光电体积描记设备和方法技术

本发明专利技术涉及监控设备和方法。所提出的设备包括：用于将光脉冲（3）发射到有机体的组织（4）中的光源（2）；用于从所述组织接收光（6）并生成传感器信号（7）的光传感器（5）；用于对所述传感器信号（7、9）进行滤波的滤波单元（10），所述滤波单元包括用于生成同相滤波信号（12）的切换的同相低通滤波器（11）和用于生成异相滤波信号（14）的切换的异相低通滤波器（13）；控制单元（19），用于控制所述光源（2）和所述滤波单元（10）使得所述同相滤波器（11）仅在所述光源（2）被接通的第二时间段（31）期间被接通，并且所述异相滤波器（13）在所述光源（2）被关断的第一和第三时间段（30、32）期间被接通；用于从所述同相滤波信号（12）中减去所述异相滤波信号（14）的减法单元（18）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电体积描记设备和方法
本专利技术涉及监控设备和监控方法，特别是用于心率测量。
技术介绍
作为监控设备的重要种类，基于光电体积描记术（PPG）的心率检测器或者脉动血氧计是公知的。来自一个或多个光源（例如，LED）的光被发射到有机体（例如，患者）的组织中，并且由光传感器（例如，光电二极管）捕获。US5846190公开了一种具有用于测量信号的若干处理通道的脉动血氧计，所述信号在传输二极管的接通阶段期间被测量并且被用来确定患者的氧饱和度（SpO2）。附加的测量通道处理外界光信号，外界光信号在传输二极管被关断时或者它们的强度被修改时被测量，并且因而以同样的方式提供了外界光干扰的谱组成的测量。从外界光信号和测量信号取得有用的信噪比，信噪比表示信号质量的测量并且可与阈值作比较，其中如果值降到阈值之下就触发警报。关于心率检测器的问题在于外界（ambient）光漏到传感器中并扰乱测量。该外界光可能源自太阳或者电灯（其可在网（net）频率处发射光）。另一问题是噪声，尤其是低频噪声（例如，1/f噪声），而且高频噪声也扰乱测量。此外，电磁干扰也可能扰乱测量。绕开这个问题的方式是使用同步检测。在同步检测中，将被测量的信号（基带信号）被调制到载波上。检测器解调该信号使得基带信号再次被获得。同步检测的优点在于只有小频带（在调制频率周围）中的噪声和扰动信号可能扰乱所检测的信号。小频带之外的所有的噪声和扰动都被过滤掉，并且因此不扰乱所检测的信号。使用同步检测的脉搏血氧计例如从US6912413知晓。在简明（straightforward）的实施方式中，例如正如从无线电接收器知晓的，同步检测是通过用正弦波调制光源完成的。这对于信号质量是有好处的，因为只有调制频率周围的小的带中的噪声和扰动可能扰乱所检测的信号。小的带必须位于足够高的频率中以去除较低的频率的扰动（例如，120Hz光）。这要求调制频率至少在该频率以上。这种形式的同步检测要求复杂的电路。替代正弦波，也使用方波。通过将检测器中的高频分量过滤掉，只有方波的基频周围的频带被利用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供不要求由正弦波或方波调制而允许低频、低占空比的脉冲光调制的监控设备和监控方法。在本专利技术的第一方面中，呈现了监控设备，包括：用于将光脉冲发射到有机体的组织中的光源，用于从所述组织接收光并生成传感器信号的光传感器，用于对所述传感器信号进行滤波的滤波单元，所述滤波单元包括用于生成同相（in-phase）滤波信号的切换的同相低通滤波器和用于生成异相（out-of-phase）滤波信号的切换的异相低通滤波器，控制单元，用于控制所述光源和所述滤波单元使得同相滤波器仅在光源被接通的第二时间段期间被接通，并且异相滤波器在光源被关断的第一和第三时间段期间被接通，第二时间段在第一时间段之后并且在第三时间段之前，用于从同相滤波信号中减去异相滤波信号的减法单元。在本专利技术的进一步的方面中，呈现了对应的监控方法。在从属权利要求中定义了本专利技术的优选实施例。应理解的是，要求保护的方法具有与要求保护的设备以及在从属权利要求中所定义的类似的和/或同样的优选实施例。本专利技术是基于应用同步检测方案的思想，所述方案不要求正弦或者方波的调制而允许低频、低占空比的脉冲光调制，同时仍仅允许窄的、较高频带中的噪声和扰动扰乱所检测的信号。根据本专利技术，紧密围绕主信号的外界信号（即，一般包括外界光和噪声）被测量。在测量（采样）外界信号时，光源被关断。在测量（采样）主信号时，光源被接通。通过从主信号中减去外界信号创建校正的信号。这样，不期望的外界信号从主信号中被移除。通过紧密围绕主信号进行测量（采样），实现了局部地增加的采样频率，使得达到高频率的外界信号能够独立于对主信号进行采样的采样频率被检测并且被补偿。切换的低通滤波器被用于外界信号和主信号二者的检测。因而外界信号对应于异相滤波信号，并且主信号对应于同相滤波信号。通过在两个滤波器的输出处的两种不同的信号的减法来获得设备的输出信号。切换的低通滤波器被用来防止混叠（aliasing）和将高频噪声过滤掉。应注意，本专利技术一般性地不限于三个时间段的使用，而是交错（interleaved）的任意长度的序列是可能的，例如异相时间段、同相时间段、异相时间段、同相时间段…异相时间段。在这样的实施例中，光源仅在同相时间段期间被接通。所有的同相时间段被积分（integrate）在同相积分器（滤波器）中，而所有的异相时间段被积分在异相积分器（滤波器）中。优选地，同相时间段的总和在名义上等于异相时间段的总和。在实施例中，所述控制单元被配置成控制所述滤波单元使得第二时间段具有与第一和第三时间段的总和相同的长度。第一和第三时间段的长度的总和不是必须等于第二时间段的长度。在该情形中，可通过适当的权重因数来补偿差异。因此，在另一实施例中，所述控制单元被配置成控制所述滤波单元使得在第二时间段期间扰动信号的贡献与第一和第三时间段期间的扰动信号的贡献相同。这是出现校准的地方。为了补偿滤波单元的两个滤波器之间的RC差异，在一种校准程序中，可以故意地使得时间略微不相等。校准旨在略微调整时间段使得扰动信号的贡献在两个滤波器中是相同的。在另一实施例中，所述控制单元被配置成控制所述滤波单元使得第一时间段具有与所述第三时间段相同的长度。然而，一般地，第一时间段具有不同于第三时间段的长度也是可能的。在另一实施例中，所述控制单元被配置成控制所述光源和所述滤波单元使得所述第一时间段被布置在光源变为接通之前不久，并且所述第三时间段被布置在光源变为关断之后不久。这提供了外界光在所有的三个时间段期间以最相似的方式和贡献被测量。在另一实施例中，所述控制单元被配置成控制所述光源以及所述滤波单元使得第一时间段和第三时间段之间的时间距离相比于将要被抑制的最快的扰动信号的时间段是短的，即t3rdperiod–t1stperiod<<1/fdisturbance_max.。选择光源被接通和关断的时间中的确切时刻，使得外界光信号的积分被实现为使得积分器（integrator）输出（异相信号）接近在光源是接通的时间处的外界光信号的真实值。如果第一和第三时间段是对称的并且靠近第二时间段，则可实现最佳的接近。在另一实施例中，所述控制单元被配置成控制所述光源和所述滤波单元使得第二时间段比光脉冲的持续时间更短。在另一实施例中，监控设备还包括模拟-至-数字变换器，其耦合在所述滤波单元和所述减法单元之间用于对所述同相滤波信号和所述异相滤波信号进行相减之前对它们进行模拟-至-数字变换，或者其耦合至所述减法单元的输出，用于对所述减法单元的输出信号进行模拟-至-数字变换。因而，针对由减法单元生成的校正的（输出）信号或者针对减法单元的输出信号，使用满A/D分辨率。在另一实施例中，监控设备还包括耦合在所述光传感器和所述滤波单元之间的放大器，用于在对所述传感器信号滤波之前对其进行放大。在另一实施例中，同相滤波器被配置成具有对应于传感器信号的信号带宽的带宽。这提供了信噪比可以被改进。在一个实施例中，同相滤波器和异相滤波器是（名义上）同样的滤波器。因为主（同相）和异相信号通过相同滤波器的两个实例，所以在两个分支中（不期望的）异相信号的贡献是相同的，使得通过在两个滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
监控设备，包括：用于将光脉冲（3）发射到有机体的组织（4）中的光源（2），用于从所述组织接收光（6）并生成传感器信号（7）的光传感器（5），用于对所述传感器信号（7、9）进行滤波的滤波单元（10），所述滤波单元包括用于生成同相滤波信号（12）的切换的同相低通滤波器（11）和用于生成异相滤波信号（14）的切换的异相低通滤波器（13），控制单元（19），用于控制所述光源（2）和所述滤波单元（10）使得所述同相滤波器（11）仅在所述光源（2）被接通的第二时间段（31）期间被接通，并且所述异相滤波器（13）在所述光源（2）被关断的第一和第三时间段（30、32）期间被接通，用于从所述同相滤波信号（12）中减去所述异相滤波信号（14）的减法单元（18）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.18 US 61/6608541.监控设备，包括：用于将光脉冲（3）发射到有机体的组织（4）中的光源（2），用于从所述组织接收光（6）并生成传感器信号（7、9）的光传感器（5），用于对所述传感器信号（7、9）进行滤波的滤波单元（10），所述滤波单元包括用于生成同相滤波信号（12）的切换的同相低通滤波器（11）和用于生成异相滤波信号（14）的切换的异相低通滤波器（13），控制单元（19），用于控制所述光源（2）和所述滤波单元（10）使得所述同相滤波器（11）仅在所述光源（2）被接通的第二时间段（31）期间被接通，并且所述异相滤波器（13）在所述光源（2）被关断的第一和第三时间段（30、32）期间被接通，所述第二时间段在所述第一时间段之后并且在所述第三时间段之前，用于从所述同相滤波信号（12）中减去所述异相滤波信号（14）的减法单元（18）。2.如权利要求1中要求保护的监控设备，其中所述控制单元（19）被配置成控制所述滤波单元（10）使得所述第二时间段（31）具有与所述第一和第三时间段（30、32）的总和相同的长度。3.如权利要求1种要求保护的监控设备，其中所述控制单元（19）被配置成控制所述滤波单元（10）使得在所述第二时间段（31）期间的扰动信号的贡献与所述第一和第三时间段（30、32）期间的扰动信号的贡献的和相同。4.如权利要求1中要求保护的监控设备，其中所述控制单元（19）被配置成控制所述滤波单元（10）使得所述第一时间段（30）具有与所述第三时间段（32）相同的长度。5.如权利要求1中要求保护的监控设备，其中所述控制单元（19）被配置成控制所述光源（2）和所述滤波单元（10）使得所述第一时间段（30）被布置在所述光源（2）变为接通之前不久，并且所述第三时间段（32）被布置在所述光源（2）变为关断之后不久。6.如权利要求1中要求保护的监控设备，其中所述控制单元（19）被配置成控制所述光源（2）以及所述滤波单元（10）使得所述第一时间段和所述第三时间段之间的时间距离相比于将要被抑制的最快的扰动信号的时间段是短的。7.如权利要求1中要求保护的监控设备，其中所述控制单元（19）被配置成控制所述光源（2）和所述滤波单元（10）使得所述第二时间段比光脉冲的持续时间更短。8.如权利要求1中要求保护的监控设...

【专利技术属性】
技术研发人员：ATJM施佩，KJ鲁洛夫斯，PG范恩根，K吉恩，
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