光电体积描记装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光电体积描记装置(100)，包括：光源(110)，其被配置为提供指向组织(140)的至少第一光谱位置和第二光谱位置的源光(130)；光探测器(120)，被配置为探测散射的源光，并且被配置为提供至少第一传感器信号和第二传感器信号(127、129)，所述第一传感器信号和第所述二传感器信号指示所述第一光谱位置和所述第二光谱位置的散射源光；以及处理单元(150)。所述处理单元被配置为通过从所述至少第一传感器信号和第二传感器信号去除指示通过组织的光路长度随时间的变化的组织路径误差信号分量和指示发射到组织的源光的源光强度的变化的光耦合误差信号分量来计算指示所述组织内的血液吸光度的变化的经校正的传感器信号(160)。

Photoelectric plethysmography device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电体积描记装置
本专利技术涉及光电体积描记装置，用于操作光电体积描记装置的方法和用于操作光电体积描记装置的计算机程序。
技术介绍
光电体积描记(PPG)装置以光学方式测量外部对象的体积中的变化。在医学应用中，体积中的这些变化通常是对象组织内血液量的变化，因此可用于监测对象的生命体征信息。在传统的PPG应用中，除了来自透射通过血液的光或由血液反射的光的期望信号贡献之外，探测到的信号的更大部分来源于组织或血液晃动，即静脉血液移动。低静脉压力的血液随着来回的运动而“打滑”，这是当个体身体活动时看到。静脉血液的这种局部扰动增加了探测器信号的AC(交流)分量。在WO99/32030中描述了一种用于去除PPG应用中的运动伪影的方法，包括以下步骤：使用至少第一波长和第二波长在组织处发射源光，在所述不同波长的源光已经透射通过组织或在组织内反射之后接收其，提供至少第一和第二信号，第一和第二信号是所接收的第一和第二发射波长的对数度量，并从第一信号中减去第二信号，去除相减的结果的DC分量，并将AC分量提供给数字采样器件，并且处理数字样本以提供表示组织的特性的期望值。WO2009/109185涉及消除被描述为在仅经过组织而不通过搏动的血液之后接收或者在完全不通过组织之后接收的传感器光的“分流光”的影响。有关干扰的信息从测量值中提取和/或被考虑。计量确定通过使用由具有至少两个不同波长的至少一个发射器发射的电磁波来进行。电磁波通过血液流经的组织传导，并且随后被探测作为测量值。信号处理是基于至少两个不同测量时间期间的测量来执行的。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种光电体积描记装置，在下文中称为PPG装置。所述装置包括：-至少一个光源，其被布置和配置为提供要指向组织的至少第一光谱位置和第二光谱位置的源光；-至少一个光探测器，其被布置和配置为探测已经被所述组织散射的散射源光，并且至少提供指示所述第一光谱位置的散射源光的第一传感器信号以及指示所述第二光谱位置的散射源光的第二传感器信号；以及-处理单元，其被配置为：-接收给定测量时间的至少所述第一传感器信号和所述第二传感器信号，以及-计算所述给定测量时间的经校正的传感器信号所述经校正的传感器信号，随时间指示所述组织内的血液吸光度的变化，所述计算如下地进行：-通过仅使用所述给定测量时间的所述至少第一传感器信号和第二传感器信号，并且-通过从所述给定测量时间的所述至少第一传感器信号和第二传感器信号去除随时间指示通过所述组织的光路长度的变化的组织路径误差信号分量和随时间指示在所述组织处发射的所述源光与所述组织之间的耦合的变化的光耦合误差信号分量，并且-确定和提供所述给定测量时间的所述经校正的传感器信号的经校正的AC信号分量。根据本专利技术的第一方面的PPG装置向用户提供了通过脉动的血液的动态血液吸光度变化的精确校正的AC信号分量。去除了相应的传感器信号的常见误差信号分量，即组织路径误差信号分量和光耦合误差信号分量。组织路径误差信号分量是由经过组织的光路长度随时间的变化引起的(并因此指示其)。在该上下文中，光线是否传播通过脉动的血液不是问题。光耦合误差信号分量是通过由于PPG装置和组织的相对运动(例如，由于运动或肌肉收缩引起的再成形)而引起的在组织处发射的源光与组织之间的耦合的变化引起的(并因此指示其)。例如，当传感器与皮肤分离时，在界面处会出现额外的菲涅尔损耗，从而减少注入皮肤的光量并减少接收到的背散射光的量。因此，所提供的经校正的AC信号分量不受分别由于组织或对象的运动或肌肉收缩引起的源光耦合和/或环境光强度的变化所引起的误差信号分量干扰。此外，经校正的AC信号分量不受由源自组织的皮肤或围绕血液的组织部分的透射光和/或背散射光引起的组织路径误差信号分量干扰。因此，PPG装置向用户提供改善的信号，其较少地受到干扰。经校正的传感器信号的经校正的AC信号成分包含关于作为时间的函数的探测到的散射源光的变化的信息。鉴于两个去除的误差信号分量，这个变化主要是由被调查组织内的血液吸光度的变化引起的。血液吸光度变化是由源光通过血液的光路长度变化引起的，源光通过血液的光路长度变化可以指示包括组织的对象的呼吸速率、脉率、血压或其他生命体征信息。因此，根据本专利技术的第一方面的PPG装置可以改善生命体征测量的结果。由于PPG装置的所有部件都可以提供有小的延伸部，所以PPG装置本身也可以具有小尺寸，这可以实现PPG装置的高移动性。由于高移动性会导致由运动引起的高水平的信号误差分量，因而其是有利的，特别在于，光耦合误差信号分量由PPG装置的处理单元去除。应该注意，清楚起见，源光要指向的组织不构成要求保护的PPG装置的一部分。该组织形成了要由PPG装置调查的对象，并且因此可以任意改变。要被调查的组织的非限制性实例是活体动物、人类或其部位。应该理解，第一光谱位置和第二光谱位置彼此不同。本文中以下提到的源光的任何另外的光谱位置也不同于第一光谱位置和第二光谱位置并且彼此不同。以下将描述根据本专利技术第一方面的PPG装置的实施例。在PPG装置的优选实施例中，所述处理单元被配置为通过以下来确定经校正的传感器信号：-根据至少所述第一传感器信号和所述第二传感器信号以及源光强度度量来确定作为时间的函数的每个光谱位置的透射度量；-根据针对每个光谱位置的透射度量的对数、针对每个光谱位置的预先存储的血液衰减参数、针对每个光谱位置的预先存储的有效组织衰减参数、组织路径误差信号分量和光耦合误差信号分量，使用比尔-朗伯定律来计算作为时间的函数的经校正的传感器信号。在该优选实施例中，经校正的传感器信号可以由处理单元快速确定。处理单元的快速处理使得PPG装置能够定义小的时间步长，用于随后的测量和随时间的经校正的传感器信号的计算。因而，本优选实施例中的PPG装置可以快速提供经校正的AC信号。值得注意的是，比尔-朗伯定律提供了均匀介质中光衰减的定量估计。它将光的衰减与单一波长的源光传播通过的均匀非散射介质的吸收参数相关。本实施例基于这样的认识，即比尔-朗伯定律还给出了通过组织的透射过程的合理近似描述。根据比尔-朗伯定律，光的衰减是探测到的散射源光的强度I(t,λ)除以由PPG装置发射并由组织接收的源光的强度c(t)I0。时间相关因子c(t)描述光耦合误差，其指示源光的源光源强度的变化。源光强度度量I0描述在组织处发射的源光的强度。由于作为被调查介质的组织包括血液部分和围绕血管的组织部分，因而将介质的吸收参数分成血液衰减参数μB(λ)和有效组织衰减参数μT(λ)。这根据比尔-朗伯定律得到以下关系其中，T(t,λ)是针对每个光谱位置λ的透射度量，zT(t)是探测到的散射源光的有效光学组织路径长度，并且zB(t)是通过血液的时间相关的光路长度，并且因此是想要的经校正的传感器信号，其指示血液吸光度随着时间的变化。在该优选实施例的一个变型中，处理单元使用经校正的传感器信号的代数解，其可以从以下形式的比尔-朗伯定律中导出：ln(T(t,λ))＝ln(cm(t))-(μB(λ)zB(t)+μT(λ)zT(t))(1)公式(1)形成了由PPG装置测量的透射度量值，要由处理单元计算的经校正的传感器信号与要由处理单元移除的组织路径误差信号分量和光耦合误差信号分量之间的解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电体积描记装置(100)，在下文中称为PPG装置，包括：‑至少一个光源(110)，其被布置和配置为提供要指向组织(140)的至少第一光谱位置和第二光谱位置的源光(130)；‑至少一个光探测器(120)，其被布置和配置为探测已经被所述组织(140)散射的散射源光，并且被布置和配置为至少提供指示所述第一光谱位置的散射源光的第一传感器信号(127)和指示所述第二光谱位置的散射源光的第二传感器信号(129)；以及‑处理单元(150)，其被配置为：‑接收给定测量时间(tm)的所述至少第一传感器信号(127)和所述第二传感器信号(129)，并且‑计算所述给定测量时间(tm)的经校正的传感器信号(160)，所述经校正的传感器信号随时间指示所述组织(140)内的血液吸光度的变化，所述计算如下地进行：‑通过使用仅所述给定测量时间的所述至少第一传感器信号(127)和第二传感器信号(129)，‑通过从所述给定测量时间的所述至少第一传感器信号(127)和第二传感器信号(129)中去除随时间指示通过所述组织的光路长度的变化的组织路径误差信号分量以及随时间指示在所述组织(140)处发射的所述源光(130)与所述组织之间的耦合的变化的光耦合误差信号分量，并且‑确定和提供所述给定测量时间的所述经校正的传感器信号(160)的经校正的AC信号分量(170)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.03 EP 15170427.71.一种光电体积描记装置(100)，在下文中称为PPG装置，包括：-至少一个光源(110)，其被布置和配置为提供要指向组织(140)的至少第一光谱位置和第二光谱位置的源光(130)；-至少一个光探测器(120)，其被布置和配置为探测已经被所述组织(140)散射的散射源光，并且被布置和配置为至少提供指示所述第一光谱位置的散射源光的第一传感器信号(127)和指示所述第二光谱位置的散射源光的第二传感器信号(129)；以及-处理单元(150)，其被配置为：-接收给定测量时间(tm)的所述至少第一传感器信号(127)和所述第二传感器信号(129)，并且-计算所述给定测量时间(tm)的经校正的传感器信号(160)，所述经校正的传感器信号随时间指示所述组织(140)内的血液吸光度的变化，所述计算如下地进行：-通过使用仅所述给定测量时间的所述至少第一传感器信号(127)和第二传感器信号(129)，-通过从所述给定测量时间的所述至少第一传感器信号(127)和第二传感器信号(129)中去除随时间指示通过所述组织的光路长度的变化的组织路径误差信号分量以及随时间指示在所述组织(140)处发射的所述源光(130)与所述组织之间的耦合的变化的光耦合误差信号分量，并且-确定和提供所述给定测量时间的所述经校正的传感器信号(160)的经校正的AC信号分量(170)。2.根据权利要求1所述的PPG装置(100)，其中，所述处理单元(150)被配置为通过以下来确定所述经校正的传感器信号(160)：-根据所述至少第一传感器信号(127)和第二传感器信号(129)并且根据源光强度度量(340)来确定针对每个光谱位置的透射度量(320)；-使用针对每个光谱位置的所述透射度量(350)的对数、针对每个光谱位置的预先存储的血液衰减参数(360)、针对每个光谱位置的预先存储的有效组织衰减参数(370)、所述组织路径误差信号分量和所述光耦合误差信号分量，使用比尔-朗伯定律来计算作为时间的函数的所述经校正的传感器信号(160)。3.根据权利要求2所述的PPG装置(100)，其中，所述处理单元(150)还被配置为通过以下来确定所述经校正的传感器信号(160)：-确定所述预先存储的血液衰减参数(465)关于所述光谱位置的导数；-确定所述预先存储的有效组织衰减参数(475)关于所述光谱位置的导数；-将所述经校正的传感器信号(160)计算为各个光谱位置的所述透射度量(455)的对数的加权的导数的归一化差，所述加权的导数通过各个其他光谱位置的预先存储的有效组织衰减参数(465)的导数而被加权，其中，各个导数是关于所述光谱位置计算的。4.根据权利要求2所述的PPG装置(100)，其中，-所述至少一个光源(110)还被配置为提供要指向所述组织(140)的第三光谱位置的源光(130)，-所述至少一个光探测器(120)还配置为至少提供指示所述第三光谱位置的散射源光的第三传感器信号，并且-所述处理单元(150)还被配置为：-接收所述第三传感器信号，并且-通过使用所述第一传感器信号、所述第二传感器信号和所述第三传感器信号(330)来计算和提供所述经校正的传感器信号(160)。5.根据权利要求4所述的PPG装置(100)，其中，所述处理单元(150)被配置为通过计算各个光谱位置的所述透射度量(350)的加权的对数的归一化的和来确定所述经校正的传感器信号(160)，所述加权的对数通过取决于所述预先存储的有效组织衰减参数(370)的各个对的差异的各个加权因子而被加权。6.根据权利要求4所述的PPG装置(100)，其中，所述处理单元(150)还被配置为分别使用被预先存储为光谱位置的函数的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收参数，并且被配置为通过使用所述预先存储的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收参数计算所述经校正的传感器信号的第一部分并且通过使用所述预先存储的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收参数计算所述经校正的传感器信号的第二部分来确定并提供所述组织内的血液的外围毛细血管氧饱和度，其中，所述经校正的传感器信号的所述第一部分指示由氧合血红蛋白引起的血液吸光度，并且所述经校正的传感器信号的所述第二部分指示由脱氧血红蛋白引起的血液吸光度。7.根据权利要求6所述的PPG装置(100)，其中，所述处理单元(150)还被配置为通过以下来确定所述经校正的传感器信号(160)：-确定所述预先存储的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收参数关于所述光谱位置的导数；-确定所述预先存储的有效组织衰减参数(465)关于所述光谱位置的导数；-将所述经校正的传感器信号的所述第一部分和所述第二部分计算为各个光谱位置的所述透射度量(455)的对数的加权的导数的归一化的和，所述加权的导数通过取决于所述预先存储的有效组织衰减参数(465)的导数以及所述预先存储的氧合血红蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·T·J·A·韦尔默朗，
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