[发明专利]具有LED电流调制的血氧饱和传感器

说明书

提供了一种血液氧合传感器，包括：第一电流供电光源，用于产生具有第一波长的光；第二电流供电光源，用于产生具有第二波长的光；光传感器，用于产生具有指示入射到其上的光的强度的大小的电流信号；包括电流源的电流电平驱动器电路，所述电流源被配置为耦合所述电流源以交替地向所述第一电流供电光源和所述第二光电流供电光源中的一个提供电流；处理器，被配置为预测一个或多个第一时间间隔的发生时间，其中组织部位处的动脉容积处于最大和最小中的一个；其中所述处理器被配置成控制所述电流源，以在所述第一时间间隔期间向所述第一和第二电流供电光源提供较高功率消耗电流脉冲的第一模式，并且在第二时间间隔期间向所述第一和第二电流供电光源中的至少一个提供较低功率消耗电流脉冲的第二模式。

背景技术

脉搏血氧计传感器测量动脉血红蛋白中的氧饱和度百分比，其指示包含氧分子的动脉中的血红蛋白分子的百分比。该测量通常也称为外周氧的饱和，或称为SpO₂。图1是表示动脉中的血氧水平的说明图。在该说明性实施例中，75％的血红蛋白分子被氧合(HbO₂)，25％的血红蛋白分子被脱氧(Hb)。

氧合和脱氧血液对于红色和红外(IR)光具有不同的吸收水平。图2是表示通过氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白在红色和IR波段中的两种不同光波长的吸收水平的差异的说明图。在光谱的红色部分中，氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的吸光度的比率低于在光谱的IR部分中的比率。换句话说，Hb比HbO₂更容易吸收红光，并且HbO₂比Hb更容易吸收IR光。

典型的脉搏血氧计通过将红色LED发射的红光和IR LED发射的IR光引导到患者身体组织上，并测量通过组织介质并由光检测器检测的红光和IR光的强度来进行操作。由光电检测器检测的红光和IR光的相对强度以及这些强度如何响应于心跳脉冲而变化，提供了血氧水平的测量。

响应于心跳期间的血压变化，以周期性模式改变动脉容积。图3是示出在动脉内的血压脉冲序列期间与检测到的光的动脉容积的变化相关的典型周期性模式的示例性波形，并且还示出在每个压力脉冲期间发生的最大和最小动脉容积的对应表示。在心跳活动的收缩阶段期间，当动脉压力处于最大值时，动脉容积和动脉直径处于最大值，因此存在更多的动脉血流，因此吸收更多的光，然后更少的光到达光电检测器。在心跳活动的舒张期期间，当动脉压力最小时，动脉容积和动脉直径最小。因此，由动脉吸收的红色和IR波长具有AC脉动特性，其可以与诸如组织、非脉动动脉血、静脉血、肤反射或甚至杂散光的其它部件的DC吸收特性隔离，用于示例，其体积在周期性模式中不变化。脉搏血氧计传感器通常利用动脉容积的周期性随时间变化的性质来区分血液内的氧合和脱氧血红蛋白通过动脉周围或邻近动脉的其它组分和组织(例如肌肉、神经、脂肪或结缔组织。

过去，为了在每次心跳期间测量红光吸收和IR光吸收，红色LED和IR LED交替地打开和关闭以产生红色和IR光的交替脉冲。光电二极管检测已经通过运输动脉血的动脉，小动脉和毛细血管的红光和IR光的交替脉冲。通常，光穿透组织，但实际上不到达动脉。相反，它扩散通过更接近皮肤的毛细血管，其具有与已经描述的动脉相似(但更柔软)的行为。基于检测到的红色和IR辐射的平均(恒定)和脉动(响应于心跳而变化)的相对强度两者来确定SpO₂水平。图4A-4B是示例性波形402、404，其表示在动脉内的血压脉冲序列(图4A)期间的动脉容积的典型演变以及红色LED和IR LED开启信号中的电流流动脉冲的交替序列(图4B)交替地接通红色LED和IR LED。在第一时间间隔序列期间提供具有第一电流值的第一电流脉冲408序列，以在每个第一时间间隔期间接通红色LED。在第二时间间隔序列期间提供具有第二电流值的第二电流脉冲410的序列，以在每个第二时间间隔期间接通IR LED。第一时间间隔和第二时间间隔被交错，使得红色LED和IR LED轮流或交替地打开以产生红色和IR光脉冲的交替序列。处理由红色和IR LED产生的漫射光的光电探测器测量，以确定红色和IR光吸收水平。