一种测量血氧饱和度的方法以及便携式设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量血氧饱和度的方法，该方法包括：向被测量对象的体表皮肤发送第一测量光，第二测量光和参考光，并接收所述第一测量光、所述第二测量光和所述参考光的反射光；获取第一差值和第二差值，其中，所述第一差值为第一反射光与参考反射光的光强变化率之差；所述第二差值述参考反射光与第二反射光的光强变化率之差；通过计算获取所述第一差值与所述第二差值的比值x，并根据所述比值x，计算血氧饱和度y。相应的，本发明还提供一种用于测量血氧饱和度的便携式设备。采用本发明提供的方法和便携式设备，可以实现实时准确地血氧饱和度测量。
【专利说明】一种测量血氧饱和度的方法以及便携式设备
【技术领域】
[0001]本发明属于生理参数测量领域，具体地说涉及一种测量血氧饱和度的方法以及便携式设备。
【背景技术】
[0002]氧是维持人体正常生理活动的重要元素，空气中的氧通过人体肺部交换后进入血液，结合在血红蛋白上传送至全身。血红蛋白由四条链组成，两条α链和两条β链，每一条链有一个包含一个铁原子的环状血红素。氧气结合在铁原子上，被血液运输。每克血红蛋白可结合1.34ml的氧气，是血浆溶氧量的70倍。
[0003]以氧合血红蛋白(HbO2)及还原血红蛋白为基础的血氧饱和度(SO2)表征了人体氧循环的状态，是判断人体呼吸和循环系统的重要参数。血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血红蛋白的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比，即血液中血氧的浓度。正常人体动脉血的血氧饱和度为98%，静脉血为75%。一般认SpO2正常应不低于94%，在94%以下为供氧不足。
[0004]缺氧的危害与缺氧程度、发生速度及持续时间有关。低氧时首先出现的是代偿性心率加速，心搏及心排血量增加，循环系统以高动力状态代偿氧含量的不足。同时产生血流再分配，脑及冠状血管选择性扩张以保障足够的血供。严重低氧，心内膜下乳酸堆积，ATP (adenosine triphosphate,三磷酸腺苷)合成降低,产生心肌抑制,导致心动过缓，期前收缩，血压下降与心排血量降低，以及出现室颤等心率失常乃至停搏。因此对于血氧饱和度的实时监测非常重要 。
[0005]为了避免采血检测对人体所造成的损伤，现在主要采用对人体不会造成损伤的无创检测方法来检测血氧饱和度。无创血氧饱和度检测分为透射式和反射式两种方法。其中，透射式方法通过获取经过人体组织的透射光来分析血氧饱和度，由于透射光信号较强，测量准确率高，因此该方法目前在临床上已获得广泛应用。但是透射式方法适合应用在皮肤较薄的地方，以便光的透射，因此对应用部位有所限制。反射式方法获取由人体组织反射的光强信号，因而其探头不受安放位置的限制，具有更广阔的应用前景。但是目前通过反射式测量血氧饱和度的方法准确率不高，误差较大。
【发明内容】
[0006]为了解决现有反射式测量血氧饱和度的方法精度低、有效率差的问题，本发明提供一种测量血氧饱和度的方法。
[0007]根据本发明的一个方面，提供一种测量血氧饱和度的方法，其中，所述方法包括步骤:
[0008]a)向被测量对象的体表皮肤发送第一测量光，第二测量光和参考光，并接收所述第一测量光、所述第二测量光和所述参考光的反射光；
[0009]b)获取第一差值和第二差值，其中，
[0010]所述第一差值为第一反射光与参考反射光的光强变化率之差；
[0011]所述第二差值为参考反射光与第二反射光的光强变化率之差；
[0012]C)通过计算获取所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X，计算血氧饱和度y。
[0013]根据本发明的一个【具体实施方式】，所述步骤c)进一步为:
[0014]通过计算获取所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X，利用公式y = nx+m,计算血氧饱和度y ;其中，η > O ；0 < m < 100。
[0015]根据本发明的另一个【具体实施方式】，
[0016]所述第一测量光的波长为660nm±3nm ;
[0017]所述第二测量光的波长为940nm土 1nm ；
[0018]所述参考光的波长为820±10nm。
[0019]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
[0020]根据本发明的另一个方面，提供一种测量血氧饱和度的便携式设备，其中，所述便携式设备包括:光发射和光接收模块、计算模块以及处理模块；
[0021]所述光发射和接收模块，用于向被测量对象的体表皮肤发送第一测量光，第二测量光和参考光，以及接收所述第一测量光、所述第二测量光和所述参考光的反射光；
[0022]计算模块，用于计算并获得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值为第一反射光与参考反射光的光强变化率之差，
[0023]所述第二差值为参考反射光光强与第二反射光的光强变化率之差；
[0024]处理模块，用于计算并获得所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X,计算血氧饱和度I。
[0025]根据本发明的一个【具体实施方式】，所述处理模块，根据所述比值X，计算血氧饱和度y，具体为:根据所述比值X，利用公式y = nx+m,计算血氧饱和度y ；
[0026]其中，η> O ;0 < m < 100。
[0027]根据本发明的另一个【具体实施方式】，
[0028]所述第一测量光的波长为660nm±3nm ；
[0029]所述第二测量光的波长为940nm土 1nm ；
[0030]所述参考光的波长为820nm±10nm。
[0031]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
[0032]根据本发明的又一个【具体实施方式】，所述便携式设备具有腕式佩戴结构。
[0033]根据本发明的又一个【具体实施方式】，该便携式设备还包括:
[0034]显示模块，用于显示所述血氧饱和度。
[0035]本发明首先向被测对象的体表皮肤发送测量光和参考光，之后接收测量光和参考光的反射光，并利用经反射的各束光的光强变化率计算得到被测对象的血氧饱和度。采用反射的方法获取由被测对象的测试部位反射的光强信号，光强信号强，因而测试探头不受安放位置的限制，更加灵活。在测试过程中加入了参考光，可以有效去除被测对象的固有吸收率对测试光的吸收，使得测量结果更加准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0037]图1所示为根据本发明提供的一种测量血氧饱和度的方法的一个【具体实施方式】的流程示意图；
[0038]图2所示为波长与吸收系数的关系图；
[0039]图3所示为根据本发明提供的一种测量血氧饱和度的便携式设备的结构示意图。
[0040]附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0041]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
[0042]参考图1，图1所示为根据本发明提供的一种测量血氧饱和度的方法的一个【具体实施方式】的流程示意图。
[0043]血氧饱和度测量基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化。当透光区域动脉血管搏动时，动脉血液对光的吸收量将随之变化，而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收不变。具体地，本发明提供的测量血氧饱和度的方法主要的适用对象是人类，因此所述被测量对象在本文中主要指的是需要进行血氧饱和度测量的人类。本领域技术人员应当理解，本发明提供的测量血氧饱和度的方法还可以应用于针对与人类具有相同或相似生理特性的哺乳动物的血氧饱和度的测量。
[0044]步骤S101，向被测量对象的体表皮肤发送第一测量光，第二测量光和参考光，并接收所述第一测量光、所述第二测量光和所述参考光的反射光。
[0045]本发明采用的反射法测量血氧饱和度，具体原理是向人体组织发送光波，该光波经过人体组织反射后生成反射光，然后接收该反射光并分析该反射光所反映的人体的生理状况，从而达到测量人体血氧饱和度的目的。
[0046]参考图2，在红光区(600nm~700nm)氧合血红蛋白的吸收峰弱。在红外区(850nm~100nm)还原血红蛋白的吸收峰弱。透射与反射导致的光强变化率相等，与吸收系数成正比。因此，优选的，所述第一测量光的波长为660nm±3nm，例如:657nm，660nm或者663nm。优选的，所述第二测量光的波长为940nm± 1nm,例如:930nm、940nm或者950nm。
[0047]为了消除误差，在测量过程中，增加了第三束光作为参考光。在第三束光的波长下，氧合血红蛋白与还原血红蛋白对光吸收率一致，可以排除人体固有状态对光强变化的干扰。优选的，所述参考光的波长为820±10醒，例如:810nm、820nm或者830nm。
[0048]优选的，上述体表皮肤为被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
[0049]两束测量光和一束参考光的发射可以采用三个不同的激光器来实现或者采用集成的激光器来实现。此外，光的发射和接收还可以采用光电传感器来实现，例如，可以使用NJL5501R芯片来实现,该芯片即是一种可以产生红光和红外光的光电传感器。
[0050]步骤S102，获取第一差值和第二差值，其中，所述第一差值为第一反射光与参考反射光的光强变化率之差；所述第二差值为参考反射光与第二反射光的光强变化率之差。可以理解，第一反射光是第一测量光的反射光；第二反射光是第二测量光的反射光；参考反射光是参考光的反射光。
[0051]上述计算过程需要由数模转换芯片或者设备将第一反射光，第二反射光和参考反射光的光信号转换成数字信号。可以实现数模转换的芯片有很多种，而如果在步骤SlOl中采用NJL5501R芯片来实现光发射和光接收，由于NJL5501R芯片中已包括实现数模转换的硬件结构，则不需要额外增加芯片或者设备来实现数模转换。
[0052]转换后，将第一反射光的光强变化率记为a,参考反射光的光强变化率记为b,第二反射光的光强变化率记为C。则第一差值为b_a,第二差值为c_b。
[0053]步骤S103，通过计算获取所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X,计算血氧饱和度y。优选的，利用公式y = nx+m,来计算血氧饱和度；其中，η > O ；0< m < 100从步骤S102的描述可以看出，其中比值X = (b_a)/(c_b)。根据比值x得到血氧饱和度y，可以采用单片机来实现。现有技术中，有多种单片机可以实现数字信号的计算，来生成生理参数，例如:MK20DN512VLK10芯片。可以理解，在本发明中，该生理参数即指血氧饱和度y，血氧饱和度y = nx+m。
[0054]其中，η > 0，例如，可以取值为1，3，5等等；0 < m < 100，例如，可以取值为2,40,
^7坐坐 O 1-rj- -Tj- O
[0055]参考图3，图3所示为根据本发明提供的一种测量血氧饱和度的便携式设备的结构示意图。
[0056]所述便携式设备20包括:光发射和光接收模块21、计算模块21以及处理模块22。
[0057]所述光发射和接收模块21，用于向被测量对象的体表皮肤10发送第一测量光，第二测量光和参考光，以及接收所述第一测量光、所述第二测量光和所述参考光的反射光。优选的，被测对象的体表皮肤10为被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
[0058]优选的，所述第一测量光的波长为660nm±3nm,例如:657nm, 660nm或者663nm。优选的，所述第二测量光的波长为940nm± 1nm,例如:930nm、940nm或者950nm。
[0059]为了消除误差，在测量过程中，增加了第三束光作为参考光。在第三束光的波长下，氧合血红蛋白与还原血红蛋白对光吸收率一致，可以排除人体固有状态对光强变化的干扰。优选的，所述参考光的波长为820±10醒，例如:810nm、820nm或者830nm。
[0060]优选的，光发射和接收模块21为光电传感器，例如，NJL5501R芯片，该芯片即是一种可以产生红光和红外光的光电传感器。
[0061 ] 计算模块22，用于计算并获得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值为第一反射光与参考反射光的光强变化率之差，所述第二差值为所述参考反射光与第二反射光的光强变化率之差。第一反射光是第一测量光的发射光；第二反射光是第二测量光的发射光；参考反射光是参考光的反射光。
[0062]计算模块22可以是能够实现数模转换的芯片或者设备，例如NJL5501R芯片。在NJL5501R芯片中有可以实现数模转换的硬件结构。转换后，将第一反射光的光强变化率记为a,参考反射光的光强变化率记为b,第二反射光的光强变化率记为C。则第一差值为b_a,第二差值为c_b。
[0063]处理模块23，用于计算并获得所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X，计算血氧饱和度y。优选的，利用公式y = nx+m,来计算血氧饱和度；其中η > O ;O < m < 100比值X = (b_a)/(c_b),血氧饱和度y = y = nx+m。其中,η > O,例如,可以取值为1，3，5等等；0<m< 100，例如，可以取值为2，40，57等等。
[0064]根据比值X得到血氧饱和度y，可以采用单片机来实现，因此处理模块23可以是单片机或者其他可以实现数字信号计算的嵌入式设备。优选的，所述处理模块23是MK20DN512VLK10 芯片。
[0065]此外，上述计算模块22和处理模块23还可以通过专用计算器或专用处理器如CPU来实现。
[0066]为了满足实时测量血氧饱和度的需求，该便携式设备20需要随时携带，且在其所贴紧的皮肤下方要有动脉，此外，不能因为携带该便携式设备20而影响到被测对象的正常活动，因此优选的，所述便携式设备20具有腕式佩戴结构。
[0067]优选的，该便携式设备20还包括:显示模块，用于显示所述血氧饱和度，为携带者提供实时的血氧饱和度数值。此外，该显示模块还可以显示时间等常规参数。
[0068]采用本发明提供的测量血氧饱和度的方法以及使用本发明提供的便携式设备可以准确、实时地通过反射式方法测量被测对象的血氧饱和度。
[0069]虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
[0070]此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【权利要求】
1.一种测量血氧饱和度的方法，其中，所述方法包括步骤: a)向被测量对象的体表皮肤发送第一测量光，第二测量光和参考光，并接收所述第一测量光、所述第二测量光和所述参考光的反射光； b)获取第一差值和第二差值，其中， 所述第一差值为第一反射光与参考反射光的光强变化率之差； 所述第二差值为参考反射光与第二反射光的光强变化率之差； c)通过计算获取所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X，计算血氧饱和度y。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤c)进一步为: 通过计算获取所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X，利用公式I=nx+m,计算血氧饱和度Y ； 其中，η > O ;0 < m < 100。
3.根据权利要求1所述的方法，其中， 所述第一测量光的波长为660nm±3nm ； 所述第二测量光的波长为940nm±10nm ； 所述参考光的波长为820±10nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
5.一种测量血氧饱和度的便携式设备，其中，所述便携式设备包括:光发射和光接收模块、计算模块以及处理模块； 所述光发射和接收模块，用于向被测量对象的体表皮肤发送第一测量光，第二测量光和参考光，以及接收所述第一测量光、所述第二测量光和所述参考光的反射光； 计算模块，用于计算并获得第一差值和第二差值，其中，所述第一差值为第一反射光与参考反射光的光强变化率之差， 所述第二差值为所述参考反射光与第二反射光的光强变化率之差； 处理模块，用于计算并获得所述第一差值与所述第二差值的比值X，并根据所述比值X,计算血氧饱和度I。
6.根据权利要求5所述的便携式设备，其中，所述处理模块，根据所述比值X，计算血氧饱和度y，具体为:根据所述比值X，利用公式I = nx+m,计算血氧饱和度y ； 其中，η > O ;0 < m < 100。
7.根据权利要求5所述的便携式设备，其中， 所述第一测量光的波长为660nm±3nm ； 所述第二测量光的波长为940nm±10nm ； 所述参考光的波长为820nm±10nm。
8.根据权利要求5所述的便携式设备，其中，所述体表皮肤是所述被测量对象的桡动脉所对应的腕部体表皮肤。
9.根据权利要求5所述的便携式设备，其中，所述便携式设备具有腕式佩戴结构。
10.根据权利要求5所述的便携式设备，其中，该便携式设备还包括: 显示模块，用于显示所述血氧饱和度。
【文档编号】A61B5/1455GK104068865SQ201410168663
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】王毅峰, 王波, 马泽强, 辛勤, 王鹤男, 赵洲洋, 潘旭捷, 胡春华 申请人:辛勤