CN203138462U - 光体积变化信号的光学成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光体积变化信号的光学成像装置，包括有：一光发射单元、一聚光镜单元、一分光镜单元、一影像感测单元以及一影像分析单元。光发射单元提供一光信号。聚光镜单元接收光信号，并将其转换为一平行光。分光镜单元接收平行光，并将其反射至待测部位。影像感测单元接收自待测部位所反射出的光信号，以将其转换为影像信号。影像分析单元连接于影像感测单元，并且分析影像信号，以取得待测部位的光体积变化信号。上述的光学成像装置更可选择设置于一防光害单元中，由此杜绝光噪声的干扰，获得较佳的测量精度。

Description

光体积变化信号的光学成像装置

技术领域

本实用新型是有关于一种光体积变化信号的光学成像装置，特别是一种可准确测量到待测部位的光体积变化信号，且不受噪声光的干扰的光学成像装置。

背景技术

现代医学在新科技不断的进步之下，医疗的技术与品质越来越高，伴随手术所使用记录的生理资讯也越来越多，除了必要的生理数据，像是：心跳、血压、体温与血氧浓度等，慢慢的也加入自主神经的检测，例如：利用侦测脑电图的BIS或者是使用听觉神经侦测的AEP，得知手术中麻醉药剂使用多寡的麻醉深度侦测。通过上述这些仪器的侦测，也让医生在手术的过程中，更能掌握病患的生理数据。

然而，在目前医疗手术的过程中，医师除了可通过纪录许多人体的生理参数像是心电图、血压以及血氧浓度等来判断接受手术的病人目前的生理状态，纪录光体积变化（Photo plethysmography，PPG）信号亦是现代医学上常用来分析人体血管特性的一种非侵入式测量法。

一般而言，由于PPG信号就是利用光感测元件吸收光线能量的原理，来纪录光线变化而感应出来的一种信号。因此，利用测量PPG信号的原理，现有技术除了可以缩小待测部位的测量体积外，测量的精准度也相当的不错。它不仅可用来测量手指尖的PPG信号以及其他心血液相关参数，亦可将其纪录成数字数据以方便分析介面的开发。

然而，PPG成像装置可能会有噪声光的干扰，因此无法确保PPG影像中，其待测点上的光强度变化是否为所述待测点的PPG信号。除此之外，测量不同的待测部位时须重新调整PPG成像装置与待测部位的相对位置。

因此，如何提供一种既可解决上述问题，并可确保PPG成像装置可准确地接收到待测部位上每一点的PPG信号的光学装置，为熟习此项技术领域者亟需解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上，目前市面上的PPG相关仪器只可测量单一点的信号，而非一整面的信号。反观本实用新型可量取一整个待测面的信号，而所述待测面的信号即由许多点的信号排列而成，因此，本实用新型可利用面的信号来了解待测面上每一点间PPG信号的差异性。

本实用新型的主要目的是在提供一种光体积变化信号的光学成像装置，其通过将入射的光信号进行聚光及分光的动作，使其反射出待测部位上每一点的光体积变化信号。

本实用新型的另一目的是在提供一种光体积变化信号的光学成像装置，其是采用普及的光学成像架构，接收来自待测部位的光信号，不仅可测量大面积的光体积变化信号，更可得到待测部位的全面积PPG影像。

本实用新型的再一目的是在提供一种光体积变化信号的光学成像装置，其是将上述的光学成像架构置于一防光害环境下，由此杜绝光噪声，以获取待测部位准确的光体积变化信号。

为达到上述的目的，本实用新型是有关于一种光体积变化信号的光学成像装置，适于测量一待测部位的光体积变化信号。此种光学成像装置包括：一光发射单元、一聚光镜单元、一分光镜单元、一影像感测单元、以及一影像分析单元。其中，光发射单元提供一光信号。聚光镜单元对应设置于光发射单元，并接收光发射单元的光信号，并将其转换为一平行光。分光镜单元对应设置于聚光镜单元，并接收聚光镜单元输出的平行光，并将其反射至待测部位。影像感测单元对应设置于分光镜单元，并接收自待测部位所反射出的光信号，以将其转换为待测部位的一影像信号。影像分析单元电性连接于影像感测单元，影像分析单元分析影像信号，以取得待测部位的光体积变化信号。

在一实施例中，其中自待测部位所反射出的光信号是穿透分光镜单元，再到达影像感测单元。

在一实施例中，其中分光镜单元是依照一预定比例，将平行光反射至待测部位，以及将光信号透射至影像感测单元。

在一实施例中，其中上述的光发射单元包含有：一光源模块，提供光信号；以及一控制模块，控制驱动光源模块的光源强度，使得光源模块根据不同的待测部位而发射不同强度的光信号。

在一实施例中，其中上述的光源模块所发射的光信号为多波长或单一波长的光线，且光源模块为发光二极管、激光二极管、或白炽灯。

在一实施例中，其中上述的聚光镜单元为一可聚集多种角度的光信号成平行光的聚光模块，且聚光模块是聚集多种波长的光线。

在一实施例中，其中上述的聚光镜单元为一可聚集多种角度的光信号成平行光的透镜或一可反射光信号成平行光的面镜。

在一实施例中，其中影像感测单元为具有电荷耦合元件或互补式金属氧化物半导体这样影像感测元件的数字型摄影装置。

在一实施例中，此种光学成像装置更包含一偏光镜，所述待测部位所反射出的光信号是先通过所述偏光镜再由影像感测单元进行转换。

在一实施例中，其中影像分析单元是分析并绘制出影像感测单元中每个像素的光强度变化波形图，以取得待测部位的光体积变化信号。

在一实施例中，此种光学成像装置更包含一防光害单元，所述防光害单元是环绕设置于光发射单元、聚光镜单元、分光镜单元与影像感测单元的外围，以防止至少一光噪声的干扰。

在一实施例中，其中所述光噪声包括环境光线及非欲测得的光信号。

在一实施例中，其中影像分析单元是根据光体积变化信号，取得大面积灌流指标的分布情形。

实用新型所揭示的光体积变化信号的光学成像装置，为一种PPG成像的光学架构，此种架构不仅可准确测量出待测面上每一点的PPG信号，更可由此拍摄到待测部位的整面影像以及待测部位上大面积的PPG信号，并根据大面积的PPG信号求得大面积的灌流指标（PI）分布。

其次，本实用新型更揭示在防光害环境下实施上述的光学成像架构时，可进一步杜绝外界光噪声的干扰，由此获得较佳的测量精度，以作为后续临床分析的测量评估。

底下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例光学成像装置的示意图。

图2为根据本实用新型实施例的光学测量方法的步骤流程图。

图3为根据本实用新型实施例的光发射单元的内部示意图。

图4为根据本实用新型实施例的光体积变化信号的波形时序图。

附图标记说明：

1-待测部位；101-光发射单元；102-聚光镜单元；103-分光镜单元；104-防光害单元；105-影像感测单元；106-影像分析单元；301-光源模块；302-控制模块。

具体实施方式

本实用新型提供一种光体积变化信号的光学成像装置，主要是先利用光学成像架构将入射的光信号聚集成平行光，之后再进行分光，然后再通过影像感测及分析单元分析自待测部位反射出的光信号，由此准确地测量到待测部位上大面积的光体积变化（Photo plethysmography，PPG）信号。

此种光学成像装置，更可选择在一防光害环境下实施，以进一步杜绝至少一光噪声的干扰，提高测量结果的精度。

请参考图1，为根据本实用新型实施例的光学成像装置的示意图，其可用以测量一待测部位1的光体积变化（PPG）信号。此种成像装置包含有：一光发射单元（Light emitting unit）101、一聚光镜单元（Condenser unit）102、一分光镜单元（Beam splitter unit）103、一防光害单元（Light prevention unit）104、一影像感测单元（Image sensing unit）105、以及一影像分析单元（Imageanalysis unit）106。其中，光发射单元101提供一光信号；聚光镜单元102对应设置于光发射单元101，并将光发射单元101提供的光信号转换为平行光；分光镜单元103对应设置于聚光镜单元102，并将平行光反射至待测部位1；影像感测单元105对应设置于分光镜单元103，并接收待测部位1所反射出的光信号，以将其转换为影像信号；影像分析单元106电性连接影像感测单元105，分析影像信号，以取得待测部位1的光体积变化信号。

请参阅图2，为根据本实用新型实施例的光学测量方法的步骤流程图。以下关于此一实施例的实施方式的说明，请一并参照图1与图2所示，兹详细说明如下。

如步骤S202所示，首先，本实用新型提供一防光害单元104，环绕设置于光发射单元101、聚光镜单元102、分光镜单元103与影像感测单元105的外围。在本实施例中，本实用新型是通过防光害单元104，杜绝光噪声对上述各光学元件的干扰。其中，防光害单元104所隔绝的光噪声包含有环境光线（ambientlight）以及本实用新型非欲测得的光信号。在一实施例中，防光害单元104可以是但不限于一暗箱（Camera Obscure）。

接着，如步骤S204所示，提供一光发射单元101，以发射光信号。其中，请配合参阅图3所示，其为根据本实用新型实施例的光发射单元101的内部示意图。

如图3所示，光发射单元101包含有：一光源模块301以及一控制模块302。一般而言，光源模块301可用以提供光源，以提供光信号照射至待测部位1。控制模块302则电性连接光源模块301，并用以控制驱动光源模块301的光源强度，以使得光源模块301根据不同的待测部位组织，可发射出不同强度的光信号。

举例来说，光源模块301可以是例如：发光二极管、激光二极管、或白炽灯等发光元件，以发射出多波长或是单一波长的光线。

之后，如步骤S206所示，聚光镜单元102是接收光发射单元101射出的光信号，并将上述的光信号转换为一平行光。在一实施例中，聚光镜单元102可以是一可聚集多种角度的光信号成平行光的聚光模块，并且聚光镜单元102可聚集多种波长的光线。在另一实施例中，聚光镜单元102亦可以是一可聚集多种角度的光信号成平行光的透镜（lens）或一可反射光信号成平行光的面镜（mirror）。大抵而言，聚光镜单元102系可将入射的光信号转换为平行光输出。

之后，如步骤S208所示，分光镜单元103是接收聚光镜单元102输出的平行光，并将上述的平行光反射至待测部位1。

详细而言，分光镜单元103为一可使得入射光线部分穿透、且部分反射的光学元件。一般而言，使用者可通过设计分光镜的曲率等参数，使得分光镜单元103可依照一预定比例，将入射的平行光部分反射至待测部位1，部分透射至影像感测单元105。

之后，如步骤S210所示，自待测部位1所反射出的光信号会被影像感测单元105所接收，并通过影像感测单元105内部的光电转换元件将光信号转换为一影像信号。其中，影像感测单元105可以是具有电荷耦合元件（Charge CoupledDevice，CCD）或互补式金属氧化物半导体（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS）等影像感测元件的数字型摄影装置。在一实施例中，待测部位1所反射出的光信号亦可先通过一偏光镜，再到达影像感测单元105进行转换。

值得注意的是，根据本实用新型的实施例，在影像感测单元105将待测部位1所反射出的光信号转换为影像信号之前，待测部位1所反射出的光信号可先穿透分光镜单元103，再到达影像感测单元105。然而，其作法并不以本实施例所述为限。若设计者善加设计上述各光学元件间的相对位置关系，使得平行光经过分光镜单元103的分光后，可由待测部位1反射而直接入射影像感测单元105，则同样可用以实施本实用新型，亦应隶属于本实用新型的实用新型范围。

最后，如步骤S210所示，影像分析单元106是连接于影像感测单元105，由此分析影像感测单元105所输出的影像信号，以撷取出待测部位1的光体积变化信号。

详细来说，影像分析单元106可以是具有影像分析功能的电脑、个人数字助理、或手机等装置，其是用以分析并绘制出如图4所示的光强度变化波形图，由此取得待测部位1的光体积变化信号。

一般而言，如图4所示，所述波形图即为影像感测单元105中个别像素（pixel）所对应的PPG信号，因此，本实用新型通过纪录待测部位1上每一点所对应的PPG信号，即可得到待测部位1上大面积的PPG信号与其整面影像。

除此之外，根据本实用新型的实施例，在影像分析单元106取得待测部位1的PPG信号后，影像分析单元106更可进一步地根据PPG信号求得待测部位1上大面积灌流指标（PI）的分布情形。

由于本实用新型所述的步骤S204至S210皆是在防光害单元104内所实施的，因此，本实用新型所揭示的测量方法更可进一步地利用防光害单元104来杜绝光噪声的干扰，由此得到较佳的测量结果。

综上所述，本实用新型所揭示的光体积变化信号的光学成像装置，为一种PPG成像的光学架构，此种架构不仅可准确测量出待测面上每一点的PPG信号，更可由此拍摄到待测部位的整面影像以及待测部位上大面积的PPG信号，并根据大面积的PPG信号求得大面积的灌流指标（PI）分布。

其次，本实用新型更揭示在防光害环境下实施上述的光学成像架构时，可进一步杜绝外界光噪声的干扰，由此获得较佳的测量精度，以作为后续临床分析的测量评估。

以上所述的实施例仅为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，当不能以的限定本实用新型的专利范围，即大凡依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本实用新型的专利范围内。

Claims (11)

1.一种光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，适于测量一待测部位的光体积变化信号，所述光学成像装置包括： 

一光发射单元，提供一光信号； 

一聚光镜单元，对应设置于所述光发射单元，并接收所述光发射单元的所述光信号，并将其转换为一平行光； 

一分光镜单元，对应设置于所述聚光镜单元，并接收所述聚光镜单元输出的所述平行光，并将其反射至所述待测部位； 

一影像感测单元，对应设置于所述分光镜单元，并接收自所述待测部位所反射出的光信号，以将其转换为所述待测部位的一影像信号；以及 

一影像分析单元，电性连接于所述影像感测单元，所述影像分析单元分析所述影像信号，以取得所述待测部位的光体积变化信号。 

2.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，自所述待测部位所反射出的光信号是穿透所述分光镜单元，再到达所述影像感测单元。 

3.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，所述分光镜单元是依照一预定比例，将所述平行光反射至所述待测部位，以及将所述光信号透射至所述影像感测单元。 

4.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，所述光发射单元包含有： 

一光源模块，提供所述光信号；以及 

一控制模块，电性连接所述光源模块并控制驱动所述光源模块的光源强度，使得所述光源模块根据不同的待测部位而发射不同强度的光信号。 

5.根据权利要求4所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，所述光源模块所发射的所述光信号为多波长或单一波长的光线，且所述光源模块为发光二极管、激光二极管、或白炽灯。 

6.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，所述聚光镜单元为一可聚集多种角度的光信号成平行光的聚光模块，且所述聚光模块是聚集多种波长的光线。 

7.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于， 所述聚光镜单元为一可聚集多种角度的光信号成平行光的透镜或一可反射光信号成平行光的面镜。 

8.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，所述影像感测单元为具有电荷耦合元件或互补式金属氧化物半导体这样影像感测元件的数字型摄影装置。 

9.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，更包含一偏光镜，所述待测部位所反射出的光信号是先通过所述偏光镜再由所述影像感测单元进行转换。 

10.根据权利要求1所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，更包括一防光害单元，其中所述防光害单元是环绕设置于所述光发射单元、所述聚光镜单元、所述分光镜单元与所述影像感测单元的外围，以防止至少一光噪声的干扰。 

11.根据权利要求10所述的光体积变化信号的光学成像装置，其特征在于，所述光噪声包括环境光线及非欲测得的光信号。 

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