[发明专利]减少脉搏血氧计系统功耗的方法和脉搏血氧计系统

说明书

技术领域

本公开大体上涉及脉搏血氧计(pulse oximeter)。更特别地，本公开涉及用于减少脉搏血氧计中，尤其是电池操作的脉搏血氧计传感器中的功耗的技术。这里脉搏血氧计传感器指提供有光学部件(即，发光元件和一个或多个光电探测器)的脉搏血氧计单元，这些光学部件用于收集(光)体积描记信号数据。该传感器可是单个元件或包括基本单元和单独的光学单元，该光学单元可附连到受检者并且连接到该基本单元。

背景技术

脉搏血氧计是用于测量动脉血液中的氧饱和度(SpO2)的完善技术。SpO2是重要参数，现时常常叫做第四生命指征，其涉及到周边组织和器官的氧供应的足够度。脉搏血氧计提供动脉氧合作用的瞬时活体测量，并且由此提供例如动脉血氧不足的早期警告。脉搏血氧计还显示光体积描记(PPG)脉搏波形，其可以与在测量地点(典型地在手指或耳朵中)的组织血液容量和血液流量(即，血液循环)有关。

目前，对于开发用于各种医学应用的便携和可佩戴的医学传感器有不断增加的兴趣，其允许受检者自由移动并且从而还允许受检者的远程监视。无线体域网(WBAN)指短程射频通信技术，其尤其适合在不同的患者佩戴的装置之间传送测量数据。在典型设置中，多个极小的电池操作的传感器(例如，在胸部上的ECG贴片和手指上的SpO2夹子)发送测量数据给患者佩戴的中央单元。该中央单元可是单独的小型监测器，其包括显示器以及甚至包括警报功能性。该中央单元还可使用建筑物范围的射频通信技术(例如WiFi等)传送测量数据和分析结果给医院范围的网络。尽管WBAN技术仍然处于它的初期，预期WBAN应用在不久的将来大大增加。

低功耗是WBAN传感器的必要先决条件，并且一般是所有可佩戴或植入传感器的必要先决条件。关于脉搏血氧计，功耗主要由于光源(LED)的功率需求引起，这些光源(LED)通常以高速率连续驱动。因此，已经开发用于减少LED的功耗的技术。这些技术基于LED脉冲的振幅和/或宽度的减少，由此来减少脉冲的能量。然而，因为信噪比不能降低到低于某个阈值水平(其可在不同的测量环境中变化)，因此该减少通常伴随有噪声测量，使得信噪比不降得太低。

在现代的先进功率减少技术已经投入使用后，脉搏血氧计传感器的功耗仍然在20mW附近。在小型手指夹子类型的脉搏血氧计传感器中，适合的电池可以是例如LR44纽扣电池。这样的电池的电压是1.5V并且容量是150mAh，即220mWh。即，该电池利用上文提到的功耗提供大约10小时的操作时间。因此，电池必须相当频繁地更换，其不仅是烦扰的而且还可引起测量的中断(尤其在护理人员不能一直有空来更换电池的环境中)。

在基于所谓的压缩感测的脉搏血氧计传感器中已经报道了更低的功耗。在这些传感器中，体积描记信号数据以低采样率(即，LED闪烁速率)采集，其低于奈奎斯特速率。然而，这增加重建信号需要的信号处理的复杂性。此外，采样率低于奈奎斯特速率越多，重建信号需要的信号序列越长。因此，测量减缓并且没有对每个心动周期获得SpO2值。此外，基于欠奈奎斯特采样的重建算法一直基于关于信号和噪声的振幅以及频率含量的假设。因此，如果信噪比降得太低，这类重建算法变得不可靠。

尽管脉搏血氧计传感器的功耗主要由于LED的功率需求引起，数据传输也可消耗功率预算的相当大的部分(至少例如如果由于冲突而频繁地要求重新传送的话)。一般认为体域网中的每个传感器独立地采样并且发出数据。然而，实践中，使数据传输同步以便最小化冲突的数目是有益的。为了该目的，实现返回数据通路。因此，双路通信和同步机制在体域网中存在。数据典型地在具有50至1000ms的典型间隔的猝发中发送。考虑功耗，增加分组大小，由此减少要传送的开销信息的相对量是有益的。在具有相对高数据率的信号的情况下，数据分组间隔通常本质上是短的。例如，对于ECG测量，大约50ms的分组间隔是适当的，而温度测量数据不需要比大约每秒一次更频繁地传送。关于脉搏血氧计，要传送的数据量通常相当小并且从而数据分组之间的间隔可是相当长的。

此外，脉搏血氧计的发展带来新的应用和更高的性能。然而，新的特征和更高性能的引入的必要先决条件是脉搏血氧计中增加数目的光源。当需要从传感器得到电池可操作性时，在这些新的多波长脉搏血氧计中功耗问题因此甚至更必不可少。

因此，为了提高电池操作的脉搏血氧计传感器的操作时间和连续并且长期的监测的流畅程度，提供消耗更少功率而不损害实际测量的质量和迅速性并且不增加采集的体积描记信号数据的处理的复杂性的脉搏血氧计传感器，这是可取的。考虑到朝体域网发展的趋势，如果脉搏血氧计传感器的功耗可以不仅在LED操作方面而且在数据传输方面减少，这也将是有益的。