[发明专利]生命体征光纤传感器系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于光强度的微弯曲光纤传感器，配置成能获得清晰、稳定、可靠的生命体征信号。本发明还公开了监控生命体征的相关系统和方法。各种实施例的传感器包括多模光纤、LED光源、LED驱动器、接收器以及单层变形结构。各种实施例中，选择传感器的光纤和单层变形结构是满足获得成功监控生命体征需要的可靠性和灵敏度水平所必要的具体参数。在一些实施例中，光纤和单层变形结构之间存在特定的尺寸关系。在一些实施例中，传感器配置成能获取心冲击波形。

交叉引用的相关申请

本申请根据35U.S.C§119(e)主张美国临时申请第62/057237号，申请日为2014年9月30日的优先权，在此以引用的方式将全文并入本申请中。

技术领域

本发明主要涉及光纤领域，特别涉及光纤传感器及方法，用于监测病人的生理参数。

背景技术

随着互联网设备和数字医疗产业的到来，健康和健康监测已成为一个日益关注的领域。监控生命体征诸如心率、心冲击信号以及呼吸率，在医疗保健机构内外都是需要的。在医疗机构内，生命体征跟踪可能是必不可少的：对于医疗服务提供者不在床边时确保患者安全、诊断疾病、监测病人的进展、规划病人的护理。在医疗机构外，跟踪生命体征及姿态使个人能将他们的健康状况量化和概念化，因此，帮助个人保持关注他们的健康和健康需要、明确进度、保持实现健康和健身目标所需的动力。

当前消费品市场上的生命体征追踪器相当纷扰，例如，当前心率监视器通常需要把监视器放在病人的胸腔周围。很多生命体征追踪器仅包括一种类型的传感器仅监测一种生命体征，诸如，例如心率。另外，在消费品市场很多生命体征监控器很不准确的。在医疗机构内部，也有很多更精确的设备，但通常是很大的设备且放在病床边，需要连接到插座和用导线连接到患者。这些床头设备的附件会引起病人的焦虑，而且设备昂贵，不易携带，容易产生电磁干扰(EMI)。

在研究替代现有生命体征监控器设备方面，光纤传感器已经获得了越来越多的关注。光纤传感器具有化学惰性且抗EMI。进一步地，他们可以携带并集成到设备中，诸如床垫和垫子中。固定装置集成设备(Fixture-integrated devices)比起床边设备和可穿戴设备具有更多优势。例如，固定装置集成设备允许减少传感器、电子产品和电源之间的松散连接线或无线数据发射机。这种减少可以导致更高的可靠性、数据质量和安全性。

然而，光纤传感器发展至今，并没有被证明是传统的监控系统的合适替代。例如，题为“光纤传感器嵌入医疗监控用医用纺织品”一文，《IEEE传感器》期刊，2008年8(7)，第1215-1222页，作者格里耶等人建议将单模宏弯光纤传感器集成到测量呼吸速率的带子中。由于纤维轴宏观偏离直线，宏弯传感器通常会遇到显著的光损失，导致低灵敏度。这种传感器不可能探测到需要精确测量心率或心冲击信号的胸壁的细微活动。

在努力提高灵敏度方面，有人提出光纤传感器的替代方法。例如，美国专利第6,498,652号，瓦沙尼亚等人揭露了一种光纤监控器，其利用光学相位干涉法来监控患者生命体征。光学相位干涉法有一些限制。例如，法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉型传感器和马赫曾德耳(Mach-Zehader)干涉型传感器对身体的机械振动敏感，同时也对身体之外的机械振动、以及温度、声波、磁场、以及环境噪声高度敏感。因此，如果没有适当的设备，干涉型传感器不适合用于监控生命体征，因为环境噪声引起相变而导致的信号衰落和不准确性造成不可靠性能。过滤环境噪声所需的设备包括昂贵的相位调制器和相干光源，显著增加成本和复杂性且使得这种传感器并不适于商业广泛应用。其他建议的设计也是设法平衡灵敏度、准确性和成本。