一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置及其方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置，設(shè)置有：發(fā)光模塊、光接收模塊、電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)處理模塊；還設(shè)置有補(bǔ)償模塊，該補(bǔ)償模塊設(shè)置于光接收模塊和電流電壓轉(zhuǎn)換模塊之間，并分別與光接收模塊、電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)處理模塊連接，用于根據(jù)信號(hào)處理模塊輸出的信號(hào)，濾除所述光接收模塊輸出的干擾光電流；由于補(bǔ)償模塊直接與光接收模塊連接，可以直接濾除光接輸出的干擾光電流，在源頭上避免了干擾光電流的混入，有效的提高了測(cè)量裝置的信噪比；而對(duì)應(yīng)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量方法也同樣具有上述優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)創(chuàng)血氧測(cè)量設(shè)備，尤其涉及一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]血氧又叫血氧飽和度，血氧飽和度是衡量人體血液攜帶氧的能力的重要參數(shù)，通過(guò)血氧飽和度的測(cè)量，可以及時(shí)了解患者的血氧含量，具有極重要的臨床價(jià)值。
[0003]無(wú)創(chuàng)血氧測(cè)量主要采用光電技術(shù)，通常有兩種方法:投射法和反射法。光電技術(shù)是通過(guò)發(fā)射一束光通過(guò)照射至人體的特定部位，光通過(guò)透射或反射至光接收模塊，不同的血氧飽和度和不同的脈率均會(huì)導(dǎo)致光接收模塊產(chǎn)生的光電流信號(hào)強(qiáng)度不一樣，據(jù)此可以檢測(cè)出血氧飽和度和脈率。
[0004]血氧的檢測(cè)電路都包含電流電壓轉(zhuǎn)換(即電流轉(zhuǎn)電壓)電路，這種轉(zhuǎn)換通常做法是采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)高的信噪比，我們通常希望該電路具有盡可能大的信號(hào)增益，即接收到最大光電流時(shí)，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的電壓應(yīng)接近運(yùn)算放大器的最大輸出電壓。但實(shí)際情況下，由于外界環(huán)境光(太陽(yáng)光、照明燈光、用于疾病治療的醫(yī)用光源等)的光譜與光接收模塊的接收光譜有重疊的部分，那么當(dāng)這些光照射到光接收模塊時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生光電流，這些光電流與測(cè)量中發(fā)光模塊產(chǎn)生的光電流發(fā)生混疊，光電流強(qiáng)度大幅度提升的同時(shí)也增大了測(cè)量電路的誤差，最嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電流電壓轉(zhuǎn)換模塊中的運(yùn)算放大器飽和，導(dǎo)致血氧測(cè)量失效。
[0005]而目前環(huán)境光濾除單元是基于電壓的方式來(lái)進(jìn)行干擾濾除，這必須在該環(huán)境光濾除單元前設(shè)置有電流電壓轉(zhuǎn)換模塊，為其轉(zhuǎn)換和處理光信號(hào)。容易是電流電壓轉(zhuǎn)換模塊飽和的同時(shí)，也不可避免的將一些光干擾信號(hào)處理為有效信號(hào)，從而導(dǎo)致血氧測(cè)量設(shè)備誤差大，信噪比低，甚至測(cè)量失效`。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，信噪比高的的血氧測(cè)量裝置。
[0007]—種提高血氧抗環(huán)境光測(cè)量的裝置，設(shè)置有:用于提供有效光源的發(fā)光模塊；用于接收所述發(fā)光模塊照射被測(cè)體后的折射光及反射光并轉(zhuǎn)換為光電流的光接收模塊；與所述光接收模塊連接，用于將其輸出的光電流轉(zhuǎn)換成光電壓的電流電壓轉(zhuǎn)換模塊；與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，用于將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，用于對(duì)其輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)算法處理的信號(hào)處理模塊；
還設(shè)置有補(bǔ)償模塊，該補(bǔ)償模塊設(shè)置于所述光接收模塊和所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊之間，并分別與所述光接收模塊、所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、所述信號(hào)處理模塊連接，用于根據(jù)所述信號(hào)處理模塊輸出的信號(hào)，濾除所述光接收模塊輸出的干擾光電流。
[0008]進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償模塊包括有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)調(diào)理電路、電流注入電路；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路分別與所述信號(hào)處理模塊、所述信號(hào)調(diào)理電路連接，用于將所述信號(hào)處理模塊輸入的補(bǔ)償信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出至所述信號(hào)調(diào)理電路；
所述信號(hào)調(diào)理電路包括:第一運(yùn)算放大器、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、接地端子、輸出電壓端子Vref ;
所述第一電阻一端連接至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，另一端串聯(lián)至第一運(yùn)算放大器反向輸入端；所述第一運(yùn)算放大器輸出端與所述第三電阻、所述Vref輸出端子、所述第三電容、所述接地端子順序串聯(lián)；所述第四電容并聯(lián)于所述第三電容兩端；所述第二電容并聯(lián)于所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端及輸出端；所述第二電阻并聯(lián)于所述第一運(yùn)算放大器反向輸入端及所述輸出電壓端子Vref ;所述第一電容并聯(lián)于所述第二電阻兩端；所述第一運(yùn)算放大器非反向輸入端與所述地線端子連接；
所述電流注入電路設(shè)置有第八電阻，所述第八電阻一端連接至所述輸出電壓端子Vref，另一端接入光接收模塊與電流電壓轉(zhuǎn)換模塊間的結(jié)點(diǎn)；用于根據(jù)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入的信號(hào)向所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出補(bǔ)償電流。
[0009]再進(jìn)一步的，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊還包括輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元；所述輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元分別與所述光接收模塊、所述信號(hào)處理模塊連接，用于提供多一組轉(zhuǎn)換接口 ；
所述電流注入電路還設(shè)置有第九電阻，用于提供多一個(gè)電流注入接口。
[0010]作為一種改進(jìn)， 所述補(bǔ)償模塊還包括信號(hào)反相電路；
所述信號(hào)反向電路包括第四電阻、第五電阻、第二運(yùn)算放大器，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的共模電壓端子Vcom ；
所述第四電阻一端連接至所述輸出電壓端子Vref，另一端連接至第二運(yùn)算放大器反向輸入端；所述第五電阻并聯(lián)在所述第二運(yùn)算放大器反向輸入端與第二運(yùn)算放大器輸出端之間；所述共模電壓端子連接至所述第二運(yùn)算放大器非反向輸入端；所述第九電阻一端連接至第二運(yùn)算放大器輸出端，另一端接入光接收模塊與輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元間的結(jié)點(diǎn)，用于對(duì)所述輸出電壓端子Vref輸出的電壓以所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的共模電壓Vcom為中心進(jìn)行反相，產(chǎn)生一對(duì)以所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的共模電壓Vcom為中心對(duì)稱(chēng)的電壓。
[0011]再者，所述第八電阻與所述第九電阻設(shè)置為可調(diào)式電阻。
[0012]再進(jìn)一步的，在所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊與所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊之間還設(shè)置有信號(hào)調(diào)理模塊，所述信號(hào)調(diào)理模塊分別與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，用于當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中未集成放大濾波電路時(shí)，對(duì)所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的光電壓信號(hào)進(jìn)行放大和/或?yàn)V波操作，并輸出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)化電路。
[0013]一種提高血氧抗環(huán)境光測(cè)量的方法，包括以下順序步驟:
設(shè)定直流分量閥值的步驟；
啟動(dòng)發(fā)光模塊的步驟；
啟動(dòng)光接收模塊的步驟；
將光接收模塊輸出的光電流數(shù)字化的步驟；
提取光電流數(shù)字信號(hào)中直流分量的步驟；
判斷所述直流分量是否超范圍的步驟；
若所述直流分量超出范圍，則執(zhí)行以下步驟:調(diào)整補(bǔ)償量大小的步驟；
按調(diào)整后補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E；
重新開(kāi)始提取光電流數(shù)學(xué)信號(hào)中直流分量的步驟；
若所述直流分量未超出范圍，則返回所述提取光電流數(shù)字信號(hào)中直流分量的步驟。
[0014]進(jìn)一步的，所述按調(diào)整后補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E中還包括以下步驟: 按所述調(diào)整后補(bǔ)償量輸入與所述直流分量電壓相反的補(bǔ)償直流分量。
[0015]再進(jìn)一步的，所述設(shè)定直流分量閥值的步驟中還包括以下步驟:
選擇是否手動(dòng)輸入的步驟；
若選擇是，則手動(dòng)輸入；
若選擇否，則啟動(dòng)自動(dòng)輸入的步驟。
[0016]再進(jìn)一步的，所述啟動(dòng)自動(dòng)輸入的步驟中還包括以下步驟:
關(guān)閉發(fā)光模塊的步驟；
啟動(dòng)光接收模塊的步驟；
將光接收模塊輸出的干擾光電流數(shù)字化的步驟；
提取干擾光電流數(shù)字信號(hào)中干擾直流分量的步驟；
將所述干擾直流分量處理為所述直流分量閥值的步驟。
[0017]本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置通過(guò)采用基于調(diào)整電流的補(bǔ)償模塊同時(shí)，避免了在補(bǔ)償模塊前增加信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，并從源頭上避免了測(cè)量設(shè)備對(duì)干擾信號(hào)的處理而造成的誤差，提高了測(cè)量的精確地，使本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置具有更廣泛的使用范圍，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而對(duì)應(yīng)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量方法也同樣具有上述優(yōu)點(diǎn)。
[0018]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的【具體實(shí)施方式】及附圖作詳細(xì)描述。
[0019]圖1為本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置的改進(jìn)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量方法的基本示意圖；
圖4為本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量方法的改進(jìn)示意圖；
圖5為本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置的補(bǔ)償模塊的電路示意圖；
圖6為本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置的補(bǔ)償模塊的改進(jìn)電路示意圖；
圖7為本發(fā)明一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置的信號(hào)處理模塊工作流程示意圖。
[0020]【具體實(shí)施方式】
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]如附圖1-7所示，一種提高血氧抗環(huán)境光測(cè)量的裝置，設(shè)置有:用于提供有效光源的發(fā)光模塊101 ;用于接收所述發(fā)光模塊101照射被測(cè)體后的折射光及反射光并轉(zhuǎn)換為光電流的光接收模塊102 ;與所述光接收模塊102連接，用于將其輸出的光電流轉(zhuǎn)換成光電壓的電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104 ;與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104連接，用于將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊106 ;與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊106連接，用于對(duì)其輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)算法處理的信號(hào)處理模塊107。[0022]還設(shè)置有補(bǔ)償模塊103，該補(bǔ)償模塊103設(shè)置于所述光接收模塊102和所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104之間，并分別與所述光接收模塊102、所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104、所述信號(hào)處理模塊107連接，用于根據(jù)所述信號(hào)處理模塊107輸出的信號(hào)，濾除所述光接收模塊102輸出的干擾光電流。
[0023]進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償模塊103包括有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路301、信號(hào)調(diào)理電路302、電流注入電路304。
[0024]所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路301分別與所述信號(hào)處理模塊107、所述信號(hào)調(diào)理電路302連接，用于將所述信號(hào)處理模塊107輸入的補(bǔ)償信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出至所述信號(hào)調(diào)理電路 302。
[0025]所述信號(hào)調(diào)理電路302包括:第一運(yùn)算放大器opal、第一電容Cl、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第一電阻rl、第二電阻r2、第三電阻r3、接地端子、輸出電壓端子Vref輸出端子O。
[0026]所述第一電阻rl 一端連接至數(shù)模轉(zhuǎn)換電路301，另一端串聯(lián)至第一運(yùn)算放大器opal的反向輸入端；所述第一運(yùn)算放大器輸出端與所述第三電阻r3、所述輸出電壓端子Vref、所述第三電容c3、所述接地端子O順序串聯(lián)；所述第四電容c4并聯(lián)于所述第三電容c3兩端；所述第二電容c2并聯(lián)于所述第一運(yùn)算放大器opal的反向輸入端及輸出端；所述第二電阻r2并聯(lián)于所述第一運(yùn)算放大器反向輸入端及所述輸出電壓端子Vref ;所述第一電容Cl并聯(lián)于所述第二電阻r2兩端；所述第一運(yùn)算放大器opal的非反向輸入端與所述地線端子O連接。
[0027]所述電流注入電路304設(shè)置有第八電阻r8，所述第八電阻r8—端連接至所述輸出電壓端子Vref，另一端接入光接收模塊102與電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104間的結(jié)點(diǎn)；用于根據(jù)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路301輸入的信號(hào)向所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104輸出補(bǔ)償電流。
[0028]再進(jìn)一步的，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104還包括輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元1041 ;所述輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元1041分別與所述光接收模塊102、所述信號(hào)處理模塊107連接，用于提供多一組轉(zhuǎn)換接口。
[0029]所述電流注入電路304還設(shè)置有第九電阻r9，用于提供多一個(gè)電流注入接口。
[0030]作為一種改進(jìn)，所述補(bǔ)償模塊103還包括信號(hào)反向電路303。
[0031]所述信號(hào)反向電路303包括第四電阻r4、第五電阻r5、第二運(yùn)算放大器opa2，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104的共模電壓端子Vcom。
[0032]所述第四電阻r4 一端連接至所述輸出電壓端子Vref，另一端連接至第二運(yùn)算放大器opa2的反向輸入端；所述第五電阻r5并聯(lián)于所述第二運(yùn)算放大器opa2的反向輸入端與第二運(yùn)算放大器opa2的輸出端之間；所述共模電壓端子Vcom連接至所述第二運(yùn)算放大器opa2的非反向輸入端；第九電阻r9 一端連接至第二運(yùn)算放大器opa2的輸出端,另一端接入光接收模塊102與輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元1041間的結(jié)點(diǎn)，用于對(duì)所述輸出電壓端子Vref輸出的電流以所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104的共模電壓為中心進(jìn)行反相，產(chǎn)生一對(duì)以所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104的共模電壓為中心對(duì)稱(chēng)的電壓。
[0033]再者，所述第八電 阻r8與所述第九電阻r9設(shè)置為可調(diào)式電阻。
[0034]又一步的，在所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104與所述模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊106之間還設(shè)置有信號(hào)調(diào)理模塊105，所述信號(hào)調(diào)理模塊105分別與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊106連接，用于當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊106中未集成放大濾波電路PGA時(shí)，對(duì)所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104輸出的光電壓信號(hào)進(jìn)行放大和/或?yàn)V波操作，并輸出至所述模數(shù)轉(zhuǎn)化電路106。
[0035]一種提高血氧抗環(huán)境光測(cè)量的方法，包括以下順序步驟:
開(kāi)啟設(shè)備后設(shè)定直流分量閥值的步驟；
啟動(dòng)發(fā)光模塊101的步驟；
啟動(dòng)光接收模塊102的步驟；
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊106將光接收模塊102輸出的光電流數(shù)字化的步驟；
信號(hào)處理模塊107提取光電流數(shù)字信號(hào)中直流分量的步驟；
信號(hào)處理模塊107判斷所述直流分量是否超范圍的步驟；
若所述直流分量超出范圍，則執(zhí)行以下步驟:
信號(hào)處理模塊107調(diào)整補(bǔ)償量大小的步驟；
補(bǔ)償模塊103按調(diào)整后補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E；
信號(hào)處理模塊107重新開(kāi) 始提取光電流數(shù)學(xué)信號(hào)中直流分量的步驟；
若所述直流分量未超出范圍，則返回所述信號(hào)處理模塊107提取光電流數(shù)字信號(hào)中直流分量的步驟。
[0036]進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償模塊103按調(diào)整后補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E中還包括以下步驟:
補(bǔ)償模塊103按所述調(diào)整后補(bǔ)償量輸入與直流分量電壓相反的補(bǔ)償直流分量。
[0037]再進(jìn)一步的，信號(hào)處理模塊107設(shè)定直流分量閥值的步驟中還包括以下步驟:
提示選擇是否手動(dòng)輸入的步驟；
若選擇是，則手動(dòng)輸入直流分量閥值；
若選擇否，則啟動(dòng)自動(dòng)輸入的步驟。
[0038]再進(jìn)一步的，所述啟動(dòng)自動(dòng)輸入的步驟中還包括以下步驟:
關(guān)閉發(fā)光模塊101的步驟；
啟動(dòng)光接收模塊102的步驟；
模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊106將光接收模塊102輸出的干擾光電流數(shù)字化的步驟；
信號(hào)處理模塊107提取干擾光電流數(shù)字信號(hào)中干擾直流分量的步驟；
將所述干擾直流分量處理為所述直流分量閥值的步驟。
[0039]具體的說(shuō)，如圖1、2所示:
光源。該光源為發(fā)光模塊101發(fā)出的光和環(huán)境光即干擾光。
[0040]光接收模塊102。接收發(fā)光模塊101發(fā)出的光，同時(shí)還會(huì)接收到部分外界環(huán)境光；并將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，這部分電流信號(hào)包含了發(fā)光模塊產(chǎn)生的電流信號(hào)和環(huán)境光的干擾電流信號(hào)。
[0041]補(bǔ)償模塊103。補(bǔ)償模塊103即為一個(gè)輸出電流可調(diào)的恒流源電路，用于抵消環(huán)境光產(chǎn)生的干擾光電流。補(bǔ)償電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路301、信號(hào)調(diào)理電路302、信號(hào)反相電路303、電流注入電路304四個(gè)單元電路。
[0042]電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104。將補(bǔ)償之后的光電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，若環(huán)境光產(chǎn)生的電流補(bǔ)償不充分，輸出的電壓信號(hào)將會(huì)含有一定的直流成分，因其幅度很低，不會(huì)導(dǎo)致測(cè)量電路飽和，且信號(hào)處理模塊107可輕易對(duì)這部分干擾信號(hào)進(jìn)行處理，在故其影響可以忽略。
[0043]信號(hào)調(diào)理模塊105。這部分電路可對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和/或?yàn)V波操作。根據(jù)具體的應(yīng)用，若模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)內(nèi)部集成了放大器，濾波可以在電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104中進(jìn)行硬件濾波或/和信號(hào)處理模塊107中進(jìn)行數(shù)字濾波，那么信號(hào)調(diào)理模塊105可以省略。
[0044]模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊106。模數(shù)轉(zhuǎn)換是將信號(hào)調(diào)理模塊105輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(若信號(hào)調(diào)理模塊105被省略，則直接將電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào))，為信號(hào)處理模塊107的數(shù)字信號(hào)處理做準(zhǔn)備。
[0045]數(shù)字信號(hào)處理107。將模數(shù)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行算法處理，算法處理包括控制補(bǔ)償模塊103輸出所需的補(bǔ)償電流以及血氧、脈率的計(jì)算等。
[0046]光接收模塊102接收所有在其接收光譜范圍內(nèi)的光源，將光能轉(zhuǎn)換為電能，即轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。
[0047]光接收模塊102輸出的電流信號(hào)包含了發(fā)光模塊產(chǎn)生的光電流或/和環(huán)境光產(chǎn)生的干擾光電流。
[0048]發(fā)光模塊101發(fā)射的光是一種具有一定電流大小、一定頻率、一定占空比的光,透過(guò)人體特定部位之后，光接收模塊102將接收的光轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，該電流為方波，波峰具有一定的幅度，波谷為O。
[0049]在血氧的測(cè)量過(guò)程中，環(huán)境光被光接收模塊102接收之后轉(zhuǎn)換成電流，但因環(huán)境光變換緩慢，可認(rèn)為這部分電流為直流電流。那么，在存在環(huán)境光影響的情況下，光接收模塊102輸出的電流為具有一定偏置的方波電流信號(hào),其方波的波谷即為環(huán)境光產(chǎn)生的光電流，波峰至波谷電流為發(fā)光模塊102的光線透過(guò)人體特定部位后產(chǎn)生的光電流。
[0050]補(bǔ)償模塊103為一`個(gè)可調(diào)的恒流源發(fā)生電路，利用了環(huán)境光產(chǎn)生的電流為直流的特點(diǎn)，根據(jù)信號(hào)處理模塊輸出信號(hào)，輸出一個(gè)與環(huán)境光相等的電流將其抵消，那么剩余的電流就只剩下發(fā)光模塊的光線透過(guò)人體特定部位后產(chǎn)生的光電流。
[0051]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)信號(hào)處理模塊107接收的干擾電流信號(hào)，計(jì)算得出該光電流的干擾直流分量，然后通過(guò)補(bǔ)償電流輸出一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償直流分量進(jìn)行抵消，這樣便實(shí)現(xiàn)了不同外界光照下的補(bǔ)償，提高了血氧測(cè)量的準(zhǔn)確性及可靠性。
[0052]經(jīng)補(bǔ)償之后，只剩下發(fā)光模塊的光線透過(guò)人體特定部位產(chǎn)生的光電流，即方波電流的波谷為O。在實(shí)際的控制中，環(huán)境光產(chǎn)生的電流允許有少量剩余，剩余部分由107進(jìn)行處理。
[0053]實(shí)施例一
如圖5所示，補(bǔ)償電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC) 301、信號(hào)調(diào)理電路302、電流注入電路304三個(gè)單元電路，電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104為較為通用的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)調(diào)理模塊105對(duì)信號(hào)進(jìn)行程控放大以滿足不同信號(hào)強(qiáng)度的需求，并且直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該實(shí)施例沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理模塊105，只由圖中C5對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波。該方案針對(duì)單端電流轉(zhuǎn)換電路，所謂單端電流轉(zhuǎn)換即電流電壓轉(zhuǎn)換模塊104輸入為單端。補(bǔ)償電流公式
^ I _『,MT
為:—丁。
[0054]數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC) 301，輸出可調(diào)電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用的基準(zhǔn)源、位數(shù)決定了輸出電壓精度和電壓調(diào)節(jié)步長(zhǎng)。例如，一個(gè)12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)源為2.5V，那么，可調(diào)節(jié)的數(shù)字量為:
【權(quán)利要求】
1.一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置，設(shè)置有:用于提供有效光源的發(fā)光模塊；用于接收所述發(fā)光模塊照射被測(cè)體后的折射光及反射光并轉(zhuǎn)換為光電流的光接收模塊；與所述光接收模塊連接，用于將其輸出的光電流轉(zhuǎn)換成光電壓的電流電壓轉(zhuǎn)換模塊；與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊連接，用于將其輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，用于對(duì)其輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)算法處理的信號(hào)處理模塊； 其特征在于，還設(shè)置有補(bǔ)償模塊，該補(bǔ)償模塊設(shè)置于所述光接收模塊和所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊之間，并分別與所述光接收模塊、所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、所述信號(hào)處理模塊連接，用于根據(jù)所述信號(hào)處理模塊輸出的信號(hào)，濾除所述光接收模塊輸出的干擾光電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償模塊包括有數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)調(diào)理電路、電流注入電路； 所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路分別與所述信號(hào)處理模塊、所述信號(hào)調(diào)理電路連接，用于將所述信號(hào)處理模塊輸入的補(bǔ)償信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出至所述信號(hào)調(diào)理電路； 所述信號(hào)調(diào)理電路包括:第一運(yùn)算放大器、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻、第三電阻、接地端子、輸出電壓端子； 所述第一電阻一端連接至所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，另一端串聯(lián)至第一運(yùn)算放大器反向輸入端；所述第一運(yùn)算放大器輸出端與所述第三電阻、所述輸出電壓端子、所述第三電容、所述接地端子順序串聯(lián)；所述第四電容并聯(lián)于所述第三電容兩端；所述第二電容并聯(lián)于所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端及輸出端；所述第二電阻并聯(lián)于所述第一運(yùn)算放大器反向輸入端及所述輸出電壓端子；所述第一電容并聯(lián)于所述第二電阻兩端；所述第一運(yùn)算放大器非反向輸入端與所述地線端子連接； 所述電流注入電路設(shè)置有第八電阻，所述第八電阻一端連接至所述輸出電壓端子，另一端接入所述光接收模塊與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊間的結(jié)點(diǎn)；用于根據(jù)所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入的信號(hào)向所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出補(bǔ)償電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置，其特征在于，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊還包括輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元；所述輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元分別與所述光接收模塊、所述信號(hào)處理模塊連接，用于提供多一組轉(zhuǎn)換接口 ； 所述電流注入電路還設(shè)置有第九電阻，用于提供多一個(gè)電流注入接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償模塊還包括信號(hào)反相電路； 所述信號(hào)反向電路包括第四電阻、第五電阻、第二運(yùn)算放大器，所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的共模電壓端子； 所述第四電阻一端連接至所述輸出電壓端子，另一端連接至第二運(yùn)算放大器反向輸入端；所述第五電阻并聯(lián)于所述第二運(yùn)算放大器反向輸入端與第二運(yùn)算放大器輸出端之間；所述共模電壓端子連接至所述第二運(yùn)算放大器非反向輸入端；所述第九電阻一端連接至第二運(yùn)算放大器輸出端，另一端接入光接收模塊與輔助電流電壓轉(zhuǎn)換單元間的結(jié)點(diǎn)，用于對(duì)所述輸出電壓端子輸出的電流以所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的共模電壓為中心進(jìn)行反相，產(chǎn)生一對(duì)以所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊的共模電壓為中心對(duì)稱(chēng)的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置，其特征在于，所述第八電阻與所述第九電阻設(shè)置為可調(diào)式電阻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量裝置，其特征在于，在所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間還設(shè)置有信號(hào)調(diào)理模塊，所述信號(hào)調(diào)理模塊分別與所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，用于當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中未集成放大濾波電路時(shí)，對(duì)所述電流電壓轉(zhuǎn)換模塊輸出的光電壓信號(hào)進(jìn)行放大和/或?yàn)V波操作，并輸出給所述模數(shù)轉(zhuǎn)化電路。
7.一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量的方法，其特征在于，包括以下順序步驟: 設(shè)定直流分量閥值的步驟； 啟動(dòng)發(fā)光模塊的步驟； 啟動(dòng)光接收模塊的步驟； 將光接收模塊輸出的光電流數(shù)字化的步驟； 提取光電流數(shù)字信號(hào)中直流分量的步驟； 判斷所述直流分量是否超范圍的步驟； 若所述直流分量超出范圍，則執(zhí)行以下步驟: 調(diào)整補(bǔ)償量大小的步驟； 按調(diào)整后補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E； 重新開(kāi)始提取光電流數(shù)學(xué)信號(hào)中直流分量的步驟； 若所述直流分量未超出范圍，則返回所述提取光電流數(shù)字信號(hào)中直流分量的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量的方法，其特征在于，所述按調(diào)整后補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟襟E中還包括以下步驟: 按所述調(diào)整后補(bǔ)償量輸入與所述直流分量電壓相反的補(bǔ)償直流分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量的方法，其特征在于，所述設(shè)定直流分量閥值的步驟中還包括以下步驟: 選擇是否手動(dòng)輸入的步驟； 若選擇是，則手動(dòng)輸入； 若選擇否，則啟動(dòng)自動(dòng)輸入的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種抗環(huán)境光干擾的血氧測(cè)量的方法，其特征在于，所述啟動(dòng)自動(dòng)輸入的步驟中還包括以下步驟: 關(guān)閉發(fā)光模塊的步驟； 啟動(dòng)光接收模塊的步驟； 將光接收模塊輸出的干擾光電流數(shù)字化的步驟； 提取干擾光電流數(shù)字信號(hào)中干擾直流分量的步驟； 將所述干擾直流分量處理為所述直流分量閥值的步驟。
【文檔編號(hào)】A61B5/1455GK103767712SQ201410009754
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】劉慶良 申請(qǐng)人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司