[發明專利]減少脈搏血氧計系統功耗的方法和脈搏血氧計系統

有效

• 申請號: 201110268660.4
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102440786A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: M·赫伊庫;J·維爾塔寧
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張金金;王忠忠

技術領域

本公開大體上涉及脈搏血氧計(pulse?oximeter)。更特別地，本公開涉及用于減少脈搏血氧計中，尤其是電池操作的脈搏血氧計傳感器中的功耗的技術。這里脈搏血氧計傳感器指提供有光學部件(即，發光元件和一個或多個光電探測器)的脈搏血氧計單元，這些光學部件用于收集(光)體積描記信號數據。該傳感器可是單個元件或包括基本單元和單獨的光學單元，該光學單元可附連到受檢者并且連接到該基本單元。

背景技術

脈搏血氧計是用于測量動脈血液中的氧飽和度(SpO2)的完善技術。SpO2是重要參數，現時常常叫做第四生命指征，其涉及到周邊組織和器官的氧供應的足夠度。脈搏血氧計提供動脈氧合作用的瞬時活體測量，并且由此提供例如動脈血氧不足的早期警告。脈搏血氧計還顯示光體積描記(PPG)脈搏波形，其可以與在測量地點(典型地在手指或耳朵中)的組織血液容量和血液流量(即，血液循環)有關。

目前，對于開發用于各種醫學應用的便攜和可佩戴的醫學傳感器有不斷增加的興趣，其允許受檢者自由移動并且從而還允許受檢者的遠程監視。無線體域網(WBAN)指短程射頻通信技術，其尤其適合在不同的患者佩戴的裝置之間傳送測量數據。在典型設置中，多個極小的電池操作的傳感器(例如，在胸部上的ECG貼片和手指上的SpO2夾子)發送測量數據給患者佩戴的中央單元。該中央單元可是單獨的小型監測器，其包括顯示器以及甚至包括警報功能性。該中央單元還可使用建筑物范圍的射頻通信技術(例如WiFi等)傳送測量數據和分析結果給醫院范圍的網絡。盡管WBAN技術仍然處于它的初期，預期WBAN應用在不久的將來大大增加。

低功耗是WBAN傳感器的必要先決條件，并且一般是所有可佩戴或植入傳感器的必要先決條件。關于脈搏血氧計，功耗主要由于光源(LED)的功率需求引起，這些光源(LED)通常以高速率連續驅動。因此，已經開發用于減少LED的功耗的技術。這些技術基于LED脈沖的振幅和/或寬度的減少，由此來減少脈沖的能量。然而，因為信噪比不能降低到低于某個閾值水平(其可在不同的測量環境中變化)，因此該減少通常伴隨有噪聲測量，使得信噪比不降得太低。

在現代的先進功率減少技術已經投入使用后，脈搏血氧計傳感器的功耗仍然在20mW附近。在小型手指夾子類型的脈搏血氧計傳感器中，適合的電池可以是例如LR44紐扣電池。這樣的電池的電壓是1.5V并且容量是150mAh，即220mWh。即，該電池利用上文提到的功耗提供大約10小時的操作時間。因此，電池必須相當頻繁地更換，其不僅是煩擾的而且還可引起測量的中斷(尤其在護理人員不能一直有空來更換電池的環境中)。

在基于所謂的壓縮感測的脈搏血氧計傳感器中已經報道了更低的功耗。在這些傳感器中，體積描記信號數據以低采樣率(即，LED閃爍速率)采集，其低于奈奎斯特速率。然而，這增加重建信號需要的信號處理的復雜性。此外，采樣率低于奈奎斯特速率越多，重建信號需要的信號序列越長。因此，測量減緩并且沒有對每個心動周期獲得SpO2值。此外，基于欠奈奎斯特采樣的重建算法一直基于關于信號和噪聲的振幅以及頻率含量的假設。因此，如果信噪比降得太低，這類重建算法變得不可靠。

盡管脈搏血氧計傳感器的功耗主要由于LED的功率需求引起，數據傳輸也可消耗功率預算的相當大的部分(至少例如如果由于沖突而頻繁地要求重新傳送的話)。一般認為體域網中的每個傳感器獨立地采樣并且發出數據。然而，實踐中，使數據傳輸同步以便最小化沖突的數目是有益的。為了該目的，實現返回數據通路。因此，雙路通信和同步機制在體域網中存在。數據典型地在具有50至1000ms的典型間隔的猝發中發送。考慮功耗，增加分組大小，由此減少要傳送的開銷信息的相對量是有益的。在具有相對高數據率的信號的情況下，數據分組間隔通常本質上是短的。例如，對于ECG測量，大約50ms的分組間隔是適當的，而溫度測量數據不需要比大約每秒一次更頻繁地傳送。關于脈搏血氧計，要傳送的數據量通常相當小并且從而數據分組之間的間隔可是相當長的。

此外，脈搏血氧計的發展帶來新的應用和更高的性能。然而，新的特征和更高性能的引入的必要先決條件是脈搏血氧計中增加數目的光源。當需要從傳感器得到電池可操作性時，在這些新的多波長脈搏血氧計中功耗問題因此甚至更必不可少。

因此，為了提高電池操作的脈搏血氧計傳感器的操作時間和連續并且長期的監測的流暢程度，提供消耗更少功率而不損害實際測量的質量和迅速性并且不增加采集的體積描記信號數據的處理的復雜性的脈搏血氧計傳感器，這是可取的。考慮到朝體域網發展的趨勢，如果脈搏血氧計傳感器的功耗可以不僅在LED操作方面而且在數據傳輸方面減少，這也將是有益的。