反射式光電脈搏波傳感器的制造方法
【專利摘要】一種反射式光電脈搏波傳感器，設有：一個或多個LED發光二極管、多個光電傳感器、一個聚光反射罩和控制電路；其中，LED發光二極管和光電傳感器都安裝在聚光反射罩的內側底部和/或內側壁上，使得聚光反射罩的碗口能夠直接反扣并貼緊人體皮膚表面，讓其中的LED發光二極管和光電傳感器都不直接接觸人體皮膚，即使LED發光二極管和光電傳感器兩者與人體皮膚之間都保持設定距離，避免因碗口貼合皮膚不嚴實、造成環境光泄漏或變化而對光電傳感器采集的脈搏波形產生干擾。本實用新型結構簡單、實用，且操作使用便利、測量結果精準、穩定。另外，且其對測試位置很不敏感，可在身體的手掌掌心或其四周、小臂內側等多處部位采集脈搏波。
【專利說明】反射式光電脈搏波傳感器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種便攜式、可連續記錄人體脈搏信號的檢測裝置，確切地說，涉及一種反射式光電脈搏波傳感器，屬于生物醫學工程或電子測量裝置的【技術領域】。

【背景技術】
[0002]從古至今，脈診一直是傳統中醫感知人體脈搏的跳動信號，進而判斷患者氣血盛衰，并確定病因、病灶和療效的一種重要手段。近代醫學指出，脈搏波以心臟波動作為動力源，通過血管的傳導而使得血管的容積發生變化和振動，促使血液在人體內循環流動，并在血液的流動過程中，經歷心臟的收縮與舒張、內臟流量的漲落、血管各端點的阻滯、血管內波的折-反射以及血管壁的粘彈等過程。這樣就使得人體脈象中富含有關心臟、內外循環和神經等系統的多種動態信息。所以，從脈搏波中提取人體的生理或病理信息作為臨床診斷和治療的直接依據，歷來都受到古今中外醫學界的重視。
[0003]中國傳統醫學通過摸脈診病，已經存在了三千多年。現代醫學圍繞脈搏波的研究也很廣泛，已經獲知脈搏波的波形特征與心血管疾病有著密切的關系。由于脈搏波檢測不需要復雜而昂貴的設備，且操作簡單、性能穩定和無創傷性，因此其在心血管的臨床醫學檢查、治療、用藥、康復和保健等多個方面都有良好的應用前景。近年來，利用現代電子信息技術完整地采集與處理人體脈象，對中醫脈診的客觀化和人體脈象形成機理的研究都具有重要意義的事實已被許多醫務人員和工程技術人員所認識和關注，也吸引許多業內人員的投入與研發。
[0004]在人體脈搏波采集【技術領域】，現有裝置的工作機理大都采用下面兩種檢測參數:第一種是壓力脈搏波，因脈搏波到達血管各處的血液壓力會隨著脈搏波動發生改變。臨床上是采用應變式、壓電式等各種壓力傳感器來檢測脈搏波。另一種是流量脈搏波。由于血液在血管內部流動，要在人體外部無創傷地直接檢測到它的各種參數，并不是一件容易的事情。但當這部分血液流經外周血管中的微動脈、微靜脈等微血管時,該部分微血管的血液容積在心臟搏動下同樣會呈現周期性變化。血液容積的脈動變化能夠反映出心搏功能、血液流動、外周血管和微循環等諸多心血管的重要信息，稱之為容積脈搏波。臨床上壓力脈搏波通常是在人體橈動脈上采用壓力傳感器執行無創檢測的。而容積脈搏波則可在人體手指指端通過光電容積脈搏傳感器進行無創檢測。
[0005]壓力脈搏波與容積脈搏波都接近外周血管，位置淺表、檢測方便和不需要復雜昂貴的檢測儀器設備，具有操作簡單、性能穩定與無創等優點。目前，市場上常見的脈搏波采集儀器主要是接觸式力敏傳感器，具有制作簡便、力-電轉換效率高和使用形式與脈診相似等優點。但也存在有易接觸部位的力學狀態、探測位置的漂移和環境條件變化的影響等若干缺陷。由于容積脈搏波采用的是光電傳感的方法，比壓力脈搏波相比較，其對傳感器的檢測位置要求不太嚴格，且其適應性、重復性和穩定性均優于壓力脈搏波。
[0006]光電容積脈搏波又分為反射式和透射式兩種。其中，透射式是在端皮下組織中檢測血液容積變化。由于需要光路投射經過測量血管，因此僅在末梢相對較薄的位置(如手指端和耳垂部位)能夠取得較好的測量結果。反射式由于其是接收反射光路，因此對傳感器的位置要求要比透射式更加不嚴格。
[0007]現有的反射式光電容積脈搏波采集裝置已經進入市場，但是這些裝置普遍存在以下缺陷:(I)測試位置敏感，要求嚴格。(2)接觸控制不好，測試參數不精準。(3)測試使用比較復雜、繁瑣。
實用新型內容
[0008]有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種反射式光電脈搏波傳感器，該實用新型較好地解決了現有裝置存在的不足和缺陷，該反射式光電脈搏波傳感器的采集前端利用創新結構的非接觸式聚光反射罩，充分發揮反射式光電容積脈搏波的采集優勢，能夠得到測量便利、測試結果波形精度高和穩定性好的容積脈搏波的采集結果。
[0009]為了達到上述目的，本實用新型提供了一種反射式光電脈搏波傳感器，設有控制電路；其特征在于:該光電脈搏波傳感器還包括:一個聚光反射罩，以及安裝在該聚光反射罩的內側底部和/或內側壁上一個或多個LED發光二極管和多個光電傳感器；所述聚光反射罩的碗口能夠直接反扣并貼緊在人體皮膚表面上，以使其內側的LED發光二極管和光電傳感器都不直接接觸人體皮膚，并使該LED發光二極管和光電傳感器兩者與人體皮膚之間都保持設定距離，避免因碗口貼合皮膚不嚴實、造成環境光泄漏或變化而對光電傳感器采集的脈搏波形產生干擾。
[0010]所述聚光反射罩的形狀是上大、下小的傳統圓錐體的碗狀或多邊棱柱錐體狀，以使安裝在其底部或側壁上的LED發出的可見光能夠在聚光反射罩內產生一條或多條發射光路與多條反射光路，這些發射光路與反射光路都被同樣安裝在該聚光反射罩底部或側壁上的多個光電傳感器所采集接收。
[0011]所述聚光反射罩采用內壁涂有反光薄膜的塑料或尼龍類合成材料制成。
[0012]所述發光二極管對材質沒有特定要求，既能選用發出紅光的砷化鎵二極管、發出綠光的磷化鎵二極管、發出黃光的碳化硅二極管或發出藍光的氮化鎵二極管，也能選用有機發光二極管OLED，或無機發光二極管LED。
[0013]所述反射式光電脈搏波傳感器的控制電路還包括順序連接的下述電路:將多個光電傳感器接收的光路信號各自轉換后的電信號分別進行放大的多個放大電路，求解所有放大電路的輸出平均值的計算電路，模數轉換電路和輸出顯示電路。
[0014]所述LED發光二極管與光電傳感器固裝在聚光反射罩的內側底部和/或內側壁上的位置及其數量都沒有特定要求:采用一個或多個LED發光二極管位于內側底部中央部位、多個光電傳感器呈圓周狀或星狀固裝在LED發光二極管的外側；或將多個光電傳感器固裝在內側底部中央部位、多個LED發光二極管散布在光電傳感器的外側；或將這兩種部件混合散布安裝在內側底部和/或內側壁上。
[0015]本實用新型反射式光電脈搏波傳感器的創新優點是:該反射式光電脈搏波傳感器的結構簡單、巧妙、實用，且生產成本低廉，操作使用便利、測量結果精準、穩定。另外，它對測試位置很不敏感，可以在身體的手掌掌心或其四周、小臂內側多處部位進行脈搏波的采集測量。因聚光反射罩的碗口是直接反扣并嚴實貼緊人體皮膚表面，使得該裝置抗干擾能力強，有效避免了因采集裝置不緊密貼合人體皮膚，使得環境光泄漏或變化產生的干擾。另夕卜，控制電路是利用多個光電傳感器得到的反射光路對脈搏波進行均值處理，使得采集的脈搏波形的精度高和穩定性好。因此，本實用新型具有很好的推廣應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1 (A)、⑶是本實用新型反射式光電脈搏波傳感器的一種圓錐體碗狀結構組成的兩個示意圖。
[0017]圖2(A)、(B)分別是本實用新型反射式光電脈搏波傳感器的另一種多邊棱柱錐體結構組成示意圖(其中A是四邊棱柱錐體，B是五邊棱柱錐體)。
[0018]圖3 (A)、⑶、(C)、⑶、(E)分別是本實用新型反射式光電脈搏波傳感器中LED發光二極管與光電傳感器五種安裝位置實施例的示意圖。
[0019]圖4是本實用新型反射式光電脈搏波傳感器控制電路示意圖。
[0020]圖5是本實用新型反射式光電脈搏波傳感器實施例測試采集的脈搏波形示意圖。
[0021]圖6、圖7、圖8分別是本實用新型反射式光電脈搏波傳感器進行測試的三種位置示意圖。

【具體實施方式】
[0022]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。
[0023]參見圖1?圖3，介紹本實用新型反射式光電脈搏波傳感器的結構組成:
[0024]該裝置設有下述部件:多個光電傳感器1、一個聚光反射罩3，安裝在該聚光反射罩的內側底部3A和/或內側壁3B上的一個或多個LED發光二極管2、以及控制電路。其中聚光反射罩3的碗口能夠直接反扣并貼緊在人體皮膚表面上(參見圖4?圖6)，以使其內側的光電傳感器I和LED發光二極管2都不直接接觸人體皮膚，并使該光電傳感器I和LED發光二極管2兩者與人體皮膚之間都保持設定距離，避免因碗口貼合皮膚不嚴實、造成環境光泄漏或變化而對光電傳感器采集的脈搏波形產生干擾。聚光反射罩3是采用內壁涂有反光薄膜的塑料或尼龍類合成材料制成的。
[0025]聚光反射罩3的形狀是上大、下小的傳統圓錐體的碗狀(如圖1 (A)、⑶所示)，也可以做成多邊棱柱錐體狀(如圖2(A)、(B)所示)，也就是其對具體形狀沒有特別要求；主要是希望使得安裝在其內側底部3A或側壁3B上的LED發光二極管2發出的可見光能夠在聚光反射罩3內產生一條或多條發射光路與多條反射光路，這些發射光路與反射光路都被同樣安裝在該聚光反射罩底部或側壁上的多個光電傳感器I所采集接收。并且，使得這光電傳感器I和LED發光二極管2兩者都不直接接觸人體皮膚為宜。
[0026]LED發光二極管2對材質沒有特定要求，既能選用發出紅光的砷化鎵二極管、發出綠光的磷化鎵二極管、發出黃光的碳化硅二極管或發出藍光的氮化鎵二極管，也能選用有機發光二極管OLED，或無機發光二極管LED。
[0027]參見圖3所示的各種布局，用于說明LED發光二極管2與光電傳感器I固裝在聚光反射罩3的內側底部3A和/或內側壁3B上的位置及其數量都沒有特定要求:既可以采用一個或多個LED發光二極管位于內側底部中央部位、多個光電傳感器呈圓周狀或星狀固裝在LED發光二極管的外側(參見圖3(A)?(D));也能夠將多個光電傳感器固裝在內側底部中央部位、多個LED發光二極管散布在光電傳感器的外側(參見圖3(E));或者將這兩種部件混合散布安裝在內側底部和/或內側壁上。
[0028]參見圖4，反射式光電脈搏波傳感器的控制電路還包括順序連接的下述電路:將多個光電傳感器接收的光路信號各自轉換后的電信號分別進行放大的多個放大電路，求解所有放大電路的輸出平均值的計算電路，模數轉換電路和輸出顯示電路。
[0029]本實用新型已經制成性能樣機，并進行了多次實施試驗，圖5是性能樣機測試得到的脈搏波波形示意圖。圖6?圖8則是利用不同碗徑的性能樣機在人體不同部位進行測試的示意圖。其中圖6展示了本實用新型在聚光反射罩底部安裝的LED發出的可見光經由一條發射光路A照射到人體手腕皮膚后，產生第I條反射光路B照射到聚光反射罩壁的內側表面，又產生第2條反射光路C后，才被該聚光反射罩底部光電傳感器I所接收。
[0030]實施例試驗的結果是成功的，實現了發明目的。
【權利要求】
1.一種反射式光電脈搏波傳感器，設有控制電路；其特征在于:該光電脈搏波傳感器還包括:一個聚光反射罩，以及安裝在該聚光反射罩的內側底部和/或內側壁上一個或多個LED發光二極管和多個光電傳感器；所述聚光反射罩的碗口能夠直接反扣并貼緊在人體皮膚表面上，以使其內側的LED發光二極管和光電傳感器都不直接接觸人體皮膚，并使該LED發光二極管和光電傳感器兩者與人體皮膚之間都保持設定距離，避免因碗口貼合皮膚不嚴實、造成環境光泄漏或變化而對光電傳感器采集的脈搏波形產生干擾。
2.根據權利要求1所述的反射式光電脈搏波傳感器，其特征在于:所述聚光反射罩的形狀是上大、下小的傳統圓錐體的碗狀或多邊棱柱錐體狀，以使安裝在其底部或側壁上的LED發出的可見光能夠在聚光反射罩內產生一條或多條發射光路與多條反射光路，這些發射光路與反射光路都被同樣安裝在該聚光反射罩底部或側壁上的多個光電傳感器所采集接收。
3.根據權利要求2所述的反射式光電脈搏波傳感器，其特征在于:所述聚光反射罩采用內壁涂有反光薄膜的塑料或尼龍類合成材料制成。
4.根據權利要求1所述的反射式光電脈搏波傳感器，其特征在于:所述發光二極管對材質沒有特定要求，既能選用發出紅光的砷化鎵二極管、發出綠光的磷化鎵二極管、發出黃光的碳化硅二極管或發出藍光的氮化鎵二極管，也能選用有機發光二極管OLED，或無機發光二極管LED。
5.根據權利要求1所述的反射式光電脈搏波傳感器，其特征在于:所述反射式光電脈搏波傳感器的控制電路還包括順序連接的下述電路:將多個光電傳感器接收的光路信號各自轉換后的電信號分別進行放大的多個放大電路，求解所有放大電路的輸出平均值的計算電路，模數轉換電路和輸出顯示電路。
6.根據權利要求1所述的反射式光電脈搏波傳感器，其特征在于:所述LED發光二極管與光電傳感器固裝在聚光反射罩的內側底部和/或內側壁上的位置及其數量都沒有特定要求:采用一個或多個LED發光二極管位于內側底部中央部位、多個光電傳感器呈圓周狀或星狀固裝在LED發光二極管的外側；或將多個光電傳感器固裝在內側底部中央部位、多個LED發光二極管散布在光電傳感器的外側；或將這兩種部件混合散布安裝在內側底部和/或內側壁上。
【文檔編號】A61B5/0295GK203988032SQ201420445560
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月8日 優先權日:2014年8月8日
【發明者】王麗婷, 劉長松, 張進東 申請人:王麗婷, 劉長松, 張進東