免校准脉搏血氧测定的制作方法

免校准脉搏血氧测定
1.相关申请
2.本技术要求于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
‑
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。


背景技术：

3.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。


技术实现要素：

4.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。
5.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。
6.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
7.图1a和图1b是本文中所描述的示例实现的图解。
8.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。
9.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。
10.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。
11.图5是图4的一个或多个设备的示例组件的图解。
12.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
13.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。
14.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。
15.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。
16.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可能未被代表的受试者)。
17.图1a和图1b是本文中所描述的示例实现100的图。
18.如图1a所示，多光谱传感器设备可以相对于受试者的皮肤表面被定位。例如，如图1a所示，多光谱传感器设备可以是穿戴在受试者的手腕上的设备。在一些实现中，多光谱传感器设备可以相对于身体上的另一位置处(诸如指尖、手臂、腿、耳垂等)的皮肤表面被定位。在一些实现中，多光谱传感器设备包括在例如可见(vis)光谱、近红外(nir)光谱等中操作的bms感测设备。在一些实现中，多光谱传感器设备可以能够测量、获取、收集或以其他方式确定与多个 (例如，16、32、64等)波长通道相关联的ppg数据。
19.如附图标记105所示，多光谱传感器设备可以确定(例如，测量、采集、收集等)与n(n>1)个波长通道相关联的ppg数据(例如，原始心跳数据)。对于n个波长通道中的每个波长通道，ppg数据可以包括光度测定响应数据，该光度测定响应数据指示在给定时间点在多光谱传感器设备的位置处的皮肤表面下方的血容量。
20.如附图标记110所示，监测设备可以获取来自多光谱传感器设备的ppg数据。如本文中所描述的，监测设备是能够从多通道ppg数据计算动脉血氧饱和度的设备。在一些实现中，监测设备可以与多光谱传感器设备集成(例如，在相同封装(package)中、相同外壳中、在相同芯片上等)。备选地，监测设备可以与多光谱传感器设备分离 (例如，位于远处)。
21.在一些实现中，监测设备可以实时或近实时地获取ppg数据(例如，当多光谱传感器设备被配置为在多光谱传感器设备获取ppg数据时提供ppg数据时)。附加地或备选地，基于多光谱传感器设备在周期性的基础上(例如，每一秒、每五秒等)(例如，自动地)提供 ppg数据，监测设备可以获取ppg数据。附加地或备选地，监测设备可以基于从多光谱传感器设备请求ppg数据来从多光谱传感器设备获取ppg数据。
22.如附图标记115所示，监测设备可以基于与n个波长通道相关联的ppg数据的第一主成分(pc1)来标识波峰时间戳和波谷时间戳。在此，波峰时间戳为pc1波形的波峰的时间戳，并且波谷时间戳为 pc1波形的波谷(例如，pc1波形的波峰之后的pc1波形的波谷)的时间戳。在一些实现中，波峰时间戳和波谷时间戳可以被称为波峰
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波谷时间戳对。
23.在一些实现中，监测设备可以确定ppg数据的pc1。例如，监测设备可以通过提供ppg数据的n个波长通道作为对pca算法的输入来执行n个波长通道的主成分分析(pca)，其中pca算法提供pc1 作为输出。在此，pc1是定义心跳简档的单变量时间序列数据(即，单通道数据)。一般而言，pca采取动作以将多通道ppg数据压缩成单变量时间序列数据(以pc1的形式)。如下文所描述的，图2a中示出了pc1的示例的波形。
24.值得注意的是，pc1可以具有比个体波长通道的信噪比(snr) 高的snr，并且因此可以支持改进的监测(例如，与使用多通道ppg 数据进行监测相比较)。在一些实现中，监测设备可以在对n个波长通道的基线校正被执行之后和/或在对ppg数据的n个波长通道执行一个或多个其他预处理操作之后确定pc1。在一些实现中，监测设备可以以于2018年12月8日提交的题为“autonomous fullspectrum biometric monitoring”的美国专利申请号 16/210,740中描述的方式来确定pc1，其全部内容通过引用整体并入本文。
25.如附图标记120所示，监测设备可以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，并且可以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。在此，波峰吸收光谱是与pc1的波峰的时间戳对应的光谱，并且波谷吸收光谱是与pc1的波谷的时间戳对应的光谱。
26.在一些实现中，为了生成波峰吸收光谱，监测设备可以在由pc1 的波峰的时间戳标识的时间针对n个波长通道中的每个波长通道确定ppg响应值。例如，参考针对第一波长通道的ppg数据，监测设备可以确定第一波长通道在与波峰时间戳对应的时间的ppg响应值。接下来，参考针对第二波长通道的ppg数据，监测设备可以确定第二波长通道在与波峰时间戳对应的时间的ppg响应值。监测设备可以针对n个波长中的每个波长执行该操作，并且可以对应地生成波峰吸收光谱。如下文所描述的，图2b中示出了示例波峰吸收光谱。
27.在一些实现中，为了生成波谷光谱，监测设备可以在由pc1的波谷的时间戳标识的时间针对n个波长通道中的每个波长通道确定ppg响应值。例如，参考针对第一波长通道的ppg数据，监测设备可以确定第一波长通道在与波谷时间戳对应的时间的ppg响应值。接下来，参考针对第二波长通道的ppg数据，监测设备可以确定第二波长通道在与波谷时间戳对应的时间的ppg响应值。监测设备可以针对n个波长中的每个波长执行该操作，并且可以对应地生成波谷吸收光谱。如下文所描述的，图2b中示出了示例波谷吸收光谱。
28.如附图标记125所示，监测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液光谱。在一些实现中，监测设备可以至少部分基于从波峰吸收光谱中减去波谷吸收光谱来确定被测量的动脉血光谱。在此，从波峰吸收光谱中减去波谷吸收光谱的结果是被测量的动脉血光谱。如下文所描述的，图2c中示出了被测量的动脉血光谱的示例。
29.在一些实现中，监测设备可以在将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱之前使被测量的动脉血光谱平滑(如下文所描述的)。在一些实现中，被测量的动脉血光谱的平滑可以使用传统平滑技术来被执行。
30.在一些实现中，监测设备可以在将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱之前剪切被测量的动脉血光谱(如下文所描述的)。例如，监测设备可以选择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动脉血光谱模型，并且将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱中与特定波长范围相关联的部分(而非将动脉血光谱模型拟合到整个测量的动脉血光谱)。在一些实现中，特定波长范围可以在监测设备上是可配置的(例如，使得已知在给定应用中提供准确动脉血氧饱和度值的波长范围可以被配置为由监测设备使用)。
31.在一些实现中，在将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱之前，监测设备可以既平滑也剪切被测量的动脉血光谱。如下文所描述的，图2d中示出了平滑和剪切被测量的动脉血光谱的示例。
32.如附图标记130所示，监测设备可以将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱。在一些实现中，动脉血光谱模型的拟合包括：确定与动脉血光谱模型相关联的变量值集合(例如，值集合，其中每个值与变量集合中的变量对应)。在一些实现中，监测设备可以在平滑和/或剪切被测量的动脉血光谱之后将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱，如上文所描述的。
33.在一些实现中，动脉血光谱模型可以是允许近似动脉血对氧气的吸收的模型。例如，动脉血光谱模型可以是由以下形式的公式描述的泰勒展开衰减模型：
[0034][0035]
其中a
model
(λ)为动脉血对氧气的吸收，c0和c1为常数，<l>是通过动脉血所反射的光的平均路径长度，ε
hb
(λ)是脱氧血红蛋白的波长相关消光系数，是氧合血红蛋白的波长相关消光系数，是水的波长相关消光系数，c
hb
是脱氧血红蛋白的浓度，是氧合血红蛋白的浓度，并且是水的浓度。项c1λ描述从组织的散射，并且项描述水吸收，其中归因于水吸收的路径长度与水分数的估计合并(以简化计算)。在泰勒展开衰减模型中，有六个变量的值是未知的：c0、c1、<l>、c
hb
，以及
[0036]
在一些实现中，为了将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱，监测设备可以获取针对六个变量中的每个变量的初始值集合(例如，监测设备可以确定针对六个变量的值的初始猜测)，并且可以基于初始值集合来将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱。在一些实现中，监测设备可以使用模拟退火技术来获取初始值集合。
[0037]
在一些实现中，通过利用非线性最小二乘法来最小化被建模的动脉血光谱与被测量的动脉血光谱之间的平方差的和，监测设备可以将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱。在此，当被建模的动脉血光谱与被测量的动脉血光谱之间的平方差的和被最小化时，监测设备已经确定了上述变量集合(c0、c1、<l>、c
hb
，知)的值。如下文所描述的，图2e中示出了拟合到被测量的动脉血光谱之后的动脉血光谱模型的示例。
[0038]
值得注意的是，提供泰勒展开衰减模型作为可以用于近似动脉血对氧气的吸收的模型的示例，并且描述动脉血对氧气的吸收的其他模型可以以类似方式被拟合。
[0039]
如附图标记135所示，监测设备可以基于通过将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱所确定的值集合中的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度值。在一些实现中，监测设备可以基于通过将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱所确定的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度。例如，在一些实现中，监测设备可以使用以下形式的公式来计算动脉血氧饱和度值(spo2)：
[0040][0041]
其中c
hb
和是通过以上文所描述的方式将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱所确定的值。
[0042]
在一些实现中，如附图标记140所示，监测设备可以提供与动脉血氧饱和度值相关联的信息。例如，在一些实现中，监测设备可以提供标识动脉血氧饱和度值的信息以供显示(例如，经由多光谱传感器设备的显示屏、经由监测设备的显示屏等)。
[0043]
在一些实现中，监测设备可以重复上文所描述的过程(例如，在周期性的基础上自
动地、基于用户的指示等)，以便能够(例如，实时或近实时地)监测动脉血氧饱和度。
[0044]
以这种方式，监测设备可以监测动脉血氧饱和度而无需校准与监测动脉血氧饱和度相关联的设备。也就是说，监测设备可以提供动脉血氧饱和度监测，而无需否则生成校准方程会需要的人体临床研究，并且因此，监测设备比传统脉搏血氧仪更具成本效益。此外，通过监测设备来监测动脉血氧饱和度不受否则会与校准方程的使用相关联的校准条件的限制。
[0045]
如上文所指示的，图1a和图1b仅作为示例提供。其他示例可以与关于图1a和图1b所描述的示例不同。
[0046]
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。
[0047]
图2a是与多个波长通道相关联的ppg数据的pc1的示例波形的图解。在一些实现中，如上文所描述的，监测设备可以基于波形(诸如图2a所示的波形)来标识波峰时间戳和波谷时间戳(例如，紧跟在波峰时间戳之后的波谷时间戳)。在图2a中，波峰和波谷由黑点指示，并且在该示例中，监测设备标识由图2a中所示的椭圆指示的波峰和波谷的时间戳。
[0048]
接下来，如上文所描述的，监测设备可以生成波峰吸收光谱和波谷吸收光谱。图2b是基于图2a中所标识的波峰时间戳和波谷时间戳以及与多个波长通道相关联的ppg数据所生成的波峰吸收光谱和波谷吸收光谱的示例的图解。如图2b所示，监测设备可以生成多个波长通道的波峰吸收光谱(例如，范围从大约780纳米(nm)到大约 1050nm)，并且可以生成多个波长通道的波谷吸收光谱。
[0049]
接下来，如上文所描述的，监测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液光谱。图2c是从图2b所示的波峰吸收光谱和波谷吸收光谱所生成的被测量的动脉血光谱的示例的图解。在一些实现中，如上文所描述的，监测设备可以至少部分基于从波峰吸收光谱减去波谷吸收光谱来生成被测量的动脉血光谱。
[0050]
接下来，如上文所描述的，监测设备可以确定要平滑和剪切被测量的动脉血光谱。图2d是图2c所示的被测量的动脉血光谱的经平滑和经剪切的部分的示例的图解。在图2d所示的示例中，被测量的动脉血光谱被平滑和剪切以覆盖原始波长的一部分(例如，从780nm 到900nm的波长范围)。
[0051]
接下来，如上文所描述的，监测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。图2e是图示了拟合到被测量的动脉血光谱之后的动脉血光谱模型的示例的图解。在一些实现中，如上文所描述的，作为将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱的结果而被确定的一个或多个值然后可以用于计算动脉血氧饱和度值。
[0052]
如上文所指示的，图2a至图2e仅作为示例提供。其他示例可以与关于图2a至图2e所描述的示例不同。
[0053]
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。与生成图3相关联，通过使用血压计施加大于受试者的收缩压的外部压力来约束流向受试者手臂的血流，进行动脉闭塞测试以监测动脉血氧饱和度随时间的改变。在该动脉闭塞试验期间，施加两次外部压力，每次大约30秒。在此，从受试者的左手的食指收集信号。值得注意的是，对于健康的人类受试者，当血流不受约束时，动脉血氧饱和度值应在从大约94％到大约100％的范围内，而且当血流受到约束时应当减小。
[0054]
在图3中，以300中的附图标记所标记的波形是动脉闭塞测试期间的ppg波形(798nm)，而标记为“spo
2”的线标识以上文所描述的方式被计算的动脉血氧饱和度值。
[0055]
以附图标记305标记的ppg波形的部分是在将外部压力施加到受试者之前的时间段期间的ppg波形。如所示出的，该时间段期间的动脉血氧饱和度值在预期正常范围中(例如，从大约94％到大约 100％)。
[0056]
以附图标记310标记的ppg波形部分是在正在施加外部压力时、但是在外部压力达到目标压力(例如，高于受试者的收缩压的20毫米汞柱(mmhg)的压力，该压力是预期血液供应完全受约束的压力) 之前的时间段期间的ppg波形。如所示出的，该时间段期间的动脉血氧饱和度值如所预期的开始减小(例如，由于在该时间段期间血流正在越来越受到约束)。
[0057]
以附图标记315标记的ppg波形的部分是在外部压力已经达到目标压力时的时间段期间的ppg波形。如所指示的，该时间段期间的动脉血氧饱和度值如所预期的急剧减小(例如，由于在该时间段期间血流完全受到约束)，并且在该时间段期间应当最小。使用附图标记 320标记的ppg波形的部分是外部压力保持在目标压力的时间段期间的ppg波形。如所指示的，该时间段期间的动脉血氧饱和度值保持在最低水平(例如，由于血流完全受到约束)。以附图标记325标记的ppg波形的部分是正在释放外部压力时的时间段内的ppg波形。如所指示的，该时间段期间的动脉血氧饱和度值保持最小，但是可能开始增加(例如，由于该时间段期间血流越来越不受约束)。值得注意的是，在以附图标记315、320和325标记的ppg波形的各部分(例如，从外部压力已经达到目标压力的时间到外部压力已被释放的时间)处，波形被阻尼使得波峰和波谷不可分离。因此，动脉血氧饱和度值可能不可计算。在附图标记325的时间段期间，尽管释放了压力，但是存在ppg波形的延迟来示出可分离的波峰和波谷。
[0058]
以附图标记330标记的ppg波形的部分是在外部压力已经被释放之后的时间段期间的ppg波形。如所示出的，该时间段期间的动脉血氧饱和度值返回到预期正常范围。
[0059]
如上文所指示的，图3仅作为示例提供。其他示例可以与关于图 3所描述的示例不同。
[0060]
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 400的图。如图4所示，环境400可以包括多光谱传感器设备405、监测设备410、以及网络415。环境400的设备可以经由有线连接、无线连接、或者有线连接和无线连接的组合互连。
[0061]
如本文中所描述的，多光谱传感器设备405包括能够测量、采集、收集或以其他方式确定与多个波长通道相关联的ppg数据的设备。例如，多光谱传感器设备405可以包括能够确定64个波长通道中的每个波长通道上的ppg数据(以多变量时间序列数据的形式)的多光谱传感器设备。在一些实现中，多光谱传感器设备405可以在可见光谱、近红外光谱、红外光谱等中操作。在一些实现中，多光谱传感器设备405可以是可穿戴设备(例如，可穿戴在手腕、手指、手臂、腿、头、耳朵等上的设备)。在一些实现中，多光谱传感器设备405 可以与监测设备410集成(例如，使得多光谱传感器设备405和监测设备410在相同芯片上、相同封装中、相同外壳中等)。备选地，在一些实现中，多光谱传感器设备405可以与监测设备410分离。在一些实现中，多光谱传感器设备405可以从环境400中的另一设备(诸如监测设备410)接收信息和/或向其传输信息。
[0062]
监测设备410包括能够执行与如本文中所描述的使用免校准脉搏血氧测定来计算
与动脉血氧饱和度值相关联的一个或多个操作的设备。例如，监测设备410可以包括专用集成电路(asic)、集成电路、服务器、服务器组等，和/或另一类型的通信和/或计算设备。在一些实现中，监测设备410可以与多光谱传感器设备405集成(例如，使得多光谱传感器设备405和监测设备410在相同芯片上、相同封装中、相同外壳中等)。备选地，在一些实现中，监测设备410可以与多光谱传感器设备405分离。在一些实现中，监测设备410可以从环境400 中的另一设备(诸如多光谱传感器设备405)接收信息和/或向其传输信息。
[0063]
网络415包括一个或多个有线网络和/或无线网络。例如，网络 415可以包括有线网络(例如，当多光谱传感器设备405和监测设备 410被包括在相同封装和/或相同芯片中时)。作为另一示例，网络415 可以包括蜂窝网络(例如，长期演进(lte)网络、码分多址(cdma) 网络、3g网络、4g网络、5g网络、另一类型的下一代网络等)、公共陆地移动网络(plmn)、局域网(lan)、广域网(wan)、城域网(man)、电话网络(例如，公共交换电话网络(pstn))、私有网络、自组织网络、内联网、互联网、基于光纤的网络、云计算网络等，和/或这些或其他类型网络的组合。
[0064]
图4所示的设备和网络的数目和布置作为示例提供。在实践中，与图4中所示的设备和/或网络相比，可以存在附加设备和/或网络、更少的设备和/或网络、不同的设备和/或网络、或以不同方式布置的设备和/或网络。更进一步地，图4所示的两个或更多个设备可以在单个设备中实现，或者图4所示的单个设备可以被实现为多个分布式设备。附加地或备选地，环境400的一组设备(例如，一个或多个设备) 可以执行被描述为由环境400的另一组设备执行的一个或多个功能。
[0065]
图5是设备500的示例组件的图解。设备500可以对应于多光谱传感器设备1005和/或监测设备1010。在一些实现中，多光谱传感器设备1005和/或监测设备1010可以包括一个或多个设备500和/或设备500的一个或多个组件。如图5所示，设备500可以包括总线510、处理器520、存储器530、存储组件540、输入组件550、输出组件560、以及通信接口570。
[0066]
总线510包括准许设备500的多个组件之间的通信的组件。处理器520以硬件、固件、和/或硬件和软件的组合实现。处理器520是中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、加速处理单元(apu)、微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列 (fpga)、专用集成电路(asic)或者另一类型的处理组件。在一些实现中，处理器520包括能够被编程为执行功能的一个或多个处理器。存储器530包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、和/或存储供处理器520使用的信息和/或指令的另一类型的动态或静态存储设备(例如，闪存、磁性存储器和/或光学存储器)。
[0067]
存储组件540存储与设备500的操作和使用有关的信息和/或软件。例如，存储组件540可以包括硬盘(例如，磁盘、光盘和/或磁光盘)、固态驱动器(ssd)、压缩盘(cd)、数字多功能盘(dvd)、软盘、盒式磁带、磁带、和/或另一类型的非瞬态计算机可读介质，以及对应驱动器。
[0068]
输入组件550包括准许设备500诸如经由用户输入接收信息的组件(例如，触摸屏显示器、键盘、小键盘、鼠标、按钮、开关和/或麦克风)。附加地或备选地，输入组件550可以包括用于确定位置的组件(例如，全球定位系统(gps)组件)和/或传感器(例如，加速度计、陀螺仪、致动器、另一类型的定位传感器或环境传感器等)。输出组件560包括(经由例如显示器、扬声器、触觉反馈组件、音频或视觉指示器等)提供来自设备500的输出信息的组件。
[0069]
通信接口570包括类似收发器的组件(例如，收发器、单独接收器、单独发送器等)，该类似收发器的组件使得设备500能够诸如经由有线连接、无线连接、或者有线连接和无线连接的组合与其他设备通信。通信接口570可以准许设备500从另一设备接收信息和/或向另一设备提供信息。例如，通信接口570可以包括以太网接口、光学接口、同轴接口、红外接口、射频(rf)接口、通用串行总线(usb) 接口、wi
‑
fi接口、蜂窝网络接口等。
[0070]
设备500可以执行本文中所描述的一个或多个过程。设备500可以基于处理器520执行由诸如存储器530和/或存储组件540的非瞬态计算机可读介质存储的软件指令来执行这些过程。如本文中所使用的，术语“计算机可读介质”是指非瞬态存储设备。存储器设备包括单个物理存储设备内的存储器空间或者跨多个物理存储设备散布的存储器空间。
[0071]
软件指令可以从另一计算机可读介质或经由通信接口570从另一设备读入存储器530和/或存储组件540中。当被执行时，被存储在存储器530和/或存储组件540中的软件指令可以使处理器520执行本文中所描述的一个或多个过程。附加地或备选地，硬件电路系统可以代替软件指令者或与软件指令组合使用以执行本文中所描述的一个或多个过程。因此，本文中说描述的实现不限于硬件电路系统和软件的任何特定组合。
[0072]
图5所示的组件的数目和布置作为示例提供。在实践中，与图5 所示的组件相比，设备500可以包括附加组件、更少的组件、不同的组件或以不同方式布置的组件。附加地或备选地，设备500的一组组件(例如，一个或多个组件)可以执行被描述为由设备500的另一组组件执行的一个或多个功能。
[0073]
图6是用于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过程600的流程图。在一些实现中，图6的一个或多个过程框可以由监测设备(例如，监测设备410)执行。在一些实现中，图6的一个或多个过程框可以由诸如多光谱传感器设备(例如，多光谱传感器设备405)等的、与该设备分离或包括该设备的另一设备或设备组执行。
[0074]
如图6所示，过程600可以包括：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(框610)。例如，监测设备(例如，使用处理器520、存储器530、存储组件540、输入组件550、输出组件560、通信接口570等)可以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，如上文所描述的。在一些实现中，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。
[0075]
如图6进一步所示，过程600可以包括：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(框620)。例如，监测设备(例如，使用处理器520、存储器530、存储组件540、输入组件550、输出组件560、通信接口570等)可以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，如上文所描述的。在一些实现中，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。
[0076]
如图6进一步所示，过程600可以包括：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(框630)。例如，监测设备(例如，使用处理器520、存储器530、存储组件540、输入组件550、输出组件560、通信接口570等)可以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，如上文所描述的。在一些实现中，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。
[0077]
如图6进一步所示，过程600可以包括：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(框640)。例如，监测设备(例如，使用处理器520、存储器530、存储组件540、输入组件550、输出组件560、通信接口570等)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液光谱，如上文所描述的。
[0078]
如图6进一步所示，过程600可以包括：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(框650)。例如，监测设备(例如，使用处理器520、存储器530、存储组件540、输入组件550、输出组件560、通信接口570等)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，如上文所描述的。
[0079]
如图6进一步所示，过程600可以包括：基于值集合中的一个或多个值来计算动脉血氧饱和度值(框660)。例如，监测设备(例如，使用处理器520、存储器530、存储组件540、输入组件550、输出组件560、通信接口570等)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，如上文所描述的。
[0080]
过程600可以包括附加实现，诸如下文所描述的和/或结合本文中别处所描述的一个或多个其他过程所描述的任何单个实现或实现的任何组合。
[0081]
在一些实现中，过程600包括：在将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱之前，使被测量的动脉血光谱平滑。
[0082]
在一些实现中，过程600包括：选择被测量的动脉血光谱中与特定波长范围相关联的部分以拟合动脉血光谱模型。在此，将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱包括：将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱中与特定波长范围相关联的部分。
[0083]
在一些实现中，被测量的动脉血光谱至少部分基于从波峰吸收光谱减去波谷吸收光谱而被确定。
[0084]
在一些实现中，值集合基于使用非线性最小二乘法来最小化与动脉血光谱模型相关联的光谱和被测量的动脉血光谱之间的平方差的和而被确定。
[0085]
在一些实现中，过程600包括：使用模拟退火技术来获取针对该变量集合中的每个变量的初始值集合。在此，将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱包括：使用初始值集合将动脉血光谱模型拟合到被测量的动脉血光谱。
[0086]
在一些实现中，动脉血光谱模型是泰勒展开衰减模型。
[0087]
在一些实现中，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，并且计算动脉血氧饱和度所基于的一个或多个值包括与脱氧血红蛋白浓度对应的变量的值和与氧合血红蛋白浓度对应的变量的值。
[0088]
在一些实现中，过程600包括：提供与动脉血氧饱和度值相关联的信息。
[0089]
尽管图6示出了过程600的示例框，但是在一些实现中，与图6 中所描绘的框相比，过程600可以包括附加框、更少的框、不同的框、或者以不同方式布置的框。附加地或备选地，过程600的框中的两个或更多个框可以被并行执行。
[0090]
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， bms)收集的多通道ppg数据(例如，ppg数据的64个波长通道)。在一些实现中，可以从ppg数据来确定动脉血的吸收光谱，并且这些吸收光谱可以(例如，实时或近实时地)被拟合到氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的已知光谱，这使得能够计算动脉
血氧饱和度。
[0091]
上述公开提供了说明和描述，但是并非旨在穷举或将实现限制为所公开的精确形式。可以鉴于上述公开做出修改和变化，还可以根据实现的实践获取修改和变化。
[0092]
如本文中所使用的，术语“组件”旨在广义地被解释为硬件、固件、和/或硬件和软件的组合。
[0093]
如本文中所使用的，取决于上下文，满足阈值可以是指值大于阈值、多于阈值、高于阈值、大于或等于阈值、小于阈值、少于阈值、低于阈值、小于等于阈值、等于阈值等。
[0094]
将明显的是，本文中所描述的系统和/或方法可以以不同形式的硬件、固件、或硬件和软件的组合来实现。用于实现这些系统和/或方法的实际专用控制硬件或软件代码不限制实现。因此，本文中在不参考特定软件代码的情况下描述系统和/或方法的操作和行为—应当理解，软件和硬件可以被设计为实现基于本文中所描述的系统和/或方法。
[0095]
尽管在权利要求中叙述和/或在说明书中公开了特征的特定组合，但是这些组合并不旨在限制各种实现的公开内容。事实上，这些特征中的许多特征可以以权利要求中未具体叙述和/或说明书中未公开的方式组合。尽管所附每个从属权利要求可能直接仅从属于一个权利要求，但是各种实现的公开内容包括每个从属权利要求与权利要求集合中的每个其他权利要求的组合。
[0096]
本文中所使用的任何元件、动作或指令都不应被解释为关键或必要的，除非明确说明如此。此外，如本文中所使用的，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。进一步地，如本文中所使用的，冠词“所述”旨在包括与冠词“所述”结合引用的一个或多个项目，并且可以与“所述一个或多个”互换使用。更进一步地，如本文中所使用的，术语“集合”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、无关项目、相关项目和无关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用。在仅旨在一个项目之处，使用短语“仅一个”或类似语言。此外，如本文中所使用的，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是开放式术语。此外，除非另有明确陈述，否则短语“基于”旨在意指“至少部分基于”。此外，如本文中所使用的，除非另有明确说明(例如，如果与“任一”或“仅其中一个”组合使用)，否则术语“或”在系列中使用时旨在为包含性的，并且可以与“和/或”互换使用。