高精度血氧饱和度测量的方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高精度血氧饱和度测量的方法包括如下方法：获取经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号；将所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离，得到不同的图像区域；根据不同图像区域的反射光强度的直流分量与交变分量计算反射光吸收率；建立非线性最优参数识别模型，对血氧饱和度计算的参数进行估计并对估计参数进行优化，得到最优参数；根据得到的最优参数计算血氧饱和度。本发明专利技术提供的方法能够实现高精度、便携式、无附加额外专用设备的血氧饱和度测量。

【技术实现步骤摘要】
高精度血氧饱和度测量的方法、系统及装置
本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及高精度血氧饱和度测量的方法、系统及装置。
技术介绍
精确测量和监控血氧饱和度对临床诊断和医疗保健方案的制定发挥了关键作用。现有的血氧饱和度测量方法：依赖于较为昂贵的专用医疗设备；或者采用通用的设备(如智能手机、智能手环等)但测量精度较低。现有相关产品/技术可以总结为以下几类：1)医疗用血氧测量仪器：包括侵入式和非侵入式，侵入式的血氧测量仪器需要通过获得受测对象的血液进行测量。这种方式精度高，但是使用不方便，适用于专业医疗机构，难以大范围普及。非侵入式的医用级血氧测量仪器(如通过前额或者指尖进行检测)价格较高或者精度不足。2)智能手机/智能手环解决方案：智能手环采用光学体积描计术(photoplethysmograph，PPG)进行非侵入式血氧饱和度测量，对发光元件的光学频谱要求较高；而且光敏二极管接受反射光受干扰较强，精度低，难以实用化。对于智能手机的闪光灯，往往不具备发射红外光的功能，通过摄像头采集的连续视频流进行血氧饱和度测量，受到各种频谱的光线干扰，因此单纯基于智能手机的解决方案的精度也很低。3)特殊硬件+智能手机方案：外接红外光源(白炽灯或者LED灯)发射特定频谱的光线，智能手机接收反射光并进行信号处理，通过反射光在频谱上的光强变化进行血氧饱和度策略。这种解决方案有2个不足之处：首先是需要不常见的额外专用硬件，其次是智能手机摄像头不具备滤镜功能，易受可见光干扰。因此，为了解决上述技术问题，需要一种便携式，高精度的测量血氧饱和度的方法、系统及装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高精度、便携式、无附加额外专用设备的血氧饱和度测量。通过在智能设备闪光灯与摄像头设置镜头配件，使闪光灯产生红光和近红外光，利用红光和近红外光计算反射光吸收率，优化血氧饱和度测量参数，提高血氧饱和度测量精度。本专利技术的一个方面在于提供一种高精度血氧饱和度测量的方法，所述方法包括如下方法步骤：获取经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号；将所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离，得到不同的图像区域；根据不同图像区域的反射光强度的直流分量与交变分量计算反射光吸收率；建立非线性最优参数识别模型，对血氧饱和度计算的参数进行估计并对估计参数进行优化，得到最优参数；根据得到的最优参数计算血氧饱和度。进一步地，所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离通过如下方法计算：其中，pi(c)表示像素i在颜色通道c上的强度，pj(c)表示像素j在颜色通道c上的强度。进一步地，反射光吸收率通过如下方法计算：其中，AC(r)是反射光强度在第一区域的交变分量，DC(r)是反射光强度在第一区域的直流分量，AC(ir)是反射光强度在第二区域的交变分量，DC(ir)是反射光强度在第二区域的直流分量。进一步地，所述非线性最优参数识别模型通过机器学习对血氧饱和度计算的参数进行估计和优化。进一步地，所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离之前还包括用户行为干扰检测和矫正。进一步地，所述用户行为干扰检测和矫正包括如下方法步骤：对获取的经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号的图像进行小区域提取；对提取的小区域图像采用快速傅立叶分解，当分解得到的快速傅里叶最大幅值低于1.5个单位，则通过智能设备向用户反馈压力不适信息。本专利技术的另一个方面在于提供一种高精度血氧饱和度测量的系统，所述系统运行于计算设备中，并执行如下指令：获取经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号；将所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离，得到不同的图像区域；根据不同图像区域的反射光强度的直流分量与交变分量计算反射光吸收率；建立非线性最优参数识别模型，对血氧饱和度计算的参数进行估计并对估计参数进行优化，得到最优参数；根据得到的最优参数计算血氧饱和度。进一步地，所述系统在所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离之前还包括用户行为干扰检测和矫正。进一步地，所述用户行为干扰检测和矫正包括执行如下指令：对获取的经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号的图像进行小区域提取；对提取的小区域图像采用快速傅立叶分解，当分解得到的快速傅里叶最大幅值低于1.5个单位，则通过智能设备向用户反馈压力不适信息。本专利技术的再一个方面在于提供一种用于高精度血氧饱和度测量的装置，所述装置包括具有摄像头和闪光灯的智能设备、设置于所述摄像头前的第一镜头和设置于所述闪光灯前的第二镜头，其中，所述第一镜头与所述第二镜头平行设置，所述第一镜头分为左右两个透镜，分别用于吸收红光和近红外光，所述第二镜头为带通滤波器。本专利技术提出了一种高精度血氧饱和度测量的方法、系统及装置，采用价格低廉的镜头配件(滤镜/透镜：add-on)，通过在智能设备闪光灯与摄像头前设置这一配件，解决了智能手机闪光灯不能发射红外光以及摄像头易受干扰的问题。同时，本专利技术针对反射的红光和红外光提出了抗干扰、高精度信号处理与参数估计和优化的系统和方法。通过镜头配件以及算法的配合能够实现高精度、便携式、无附加额外专用设备的血氧饱和度测量。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1是本专利技术智能设备与镜头配件设置的结构示意图。图2是本专利技术高精度血氧饱和度测量的系统的结构框图。图3是本专利技术高精度血氧饱和度测量的方法的流程框图。图4是本专利技术手指进行压力检测的快速傅里叶幅值与脉搏频率的示意图。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。下面通过具体的实施方式对本专利技术的内容进行说明，下面通过具体的实施例对本专利技术提供的血氧饱和度测量的方法、系统及装置进行详细的阐释。在下文中，所提到的智能设备以手机为例，但不限于此，本领域技术人员应当理解，凡是具有闪光灯和摄像头的智能设备均可以采用本专利技术所提供的技术方案实现高精度血氧饱和度测量，例如智能手环、ipad等。根据本专利技术的实施例，将智能设备与外接镜头(透镜与滤镜)结合，无需高昂的医疗辅助设备即可高精度血氧饱和度测量。如图1所示本专利技术智能设备与镜头配件设置的结构示意图，在具有摄像头12和闪光灯11智能设备1(例如手机)对应摄像头12和闪光灯11的位置设置一个轻量、价格低、便携式的镜头配件2。镜头配件2包括设置于摄像头12前的第一镜头(透镜)和设置于闪光灯11前的第二镜头21(滤镜：带通滤波器)，其中，第一镜头与第二镜头21平行设置，第一镜头分为左右两个透镜，即红光透镜23，用于吸收红光；绿光透镜22用于吸收近红外光，第二镜头为带通滤波器。由于闪光灯不能产生红光与近红外光，本专利技术通过带通滤镜生成特定波长的光线。应当理解，根据本专利技术的实施例，第一镜头设置于摄像头12本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度血氧饱和度测量的方法，其特征在于，所述方法包括如下方法步骤：获取经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号；将所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离，得到不同的图像区域；根据不同图像区域的反射光强度的直流分量与交变分量计算反射光吸收率；建立非线性最优参数识别模型，对血氧饱和度计算的参数进行估计并对估计参数进行优化，得到最优参数；根据得到的最优参数计算血氧饱和度。

【技术特征摘要】
1.一种高精度血氧饱和度测量的方法，其特征在于，所述方法包括如下方法步骤：获取经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号；将所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离，得到不同的图像区域；根据不同图像区域的反射光强度的直流分量与交变分量计算反射光吸收率；建立非线性最优参数识别模型，对血氧饱和度计算的参数进行估计并对估计参数进行优化，得到最优参数；根据得到的最优参数计算血氧饱和度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离通过如下方法计算：其中，pi(c)表示像素i在颜色通道c上的强度，pj(c)表示像素j在颜色通道c上的强度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反射光吸收率通过如下方法计算：其中，AC(r)是反射光强度在第一区域的交变分量，DC(r)是反射光强度在第一区域的直流分量，AC(ir)是反射光强度在第二区域的交变分量，DC(ir)是反射光强度在第二区域的直流分量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非线性最优参数识别模型通过机器学习对血氧饱和度计算的参数进行估计和优化。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PPG信号的图像图素按照在不同颜色通道上进行分离之前还包括用户行为干扰检测和矫正。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述用户行为干扰检测和矫正包括如下方法步骤：对获取的经过红色透镜与绿色透镜反射的PPG信号的图像进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗敢，曾亮，陈哲，
申请(专利权)人：广西欣歌拉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45