无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统与装置及应用的制作方法

1.本发明专利属于医疗器械技术领域，具体涉及无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统与装置及应用。


背景技术：

2.目前市面上同时兼容脑组织氧和血氧的监护设备中，通常是以独立模块集成化的形式，即分开独立的脑组织氧监测模块和脉搏血氧监测模块，各自采集到数据并整合发到一台仪器进行显示处理。脉搏血氧监测模块一般包含三个功能：一是提供脉搏传感器接口电路，驱动传感器并进行光电转换；二是提供信号处理电路，对微弱、信噪比低的初始信号进行一系列信号处理以得到稳定可靠的脉搏波信息，三是提供模数转换电路和传输接口电路，包括模数转换器和运算器(mcu)，对信号进行采集与传输。脑组织氧监测模块与其类似。
3.独立模块集成化的方式可以使监护仪器的使用更加灵活，从形式上看是集成于一体，但本质仍是分开的两套独立设备。
4.如上所述，目前兼容脑组织氧和血氧的监护设备尚存在以下两个问题：
5.一，设备组成形式仍是独立模块以插拔的方式，根据病患需要配置所需的监测模块，其本质是分开的独立设备，没有真正在同一系统中实现脑组织氧和血氧的测量，难以压缩其系统体积和设备成本，造成cpu资源、传感器驱动源、信号处理电路等硬件资源冗余浪费。如上所述，由于脑组织氧与血氧测量在原理上相似，因此二者于一体测量可以利用相同的测量技术以保证cpu资源、传感器驱动源和信号处理电路的复用使用，减少冗余设计，有效节省硬件资源和设备成本。
6.二是在测量过程中需要采用两个传感器分别测量脑组织氧和脉搏血氧，在医院转运、急救医疗上多传感器监测会增加医护人员的工作，多线缆连接也会造成测量不便。由于休克、低温、低血压等情况，病人在手指处的毛细血管较为微弱，此时指夹式测量脉搏血氧容易出现读数不正确的情况，并且容易受到运动干扰。头戴式血氧测量位置主要是在眼眶上动脉，其较为稳定，不易受血管收缩影响，因此本发明的头戴式一体化传感器，将血氧测量和脑组织氧测量集成于一体，可提高血氧和脑组织氧测量的可靠性，减少多传感器使用时扰动造成的测量问题。
7.为了解决上述问题，本文提出无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统与装置及应用。


技术实现要素：

8.为了解决上述的技术问题，本发明设计了无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统与装置及应用，相比于现有的脑组织氧和脉搏血氧一体化测量仪器及技术，本发明所涉及的监测方法及装置提高的可靠性和安全性，发挥“脑组织氧和血氧在测量原理上具有相似性”的优势将两种模态的测量集成一体，增加系统对测量需求的判断，并且克服了现有脑组织氧和脉搏血氧一体化测量的不足；脑组织氧测量是围术期的高端监护技术之一，将二
者兼容于一体，大大节省病人转运、急救监护所需的仪器，提高测量便利和节省设备成本，在一定程序上可以同时观察到血氧和脑组织氧的同步变化，对临床监护和科学研究具有一定的价值。
9.为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统，其特征在于，包括驱动单元、光电转换单元、信号处理单元，所述的驱动单元设置恒流源电路为发光二极管提供电流以驱动并调节发光二极管和其发光强度；光电转换单元将传感器模块的光电二极管中微弱的光电流进行i-v转换；经光电转换单元转换的电信号通过信号处理单元进行放大、滤波处理，再根据前级信号特征进行调节信号基线和增益，并由模/数转换器采集、传输至主控mcu单元。
10.进一步地，所述的驱动单元包括v-i恒流电路、d/a转换电路、发光模块、电流监测电路，驱动单元设置恒流源电路为发光二极管提供电流以驱动并调节发光二极管和其发光强度，两路v-i恒流驱动电路，分别为额头血氧、脑组织氧的发光管提供电流，并且根据测量需求可调节控制。
11.进一步地，所述的信号处理单元还包括电源模块、跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器、主控mcu单元，电源模块为跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器、主控mcu单元提供电源，主控mcu单元的输出端与跨阻放大电路、电平移位电路、后级放大电路的输入端电信连接，跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器依次电信连接。
12.如上述进一步地，一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量装置，其特征在于，包括处理器、模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机、电源、传感器模块，其中处理器为主控mcu单元，电源为处理器、模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机、传感器模块提供电力，处理器与模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机电信连接，传感器模块与模/数转化器电信连接。
13.进一步地，所述的传感器模块还包括脑组织氧传感器和脉搏血氧传感器。
14.进一步地，所述的脑组织氧传感器还包括红光、红外发光二极管等三个波长和两个光电探测器。
15.进一步地，所述的脉搏血氧传感器还包括红光、红外光两个波长和一个光电探测器。
16.如上述进一步地，一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统用于人体生命体征监测。
17.上述方案的有益效果是：当需要测量血氧时，只需要启用一组发光模块+一组探测器，即两个波长的发光管和一个光电二极管，此时主控mcu控制一路恒流源驱动单元驱动传感器工作，同时将一路光电转换单元的数据进行采集并计算；当需要测量脑组织氧时，需要同时启用一组或两组发光模块+两组探测器，即2～5个波长的发光二极管和两个光电二极管，此时主控mcu控制两路恒流源驱动单元驱动传感器工作，同时将两路光电转换单元的数据进行采集并计算。实际上可以同时驱动两路发光模块和两路探测器，即同时测量额头血氧和脑组织氧，此时两组发光模块根据设定的时序依次发光，对应的探测器检测并转换信号值，以此计算rso2、spo2；相比于现有的脑组织氧和脉搏血氧一体化测量仪器及技术，本发明所涉及的监测方法及装置提高的可靠性和安全性，发挥“脑组织氧和血氧在测量原理上具有相似性”的优势将两种模态的测量集成一体，增加系统对测量需求的判断，并且克服
了现有脑组织氧和脉搏血氧一体化测量的不足；脑组织氧测量是围术期的高端监护技术之一，将二者兼容于一体，大大节省病人转运、急救监护所需的仪器，提高测量便利和节省设备成本，在一定程序上可以同时观察到血氧和脑组织氧的同步变化，对临床监护和科学研究具有一定的价值。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统的系统框图；
20.图2是本发明的一体化传感器的示意图；
21.图3是本发明的是脑组织氧测量时驱动的发光二极管和探测器示意图；
22.图4是本发明的额头血氧测量时驱动的发光二极管和探测器的示意图；
23.图5是本发明的信号处理单元的流程框图；
24.图6是本发明的系统流程框图；
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1
27.如图1至图6所示，本发明所述一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统，其特征在于，包括驱动单元、光电转换单元、信号处理单元，所述的驱动单元设置恒流源电路为发光二极管提供电流以驱动并调节发光二极管和其发光强度；光电转换单元将传感器模块的光电二极管中微弱的光电流进行i-v转换；转换为电信号通过信号处理单元对信号进行放大、滤波处理，再根据前级信号特征进行调节信号基线和增益，并由模/数转换器采集、传输至主控mcu单元。
28.所述的驱动单元包括v-i恒流电路、d/a转换电路、发光模块、电流监测电路，驱动单元设置恒流源电路为发光二极管提供电流以驱动并调节发光二极管和其发光强度，两路v-i恒流驱动电路，分别为额头血氧、脑组织氧的发光管提供电流，并且根据测量需求可调节控制。
29.所述的信号处理单元还包括电源模块、跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器、主控mcu单元，电源模块为跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器、主控mcu单元提供电源，主控mcu单元的输出端与跨阻放大电路、电平移位电路、后级放大电路的输入端电信连接，跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器依次电信连接。
30.相比于现有的脑组织氧和脉搏血氧一体化测量仪器及技术，本发明所涉及的监测
方法及装置提高的可靠性和安全性，发挥“脑组织氧和血氧在测量原理上具有相似性”的优势将两种模态的测量集成一体，增加系统对测量需求的判断，并且克服了现有脑组织氧和脉搏血氧一体化测量的不足。
31.实施例2
32.如图1至图6所示，如上述进一步地，一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量装置，其特征在于，包括处理器、模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机、电源、传感器模块，其中处理器为主控mcu单元，电源为处理器、模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机、传感器模块提供电力，处理器与模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机电信连接，传感器模块与模/数转化器电信连接。
33.所述的传感器模块还包括脑组织氧传感器和脉搏血氧传感器。
34.所述的脑组织氧传感器还包括红光、红外发光二极管等三个波长和两个光电探测器。
35.所述的脉搏血氧传感器还包括红光、红外光两个波长和一个光电探测器。
36.该装置佩戴在头部同时对脑组织氧、脉搏血氧进行测量。
37.如上述进一步地，一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统用于人体生命体征监测。
38.脑组织氧测量是围术期的高端监护技术之一，将二者兼容于一体，大大节省病人转运、急救监护所需的仪器，提高测量便利和节省设备成本，在一定程序上可以同时观察到血氧和脑组织氧的同步变化，对临床监护和科学研究具有一定的价值。
39.本发明的工作原理是：当需要测量血氧时，只需要启用一组发光模块和一组探测器，即两个波长的发光管和一个光电二极管，此时主控mcu控制一路恒流源驱动单元驱动传感器工作，同时将一路光电转换单元的数据进行采集并计算；当需要测量脑组织氧时，需要同时启用一组或两组发光模块+两组探测器，即2-5个波长的发光二极管和两个光电二极管，此时主控mcu控制两路恒流源驱动单元驱动传感器工作，同时将两路光电转换单元的数据进行采集并计算。实际上可以同时驱动两路发光模块和两路探测器，即同时测量额头血氧和脑组织氧，此时两组发光模块根据设定的时序依次发光，对应的探测器检测并转换信号值，以此计算rso2、spo2。
40.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
41.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统，其特征在于，包括驱动单元、光电转换单元、信号处理单元，所述的驱动单元设置恒流源电路为发光二极管提供电流以驱动并调节发光二极管和其发光强度；光电转换单元将传感器模块的光电二极管中微弱的光电流进行i-v转换；转换为电信号通过信号处理单元对信号进行放大、滤波处理，再根据前级信号特征进行调节信号基线和增益，并由模/数转换器采集、传输至主控mcu单元。2.根据权利要求1所述的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统，其特征在于：所述的驱动单元包括v-i恒流电路、d/a转换电路、发光模块、电流监测电路，驱动单元设置恒流源电路为发光二极管提供电流以驱动并调节发光二极管和其发光强度，两路v-i恒流驱动电路，分别为额头血氧、脑组织氧的发光管提供电流，并且根据测量需求可调节控制。3.根据权利要求1所述的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统，其特征在于：所述的信号处理单元还包括电源模块、跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器、主控mcu单元，电源模块为跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器、主控mcu单元提供电源，主控mcu单元的输出端与跨阻放大电路、电平移位电路、后级放大电路的输入端电信连接，跨阻放大电路、滤波电路、电平移位电路、后级放大电路、模/数转换器依次电信连接。4.如权利要求1-3任意一项所述的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量装置，其特征在于，包括处理器、模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机、电源、传感器模块，其中处理器为主控mcu单元，电源为处理器、模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机、传感器模块提供电源，处理器与模/数转化器、显示器、键盘、pc上位机电信连接，传感器模块与模/数转化器电信连接。5.根据权利要求4所述的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量装置，其特征在于：所述的传感器模块还包括脑组织氧传感器和脉搏血氧传感器。6.根据权利要求5所述的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量装置，其特征在于：所述的脑组织氧传感器还包括红光、红外发光二极管等三个波长和两个光电探测器。7.根据权利要求5所述的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量装置，其特征在于：所述的脉搏血氧传感器还包括红光、红外光两个波长和一个光电探测器。8.如权利要求1-7任意一项所述的一种无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统用于人体生命体征监测。

技术总结
本发明公开了无创脑组织氧、脉搏血氧一体化测量系统与装置及应用，本发明所涉及的监测方法及装置提高的可靠性和安全性，发挥“脑组织氧和血氧在测量原理上具有相似性”的优势将两种模态的测量集成一体，增加系统对测量需求的判断，并且克服了现有脑组织氧和脉搏血氧一体化测量的不足。本发明将二者兼容于一体，大大节省病人转运、急救监护所需的仪器，提高测量便利和节省设备成本，可以同时观察到血氧和脑组织氧的同步变化，对临床监护和科学研究具有一定的价值。有一定的价值。有一定的价值。


技术研发人员：叶继伦 燕金元 蔡世杰 张旭 于辉
受保护的技术使用者：广东宝莱特医用科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/23