一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统及其制备技术方案

本发明专利技术属于医疗健康检测器械领域，公开了一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统及其制备，该系统包括相互连接的前端柔性血氧饱和度检测电路(17)和后端信号处理输出模块，其中，前端柔性血氧饱和度检测电路(17)是以柔性封装材料作为封装层，且表面具有粘性功能层(10)，用于通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行检测；后端信号处理输出模块用于将关于血氧饱和度的信号通过蓝牙天线发射模块(12)发送至移动终端。本发明专利技术通过设计结构和使用柔性材料赋予前端血氧检测电路能够紧密贴附人体皮肤并共形的能力，通过设计电路实现后端信号处理模块对前端传感数据的接收、处理与发送，能够实现血氧饱和度信息的实时传输与显示。

A skin attached blood oxygen saturation detection system and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统及其制备
本专利技术属于医疗健康检测器械领域，更具体地，涉及一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统及其制备，该检测系统用于实现非侵入式人体血氧健康监测。
技术介绍
随着电子信息技术不断发展，近些年来陆续涌现出塑料电子、有机电子、印刷电子等与柔性电子领域相关的新兴电子领域，柔性电子因其具有独特的延展性、良好的可穿戴性以及可进行大规模制造、成本低廉等优点，广泛应用于医疗、能源、军事、教育等领域，现已研发出的柔性电子产品包括印刷RFID、柔性显示器、有机发光二极管OLED等，因其不同于传统硬质电路，能够实现弯折、拉伸延展等功能，广泛应用于现实生活中，传统的微纳电子采用光刻、电子束和离子束刻蚀等工艺实现微纳尺度下的加工，该工艺复杂、制造成本高，同时对环境的要求高，很难满足柔性电子技术大面积、批量化、高适应性的生产要求，因此在结构图案化、高可靠性封装等柔性电子制造关键技术方面，研发出稳定高效的工艺方法具有很大的应用前景与意义。传统的血样检测原理多为光电容积法，该原理主要利用人体血管搏动时血液对光吸收量的不同来进行测量血氧饱和度，血氧传感器主要由光电变换器和光源两部分组成，光源采用对氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(Hb)有选择性的特定波长的发光二极管进行检测，由光电变换器接收反射回来的光线，进行光电信号转换放大输出，并基于Beer-Lambert定律作为理论基础进行实时计算出相应时刻的血氧饱和度。目前市场上商业化血氧检测传感系统，多采用刚性电路板，测量方式多为夹持指尖进行测量。这种方式不仅测量部位单一，而且人体肢体动作的变化会导致传感系统的贴附性大大降低，从而严重影响检测精度和舒适度。目前市面上并没有能够与皮肤紧密贴合的血氧饱和度测量系统。除了测量部位的限制和测量精度难以保证之外，目前大部分血氧传感系统的前端测试电路和后端信号分析处理电路的集成度均较低，电路体积较大难以携带，并且当前端进行人体血氧检测时，后端电路往往需要连接电脑、显示器等装置进行显示反馈血氧饱和度，无法与常用的移动终端通信，不具备很好的移动可穿戴性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统及其制备，其中通过对系统各个组件的结构及其设置方式，各个组件间的连接关系、配合工作方式，以及相应制备方法的整体工艺流程设计等进行改进，利用前端柔性血氧检测电路和后端信号处理输出模块，通过设计结构和使用柔性材料赋予前端血氧检测电路能够紧密贴附人体皮肤并共形的能力，通过设计电路实现后端信号处理模块对前端传感数据的接收、处理与发送，利用移动终端接收以及进一步显示血氧传感数据，能够实现血氧饱和度信息的实时传输与显示。并且，本专利技术制备方法可直接采用丝网印刷工艺，相较于光刻、电子束和离子束刻蚀等传统微纳制备工艺，工艺更加简单、且制造成本更低廉，更加利于大面积、批量化的工业生产。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统，其特征在于，包括前端柔性血氧饱和度检测电路、以及后端信号处理输出模块，其中，所述前端柔性血氧饱和度检测电路是以柔性封装材料作为封装层，且表面具有粘性功能层，该粘性功能层用于直接与使用者的人体皮肤进行粘附，从而使该表皮贴附式血氧饱和度检测系统整体粘附于使用者的皮肤表皮；所述前端柔性血氧饱和度检测电路用于通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行非侵入式检测，得到关于血氧饱和度的信号；所述后端信号处理输出模块与所述前端柔性血氧饱和度检测电路相连，该后端信号处理输出模块将所述前端柔性血氧饱和度检测电路检测得到的信号进行处理，首先通过滤波降低环境光干扰，之后通过寻找峰谷值找到同一个脉动过程中投射光强的比值，再通过公式计算血氧饱和度数值，该公式中，A、B均为预先设定的常量，D1代表波长为λ1的光强的吸收峰谷值的比值，D2代表波长为λ2的光强的吸收峰谷值的比值，λ1和λ2均为预先设定；最后将计算得到的血氧饱和度数值通过蓝牙天线发射模块发送至移动终端，基于血氧饱和度的信号即可使移动终端获得使用者的血氧饱和度计算结果。作为本专利技术的进一步优选，所述前端柔性血氧饱和度检测电路包括柔性基底层、导线层、芯片层、柔性封装层和粘性功能层，其中，所述柔性基底层和所述柔性封装层用于配合构建形成所述前端柔性血氧饱和度检测电路的柔性框架主体，所述导线层和所述芯片层均位于该柔性框架主体内，所述芯片层用于通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行非侵入式检测，所述导线层则用于对所述芯片层的电信号进行传导。作为本专利技术的进一步优选，所述前端柔性血氧饱和度检测电路具体是利用MAX30102芯片通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行检测的，并且在该前端柔性血氧饱和度检测电路内还以固化后具备可拉伸性能的导电银浆作为导线进行电信号的传导，其中导电银浆为将银粉与聚二甲基硅氧烷按照质量比为3:1混合搅拌制备而成；所述柔性封装材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)；所述粘性功能层为聚丙烯、聚乙烯醇、或硅胶SilbioneRT4717。作为本专利技术的进一步优选，所述后端信号处理输出模块包括CC2640核心处理器模块，32.768KHz和4MHz时钟电路，复位电路，下载程序模块，以及I2C通信端口；其中，所述CC2640核心处理器模块主要包括X32KQ1、X32KQ2、X24MP、X24MN、TMSC、TCKC、TDI、TDO、RESET、RFN、RFP、SCL、SDA和INT端口，其中所述CC2640核心处理器模块的X32KQ1、X32KQ2、X24MP、X24MN端口分别与所述32.768KHz和4MHz时钟电路输入端连接；所述CC2640核心处理器模块的TMSC、TCKC、TDI、TDO端口分别与所述下载程序模块的信号输入端连接，实现程序烧录；所述CC2640核心处理器模块的RESET端口与所述复位电路信号输入端连接；所述CC2640核心处理器模块的SCL、SDA、INT端口分别与所述I2C通信端口信号的输入端连接；所述CC2640核心处理器模块的RFN、RFP端口分别与所述蓝牙天线发射模块的信号输入端连接。作为本专利技术的进一步优选，所述后端信号处理输出模块还包括供电模块，所述供电模块包括CR2032纽扣电池供电模块和电池升压供电模块，其中，所述CR2032纽扣电池供电模块用于提供固定电压，所述电池升压供电模块用于将所述CR2032纽扣电池供电模块提供的固定电压升高达到电路运行要求电压；所述电池升压供电模块为TPS61070DDCR3.3V升压模块，所述TPS61070DDCR3.3V升压模块的输入端与所述CR2032纽扣电池供电模块的输出端连接，用于将所述CR2032纽扣电池供电模块提供的固定电压升高至3.3V；所述TPS61070DDCR3.3V升压模块的3.3V电压输出端与所述CC2640核心处理器模块的电压输入VCC端口连接，所述TPS61070DDCR3.3V升压模块的1.8V电压输出端与所述前端柔性血氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统，其特征在于，包括前端柔性血氧饱和度检测电路(17)、以及后端信号处理输出模块，其中，/n所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)是以柔性封装材料作为封装层，且表面具有粘性功能层(10)，该粘性功能层(10)用于直接与使用者的人体皮肤进行粘附，从而使该表皮贴附式血氧饱和度检测系统整体粘附于使用者的皮肤表皮；所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)用于通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行非侵入式检测，得到关于血氧饱和度的信号；/n所述后端信号处理输出模块与所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)相连，该后端信号处理输出模块将所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)检测得到的信号进行处理，首先通过滤波降低环境光干扰，之后通过寻找峰谷值找到同一个脉动过程中投射光强的比值，再通过公式

【技术特征摘要】
1.一种表皮贴附式血氧饱和度检测系统，其特征在于，包括前端柔性血氧饱和度检测电路(17)、以及后端信号处理输出模块，其中，
所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)是以柔性封装材料作为封装层，且表面具有粘性功能层(10)，该粘性功能层(10)用于直接与使用者的人体皮肤进行粘附，从而使该表皮贴附式血氧饱和度检测系统整体粘附于使用者的皮肤表皮；所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)用于通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行非侵入式检测，得到关于血氧饱和度的信号；
所述后端信号处理输出模块与所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)相连，该后端信号处理输出模块将所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)检测得到的信号进行处理，首先通过滤波降低环境光干扰，之后通过寻找峰谷值找到同一个脉动过程中投射光强的比值，再通过公式计算血氧饱和度数值，该公式中，A、B均为预先设定的常量，D1代表波长为λ1的光强的吸收峰谷值的比值，D2代表波长为λ2的光强的吸收峰谷值的比值，λ1和λ2均为预先设定；最后将计算得到的血氧饱和度数值通过蓝牙天线发射模块(12)发送至移动终端，基于血氧饱和度的信号即可使移动终端获得使用者的血氧饱和度计算结果。


2.如权利要求1所述表皮贴附式血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)包括柔性基底层(1)、导线层(5)、芯片层(6)、柔性封装层和粘性功能层(10)，其中，所述柔性基底层(1)和所述柔性封装层用于配合构建形成所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)的柔性框架主体，所述导线层(5)和所述芯片层(6)均位于该柔性框架主体内，所述芯片层(6)用于通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行非侵入式检测，所述导线层(5)则用于对所述芯片层(6)的电信号进行传导。


3.如权利要求1所述表皮贴附式血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述前端柔性血氧饱和度检测电路(17)具体是利用MAX30102芯片(603)通过反射式光学原理对人体组织的血氧饱和度进行检测的，并且在该前端柔性血氧饱和度检测电路(17)内还以固化后具备可拉伸性能的导电银浆作为导线进行电信号的传导，其中导电银浆为将银粉与聚二甲基硅氧烷按照质量比为3:1混合搅拌制备而成；
所述柔性封装材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)；
所述粘性功能层(10)为聚丙烯、聚乙烯醇、或硅胶SilbioneRT4717。


4.如权利要求1所述表皮贴附式血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述后端信号处理输出模块包括CC2640核心处理器模块(11)，32.768KHz和4MHz时钟电路(14)，复位电路，下载程序模块(22)，以及I2C通信端口(15)；其中，
所述CC2640核心处理器模块(11)主要包括X32KQ1、X32KQ2、X24MP、X24MN、TMSC、TCKC、TDI、TDO、RESET、RFN、RFP、SCL、SDA和INT端口，其中所述CC2640核心处理器模块(11)的X32KQ1、X32KQ2、X24MP、X24MN端口分别与所述32.768KHz和4MHz时钟电路(14)输入端连接；所述CC2640核心处理器模块(11)的TMSC、TCKC、TDI、TDO端口分别与所述下载程序模块(22)的信号输入端连接，实现程序烧录；所述CC2640核心处理器模块(11)的RESET端口与所述复位电路信号输入端连接；所述CC2640核心处理器模块(11)的SCL、SDA、INT端口分别与所述I2C通信端口信号(15)的输入端连接；所述CC2640核心处理器模块(11)的RFN、RFP端口分别与所述蓝牙天线发射模块(12)的信号输入端连接。


5.如权利要求4所述表皮贴附式血氧饱和度检测系统，其特征在于，所述后端信号处理输出模块还包括供电模块，所述供电模块包括CR2032纽扣电池供电模块(19)和电池升压供电模块，其中，所述CR2032纽扣电池供电模块(19)用于提供固定电压，所述电池升压供电模块用于将所述CR2032纽扣电池供电模块(19)提供的固定电压升高达到电路运行要求电压；
所述电池升压供电模块为TPS61070DDCR3.3V升压模块(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴豪，黄鑫，杨淦光，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42