光学生理传感器及其装配方法组成比例

阅读:6 留言:0更新日期:2017-03-20 13:49
一种装配光学生理(OP)传感器的方法,包括:(i)对要监控的至少一个身体组织类型的光学生理性质进行建模;(ii)通过模型的应用,确定操作用于监视所述至少一个身体组织类型的光学生理性质的光学生理OP传感器的最优光学设计(16);以及(iii)将所述OP传感器制造为所确定的光学设计。OP传感器的优化光学设计包括:(i)基于光从多个光源的每一个光源通过要监视的身体组织类型行进至光电检测器的建模光学路径长度,确定光电检测器与每一个光源的最优分离度;以及(ii)将不同波长的光源定位于相距光电检测器不同的距离处。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学生理(OP)传感器和装配这种传感器的方法。本专利技术的多个方面还涉及一种包括所述OP传感器在内的生理传感器系统,具体地,涉及相关联的照明源的几何分布。
技术介绍
光电容积脉搏波(PPG)是一种用于监视皮肤表面附近的血容量或血流中的变化以确定各种生理参数的非侵入式光学技术。该原理使用照明源和光电检测器来测量当光通过身体组织或者从身体组织反射时的强度变化。然后对检测的光学信号进行分析,并且与由心跳激励的通过身体的血液的脉动相关联。可以在JohnAllen,Physiol.Meas.的专题综述“Photoplethysmographyanditsapplicationinclinicalphysiologicalmeasurement”以及本专利技术人及其同事的后续共同写作的论文中找到与PPG有关的更多背景信息:“Non-contactReflectionPhotoplethysmographytowardsEffectiveHumanPhysiologicalMonitoring”,Shi,P.,AzorinPeris,V.,Echiadis,A.,Zheng,J.,Zhu,Y.,Cheang,P.Y.S.,Hu,S.*,JMed.Biol.Eng.Vol.30Iss30(2010):161-167;“Insightintothedicroticnotchinphotoplethysmographicpulsesfromthefingertipofyoungadults”,Shi,P.,Hu,S.*,Zhu,Y.,Zheng,J.,Qiu,Y.,Cheang,P.Y.S.,JMedEngTech,Vol.31,Iss8(2009),628-633;“AnalysisofpulseratevariabilityderivedfromphotoplethysmographywiththecombinationoflaggedPoincaréplotsandspectralcharacteristics”,Shi,P.,ZhuY.,Allen,J.,Hu,S.*,MedEng.Phys.31(2009)866-871,doi:10.1016/j.medengphy.2009.05.001;“APreliminaryAttempttoUnderstandCompatibilityofPhotoplethysmographicPulseRateVariabilitywithElectrocardiogramicHeartRateVariability″,Shi,P.,Hu,S.,Zhu,Y.,JMed.Biolog.Eng.,Vol.28,Iss4(2008):173-180;“AMonteCarloPlatformfortheOpticalModellingofPulseOximetry”,Azorin-Peris,V.,Hu,S.*,Smith,P.R,AppliedPhysicsLetters,SPIE,Vol.6446(2007),pp.64460T;“AnEffectiveSolutiontoReduceMotionArtefactinNewGenerationReflectancePulseOximeter”,Alzahrani,A.,Hu,S.,SIECPC-Apr2013;“Electricallyconductiveadhesiveenabletomanufacturehighperformancepatchprobefornon-invasivephysiologicalassessment”,Zhang,X.,Hu,S.*,Liu,C.,Azorin-Peris,V.,Imms,R.,ProcElectronicsSystem-IntegrationTechConf(ESTC)2012;“Astudyofopto-physiologicalmodellingtoquantifytissueabsorbanceinimagingphotoplethysmography”,Hu,S.*,AzorinPerisV.,ZhengJ.,Proc.IEEEEMBC32,2010,1:5776-5779;and“Developmentofeffectivephotoplethysmographicmeasurementtechniques:fromcontacttonon-contactandfrompointtoimaging”,Hu,S.*,AzorinPerisV.,EchiadisA.,ZhengJ.,andShiP.,Proc.IEEEEMBC31,2009,1:6550-6553。在较早申请WO2009/030934(合并在此作为参考)中,申请人描述了一种形成图像的方法,包括:用多个照明脉冲顺序地照射目标,并且合并所述图像脉冲信号以提供血液脉动的实时图像,血液脉动的实时图像依赖于血液循环系统内的血氧饱和度。光学生理技术(包括PPG)可应用于全球移动健康市场,其响应于生活方式诱导疾病和人口老龄化的到来而在发达国家迅速增长。这种技术的两个主要应用是:i)自我监视,例如针对体育表演或者为了保持或者改进普通福利和健康水平;以及ii)临床监视以捕获慢性疾病患者或那些正在经受手术后护理的患者的重要健康参数。此外,可以执行监视以识别或确诊潜在的疾病或者监视有危险的患者的生命参数以跟踪潜在的境况,并且提供早期警告信号以便防止恶化。关于当前的PPG系统,脉冲血氧含量设备(确定血氧饱和度)是很常见的。然而,这些脉冲血氧含量设备通常不精确,因为它们没有考虑活体组织的光散射效应、运动感应假象或汗水、润肤霜或喷雾的效果。在消费健身市场中,经常采用基于电子胸带的连续心率监视系统。然而,这些连续心率监视系统不舒服并且难看,使其不适合频繁使用。在市场上出现了其他的可穿戴监视系统,包括基于腕表的监视系统,可以监视诸如心率和/或呼吸频率之类的单独参数。然后,当前没有可以同时测量较宽范围的生理参数的可穿戴传感器,所述生理参数包括血氧饱和度。因此,本专利技术的目的在于提供一种光学生理(OP)传感器系统及其装配方法,有助于解决上述问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面,提供了一种装配光学生理(OP)传感器系统的方法,包括:对要监视的至少一个身体组织类型的光学生理性质进行建模;通过所述模型的应用,确定操作用于监视所述至少一个身体组织类型的本文档来自技高网
...

【技术保护点】
一种装配光学生理OP传感器的方法,包括:对要监测的至少一个身体组织类型的光学生理性质进行建模;通过模型的应用,确定操作用于监测所述至少一个身体组织类型的光学生理性质的光学生理OP传感器的最优光学设计;以及将所述OP传感器制造为所确定的光学设计;其中所述OP传感器的最优光学设计包括:基于光从多个光源的每一个光源通过要监测的身体组织类型行进至光电检测器的建模光学路径长度,确定光电检测器与每一个光源的分离度;以及将不同波长的光源定位为相距所述光电检测器不同的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.17 GB 1318390.01.一种装配光学生理OP传感器的方法,包括:
对要监测的至少一个身体组织类型的光学生理性质进行建模;
通过模型的应用,确定操作用于监测所述至少一个身体组织类型
的光学生理性质的光学生理OP传感器的最优光学设计;以及
将所述OP传感器制造为所确定的光学设计;
其中所述OP传感器的最优光学设计包括:
基于光从多个光源的每一个光源通过要监测的身体组织类型行
进至光电检测器的建模光学路径长度,确定光电检测器与每一个光源的
分离度;以及
将不同波长的光源定位为相距所述光电检测器不同的距离。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述OP传感器的最优光学
设计包括使用多个光源,所述多个光源配置为产生相同波长或波段的
光,并且其中所述传感器配置为基于在光电检测器处捕获的辐射质量来
选择所述多个光源的一个或多个用于光学生理测量。
3.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述至少一个身体组
织类型包括以下的一个或多个:组织位置、组织颜色、组织厚度、组织
年龄和组织状况,并且所述至少一个身体组织类型的光学生理性质包括
以下中的一个或多个:吸收系数、散射系数、折射系数和光学密度。
4.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述模型包括限定按
照等式10透射至身体组织类型表面上的点(x,y)上的无限光功率dP:
其中I0(λ,x,y)表示进入身体组织类型的整个表面上并且经历指数衰
减的全部的光,所述光是身体组织类型的光学强度ρ(λ)的函数;
其中根据点(xs,ys)处的光源和身体组织类型的表面上的点(x,y)处的
任意检测器来限定光源-检测器分离度,使得
l′(x,y)-√(x-xs)2+(y-ys)2;以及
其中对于由矢量x和y限定的组织类型的表面上的有限矩形面积的
检测器,从x-到x+和从y-到y+的量程以及由检测器接收的光功率是根
据等式11:
5.根据任一前述权利要求所述的方法,其中所述模型包括:根据
身体组织类型的动态光学密度ρ(λ,l′,t)来限定动态和多层身体组织类型的
光学响应,使用归一化生理脉冲函数ψ(t)以及吸收系数μai(λ)、散射系数
μsi(λ)和脉动系数μpi(λ),其中层的数目i的范围根据等式13从1至N:
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述模型包括根据等...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡思荣文森特·阿祖林帕瑞斯
申请(专利权)人:拉夫伯勒大学
类型:发明
编号:201480056607
国别省市:英国;GB

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1