免校准脉搏血氧测定制造技术

一种设备可以基于与多个波长通道相关联的光电容积描记法(PPG)数据的第一主成分来标识波峰时间戳和波谷时间戳。该设备可以基于波峰时间戳和PPG数据来生成波峰吸收光谱，并且可以基于波谷时间戳和PPG数据来生成波谷吸收光谱。该设备可以基于波峰吸收光谱和波谷吸收光谱来确定被测量的动脉血光谱。该设备可以将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱以确定值集合，该值集合中的每个值与变量集合中的变量对应。该设备可以基于值集合中的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度值。多个值来计算动脉血氧饱和度值。多个值来计算动脉血氧饱和度值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】免校准脉搏血氧测定
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年2月13日提交的题为“CALIBRATION
‑
FREE PULSE OXIMETRY USING A BINARYMULTISPECTRAL SENSOR”的美国临时专利申请号62/805,173和于 2020年2月3日提交的题为“CALIBRATION
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FREE PULSEOXIMETRY”的美国非临时专利申请号16/780,412的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]光电容积描记法(PPG)是一种光学技术，该光学技术可以用于检测外周循环中血液的容积改变(如由于心脏的泵血动作而引起的血容积改变)。PPG是一种在皮肤表面(例如，在指尖、手腕、耳垂等) 处进行测量的非侵入性方法。PPG设备可以采取例如提供与多个波长通道(例如，64个波长通道)相关联的PPG数据的多光谱传感器设备(例如，二进制多光谱(BMS)传感器设备)的形式。多光谱传感器设备可以包括多个传感器元件(例如，光学传感器、光谱传感器、和/或图像传感器)，每个传感器元件接收多个波长通道中的一个波长通道(经由多光谱滤波器的相应区域)以便捕获PPG数据。

技术实现思路

[0004]根据一些实现，一种方法可以包括：由设备基于与多个波长通道相关联的PPG数据的第一主成分来标识波峰时间戳和波谷时间戳，其中波峰时间戳是第一主成分的波峰的时间戳，并且波谷时间戳是第一主成分的波谷的时间戳；由设备基于波峰时间戳和与多个波长通道相关联的PPG数据来生成波峰吸收光谱，其中波峰吸收光谱是与第一主成分的波峰的时间戳对应的光谱；由设备基于波谷时间戳和与多个波长通道相关联的PPG数据来生成波谷吸收光谱，其中波谷吸收光谱为与第一主成分的波谷的时间戳对应的光谱；由设备基于波峰吸收光谱和波谷吸收光谱来确定被测量的动脉血光谱；由设备将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱以确定值集合，该值集合中的每个值与变量集合中的变量对应；以及由设备基于该值集合中的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度值。
[0005]根据一些实现，一种设备可以包括一个或多个存储器；以及一个或多个处理器，通信耦合到一个或多个存储器，该一个或多个处理器被配置为：基于与多个波长通道相关联的PPG数据的第一主成分来标识波峰时间戳和波谷时间戳，其中波峰时间戳是第一主成分的波峰的时间戳，并且波谷时间戳是第一主成分的波谷的时间戳；基于波峰时间戳和与多个波长通道相关联的PPG数据来生成波峰吸收光谱，其中波峰吸收光谱是与第一主成分的波峰的时间戳对应的光谱；基于波谷时间戳和与多个波长通道相关联的PPG数据来生成波谷吸收光谱，其中波谷吸收光谱是与第一主成分的波谷的时间戳对应的光谱；基于波峰吸收光谱和波谷吸收光谱来确定被测量的动脉血光谱；将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱以确定值集合，该值集合中的每个值与变量集合中的变量对应；并且基于该值集合中的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度值。
[0006]根据一些实现，一种非瞬态计算机可读介质可以存储一个或多个指令。该一个或
多个指令当由设备的一个或多个处理器执行时可以使该一个或多个处理器：基于与多个波长通道相关联的PPG数据的第一主成分来标识波峰时间戳和波谷时间戳，其中波峰时间戳是第一主成分的峰值的时间戳，并且波谷时间戳是第一主成分的波谷的时间戳；基于波峰时间戳和与多个波长通道相关联的PPG数据来生成波峰吸收光谱，其中波峰吸收光谱是与第一主成分的波峰的时间戳对应的光谱；基于波谷时间戳和与多个波长通道相关联的PPG数据来生成波谷吸收光谱，其中波谷吸收光谱为是第一主成分的波谷的时间戳对应的光谱；基于波峰吸收光谱和波谷吸收光谱来确定被测量的动脉血光谱；将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱以确定值集合，该值集合中的每个值与变量集合中的变量对应；并且基于该值集合中的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度值。
附图说明
[0007]图1A和图1B是本文中所描述的示例实现的图解。
[0008]图2A至图2E是图示了如本文中所描述的使用免校准脉搏血氧测定来计算动脉血氧饱和度值的示例的图解。
[0009]图3是图示了如本文中所描述的使用免校准脉搏血氧测定来计算动脉血氧饱和度值的示例概念证明的图解。
[0010]图4是其中可以实现本文中所描述的系统和/或方法的示例环境的图解。
[0011]图5是图4的一个或多个设备的示例组件的图解。
[0012]图6是用于如本文中所描述的使用免校准脉搏血氧来测定计算动脉血氧饱和度值的示例过程的流程图。
具体实施方式
[0013]以下示例实现的详细描述参考附图。不同附图中的相同附图标记可以标识相同或相似的元素。此外，虽然以下描述在示例中可以使用多光谱传感器设备，但是本文中所描述的原理、程序、操作、技术和方法可以与诸如光谱仪、光学传感器、光谱传感器等的任何其他类型的感测设备一起使用。
[0014]可以使用脉搏血氧仪来达成对动脉血氧饱和度的监测。传统脉搏血氧仪使用两种波长的光(例如，每种光由相应发光二极管(LED) 对中的一个LED生成)，诸如红色区域中的波长和红外区域中的波长。在操作中，在PPG波形的波峰和波谷两处确定红色吸光度和红外吸光度。为了将这些波长的光的吸光度与动脉血氧饱和度相关，脉搏血氧仪的制造方必须进行人体临床研究以生成脉搏血氧仪的校准曲线。这些人体临床研究允许制造方确定特定于脉搏血氧仪的经验校准(例如，使用所谓的波长信号和被测量的氧气水平的“比例比(ratio ofratios)”)，并且该校准方程可以用于提供使用脉搏血氧仪的动脉血氧饱和度的测量。当然，以这种方式提供校准所要求的人体临床研究可能是昂贵、复杂和/或耗时的。除了这样的人体研究所需的成本、复杂性和时间之外，这样的人体临床研究可能仅收集70％至100％的动脉血氧饱和度范围内的数据。因此，无法测量校准范围之外的动脉血氧饱和度。此外，无法准确测量具有独特生理特征(即，校准过程中所涉及的人类受试者未覆盖的特征)的人员的动脉血氧饱和度。
[0015]本文中所描述的一些实现提供用于在无需校准与监测动脉血氧饱和度相关联的
设备的情况下监测动脉血氧饱和度的技术和装置。在一些实现中，这样的免校准监测使用由多光谱传感器设备(例如，二进制多光谱传感器(BMS))所收集的多通道PPG数据(例如，PPG 数据的64个波长通道)。在此，可以从PPG数据确定动脉血的吸收光谱，并且可以将这些吸收光谱(例如，实时或近实时地)拟合到氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的已知光谱，使得能够计算动脉血氧饱和度。
[0016]值得注意的是，本文中所描述的技术和装置不要求提供否则用于校准的技术会需要的人体临床研究，并且因此比传统脉搏血氧仪更具成本效益，并且也不受否则会与使用校准方程相关联的校准条件的限制。此外，本文中所描述的技术和装置可以用于测量任何受试者的动脉血氧饱和度，甚至是具有独特生理条件的受试者(例如，在从“典型”个体所构造的校准集合中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：由设备基于与多个波长通道相关联的光电容积描记法(PPG)数据的第一主成分来标识波峰时间戳和波谷时间戳，其中所述波峰时间戳是所述第一主成分的波峰的时间戳，并且所述波谷时间戳是所述第一主成分的波谷的时间戳；由所述设备基于所述波峰时间戳和与所述多个波长通道关联的所述PPG数据来生成波峰吸收光谱，其中所述波峰吸收光谱是与所述第一主成分的所述波峰的所述时间戳对应的光谱；由所述设备基于所述波谷时间戳和与所述多个波长通道相关联的所述PPG数据来生成波谷吸收光谱，其中所述波谷吸收光谱是与所述第一主成分的所述波谷的所述时间戳对应的光谱；由所述设备基于所述波峰吸收光谱和所述波谷吸收光谱来确定被测量的动脉血光谱；由所述设备将动脉血光谱模型拟合到所述被测量的动脉血光谱以确定值集合，所述值集合中的每个值与变量集合中的变量对应；以及由所述设备基于所述值集合中的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度值。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述动脉血光谱模型拟合到所述被测量的动脉血光谱之前，使所述被测量的动脉血光谱平滑。3.根据权利要求1所述的方法，还包括：选择所述被测量的动脉血光谱中与特定波长范围相关联的部分，用于拟合所述动脉血光谱模型；并且其中将所述动脉血光谱模型拟合到所述被测量的动脉血光谱包括：将所述动脉血光谱模型拟合到所述被测量的动脉血光谱中与所述特定波长范围相关联的所述部分。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述被测量的动脉血光谱至少部分基于从所述波峰吸收光谱减去所述波谷吸收光谱而被确定。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述值集合基于以下而被确定：使用非线性最小二乘法来最小化与所述动脉血光谱模型相关联的光谱和所述被测量的动脉血光谱之间的平方差的和。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用模拟退火技术来获取针对所述变量集合中的每个变量的初始值集合；并且其中将所述动脉血光谱模型拟合到所述被测量的动脉血光谱包括：使用所述初始值集合将所述动脉血光谱模型拟合到所述被测量的动脉血光谱。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述动脉血光谱模型是泰勒展开衰减模型。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述变量集合包括与脱氧血红蛋白浓度对应的变量和与氧合血红蛋白浓度对应的变量，其中计算所述动脉血氧饱和度所基于的所述一个或多个值包括：与所述脱氧血红蛋白浓度对应的所述变量的值、以及与所述氧合血红蛋白浓度对应的所述变量的值。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
提供与所述动脉血氧饱和度值相关联的信息。10.一种设备，包括：一个或多个存储器；以及一个或多个处理器，通信耦合到所述一个或多个存储器，所述一个或多个处理器被配置为：基于与多个波长通道相关联的光电容积描记法(PPG)数据的第一主成分来标识波峰时间戳和波谷时间戳，其中所述波峰时间戳是所述第一主成分的波峰的时间戳，并且所述波谷时间戳是所述第一主成分的波谷的时间戳；基于所述波峰时间戳和与所述多个波长通道关联的所述PPG数据来生成波峰吸收光谱，其中所述波峰吸收光谱是与所述第一主成分的所述波峰的所述时间戳对应的光谱；基于所述波谷时间戳和与所述多个波长通道相关联的所述PPG数据来生成波谷吸收光谱，其中所述波谷吸收光谱是与所述第一主成分的所述波谷的所述时间戳对应的光谱；基于所述波峰吸收光谱和所述波谷吸收光谱来确定被测量的动脉血光谱；将动脉血光谱模型拟合到所述被测量的动脉血光谱以确定值集合，所述值集合中的每个值与变量集合中的变量对应；以及基于所述值集合中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙岚，熊章民，B，
申请(专利权)人：VIAVI科技有限公司，
类型：发明
国别省市：