[发明专利]用于确定对象的动脉血氧饱和度的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于确定对象的血氧饱和度的设备和方法。所提出的设备包括：接口(32)，其用于接收从探测到的电磁辐射(16)导出的数据流(26)，所述电磁辐射是从所述对象(12)的一个或多个皮肤部分发射或反射的，所述数据流(26)包括针对所述一个或多个皮肤部分的多个皮肤像素的每皮肤像素的数据信号，数据信号表示随时间探测到的从各自的皮肤像素发射或反射的电磁辐射(16)；分析器(34)，其用于基于所述多个皮肤像素的所述数据信号来确定所述多个皮肤像素的血氧饱和度的变化；选择器(36)，其用于选择皮肤像素的组，所述皮肤像素的组包括示出血氧饱和度的变化最快的皮肤像素或除了示出血氧饱和度的变化最慢的皮肤像素以外的所述多个皮肤像素；以及处理器(38)，其用于基于选定的皮肤像素的组的所述数据信号来确定所述对象的所述血氧饱和度。

技术领域

本发明涉及一种用于确定对象的血氧饱和度的设备和方法。具体而言，本发明涉及一种能够被用于检测被观察的对象(例如人或动物)中的动脉血氧饱和度的非强迫性光学测量途径。在该背景中，光学测量指的是光学体积描记法(PPG)，并且更具体地指的是脉搏血氧测定法。

背景技术

人的生命体征(例如心率(HR)、呼吸速率(RR)或血氧饱和度)用作对人的当前状态的指标并用作对严重的医学事件的有力预测。因此，生命体征在在住院护理环境和门诊护理环境、在家、或者在另外的健康、休闲和健身环境中被广泛地监测。

测量生命体征的一种方式是体积描记法。体积描记法总体指对器官或身体部分的体积变化的测量，并且具体指对源于随着每一次心跳行进通过对象的身体的心血管脉搏波的体积变化的检测。

光学体积描记法(PPG)是对感兴趣区域或体积的光反射或透射的时变变化进行评估的光学测量技术。PPG基于血液比周围组织吸收更多的光的原理，因此血液体积随着每一次心跳的变化对应地影响透射和反射。除了关于心率的信息，PPG波形也能够包括能归于另外的生理现象(例如呼吸)的信息。通过对在不同波长(典型地是红色和红外)处的透射率和/或反射率的评估，能够确定血氧饱和度。

用于测量对象的心率和动脉血氧饱和度(也被称为SpO2)的常规脉搏血氧测定计被附着到对象的皮肤，例如指尖、耳垂或前额。因此，它们被称为“接触式”PPG设备。典型的脉搏血氧测定计包括作为光源的红色LED 和红外LED以及用于探测已经透射通过患者组织的光的一个光电二极管。商业可用的脉搏血氧测定计在红色波长处的测量与红外波长处的测量之间快速地切换，并且由此测量组织的相同区域或体积在两种不同波长处的透射率。这被称为分时复用。在每种波长处的随时间的透射率给出了针对红色波长和红外波长的PPG波形。尽管接触式PPG被认为是基本无创的技术，但是接触式PPG测量体验起来常常令人不愉快，这是因为脉搏血氧测定计被直接附着到对象并且任何线缆都限制移动的自由。

在该背景中，应当注意到，“血氧饱和度”在许多研究和医学领域中常常指平均血液或组织氧饱和度，所述平均血液或组织氧饱和度一般不同于动脉氧饱和度或SpO2。脉搏血氧测定计一般不测量组织饱和度，而是测量典型地比平均血氧饱和度(其也包含静脉血)高很多的动脉氧饱和度。SpO2 是SaO2的无创等价方案，其中，在前者中“p”指的是脉搏，而在后者中“a”指的是动脉。当在本文中引用“血氧饱和度”或SpO2时，一般意指动脉血氧饱和度。

当前，已经引入了用于非强迫性测量的非接触式、远程PPG设备。远程PPG采用被远离感兴趣对象设置的光源，或一般而言是辐射源。类似地，探测器(例如相机或光学探测器)也能够被远离感兴趣对象设置。因此，远程光学体积描记系统和设备被认为是非强迫性的并且非常适合于医学以及非医学的日常应用。然而，远程PPG设备典型地得到较低的信噪比。

Verkruysse等人的“Remote plethysmographic imaging using ambient light”(Optics Express，16(26)，2008年12月22日，21434-21445页)展示了能够使用环境光和常规的消费者水平的视频相机来远程地测量光学体积描记信号。