[发明专利]使用光调制测量生理数据的系统和方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种测量装置，特别涉及非接触式测量-个体生理数据的装置。

【背景技术】

医用测量设备已经广泛用于监测我们身体的生命参数。光电容积脉搏波描记法（PPG）是一种设备发出光信号到活体组织并分析光吸收度的一种无创检测活体生理数据的方法。

脉搏血氧仪是一个这种测量设备的例子。当血液流经动脉静脉时，它利用红光和红外光在血液里的不同吸收比，直接监测人体血液里的血氧饱和度。通过使用不同波长的不同光吸收量，可以设计其他的PPG设备来测量不同的生理信号。

但是，大部分的PPG设备都是接触式的，直接接触人体的皮肤。为了确保有一个良好和稳固的接触，这种设备都会施加一定的压力以夹住或贴（粘附）在身体的某一部位。这会使人体不舒服，比如监测婴儿的生理数据，甚至会使婴儿不安，导致测量不准确。如果夹紧的力量不够，那么使用中的设备很可能从皮肤处滑落。这会导致测量偏差。但是，非接触式的PPG设备可以不需要接触人体而进行测量。在一些情况下，人体甚至没有察觉到正在进行测量。人体可以处于平静或心情舒适的状态，或者继续他或她的正常活动。那么测量结果就能反映人体在正常状态下的实际生理情况。另一方面，对于非接触式的运行，检测器接收到的吸收信号要弱一些，因为随着人体到检测器的光学距离的增加，信号强度会大大下降。

【发明内容】

鉴于以上背景，本发明目的是提供一种替代的装置和方法去测量生理数据，并具有改善的灵敏度和设计。

因此，一方面本发明是人体生理数据的测量装置，包括（a）光调制单元；（b）光检测单元；（c）信号处理单元。光调制单元通过在一个或多个预定的频率上调制至少一个光源，产生至少一个调制光信号。每个调制光信号有不同的波长并照射到身体上。然后被身体的生理信号调节以产生一个复合的分光光度光信号（spectrophotometric light signal）。光检测单元接收该复合的分光光度光信号并将其转换成电信号。信号处理单元用于将该电信号转换成数字信号，并得到该数字信号的频谱。它还跟踪该频谱的至少一个主频峰值（dominant spectral peak），并识别出各个主频峰值附近频谱的至少一个次频峰值（minor spectral peak）。最后，根据一个或多个主频峰值和相应的次频峰值的测量结果，确定生理数据。

在本发明一个示例性实施例中，光调制单元包括一个在预定频率上将光源开和关的电路。在另一个示例性实施例中，光调制单元包括一个转轮。该转轮是不透光的，且包括至少一个中空区域，使得当转轮以一个预定频率旋转时从一个或多个光源发出的光线间歇性地穿过或被阻碍。按这种方式，光线被调制。调制频率取决于转轮预定的频率，和转轮上中空区域的数量，用于某些特定的光源。

在另一个典型实施例里，该装置发出红光和红外光，红光在一个预定义频率上被调制，红外光在另一个预定义频率上被调制。

在另一个实施例里，光源是环境光，且转轮的中空区域连接一个颜色滤镜，其仅允许特定波长的光穿过。在一个实施例里，红光或红外光颜色滤镜被用来产生期望的调制光信号。

在另一个实施例里，光调制单元包含一个静态圆盘以及一个转轮，静态圆盘上有至少一个颜色滤镜，转轮有至少一个中空区域。静态圆盘连接到转轮。转轮以一个预定频率旋转，并且静态圆盘是静止的，其中各个颜色滤镜和对应的中空区域在转轮旋转时沿着光轴间歇性地对齐，使得从光源发出的光间歇性地穿过和被阻挡，从而以预定义频率被调制。

在另一个实施例里，信号处理单元还包含一个模数转换器、一个中央处理单元和存储器。处理单元执行一个存储在存储器里的嵌入式程序来确定生理数据。生理数据包括心率、心率变易、呼吸系统信息、血色素水平、动脉硬化指数、心输出量、血氧浓度或其任何组合。

在另一个实施例里，该装置以非接触式运行。其还包含一个光收集单元，用于指示复合分光光度光信号到光检测单元。光收集单元可以包括(a)一个或多个透镜、(b)一个或多个反射镜、(c)波导、(d)光纤或(e)以上任何组合。光检测单元包含从光二极管、光电倍增管、CMOS和CCD阵列里挑选出的一个装置。

依照本发明的另一个方面，装置用来测量个体生理数据，其包含与以上相同的光调制单元、光检测单元、和信号处理单元。装置还可以包含之前所述的光收集单元。主要区别是环境光首先入射到个体上，然后被个体的生理信号调节。被调节的光信号被反射到光调制单元。后者还使用前述装置和技术调制被调节的光信号。如之前所述，产生的复合分光光度光信号被发送到光检测单元，并以相同方式由信号处理单元进行处理。