用于在光疗系统中使用的能够收集能量的无线传感器系统的制作方法

本发明涉及光疗领域，并且更具体地涉及新生儿光疗，例如以处置高胆红素血症。

背景技术：

新生儿黄疸是一种病症，这种病症在新生儿生命的第一周影响了超过一半的新生儿。在新生儿中，黄疸可能会因两个因素而发展：胎儿血红蛋白的分解，因为胎儿血红蛋白会被成人血红蛋白所取代；以及肝脏中相对不成熟的肝脏代谢途径，其不能与胆红素结合，因此胆红素不能像成人中那样快速排出。这些都会导致血液中胆红素的累积，这被称为高胆红素血症，它会导致可见的皮肤变黄。

高水平的胆红素使婴儿面临核黄疸的风险，核黄疸是大脑中胆红素的毒性水平沉积，它能够导致永久性神经损伤。婴儿的系统可能需要几天才能开始以比胆红素产生速度更快的速度从血液中消除胆红素。足月婴儿出生后4至5天，胆红素水平通常达到峰值，在早产儿中，胆红素水平可能稍后达到峰值。10-30％的足月婴儿和80％的早产儿需要处置。

通过光疗，利用具有在460-490nm的范围内的波长的蓝光辐照身体来处置高胆红素血症。光引发胆红素转化为光红素，光红素能够在不经肝脏处理的情况下经由尿液和粪便被排出体外。光疗应当是几乎连续的，并且可能需要几天时间。

存在用于处置新生儿黄疸的各种光疗设备，包括：头顶灯、床下灯、360°照射胶囊、具有从侧面光源照射的光纤的垫以及光疗毯，其中，光疗光源被集成到毯中。每个设备都有自己的优点和缺点，例如，360°照射胶囊能够向婴儿递送最高剂量的治疗光，垫在不使用时容易运输和储存。光疗毯具有以下优点：向周围环境发出较少的光，递送高剂量的光疗光，允许母亲方便地抱住婴儿，从而可以进行自然结合，并且为婴儿带来更愉悦的体验。

在光疗处置期间，护理人员能够检查婴儿的胆红素水平，以便监测婴儿对处置的反应。根据观察到的婴儿血液中的胆红素水平(其被称为总血清胆红素(tsb)水平)，新生儿科医生能够开具不同水平的光疗。处置水平通常被描述为单光疗或双光疗，分别意味着仅从一侧(顶部或底部)照射或者从两侧照射。在非常严重的情况下，可以开具三光疗，这意味着提高亮度或增加应用的灯的数量。在大多数情况下是增加顶部辐照。在处置期间，以规则间隔测量tsb以确认胆红素浓度的降低并最终决定何时可以停止光疗。

能够从血液样品或通过经皮胆红素测量来测量tsb。经皮胆红素测量设备具有辐照患者皮肤的白光源。从皮肤反射的光被捕获在光纤束中并被带到设备内的微光谱仪。光谱仪确定在多个特定波长处的返回光的相对强度。基于对皮肤内的成分的光谱特性的了解，光谱仪能够减去干扰成分并确定胆红素的浓度。

将新生儿暴露于光疗可能会影响皮肤内的一些干扰成分。因此，为了准确测量tsb水平，应当覆盖测量部位，使得来自光疗设备的光无法到达该部位。在当前实践中，这是利用小的粘合贴片(例如，石膏)来完成的。

过去，人们承认新生儿光疗的副作用并不严重且似乎得到良好控制，但是，最近的研究表明应当限制暴露，以便使光疗可能产生的副作用最小。

当前，通常的做法是起初施予四到六小时的处置，并在确认处置确实降低了总血清胆红素水平之后，每十二小时检查接受处置的婴儿的总血清胆红素水平，以便使婴儿的不适感最小。这意味着婴儿的处置时间可能会超过必要时间，因此会产生比必要情况更多的副作用。另外，由于工作量大，新生儿专家通常不可能花费比每十二小时一次更多的时间来检查tsb水平。

文献wo2015/006656公开了一种用于通过利用交互式光监测器接收来自光源的光暴露来监测用户的光暴露的方法。光伏电池将光暴露转换成电流。电流中的至少一些从光伏电池被引导到能量收集器，该能量收集器被升压并被引导到能量存储设备。

文献us2012/0199995公开了一种具有光源的眼睛镜片，该光源能够向佩戴者的眼睛提供特定带宽的光。该镜片可以包括光源、光传感器和能量源。

技术实现要素：

本发明由权利要求来限定。

根据本发明的一个方面的示例，提供了一种光疗系统，包括：

传感器系统，其用于光疗系统，所述传感器系统包括：

传感器，其包括光源和光检测器，所述传感器用于应用到皮肤；

无线通信单元，其用于传送传感器数据；以及

能量收集设备，其用于收集从所述光疗设备接收的能量以用于对所述传感器和所述无线通信单元供电；以及

控制器，其用于控制所述光疗光源。

这种无线装置允许传感器系统被放置在婴儿身体上的任何位置处，而不会有婴儿在处置期间被电线缠绕的风险。另外，将传感器直接应用到皮肤可防止光疗光到达传感器的测量区，从而获得更准确的测量结果。传感器系统内的能量收集设备允许传感器系统仅利用小电池就能长时间操作并且消除了在处置开始之前电池未能充分充电的风险，从而使因必须移除传感器以更换电池对婴儿造成的不适感最小。这也针对护理婴儿的护士提高了系统的便利性，因为护士不必花时间去更换电池。传感器系统可以被使用在被设计为处置各种病症(例如，新生儿黄疸或胆红素血症)的光疗系统中。

能量收集设备用于获得电能而无需电连接，电能例如来自电磁波或电磁场或者电场或磁场。

在一种装置中，所述传感器可以具有皮肤接触表面，所述皮肤接触表面包括粘合材料。这意味着传感器可以粘附到婴儿的皮肤，进一步降低了光疗光到达测量区的风险。

所述传感器可以适于测量总血清胆红素水平。总血清胆红素水平是新生儿黄疸的严重程度的关键指标。通过监测总血清胆红素水平，光疗系统或光疗系统的使用者可以评估婴儿对处置的反应如何。这提供了对所需的持续处置水平的准确测量，从而限制了婴儿对光疗光的不必要的暴露。

所述能量收集设备可以包括光伏设备，所述光伏设备用于从光疗光收集能量。影响传感器的光疗光并不用于光疗，而是实现能量收集以便产生用于传感器的功率。这是有利的，因为传感器系统能够以比其他方式所需的电池更小的电池操作更长时间，并且消除了在处置开始之前电池未能充分充电的风险，这意味着婴儿会受到较少的因电池更换造成的中断。

所述传感器系统可以包括壳体，其中，所述传感器被提供在传感器孔上方的所述壳体的一个位置处，并且所述光伏设备被提供在所述壳体的另一位置处。壳体可以被设计为具有低轮廓，以便使婴儿的不适感最小。此外，壳体可以部分地由柔性材料构建，以便不会限制婴儿的移动，从而进一步减少由传感器引起的不适感。

所述光伏设备可以适于转换具有在460-490nm的范围内的波长的光疗光。具有在460-490nm的范围内的波长的蓝光是主要用于新生儿黄疸的光疗处置的光，因为这种光会引发血液内的胆红素转化为光红素，光红素可以在不经肝脏处理的情况下被排出体外。

所述光疗设备还可以包括发射器电感线圈，其中，所述能量收集设备包括接收器电感线圈，所述接收器电感线圈用于通过感应能量传递从所述发射器电感线圈收集能量。发射器线圈可以很大，以便确保接收器线圈保持在发射器线圈的耦合边界内，而不管传感器在婴儿身体上的位置如何。

光疗系统与能量收集设备之间的电磁耦合可能很弱，然而，传感器系统具有低能量需求。

在一些其他设计中，所述光疗设备还可以包括第二光源，其中，所述能量收集设备用于从所述第二光源的光输出收集能量。所述第二光源可以包括可见光源或红外光源。这种装置允许光疗光源在较低功率水平下操作或者光疗设备以单光疗模式操作，这意味着对于不太严重的黄疸病例，婴儿仅受到一侧照射。这允许将传感器放置在婴儿感觉舒适的位置中，该位置可能不会接收到高水平的光疗光，但传感器不会失去能量源。

在一些装置中，所述控制器可以适于根据所述传感器系统的输出来调节光疗设置。光疗系统的这种自我调节消除了婴儿护理者对系统的持续监测和调节的需要。

根据本发明的一个方面的示例，提供了一种感测方法，包括：

收集从光疗系统接收的外部能量；

使用所收集的能量对传感器和无线通信单元供电，其中，所述传感器包括光源和光检测器，所述传感器用于应用到皮肤。

在一些实施例中，用于收集外部能量的方法包括：

从所述光疗系统的光疗光收集能量；或者

从由所述光疗系统提供的除了光疗光之外的光收集能量；或者

通过无线感应能量传递从所述光疗系统收集能量。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示出了传感器系统；

图2示出了图1中示出的系统的实施例；

图3示出了图1中示出的系统的另外的实施例；

图4示出了包括图1中示出的传感器系统的光疗系统；

图5示出了图4中示出的包括第二光源的系统的实施例；

图6示出了图4中示出的包括电感线圈的系统的另外的实施例；

图7示出了图4中示出的系统的应用，其中，所示的光疗设备是光疗毯；并且

图8示出了本发明的方法。

具体实施方式

本发明提供了用于光疗系统的传感器系统，所述传感器系统包括传感器、无线通信单元和能量收集设备，所述传感器包括光源和光检测器，所述能量收集设备用于收集从光疗设备接收的能量。

图1示出了传感器系统10，该传感器系统包括：传感器12，其包括光源12a和光检测器12b，所述传感器用于应用到皮肤；无线通信单元14，其用于传送传感器数据；以及能量收集设备16，其用于收集从光疗系统接收的外部能量以用于对传感器和无线通信单元供电。

传感器系统10可以具有皮肤接触表面18，该皮肤接触表面包括粘合表面并且可以适于测量总血清胆红素水平。

当处置诸如新生儿黄疸的病症时，处置的有效性的关键指标是婴儿血液中的胆红素(其被称为总血清胆红素(tsb))水平。使用无线传感器来测量tsb允许将传感器放置在婴儿身体的任何位置上，从而使婴儿的不适感最小并消除了婴儿将在处置期间被电线缠绕的风险。使传感器系统适于包括能量收集设备以从光疗系统收集能量允许传感器系统长时间操作而无需更换电池或对电池再充电。在一些情况下，传感器系统能够在没有能量存储设备(例如，电池)的情况下操作。

除了tsb传感器之外，传感器系统还可以包括针对生命体征(例如，体温、心率和spo2)的传感器。

为了实现对tsb的准确测量，必须覆盖测量部位以防止与光疗光接触。通过利用白光辐照患者的皮肤，然后收集由皮肤反射的光，然后通过光谱仪来分析反射光来测量tsb。能够通过基于皮肤的已知光谱特性从反射的光中减去干扰成分来测量tsb。已知光疗光会改变皮肤的几种已知光谱特性，从而在测量部位暴露的情况下导致tsb的测量准确度降低。通过确保传感器12与皮肤接触，能够在使光疗光不接触测量部位且不会干扰tsb测量的情况下有效地收集反射的光。如果皮肤接触表面18包括粘合材料，从而将传感器固定到婴儿的皮肤，则会进一步降低这种风险。传感器系统还可以通过一次性石膏、手术胶带等附接到婴儿的皮肤。

用于从光疗系统收集能量的能量收集设备16可以包括光伏设备。光伏设备可以包含以光伏模式操作的光电二极管。换句话说，能量收集设备可以适于将光疗光转换成电能。光疗光可以具有在460-490nm的范围内的波长。

光疗光在该系统中是丰富的，因此使能量收集设备16适于从光疗光收集能量使得传感器系统能够被使用在光疗系统内的任何位置处。另外，光疗系统不必向传感器系统提供额外的电力，因为光疗光在处置期间将始终可操作，从而对传感器提供电源。这给出了能量高效的系统。用于处置新生儿黄疸的光疗光通常具有在460-490nm的范围内的波长。这种蓝光引发胆红素转化为光红素，光红素可以在无需经过肝脏处理的情况下被排出体外。使能量收集设备16适于利用该波长的光将会使传感器系统10的效率最大化。

传感器系统可以包括壳体20，其中，传感器12被提供在传感器孔上方的一个位置处，并且能量收集设备16(例如，光伏设备)被提供在壳体的另一位置处。壳体可以很小，以便使婴儿的不适感最小。壳体设计的其他示例如图2和图3所示。

图2示出了图1中示出的传感器系统的实施例，其中，传感器12被提供在壳体20的一个面上，并且能量收集设备16被提供在壳体的相对面上。

在该设计中，壳体20已经被拉长，以便在空间上将传感器12与能量收集设备16分开。这使得传感器和能量收集设备能够被定位在婴儿身体上的单独位置处以允许传感器的最优定位，同时保持能量收集设备充分暴露于能量源。壳体20可以部分地由柔性材料构建，以便不限制婴儿的移动并使不适感最小。这方面的示例是在单光疗期间的情况，其中婴儿被单个光源照射，光照在婴儿的背上。由于各种原因或限制，传感器部分可能需要被放置在婴儿的胸部上。当能量收集设备在空间上与传感器分开时，能量收集设备可以靠近婴儿的背部固定，以便接收足够的光暴露。柔性材料允许壳体自身针对婴儿进行成形，否则婴儿可能会被限制在不舒服的位置。

图3示出了图1中示出的传感器系统的另外的实施例，其中，传感器12和能量收集设备16被提供在单独的壳体20中，其中，连接件22连接壳体。

该实施例的优点与图2中示出的实施例大致相同。然而，通过去除不必要的壳体材料，婴儿能够享受更大范围的移动而不会感受到来自传感器的不适感。

图4示出了光疗系统40，该光疗系统包括光源42、用于控制光源的控制器44以及如图1所示的传感器系统10。为清楚起见，图4至图7中省略了传感器12的光源12a和光检测器12b。光源产生光疗光45，该光疗光用于处置患者，该光疗光可以被能量收集设备16收集以便对传感器供电。传感器与控制器之间存在无线连接46。

在该实施例中，传感器系统10可以从遍及光疗系统丰富的光疗光45收集能量，并且不需要额外的源来从中收集能量。控制器44与传感器系统之间的无线连接45意味着传感器系统的放置不会受到电线的限制，并且这消除了婴儿被所述电线缠绕的风险。另外，传感器系统与控制器之间的无线连接允许传感器系统将传感器数据传送到控制器。然后，控制器可以使用该数据来评估患者所需的处置水平。

通过从光疗系统收集能量，例如，传感器不需要暴露于外部光，并且因此能够被完全包含在光疗系统(例如，毯)内。

如果由传感器系统返回的数据指示tsb高于预定阈值，则控制器可以提高光源42的强度或者激活额外的光疗光源(这被称为双光疗或三光疗)。如果数据指示tsb低于预定阈值，则控制器可以降低光源的强度或者停用先前激活的额外光源，从而返回单光疗模式或双光疗模式。当不再需要处置时，可以使用预定阈值来完全关闭光疗光源。光源也可以在占空比上操作，这意味着光源可以在给定百分比的处置时间内处于激活状态并且在其余时间内处于非激活状态。控制器可以以与强度类似的方式改变占空比。这些方法的组合意味着系统维持治疗效果，同时使不必要的副作用最小。基于测得的tsb水平，系统可以在治疗开始时自动选择初始处置水平。

在一些实施例中，控制器44还可以包括用户接口，所述用户接口用于向护理人员通知tsb测量结果或者用于允许护理人员手动控制由光疗系统提供的处置水平。在另外的实施例中，控制器可以与单独的用户接口(例如，床边患者监测器、平板计算机、智能电话、如在新生儿重症监护室中使用的护士房间中的计算机或任何其他连接的护理人员设备)通信，以便在远程位置处执行这些功能。

用户接口可以向护理人员提供信息，例如，当前的tsb水平、tsb水平趋势和/或作为时间的函数的tsb水平。tsb水平趋势可以被示为增加或减少并且可以与其增加或减少的速度的指示相结合。用户接口还可以向护理人员显示推荐以改变光疗设备的设置，以便优化处置。该推荐可以伴随有可见或可听警报，其旨在警告用户可获得更优选的设置。

图5示出了图4中示出的系统的备选实施例，其中，光疗系统40现在包括第二光源48，该第二光源产生将由传感器系统10中的能量收集设备16利用的光50。在一些设计中，第二光源可以产生具有在可见或红外范围内的波长的光。

在该装置中，能量收集设备16可以从第二光源48收集能量以对传感器系统10供电。第二光源可以被布置为使得光50的强度不受从传感器系统提供给控制器44的数据的影响。这可以防止传感器系统因光暴露不足而失去电力，并且无论给予的处置水平如何或者无论被处置的身体区如何，传感器系统都可以进行操作。

在一些或其他实施例中，能量收集设备16可以从光疗光45和由第二光源48产生的光50两者收集能量。

图6示出了图4中示出的系统的另一备选实施例，其中，光疗系统40包括发射器电感线圈52。能量收集设备16可以包括接收器电感线圈，所述接收器电感线圈用于通过感应能量传递54从发射器电感线圈收集能量。

由发射器电感线圈来建立交变电磁场。与接收器电感线圈的电磁耦合使得能够在线圈之间传递能量。

在该设计中，发射器电感线圈52可以很大，以便当传感器系统10被放置在光疗系统40中的任何位置或与发射器线圈相关联的感应耦合区域内任何位置处时，确保发射器电感线圈和接收器电感线圈可以感应耦合。发射器电感线圈和接收器电感线圈之间的感应耦合可能很弱；然而，传感器系统不需要大量的电力来进行操作。

图7示出了用于处置患有高胆红素血症的婴儿56的光疗系统40。在所示的实施例中，光疗系统是光疗毯58。传感器系统10被附接到婴儿的皮肤，使得传感器12面向婴儿并且能量收集设备16面向光疗光源42。在该示例中，能量收集设备是光伏设备，并且光疗光源是毯内的led阵列。传感器系统与控制器44之间存在无线连接46以用于控制光源。

无线连接46允许传感器系统将传感器数据传送到控制器，控制器可以使用该数据来确定婴儿所需的处置水平并相应地调节光源42。另外，无线连接允许婴儿在毯子内自由移动而没有被电线缠绕的危险。将传感器附接到婴儿的皮肤意味着由传感器系统测得的tsb水平将会更加准确。这意味着婴儿将获得正确的处置水平，从而使不必要的副作用最小。

在另外的实施例中，光疗系统40可以以与图5和图6中示出的系统类似的方式进行调整。由毯子保持的led阵列可以适于提供可见光谱或红外光谱中的光，以便由能量收集设备16将这些光转换成电能。在感应耦合的情况下，发射器电感线圈可以被编织到光疗毯的织物中。这种装置将确保能量收集设备内的接收器电感线圈能够从婴儿身体上的任何地方与发射器电感线圈感应耦合。

图8示出了本发明的方法。

在步骤80中，传感器系统通过能量收集设备从光疗系统收集能量。

在步骤84中，所收集的能量用于对传感器和无线通信单元供电。传感器包括光源和光检测器，所述传感器用于应用到皮肤，所述无线通信单元用于传送传感器数据。

然后可以使用传感器信息来控制光疗系统，以便递送最优的光疗处置。

步骤80的能量收集可以包括从光疗系统的光疗光收集能量，或者从由光疗系统提供的除了光疗光之外的额外光收集能量，或者使用无线感应能量传递来收集能量。

上述示例中的能量收集基于电磁波或电磁场。在另外的实施例中，能量收集还可以通过除了谐振感应耦合或(如上所述的)光电收集之外的无线传输方法(例如，电容耦合、微波辐射等)来执行。然而，可以使用不需要电磁相互作用的其他能量传递方法。这些方法可以基于热特性、机械特性或电气特性。一些方法可能需要物理(但不是电气)接触，而其他方法实现了通过空气的传输并因此在部件的间距方面实现了更大的自由度。所有这些选择都是可能的并且旨在落入广义术语“外部能量”内。

例如，能量收集可以由压电设备、热电设备、热释电设备等执行。

上述示例中的传感器适于测量患者(例如，婴儿)的总血清胆红素(tsb)水平。然而，传感器还可以适于测量来自患者皮肤的备选指标或额外指标。

例如，如上所述，在适于处置新生儿黄疸的光疗系统中，除了适于测量tsb水平或作为测量tsb水平的备选，传感器还可以适于测量皮肤的黑色素含量。以这种方式，可以监测因光疗处置引起的黑色素水平的变化，从而允许护理人员或光疗系统调节光疗设备以防止婴儿中黑色素的过度产生。

本领域技术人员通过研究附图、说明书以及权利要求书，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。