專利名稱：患者的非接觸呼吸監(jiān)測(cè)和用于光電容積描記術(shù)測(cè)量的光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及患者的非接觸呼吸監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域以及用于光電容積描記術(shù)測(cè)量的光學(xué) 傳感器，并且具體涉及用于同時(shí)監(jiān)測(cè)呼吸活動(dòng)、血壓和心率的手持設(shè)備，該手持設(shè)備優(yōu) 選能夠用于抽檢醫(yī)院中患者的體征參數(shù)。
背景技術(shù)：
通過光學(xué)測(cè)量的方法可以在患者的手指中探測(cè)脈搏波的到達(dá)通常，紅外LED 向手指內(nèi)照射光，并且到達(dá)光敏二極管的光量引起流經(jīng)該二極管的光電流。在存在脈搏 波時(shí)，光的大部分被血液吸收，即相應(yīng)地調(diào)制通過光敏二極管的電流。這種技術(shù)稱為光 電容積描記術(shù)(PPG)。如果LED和光敏二極管安裝在手指的對(duì)側(cè)，使得LED光實(shí)際照射通過手指，其 稱為“透射式” PPG。此類設(shè)置常常具體化為手指夾。另一選擇是使LED和光敏二極 管兩者均安裝在手指的同側(cè)。這稱為“反射式” PPG，并且可用于手指夾不可接受的情 況。在反射模式中，LED和光敏二極管接近彼此放置，這樣患者僅需將其手指靠放在這 兩個(gè)部件上，以便例如對(duì)于心率測(cè)量或脈搏到達(dá)時(shí)間(PAT)測(cè)量而探測(cè)其脈搏波。反射式PPG設(shè)置可用于許多情況。其僅要求患者將其手指輕放在LED/光敏二 極管組合體上，以便探測(cè)其脈搏波。例如，這能夠用于心率測(cè)量。PPG的另一應(yīng)用是脈 搏波傳導(dǎo)時(shí)間(PTT)或脈搏波到達(dá)時(shí)間(PAT)的測(cè)量。PTT測(cè)量的原理是當(dāng)脈搏波在 身體的一點(diǎn)開始時(shí)，及時(shí)獲取這一時(shí)刻，并測(cè)量其在身體的另一點(diǎn)的到達(dá)時(shí)間。PPT作 為這兩點(diǎn)間的時(shí)間差來計(jì)算，并與脈搏波速度負(fù)相關(guān)。PAT被限定為ECG的R波峰與 PPG脈搏到達(dá)某些外圍位點(diǎn)之間的時(shí)間延遲。PPG測(cè)量常常在患者耳垂或手指上完成。PTT和PAT兩者均是感興趣的測(cè)量，因?yàn)樵谄渌麉?shù)中，如身體上兩個(gè)測(cè)量位 置間的距離以及血管的彈性，它們提供了關(guān)于患者血壓的信息。所以，如果已知或可以 估計(jì)出其他參數(shù)，血壓就能夠從PTT或PAT測(cè)量中推斷得出。實(shí)際上，ECG信號(hào)中的R波峰與主動(dòng)脈中壓力脈搏傳播的開始并不一致。這是 因?yàn)镋CG的R波峰是心肌的電興奮。肌肉對(duì)這一興奮作出反應(yīng)之前需要一定時(shí)間，并且 隨后在肌肉已經(jīng)在心臟中積聚足夠的壓力，從而使主動(dòng)脈瓣打開并使脈搏波真正開始行 經(jīng)動(dòng)脈之前甚至需要更長的時(shí)間。然而，R波峰和主動(dòng)脈瓣打開之間的時(shí)間延遲還傳達(dá) 了關(guān)于動(dòng)脈血壓的重要信息。因此，在許多應(yīng)用中，將R波峰作為推導(dǎo)脈搏波在外圍的 到達(dá)時(shí)間的開始點(diǎn)是可接受的。為了提供不需要袖帶的血壓測(cè)量，在過去已經(jīng)利用這一原理作出了許多嘗試。 典型的PAT測(cè)量設(shè)置包括ECG測(cè)量和PPG測(cè)量。獲取PPG脈搏的特征點(diǎn)作為脈搏波到 達(dá)手指或耳朵的時(shí)刻。計(jì)算ECG的R波峰和PPG特征點(diǎn)的發(fā)生時(shí)間之間的差，將其轉(zhuǎn) 換為血壓值。具體會(huì)在反射式PPG設(shè)置中遇到的問題是皮膚按壓在LED/光敏二極管組合體上的壓力可能如此之高，導(dǎo)致實(shí)際上阻斷了血管，從而使得脈搏波無法到達(dá)測(cè)量位置 并因此無法被探測(cè)到。此外，抽檢醫(yī)院病床上患者的體征參數(shù)是護(hù)士日常工作的一部分。心率、呼吸 頻率、血壓和體溫是應(yīng)當(dāng)對(duì)每位患者都進(jìn)行檢查的最重要的參數(shù)。適當(dāng)?shù)販y(cè)量所有這些 參數(shù)將要求在測(cè)量設(shè)備和時(shí)間方面付出大量的努力。然而，醫(yī)院的實(shí)際境況迫使護(hù)士 必須盡可能快地進(jìn)行抽檢測(cè)量，因?yàn)樗麄冇性S多其他比日常抽檢要求更為專注的工作要 做。具體而言，呼吸活動(dòng)還不能夠利用常規(guī)的抽檢設(shè)置測(cè)量。因此，將需要呼吸傳 感器。一般而言，此類呼吸傳感器必須附接到患者的胸部。然而，將傳感器附接到患者 的胸部并不方便而且耗時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是提供用于可靠的和故障安全的光電容積描記術(shù)測(cè)量的可 能。該目標(biāo)通過用于光電容積描記術(shù)測(cè)量的光學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)，其包括光單元，其具有用于向患者的組織中發(fā)射光的光發(fā)射器和/或用于探測(cè)與組織 相互作用后的所發(fā)射的光的一部分的光探測(cè)器，其中該光單元嵌入到彈性材料中。因此，本發(fā)明的第一方面的基本思想是提供一種彈性材料，當(dāng)患者指尖按壓時(shí) 該彈性材料時(shí)，其是有彈力的，并由此避免了患者組織中的毛細(xì)血管的阻斷。這包括若 干優(yōu)點(diǎn)，如反射式手指PPG設(shè)置的直觀使用以及無需向患者解釋必須如何應(yīng)用手指。此 外，本發(fā)明允許反射式PPG設(shè)置在不考慮施加在按壓光單元的皮膚上的壓力的情況下的 有效測(cè)量。因此，該解決方案簡單、易行、廉價(jià)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，彈性材料適于與患者的皮膚、優(yōu)選與患者的指尖接 觸。此外，優(yōu)選地，彈性材料的彈性處在人手指組織的典型彈性的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，將 硅膠用于該彈性材料。一般而言，本發(fā)明能夠應(yīng)用于不同類型的光電容積描記術(shù)測(cè)量。然而，根據(jù)本 發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，光單元適用于反射式光電容積描記術(shù)測(cè)量。關(guān)于這一點(diǎn)，根據(jù)本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例，光單元包括LED和光敏二極管。此外，優(yōu)選地，彈性材料對(duì)光發(fā)射器 所發(fā)射的光不透明。這是有利的，因?yàn)檫@樣避免了從光發(fā)射器到光接收器的直接光路。 優(yōu)選地，通過向彈性材料中加入著色劑來實(shí)現(xiàn)彈性材料對(duì)光發(fā)射器所發(fā)射的光不透明的 特征。本發(fā)明的第二目的是提供患者的呼吸活動(dòng)的方便且易于使用的抽檢的可能。該目標(biāo)通過用于患者的非接觸呼吸監(jiān)測(cè)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)，其包括距離傳感器，其用于連續(xù)探測(cè)相對(duì)于患者胸部的時(shí)間距離變化；以及計(jì)算單元，其用于基于探測(cè)到的時(shí)間距離變化來確定呼吸活動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的這一第二方面，描述了用于在無身體接觸的情況下測(cè)量患者的呼 吸活動(dòng)的解決方案。該解決方案特別適于集成到手持設(shè)備中。關(guān)于這一點(diǎn)，優(yōu)選地，該 手持設(shè)備包括適于在患者胸部前方、優(yōu)選由患者自己把持該設(shè)備的把持裝置。此外，優(yōu)選地，計(jì)算得到的呼吸活動(dòng)優(yōu)選包括患者的呼吸率。本發(fā)明的這一第二方面提供若干優(yōu)點(diǎn)呼吸活動(dòng)的非接觸測(cè)量能夠集成到手持 設(shè)備中。此外，能夠提供如下文更詳細(xì)闡述的用于進(jìn)行心率、血壓和呼吸頻率的抽檢的 易于使用的手持解決方案。此外，能夠提供如下文進(jìn)一步詳細(xì)闡述的用于進(jìn)行例如包括 呼吸指導(dǎo)的放松訓(xùn)練的易于使用的手持解決方案。一般而言，可以使用如超聲傳感器和/或激光傳感器的不同類型的距離傳感 器。借助超聲可以測(cè)量距離。向目標(biāo)發(fā)送短超聲脈沖，該短超聲脈沖在目標(biāo)處被反射， 并測(cè)量直到經(jīng)反射的脈沖到達(dá)的時(shí)間。在測(cè)量的較短時(shí)間期間，因?yàn)閭鞑ニ俣仁浅Ａ浚?故飛行時(shí)間與距離直接成正比。此外，借助激光干涉測(cè)量法，可以非常精確地測(cè)量相對(duì) 運(yùn)動(dòng)。發(fā)射激光束和反射激光束之間的相位差取決于與反射目標(biāo)的距離，因此如果引入 反射光束以干涉處于發(fā)射光束相位中的光束，干涉結(jié)果的強(qiáng)度周期性變化。然而，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，距離傳感器基于發(fā)射和接收電磁波。此外， 優(yōu)選地，距離傳感器包括多普勒雷達(dá)傳感器，優(yōu)選為雙通道多普勒雷達(dá)傳感器。2.4GHz 或24GHz的雷達(dá)頻率顯示出能產(chǎn)生較好的效果。電磁波的使用具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即它們不在衣物上反射，而是在皮膚表面上反 射。從根本上說，電磁波的反射發(fā)生在具有不同電導(dǎo)率的區(qū)域間的邊界層。因?yàn)榭諝馐?電絕緣體，而衣物常常也是絕緣體，事實(shí)上是在皮膚的表面存在反射。這是使用電磁波 的巨大優(yōu)點(diǎn)。如果反射目標(biāo)(在這種情況下應(yīng)當(dāng)是患者的胸部)由于呼吸活動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，經(jīng)反射 的電磁波相對(duì)于所發(fā)射的波在頻率上發(fā)生偏移(多普勒頻移)。能夠探測(cè)到這一頻率差并 將其用作對(duì)患者胸部運(yùn)動(dòng)的測(cè)量。例如，這種測(cè)量的原理是從交通速度管制中獲知的。 雷達(dá)收發(fā)器的天線能夠容易地以某種方式集成到手持設(shè)備中，從而使電磁波被定向于其 手中把持有設(shè)備的患者的胸部。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)利用患者的雙手握住把持裝置時(shí)，把持裝置適于 自動(dòng)將距離傳感器定向于患者的胸部。這樣，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)了手持設(shè)備而無需另外的調(diào)整。此外，優(yōu)選地，把持裝置包括用于利用患者的雙手抓握設(shè)備的兩個(gè)把手。一般 而言，這些把手可能僅適于把持設(shè)備。然而，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該把手包括用 于ECG測(cè)量的電極。關(guān)于這一點(diǎn)，該把手優(yōu)選由金屬制成。此外，優(yōu)選地，在該設(shè)備 中提供ECG測(cè)量單元。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，附加地或備選地，在該設(shè)備上提供用于光電容 積描記術(shù)測(cè)量的光學(xué)傳感器，優(yōu)選為如上所述的傳感器。關(guān)于這一點(diǎn)，具體優(yōu)選提供反 射模式的傳感器。此外，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，光學(xué)傳感器以這樣一種方式定位在 設(shè)備上當(dāng)把持該設(shè)備時(shí)，患者的手指，優(yōu)選為患者的拇指，自動(dòng)地靠放在傳感器上。 這使得該設(shè)備還相對(duì)于光電容積描記術(shù)測(cè)量更加可靠。此外，同樣優(yōu)選地，在該設(shè)備中 提供適于確定患者血壓的光電容積描記測(cè)量單元。上文所述的設(shè)備可以用于不同的應(yīng)用，優(yōu)選用于醫(yī)院中的抽檢應(yīng)用。然而，根 據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在該設(shè)備中提供輸出單元，該輸出單元適于基于經(jīng)確定的心率 和經(jīng)確定的呼吸活動(dòng)之間的相關(guān)度來輸出緊張狀態(tài)指示信號(hào)。根據(jù)下文所述的方法將使 這一思想將更加顯然。
本發(fā)明的重要方面是優(yōu)選在上文所述設(shè)備的輔助下提供為患者提供緊張狀態(tài)指 示信號(hào)的方法，其包括以下步驟探測(cè)患者的心率；同時(shí)探測(cè)患者的呼吸活動(dòng)；計(jì)算心率和呼吸活動(dòng)之間的相關(guān)度；以及基于計(jì)算得到的相關(guān)度輸出緊張狀態(tài)指示信號(hào)。在靜息條件下，健康患者的心率表現(xiàn)出周期性變化。這種隨著呼吸階段而波 動(dòng)的節(jié)律現(xiàn)象被稱為呼吸性竇性心律不齊(RSA)心率在吸氣期間升高而在呼氣期間降 低。這樣，在特定條件下，心率趨向同步于患者的呼吸活動(dòng)。如果患者處于積極或放松 情緒時(shí)心率和呼吸同步(“高相關(guān)度”)，相比而言，如果患者處于消極或緊張情緒時(shí)則 發(fā)現(xiàn)去同步(“低相關(guān)度”)。在積極情緒時(shí)，心率的變化通常以正弦波的方式出現(xiàn)。 這允許同時(shí)控制心率變異性和呼吸活動(dòng)的測(cè)量，所以可以計(jì)算出這兩者之間的相關(guān)度并 將其用作指示患者放松水平的量度。關(guān)于這種方法，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，輸出指示患者應(yīng)當(dāng)如何呼吸的指導(dǎo) 信號(hào)。此外，優(yōu)選地，該指導(dǎo)信號(hào)根據(jù)經(jīng)確定的患者的緊張狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明的優(yōu)選應(yīng)用如下本發(fā)明允許利用手持設(shè)備對(duì)呼吸非接觸測(cè)量。用于同 時(shí)抽檢患者的心率、血壓和呼吸頻率的手持設(shè)備具有具體的價(jià)值。此外，其可以用于創(chuàng) 建非常有吸引力的手持解決方案，用于給出經(jīng)指導(dǎo)的呼吸鍛煉，作為從緊張狀態(tài)下有效 放松的技術(shù)。


本發(fā)明的這些方面和其他方面將從下文描述的實(shí)施例中變得顯然，并且將參考 這些實(shí)施例加以闡述。在附圖中圖Ia和Ib示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的反射式PPG設(shè)置；圖2a、2b和2c示出了由患者把持的根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的手持設(shè)備；圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的方框圖；圖4示出了如果患者處于積極或放松情緒時(shí)心率和呼吸如何同步，相比而言， 如果患者處于消極或緊張情緒時(shí)發(fā)現(xiàn)去同步；圖5說明了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的相關(guān)度的計(jì)算；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，提出了將具有用于反射式光電容積描記術(shù)測(cè)量 的光學(xué)傳感器的光單元1連同其光發(fā)射器2和其光探測(cè)器3、即連同其LED/光敏二極管 組合體嵌入到例如將屈服于手指壓力的硅膠的彈性材料4中?？梢詮膱D1中見到相應(yīng)的 反射式PPG設(shè)置。這里，圖1示出了患者的手指5按壓在彈性材料4上，在彈性材料4 中提供了具有光發(fā)射器2和光探測(cè)器3的光單元1。在其邊界區(qū)域，彈性材料4由剛性載 體6包圍。這樣，在較寬的手指壓力范圍內(nèi)避免了手指毛細(xì)血管的阻斷。
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正如可以從圖1中所見到的，彈性材料4取決于施加的手指壓力的大小而變形， 并且因?yàn)檫@一形變，避免了毛細(xì)血管7的阻斷，從而允許在較寬的手指壓力范圍內(nèi)在這 一反射式PPG設(shè)置中有效的PPG測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)較寬的耐受手指壓力范圍，優(yōu)選選擇其 中嵌入了 LED/光敏二極管組合體的彈性材料4的彈性，使得其彈性等于或近似于手指組 織的彈性。彈性材料4優(yōu)選對(duì)于LED所發(fā)射的光不透明，以便避免從LED到光敏二極 管的直接光路。如果需要，優(yōu)選借助硅膠中的著色劑來實(shí)現(xiàn)。從圖2a、2b、2c中可以見到根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的手持設(shè)備9。這種 手持設(shè)備9的總體思想是基于這樣的認(rèn)識(shí)如果患者8利用其雙手10把持手持設(shè)備，在 手持設(shè)備9和患者胸部12之間存在自由視線11，如圖2a所示，并且在圖2b和2c中示出 更多細(xì)節(jié)。此外，人體手臂和手腕的解剖結(jié)構(gòu)使得如果該設(shè)備在側(cè)面具有患者用其手10 抓握的兩個(gè)把手13，手持設(shè)備9的蓋子14將自動(dòng)調(diào)整為指向患者的胸部12。圖2b和2c 圖示說明了這種情況。因?yàn)榛颊叩男夭?2的壁由于呼吸活動(dòng)而前后運(yùn)動(dòng)，距離傳感器被集成到手持設(shè) 備9的蓋子14中，其測(cè)量蓋子14和胸部12之間的距離。不同的傳感器模塊可用于此目 的，正如上文進(jìn)一步的描述。根據(jù)此處所描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在手持設(shè)備9中提供了作為距離傳感 器的電磁波收發(fā)器。實(shí)驗(yàn)表明，雷達(dá)頻率給出了可接受的結(jié)果，優(yōu)選頻率為2.4GHz或 24GHz。雷達(dá)收發(fā)器的天線能夠容易地以某種方式被集成到手持設(shè)備9中，從而使電磁 波被定向于其手10中把持手持設(shè)備9的患者8的胸部12。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的方框圖。手持設(shè)備9提供三 種不同的測(cè)量心率、血壓和呼吸活動(dòng)。因此，根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的手持設(shè) 備設(shè)計(jì)如下對(duì)于心率的測(cè)量，手持設(shè)備9包括由金屬把手13構(gòu)成的兩個(gè)電極，把手13還用 于把持該手持設(shè)備。將把手13連接到包括ECG放大器15和波峰探測(cè)器16的ECG測(cè)量 單元。隨后，在心率計(jì)算器17中計(jì)算心率。對(duì)于血壓測(cè)量，手持設(shè)備9還包括用于光電容積描記術(shù)測(cè)量的光學(xué)傳感器18， 其可以如上所述進(jìn)行設(shè)計(jì)。將這種光學(xué)傳感器18連接到包括光放大器19和脈搏探測(cè)器 20的光電容積描記術(shù)測(cè)量單元。隨后，將脈搏探測(cè)器20所確定的信號(hào)輸出到PAT(脈搏 到達(dá)時(shí)間)計(jì)算器21，計(jì)算器21還接收ECG測(cè)量單元的波峰探測(cè)器16所輸出的信號(hào)。 在PAT計(jì)算器21中，從PAT值和ECG信號(hào)中推導(dǎo)出血壓。對(duì)于呼吸活動(dòng)的測(cè)量，為手持設(shè)備9提供包括天線22的多普勒雷達(dá)單元，天線 22向患者的胸部12發(fā)射電磁波并接收從患者的胸部12反射的電磁波。天線22接收到的 信號(hào)給送到與運(yùn)動(dòng)傳感器24相連的RF前端23。隨后將運(yùn)動(dòng)傳感器24輸出的信號(hào)給送 到用于計(jì)算患者8的呼吸率的呼吸率計(jì)算器25。這樣，創(chuàng)建了用于進(jìn)行心率、血壓和呼吸頻率的抽檢的易于使用的手持解決方 案。該解決方案在醫(yī)院應(yīng)用中，特別是對(duì)于當(dāng)護(hù)士在逐個(gè)患者病床間走動(dòng)從而想要盡可 能快地確定如心率、血壓和呼吸率的可能體征參數(shù)的所謂“抽檢”時(shí)非常有用。目前，護(hù)士通過將其手放置在患者的胸部并查看其腕表以了解呼吸循環(huán)持續(xù)了 多少秒從而確定患者的呼吸率。這種方法相當(dāng)不精確并且讓護(hù)士感到困擾，所以某些時(shí)候她僅寫下臆斷的數(shù)字。借助本發(fā)明的這一優(yōu)選實(shí)施例克服這些問題。護(hù)士僅將手持設(shè) 備遞給患者?；颊甙殉衷撛O(shè)備若干秒的時(shí)間，在此期間借助把手13中的電極、用于拇指 的光學(xué)傳感器18和多普勒雷達(dá)分別測(cè)量其ECG、其手指中的脈搏到達(dá)時(shí)間和其胸部的運(yùn)動(dòng)。從ECG中很容易提取心率。將借助光學(xué)傳感器獲得的脈搏到達(dá)時(shí)間轉(zhuǎn)換為血 壓讀數(shù)，并且多普勒雷達(dá)測(cè)量能夠用于確定呼吸率。這樣，借助單個(gè)易于使用的手持設(shè) 備獲取了所有的相關(guān)參數(shù)。該數(shù)據(jù)可以直接存儲(chǔ)在手持設(shè)備9中或通過無線鏈接進(jìn)行發(fā) 送，圖3中未示出無線鏈接。根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例，將心率、血壓和呼吸率的測(cè)量用于向患者8給 出關(guān)于其緊張狀態(tài)的反饋。如果組合有呼吸指令，就創(chuàng)建了用于進(jìn)行指導(dǎo)的呼吸訓(xùn)練的 手持設(shè)備9。在靜息條件時(shí)，健康人的心率表現(xiàn)出周期性的變化。這種隨著呼吸階段而波動(dòng) 的節(jié)律現(xiàn)象稱為呼吸性竇性心律失常(RSA)在吸氣期間心率升高而在呼氣期間心率降 低。因此，在特定條件下，心率趨向同步于患者的呼吸活動(dòng)。圖4示出了如果患者處于積極或放松情緒時(shí)心率和呼吸如何同步(“高相關(guān) 度”)，相比而言，如果患者處于消極或緊張情緒時(shí)則發(fā)現(xiàn)去同步(“低相關(guān)度”)。在 積極情緒時(shí)，心率的變化以正弦波的方式出現(xiàn)。本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例允許同時(shí)控制 心率變異性的測(cè)量和呼吸活動(dòng)的測(cè)量，所有可以計(jì)算出這兩者之間的相關(guān)度并將其用作 指示患者放松水平的量度。這可以按如下方式實(shí)現(xiàn)如圖5所示，在步驟1中，從原始信號(hào)中截取呼吸率信號(hào)和心率信號(hào)中的段，兩 者分別包括N個(gè)采樣。隨后，在步驟2中，去除這兩段中的DC分量，并對(duì)其幅度進(jìn)行 歸一化。最后，在步驟3中，計(jì)算作為這兩段之間的互相關(guān)性的相關(guān)度
相關(guān)度=I;1呼吸(ο·心率ω 如果呼吸信號(hào)的最大值對(duì)應(yīng)于心率信號(hào)的最大值，如圖5所示，計(jì)算出的相關(guān) 度就高，因?yàn)楹粑沃械恼蹬c心率段中的正值相乘，并且呼吸段中的負(fù)值與心率信號(hào) 中的負(fù)值相乘。因此在這種情況下，所有的要素對(duì)加和計(jì)算的貢獻(xiàn)為正。容易想象，如 果一段中的最大值對(duì)應(yīng)于另一段中的最小值，在這種情況下加和結(jié)果較小，因?yàn)槟菢右?段中的正值與另一段中的負(fù)值相乘，對(duì)加和計(jì)算的貢獻(xiàn)為負(fù)。優(yōu)選地，將指示患者應(yīng)當(dāng) 如何呼吸的指導(dǎo)信號(hào)添加到系統(tǒng)中。該指導(dǎo)信號(hào)能夠根據(jù)患者的放松狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。圖6描繪了示出本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)的方框圖根據(jù)本發(fā)明的這一 優(yōu)選實(shí)施例，附加地為圖3中所示的設(shè)備提供相關(guān)度計(jì)算器26，將心率計(jì)算器17和呼吸 計(jì)算器25的輸出給送到相關(guān)度計(jì)算器26。隨后將相關(guān)度計(jì)算器26的輸出給送到放松評(píng) 估單元27，放松評(píng)估單元27還接收來自PAT計(jì)算器21的輸出信號(hào)。最終，提供用于向 患者給出呼吸指令和/或用于指示緊張狀態(tài)的如顯示器、揚(yáng)聲器、照明燈等的輸出設(shè)備 28。圖6中由虛線封閉的區(qū)域29示出了優(yōu)選在微處理器上實(shí)施的數(shù)字信號(hào)處理框 圖。正如在圖6所見到的，不僅考慮了心率變異性和呼吸之間的相關(guān)度以獲取患者的放松水平，而且提出還將借助在手指中脈搏波的脈搏到達(dá)時(shí)間確定的血壓值用于這一目 的。盡管已經(jīng)在附圖和先前的描述中圖示說明并詳細(xì)描述了本發(fā)明，此類圖示說明 和描述應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的和示例性的而非限制性的；本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施 例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在根據(jù)對(duì)附圖、說明書和權(quán)利要求書的研究來實(shí)踐所要求的發(fā) 明時(shí)能夠想到并實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的其他變型。在權(quán)利要求書中，詞語“包括”并不 排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”并不排除多個(gè)。單一處理器可以 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求書中記載的若干項(xiàng)的功能。起碼的事實(shí)是，在相互不同的權(quán)利要求中記載 的特定手段并不代表使用這些手段的組合不能帶來益處。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不 能解釋為是對(duì)范圍的限制。此外，患者應(yīng)當(dāng)理解為不一定有病或患有疾病的人或動(dòng)物。
權(quán)利要求
1.一種用于光電容積描記術(shù)測(cè)量的光學(xué)傳感器，包括光單元(1)，其具有用于向患者(8)的組織中發(fā)射光的光發(fā)射器(2)和/或用于探測(cè) 與所述組織相互作用后的所發(fā)射的光的一部分的光探測(cè)器(3)，其中所述光單元(1)嵌入到彈性材料(4)中。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)傳感器，其中，所述彈性材料(4)適于與所述患者的皮 膚、優(yōu)選與患者的手指(5)接觸。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)傳感器，其中，所述彈性材料(4)的所述彈性處于人 手指的所述組織的典型彈性的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器，其中，所述光單元(1)包括LED 和光敏二極管。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器，其中，所述彈性材料(4)對(duì)于由所 述光發(fā)射器(2)發(fā)射的所述光不透明。
6.—種用于患者的非接觸呼吸監(jiān)測(cè)的設(shè)備，包括距離傳感器，其用于連續(xù)探測(cè)相對(duì)于所述患者的胸部(12)的時(shí)間距離變化；以及計(jì)算單元，其用于基于所述經(jīng)探測(cè)到的時(shí)間距離變化來確定所述呼吸活動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是手持設(shè)備(9)，所述手持設(shè)備(9)包 括適于在所述患者的胸部(12)的前方、優(yōu)選由患者自己把持所述設(shè)備的把持裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，當(dāng)利用所述患者(8)的雙手(10)把持所述把持 裝置時(shí)，所述把持裝置適于自動(dòng)將所述距離傳感器定向于所述患者的胸部(12)。
9.如權(quán)利要求6或8中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述距離傳感器基于發(fā)射和接收電 磁波，并且優(yōu)選包括多普勒雷達(dá)傳感器，優(yōu)選包括雙通道多普勒雷達(dá)傳感器。
10.如權(quán)利要求6到9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，在所述設(shè)備中提供ECG測(cè)量單元。
11.如權(quán)利要求6到10中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，在所述設(shè)備上提供用于光電容 積描記術(shù)測(cè)量的光學(xué)傳感器(18)，優(yōu)選為如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)傳感器 (18)。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，在所述設(shè)備中提供了光電容積描記術(shù)測(cè)量單 元，所述光電容積描記術(shù)測(cè)量單元適于確定所述患者(8)的血壓。
13.如權(quán)利要求6到12中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，在所述設(shè)備中提供輸出單元 (28)，所述輸出單元(28)適于基于經(jīng)確定的心率和經(jīng)確定的呼吸活動(dòng)之間的相關(guān)度來輸 出緊張狀態(tài)指示信號(hào)。
14.一種優(yōu)選在如權(quán)利要求6到13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備的輔助下為患者提供緊張狀態(tài) 指示信號(hào)的方法，包括以下步驟探測(cè)所述患者的心率；同時(shí)探測(cè)所述患者的呼吸活動(dòng)；計(jì)算所述心率和所述呼吸活動(dòng)之間的相關(guān)度；以及基于所述經(jīng)計(jì)算出的相關(guān)度輸出緊張狀態(tài)指示信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，輸出用于指示所述患者應(yīng)當(dāng)如何呼吸的指導(dǎo)信 號(hào)，其中，優(yōu)選地，所述指導(dǎo)信號(hào)根據(jù)所述經(jīng)確定的所述患者的緊張狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光電容積描記術(shù)測(cè)量的光傳感器，其包括具有用于向患者8的組織中發(fā)射光的光發(fā)射器2和/或用于探測(cè)與所述組織相互作用之后的所發(fā)射的光的探測(cè)器3的光單元1，其中，所述光單元被嵌入到彈性材料4中。本發(fā)明還涉及一種用于患者8的非接觸呼吸監(jiān)測(cè)的設(shè)備，其包括距離傳感器，其用于優(yōu)選基于電磁波連續(xù)探測(cè)相對(duì)于患者的胸部12的時(shí)間距離變化；以及計(jì)算單元，其用于基于經(jīng)探測(cè)到的時(shí)間距離變化確定呼吸活動(dòng)。本發(fā)明具體用于提供一種手持設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)可靠的和易于是用的用于同時(shí)監(jiān)測(cè)呼吸運(yùn)動(dòng)、血壓和心率的可能，所述手持設(shè)備可以用于抽檢醫(yī)院中患者的體征參數(shù)。
文檔編號(hào)A61B5/0205GK102014737SQ200980116411
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者D·于, G·J·米施, G·斯佩克維爾斯, J·米爾史蒂夫, R·平特, S·M·L·德沃特, X·L·M·A·奧貝特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司