專利名稱：光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種醫(yī)療監(jiān)測器械，具體涉及一種光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
人類機(jī)體細(xì)胞的生存主要依賴于充足的氧供應(yīng)，從而滿足其代謝需求，如果氧供應(yīng)不足， 細(xì)胞的功能就會受到損害，甚至死亡。因此在處理危重病人時，僅僅重視血壓等血流動力學(xué) 指標(biāo)，是不能夠保證充分的氧供應(yīng)的。只有提供充分的氧供應(yīng)，才能維持正常的細(xì)胞代謝功 能。而血氧的監(jiān)測則可以很好地反映組織氧合功能，通過血氧監(jiān)測我們會大大地提高對臨床 麻醉和重危病人呼吸治療的安全性。
目前在監(jiān)測人體血氧的儀器中，主要有兩類， 一類是Swan-Ganz導(dǎo)管；由于這種導(dǎo)管需 插入肺動脈,對患者有一定的危險性，并產(chǎn)生一定的副作用。如心律失常；肺梗阻；肺動脈 破裂和出血等。另一類是基于光電傳感技術(shù)的指端透射式血氧監(jiān)測和基于反射式光電傳感技 術(shù)的耳端或額頭的血氧監(jiān)測；這個技術(shù)使用方便，操作簡單，但因為都是在循環(huán)系統(tǒng)末端采 集血液中的血氧狀態(tài)， 一般都會產(chǎn)生一定的時延，不能同步反應(yīng)監(jiān)測到的血氧狀態(tài)與人體氧 供狀態(tài)。當(dāng)前也有研究機(jī)構(gòu)提出在氣道內(nèi)或食道內(nèi)監(jiān)測肺動脈的血氧飽和度，可以直接監(jiān)測 人體肺部血氧交換狀態(tài)。國內(nèi)有上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬任濟(jì)醫(yī)院和四川華西醫(yī)院提出并驗 證了可行性。
中國發(fā)明專利ZL 200410053642.4，公開了一種經(jīng)氣道無創(chuàng)監(jiān)測血氧飽和度雙腔氣管導(dǎo) 管，導(dǎo)管上設(shè)有一個主套囊，左側(cè)導(dǎo)管上設(shè)有一個副套囊。主套囊和副套囊表面分別設(shè)有一 個氧飽和度探頭，血氧飽和度探頭通過埋設(shè)在氣管導(dǎo)管壁內(nèi)的導(dǎo)線與血氧飽和度監(jiān)測儀連接。 氧飽和度探頭隨氣管導(dǎo)管一并置入氣管。信號通過導(dǎo)線傳遞到血氧飽和度監(jiān)測儀。這個專利 的主要缺點(diǎn)是把常用的反射式的光電檢測裝置，即兩個發(fā)光二極管(660， 940nm)和光敏二 極管或三極管通過導(dǎo)線連接到氣管導(dǎo)管氣囊位置，只是改變了原來裝置的使用方式，而且電 源直接引入到氣管導(dǎo)管中，存在安全隱患，探頭由光源和光電探測器直接組成，這導(dǎo)致了探 頭表面很容易被污染，且相對位置并不固定。
中國專利03234971.8，公開了一種肺動脈血氧飽和度或壓力監(jiān)測裝置，也同樣是把光電 傳感探頭引入到導(dǎo)管內(nèi)實現(xiàn)血氧飽和度探測，缺點(diǎn)同上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種基于光纖傳感的經(jīng)氣道肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，其目的在于克服現(xiàn) 有的利用多腔肺動脈導(dǎo)管測定混合靜脈血氧飽和度技術(shù)，對患者產(chǎn)生明顯的再創(chuàng)傷和可能的 諸多并發(fā)癥，存在較大的風(fēng)險；采用指端或耳垂等循環(huán)末梢的血氧飽和度測定既不能同步反 應(yīng)機(jī)體氧供狀態(tài)，而且結(jié)果的可靠性在臨床也有待商榷等弊端。本發(fā)明利用光纖傳感探頭實 現(xiàn)光路的傳輸，沒有電路進(jìn)入人體器官，不但安全可靠，對人體無副作用，而且光纖探頭體 積小，可以通過支氣管鏡等通道導(dǎo)引到監(jiān)測部位，對人體無創(chuàng)傷；且光纖探頭設(shè)計精確，保 證探測的重復(fù)性和可靠性。
光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，包括光源系統(tǒng)、探頭系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換及微電腦 處理系統(tǒng)組成；其特征在于
A) 所述的光源系統(tǒng)驅(qū)動電路輸入端與計算機(jī)連接，輸出端與設(shè)置在拋物面反射鏡焦點(diǎn) 位置的兩個LED光源連接，LED光信號射入聚焦透鏡；
B) 所述的探頭系統(tǒng)包括兩路光纖傳感線路，第一路光纖的一端與寶石晶體探頭連接， 另一端與聚焦透鏡的光學(xué)焦點(diǎn)位置連接，聚焦透鏡與光纖之間連接有光纖接口；第二路光纖
的一端與寶石晶體探頭連接，另一端通過光信號與光電轉(zhuǎn)換器連接，光纖端頭連接有光纖接
口；兩路光纖傳感線路前后錯位，其中一路將LED光源的能量經(jīng)光纖、寶石晶體探頭傳輸?shù)?氣道表面，穿透氣道進(jìn)入肺動脈，與血液作用的光子經(jīng)漫反射后返回到氣道內(nèi)側(cè)，被第二路 寶石晶體探頭接收；經(jīng)光纖傳輸后，光信號被光電轉(zhuǎn)換器接收；
C) 所述的信號轉(zhuǎn)換及微電腦處理系統(tǒng)，由光電轉(zhuǎn)換器、光電探測器、放大整形電路、數(shù) 據(jù)采集卡與計算機(jī)依次串聯(lián)連接。
所述的兩路光纖各自連接的寶石晶體探頭平行排列。
所述的寶石晶體探頭，端面上設(shè)有一個與光軸成45度角的球面，把光纖傳輸?shù)墓馄勖?br> 度，平行地垂直入射到氣道表面。
所述的兩個LED光源的輸出波長可以選擇660nm， 940nm;或選擇735nm， 805nm。 信號轉(zhuǎn)換及微電腦處理系統(tǒng)將得到的與脈搏同步的血液吸收特性的脈沖信號，通過信號
采集卡送入計算機(jī)，計算機(jī)通過軟件實現(xiàn)信號的處理和計算結(jié)果的顯示，給出肺動脈血氧飽
和度值和心率等參數(shù)。
所述的驅(qū)動電路由計算機(jī)軟件進(jìn)行控制，輸出10kHz模擬脈沖調(diào)制光，使兩個LED光源 交替發(fā)光，形成調(diào)制光的作用是提高信噪比，有利于信號的處理和分析；并根據(jù)探測信號強(qiáng) 弱增減LED光源的發(fā)光強(qiáng)度。本發(fā)明利用光纖傳感探頭實現(xiàn)光路的傳輸，不會有電路進(jìn)入體內(nèi)，光纖和寶石晶體探頭 體積小，可以通過支氣管鏡等通道導(dǎo)引到監(jiān)測部位，對人體無副作用；也不會對器官壁造成 任何創(chuàng)傷；光纖探頭端面是利用寶石晶體加工的，光的折射效果好，不易損壞，可以重復(fù)利 用，醫(yī)療成本低；光纖探頭精確設(shè)計，保證探測的重復(fù)性和可靠性。本發(fā)明可實現(xiàn)無創(chuàng)傷， 在體，高精度，實時對肺動脈血氧飽和度進(jìn)行監(jiān)測。


圖1是本發(fā)明光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置探頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 10、驅(qū)動電路，11、 LED光源，12、拋物面反射鏡，13、聚焦透鏡，21、光纖接口， 22、
光纖，23、寶石晶體探頭，31光電轉(zhuǎn)換器，32、光電探測器，33、放大整形電路，34、數(shù)據(jù)
采集卡，35、計算機(jī)，一表示光的傳輸方向。
具體實施例方式
光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，如圖1所示。由兩路光纖傳感線路組成，其中 一路將LED光源11的能量經(jīng)光纖22、寶石晶體探頭23傳輸?shù)綒獾辣砻?，穿透氣道進(jìn)入肺動 脈，與血液作用的光子經(jīng)漫反射后返回到氣道內(nèi)側(cè)，被另一路光纖傳感線路的寶石晶體探頭 23接收；通過該路光纖22傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換器31，并將光信息轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)光電探測器 32、放大整形電路33、數(shù)據(jù)采集卡34輸入計算機(jī)35，計算機(jī)通過軟件實現(xiàn)信號的處理和計 算結(jié)果的顯示，給出肺動脈血氧飽和度值和心率等參數(shù)。
本發(fā)明裝置包括光源系統(tǒng)、探頭系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換及微電腦處理系統(tǒng)組成。 A)光源系統(tǒng)，由電腦35軟件控制的驅(qū)動電路10和兩個LED光源11組成，所述的光源 驅(qū)動電路10由現(xiàn)有的單片機(jī)實現(xiàn)的10kHz占空比為1: 1的脈沖信號通過對兩個LED光源11 進(jìn)行調(diào)制，使兩個LED光源11交替發(fā)光。所述的兩個LED光源11的輸出波長為可以選擇為 660nm， 940nm;也可以選擇為735nm， 805nm，只要一個是紅光另一個是近紅外光都可以選 擇；LED光源11用導(dǎo)線與驅(qū)動電路10連接，LED光源11放置在拋物面反射鏡12的焦點(diǎn)位 置，經(jīng)拋物面反射鏡12準(zhǔn)直后，再經(jīng)放置在拋物面反射鏡12后的聚焦透鏡13聚焦成光斑半 徑為100微米，聚焦后的光束數(shù)值孔徑為0.15，與所采用的光纖22的數(shù)值孔徑和芯徑匹配。 光纖22與聚焦透鏡13的光學(xué)焦點(diǎn)位置連接，由光纖接口 21組裝。LED光源11經(jīng)聚焦后耦合到所述的探頭系統(tǒng)的一路光纖傳感線路。
B) 所述的探頭系統(tǒng)如圖2所示，包括兩路光纖傳感線路，各光纖傳感線路由光纖接口 21，光纖22和寶石晶體探頭23組成；光纖22為常用的石英傳能光纖，芯徑可以選為200微 米，NA可選為0.15等參數(shù)。第一路光纖22的一端與寶石晶體探頭23連接，另一端與聚焦 透鏡13的光學(xué)焦點(diǎn)位置連接，由光纖接口21組裝；第二路光纖22的一端與寶石晶體探頭23 連接，另一端通過光信號與光電轉(zhuǎn)換器31連接，光纖端頭連接光纖接口 21;兩路光纖傳感線 路前后錯位，兩路光纖22各自連接的寶石晶體探頭23平行排列；其中在前的一路光纖將LED 光源ll的能量傳輸?shù)綒獾辣砻?，穿透氣道進(jìn)入肺動脈，與血液作用的光子經(jīng)漫反射后返回到 氣道內(nèi)側(cè)，被錯位設(shè)置的在后的第二路寶石晶體探頭23接收，并經(jīng)光纖22將信號傳輸給信 號轉(zhuǎn)換及微電腦處理系統(tǒng)；寶石晶體探頭23，端面上設(shè)有一個與光軸成45度的球面；把光纖 22傳輸?shù)墓馄勖?，平行地垂直入射到氣道表面?br> C) 所述的信號轉(zhuǎn)換及微電腦處理系統(tǒng)，由光電轉(zhuǎn)換器31、光電探測器32、放大整形電 路33、數(shù)據(jù)采集卡34與計算機(jī)35依次連接。在光電探測器32接收到經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器31的反 射信號后，由放大整形電路33進(jìn)行放大，并對波形進(jìn)行整形；得到與脈搏同步的血液吸收特 性的脈沖信號，經(jīng)處理后通過信號采集卡34送入計算機(jī)35，計算機(jī)通過軟件實現(xiàn)信號的處理 和計算結(jié)果的顯示，給出肺動脈血氧飽和度值和心率等參數(shù)。
權(quán)利要求
1、光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，包括光源系統(tǒng)、探頭系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)換及微電腦處理系統(tǒng)組成；其特征在于A)所述的光源系統(tǒng)驅(qū)動電路(10)輸入端與計算機(jī)(35)連接，輸出端與設(shè)置在拋物面反射鏡(12)焦點(diǎn)位置的兩個LED光源(11)連接，LED光信號射入聚焦透鏡(13)；B)所述的探頭系統(tǒng)包括兩路光纖傳感線路，第一路光纖(22)的一端與寶石晶體探頭(23)連接，另一端與聚焦透鏡(13)的光學(xué)焦點(diǎn)位置連接，聚焦透鏡與光纖之間連接有光纖接口(21)；第二路光纖(22)的一端與寶石晶體探頭(23)連接，另一端通過光信號與光電轉(zhuǎn)換器(31)連接，光纖端頭連接有光纖接口(21)；兩路光纖傳感線路前后錯位，其中路將LED光源(11)的能量經(jīng)光纖(22)、寶石晶體探頭(23)傳輸?shù)綒獾辣砻?，穿透氣道進(jìn)入肺動脈，與血液作用的光子經(jīng)漫反射后返回到氣道內(nèi)側(cè)，被第二路寶石晶體探頭接收；經(jīng)光纖(22)傳輸后，光信號被光電轉(zhuǎn)換器(31)接收；C)所述的信號轉(zhuǎn)換及微電腦處理系統(tǒng)，由光電轉(zhuǎn)換器(31)、光電探測器(32)、放大整形電路(33)、數(shù)據(jù)采集卡(34)與計算機(jī)(35)依次串聯(lián)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的兩路 光纖(22)各自連接的寶石晶體探頭(23)平行排列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的寶石 晶體探頭(23)，端面上設(shè)有一個與光軸成45度角的球面，把光纖(22)傳輸?shù)墓馄?0 度，平行地垂直入射到氣道表面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，其特征在于所述的兩個 LED光源(11)的輸出波長可以選擇660nm， 940nm;或選擇735nm， 805nm。
全文摘要
光纖傳感的肺動脈血氧飽和度監(jiān)測裝置，驅(qū)動電路輸入端與計算機(jī)連接，輸出端與兩個LED光源連接，光信號射入聚焦透鏡；探頭系統(tǒng)包括兩路光纖傳感線路，第一路光纖一端與寶石晶體探頭連接，另一端與聚焦透鏡連接；第二路光纖一端與寶石晶體探頭連接，另一端通過光信號與光電轉(zhuǎn)換器連接；兩路前后錯位，第一路LED光源的能量經(jīng)光纖、寶石晶體探頭傳輸?shù)綒獾辣砻?，穿透氣道進(jìn)入肺動脈，與血液作用的光子經(jīng)漫反射后返回到氣道內(nèi)側(cè)，被第二路寶石晶體探頭接收；經(jīng)光纖傳輸后光信號被光電轉(zhuǎn)換器接收；經(jīng)放大整形電路、數(shù)據(jù)采集后進(jìn)入計算機(jī)，通過軟件處理給出肺動脈血氧飽和度值和心率等參數(shù)。本發(fā)明可實現(xiàn)無創(chuàng)傷、高精度、在體實時監(jiān)測。
文檔編號A61B5/145GK101536910SQ20091004898
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者嚴(yán)榮國, 徐安成, 方寶英, 成 王, 郭旭東, 澄 陳, 黃華杰 申請人:上海理工大學(xué)