用于以增加的准确性对组织变化进行光学感测的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于在没有大的直接电流(DC)或低频(LF)偏移的情况下测量组织变化信号(例如，光电体积描记(PPG)信号)的方法和装置，所述大的DC或LF偏移通常通过运动伪迹和/或动态范围要求而限制传感器准确性。所提出的解决方案是基于从扰动中对PPG信号的分离的。这能够通过创建经调制的PPG信号，或者通过创建差分PPG信号以及适于移除DC或LF分量的经优化的传感器配置来实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于对组织的体积变化进行光学感测的方法和装置的领域，例如-但不限于-对体积描记图的光学采集。
技术介绍
光电体积描记(PPG)是对体积描记图的光学采集，所述体积描记图是对组织的体积变化的测量。PPG常常涉及血液体积的变化，使得PPG有时能够被解释为血液体积的PPG。常规反射式PPG传感器通过特定波长处的吸收测量来监测血液到皮肤的真皮和皮下组织的灌注。除了源自于血液的光之外，检测到的更大的部分源自于组织和/或血液混浆。图1示出了两种典型的常规PPG实施方式形式。图1的左侧部分示出了反射式实施方式的范例，其具有光学发射器10(例如，发光二极管(LED)、激光二极管等)以及光学接收器20(例如，光检测器、光电二极管、光电晶体管等)。由光学发射器10发出的光在患者或用户的指尖100的皮肤部分处被反射并且然后在光学接收器20处被接收作为PPG信号。图1的右侧部分示出了传递式实施方式的范例，其中，由光学发射器10发出的光透射通过患者的耳朵110的组织部分，并且然后在作为光学接收器的光检测器20处被接收作为PPG信号。PPG信号包括非常小的交流电(AC)信号分量(实际体积描记图)，以及非常大的不想要的偏移，其通常并且不正确地被称为DC(直流)信号。该DC偏移通常包括低频(LF)分量，所述低频分量包括不源自于患者或用户的血液的大的部分的背散射光、环境光(如果未滤波的话)、以由例如运动引起的两者的变化。LF分量的频率分量可以包括与要被测量的AC信号相同的频率，从而排除了任何频率域滤波。常规PPG传感器因此通常一起测量两者信号并且使用信号处理算法来分离不同的分量。PPG信号的以上分量导致降低的可用动态范围的问题，因为信号处理解决方案(例如模数转换(ADC)等)的主要部分被浪费在对不想要的DC和LF分量进行采样上。此外，运动引入了在不想要的DC和LF分量中的大的变化，这引起PPG传感器中由于运动伪迹的主要问题。因此，额外的运动传感器(例如三维(3D)加速度计或者额外的光学传感器)被用于常规PPG传感器中的伪迹抑制，这造成PPG传感器设备的增加的复杂度。克服以上问题的常规建议大部分是基于测量实际运动并且补偿测量的PPG信号(其有希望包括相同的运动伪迹)。通常，3D加速度计己被建议作为合适的运动传感器，但是也己经提出额外的假PPG传感器的使用。这些假PPG传感器使用例如红外(IR)波长(其中，血液己知(基本上)不具有吸收)，但是皮肤组织具有。这些假PPG传感器因此测量一种运动伪迹，所述运动伪迹被用于补偿实际PPG传感器中的不想要的运动伪迹。关于这种补偿的问题是假PPG信号的次级波长越不同于实际PPG信号的初级波长，光传播通过的组织的光学参数的差异就越大。例如，IR光将比更短的初级波长更深地传播进到组织中。因此，由假PPG信号的所述次级波长感测到的“运动”是基于相比于实际PPG信号的初级波长相当不同的体积的。这需要额外的补偿，并且因此增加了复杂性。此外，使用3D传感器的补偿的缺点是它们是昂贵的、相对大的并且使用额外的电源。再次，必须实施复杂的补偿算法，其需要更多的处理能力。因此，在常规PPG传感器中，不想要的DC和LF分量在A/D转换之后通过合适的信号处理来移除。常规PPG传感器因此通常一起测量两者信号并且使用信号处理算法来分离不同的分量。作为常规PPG传感器的另一范例，US2003/036685公开了一种生理信号监测系统，其中，具有光学辐射源的两个PPG传感器被用于提供两个不同的功能。首先，他们被用作SpO2传感器，其中，两个分离的波长(红和红外)被用于估计Hb氧饱和度(即，SpO2)。一个波长(880nm)处吸收系数是接近相同的，并且一个(658nm)处吸收系数非常地不同。第二，它们基于两个输出信号之间的互相关而被用作脉搏波速度传感器。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于测量组织的体积变化的改进的方法，借助于其，针对PPG信号的更大的动态范围变得可用，并且能够防止在接收器侧的用于补偿不想要的DC和LF分量的额外的信号处理算法。该目的是通过根据权利要求1所述的装置和根据权利要求15所述的方法来实现的。因此，具有被定位于要被测量的期望的物质(例如血液)的吸收曲线的更陡的部分并且因此处于实质不同的值处的特定波长的一个或多个光学辐射源、两个或更多个光学辐射检测器以及至少一个滤波器被提出，以在放大和A/D转换之前移除不想要的DC或LF偏移并且从而降低对信号处理技术和特定电子器件的需要。更少的处理导致更便宜的微处理器和降低的功耗，从而降低复杂性以及相关的材料清单(BOM)并且增加的电池寿命。此外，不需要额外的传感器，这进一步降低了花费、复杂性和供应电流，同时增加了信号保真度。因为本专利技术移除了运动信号，因而运动伪迹被消除(或者至少大幅衰减)。根据第一选项，可以提供调制器，其用于以预定频率调制异相的所述第一光学信号和所述第二光学信号的幅度，其中，所述至少一个滤波器包括电容器或DC恢复回路，以用于移除作为所述第一部分和所述第二部分的不想要的分量的DC分量。因此，能够通过简单地打开和关闭第一和第二光学信号并且对检测器输出信号的AC分量进行滤波来移除不想要的DC和LF分量。更具体而言，不想要的偏移信号也将被调制，但是其调制幅度将显著地更小或者降低(由于斜率差异)。根据能够与第一选项组合的第二选项，能够从琥珀色或蓝色波长区域选择第一和第二波长。根据能够与第一或第二选项组合的第三选项，可以提供另外的调制器，其用于通过不同于所述预定频率的另外的预定频率来调制所述第一光学信号和所述第二光学信号的幅度，以因此引入所述第一光学信号和所述第二光学信号的强度的不平衡，从而获得所述第一部分和所述第二部分中的运动分量。这提供了这样的优点：所提出的感测装置也可以被用作运动检测器。根据能够与第一至第三选项中的任何组合的第四选项，所述至少一个滤波器可以包括：第一带通滤波器，其用于对所述第一波长进行滤波并且用于向所述至少一个光学辐射检测器中的第一光学辐射检测器供应经滤波的输出信号；以及第二带通滤波器，其用于对所述第二波长进行滤波并且用于向所述至少一个光学辐射检测器中的第二光学辐射检测器供应经滤波的输出信号，并且其中，所述装置还适于将由所述第一光学辐射检测器和所述第二光学辐射检测器生成的电输出信号彼此相减，以抑制不想要的分量。由于第一和第二电输出信号被相减的事实，因此能够抑制不想要的DC分量并且有要被测量的物质(例如，血液)的特定吸收特性生成的期望的AC分量能够在放大及后续信号处理之前在非常早的处理阶段处被提取。根据能够与第一至第四选项中的任何组合的第五选项，所述至少一个光学辐射源可以包括用于生成所述第一光学信号的第一光学辐射源和用于生成所述第二光学信号的第二光学辐射源，其中，所述装置还可以包括反馈回路，所述反馈回路用于响应于检测到的不想要的分量的剩余量而控制所述第一光学辐射源和所述第二光学辐射源。因此，能够由所述反馈回路来自动地校正第一和第二光学信号之间的任何不平衡，所述反馈回路用作用于抵消传感器输出部处的任何剩余的不想要的DC分量的DC抵消回路。根据能够与第一至第五选项中的任何组合的第六选项，可以提供可控电流分配器，其用于基于由反馈回路响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对被提供在组织区域中的物质的变化进行光学感测的装置，所述装置包括：‑至少一个光学辐射源(LED1；LED1、LED2)，其用于朝向组织区域发送第一波长的第一光学信号和第二波长的第二光学信号，其中，所述物质的波长依赖性吸收系数在所述第一波长与所述第二波长之间的改变与其他物质的波长依赖性吸收系数的对应改变相差大于50cm‑1，所述其他物质在发送期间影响所述第一光学信号和所述第二光学信号，同时所述第一波长与所述第二波长之间的差异不大于30nm；‑至少一个光学辐射检测器(D1；D1、D2)，其用于检测在所述组织区域处反射的或者透射通过所述组织区域的所述第一光学信号的第一部分以及在所述组织区域处反射的或者透射通过所述组织区域的所述第二光学信号的第二部分；以及‑至少一个滤波器(C；BPF1、BPF2；BPF、NO)，其用于对所述第一光学信号的所述第一部分的预定分量以及所述第二光学信号的预定分量进行滤波，使得由所述其他物质引起的不想要的分量在放大及后续信号处理之前被抑制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.22 EP 14169379.61.一种用于对被提供在组织区域中的物质的变化进行光学感测的装置，所述装置包括：-至少一个光学辐射源(LED1；LED1、LED2)，其用于朝向组织区域发送第一波长的第一光学信号和第二波长的第二光学信号，其中，所述物质的波长依赖性吸收系数在所述第一波长与所述第二波长之间的改变与其他物质的波长依赖性吸收系数的对应改变相差大于50cm-1，所述其他物质在发送期间影响所述第一光学信号和所述第二光学信号，同时所述第一波长与所述第二波长之间的差异不大于30nm；-至少一个光学辐射检测器(D1；D1、D2)，其用于检测在所述组织区域处反射的或者透射通过所述组织区域的所述第一光学信号的第一部分以及在所述组织区域处反射的或者透射通过所述组织区域的所述第二光学信号的第二部分；以及-至少一个滤波器(C；BPF1、BPF2；BPF、NO)，其用于对所述第一光学信号的所述第一部分的预定分量以及所述第二光学信号的预定分量进行滤波，使得由所述其他物质引起的不想要的分量在放大及后续信号处理之前被抑制。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个光学辐射源(LED1；LED1、LED2)适于生成所述第一波长和所述第二波长，所述第一波长与第二波长间隔小于20nm。3.根据权利要求1所述的装置，还包括：调制器(50)，其用于以预定频率调制异相的所述第一光学信号和所述第二光学信号的幅度，并且其中，所述至少一个滤波器包括电容器(C)或DC恢复回路，以用于移除作为所述第一部分和所述第二部分的所述不想要的分量的DC分量。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述调制器(50)适于将所述第一光学信号和所述第二光学信号调制为以所述预定频率交替地被打开和关闭。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一波长和所述第二波长是从琥珀色或蓝色波长区域中选择的。6.根据权利要求3所述的装置，还包括：另外的调制器，其用于通过不同于所述预定频率的另外的预定频率来调制所述第一光学信号和所述第二光学信号的所述幅度，以因此引入所述第一光学信号和所述第二光学信号的强度的不平衡，从而获得所述第一部分和所述第二部分中的运动分量。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个滤波器包括：第一带通滤波器(BPF1)，其用于对所述第一波长进行滤波并且用于向所述至少一个光学辐射检测器中的第一光学辐射检测器(D1)供应经滤波的输出信号；以及第二带通滤波器(BPF2)，其用于对所述第二波长进行滤波并且用于向所述至少一个光学辐射检测器中的第二光学辐射检测器(D2)供应经滤波的输出信号，并且其中，所述装置适于将由所述第一光学辐射检测器(D1)和所述第二光学辐射检测器(D2)生成的电输出信号彼此相减。8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个光学辐射源(LED1)适于生成第三波长的第三光学信号，其中，所述第一光学波长、所述第二光学波长和所述第三光学波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·T·J·A·韦尔默朗，C·N·普雷苏勒，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL