專利名稱：一種運動時連續(xù)監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種傳感裝置，更具體地說，涉及一種運動時連續(xù)監(jiān)測生命體 征的傳感裝置。
背景技術：
生命體征參數(shù)，例如心率、體溫以及Sp02 (用脈動血氧計測得的血氧飽 和度)對于確定身體的情況是重要的信息，如果在運動時得到這些參數(shù)，就可 以判斷出使用者目前的身體狀況，為增大或減小其運動量提供依據(jù)從而達到科 學訓練的目的。
有很多能夠測量使用者靜止時的生命體征的設備，但這些設備均不能或不 便于在運動時的測量生命體征參數(shù)。例如，使用者可通過使用紅外耳溫計、臨 床體溫計得到體溫，通過使用脈動血氧計得到心率以及血紅蛋白攜帶的氧的 量。但是，所有這些設備都不能夠在使用者進行鍛煉時連續(xù)地監(jiān)測生命體征。 例如，溫度計不宜在使用者運動時使用。至于手指脈動血氧計，有關研究表明 運動會使血量發(fā)生變化，從而使測量無效(參考文獻"Motion Artifact in Pulse Oximetry" ， M. R. Neuman and N. Wang, Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 12 No. 5, 1990.)。
大多數(shù)常見的心率監(jiān)測器都使用ECG型的胸帶，該胸帶與運動手表(s po r t
watch)無線連接。通過測量來自胸帶的ECG信號來檢測心跳，并通過無線連
接將脈動發(fā)送給運動手表。這種類型的心率監(jiān)測器準確可靠，但是其缺陷在于， 使用者在鍛煉時穿戴塑料帶是不舒服的。胸帶在使用之后會變得很臟。
檢測心率的另一種方法是使用通到耳垂或者指尖的紅外(IR) LED以及紅 外傳感器。這種類型的檢測器具有運動偽差這一固有問題，在使用者鍛煉時變 得不可靠。
上述各種情況中，其無法或不方便在運動中測量生命體征參數(shù)的主要原因 是其傳感裝置不適合在運動時使用。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述不能或不便于在運動 時測量生命體征參數(shù)的缺陷，提供一種能夠在使用者運動時方便地測量其生命 體征參數(shù)的傳感裝置。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種運動時監(jiān)測生命體 征參數(shù)的傳感裝置，包括殼體、至少一個發(fā)出光線的光源及至少一個接收所述 光源發(fā)出光線的光探測器，還包括用于使發(fā)射或接收的光線變窄的光傳遞裝 置；所述光源和所述光探測器均位于所述殼體內部，所述光傳遞裝置分別位于 所述光源和光探測器與所述殼體表面之間；所述殼體包括用于放置在人體耳道 內的耳機外殼部分。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述光傳輸裝置 包括至少一條位于所述光源或光探測器與所述殼體表面之間的空氣通道或光纖。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述光傳輸裝置
還包括光吸收組件，所述光吸收組件設置于所述空氣通道四周；所述光吸收組 件包括圓形的塑料套。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述空氣通道的 長度使得所述光源的光線投射到人體耳道的區(qū)域不會與其他光源投射到人體 耳道的區(qū)域相重疊。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述光源包括發(fā)
光二極管；所述發(fā)光二極管發(fā)出的光波長包括880-920納米或/和660納米。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述光源和所述 光探測器位于所述殼體沿其中軸線剖開剖面的同 一側。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述光源和所述 光探測器位于所述殼體沿其中軸線剖開剖面的不同側。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述殼體包括三 層用于放置光源和光探測器的外環(huán)層、內環(huán)層以及連接所述外環(huán)層和所述內 環(huán)層的中間層；所述外環(huán)層和內環(huán)層的材料包括硬質塑膠，所述中間層的材料 包括軟質塑膠；所述中間層還包括多個平行于其中軸線的通孔。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述殼體的材料 包括軟質塑膠，所述光源和所述光探測器由留有通向殼體表面的空氣通道的硬 質塑膠包裹或由硬質塑膠包裹但所述硬質塑膠設置有通孔并通過光纖與所述 殼體外表面相通。
在本發(fā)明所述的運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置中，所述一個光源對 應多個成圓周對稱分布在所述殼體上的光探測器。
實施本發(fā)明的運動時連續(xù)監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，具有以下有益效 果由于采用了光傳遞裝置，可以消除因運動而帶來的測量誤差，因此可以在
運動中獲取正確的生命體征參數(shù)；又由于該傳感裝置的殼體是放置于人體耳道 內的耳機，所以在運動中使用時非常方便。


下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中 圖1是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第一實施例的結 構示意圖2是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第一實施例的放 置光源和光探測器部分的剖面圖3是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第二實施例的放 置光源和光探測器部分的剖面圖4是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第三實施例的放 置光源和光探測器部分的剖面圖5是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第四實施例的結 構示意圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，在本發(fā)明的一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置 第一實施例中，該傳感裝置與用于聽音樂的耳機合二為一，并且，該傳感裝置 的傳感器位于上述耳機的放置于人體耳道3內的部分殼體2。在圖1、圖2中， 該裝置包括殼體2、兩個發(fā)出光線的光源6及兩個接收所述光源6發(fā)出光線的 光探測器7、用于使發(fā)射或接收的光線變窄的光傳遞裝置5以及耳機蓋1和耳 機線纜4，其中，耳機蓋1內放置了完成耳機本來的發(fā)聲功能的部件揚聲器，
而耳機線纜4除了將音頻信號傳送到耳機外，還要將上述傳感裝置中傳感器發(fā)
出的感應到的生命體征參數(shù)傳送出去；在本實施例中，如圖2所示，上述的放 置與人體耳道3內的殼體分為三層用于放置光源和光探測器的外環(huán)層21、 內環(huán)層23以及連接所述外環(huán)層21和所述內環(huán)層23的中間層22;其中，所述 外環(huán)層21和內環(huán)層23的由硬質塑膠構成，所述中間層22的由軟質塑膠構成； 所述內環(huán)層23的結構是一中空的管狀，其硬質塑膠的材料為其支撐中間層22 和外環(huán)層21提供足夠的強度，而其中空的空間則可以將耳機蓋1中的發(fā)聲元 件(圖中未示出)發(fā)出的聲音傳遞給使用者；而由于上述中間層22的結構是 柔性的，所以，當所述內環(huán)層23和外環(huán)層21的剛性結構由所述中間層22的 柔性結構連接時，該柔性結構可減弱外部傳來的壓力和振動，減小運動本身對 生命體征參數(shù)獲取的影響。
在現(xiàn)有技術中，多種設備不能用于運動時測量的一個重要原因是在運動 時，皮膚反射的光顯著地變化，由于LED發(fā)出的光具有大的光束角，所以光散 射到探測器，造成測量到的生命體征參數(shù)較大幅度地偏離了實際值。因此，在 本實施例中，使用了光傳遞裝置5。使用上述光傳遞裝置5的目的是使光可以 通過的路徑變得更窄，從而得到較窄的光傳輸角、提高測量生命體征參數(shù)的準 確型。所以在本實施例中，在每一個光源6和光探測器7的前面均設置一個光 傳遞裝置5。本實施例中的光傳遞裝置5包括一個狹長的空氣通道51和位于 該狹長的空氣通道51周圍的光吸收組件52,該光吸收組件52用于吸收沒有 直接進入皮膚的光。在本實施例中，光吸收組件52對整個設計是關鍵的，因 為它確保了由于運動而帶來的偏差是近似線性的，避免非線性信號進入后續(xù)的 信號處理步驟。本實施例中的光吸收組件52是黑色的圓形塑料或泡沫套，其 顏色、材料及形狀的選擇均以最大限度地吸收非直線前進的或散射的光線為
王。
為了達到產(chǎn)生窄角光束的目的，確保外部振動不會給接收器接收到的直流
通道51的直徑和深度均有一定的要求，在本實施例中，所述空氣通道的長度 使得所述光源的光線投射到人體耳道的區(qū)域不會與其他光源投射到人體耳道 的區(qū)域相重疊。
在本實施例中，包括了兩個光源6，這兩個光源6使用已知波長的LED作 為光源。其波長分別是880-920納米(紅外，IR)和660納米(紅光，RED )。 要獲得心率(HR),只需要IR光源即可。要計算血氧水平(脈動血氧)，就需 要使用IR光源和紅光源。要獲得心率或者計算血氧水平，都需要使用光探測 器，包括紅外接收管和光電二極管(Photo Diode )來感應已經(jīng)發(fā)射到或者反 射到皮膚或者應用視域(application sight)的光線。射到攜帶血液的身體 表面的以及反射到光探測器的光線的傳輸受每次心跳的脈動流的影響。光線強 度的這種細微變化被檢測和提取以建立信號波形，即一般所說的體積描記器 (plethysmograph )。信號波形或者實際檢測的脈動流可轉化為不運動時的心 率。
為計算脈動血氧，IR和紅色光的發(fā)射要進行獨立的分析，并用于經(jīng)驗計 算中，以生成預定的血氧水平。校準以及經(jīng)驗計算不屬于本發(fā)明的范圍，校準 以及經(jīng)驗計算可在很多文獻中找到。
圖3是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第二實施例的放 置光源和光探測器部分的剖面圖，本發(fā)明的第二實施例于上述的本發(fā)明第 一實 施例不同之處在于在本發(fā)明的第二實施例中，僅包括一個光源6和一個光探 測器7，并且這一個光源6和一個光探測器7不是像第一實施例一樣光源6和
光探測器7分別位于所述殼體2沿其中軸線剖開剖面的不同側，這樣，在第一
實施例中，光源6所發(fā)出的光通過皮膚的傳播發(fā)射到光探測器7;而在第二實 施例中，所述光源6和光4笨測器7位于所述殼體沿其中軸線剖開剖面的同 一側， 這樣，在第二實施例中，光源6所發(fā)出的光通過皮膚反射到光探測器7。第一 實施例和第二實施例的另 一個區(qū)別是第二實施例只能測試生命體征參數(shù)中的 心率，所以其光源6是IR光源，即發(fā)出紅外線的LED。
在第二實施例中，其余均與第一實施例一樣；但在實際應用中，第二實施 例中的殼體2還可以將其中沒有放置光源6和光探測器7的一側所使用的材料 改為軟膠，這樣，當上述殼體2放入使用者的耳道3內時，上述沒有放置光源 6和光探測器7的一側可以擠壓耳道壁，使放置有光源6和光探測器7的一側 更加靠近耳道壁，從而得到更好的效果。
圖4是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第三實施例的放 置光源和光探測器部分的剖面圖，本發(fā)明的第三實施例與上述的本發(fā)明第二實 施例不同之處在于在第三實施例中，所述光傳遞裝置5不是第二實施例中的 空氣通道51加上光吸收組件52,在第三實施例中，該光傳遞裝置5是光纖， 如圖4所示。在第三實施例中，光纖不僅能完成第一、第二實施例中空氣通道 51加上光吸收組件的功能52,而且其效果要好于第一、第二實施例中的空氣 通道51加上光吸收組件52。
值得一提的是，在本發(fā)明的第一實施例中，也可以使用光纖來代替上述的 空氣通道51加上光吸收組件52。
除上述的不同之處外，所述第三實施例與第二實施例基本相同。
圖5是本發(fā)明一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置第四實施例的結 構示意圖。如圖5所示，在本發(fā)明的第四實施例中，也只包括了一個光源6
和一個光探測器7，與上述各實施例不同的是，所述光源6和光探測器7被裝
在一個預制外殼內，而該預制外殼被放置在所述耳機蓋1靠近上述殼體2的一 端；所述光源6只有一個光傳遞裝置5連通到所述殼體2的表面，而所述光探 測器7卻有多個光傳遞裝置5連通到所述殼體2的表面，并且這些光傳遞裝置 5在所述殼體2表面的出口成圓周對稱分布在所述殼體2上。這樣，所述光探 測器7可以接收耳道的多個點的光強度來平衡運動的影響，為后續(xù)的處理準備 更為線性的信號。
除上述的不同之處外，所述第四實施例與第二實施例基本相同。 當然，在本發(fā)明第四實施例中，還可以使用兩個光源6和兩個光探測器7, 此時，使用兩個上述的預制外殼，每個預制外殼中同樣放置一個光源6和一個 光探測器7;同樣地，光源6只有一個光傳遞裝置5連通到所述殼體2的表面， 而所述光探測器7卻有多個光傳遞裝置5連通到所述殼體2的表面，并且這些 光傳遞裝置5在所述殼體2表面的出口成圓周對稱分布在所迷殼體2上。不同 的是每個光源6和光探測器7的光傳輸裝置5的出口 ，位于所述殼體2外表面 上的不同位置。
以上所述實施例^又表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述專支為具體和詳 細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變 形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以 所附權利要求為準。
權利要求1.一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，包括殼體、至少一個發(fā)出光線的光源及至少一個接收所述光源發(fā)出光線的光探測器，其特征在于，還包括用于使發(fā)射或接收的光線變窄的光傳遞裝置；所述光源和所述光探測器均位于所述殼體內部，所述光傳遞裝置分別位于所述光源和光探測器與所述殼體表面之間；所述殼體包括用于放置在人體耳道內的耳機外殼部分。
2、 根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于， 所述光傳輸裝置包括至少一條位于所述光源或光探測器與所述殼體表面之間 的空氣通道或光纖。
3、 根據(jù)權利要求2所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于， 所述光傳輸裝置還包括光吸收組件，所述光吸收組件設置于所述空氣通道四 周；所述光吸收組件包括圓形的塑料套。
4、 根據(jù)權利要求3所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于，所述空氣通道的長度使得所述光源的光線投射到人體耳道的區(qū)域不會與其他 光源投射到人體耳道的區(qū)域相重疊。
5、 根據(jù)權利要求1所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于， 所述光源包括發(fā)光二極管；所述發(fā)光二極管發(fā)出的光波長包括880-920納米或 /和660納米。
6、 根據(jù)權利要求5所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于，
7、 根據(jù)權利要求5所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于， 所述光源和所述光探測器位于所述殼體沿其中軸線剖開剖面的不同側。
8、 根據(jù)權利要求5所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于，所述殼體包括三層用于放置光源和光探測器的外環(huán)層、內環(huán)層以及連接所述 外環(huán)層和所述內環(huán)層的中間層；所述外環(huán)層和內環(huán)層的材料包括硬質塑膠，所 述中間層的材料包括軟質塑膠。
9、 根據(jù)權利要求5所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，其特征在于， 所述殼體的材料包括軟質塑膠，所述光源和所述光探測器由留有通向殼體表面 的空氣通道的硬質塑膠包裹或由硬質塑膠包裹但所述硬質塑膠設置有通孔并 通過光纖與所述殼體外表面相通。
10、 根據(jù)權利要求1 - 9任意一項所述的監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置， 其特征在于，所述一個光源對應多個成圓周對稱分布在所述殼體上的光探測 器。
專利摘要本實用新型涉及一種運動時監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，包括殼體、至少一個發(fā)出光線的光源及至少一個接收所述光源發(fā)出光線的光探測器，還包括用于使發(fā)射或接收的光線變窄的光傳遞裝置；所述光源和所述光探測器均位于所述殼體內部，所述光傳遞裝置分別位于所述光源和光探測器與所述殼體表面之間；所述殼體包括用于放置在人體耳道內的耳機外殼部分。實施本實用新型的運動時連續(xù)監(jiān)測生命體征參數(shù)的傳感裝置，具有以下有益效果由于采用了光傳遞裝置，可以消除因運動而帶來的測量誤差，因此可以在運動中獲取正確的生命體征參數(shù)；又由于該傳感裝置的殼體是放置于人體耳道內的耳機，所以在運動中使用時非常方便。
文檔編號A61B5/02GK201197707SQ20082000414
公開日2009年2月25日 申請日期2008年2月3日 優(yōu)先權日2008年2月3日
發(fā)明者唐納德·梅里科夫, 楊佳瑋, 王明業(yè), 鄭樹坤, 陳繼健, 馬楚天 申請人:幻音科技(深圳)有限公司;幻音數(shù)碼有限公司