[发明专利]用于光学监测系统的电路装置和用于光学监测的方法

说明书

一种用于光学检测系统的电路装置包括驱动器电路(DRV)，所述驱动器电路配置为生成至少一个驱动信号以用于驱动光源(LS)。检测器端子(DT)设置成用于从光学检测器(OD)接收检测器电流(Id)。增益级(GS)在其输入侧处连接到驱动器电路(DRV)，用于接收驱动信号并且根据驱动信号生成噪声信号。处理单元(PU)配置为根据检测器电流(Id)和噪声信号生成输出信号(SO)。

技术领域

本发明涉及一种用于光学监测系统的电路装置以及一种用于光学监测的方法。提出的概念能够应用于监测或测量生物学参数。

背景技术

除了用于在基于显示器的产品(例如，手机、电视、平板电脑、计算机监测器等)的显示器管理中的用于智能光传感的线性传感器阵列、医疗诊断设备、工业过程和控件、LED固态照明、消费类/商业打印机和健康/健身产品之外，光学传感器在诸如环境光检测、数字颜色、接近度检测、光数字(LTD)转换、光电压(LTV)转换和光频率(LTF)转换、等不同的应用领域中得到了越来越多的使用。最近，光学传感已应用于光体积描记术(PPG)领域，并且能够用于监测或测量生物学参数，例如，心率、脉搏率变异性或血液中的氧饱和度。

PPG信号通常是通过以下方式获得的：将光耦合到人的皮肤的目标区域(例如，借助发光二极管LED)，并与最初注入光信号的位置紧邻的位置处测量反射和/或透射信号。然而，PPG系统通常依赖于血管厚度或体积的微小物理变化。因此，所获得的PPG信号可能具有相当高的DC或平均分量，但是具有同等低的AC或波动分量。从人的手腕处的光注入和相应的测量获得的典型的PPG信号具有大约为1％的一部分的调制指数，例如大约为0.05％至0.3％。因此，PPG信号的信号质量对于通过PPG监测或测量生物学参数可能特别重要。

此外，对于生物传感器(PPG)应用(例如，心率测量HRM)所特有的低AC或波动分量容易产生噪声。发现对噪声的重要贡献在0.5Hz至4.0Hz的频率范围，该频率范围代表30到240次搏动每分钟BPM或更高的测量，尤其是对于心率变异性HRV而言，该测量大约具有约250Hz及以上的采样率。因此，为了避免1/f噪声源最终出现在PPG输出信号中，经常使用频率调制和解调。不幸的是，调制和解调不能消除所有噪声源。测量和仿真表明，与光发射相关的电流源或吸收器噪声可能是整个系统的主要噪声源。为了改进PPG信号的信号质量，需要进一步降低噪声。

发明内容

目的是提供一种用于尤其是借助于光体积描记术PPG对生物学参数进行光学监测的改进的概念，这导致改进的信号质量，特别是PPG信号质量。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。其他实施方式和实施例是从属权利要求的主题。

应当理解，下文中关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与下文中描述的其它特征结合使用，并且还可以与实施例中任何其它实施例的一个或更多个特征结合使用，或者与实施例中任何其它的实施例的任何组合结合使用，除非明确描述为替代。此外，在不脱离如所附权利要求中所限定的用于光学监测系统的电路装置和用于光学监测的方法的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等同物和修改。

以下涉及一种用于特别是借助于PPG光学监测生物学参数的改进的概念。例如，该概念允许改进PPG信号的信号质量。特别地，建议的装置允许降低信号噪声，从而导致改进的信噪比，并且因此，导致改进的信号质量。

根据改进的概念，增益级、特别是低噪声且稳定的增益级(例如，斩波放大器)连接到PPG系统。增益级生成噪声信号，该噪声信号能够以各种方式使用，以在PPG系统的输出信号中获得噪声分量的降低。例如，噪声信号能够用作对模数转换器的参考输入，所述模数转换器支持输出信号的模数转换中的噪声消除。在其它的示例中，模数转换器交替采样PPG信号(例如检测器电流)和噪声信号。噪声降低后的输出信号能够源自各种采样信号。因此，输出信号具有较低的噪声分量，并且能够提高信噪比。