[发明专利]用于存在干扰物时透皮并无创地检测和测量机动车驾驶员血液中酒精的系统与方法

说明书

交叉应用相关申请

本申请整体上要求2009年4月24日提交的申请号为61/172,383的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明涉及可快速、准确地确定机动车驾驶员血液中酒精的存在，并且在喝入酒精的几分钟内且存在干扰物(interferent)时透皮并无创地准确测量酒精浓度的系统与方法。该系统使用嵌入机动车转向机构的传感器阵列、图像识别文库、以及相关的图像识别、分析物鉴别(Analyte Identification)和干扰物辨别算法，通过测量驾驶员的透皮吸收酒精浓度来确定驾驶员血液中酒精的存在。如果所测量的酒精超过预设的限制，则激活阻止车辆移动的互锁系统。

背景技术

在酒精的影响下驾驶已经并继续成为美国致命的机动车事故中的头号原因。过去几十年在阻止醉酒驾驶员(或酒精受损驾驶员)驾驶汽车方面已经取得进步的同时，该问题依然存在并且涉及醉酒驾驶员的事故平均每天致36人死亡和700人受伤。然而，使用正确的技术，就算不能全部也能大部分阻止醉酒驾驶员造成的这些死亡和伤害。

体内酒量测定器系统(Breathalyzer)是目前可用于打击酒精受损驾驶的主要手段。然而，由于体内酒量测定器系统通常是引人注目、笨重且对驾驶员的伤害非常大的，因此体内酒量测定器系统对已经接受授权使用该系统的酒后驾驶(DUI)违法者的达标率很低。需要的是车内酒精检测系统，该系统是非入侵式的，以至于它的使用率与驾驶任务无缝结合。

已经设计出多种其他的系统，这些系统尝试在驾驶员开车之前或开车的过程中测量驾驶员的损害并打击醉酒驾驶。一些系统已经尝试通过要求驾驶员在给定的时间内以任意的顺序按动按钮来直接测量驾驶员的损害。其他系统已经尝试通过测量组织酒精浓度或呼吸酒精浓度来确定驾驶员的血液酒精浓度。然而，这些系统的复杂性、费用和侵入性通常使得它们不适合广泛使用和不能达标。此外，存在各种干扰物(非酒精的物质)时，现有技术中许多装置的准确性大大降低。比如丁烷、汽油、香水或者含酒精产品的这些干扰物，可示意或混淆现有技术的传感器以显示出假阳性或不能显示出潜伏酒精的存在。需要的是一种能够快速、准确地确定驾驶员血液中酒精的系统，该系统能够在存在任何干扰物时无创地进行该确定、并适合于广泛使用。

发明内容

本发明提出了一种车内酒精检测系统和方法，用于使用一组嵌入到任何机动车的转向机构中的传感器来检测驾驶员血液中酒精的存在，并在驾驶员开始喝入酒精的几分钟内且存在干扰物时透皮地、快速地、准确地并无创地确定驾驶员血液中酒精的浓度。该车内酒精检测系统的元件足够紧凑，以便装配在机动车的转向机构内部，并且，该车内酒精检测系统是醉酒驾驶防止系统的一个组件，该醉酒驾驶防止系统可合并入机动车内，该机动车可防止摄取了酒精或者其血液酒精浓度(BAC，Blood Alcohol Concentration)超过预设限制的驾驶员开车。

通过测量驾驶员的透皮吸收酒精浓度(TAC，Transdermal Alcohol Concentration)来检测驾驶员血液中酒精的存在。驾驶员的透皮吸收酒精浓度可按如下操作进行测量：通过收集驾驶员手中散发的已排出汗液的(pre-perspiratory)蒸气，将传感器阵列放入蒸气中，然后使用图像识别文库以及相关的图像识别、分析物鉴别和干扰物辨别算法，以处理传感器反应数据。如果测量出TAC大于0，那么可知酒精存在于驾驶员的血液中，并且在零容忍的情况下激活合适的互锁装置(interlock)。利用车内酒精检测系统也可确定实际的BAC水平，通过首先测量驾驶员的TAC，然后使用静脉注射人体试验(Intravenous Human Testing)中得出的查找表数据库，以发现与该驾驶员的TAC对应的BAC。该数据库可包括针对该驾驶员的生理和代谢信息。

显然，即使存在干扰物，本发明可进行准确的TAC测量。这是由于一个或多个化学电容传感器阵列、以及相关的图像识别、分析物鉴别和干扰物辨别算法的独特组合，该独特组合能够对出现的分析物进行鉴别和量化。

在一个实施例中，每个传感器阵列中的化学电容传感器涂覆如化学吸收剂聚合物的选择性吸收材料(Selectively Absorbing Material)作为电介质。酒精和干扰物(分析物)被吸收到该电介质中，改变电介质的介电常数并导致该传感器电容增大或减小。可对电容的变化进行电学检测和测量。