使用脉搏血氧测定法确定患者的生理特征的系统和方法
【专利摘要】提供了多种方法、多种系统和相关设备来使一个电子装置能够操作一个外部传感器，该外部传感器包括用于发射具有两个不同波长的电磁辐射的一个或多个发射器以及用于基于所接收的具有这两个不同波长的电磁辐射产生一个响应信号的一个检测器，并且可连接至一个音频接口，其方式为：将一个谐波驱动信号应用于该音频接口的一个第一接点和一个第二接点以用于驱动该外部传感器的这些发射器，在该音频接口的一个第三接点处接收该响应信号，将该响应信号解调和多路分用成为一个第一波长响应信号和一个第二波长响应信号，分析该第一和第二波长响应信号以确定一个或多个生命体征，并且将所确定的该一个或多个生命体征输出。
【专利说明】使用脉搏血氧测定法确定患者的生理特征的系统和方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2011年5月17日提交的美国临时专利申请号61/486，802的优先权的权益，将其通过引用以其全文结合在此。
领域
[0002]本披露涉及使用脉搏血氧测定法来确定患者的多个生理参数的系统和方法。
进旦冃月^
[0003]脉搏血氧测定法是一种诊断方法，该诊断方法测量在血液中的携氧分子(称为血红蛋白)的比例，这些携氧分子实际上正携带氧。这被称为氧饱和或Sp02。常规的脉搏血氧计传感器照射出两道不同波长的光束(如红光和红外光)，这些光束穿过正在一个末端(如手指或耳朵)的小血管中循环的血液，并且然后对能够穿过该末端的光量进行检测。携带氧的血红蛋白(红血)吸收更多的红外光，并且与无氧的血红蛋白(蓝血)相比，允许更多的红光穿过，而无氧的血红蛋白允许更多的红外光穿过。氧饱和度表示为有氧附着的血红蛋白的百分比。当血液中的所有血红蛋白都完全氧饱和时，达到了百分之百的氧饱和度。
[0004]对于身体内的所有细胞而言，氧是生命的源泉。氧是由血液从肺运送至我们的细胞的。氧供应的短时间中断将会杀死细胞，并且稍长时间的中断可杀死整个身体。正常地，在血液中的血红蛋白几乎是完全氧饱和的(Sp02=95%-100%)。降低至这一水平以下指示，被递送遍及身体的氧量减少， 或被身体所用的氧量增加。脉搏血氧测定法可以用于在可看到氧缺乏的临床体征(皮肤变蓝)之前对血液中降低的氧水平进行检测。这一氧水平下降的早期检测允许在含氧量下降到临界水平之前进行早期救治。脉搏血氧测定法大大有助于降低与麻醉相关联的死亡的风险。
[0005]自从在十九世纪八十年代将脉搏血氧测定法引入手术室,脉搏血氧测定法已经被常规用于对在手术期间处于麻醉中的患者进行监控。其使用已经扩展至整个医院，这样使得任何有含氧量不稳定的患者都可得到监控，例如，在重症监护室、急诊部或病房中。患有肺病的患者还可在家中使用脉搏血氧测定法。
[0006]脉搏血氧测定法有潜力充当可鉴别肺病早期体征的一种诊断装置，或充当影响全身的疾病的严重程度的指示器。典型地，当肺部开始衰竭以及身体对氧的使用增加时，Sp02随着这些疾病的逐步恶化而下降。血氧饱和度(Sp02)的下降，是在肺中的气体交换障碍造成的，是在肺炎以及其他感染性或炎性疾病中病危的一个强有力的预测器。确实，基于低Sp02的肺炎的诊断可区别重度呼吸道感染与轻度呼吸道感染(如普通感冒)。
[0007]现有技术的诊断性脉搏血氧计通常是笨重(如它们的重量可超过2kg，占地大)并且昂贵的定制设备，在很多临床上可能有用的地方，该定制设备都不能使用。世界卫生组织(WHO)估计，在全球的医院中，用于麻醉术的血氧计缺少90，000-150, 000台。
[0008]在许多现有技术的血氧计中，用于产生血氧计传感器光束的电波形信号基本上具有矩形的性质。矩形波含有高子带含量的基频的谐波，并且这将伪像引入处于噪声混淆形式中的测量信号中。特别而言，具有该行频的谐波是难以消除的。此外，很多现有技术的血氧计利用时分多路分用来分析所检测到的光信号，这在将来自传感器发射器的光与伪环境光区别开来的方面引入了挑战。
[0009]此外，在很多现有技术的血氧计中，报警是基于固定阈值的，这些固定阈值通常不说明患者人口统计特征以及患者内部可变性。产生的警报经常是不可靠的，并且临床医生倾向于认为这些警报会导致分心。
[0010]诸位发明人已经确定对用于实施脉搏血氧测定法的改进方法和系统存在需要。诸位发明人已经确定对用于实施脉搏血氧测定法的低成本的、准确的、稳健的方法和系统存在特别的需要。
概述
[0011]一方面是提供了用于控制一个电子装置来操作可连接至该电子装置的一个音频接口的一个外部传感器的一种方法，该音频接口包括多个接点，该外部传感器包括用于发射具有两个不同波长的电磁辐射的一个或多个发射器、以及基于所接收的具有这两个不同波长的电磁辐射用于产生一个响应信号的一个检测器。该方法包括:将一个谐波驱动信号应用于该音频接口的一个第一接点和一个第二接点以用于驱动该外部传感器的这些发射器，在该音频接口的一个第三接点处接收该响应信号，将该响应信号解调和多路分用成为一个第一波长响应信号和一个第二波长响应信号，分析该第一和第二波长响应信号以确定一个或多个生命体征，并且将所确定的一个或多个生命体征输出。
[0012]另外一方面是提供了用于控制一个电子装置来操作可连接至该电子装置的一个音频接口的一个外部传感器的一种系统，该音频接口包括多个接点，该外部传感器包括用于发射具有两个不同波长的电磁辐射的一个或多个发射器、以及基于所接收的具有这两个不同波长的电磁辐射用于产生一个响应信号的一个检测器。该系统包括:一个驱动信号发生器，该驱动信号发生器被 配置成将一个谐波驱动信号应用于该音频接口的一个第一接点和一个第二接点上以用于驱动该外部传感器的这些发射器；一个响应信号解调器和多路分用器，该响应信号解调器和多路分用器被配置成从该音频接口的一个第三接点接收该响应信号、并且将该响应信号解调和多路分用成为一个第一波长响应信号和一个第二波长响应信号；一个响应信号分析器，该响应信号分析器被配置成分析该第一和第二波长响应信号以确定一个或多个生命体征；以及一个输出端，该输出端被配置成输出所确定的一个或多个生命体征。
[0013]另外一方面提供了一种用于为一个血氧计传感器产生一个驱动信号的方法，该血氧计传感器包括以相反极性并联连接的一个红光LED和一个红外光LED。该方法包括:提供一个基础谐波信号，该基础谐波信号具有小于该红光和红外光LED的一个激活电压的一个基础振幅；并且在该基础谐波信号中选择性地提供周期性的正触发峰和负触发峰，这些正触发峰和负触发峰具有大于该红光和红外光LED的该激活电压的振幅。
[0014]另外一个方面提供了可连接至一个电子装置的一个音频接口的一种血氧计传感器，该血氧计传感器包括一个连接器、一对发射器以及一个检测器:该连接器被配置成被接收在该电子装置的该音频接口中，该连接器包括多个接点；这对发射器被配置成发射具有两个不同波长的光，这对发射器横跨该连接器的一个第一接点和一个第二接点以相反极性并联连接；并且该检测器被配置成检测具有着两个不同波长的光并且产生一个响应信号，该响应信号包括基于从这对发射器中的第一个所检测的光的一个第一响应信号分量以及基于从这对发射器中的另一个所检测的光的一个第二响应信号分量，该检测器被连接成向该连接器的一个第三接点提供该响应信号。
[0015]另一个方面提供了用于将一个血氧计传感器连接至一个电子装置的一个音频接口的一种适配器，该适配器包括一个第一端、一个第二端、以及多个导体，该第一端具有包括多个接点的一个插头，该插头被配置成被接收在一个音频插孔中，该第二端包括多个孔，这些孔被配置成接收一个销式连接器的多个销，并且该多个导体被连接在该多个接点与该多个孔之间。
[0016]另一个方面提供了一种使用脉搏血氧定量法来确定患者的多个生理参数的系统。该系统包括:一个发射器，该发射器使用红光电磁辐射和红外光电磁辐射来辐照该患者的一个充满血液的身体部分，该红光电磁福射以及该红外光电磁福射是由一个正弦调制信号来进行调制；一个检测器，该检测器用于接收一个输入信号，该输入信号包括已经穿过该身体部分所接收的红光电磁辐射和所接收的红外光电磁辐射，所接收的红光电磁辐射以及所接收的红外光电磁发辐射具有90度的相位差；以及一个处理器，该处理器与该发射器和检测器处于电连通。该处理器被配置成借助该调制信号对该发射器进行调制；从该检测器接收该输入信号；使用各自具有与该调制信号的频率相同的频率的一个第一正弦信号和一个第二正弦信号通过对该输入信号进行正交解调来确定一个第一解调信号，该第一正弦信号与第二正弦信号具有90度的`相位差；使用各自具有是该调制信号频率的两倍的频率的一个第三正弦信号和一个第四正弦信号通过对该输入信号进行正交解调来确定一个第二解调信号，该第三正弦信号与该第四正弦信号具有90度的相位差；基于该第一解调信号与该第二解调信号的一个第一线性组合来确定所接收的红光电磁辐射；基于该第一解调信号与该第二解调信号的一个第二线性组合来确定所接收的红外光电磁辐射；并且基于所接收的红光电磁辐射和所接收的红外光电磁辐射来确定该患者的生理参数。
[0017]对于本领域的普通技术人员来说，在结合附图回顾以下对具体实施例的说明时，本披露的其他方面和特征将变得清楚。
附图简述
[0018]现在将参考附图，仅以举例方式，对本披露的实施例进行描述。
[0019]图1是根据一个实施例的一个实例便携式诊断性脉搏血氧测量系统的简图。
[0020]图1A是对根据一个实施例的用于控制电子装置来操作外部传感器的一个实例方法进行说明的流程图，该外部传感器可连接至该电子装置的一个音频接口。
[0021]图2对根据一个实施例的一种用于控制电子装置来操作外部传感器的一个实例系统进行了图示说明，该外部传感器可连接至该电子装置的一个音频接口。
[0022]图2A对根据一个实施例的一个实例血氧计传感器进行了图示说明。
[0023]图2B对根据一个实施例的一个实例血氧计传感器进行了图示说明。
[0024]图2C对根据一个实施例的一个实例血氧计传感器进行了图示说明。
[0025]图2D对根据一个实施例的一种用于将一个血氧计传感器连接至一个音频接口的实例适配器进行了图示说明。
[0026]图3是根据一个实施例的发送至以及来自于一个血氧计接口的示例性驱动信号和响应信号的图。
[0027]图4是根据一个实施例的用于产生血氧计驱动信号以及处理血氧计响应信号的一个实例系统的功能图。[0028] 图5是从一个系统(如图4的实例系统)得到的一个示例性体积描记图的图。
[0029]图6是从一个系统(如图4的实例系统)得到的一个示例性原始氧饱和信号的图。
[0030]图7是对根据一个实施例的一种用于产生警报和诊断讯息的实例方法进行说明的流程图。
[0031]图8对根据一个实施例的一种与便携式诊断性脉搏血氧测量系统连通的实例远程系统进行了图示说明。
[0032]图9是根据一个实施例的用于驱动血氧计传感器的一个示例性驱动信号的图。
[0033]图10是显示了一个重叠在图9示例性驱动信号上的示例性响应信号的图。
[0034]图11对根据一个实施例的一种用于控制电子装置来操作外部传感器的一个实例系统进行了图示说明，该外部传感器可连接至该电子装置的一个音频接口。
[0035]图11A对根据一个实施例的一个用于确定驱动信号振幅的实例振幅控制器进行了图示说明。
[0036]图12是对一个控制器(如图11A所示的控制器)对于模拟干扰的响应进行说明的图。
[0037]图13是对一个实例控制器对于一个实际的传感器响应信号所产生的响应进行说明的图。
[0038]图14对根据一个实施例的用于从多路分用的响应信号来确定氧饱和度以及心率的一个实例系统进行了图示说明。
[0039]图15是对从根据一个示例实施例的血氧计得到的氧饱和度读数与从可商购的临床血氧计得到的氧饱和度读数之间的比较进行说明的图。
[0040]图16是对从根据一个示例实施例的血氧计得到的心率读数与从可商购的临床血氧计得到的心率读数之间的比较进行说明的图。
详细说明
[0041]通常，本披露提供了一种通过电子装置的音频接口来控制外部传感器(如血氧计)的方法和系统。在此，参照如智能手机等手持电子装置，对一些示例实施例进行了描述，但是应当理解的是，在些描述的系统和方法可实施于任何类型的具有音频接口以及合适的信号产生及处理能力的电子装置中，这些电子装置包括但不限于智能手机、功能型手机、个人数字助理、平板电脑、上网本、笔记本电脑、便携式游戏系统、配备了处理器的便携式音乐播放器、台式电脑等等。
[0042]参考图1，显示一个便携式诊断性脉搏血氧测量系统100，大体上包括一个便携式用户电子装置110、一个血氧计传感器140、一个媒体连接器120、以及一个电力缆线130。该便携式用户电子装置110大体上包括一个媒体接口 115 (如一个音频接口)、一个处理器、一个存储器、以及不同的输入/输出工具(例如像触摸屏显示器、显示器以及物理键盘等)在该图示的实施例中，该便携式用户电子装置110是一个移动电话。可替代地，该装置110可以是具有音频接口和合适的处理能力的任何电子装置。
[0043]该血氧计传感器140大体上包括一个发射器和一个检测器。该发射器大体上用于以两种不同的波长(如红光和红外光)发射电磁辐射通过该患者的身体部位150，同时该检测器大体上用于对传导穿过该身体部位150的该电磁辐射进行检测。该血氧计传感器140可附接至该患者的任何可用的被血液充盈的身体部位150，例如像手指、耳朵和脚趾。可替代地，根据本领域普通技术人员的实践可以将该血氧计传感器140以一种反射模式用于该患者的前额或胸部、或任何合适的身体部位。
[0044]在该图示的实施例中，发射器和检测器被封装在一个不透明的外壳中，该外壳被配置成紧密地配合围绕于该患者的手指150。血氧计传感器外壳可以包括硅橡胶、弹簧加载的聚合材料、两者的组合、或任何其他合适的材料或材料的组合。
[0045]装置110被配置成执行一种用于控制媒体接口 115来操作血氧计传感器140的方法。具体而言，装置110发送驱动信号来控制血氧计传感器140的发射器，并且处理来自于血氧计传感器140的检测器的响应信号来确定不同的生命体征，如下文的进一步描述。在一些实施例中，装置110可以配有存储在存储器中的计算机可执行指令，当执行装置110的处理单元时，这些计算机可执行指令可使装置110执行这种方法。 [0046]图1A显示了一种根据一个实施例的实例方法160。在块162处，一个谐波驱动信号被施加至一个电子装置的一个音频接口，一个血氧计传感器被连接至该电子装置，从而导致该血氧计传感器发射具有第一波长和第二波长的电磁福射(如红光和红外光)。在块164处，在音频接口处接收一个来自于该血氧计传感器的响应信号。该响应信号包括一个第一分量，该第一分量对应于检测到的该第一波长的辐射，该第一分量与一个第二分量是交错的，该第二分量对应于检测到的该第二波长的辐射。参照图3、9和10，下文对实例驱动信号和响应信号进行了进一步描述。
[0047]在块166处，该响应信号被解调并且多路分用，以得到该第一和第二分量。如本领域普通技术人员将了解的，被执行的该类型的解调和多路分用将取决于该响应信号的该第一和第二分量是如何交错的，这又进而取决于该血氧计传感器的发射器是如何被该驱动信号所驱动的。参照图4和11，下文对实例解调和多路分用方案进行了进一步描述。
[0048]在块168处，对该响应信号的该第一和第二分量进行分析来确定多种生命体征。例如，在一些实施例中，从该第一与第二分量的比率来确定氧饱和度。在一些实施例中，从该第一和第二分量得到一个光体积描记图，并且对该光体积描记图进行处理以确定其他生命体征,如心率、呼吸率、血压以及其他如本领域已知的生理参数。在块170处，将这些生命体征输出至该患者和/或其他一个或多个使用者。例如，输出生命体征可以包括在该电子装置的显示器上显示这些生命体征，由该电子装置的内置扬声器产生声响信号，将这些生命体征存储在该电子装置的存储器中，使用任何在该电子装置中可用的通信协议将这些生命体征发送到一个或多个其他装置中，或者任何其他形式的输出。
[0049]图2显不了根据一个实施例的一种实例系统200。
系统200可以在一个如装置110的电子装置中实施来控制媒体接口 115，从而对一个血氧计传感器的发射器进行操作并且对来自于该血氧计传感器的检测器的响应信号进行处理。在该图示的实施例中，媒体接口包括一个TRRS (尖端、环、环、套管)音频接口，其中该尖端和第一环包括扬声器接点SPK，该第二环包括一个地线接点GND，并且该套管包括一个麦克风接点MIC，但是应当理解的是，可以使用不同类型的音频接口。例如，一些实施例可以使用具有不同安排的接点的一个TRRS音频接口。一些实施例可以使用一对TRS型接口(如一个扬声器输出接口以及一个麦克风输入接口)。一些实施例可以使用配置各不相同的具有多个用于发送和接收电信号的接点的音频接口。在该图示的实施例中，系统200包括用于将谐波驱动信号施加到扬声器接点SPK的一个驱动信号发生器202，以及用于从麦克风接点MIC接收响应信号并且由此获得第一波长分量λ j和第二波长分量λ 2的一个响应信号解调器和多路分用器204，并且将第一波长分量λ 1和第二波长分量λ 2提供给一个响应信号分析器208，该响应信号分析器确定一个或多个生命体征并且将这些确定的生命体征提供到输出端210。将一个内部地线206连接至地线接点GND。
[0050]在一些实施例中，响应信号解调器和多路分用器204还可以可任选地从响应信号来确定错误信号ERR，如由连接了响应信号解调器和多路分用器204与响应信号分析器208的虚线所指示的。例如，响应信号解调器和多路分用器204可以被配置成产生错误信号ERR来指示该接收到的响应信号何时有非预期的特征(如振幅、直流偏移或频率处于预期范围之外)，这样响应信号分析器208可以忽略在第一波长分量λ工和第二波长分量λ2中的可能的假读数。在一些实施例中，第一波长分量入1和第二波长分量λ2还可以可任选地被提供至驱动信号发生器202，如由连接了第一波长分量入1和第二波长分量λ2与驱动信号发生器202的虚线所指示的，以便用作在谐波驱动信号的控制参数中的反馈，如以下进一步所描述。[0051]图2Α和2Β图示性地说明了两个实例血氧计传感器215Α和215Β，它们可以用作在图1的系统100中的血氧计传感器140，以及在血氧计传感器215Α、215Β与可连接至便携式用户电子装置110 (见图1)的媒体连接器120之间的电接口。在这些实施例中，电信号是在该血氧计传感器215Α/215Β与该便携式用户电子装置110之间通过一个电力缆线130以及媒体连接器120发送的。该电力缆线130与该血氧计传感器215Α/215Β和该媒体连接器120处于电连通。该电力缆线130可以是一个多股电力缆线，其全部或部分地被接地线290所屏蔽。该媒体连接器120被配置成与任何可用于便携式用户电子装置110 (例如像音频接口)的合适的媒体接口 115处于电连通接合。例如，该媒体连接器120可以是一个2.5_或3.5mm的尖端-环-环-套筒(TRRS)连接器，被配置成与一个便携式用户电子装置110的一个音频接口相接合。在其他实施例中，可以使用不同的媒体连接器，例如像用于连接至扬声器和麦克风接口的一对尖端-环-套筒(TRS)
连接器，或被配置成连接至其他类型的音频接口的其他类型的连接器。在替代方案中，血氧计传感器可以配有这样的工具:该工具采用本领域中已知的任何有线的或无线的通信媒体、方法或协议(例如像，但不限于，蓝牙?、红外、近场通信、以及WiFi)而将音频信号传递到便携式用户电子装置110和从该便携式用户电子装置传递音频信号。
[0052]在图2A所示的实施例中，血氧计传感器215A包括两个电磁辐射发射器220和230，被配置成在两个不同的波长处发射具电磁辐射，这两个不同的波长对应地基本上处于红光(波长600nm-700nm)和红外光(波长800nm-1000nm)波段之内。发射器220和230可以是发光二极管(LEDs)或本领域的普通技术人员已知的任何能够发射红光和红外光电磁辐射的其他发射器。发射器220和230被按相反的极性并联连接，这样在操作中，一个发射器220将会被正极驱动信号所启动，而另一个发射器230将会被负极驱动信号所启动。该血氧计传感器215A还包括一个电磁辐射检测器240，该电磁辐射检测器被配置成在发射器220和230的发射范围内是敏感的。该检测器240可以是一个光电二极管、光电三极管、光敏电阻器或者任何其他合适的电磁辐射检测器。
[0053]发射器220和230被电连接至一个信号调节和过滤元件250A，而该检测器240被电连接至一个信号调节和过滤元件260A。信号调节和过滤元件250A和260A可以包括用以实现所希望的信号调节和过滤所必要的电阻的、电容的、电感的以及有源的电气部件的任
何组合。
[0054]在图2B所示的实施例中，血氧计传感器215B包括一个被配置成在红光以及红外波段均能发射电磁辐射的电磁辐射发射器270。该发射器270可以是一个小型白炽灯泡，或本领域的普通技术人员已知的任何其他的宽带宽的电磁辐射发射器。该血氧计传感器215B还包括被配置成对应地对红光和红外辐射敏感的两个电磁辐射检测器243和248。检测器243和248的选择敏感性可以是检测器的本身特征，或者可以通过电磁辐射过滤器246、241或两者来实现。过滤器246和241可以由玻璃、塑料、树脂、胶体、聚酯、聚碳酸酯或者任何其他合适的材料而制成，并且可以含有一层或多层光学涂层以及本领域的普通技术人员已知的任何其他用于过滤电磁辐射的工具。
[0055]在该图示的实施例中，检测器243和248包括以相反极性并联连接的光电二极管，这样在操作中，一个检测器243将产生包括红光或红外光电磁辐射中的一者的正极性响应信号，而另一个检测器248将产生包括红光或红外光电磁辐射中的另一者的负极性响应信号。在替代方案中，检测器243和248可以包括光电晶体管、光敏电阻器或本领域已知的任`何其他合适的电磁辐射检测器。
[0056]发射器270电连接至一个信号调节和过滤元件250B，而检测器243和248电连接至一个信号调节和过滤元件260B。信号调节和过滤元件250B和260B可以包括实现所希望的信号调节和过滤所必要的电阻的、电容的、电感的以及有源的电气部件的任何组合。在该图示的实施例中，信号调节和过滤元件260B包括一个放大器，例如像运算放大器、场效应晶体管、双极晶体管或者本领域的普通技术人员已知的任何其他这种放大元件或其组合。检测器243和248产生具有相反的极性的光电压或电流，并且放大器260B将差值测量传输至媒体连接器120。
[0057]图2C对根据另一个实施例的一个实例血氧计传感器215C进行了图示性说明，该血氧计传感器可以用作图1的系统100中的血氧计传感器140。血氧计传感器215C与图2A的传感器215A的相似之处在于它包括两个如上所述以相反的极性并联连接的发射器220和230，以及一个单一检测器240。而传感器215C与传感器215A的不同之处在于发射器220和230以及检测器240是直接连接至媒体连接器120的。
[0058]图2D对根据一个实施例的一个实例血氧计传感器适配器216进行了图示说明。适配器216包括一个第一端217，该第一端被配置成连接至一个电子装置的一个音频接口，以及一个第二端218，该第二端被配置成连接至一个与血氧计传感器相连的标准医疗装置接口(例如像D-sub九针连接器)。具体而言，第二端218包括多个孔219，这些孔被配置为接收一个医疗装置连接器的多个销，这样当插入到一个音频接口时，适配器216在该音频接口的这些接点与该医疗装置连接器的这些销之间提供电连接。适配器216还可以包括一个前置放大器214以及可任选的其他信号调节元件。前置放大器214 (以及其他任何信号调节元件)可以例如由该音频接口的麦克风接点按照与常规的驻极体麦克风相同的方式供电。
[0059]图3显示了一个实例驱动信号310以及一个实例响应信号320的图，该驱动信号可以被应用于一个音频接口的多个接点上来驱动如图2A/2C中所示的血氧计传感器215A/215C的发射器220和230，并且该实例响应信号由如图2A/2C所示的血氧计传感器215A/215C的检测器240提供。驱动信号310是正弦曲线的，并且是立体声的，两个输出通道(如在图2中所示的扬声器接点SPK)之间的相位差基本上呈180度。响应信号320是单声道的，并且含有频率是驱动信号的两倍的交替峰320A和320B，因为该血氧计传感器的红光发射器和红外发射器在该驱动信号呈交替极性时启动。驱动信号310的频率可以例如在大约lOOHz-40，000Hz的范围内。在图示的实施例中，驱动信号310的频率是大约275Hz。
[0060]图4显不了一个用于产生和处理血氧计信号(如图3的实例信号310和320)的系统400的功能图。一个被应用于输出端420的立体声驱动信号(可以例如被跨接在一个音频接口的多个扬声器接点SPK之间)是由谐波振荡器410A产生的，并且通过移相器430被相移基本180度来产生驱动信号310，由两个具有相反极性的正弦信号组成，在数学上被表示为:
【权利要求】
1.用于控制一个电子装置来操作可连接至该电子装置的一个音频接口的一个外部传感器的一种方法，该音频接口包括多个接点，该外部传感器包括用于发射具有两个不同波长的电磁辐射的一个或多个发射器、以及用于基于所接收的具有这两个不同波长的电磁辐射产生一个响应信号的一个检测器，该方法包括:将一个谐波驱动信号应用于该音频接口的一个第一接点和一个第二接点，以用于驱动该外部传感器的这些发射器；在该音频接口的一个第三接点处接收该响应信号；将该响应信号解调和多路分用成为一个第一波长响应信号和一个第二波长响应信号;分析该第一和第二波长响应信号以确定一个或多个生命体征；并且将所确定的该一个或多个生命体征输出。
2.如权利要求1所述的方法，其中，应用该谐波驱动信号包括应用具有一个第一频率的一个立体声正弦调制信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中，将该响应信号解调和多路分用包括使用具有该第一频率以及90度相位偏移的第一对正弦信号来正交解调该响应信号以获得一个第一解调信号，以及使用具有等于该第一频率两倍的一个第二频率以及90度相位偏移的第二对正弦信号来正交多路分用该响应信号以获得一个第二解调信号。
4.如权利要求3所述的方法，包括基于该第一和第二解调信号的一个第一线性组合来确定该第一波长响应信号，并且基于该第一和第二解调信号的一个第二线性组合来确定该第二波长响应信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中，该一个或多个发射器包括可横跨该第一和第二接点以相反极性并联连接的一对发射器，这对发射器中的每个发射器具有一个激活电压，并且其中，应用该谐波驱动信号包括应用具有小于这些发射器的这些激活电压的一个基础振幅的一个基础谐波信号、并且周期性地提供具有大于这些激活电压的振幅的多个正极性触发峰和负极性触发峰。
6.如权利要求5所述的方法,包括以基本上与该响应信号的一个取样频率相同的一个频率提供这些正极性触发峰和负极性触发峰。
7.如权利要求6所述的方法，包括以交替的方式来提供这些正极性触发峰和负极性触发峰，其中，从这些正极性触发峰之一到这些负极性触发峰中随后一个的一个第一时期是不同于从这些负极性触发峰之一到这些正极性触发峰中随后一个的一个第二时期的。
8.如权利要求7所述的方法，其中将该响应信号解调和多路分用包括检测由该第一时期和该第二时期分开的多个峰以鉴别该第一波长响应信号与该第二波长响应信号。
9.如权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，这对发射器包括一个红光LED和一个红外光LED，并且其中，这些正极性触发峰和负极性触发峰中的用于触发该红外光LED的一者与这些正极性触发峰和负极性触发峰中的用于触发该红光LED的另一者相比具有一个较低的振幅。
10.如权利要求5至9中任一项所述的方法，包括动态地调整这些正极性触发峰和这些负极性触发峰的振幅以便将该第一和第二波长响应信号的直流电平维持在一个控制设定点的预定范围之内。
11.用于控制一个电子装置来操作可连接至该电子装置的一个音频接口的一个外部传感器的一种系统，该音频接口包括多个接点，该外部传感器包括用于发射具有两个不同波长的电磁辐射的一个或多个发射器、以及用于基于所接收的具有这两个不同波长的电磁辐射产生一个响应信号的一个检测器，该系统包括:一个驱动信号发生器，该驱动信号发生器被配置成将一个谐波驱动信号应用于该音频接口的一个第一接点和一个第二接点上用于驱动该外部传感器的这些发射器；一个响应信号解调器和多路分用器，该响应信号解调器和多路分用器被配置成从该音频接口的一个第三接点接收该响应信号并且用于将该响应信号解调和多路分用成为一个第一波长响应信号和一个第二波长响应信号；一个响应信号分析器，该响应信号分析器被配置成分析该第一和第二波长响应信号以确定一个或多个生命体征；以及一个输出端，该输出端被配置成输出所确定的一个或多个生命体征。
12.如权利要求11所述的系统，其中，该驱动信号发生器被配置成应用具有一个第一频率的一个立体声正弦调制信号。
13.如权利要求12所述的系统，其中，该响应信号解调器和多路分用器被配置成使用具有该第一频率以及90度相位偏移的第一对正弦信号对该响应信号进行正交解调以获得一个第一解调信号，并且使用具有等于该第一频率两倍的一个第二频率以及90度相位偏移的第二对正弦信号对该响应信号进行正交解调以获得一个第二解调信号。
14.如权利要求13所述的系统，其中，该响应信号解调器和多路分用器被配置成基于该第一和第二解调信号的一个第一线性组合来确定该第一波长响应信号，并且基于该第一和第二解调信号的一个第二线性组合来确定该第二波长响应信号。
15.如权利要求11所述的系统，其中该一个或多个发射器包括一对发射器，这对发射器可横跨该第一和第二接点以相反极性并联连接，这对发射器中的每一个发射器具有一个激活电压，并且其中该驱动信号发生器被配置成应用一个具有小于这些发射器的激活电压的基础振幅的基础谐波信号并且周期性地提供多个正极性触发峰和多个负极性触发峰，这些正极性触发峰和负极性触发峰具有的振幅大于这些激活电压。
16.如权利要求15所述的系统，其中，该驱动信号发生器被配置成以基本上与该响应信号的一个取样频率相同的一个频率提供这些正极性触发峰和这些负极性触发峰。
17.如权利要求16所述的系统，其中，该驱动信号发生器被配置成以交替的方式来提供这些正极性触发峰和负极性触发峰，其中，从这些正极性触发峰之一到这些负极性触发峰中的随后一个的一个第一时期是不同于从这些负极性触发峰之一到这些正极性触发峰中的随后一个的一个第二时期。
18.如权利要求17所述的系统，其中，该响应信号解调器和多路分用器被配置成检测由该第一时期和该第二时期分开的多个峰以鉴别该第一波长响应信号和该第二波长响应信号。
19.如权利要求15至18中任一项所述的系统，其中，这对发射器包括一个红光LED和一个红外光LED，并且其中，这些正极性触发峰和负极性触发峰中的用于触发该红外光LED的一者与这些正极性触发峰和负极性触发峰中的用于触发该红光LED的另一者相比具有一个较低的振幅。
20.如权利要求15至19中任一项所述的系统，其中，该驱动信号发生器被配置成动态地调整这些正极性触发峰和这些负极性触发峰的振幅以将该第一和第二波长响应信号的直流电平维持在一个控制设定点的预定范围内。
21.一种程序产品，该程序产品包括将多个可执行的指令存储在其上的一个机器可读存储器，这些指令在由具有一个音频界面的一个电子装置的一个处理器执行时导致该电子装置执行如权利要求1至10中任一项所述的方法。
22.一种用于为一个血氧计传感器产生一个驱动信号的一种方法，该血氧计传感器包括以相反极性并联连接的一个红光LED和一个红外光LED,该方法包括:提供一个基础谐波信号，该基础谐波信号具有小于该红光和红外光LED的一个激活电压的一个基础振幅；并且在该基础谐波信号中选择性地提供周期性的正触发峰和负触发峰，这些正触发峰和负触发峰具有大于该红光和红外光LED的该激活电压的振幅。
23.如权利要求22所述的方法，其中，这些正极性触发峰和负极性触发峰中的用于触发该红外光LED的一者与这些正极性触发峰和负极性触发峰中的用于触发该红光LED的另一者相比具有一个较低的振幅。
24.一种可连接至一个电子装置的一个音频接口的一种血氧计传感器，该血氧计传感器包括:一个连接器，该连接器被配置成被接收在该电子装置的该音频接口中，该连接器包括多个接点；一对发射器，该发射器被配置成发射具有两个不同波长的光，这对发射器横跨该连接器的一个第一接点和一个第二接点以相反极性并联连接；以及，一个检测器，该检测器被配置成检测具有这两个不同波长的光并且产生一个响应信号，该响应信号包括基于从这对发射器中的第一个所检测的光的一个第一响应信号分量以及基于从这对发射器中的另一个所检测的光的一个第二响应信号分量，该连接器被连接成向该连接器的一个第三接点提供该响应信号。
25.一种用于将一个血氧计传感器连接至一个电子装置的一个音频接口的适配器，该适配器包括一个第一端、一个第二端、以及多个导体，该第一端具有包括多个接点的一个插头，该插头被配置成被接收在一个音频插孔中，该第二端包括多个孔，这些孔被配置成接收一个销式连接器的多个销，并且该多个导体被连接在该多个接点与该多个孔之间。
26.如权利要求25所述的适配器，包括连接在这些接点之一与这些孔之一之间的一个前置放大器，该前置放大器被配置成从这些接点之一接收电力。
27.一种使用脉搏血氧定量法确定一位患者的这些生理参数的系统，该系统包括:(a)一个发射器，该发射器用于使用红光电磁辐射和红外光电磁辐射来辐照该患者的一个充满血液的身体部分，该红光电磁辐射和该红外光电磁辐射是由一个正弦调制信号来进行调制；(b)一个检测器，该检测器用于接收一个输入信号，该输入信号包括已经穿过该身体部分所接收的红光电磁辐射和所接收的红外光电磁辐射，所接收的红光电磁辐射与所接收的红外光电磁福射具有90度的相位差；(c)一个处理器，该处理器与该发射器和检测器处于电连通，该处理器被配置成:(i)借助该调制信号对该发射器进行调制；(ii)从该检测器接收该输入信号；(iii)使用各自具有与该调制信号的频率相同的频率的一个第一正弦信号和一个第二正弦信号通过对该输入信号进行正交解调来确定一个第一解调信号，该第一正弦信号与该第二正弦信号具有90度的相位差；(iv)使用各自具有是该调制信号频率的两倍的频率的一个第三正弦信号和一个第四正弦信号通过对该输入信号进行正交解调来确定一个第二解调信号，该第三正弦信号与该第四正弦信号具有90度的相位差；(v)基于该第一解调信号与该第二解调信号的一个第一线性组合来确定所接收的红光电磁辐射； (vi)基于该第一解调信号与该第二解调信号的一个第二线性组合来确定所接收的红外光电磁福射；并且(vii)基于所接收的红光电磁辐射和所接收的红外光电磁辐射来确定该患者的生理参数。
【文档编号】A61B5/1455GK103648381SQ201280034283
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年5月14日 优先权日:2011年5月17日
【发明者】克里斯蒂安·莱特·彼得森, 约翰·马克·安赛米诺, 盖伊·多蒙特 申请人:莱昂斯加特科技公司