專利名稱：一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法。
背景技術(shù)：
光電容積脈搏波(Photo Plethysmo Graphy，以下簡稱PPG)是一種重要的生理信號，廣泛地應(yīng)用在對心血管系統(tǒng)和血液成分進(jìn)行分析。如對血氧飽和度的測量中就是采用2 種或2種以上的LED (發(fā)光二極管)測量PPG而實(shí)現(xiàn)的。在這些測量中通常采用時分方式采集PPG并消除背景光的干擾。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足現(xiàn)有的多波長PPG的測量方法存在電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、器件和工藝要求高、調(diào)試?yán)щy、 可靠性低、計(jì)算量大以及結(jié)果不夠準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法，該測量裝置和測量方法可以實(shí)現(xiàn)高精度測量，且電路結(jié)構(gòu)簡單、器件和工藝要求低、調(diào)試容易、可靠性高、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn)，詳見下文描述本發(fā)明提供了一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置，所述光電容積脈搏波測量裝置包括微處理器、至少2種發(fā)光二極管、光敏器件、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述微處理器輸出不同頻率的正交方波，所述正交方波驅(qū)動至少所述2種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述電壓信號經(jīng)所述電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述微處理器對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，獲取光電容積脈搏波及其谷值和峰值，通過所述谷值和所述峰值得到光譜值。所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。本發(fā)明提供了一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量方法，所述方法包括以下步驟(1)微處理器采用不同頻率的正交方波驅(qū)動至少2種發(fā)光二極管；(2)所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過被測手指后由光敏器件接收轉(zhuǎn)換成電壓信號， 所述電壓信號經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器放大成預(yù)設(shè)幅值的電壓信號；(3)所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入所述微處理器；(4)所述微處理器對所述數(shù)字信號進(jìn)行分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；(5)根據(jù)所述光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；(6)對所述谷值和所述峰值進(jìn)行計(jì)算得到吸光度差值，通過所述吸光度差值獲取光譜值。
本發(fā)明提供的一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明依據(jù)朗伯-比爾定律，采用正交方波頻分調(diào)制和數(shù)字解調(diào)技術(shù)設(shè)計(jì)一種正交方波調(diào)制多波長發(fā)光二極管的光電容積脈搏波及其谷值和峰值，通過谷值和峰值得到光譜值的裝置和測量方法，具有測量精確、電路簡單、無需調(diào)試、工藝性好以及成本低廉的特
點(diǎn)ο


圖1為本發(fā)明提供的計(jì)算吸光度的原理示意圖；圖2為本發(fā)明提供的一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明提供的分離不同波長光電容積脈搏波的示意圖；圖4為本發(fā)明提供的一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量方法的流程圖；圖5為本發(fā)明提供的一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置的另一結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中各標(biāo)號所代表的部件列表如下1 微處理器；2:發(fā)光二二極管；
3 光每(器件；4 電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器
5 〔轉(zhuǎn)換器；PX. 1 1/0 Π ；
PX2 ][/0 口 ；PX.η 1/'0 π ；
PX3 ][/0 口PX.41/0 Π
Rl第-一電阻VCC 電源；
R2A-Ap 弟-二電阻R3第三電阻；
R4第四電阻R5第五電阻；
R6第六電阻Cl第一電容；
C2A-Ap 弟-二電容Dl第一發(fā)光二極管
D2A-Ap 弟-二發(fā)光二二極,？ ； D3第三發(fā)光二極管
D4第四發(fā)光二二極,？ ； Al運(yùn)算放大器；
PYΠ1/0 。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。由于動脈的脈動現(xiàn)象，使血管中血流量呈周期性變化，而血液是高度不透明液體， 因此脈搏搏動的變化必然引起吸光度的變化，如圖1所示?？紤]動脈血管充盈度最低狀態(tài)，來自光源的入射光沒有被脈動動脈血液吸收，此時的出射光強(qiáng)Imax最強(qiáng)，可視為脈動動脈血液的入射光I ；而動脈血管充盈度最高狀態(tài)對應(yīng)光電脈搏波的谷點(diǎn)，即脈動動脈血液作用最大的時刻，此時的出射光強(qiáng)Imin最弱，為脈動動脈血液的最小出射光強(qiáng)I。所以，通過記錄動脈充盈至最大與動脈收縮至最小時的吸光度值，就可以消除皮膚組織、皮下組織等一切具有恒定吸收特點(diǎn)的人體成分對于吸光度的影響。根據(jù)修正的朗伯-比爾定律，設(shè)I” I分別為入射光強(qiáng)和出射光強(qiáng)，α為分子消光系數(shù)，c為各成分濃度，1為光在組織中的平均光路長，G是由散射引起的光損失，則吸光度 A可表示為
權(quán)利要求
1.一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置，其特征在于，所述光電容積脈搏波測量裝置包括微處理器、至少2種發(fā)光二極管、光敏器件、電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述微處理器輸出不同頻率的正交方波，所述正交方波驅(qū)動至少所述2種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被所述光敏器件接收，所述光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述電壓信號經(jīng)所述電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，所述微處理器對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理，獲取光電容積脈搏波及其谷值和峰值，通過所述谷值和所述峰值得到光譜值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置，其特征在于， 所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置的測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)微處理器采用不同頻率的正交方波驅(qū)動至少2種發(fā)光二極管；(2)所述發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)過被測手指后由光敏器件接收轉(zhuǎn)換成電壓信號，所述電壓信號經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器放大成預(yù)設(shè)幅值的電壓信號；(3)所述預(yù)設(shè)幅值電壓信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入所述微處理器；(4)所述微處理器對所述數(shù)字信號進(jìn)行分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；(5)根據(jù)所述光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；(6)對所述谷值和所述峰值進(jìn)行計(jì)算得到吸光度差值，通過所述吸光度差值獲取光譜值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交方波調(diào)制光電容積脈搏波測量裝置和測量方法，微處理器輸出不同頻率的正交方波，正交方波驅(qū)動至少2種發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出的光經(jīng)被測手指后被光敏器件接收，光敏器件轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓信號經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器轉(zhuǎn)換成預(yù)設(shè)幅值電壓信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將預(yù)設(shè)幅值電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，微處理器對數(shù)字信號進(jìn)行處理，獲取光電容積脈搏波及其谷值和峰值，通過谷值和峰值得到光譜值。測量方法包括微處理器對數(shù)字信號進(jìn)行分離處理得到光電容積脈搏波并消除背景光的干擾；根據(jù)光電容積脈搏波獲取谷值和峰值；對谷值和峰值進(jìn)行計(jì)算得到吸光度差值，通過吸光度差值獲取光譜值。本發(fā)明具有測量精確、電路簡單的特點(diǎn)。
文檔編號A61B5/1455GK102258366SQ20111023597
公開日2011年11月30日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者劉近貞, 周梅, 李剛, 林凌, 郝麗玲 申請人:天津大學(xué)