【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于健康监测，具体涉及一种基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置及方法。
技术介绍
1、心肺疾病是影响人类健康的重大疾病类别，涵盖影响心脏和肺部的广泛疾病，这些疾病包括呼吸系统疾病、心血管疾病及其相关并发症。在各种与心肺疾病相关的生理参数中，二氧化碳交换和脉搏率是心肺系统综合评估的关键指标。
2、对于患有潜在呼吸系统疾病的患者群体，如慢性阻塞性肺病和严重急性哮喘，容易经历异常的二氧化碳交换，这些情况会导致肺功能受损和气体交换受损，导致动脉二氧化碳分压异常。经皮二氧化碳分压与动脉二氧化碳分压呈线性相关性，因此，经皮二氧化碳检测对于了解肺部疾病状态具有重要意义。公开号为cn115644847a的中国专利申请公开了一种经皮氧气、二氧化碳检测装置，包括气体传感器、气泵和采气组件，其中采气组件、气泵和气体传感器通过气管进行连接并连通，采气组件设有至少一个连接口，用于与气泵和气体传感器连接，能够便于针对人体待测皮肤进行氧气和二氧化碳的分压测量，但该装置采用的气体传感器检测手段单一，对器件灵敏度要求较高，易受环境因素如电磁场干扰。
3、对于心血管疾病，包括冠状动脉疾病、心肌梗死和心律失常，仍然是导致患者死亡的主要原因，因此，心脏参数的实时监测对于心血管疾病患者的有效健康管理、降低心血管风险具有极其重要的意义。其中，脉搏信号监测是一种非侵入性的方法，用于评估人体的心血管系统功能，通过观察和记录脉搏的强度、速率和节律等指标，可以提供很多有关身体健康状况的信息。近年来，广泛的研究致力于开发可穿戴系统，该系统优先
技术实现思路
1、鉴于上述，本专利技术的目的是提供一种基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置及方法，将光学二氧化碳气体敏感单元修饰于图像传感器表面，对二氧化碳分子产生光学响应，用于经皮二氧化碳检测，同时，利用图像传感器采集腕部动脉图像信息，用于脉搏信号分析，从而实现在同一传感器件上物理生理信号和化学生理信号的同时并行检测，并能够嵌入于可穿戴设备，提高可穿戴设备的健康监测能力，在心肺疾病监测、健康管理领域具有重要的应用前景。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：
3、本专利技术实施例提供的一种基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，包括：外壳以及置于外壳内的光源、图像传感器和光学二氧化碳气体敏感单元；
4、所述外壳用于固定检测装置，且外壳的四周与皮肤接触形成密封的检测气室；
5、所述光学二氧化碳气体敏感单元用于当其暴露至检测气室中的二氧化碳气体时发生光学响应，光学响应随着二氧化碳的浓度而发生快速且可逆的改变；
6、所述图像传感器用于采集光学信号进行经皮二氧化碳及脉搏检测，采集的光学信号包括光源照射在发生光学响应后的光学二氧化碳气体敏感单元上产生的透射光，及光源照射在皮下动脉后产生的反射光。
7、优选地，所述装置还包括疏水膜，疏水膜用于阻挡皮肤挥发的水分子并透过二氧化碳气体分子，且具有透光性，皮肤挥发的气体透过疏水膜至光学二氧化碳气体敏感单元。
8、优选地，所述光源的数量为至少一个，用于提供光照或用作荧光信号的激发光源，所述光源包括：蓝光、绿光、红光或白光。
9、优选地，所述图像传感器的光敏元件包括：ccd摄像头、cmos摄像头、光电二极管或光电三极管，用于光学信号获取。
10、优选地，所述图像传感器还包括：阵列式的光电转换单元、信号传输模块和信号处理模块，其中光电转换单元将光学信号转换为电信号，电信号经信号传输模块传输至信号处理模块处理为图像信息。
11、优选地，所述光学二氧化碳气体敏感单元使用的光学气体敏感材料包括：氧化还原染料、ph敏感染料、西夫碱及其衍生物、金属卟啉类染料、金属有机框架材料、水凝胶聚合物或树脂；光学二氧化碳气体敏感单元发生光学响应的工作原理包括：氧化还原反应、ph变色、西夫式反应、分子络合反应、金属染色、溶致变色、孔道吸附或溶剂吸附；当二氧化碳气体与光学二氧化碳气体敏感单元接触后发生光学响应，进而引起光学二氧化碳气体敏感单元发生包括颜色、光强、形状、折射率或荧光的光学信号变化。
12、优选地，所述光学二氧化碳气体敏感单元的制备方法包括：制备光学二氧化碳气体敏感单元材料的溶液，将溶液通过包括打印、喷雾或微印章转印的方式修饰于图像传感器表面得到光学二氧化碳气体敏感单元。
13、优选地，所述光学二氧化碳气体敏感单元还能够在其材料中掺杂多孔纳米颗粒，增加光学二氧化碳气体敏感单元的比表面积。
14、优选地，所述疏水膜的材料包括：聚二甲基硅氧烷，聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯。
15、本专利技术实施例还提供了一种基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测方法，利用上述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置进行经皮二氧化碳及脉搏实时监测，包括以下步骤：
16、使用者将基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置置于腕部动脉处，确保外壳与皮肤紧密贴合，保证气密性；
17、当皮肤挥发的二氧化碳气体接触光学二氧化碳气体敏感单元时，光学二氧化碳气体敏感单元发生光学响应，光源照射在光学二氧化碳气体敏感单元后产生的透射光光学信号被图像传感器的光敏元件转换成电信号并实时传输到终端设备上进行数据分析和结果展示；
18、同时，图像传感器同步记录光源照射到腕部动脉的反射光光学信号，反射光强度反映腕部动脉血容量随脉搏波动变化情况，从而对使用者脉搏波形进行实时监测，通过终端设备数据分析展示脉率波动情况，如有异常实时报警。
19、与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果至少包括：
20、(1)本专利技术将光学二氧化碳气体敏感单元集成到图像传感器表面来实现气体传感，光学二氧化碳气体敏感单元的光学气体敏感材料具有抗电磁场干扰性强、种类多样性、功耗低、信号直观和可视化等优势，能够将气体的特征信息以图像的形式表征出来，也最大限度地减少了对信号转换设备模块的需求。
21、(2)本专利技术能够实现在同一传感器件上物理生理信号和化学生理信号的同时并行检测，与当前只能监测单一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，包括：外壳以及置于外壳内的光源、图像传感器和光学二氧化碳气体敏感单元；
2.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括疏水膜，疏水膜用于阻挡皮肤挥发的水分子并透过二氧化碳气体分子，且具有透光性，皮肤挥发的气体透过疏水膜至光学二氧化碳气体敏感单元。
3.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述光源的数量为至少一个，用于提供光照或用作荧光信号的激发光源，所述光源包括：蓝光、绿光、红光或白光。
4.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述图像传感器的光敏元件包括：CCD摄像头、CMOS摄像头、光电二极管或光电三极管，用于光学信号获取。
5.根据权利要求1或4所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述图像传感器还包括：阵列式的光电转换单元、信号传输模块和信号处理模块，其中光电转换单元将光学信号转换为电信号，电信号经信号传输模
6.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述光学二氧化碳气体敏感单元使用的光学气体敏感材料包括：氧化还原染料、pH敏感染料、西夫碱及其衍生物、金属卟啉类染料、金属有机框架材料、水凝胶聚合物或树脂；光学二氧化碳气体敏感单元发生光学响应的工作原理包括：氧化还原反应、pH变色、西夫式反应、分子络合反应、金属染色、溶致变色、孔道吸附或溶剂吸附；当二氧化碳气体与光学二氧化碳气体敏感单元接触后发生光学响应，进而引起光学二氧化碳气体敏感单元发生包括颜色、光强、形状、折射率或荧光的光学信号变化。
7.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述光学二氧化碳气体敏感单元的制备方法包括：制备光学二氧化碳气体敏感单元材料的溶液，将溶液通过包括打印、喷雾或微印章转印的方式修饰于图像传感器表面得到光学二氧化碳气体敏感单元。
8.根据权利要求1、6或7所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述光学二氧化碳气体敏感单元还能够在其材料中掺杂多孔纳米颗粒，增加光学二氧化碳气体敏感单元的比表面积。
9.根据权利要求2所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述疏水膜的材料包括：聚二甲基硅氧烷，聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯。
10.一种基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测方法，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置进行经皮二氧化碳及脉搏实时监测，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，包括：外壳以及置于外壳内的光源、图像传感器和光学二氧化碳气体敏感单元；
2.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括疏水膜，疏水膜用于阻挡皮肤挥发的水分子并透过二氧化碳气体分子，且具有透光性，皮肤挥发的气体透过疏水膜至光学二氧化碳气体敏感单元。
3.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述光源的数量为至少一个，用于提供光照或用作荧光信号的激发光源，所述光源包括：蓝光、绿光、红光或白光。
4.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述图像传感器的光敏元件包括：ccd摄像头、cmos摄像头、光电二极管或光电三极管，用于光学信号获取。
5.根据权利要求1或4所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述图像传感器还包括：阵列式的光电转换单元、信号传输模块和信号处理模块，其中光电转换单元将光学信号转换为电信号，电信号经信号传输模块传输至信号处理模块处理为图像信息。
6.根据权利要求1所述的基于图像传感器的经皮二氧化碳及脉搏检测装置，其特征在于，所述光学二氧化碳气体敏感单元使用的光学气体敏感材料包括：氧化还原染料、ph敏感...
【专利技术属性】
技术研发人员：王镝，崔瑶轩，钱利滨，郑绪彬，曹庆朋，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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