血氧供給檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種血氧供給檢測儀，所述檢測儀包括面部膚色檢測設(shè)備、脈搏監(jiān)控設(shè)備、血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備和數(shù)字信號處理器，所述面部膚色檢測設(shè)備基于被測人員的面部識別確定被測人員的膚色等級，所述脈搏監(jiān)控設(shè)備對被測人員脈搏狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所述血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備確定被測人員的血氧飽和度等級，所述數(shù)字信號處理器基于所述膚色等級和所述血氧飽和度等級確定被測人員的血氧供給情況。通過本發(fā)明，能夠在自動監(jiān)控被測人員脈搏數(shù)據(jù)的同時，采用兩種指標(biāo)綜合衡量被測人員的血氧供給情況。
【專利說明】血氧供給檢測儀
[0001 ] 本發(fā)明是申請?zhí)枮?01510874798.7、申請日為2015年12月2日、發(fā)明名稱為“血氧供給檢測儀”的專利的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及血氧檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種血氧供給檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0003]血氧飽和度(Sp02)是血液中被氧結(jié)合的氧合血紅蛋白(Hb02)的容量占全部可結(jié)合的血紅蛋白(Hb ,hemoglobin)容量的百分比，即血液中血氧的濃度，它是呼吸循環(huán)的重要生理參數(shù)。而功能性氧飽和度為Hb02濃度與Hb02+Hb濃度之比，有別于氧合血紅蛋白所占百分?jǐn)?shù)。因此，監(jiān)測動脈血氧飽和度(Sa02)可以對肺的氧合和血紅蛋白攜氧能力進(jìn)行估計。
[0004]正常人體動脈血的血氧飽和度為98%，靜脈血為75%。人體的新陳代謝過程是生物氧化過程，而新陳代謝過程中所需要的氧，是通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體血液，與血液紅細(xì)胞中的血紅蛋白(Hb)，結(jié)合成氧合血紅蛋白(Hb02)，再輸送到人體各部分組織細(xì)胞中去。血液攜帶輸送氧氣的能力即用血氧飽和度來衡量。
[0005]由于許多臨床疾病會造成氧供給的缺乏，直接影響細(xì)胞的正常新陳代謝，嚴(yán)重的還會威脅人的生命，所以血氧飽和度的實(shí)時監(jiān)測在臨床救護(hù)中非常重要?，F(xiàn)有技術(shù)中對血氧飽和度測量方法是先進(jìn)行人體采血，再利用血?dú)夥治鰞x進(jìn)行電化學(xué)分析，測出血氧分壓計算出血氧飽和度。這種方法比較麻煩，且不能進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中還存在一些指套式光電傳感器，測量時，只需將傳感器套在人手指上，利用手指作為盛裝血紅蛋白的透明容器，使用波長660nm的紅光和940nm的近紅外光作為射入光源，測定通過組織床的光傳導(dǎo)強(qiáng)度，來計算血紅蛋白濃度及血氧飽和度。
[0007]但是，現(xiàn)有技術(shù)中的血氧飽和度檢測方案都存在以下缺陷:只能對血氧飽和度進(jìn)行檢測，檢測的對象比較單一;檢測機(jī)制落后，結(jié)構(gòu)冗余度過高，精度滿足不了日趨增加的精度需求;尤為重要的是，對血氧飽和度的檢測機(jī)理唯一化，只能通過一個因素來確定血氧飽和度，檢測過程不夠科學(xué)。
[0008]因此，本發(fā)明提出了一種血氧供給檢測儀，能夠改善落后的血氧飽和度檢測儀器的結(jié)構(gòu)，將脈搏檢測融入到血氧飽和度檢測中，拓寬檢測的生理參數(shù)的范圍，提高血氧飽和度的檢測精度，另外，還能夠?qū)⒐怆妭鞲屑夹g(shù)和圖像識別技術(shù)結(jié)合確定血氧飽和度的濃度，從而，從整體上提高血氧飽和度儀器的檢測精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種血氧供給檢測儀，優(yōu)化當(dāng)前的血氧飽和度檢測儀器的結(jié)構(gòu)，將脈搏檢測融入血氧飽和度檢測中，提高血氧飽和度的檢測精度，同時，采用有針對性的圖像識別技術(shù)對被測人員的膚色進(jìn)行識別，將膚色作為血氧飽和度檢測的因素之一，使得血氧飽和度的檢測結(jié)果不易受單一因素的干擾。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種血氧供給檢測儀，所述檢測儀包括面部膚色檢測設(shè)備、脈搏監(jiān)控設(shè)備、血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備和數(shù)字信號處理器，所述面部膚色檢測設(shè)備基于被測人員的面部識別確定被測人員的膚色等級，所述脈搏監(jiān)控設(shè)備對被測人員脈搏狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所述血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備確定被測人員的血氧飽和度等級，所述數(shù)字信號處理器基于所述膚色等級和所述血氧飽和度等級確定被測人員的血氧供給情況。
[0011 ]更具體地，在所述血氧供給檢測儀中，包括:靜態(tài)存儲設(shè)備，預(yù)先存儲了預(yù)設(shè)膚色權(quán)重、預(yù)設(shè)血氧飽和度權(quán)重、預(yù)設(shè)權(quán)衡下限閾值、預(yù)設(shè)權(quán)衡上限閾值、黑白閾值和像素數(shù)閾值，所述黑白閾值用于對圖像執(zhí)行二值化處理，所述靜態(tài)存儲設(shè)備還預(yù)先存儲了四種膚色均值區(qū)間和四種血氧飽和度區(qū)間，所述四種膚色均值區(qū)間分別對應(yīng)四種膚色等級，所述四種血氧飽和度區(qū)間分別對應(yīng)四種血氧飽和度等級；高清攝像頭，用于對被測人員面部進(jìn)行拍攝，以獲得被測人員面部圖像;面部膚色檢測設(shè)備包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測子設(shè)備、行邊緣檢測子設(shè)備、目標(biāo)分割子設(shè)備、膚色提取子設(shè)備和膚色等級識別子設(shè)備，所述圖像預(yù)處理子設(shè)備與所述高清攝像頭連接，以對所述被測人員面部圖像依次執(zhí)行自適應(yīng)邊緣增強(qiáng)和小波濾波處理，以獲得預(yù)處理面部圖像;所述二值化處理子設(shè)備與所述圖像預(yù)處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述預(yù)處理面部圖像的每一個像素的亮度與所述黑白閾值分別比較，當(dāng)像素的亮度大于所述黑白閾值時，將像素記為白色像素，當(dāng)像素的亮度小于所述黑白閾值時，將像素記為黑色像素，從而獲得二值化面部圖像;所述列邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化面部圖像，計算每列黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的列記為邊緣列;所述行邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化面部圖像，計算每行黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的行記為邊緣行;所述目標(biāo)分割子設(shè)備與所述列邊緣檢測子設(shè)備和所述行邊緣檢測子設(shè)備分別連接，將邊緣列和邊緣行交織的區(qū)域作為目標(biāo)存在區(qū)域，并從所述二值化面部圖像中分割出所述目標(biāo)存在區(qū)域以作為面部子圖像輸出，以將面部子圖像從被測人員面部圖像的背景處分開;所述膚色提取子設(shè)備與所述目標(biāo)分割子設(shè)備連接，針對面部子圖像，將其所有像素的亮度累加并除以其所有像素的數(shù)量以獲得目標(biāo)膚色均值;所述膚色等級識別子設(shè)備與所述膚色提取子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述目標(biāo)膚色均值與四種膚色均值區(qū)間匹配，輸出匹配的膚色均值區(qū)間所對應(yīng)的膚色等級作為目標(biāo)膚色等級輸出；第一電阻，一端與5V電源連接，另一端與紅外接收二極管的正端連接;第二電阻，一端與5V電源連接，另一端與第三電阻的一端連接;第三電阻，另一端接地，并具有與第二電阻相同的阻值;第一雙路運(yùn)算放大器，用于產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓，其正端與第二電阻的另一端連接，負(fù)端與第一電容的一端連接，輸出端與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接，負(fù)端還與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接;第一電容，另一端接地;第四電阻，一端與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接;第二雙路運(yùn)算放大器，正端與第四電阻的另一端連接，負(fù)端與紅外接收二極管的正端連接，輸出端作為脈搏電壓;第五電阻，并聯(lián)在第二雙路運(yùn)算放大器負(fù)端和第二雙路運(yùn)算放大器輸出端之間；第二電容，并聯(lián)在第二雙路運(yùn)算放大器負(fù)端和第二雙路運(yùn)算放大器輸出端之間;紅外發(fā)射二極管，設(shè)置在被測人員耳部毛細(xì)血管位置，用于發(fā)射紅外光，紅外發(fā)射二極管的負(fù)端與紅外接收二極管的正端連接;紅外接收二極管，設(shè)置在被測人員耳部毛細(xì)血管位置，位于所述紅外發(fā)射二極管的相對位置，用于接收透射被測人員耳部毛細(xì)血管后的紅外光;發(fā)光二極管，設(shè)置在被測人員手指指尖毛細(xì)血管位置，與光源驅(qū)動電路連接，用于基于光源驅(qū)動電路發(fā)送的發(fā)光控制信號，交替發(fā)射紅外光和紅光;光源驅(qū)動電路，內(nèi)置定時器，用于向所述發(fā)光二極管發(fā)送發(fā)光控制信號;光電轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在被測人員手指指尖上，位于所述發(fā)光二極管的相對位置，用于接收透射被測人員手指指尖毛細(xì)血管后的紅外光和紅光，并將透射紅外光和透射紅光分別轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，以獲得模擬紅外光電流和模擬紅光電流;電流電壓轉(zhuǎn)換電路，與所述光電轉(zhuǎn)換器連接，用于對模擬紅外光電流和模擬紅光電流分別進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，以分別獲得模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓;信號放大器，與所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接，用于對模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓分別進(jìn)行放大，以獲得模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓;信號檢測電路，與所述信號放大器連接，包括直流信號檢測子電路和交流信號檢測子電路，用于檢測模擬紅外光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第一直流電壓和第一交流電壓輸出，還用于檢測模擬紅光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第二直流電壓和第二交流電壓輸出；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與所述信號檢測電路連接，用于對第一直流電壓、第一交流電壓、第二直流電壓和第二交流電壓分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以獲得第一數(shù)字化直流電壓、第一數(shù)字化交流電壓、第二數(shù)字化直流電壓和第二數(shù)字化交流電壓;數(shù)字信號處理器，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述靜態(tài)存儲設(shè)備和所述面部膚色檢測設(shè)備分別連接，將第二數(shù)字化交流電壓與第二數(shù)字化直流電壓的比值除以第一數(shù)字化交流電壓與第一數(shù)字化直流電壓的比值以獲得吸收光比值因子，并基于吸收光比值因子計算血氧飽和度，其中，血氧飽和度與吸收光比值因子成線性關(guān)系;所述數(shù)字信號處理器還與所述第二雙路運(yùn)算放大器的輸出端連接以獲得所述脈搏電壓，并當(dāng)所述脈搏電壓在預(yù)設(shè)脈搏范圍之外時，發(fā)出脈搏異常識別信號;其中，所述數(shù)字信號處理器將計算獲得的血氧飽和度與所述四種血氧飽和度區(qū)間進(jìn)行匹配，將匹配成功的血氧飽和度區(qū)間所對應(yīng)的血氧飽和度等級作為目標(biāo)血氧飽和度等級；其中，所述光電轉(zhuǎn)換器為一光電二極管;其中，在所述信號放大器和所述信號檢測電路之間還設(shè)置信號濾波電路，用于濾除模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓中的噪聲成分;其中，當(dāng)紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間無脈搏時，脈搏電壓為2.5V，當(dāng)紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間存在跳動的脈搏時，血脈使耳部透光性變差，脈搏電壓大于2.5V;其中，所述數(shù)字信號處理器將目標(biāo)膚色等級與預(yù)設(shè)膚色權(quán)重相乘，將目標(biāo)血氧飽和度等級與預(yù)設(shè)血氧飽和度權(quán)重相乘，將兩個乘積相加以獲得總權(quán)衡值，當(dāng)總權(quán)衡值小于等于預(yù)設(shè)權(quán)衡下限閾值時，發(fā)出血氧不足識別信號，當(dāng)總權(quán)衡值大于等于預(yù)設(shè)權(quán)衡上限閾值時，發(fā)出血氧過量識別信號。
[0012]更具體地，在所述血氧供給檢測儀中，所述檢測儀還包括:藍(lán)牙通信接口，與所述數(shù)字信號處理器連接，用于將脈搏異常識別信號、血氧不足識別信號或血氧過量識別信號發(fā)送給遠(yuǎn)端的醫(yī)療監(jiān)護(hù)云服務(wù)器。
[0013]更具體地，在所述血氧供給檢測儀中:所述發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光的波長為940nm，所述發(fā)光二極管發(fā)射的紅光的波長為660nmo
[0014]更具體地，在所述血氧供給檢測儀中:第一雙路運(yùn)算放大器和第二雙路運(yùn)算放大器都為TI公司的雙路運(yùn)算放大器。
[0015]更具體地，在所述血氧供給檢測儀中:圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測子設(shè)備、行邊緣檢測子設(shè)備、目標(biāo)分割子設(shè)備、膚色提取子設(shè)備和膚色等級識別子設(shè)備分別采用不同的FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0016]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0017]圖1為本發(fā)明的血氧供給檢測儀的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0018]附圖標(biāo)記:I面部膚色檢測設(shè)備;2脈搏監(jiān)控設(shè)備；3血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備;4數(shù)字信號處理器
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將參照附圖對本發(fā)明的血氧供給檢測儀的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]缺氧是機(jī)體氧供與氧耗之間出現(xiàn)的不平衡，即組織細(xì)胞代謝處于乏氧狀態(tài)。機(jī)體是否缺氧取決于各組織接受的氧運(yùn)輸量和氧儲備能否滿足有氧代謝的需要。缺氧的危害與缺氧程度、發(fā)生速度及持續(xù)時間有關(guān)。嚴(yán)重低氧血癥是麻醉死亡的常見原因，約占心臟驟?；驀?yán)重腦細(xì)胞損害死亡的1/3到2/3。
[0021 ]缺氧對機(jī)體有著巨大的影響。比如對CNS，肝、腎功能的影響。低氧時首先出現(xiàn)的是代償性心率加速，心搏及心排血量增加，循環(huán)系統(tǒng)以高動力狀態(tài)代償氧含量的不足。同時產(chǎn)生血流再分配，腦及冠狀血管選擇性擴(kuò)張以保障足夠的血供。但在嚴(yán)重的低氧狀況時，由于心內(nèi)膜下乳酸堆積，ATP合成降低，產(chǎn)生心肌抑制，導(dǎo)致心動過緩，期前收縮，血壓下降與心排血量降低，以及出現(xiàn)室顫等心率失常乃至停搏。
[0022]由于缺氧對人們身體的危害性，血氧飽和度檢測儀器一直是醫(yī)療儀器研發(fā)商重點(diǎn)研發(fā)的課題之一。然而，當(dāng)前的血氧飽和度檢測儀器檢測對象單一、電路結(jié)構(gòu)冗余度高以及檢測機(jī)理不夠全面，導(dǎo)致血氧飽和度檢測的效果不佳，無法滿足病人和醫(yī)方的當(dāng)前需求。
[0023]為此，本發(fā)明搭建了一種血氧供給檢測儀，優(yōu)化當(dāng)前的血氧飽和度檢測儀器的結(jié)構(gòu)，將脈搏檢測融入血氧飽和度檢測中，更關(guān)鍵的是，采用高精度的圖像識別技術(shù)對被測人員的膚色進(jìn)行識別，將膚色作為血氧飽和度檢測的因素之一，綜合考慮血氧飽和度的檢測結(jié)果，從而提高檢測結(jié)果的合理性。
[0024]圖1為本發(fā)明的血氧供給檢測儀的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方框圖，所述檢測儀包括面部膚色檢測設(shè)備、脈搏監(jiān)控設(shè)備、血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備和數(shù)字信號處理器，所述面部膚色檢測設(shè)備基于被測人員的面部識別確定被測人員的膚色等級，所述脈搏監(jiān)控設(shè)備對被測人員脈搏狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所述血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備確定被測人員的血氧飽和度等級，所述數(shù)字信號處理器基于所述膚色等級和所述血氧飽和度等級確定被測人員的血氧供給情況。
[0025]接著，繼續(xù)對本發(fā)明的血氧供給檢測儀的第二實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0026]所述檢測儀包括:靜態(tài)存儲設(shè)備，預(yù)先存儲了預(yù)設(shè)膚色權(quán)重、預(yù)設(shè)血氧飽和度權(quán)重、預(yù)設(shè)權(quán)衡下限閾值、預(yù)設(shè)權(quán)衡上限閾值、黑白閾值和像素數(shù)閾值，所述黑白閾值用于對圖像執(zhí)行二值化處理，所述靜態(tài)存儲設(shè)備還預(yù)先存儲了四種膚色均值區(qū)間和四種血氧飽和度區(qū)間，所述四種膚色均值區(qū)間分別對應(yīng)四種膚色等級，所述四種血氧飽和度區(qū)間分別對應(yīng)四種血氧飽和度等級。
[0027]所述檢測儀包括:高清攝像頭，用于對被測人員面部進(jìn)行拍攝，以獲得被測人員面部圖像。
[0028]所述檢測儀包括:面部膚色檢測設(shè)備，包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測子設(shè)備、行邊緣檢測子設(shè)備、目標(biāo)分割子設(shè)備、膚色提取子設(shè)備和膚色等級識別子設(shè)備，所述圖像預(yù)處理子設(shè)備與所述高清攝像頭連接，以對所述被測人員面部圖像依次執(zhí)行自適應(yīng)邊緣增強(qiáng)和小波濾波處理，以獲得預(yù)處理面部圖像;所述二值化處理子設(shè)備與所述圖像預(yù)處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述預(yù)處理面部圖像的每一個像素的亮度與所述黑白閾值分別比較，當(dāng)像素的亮度大于所述黑白閾值時，將像素記為白色像素，當(dāng)像素的亮度小于所述黑白閾值時，將像素記為黑色像素，從而獲得二值化面部圖像;所述列邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化面部圖像，計算每列黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的列記為邊緣列;所述行邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化面部圖像，計算每行黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的行記為邊緣行;所述目標(biāo)分割子設(shè)備與所述列邊緣檢測子設(shè)備和所述行邊緣檢測子設(shè)備分別連接，將邊緣列和邊緣行交織的區(qū)域作為目標(biāo)存在區(qū)域，并從所述二值化面部圖像中分割出所述目標(biāo)存在區(qū)域以作為面部子圖像輸出，以將面部子圖像從被測人員面部圖像的背景處分開;所述膚色提取子設(shè)備與所述目標(biāo)分割子設(shè)備連接，針對面部子圖像，將其所有像素的亮度累加并除以其所有像素的數(shù)量以獲得目標(biāo)膚色均值;所述膚色等級識別子設(shè)備與所述膚色提取子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述目標(biāo)膚色均值與四種膚色均值區(qū)間匹配，輸出匹配的膚色均值區(qū)間所對應(yīng)的膚色等級作為目標(biāo)膚色等級輸出。
[0029]所述檢測儀包括:第一電阻，一端與5V電源連接，另一端與紅外接收二極管的正端連接;第二電阻，一端與5V電源連接，另一端與第三電阻的一端連接;第三電阻，另一端接地，并具有與第二電阻相同的阻值;第一雙路運(yùn)算放大器，用于產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓，其正端與第二電阻的另一端連接，負(fù)端與第一電容的一端連接，輸出端與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接，負(fù)端還與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接。
[0030]所述檢測儀包括:第一電容，另一端接地;第四電阻，一端與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接;第二雙路運(yùn)算放大器，正端與第四電阻的另一端連接，負(fù)端與紅外接收二極管的正端連接，輸出端作為脈搏電壓;第五電阻，并聯(lián)在第二雙路運(yùn)算放大器負(fù)端和第二雙路運(yùn)算放大器輸出端之間；第二電容，并聯(lián)在第二雙路運(yùn)算放大器負(fù)端和第二雙路運(yùn)算放大器輸出端之間。
[0031]所述檢測儀包括:紅外發(fā)射二極管，設(shè)置在被測人員耳部毛細(xì)血管位置，用于發(fā)射紅外光，紅外發(fā)射二極管的負(fù)端與紅外接收二極管的正端連接;紅外接收二極管，設(shè)置在被測人員耳部毛細(xì)血管位置，位于所述紅外發(fā)射二極管的相對位置，用于接收透射被測人員耳部毛細(xì)血管后的紅外光;發(fā)光二極管，設(shè)置在被測人員手指指尖毛細(xì)血管位置，與光源驅(qū)動電路連接，用于基于光源驅(qū)動電路發(fā)送的發(fā)光控制信號，交替發(fā)射紅外光和紅光。
[0032]所述檢測儀包括:光源驅(qū)動電路，內(nèi)置定時器，用于向所述發(fā)光二極管發(fā)送發(fā)光控制信號;光電轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在被測人員手指指尖上，位于所述發(fā)光二極管的相對位置，用于接收透射被測人員手指指尖毛細(xì)血管后的紅外光和紅光，并將透射紅外光和透射紅光分別轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，以獲得模擬紅外光電流和模擬紅光電流;電流電壓轉(zhuǎn)換電路，與所述光電轉(zhuǎn)換器連接，用于對模擬紅外光電流和模擬紅光電流分別進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，以分別獲得模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓。
[0033]所述檢測儀包括:信號放大器，與所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接，用于對模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓分別進(jìn)行放大，以獲得模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓;信號檢測電路，與所述信號放大器連接，包括直流信號檢測子電路和交流信號檢測子電路，用于檢測模擬紅外光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第一直流電壓和第一交流電壓輸出，還用于檢測模擬紅光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第二直流電壓和第二交流電壓輸出。
[0034]所述檢測儀包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與所述信號檢測電路連接，用于對第一直流電壓、第一交流電壓、第二直流電壓和第二交流電壓分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以獲得第一數(shù)字化直流電壓、第一數(shù)字化交流電壓、第二數(shù)字化直流電壓和第二數(shù)字化交流電壓。
[0035]所述檢測儀包括:數(shù)字信號處理器，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述靜態(tài)存儲設(shè)備和所述面部膚色檢測設(shè)備分別連接，將第二數(shù)字化交流電壓與第二數(shù)字化直流電壓的比值除以第一數(shù)字化交流電壓與第一數(shù)字化直流電壓的比值以獲得吸收光比值因子，并基于吸收光比值因子計算血氧飽和度。
[0036]其中，血氧飽和度與吸收光比值因子成線性關(guān)系；所述數(shù)字信號處理器還與所述第二雙路運(yùn)算放大器的輸出端連接以獲得所述脈搏電壓，并當(dāng)所述脈搏電壓在預(yù)設(shè)脈搏范圍之外時，發(fā)出脈搏異常識別信號;其中，所述數(shù)字信號處理器將計算獲得的血氧飽和度與所述四種血氧飽和度區(qū)間進(jìn)行匹配，將匹配成功的血氧飽和度區(qū)間所對應(yīng)的血氧飽和度等級作為目標(biāo)血氧飽和度等級。
[0037]其中，所述光電轉(zhuǎn)換器為一光電二極管;其中，在所述信號放大器和所述信號檢測電路之間還設(shè)置信號濾波電路，用于濾除模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓中的噪聲成分;其中，當(dāng)紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間無脈搏時，脈搏電壓為2.5V，當(dāng)紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間存在跳動的脈搏時，血脈使耳部透光性變差，脈搏電壓大于2.5V。
[0038]其中，所述數(shù)字信號處理器將目標(biāo)膚色等級與預(yù)設(shè)膚色權(quán)重相乘，將目標(biāo)血氧飽和度等級與預(yù)設(shè)血氧飽和度權(quán)重相乘，將兩個乘積相加以獲得總權(quán)衡值，當(dāng)總權(quán)衡值小于等于預(yù)設(shè)權(quán)衡下限閾值時，發(fā)出血氧不足識別信號，當(dāng)總權(quán)衡值大于等于預(yù)設(shè)權(quán)衡上限閾值時，發(fā)出血氧過量識別信號。
[0039]可選地，在所述檢測儀中，還包括:藍(lán)牙通信接口，與所述數(shù)字信號處理器連接，用于將脈搏異常識別信號、血氧不足識別信號或血氧過量識別信號發(fā)送給遠(yuǎn)端的醫(yī)療監(jiān)護(hù)云服務(wù)器;所述發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光的波長為940nm，所述發(fā)光二極管發(fā)射的紅光的波長為660nm;第一雙路運(yùn)算放大器和第二雙路運(yùn)算放大器都為TI公司的雙路運(yùn)算放大器;圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測子設(shè)備、行邊緣檢測子設(shè)備、目標(biāo)分割子設(shè)備、膚色提取子設(shè)備和膚色等級識別子設(shè)備分別采用不同的FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)。
[0040]另外，DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。
[0041]根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn):(I)在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；(3)片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；(4)具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；(5)快速的中斷處理和硬件I/O支持；(6)具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；(7)可以并行執(zhí)行多個操作；(8)支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。
[0042]采用本發(fā)明的血氧供給檢測儀，針對現(xiàn)有技術(shù)中血氧飽和度檢測儀器結(jié)構(gòu)落后、檢測對象少且檢測機(jī)理單一的技術(shù)問題，引用了高精度、有針對性的圖像識別設(shè)備對被測人員的膚色進(jìn)行識別，并融入到血氧飽和度的檢測過程中，同時，加入脈搏檢測設(shè)備并優(yōu)化現(xiàn)有的檢測結(jié)構(gòu)，從而全面提高血氧飽和度檢測儀器的性能。
[0043]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種血氧供給檢測儀，所述檢測儀包括面部膚色檢測設(shè)備、脈搏監(jiān)控設(shè)備、血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備和數(shù)字信號處理器，所述面部膚色檢測設(shè)備基于被測人員的面部識別確定被測人員的膚色等級，所述脈搏監(jiān)控設(shè)備對被測人員脈搏狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，所述血氧飽和度監(jiān)控設(shè)備確定被測人員的血氧飽和度等級，所述數(shù)字信號處理器基于所述膚色等級和所述血氧飽和度等級確定被測人員的血氧供給情況。2.如權(quán)利要求1所述的血氧供給檢測儀，其特征在于，所述檢測儀包括: 靜態(tài)存儲設(shè)備，預(yù)先存儲了預(yù)設(shè)膚色權(quán)重、預(yù)設(shè)血氧飽和度權(quán)重、預(yù)設(shè)權(quán)衡下限閾值、預(yù)設(shè)權(quán)衡上限閾值、黑白閾值和像素數(shù)閾值，所述黑白閾值用于對圖像執(zhí)行二值化處理，所述靜態(tài)存儲設(shè)備還預(yù)先存儲了四種膚色均值區(qū)間和四種血氧飽和度區(qū)間，所述四種膚色均值區(qū)間分別對應(yīng)四種膚色等級，所述四種血氧飽和度區(qū)間分別對應(yīng)四種血氧飽和度等級；高清攝像頭，用于對被測人員面部進(jìn)行拍攝，以獲得被測人員面部圖像； 面部膚色檢測設(shè)備包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測子設(shè)備、行邊緣檢測子設(shè)備、目標(biāo)分割子設(shè)備、膚色提取子設(shè)備和膚色等級識別子設(shè)備，所述圖像預(yù)處理子設(shè)備與所述高清攝像頭連接，以對所述被測人員面部圖像依次執(zhí)行自適應(yīng)邊緣增強(qiáng)和小波濾波處理，以獲得預(yù)處理面部圖像;所述二值化處理子設(shè)備與所述圖像預(yù)處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述預(yù)處理面部圖像的每一個像素的亮度與所述黑白閾值分別比較，當(dāng)像素的亮度大于所述黑白閾值時，將像素記為白色像素，當(dāng)像素的亮度小于所述黑白閾值時，將像素記為黑色像素，從而獲得二值化面部圖像;所述列邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化面部圖像，計算每列黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的列記為邊緣列；所述行邊緣檢測子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，用于對所述二值化面部圖像，計算每行黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素數(shù)閾值的行記為邊緣行;所述目標(biāo)分割子設(shè)備與所述列邊緣檢測子設(shè)備和所述行邊緣檢測子設(shè)備分別連接，將邊緣列和邊緣行交織的區(qū)域作為目標(biāo)存在區(qū)域，并從所述二值化面部圖像中分割出所述目標(biāo)存在區(qū)域以作為面部子圖像輸出，以將面部子圖像從被測人員面部圖像的背景處分開;所述膚色提取子設(shè)備與所述目標(biāo)分割子設(shè)備連接，針對面部子圖像，將其所有像素的亮度累加并除以其所有像素的數(shù)量以獲得目標(biāo)膚色均值;所述膚色等級識別子設(shè)備與所述膚色提取子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲設(shè)備分別連接，將所述目標(biāo)膚色均值與四種膚色均值區(qū)間匹配，輸出匹配的膚色均值區(qū)間所對應(yīng)的膚色等級作為目標(biāo)膚色等級輸出； 第一電阻，一端與5V電源連接，另一端與紅外接收二極管的正端連接； 第二電阻，一端與5V電源連接，另一端與第三電阻的一端連接； 第三電阻，另一端接地，并具有與第二電阻相同的阻值； 第一雙路運(yùn)算放大器，用于產(chǎn)生2.5V的基準(zhǔn)電壓，其正端與第二電阻的另一端連接，負(fù)端與第一電容的一端連接，輸出端與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接，負(fù)端還與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接； 第一電容，另一端接地； 第四電阻，一端與紅外發(fā)射二極管的負(fù)端連接； 第二雙路運(yùn)算放大器，正端與第四電阻的另一端連接，負(fù)端與紅外接收二極管的正端連接，輸出端作為脈搏電壓； 第五電阻，并聯(lián)在第二雙路運(yùn)算放大器負(fù)端和第二雙路運(yùn)算放大器輸出端之間； 第二電容，并聯(lián)在第二雙路運(yùn)算放大器負(fù)端和第二雙路運(yùn)算放大器輸出端之間； 紅外發(fā)射二極管，設(shè)置在被測人員耳部毛細(xì)血管位置，用于發(fā)射紅外光，紅外發(fā)射二極管的負(fù)端與紅外接收二極管的正端連接； 紅外接收二極管，設(shè)置在被測人員耳部毛細(xì)血管位置，位于所述紅外發(fā)射二極管的相對位置，用于接收透射被測人員耳部毛細(xì)血管后的紅外光； 發(fā)光二極管，設(shè)置在被測人員手指指尖毛細(xì)血管位置，與光源驅(qū)動電路連接，用于基于光源驅(qū)動電路發(fā)送的發(fā)光控制信號，交替發(fā)射紅外光和紅光； 光源驅(qū)動電路，內(nèi)置定時器，用于向所述發(fā)光二極管發(fā)送發(fā)光控制信號； 光電轉(zhuǎn)換器，設(shè)置在被測人員手指指尖上，位于所述發(fā)光二極管的相對位置，用于接收透射被測人員手指指尖毛細(xì)血管后的紅外光和紅光，并將透射紅外光和透射紅光分別轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，以獲得模擬紅外光電流和模擬紅光電流； 電流電壓轉(zhuǎn)換電路，與所述光電轉(zhuǎn)換器連接，用于對模擬紅外光電流和模擬紅光電流分別進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，以分別獲得模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓； 信號放大器，與所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接，用于對模擬紅外光電壓和模擬紅光電壓分別進(jìn)行放大，以獲得模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓； 信號檢測電路，與所述信號放大器連接，包括直流信號檢測子電路和交流信號檢測子電路，用于檢測模擬紅外光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第一直流電壓和第一交流電壓輸出，還用于檢測模擬紅光電壓中的直流成分和交流成分，以作為第二直流電壓和第二交流電壓輸出； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與所述信號檢測電路連接，用于對第一直流電壓、第一交流電壓、第二直流電壓和第二交流電壓分別進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以獲得第一數(shù)字化直流電壓、第一數(shù)字化交流電壓、第二數(shù)字化直流電壓和第二數(shù)字化交流電壓； 數(shù)字信號處理器，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述靜態(tài)存儲設(shè)備和所述面部膚色檢測設(shè)備分別連接，將第二數(shù)字化交流電壓與第二數(shù)字化直流電壓的比值除以第一數(shù)字化交流電壓與第一數(shù)字化直流電壓的比值以獲得吸收光比值因子，并基于吸收光比值因子計算血氧飽和度，其中，血氧飽和度與吸收光比值因子成線性關(guān)系;所述數(shù)字信號處理器還與所述第二雙路運(yùn)算放大器的輸出端連接以獲得所述脈搏電壓，并當(dāng)所述脈搏電壓在預(yù)設(shè)脈搏范圍之外時，發(fā)出脈搏異常識別信號； 其中，所述數(shù)字信號處理器將計算獲得的血氧飽和度與所述四種血氧飽和度區(qū)間進(jìn)行匹配，將匹配成功的血氧飽和度區(qū)間所對應(yīng)的血氧飽和度等級作為目標(biāo)血氧飽和度等級；其中，所述光電轉(zhuǎn)換器為一光電二極管； 其中，在所述信號放大器和所述信號檢測電路之間還設(shè)置信號濾波電路，用于濾除模擬紅外光放大電壓和模擬紅光放大電壓中的噪聲成分； 其中，當(dāng)紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間無脈搏時，脈搏電壓為2.5V，當(dāng)紅外發(fā)射二極管和紅外接收二極管之間存在跳動的脈搏時，血脈使耳部透光性變差，脈搏電壓大于2.5V; 其中，所述數(shù)字信號處理器將目標(biāo)膚色等級與預(yù)設(shè)膚色權(quán)重相乘，將目標(biāo)血氧飽和度等級與預(yù)設(shè)血氧飽和度權(quán)重相乘，將兩個乘積相加以獲得總權(quán)衡值，當(dāng)總權(quán)衡值小于等于預(yù)設(shè)權(quán)衡下限閾值時，發(fā)出血氧不足識別信號，當(dāng)總權(quán)衡值大于等于預(yù)設(shè)權(quán)衡上限閾值時，發(fā)出血氧過量識別信號； 藍(lán)牙通信接口，與所述數(shù)字信號處理器連接，用于將脈搏異常識別信號、血氧不足識別信號或血氧過量識別信號發(fā)送給遠(yuǎn)端的醫(yī)療監(jiān)護(hù)云服務(wù)器； 所述發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光的波長為940nm，所述發(fā)光二極管發(fā)射的紅光的波長為660nmo
【文檔編號】A61B5/1455GK105832346SQ201610414070
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月2日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】梁云