到该光接收器装置的输入/输出和处理装置以分析反射光的量以确定该受试者的血氧浓度，和/或校准该光发射装置以考虑该至少一层衣服的存在。
16.如权利要求15所述的传感器组件，其中该输入/输出和处理装置对一个来自该光接收器装置的输出信号进行分析以进行对该传感器组件的校准以及该受试者的血氧浓度的检测和监测。
17.如权利要求15或16所述的传感器组件，其中该输入/输出和处理装置包括一个将该光接收器装置和该光发射装置联接到该输入/输出和处理装置的通信总线。
18.如权利要求17所述的传感器组件，其中该通信总线允许双向通信以控制该光发射装置对光的发射并且接收来自该光接收器装置的反射信号以进行对该受试者的血氧含量的校准、检测和监测处理。
19.如权利要求15至19中任一项所述的传感器组件，其中该输入/输出和处理装置包括一个处理器。
20.一种用于利用任一前述权利要求中所述的传感器组件对受试者的血氧浓度进行校准和后续监测的方法，该方法包括以下步骤
检测一位受试者已经与一个传感器接触，
从多个发光二极管组以至少一个和潜在地多个特定波长发射光信号，
检测从该受试者的血液反射的光的量，
以越来越小的增量向高或向低迭代地改变该发射的发光二极管输出光级并且利用一个处理器分析反射光级直到确定了产生由该光电二极管读取的最佳反射光级的最佳发射的发光二极管输出光级，并且
利用该最佳发射的发光二极管输出光级来监测该受试者的血氧浓度。
21.如权利要求20所述的方法，在监测该受试者的血氧浓度时，通过一个运算放大器和滤波器配置处理一个指示所检测的从该受试者的血液反射的光的量的信号，以分离一个反射光信号。
22.如权利要求21所述的方法，其中该滤波器配置以大约3kHz、优选3kHz对该信号进行低通滤波。
23.如权利要求20至22中任一项所述的方法，其中从该多个发光二极管组对这些光信号的该发射利用了一组透射在大约800nm、优选800nm处的光的发光二极管以及另一组以一个被选择为确定绝对血容量的频率来透射光的发光二极管，由此产生一个滤波器。
24.如权利要求20至23中任一项所述的方法，其中该处理器分析该监测的血氧浓度数据以预测脂肪栓塞综合征(FES)、血氧不足或者骨折并发症。
25.如权利要求20至24中任一项所述的方法，其中该光发射阶段的校准包括通过由该光发射装置发射的多波长的光进行循环以允许材料的光谱分析和氧合/脱氧血红蛋白吸收，以探知最佳的波长以用于材料渗透和确定氧饱和曲线同时最大化地识别运动和其他伪影。
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