專利名稱：使用光的診斷方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明使用光的診斷方法和裝置，特別涉及使用光來(lái)測(cè)量血液血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度的方法和裝置。
背景技術(shù)：
紅血球中負(fù)責(zé)為人體供應(yīng)氧的血紅蛋白對(duì)每一個(gè)體細(xì)胞的正常功能都是不可或缺的。對(duì)身體的氧供應(yīng)量的減少將限制組織中細(xì)胞間能量代謝，而長(zhǎng)期缺少氧則將導(dǎo)致死亡。血紅蛋白含量被用作貧血癥的量度，并對(duì)其測(cè)量以檢驗(yàn)獻(xiàn)血者的資格、確定能從獻(xiàn)血者體內(nèi)抽取的血的體積。
需要通過(guò)測(cè)量血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)病人的狀態(tài)，特別是那些因交通事故而大量流血的病人和需要外科手術(shù)的病人。同樣地，也需要引入一種方便的方法，以便能夠通過(guò)測(cè)量這些參數(shù)，頻繁地檢查孩子、青少年、女性、以及孕婦的生物學(xué)狀態(tài)。
傳統(tǒng)上，在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，為治療或預(yù)防的目的，通過(guò)使用從體內(nèi)抽取得血液作化學(xué)分析，來(lái)測(cè)量血紅蛋白濃度。而對(duì)脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度的測(cè)量則只由醫(yī)生來(lái)實(shí)施。因此，需要一種方便的方法，以便使大眾能夠在家中自行測(cè)量那些參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種使用光來(lái)測(cè)量血液血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種使用光的診斷裝置，包括輸入/輸出單元，用于接收用戶的測(cè)量命令，并向用戶提供有關(guān)測(cè)量結(jié)果的信息；控制單元，用于從輸入/輸出單元接收測(cè)量命令，并產(chǎn)生控制信號(hào)；光產(chǎn)生單元，用于根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生至少兩束光束以作測(cè)量；光接收單元，用于接收經(jīng)作為測(cè)量對(duì)象的物體傳輸后的光束，并將所接收的光束轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及數(shù)據(jù)處理單元，用于處理從光接收單元接收的電信號(hào)，并輸出有關(guān)預(yù)定測(cè)量的結(jié)果的信息。
光產(chǎn)生單元可以包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于從控制單元接收控制信號(hào)，并將所接收的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器，用于根據(jù)所述模擬信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管以產(chǎn)生光束；以及光輻射器，用于將所產(chǎn)生的光束輻射到物體上。
光接收單元可以包括光電檢測(cè)器，用于檢測(cè)經(jīng)物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將所探測(cè)的光束強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；低通濾波器，用于濾除從光電檢測(cè)器接收的電信號(hào)中的高頻成分，其中所述電信號(hào)代表所述光束的強(qiáng)度；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模擬電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其中所述模擬電子信號(hào)代表所述光束的強(qiáng)度，并已從中移除高頻成分。
數(shù)據(jù)處理單元可以包括比值計(jì)算部分，用于接收代表從光接收單元接收的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，并且為所用光束的每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算由光接收單元所接收的光的強(qiáng)度與從光產(chǎn)生單元輻射出的光的原始強(qiáng)度之間的比值；以及血紅蛋白濃度與氧飽和度計(jì)算部分，用于基于光強(qiáng)變化與血紅蛋白濃度之間的關(guān)系，使用比值計(jì)算部分計(jì)算出的比值，計(jì)算血紅蛋白濃度值，并使用計(jì)算出的血紅蛋白濃度值，計(jì)算氧飽和度值。
在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元接收代表從光接收單元輸出的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，從所接收電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均脈搏數(shù)一致的脈搏波信號(hào)，并基于從所析取的脈搏波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算脈搏頻率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元接收代表從光接收單元輸出的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，從所接收電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均呼吸次數(shù)一致的呼吸波信號(hào)，并基于從所析取的呼吸波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算呼吸頻率。
在另一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理單元接收代表從光接收單元輸出的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，從所接收電信號(hào)中，析取頻率與人類平均脈搏頻率一致的第一脈搏波信號(hào)；對(duì)所析取的第一脈搏波信號(hào)作微分成為第二脈搏波信號(hào)，以便從其中檢測(cè)拐點(diǎn)；使用拐點(diǎn)值，計(jì)算血管老化度的診斷指標(biāo)；并基于血管老化度與相關(guān)診斷指標(biāo)之間的關(guān)系，使用計(jì)算出的診斷指標(biāo)，確定對(duì)象血管老化度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種使用光的診斷方法，包括(a)接收用戶的測(cè)量命令；(b)根據(jù)所接收的命令，產(chǎn)生控制信號(hào)以作測(cè)量；(c)根據(jù)所述控制信號(hào)，產(chǎn)生至少兩束光束以作測(cè)量；(d)將所述光束輻射到作為測(cè)量對(duì)象的物體上，檢測(cè)經(jīng)所述物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將所檢測(cè)的光束強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及(e)處理所述電信號(hào)，以獲取有關(guān)預(yù)定測(cè)量的結(jié)果的信息。
在根據(jù)本發(fā)明的診斷方法中，步驟(c)可以包括(c1)接收控制信號(hào)，并將所接收的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；(c2)根據(jù)所述模擬信號(hào)，產(chǎn)生至少兩束光束；以及(c3)將所產(chǎn)生的光束輻射到物體上。步驟(d)可以包括(d1)檢測(cè)經(jīng)物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將所探測(cè)的光束強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；(d2)濾除代表所傳輸?shù)墓馐膹?qiáng)度的電信號(hào)中的高頻成分；以及(d3)將所述模擬電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，其中所述模擬電子信號(hào)代表所述光束的強(qiáng)度，并已從中移除高頻成分。
步驟(e)可以包括(e1)為所用光束的每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算在步驟(d)中所接收的光束的強(qiáng)度與在步驟(c)中輻射出的光的原始強(qiáng)度之間的比值；以及(e2)基于光強(qiáng)變化與血紅蛋白濃度之間的關(guān)系，使用在步驟(e1)中計(jì)算出的比值，計(jì)算血紅蛋白濃度值，并使用計(jì)算出的血紅蛋白濃度值，計(jì)算氧飽和度值。
可選地，步驟(e)可以包括從在步驟(d)中獲取的電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均脈搏數(shù)一致的脈搏波信號(hào)；以及基于從所析取的脈搏波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算脈搏頻率。
可選地，步驟(e)可以包括從在步驟(d)中獲取的電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均呼吸次數(shù)一致的呼吸波信號(hào)；以及基于從所析取的呼吸波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算呼吸頻率。
可選地，步驟(e)可以包括從在步驟(d)中獲取的電信號(hào)中，析取頻率與人類平均脈搏頻率一致的第一脈搏波信號(hào)；對(duì)所析取的第一脈搏波信號(hào)作微分成為第二脈搏波信號(hào)，以便從其中檢測(cè)拐點(diǎn)；使用拐點(diǎn)值，計(jì)算血管老化度的診斷指標(biāo)；以及基于血管老化度與相關(guān)診斷指標(biāo)之間的關(guān)系，使用計(jì)算出的診斷指標(biāo)，確定對(duì)象血管老化度。
本發(fā)明的診斷方法還可以包括向用戶提供預(yù)定測(cè)量的結(jié)果。


通過(guò)結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的上述及其它特性、優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中圖1是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的使用光的診斷裝置的整體構(gòu)造的方框圖；圖2是圖1中的光產(chǎn)生單元的詳細(xì)方框圖；圖3是圖1中的光接收單元的詳細(xì)方框圖；圖4是圖1中的數(shù)據(jù)處理單元的詳細(xì)方框圖；圖5是依照本發(fā)明測(cè)量的脈搏波的例子；圖6展示了本發(fā)明中所應(yīng)用的血管老化度的定量診斷指標(biāo)的圖；圖7是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的使用光的診斷方法的流程圖；圖8是說(shuō)明圖7的步驟705中測(cè)量血紅蛋白濃度與氧飽和度的方法的流程圖；圖9是說(shuō)明圖7的步驟706中計(jì)算脈搏頻率的方法的流程圖；圖10是說(shuō)明圖7的步驟706中計(jì)算呼吸頻率的方法的流程圖；以及圖11是說(shuō)明圖7的步驟707中計(jì)算血管老化度的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的使用光來(lái)測(cè)量血液血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度的診斷方法和裝置的實(shí)施例。
圖1展示了本發(fā)明實(shí)施例的使用光的診斷裝置的整體構(gòu)造。圖1的診斷裝置包括輸入/輸出單元101、控制單元102、光產(chǎn)生單元103、光接收單元104、以及數(shù)據(jù)處理單元105。
輸入/輸出單元101從用戶接收要測(cè)量的參數(shù)，例如血液血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、血管老化度(下文中也簡(jiǎn)稱為“DOA”)，并向用戶通知有關(guān)對(duì)輸入?yún)?shù)的測(cè)量結(jié)果的信息。輸入/輸出單元101可以使用按鈕、鼠標(biāo)、鍵盤等作為輸入器件，而使用計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、液晶顯示器(LCD)、或其它顯示器作為輸出器件，向用戶通知有關(guān)測(cè)量結(jié)果的信息?？蛇x地，有關(guān)測(cè)量結(jié)果的信息經(jīng)由，例如，RS232端口傳輸?shù)酵獠總€(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等。
控制單元102從輸入/輸出單元101接收測(cè)量預(yù)定參數(shù)的命令，并將有關(guān)該參數(shù)的信息傳輸?shù)焦猱a(chǎn)生單元103、光接收單元104、以及數(shù)據(jù)處理單元105。控制單元102還檢查診斷裝置的每個(gè)單元的操作。
光產(chǎn)生單元103產(chǎn)生至少兩束具有預(yù)定波長(zhǎng)的光束，以便根據(jù)有關(guān)從控制單元102接收的參數(shù)的信息作測(cè)量。圖2中展示了光產(chǎn)生單元103的詳細(xì)構(gòu)造。參考圖2，光產(chǎn)生單元103可以包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)201，用于將從控制單元102接收的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動(dòng)器202，用于接收模擬控制信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)LED產(chǎn)生至少兩束具有預(yù)定波長(zhǎng)的光束；以及光輻射器203，用于外部地將至少兩束光束輻射到被測(cè)物上。
光接收單元104測(cè)量，從光產(chǎn)生單元103發(fā)射的光束中，經(jīng)物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將該光束轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。圖3中詳細(xì)展示了光接收單元104的構(gòu)造。參考圖3，光接收單元104包括光電檢測(cè)器301，用于檢測(cè)經(jīng)物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；低通濾波器(LPF)302，用于濾除從光電檢測(cè)器301接收的電信號(hào)的高頻成分；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)303，用于將已由LPF 302移除高頻成分的模擬電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
數(shù)據(jù)處理單元105從光接收單元104接收代表所接收光束強(qiáng)度的電信號(hào)。并處理所接收的電信號(hào)，以提供有關(guān)對(duì)所輸入的，諸如血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度的參數(shù)的測(cè)量結(jié)果的信息。圖4詳細(xì)展示了數(shù)據(jù)處理單元105的構(gòu)造。
參考圖4，數(shù)據(jù)處理單元105包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分406、比值計(jì)算部分401、血紅蛋白濃度與氧飽和度計(jì)算部分402、脈搏頻率計(jì)算部分403、呼吸頻率計(jì)算部分404、以及DOA計(jì)算部分405。這些元件提供下述功能。
比值計(jì)算部分401接收從光接收單元104輸出的所接收光束的數(shù)字強(qiáng)度信號(hào)，并且為每束光束，計(jì)算由光接收單元104所接收的光的強(qiáng)度與從光產(chǎn)生單元103輻射到所用物體上的光的原始強(qiáng)度之間的比值。
血紅蛋白濃度與氧飽和度計(jì)算部分402基于光強(qiáng)變化與血紅蛋白濃度之間的關(guān)系，使用比值計(jì)算部分401計(jì)算出的比值，計(jì)算血紅蛋白濃度值，并使用計(jì)算出的血紅蛋白濃度值，計(jì)算氧飽和度值。在本發(fā)明中應(yīng)用與同一申請(qǐng)人，三星電子，的韓國(guó)專利申請(qǐng)第2001-21124號(hào)中所公開(kāi)的方法相同的方法，來(lái)測(cè)量血紅蛋白濃度血紅蛋白氧飽和度。因此，詳細(xì)信息可以參考前一申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)。下面將只簡(jiǎn)單地描述在計(jì)算血紅蛋白濃度之后計(jì)算氧飽和度的方法。氧飽和度被表達(dá)為與氧結(jié)合的氧合血紅蛋白的濃度占總血紅蛋白濃度的百分比，測(cè)量氧飽和度是為了量化血液中為體細(xì)胞的正常功能而飽和吸收的氧的量。為測(cè)量氧飽和度，使紅光和紅外光經(jīng)生物組織傳輸，使用動(dòng)脈血的脈搏，測(cè)量對(duì)輻射光的每個(gè)波長(zhǎng)的吸收率，并且計(jì)算所測(cè)量的吸收率的比值作為氧飽和度。輻射到人體上的大部分光經(jīng)由預(yù)定的傳播路徑，被骨骼、組織等吸收，其與脈搏無(wú)關(guān)，而所輻射的光中只有1-2％被動(dòng)脈血吸收，其誘導(dǎo)脈搏。通過(guò)測(cè)量經(jīng)人體傳輸?shù)墓獾膹?qiáng)度，可以對(duì)所輻射的光的每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算脈搏成分和非脈搏成分的光吸收率，這將給出動(dòng)脈血中存在的血紅蛋白的光吸收率。結(jié)果，可以從光的兩種波長(zhǎng)的吸收率之間的比值確定血紅蛋白氧飽和度。
脈搏頻率計(jì)算部分403從光接收單元104接收數(shù)字信號(hào)，其對(duì)應(yīng)于所接收光束的強(qiáng)度，從所接收數(shù)字信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均脈搏數(shù)一致的脈搏波信號(hào)，并基于從所析取的脈搏波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算每分鐘的脈搏數(shù)。下面將非常詳細(xì)地描述本發(fā)明計(jì)算每分鐘脈搏數(shù)的方法。
具體地說(shuō)，脈搏頻率計(jì)算部分403接收對(duì)應(yīng)于經(jīng)預(yù)定的身體位置，例如手指，順序傳輸?shù)墓馐鴱?qiáng)度的數(shù)字信號(hào)，并且使用，比如說(shuō)，諸如濾波程序的軟件，從所接收信號(hào)中，只析取頻率與人類平均脈搏頻率相一致的脈搏波信號(hào)。對(duì)經(jīng)過(guò)濾波器的脈搏波信號(hào)作微分，從微分脈搏波信號(hào)中，檢測(cè)這樣的拐點(diǎn)，在所述拐點(diǎn)處，斜率從正變?yōu)樨?fù)。當(dāng)拐點(diǎn)的值大于預(yù)定閾值時(shí)，將拐點(diǎn)作為峰值存儲(chǔ)。計(jì)算所檢測(cè)的峰之間的平均時(shí)間間隔，并且基于平均時(shí)間間隔，計(jì)算60秒間隔中峰的數(shù)目作為脈搏頻率。
如上所述，根據(jù)對(duì)所接收到的信號(hào)應(yīng)用的信號(hào)處理技術(shù)，可以將接收到的信號(hào)分類為脈搏波、速度脈搏波、加速度脈搏波。一般而言，脈搏波指身體脈搏的原始波形，并且用于表征原始體脈搏。然而，原始體脈搏的波形太平滑，以至于不能檢測(cè)到其變化。為補(bǔ)償這一缺陷，對(duì)原始體波作微分以利于臨床應(yīng)用。稱這些微分體波為“速度脈搏波”。速度脈搏波用于分析原始體波的波形變化。在當(dāng)前可用的脈搏波檢測(cè)器中使用了速度脈搏波，即微分脈搏波。然而，使用速度脈搏波還不能完全地分析原始體脈搏如何變化。因此，對(duì)速度脈搏波進(jìn)一步作微分成為“加速度脈搏波”以利于臨床應(yīng)用。醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域中，尤其是循環(huán)系統(tǒng)疾病診斷中的新發(fā)展非常重視心電圖、光心動(dòng)圖(photocardiogram)，心臟導(dǎo)管插入等。盡管已對(duì)脈搏波作了各種實(shí)驗(yàn)，但是因其簡(jiǎn)單的脈搏波形及其易受多種因素影響的本性，脈搏波作為診斷指標(biāo)的重要地位卻被低估了。只在有限數(shù)量的外圍血管疾病中，在一定程度上，認(rèn)為脈搏波是重要的。然而，基于通過(guò)對(duì)橈動(dòng)脈的觸診測(cè)量心臟衰竭的可能性，進(jìn)行了有關(guān)以脈搏波作為心潛力或心機(jī)能不全的量度的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)橈動(dòng)脈的觸診測(cè)量心臟衰竭基于這樣的事實(shí)，即確定類型的心臟疾病導(dǎo)致因其異常的血液動(dòng)力行為而產(chǎn)生的脈搏波形的特有更替。另外，可以使用脈搏波作為諸如動(dòng)脈閉塞、血管彈性改變等血管疾病的診斷指標(biāo)。
圖5說(shuō)明了脈搏波的一個(gè)例子。參考圖5，標(biāo)號(hào)501和“PTG”所指示的波形對(duì)應(yīng)于原始體脈搏波，而標(biāo)號(hào)502和“SDPTG”所指示的波形對(duì)應(yīng)于通過(guò)對(duì)波形501作兩次微分而得到的加速度脈搏波。
呼吸頻率計(jì)算部分404從光接收單元104接收對(duì)應(yīng)于所接收光束的強(qiáng)度的數(shù)字信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘平均呼吸次數(shù)一致的呼吸信號(hào)，并基于從所析取的呼吸信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，確定呼吸頻率。
下面將詳細(xì)描述計(jì)算每分鐘呼吸次數(shù)的方法。使用帶通濾波器，從脈搏波信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘平均呼吸次數(shù)一致的呼吸信號(hào)。所用帶通濾波器可以使用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
正常成人在平穩(wěn)狀態(tài)下每分鐘呼吸10-20次，運(yùn)動(dòng)時(shí)則達(dá)到大約每分鐘45次。因此，呼吸信號(hào)與脈搏波信號(hào)相比，具有相對(duì)較低的頻率，大約0.1-0.5Hz，并且可以使用適當(dāng)?shù)膸V波器，將其與脈搏波信號(hào)分離。從經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波器的已分離出的呼吸信號(hào)中檢測(cè)這樣的拐點(diǎn)，在所述拐點(diǎn)處，斜率從正變?yōu)樨?fù)。因?yàn)橐粋€(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一次呼吸，所以可以通過(guò)對(duì)60秒間隔內(nèi)的拐點(diǎn)數(shù)計(jì)數(shù)，來(lái)計(jì)算每分鐘的呼吸次數(shù)。
DOA計(jì)算部分405接收對(duì)應(yīng)于所接收光束的強(qiáng)度的數(shù)字信號(hào)；析取頻率與人類平均脈搏頻率一致的第一脈搏波信號(hào)；對(duì)所析取的第一脈搏波信號(hào)作微分成為第二脈搏波信號(hào)，以便從其中檢測(cè)拐點(diǎn)；使用拐點(diǎn)值，計(jì)算血管老化度的診斷指標(biāo)；并基于血管老化度與相關(guān)診斷指標(biāo)之間的關(guān)系，使用計(jì)算出的診斷指標(biāo)，確定對(duì)象血管老化度。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明計(jì)算血管老化度的方法。參考圖5，在加速度脈搏波形502中，“a”和“d”分別指示收縮壓的起點(diǎn)和終點(diǎn)，而“e”指示舒張壓?？梢允褂眉铀俣炔ㄐ沃刑囟ü拯c(diǎn)處的值的比值，包括d/a、b/a、c/a、e/a、(b-d-c-e)/a等，作為血管老化度的量化診斷指標(biāo)。圖6給出了展示這些診斷指標(biāo)與年齡之間的相關(guān)性的圖。指標(biāo)b/a與年齡成正比例。指標(biāo)d/a與年齡成反比例。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分406存儲(chǔ)從血紅蛋白濃度與氧飽和度計(jì)算部分402、脈搏頻率計(jì)算部分403、呼吸頻率部分404、以及DOA計(jì)算部分405輸出的計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)控制單元102的控制信號(hào)輸出計(jì)算結(jié)果。
圖7是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中使用光的診斷方法的流程圖。從用戶接收至少一個(gè)要測(cè)量的參數(shù)，包括血液血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度(步驟701)。接著驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生測(cè)量想得到的參數(shù)需要的光的LED，以產(chǎn)生至少兩束不同波長(zhǎng)的光束(步驟702)。將所產(chǎn)生的光束輻射到對(duì)象身體部分上，例如對(duì)象的手指上(步驟703)。接收經(jīng)對(duì)象傳輸?shù)墓馐鲝?qiáng)度測(cè)量(步驟704)，并將所測(cè)量的光束強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。使用該電信號(hào)計(jì)算用戶輸入的要測(cè)量的參數(shù)。
使用上述方法，計(jì)算血紅蛋白濃度與氧飽和度(步驟705)、脈搏頻率與呼吸頻率(步驟706)、以及血管老化度(步驟707)。接著，存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果，或?qū)⑵涮峁┙o用戶(步驟708)。
圖8是說(shuō)明圖7的步驟705中測(cè)量血紅蛋白濃度與氧飽和度的方法的流程圖。首先，從對(duì)水的消光系數(shù)小于對(duì)血紅蛋白的消光系數(shù)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)選擇至少兩個(gè)被認(rèn)為是同樣好(isobestic)的波長(zhǎng)(步驟801)。接著，將所選波長(zhǎng)的光束順序輻射到對(duì)象身體的預(yù)定位置上(步驟802)。在一個(gè)身體位置，使用光電檢測(cè)器，接收經(jīng)對(duì)象身體的預(yù)定位置傳輸?shù)墓馐⑵滢D(zhuǎn)換為電信號(hào)(步驟803)。使用該電信號(hào)計(jì)算每個(gè)波長(zhǎng)的光衰減變化(步驟804)，計(jì)算計(jì)算出的光衰減變化之間的至少一個(gè)比值(步驟805)，并使用計(jì)算出的光衰減變化比值計(jì)算血紅蛋白濃度(步驟806)。接著，使用計(jì)算出的血紅蛋白濃度計(jì)算氧飽和度(步驟807)。
圖9是說(shuō)明圖7的步驟706中計(jì)算脈搏頻率的方法的流程圖。經(jīng)帶通濾波器，對(duì)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)收集的脈搏波數(shù)據(jù)濾波，以獲取脈搏波信號(hào)(步驟901)。對(duì)已作濾波的脈搏波信號(hào)作微分(步驟902)。從微分脈搏波信號(hào)中，檢測(cè)這樣的拐點(diǎn)，在所述拐點(diǎn)處，斜率從正變?yōu)樨?fù)(步驟903)。將每個(gè)拐點(diǎn)的值與預(yù)定閾值作比較。如果有拐點(diǎn)的值大于預(yù)定閾值，則將該拐點(diǎn)作為峰存儲(chǔ)(步驟904)。計(jì)算所檢測(cè)的峰之間的平均時(shí)間間隔(步驟905)，并且基于峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算60秒間隔中峰的數(shù)目，并將結(jié)果設(shè)置為脈搏頻率(步驟906)。
圖10是說(shuō)明圖7的步驟706中計(jì)算呼吸頻率的方法的流程圖。經(jīng)帶通濾波器，對(duì)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)收集的脈搏波數(shù)據(jù)濾波，以獲取呼吸信號(hào)(步驟1001)。對(duì)已作濾波的呼吸信號(hào)作微分(步驟1002)。從微分呼吸信號(hào)中，檢測(cè)這樣的拐點(diǎn)，在所述拐點(diǎn)處，斜率從正變?yōu)樨?fù)(步驟1003)。將每個(gè)拐點(diǎn)的值與預(yù)定閾值作比較。如果有拐點(diǎn)的值大于預(yù)定閾值，則將該拐點(diǎn)作為峰值存儲(chǔ)(步驟1004)。計(jì)算所檢測(cè)的峰之間的平均時(shí)間間隔(步驟1005)，并且基于峰值之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算60秒間隔中峰的數(shù)目，并將結(jié)果設(shè)置為呼吸頻率(步驟1006)。
圖11是說(shuō)明圖7的步驟707中計(jì)算血管老化度的方法的流程圖。首先，經(jīng)帶通濾波器，對(duì)在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)收集的脈搏波數(shù)據(jù)濾波，以獲取脈搏波信號(hào)(步驟1101)。對(duì)已作濾波的脈搏波信號(hào)作兩次微分成為加速度脈搏波信號(hào)(步驟1102)。從加速度脈搏波信號(hào)中，檢測(cè)這樣的拐點(diǎn)，在所述拐點(diǎn)處，斜率從正變?yōu)樨?fù)(步驟1103)。接著，基于這些拐點(diǎn)的值計(jì)算血管老化度。
本發(fā)明中為測(cè)量而使用的光束是從對(duì)水的消光系數(shù)小于對(duì)血紅蛋白的消光系數(shù)，即波長(zhǎng)不大于1300nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)選擇出的。從該波長(zhǎng)范圍中選擇至少兩個(gè)同樣好的波長(zhǎng)，其對(duì)任何形態(tài)的血紅蛋白具有相同的消光系數(shù)，即與血紅蛋白處于氧化態(tài)還是還原態(tài)無(wú)關(guān)。因此，本發(fā)明中可以使用波長(zhǎng)為422nm、453nm、499nm、529nm、546nm、569nm、584nm、805nm、或1300nm的光束。
本發(fā)明上述實(shí)施例可以通過(guò)運(yùn)行來(lái)自計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的程序，配備在通用數(shù)字計(jì)算機(jī)中，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括但不限于諸如磁存儲(chǔ)介質(zhì)(例如各種ROM、軟盤、硬盤等)、光學(xué)可讀介質(zhì)(例如各種CD-ROM、DVD等)、以及載波(例如在因特網(wǎng)上傳輸)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了使用同一裝置，以非侵害方式，對(duì)血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度的測(cè)量。本發(fā)明的使用光的診斷裝置便于攜帶和使用，并且使得能夠同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度。
本發(fā)明的使用光的診斷裝置可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)，包括血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度，而不需抽取血液，并且與分別測(cè)量感興趣的參數(shù)的傳統(tǒng)裝置相比，使用非常方便。使用一種裝置測(cè)量至少上面所列的五個(gè)參數(shù)的能力是非常節(jié)省成本的。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橹皇褂昧艘粋€(gè)光電檢測(cè)情器，可以得到更高的測(cè)量精確度。對(duì)這些感興趣的參數(shù)的測(cè)量較少受除血管之外的身體組織的影響。若在本發(fā)明的診斷裝置中安裝通信器件，則可以將在家中完成的測(cè)量結(jié)果經(jīng)因特網(wǎng)直接傳輸?shù)结t(yī)院。因此，不需要麻煩地去醫(yī)院作檢查。病人可以在家中直接從醫(yī)生那里得知其健康狀況。
盡管本發(fā)明是參考其優(yōu)選實(shí)施例具體展示和描述的，但是本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求限定的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其作各種形式上或細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種使用光的診斷裝置，包括輸入/輸出單元，用于接收用戶的測(cè)量命令，并向用戶提供有關(guān)測(cè)量結(jié)果的信息；控制單元，用于從輸入/輸出單元接收測(cè)量命令，并產(chǎn)生控制信號(hào)；光產(chǎn)生單元，用于根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生至少兩束光束以作測(cè)量；光接收單元，用于接收經(jīng)作為測(cè)量對(duì)象的物體傳輸后的光束，并將所接收的光束轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及數(shù)據(jù)處理單元，用于處理從光接收單元接收的電信號(hào)，并輸出有關(guān)預(yù)定測(cè)量的結(jié)果的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的診斷裝置，其中光產(chǎn)生單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于從控制單元接收控制信號(hào)，并將所接收的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器，用于根據(jù)所述模擬信號(hào)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管以產(chǎn)生光束；以及光輻射器，用于將所產(chǎn)生的光束輻射到物體上。
3.如權(quán)利要求1所述的診斷裝置，其中光接收單元包括光電檢測(cè)器，用于檢測(cè)經(jīng)物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將所探測(cè)的光束強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；低通濾波器，用于濾除從光電檢測(cè)器接收的電信號(hào)中的高頻成分，其中所述電信號(hào)代表所述光束的強(qiáng)度；以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模擬電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其中所述模擬電子信號(hào)代表所述光束的強(qiáng)度，并已從中移除高頻成分。
4.如權(quán)利要求1所述的診斷裝置，其中數(shù)據(jù)處理單元包括比值計(jì)算部分，用于接收代表從光接收單元接收的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，并且為所用光束的每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算由光接收單元所接收的光的強(qiáng)度與從光產(chǎn)生單元輻射出的光的原始強(qiáng)度之間的比值；以及血紅蛋白濃度與氧飽和度計(jì)算部分，用于基于光強(qiáng)變化與血紅蛋白濃度之間的關(guān)系，使用比值計(jì)算部分計(jì)算出的比值，計(jì)算血紅蛋白濃度值，并使用計(jì)算出的血紅蛋白濃度值，計(jì)算氧飽和度值。
5.如權(quán)利要求1所述的診斷裝置，其中數(shù)據(jù)處理單元接收代表從光接收單元輸出的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，從所接收電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均脈搏數(shù)一致的脈搏波信號(hào)，并基于從所析取的脈搏波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算脈搏頻率。
6.如權(quán)利要求1所述的診斷裝置，其中數(shù)據(jù)處理單元接收代表從光接收單元輸出的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，從所接收電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均呼吸次數(shù)一致的呼吸波信號(hào)，并基于從所析取的呼吸波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算呼吸頻率。
7.如權(quán)利要求1所述的診斷裝置，其中數(shù)據(jù)處理單元接收代表從光接收單元輸出的光束的強(qiáng)度的電信號(hào)，從所接收電信號(hào)中，析取頻率與人類平均脈搏頻率一致的第一脈搏波信號(hào)；對(duì)所析取的第一脈搏波信號(hào)作微分成為第二脈搏波信號(hào)，以便從其中檢測(cè)拐點(diǎn)；使用拐點(diǎn)值，計(jì)算血管老化度的診斷指標(biāo)；并基于血管老化度與相關(guān)診斷指標(biāo)之間的關(guān)系，使用計(jì)算出的診斷指標(biāo)，確定對(duì)象血管老化度。
8.一種使用光的診斷方法，包括(a)接收用戶的測(cè)量命令；(b)根據(jù)所接收的命令，產(chǎn)生控制信號(hào)以作測(cè)量；(c)根據(jù)所述控制信號(hào)，產(chǎn)生至少兩束光束以作測(cè)量；(d)將所述光束輻射到作為測(cè)量對(duì)象的物體上，檢測(cè)經(jīng)所述物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將所檢測(cè)的光束強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及(e)處理所述電信號(hào)，以獲取有關(guān)預(yù)定測(cè)量的結(jié)果的信息。
9.如權(quán)利要求8所述的診斷方法，其中步驟(c)包括(c1)接收控制信號(hào)，并將所接收的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；(c2)根據(jù)所述模擬信號(hào)，產(chǎn)生至少兩束光束；以及(c3)將所產(chǎn)生的光束輻射到物體上。
10.如權(quán)利要求8所述的診斷方法，其中步驟(d)包括(d1)檢測(cè)經(jīng)物體傳輸后的光束的強(qiáng)度，并將所探測(cè)的光束強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；(d2)濾除代表所傳輸?shù)墓馐膹?qiáng)度的電信號(hào)中的高頻成分；以及(d3)將所述模擬電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)，其中所述模擬電子信號(hào)代表所述光束的強(qiáng)度，并已從中移除高頻成分。
11.如權(quán)利要求8所述的診斷方法，其中步驟(e)包括(e1)為所用光束的每個(gè)波長(zhǎng)，計(jì)算在步驟(d)中所接收的光束的強(qiáng)度與在步驟(c)中輻射出的光的原始強(qiáng)度之間的比值；以及(e2)基于光強(qiáng)變化與血紅蛋白濃度之間的關(guān)系，使用在步驟(e1)中計(jì)算出的比值，計(jì)算血紅蛋白濃度值，并使用計(jì)算出的血紅蛋白濃度值，計(jì)算氧飽和度值。
12.如權(quán)利要求8所述的診斷方法，其中步驟(e)包括從在步驟(d)中獲取的電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均脈搏數(shù)一致的脈搏波信號(hào)；以及基于從所析取的脈搏波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算脈搏頻率。
13.如權(quán)利要求8所述的診斷方法，其中步驟(e)包括從在步驟(d)中獲取的電信號(hào)中，析取頻率與人類每分鐘的平均呼吸次數(shù)一致的呼吸波信號(hào)；以及基于從所析取的呼吸波信號(hào)中檢測(cè)到的峰之間的平均時(shí)間間隔，計(jì)算呼吸頻率。
14.如權(quán)利要求8所述的診斷方法，其中步驟(e)包括從在步驟(d)中獲取的電信號(hào)中，析取頻率與人類平均脈搏頻率一致的第一脈搏波信號(hào)；對(duì)所析取的第一脈搏波信號(hào)作微分成為第二脈搏波信號(hào)，以便從其中檢測(cè)拐點(diǎn)；使用拐點(diǎn)值，計(jì)算血管老化度的診斷指標(biāo)；以及基于血管老化度與相關(guān)診斷指標(biāo)之間的關(guān)系，使用計(jì)算出的診斷指標(biāo)，確定對(duì)象血管老化度。
15.如權(quán)利要求8所述的診斷方法，還包括向用戶提供預(yù)定測(cè)量的結(jié)果。
16.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上具體化了對(duì)于權(quán)利要求8至15中任何一個(gè)所述的方法的計(jì)算機(jī)程序。
全文摘要
提供了一種使用光來(lái)測(cè)量血液血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度的診斷方法和裝置。該使用光的診斷裝置，包括輸入/輸出單元，用于接收用戶的測(cè)量命令，并向用戶提供有關(guān)測(cè)量結(jié)果的信息；控制單元，用于從輸入/輸出單元接收測(cè)量命令，并產(chǎn)生控制信號(hào)；光產(chǎn)生單元，用于根據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生至少兩束光束以作測(cè)量；光接收單元，用于接收經(jīng)作為測(cè)量對(duì)象的物體傳輸后的光束，并將所接收的光束轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；以及數(shù)據(jù)處理單元，用于處理從光接收單元接收的電信號(hào)，并輸出有關(guān)預(yù)定測(cè)量的結(jié)果的信息。使用該診斷裝置，可以以非侵入方式測(cè)量血紅蛋白濃度、氧飽和度、脈搏頻率、呼吸頻率、以及血管老化度。
文檔編號(hào)A61B5/00GK1444906SQ0310721
公開(kāi)日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月16日
發(fā)明者尹吉源, 金泓植, 全桂珍, 李宗淵, 樸建國(guó), 金秀珍, 左訓(xùn)宗 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社