TW201338754A - 訊號處理裝置、及訊號處理方法 - Google Patents
訊號處理裝置、及訊號處理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201338754A TW201338754A TW101147846A TW101147846A TW201338754A TW 201338754 A TW201338754 A TW 201338754A TW 101147846 A TW101147846 A TW 101147846A TW 101147846 A TW101147846 A TW 101147846A TW 201338754 A TW201338754 A TW 201338754A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- light
- signal processing
- signal
- receiving
- processing device
- Prior art date
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims abstract description 32
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims abstract description 32
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 15
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008933 bodily movement Effects 0.000 abstract 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 33
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 18
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 18
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 17
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 10
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 10
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 239000000306 component Substances 0.000 description 8
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 6
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 150000003278 haem Chemical class 0.000 description 4
- 239000012503 blood component Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
- A61B5/7207—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts
- A61B5/721—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts using a separate sensor to detect motion or using motion information derived from signals other than the physiological signal to be measured
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/024—Measuring pulse rate or heart rate
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Physiology (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
〔摘要〕提供一種實現簡易構成與處理的光學式血流計測裝置。具有：發光部，係輸出含有複數不同波長之光的光訊號；和受光部，係為將發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光部，並且會將不同之複數波長光予以選擇受光；和訊號處理部，係對於受光部之受光訊號所對應之電氣訊號，執行訊號處理。發光部係具備白色LED來作為發光元件，受光部係為具備藍色光二極體與紅色光二極體之構成，訊號處理部係輸入以對應於複數不同波長光之受光訊號為基礎的電氣訊號並進行起因於體動的雜訊之去除，生成血氧濃度的偵測訊號等。
Description
本揭露係有關於訊號處理裝置及訊號處理方法。尤其是有關於，進行光學式血流解析處理的訊號處理裝置及訊號處理方法。
以健康管理或診斷等之目的而用來測定脈搏數、血氧飽和度、呼吸模態等之生物資訊(生命跡象)的裝置，係會使用光學式血流偵測裝置。此外，關於光學式血流偵測裝置，係記載於例如專利文獻1(日本專利第4581480號公報)。
該光學式血流偵測裝置係具有，例如從外部對手指等人體照射光線之構成。具體而言，將複數波長(一般係為紅光和紅外光)的光線對人體投射，計測其穿透光或反射光，利用波長的血液吸光係數之差異，實現體動所致訊號變動之吸收、或血氧飽和度之計測(脈搏血氧儀)。
在先前技術中，令複數光源交叉閃爍，將從光二極體等之受光器所得到之受光訊號，配合發光時序而分配給增幅電路，藉此以實現各波長的穿透光或反射光之計測。這是需要複數光源，且還要令其交互閃爍、甚至還需要配合時序來將受光訊號進行分配的電路，因此構造複雜。
〔專利文獻1〕日本專利第4581480號公報
本揭露的目的在於提供一種，以簡易之構成來實現光學式血流偵測裝置的訊號處理裝置、及訊號處理方法。
本揭露的第1側面，係在於一種訊號處理裝置，具有：發光部，係由輸出含有複數不同波長之光的光訊號的單一發光元件所構成；和受光部，係為將前記發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光部，是由分別輸出相應於不同波長光之受光訊號的複數受光元件所構成；和訊號處理部，係基於前記受光部所輸出的複數不同波長光的受光訊號，執行訊號處理。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記發光部係為具備白色LED來作為前記單一發光元件之構成。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記白色LED係為，輸出含有紅色光及藍色光之複數不同波長之光的發光元件。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前
記白色LED係為，輸出含有紅色光至藍色光之複數不同波長之光的發光元件，是輸出具有在紅色光之波段、與藍色光之波段中帶有峰值之相對強度之光線的發光元件。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記受光部係由，具有分別將不同波長光予以選擇受光之複數光二極體的複數顏色發光LED所構成。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記受光部係為具備藍色光二極體和紅色光二極體來作為前記複數受光元件之構成。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記藍色光二極體係輸出相應於受光訊號中所含有之藍色波長成分之強度的訊號；前記紅色光二極體係輸出相應於受光訊號中所含有之紅色波長成分之強度的訊號。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記訊號處理部，係輸入以對應於複數不同波長光之受光訊號為基礎的電氣訊號並進行起因於體動的雜訊之去除，基於雜訊去除訊號而執行訊號解析。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記訊號處理部係具有：脈搏偵測部，係相應於前記受光部之輸出而進行脈搏偵測。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前記訊號處理部係具有：氧濃度偵測部，係相應於前記受光部之輸出而進行血氧濃度之偵測。
然後，於本揭露的訊號處理裝置的一實施形態中，前
記氧濃度偵測部，係基於不同波長光之偵測訊號之訊號強度之對比，而進行血氧濃度偵測。
然後，本揭露的第2側面，係在於一種訊號處理方法，係屬於訊號處理裝置中所執行的訊號處理方法，其係執行：發光步驟，係由發光部，從單一發光元件輸出含有複數不同波長之光的光訊號；和受光步驟，係為由受光部將前記發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光步驟，係於分別輸出相應於不同波長光之受光訊號的複數受光元件中，生成不同波長光的受光訊號；和訊號處理步驟，係由訊號處理部，基於前記受光部所輸出的複數不同波長光的受光訊號，執行訊號處理。
本揭露的更多其他目的、特徵或優點，係可基於後述本揭露之實施例或添附圖面所作的更詳細說明來理解。此外，於本說明書中，所謂的系統，係為複數裝置的邏輯集合構成，各構成之裝置係不限於位在同一框體內者。
若依據本揭露的一實施例之構成，則可實現簡易構成與處理的光學式血流計測裝置。
具體而言，具有：發光部，係輸出含有複數不同波長之光的光訊號；和受光部，係為將發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光部，並且會將不同
之複數波長光予以選擇受光；和訊號處理部，係對於受光部之受光訊號所對應之電氣訊號，執行訊號處理。發光部係具備白色LED來作為發光元件，受光部係為具備藍色光二極體與紅色光二極體之構成，訊號處理部係輸入以對應於複數不同波長光之受光訊號為基礎的電氣訊號並進行起因於體動的雜訊之去除，生成血氧濃度的偵測訊號等。
以下，參照圖面，說明本揭露的訊號處理裝置、及訊號處理方法的細節。此外，說明是按照以下項目來進行。
1.光學式血流偵測裝置之原理與基本構成例
2.本揭露之光學式血流偵測裝置之構成與處理
2-1.本揭露之執行光學式血流解析的訊號處理裝置的發光部之構成與處理
2-2.本揭露之執行光學式血流解析的訊號處理裝置的受光部之構成與處理
2-3.本揭露之執行光學式血流解析的訊號處理裝置的訊號處理部之構成與處理
2-4.本揭露之訊號處理裝置之構成與處理之特徵與優點
3.本揭露之構成的總結
首先說明光學式血流偵測裝置之原理與基本構成例。
光學式血流偵測裝置之原理的說明圖，示於圖1。光學式血流偵測裝置之基本構成例示於圖2。
如圖1(a)所示，對人體10的具有動脈血之部位、例如皮膚，投射光線，測定其穿透或反射光。
光的投射部位，係從皮膚表面朝向內部。
動脈血層11、靜脈血層12、血液以外之組織13、是以具有如此複數不同層的部位，較為理想。
對此種多層構成之人體10的構成部位，從皮膚表面照射光線，計測其穿透光或反射光的時間變異。
該計測結果係為例如圖1(b)所示的資料。圖1(b)中，橫軸係表示時間(t)，縱軸係表示穿透光的強度。
穿透光強度，係隨著血液循環所致之光照射部位的血液量之變動而變化。
圖示的圖形波係同步於心跳。又，穿透光或反射光的強度，係隨著血液中的含氧量、亦即血氧濃度而變化。
如此從皮膚表面照射光線，藉由計測其穿透光或反射光的時間變異就可獲得脈搏或血氧濃度等之生物訊號。
圖2係光學式血流偵測裝置之基本構成例的圖示。
圖2所示的光學式血流偵測裝置20係具有：發光部21、受光部22、增幅部23、訊號處理部24。
從發光部21對人體具有血管之生物組織30，照射光
線。
穿透過含血管之生物組織30的光，係輸入至受光部22。
基於受光部22之偵測光的電氣訊號，係被輸入至增幅部23，而被增幅。
增幅部23的電氣訊號係被輸入至訊號處理部24，執行例如雜訊去除或波形整形等之訊號處理，輸出測定結果的生物訊號50。
作為採用此光學式血流偵測處理方式的裝置，係有例如脈搏血氧儀。脈搏血氧儀，係利用動脈血之變動、和血液成分所致之吸光特性的差異，來測定氧濃度等血中所含之化學成分。
接著，參照圖3以下來說明發光部21、受光部22的具體構成例。
首先，參照圖3來說明發光部21的構成例。
圖3係先前之一般的脈搏血氧儀，或利用複數不同波長來抑制起因於人體的活動而造成之測定誤差、亦即提高了耐體動性的光學式脈波計的發光部的構成例之圖示。
圖3所示的發光部21係為，作為發光元件，是使用複數(2個)一般常用的僅發出特定波長光之單色光的單色LED的構成例。
如圖3所示，發光部21係具有：發出約665nm(紅)之紅色光的紅色LED72、和發出約880nm(紅外)之紅外色光的紅外色LED73
這2個單色LED。
藉由開關電路71，使這2個單色LED選擇性發光，照射至生物組織(皮膚)30，具有如此構成。
圖4係圖3中所使用的2個單色LED的發光光譜分布之例子。圖4中係圖示了以下2個發光光譜分布。
(a)圖3所示之發出約665nm(紅)之紅色光的紅色LED72的發光光譜分布
(b)圖3所示之發出約880nm(紅外)之紅外色光的紅外色LED73的發光光譜分布
如該圖所示，在一般的脈搏血氧儀中，是採用665nm(紅光)與880nm(紅外光)。
接著，參照圖5，說明受光部22的構成例。受光部22係輸入著，來自具有例如圖3構成之發光部21之照射光所相對的人體之穿透光、或反射光。
圖5係先前的脈搏血氧儀，或是藉由利用複數波長，抑制起因於人體活動之測定誤差，亦即提高了耐體動性的光學式脈波計的受光部22的構成例之圖示。
圖5所示的受光部22，其構成為，作為受光元件，是採用了一般常用的光二極體(PD)81。
藉由構成人體之生物組織(皮膚)30的穿透光、或反射光而獲得的光電流係很微弱，因此需要轉換成電壓而進行增幅的電路(運算放大器)。
圖5所示的受光部22，係隨應於之前說明之圖3所示之發光部21的發光元件亦即紅色LED72與紅外色LED73
的發光切換時序，將光二極體(PD)81所輸出之光電流，以開關電路82進行切換。
亦即，開關電路82係
將紅色LED72之發光所相應之受光訊號所相應之電氣訊號，輸出至增幅部83，
將紅外色LED73之發光所相應之受光訊號所相應之電氣訊號，輸出至增幅部84，
開關電路82係為了使這2系統的輸出沒有錯誤而執行著切換控制。
被開關電路82所切換的2個輸出，係被分配至增幅部83,84的運算放大器而輸出。然後為了防止切換所致之釋放時的運算放大器的輸出電壓之降低，各個增幅部83,84中需要有用來在釋放時保持目前為止之電壓用的保持電路。
如此，先前型的光學式血流偵測裝置，係令複數光源交叉閃爍，將從光二極體等之受光器所得到之受光訊號，配合發光時序而分配給增幅電路，藉此以實現各波長的穿透光或反射光之計測。這是需要複數光源，且還要令其交互閃爍、甚至還需要配合時序來將受光訊號進行分配的電路，因此構造複雜。
接著說明本揭露之執行光學式血流解析的訊號處理裝
置之構成與處理。
圖6係本揭露之執行光學式血流解析的訊號處理裝置之全體的構成例的圖示。圖6所示的訊號處理裝置100，係具有和之前參照圖2所說明過之光學式血流偵測裝置20相同的構成。亦即，圖6所示的訊號處理裝置100係具有：發光部101、受光部102、增幅部103、訊號處理部104。
從發光部101對人體具有血管之生物組織130，照射光線。
穿透過含血管之生物組織130的穿透光、或反射光，係輸入至受光部102。
基於受光部102之偵測光的電氣訊號，係被輸入至增幅部103，而被增幅。
增幅部103的電氣訊號係被輸入至訊號處理部104，執行例如雜訊去除或波形整形等之訊號處理，輸出測定結果的生物訊號150。
接著說明本揭露之訊號處理裝置100的發光部101之構成與處理。
圖7係本揭露之訊號處理裝置100的發光部101之構成例的圖示。
圖7所示的發光部101之構成係為，具有白色LED201，將白色LED201所發出的光，對生物組織(皮膚)130進行照射。
白色LED101，係為同時投射複數波長之光線的發光部。圖7所示的發光部101，係使用白色LED201來作為發光元件。
圖8係圖7所示之發光部101的白色LED201的發光光譜分布之例子的圖示。
如圖8所示，白色LED201係在發光光譜分布中具有複數峰值波長。在此例中係具有450nm(藍)和650nm(紅)這2個峰值。
由圖3所示的先前型之發光部21、和圖7所示的依照本揭露之發光部101的比較可以理解，
圖3所示的先前型之發光部21，係具有照射不同波長之光的2個單色LED，亦即LED72、73。
另一方面，圖7所示的依照本揭露之發光部101，係具有照射含有複數波長光之光線的單一之白色LED201。
如此，圖7所示的依照本揭露之發光部101，係為以1個光源同時輸出複數波長之構成，相較於需要切換電路之圖3所示的發光部21之構成，係變成非常簡單之構成。
接著說明本揭露之訊號處理裝置100的受光部102之構成與處理。
圖9係本揭露的訊號處理裝置100的受光部102之構成例的圖示。本揭露的訊號處理裝置100的受光部102，係為可測知複數頻率光之強度的受光部。
圖9所示的受光部102，係使用2色發光LED來作為受光元件。通常，LED係被當成發光元件來使用，但在受光時會產生光激發電力，因此可以拿來當作非常窄頻帶的受光元件來使用。而且2色發光LED係為一般廣泛普及，也具有可廉價利用之優點。但是，由於受光時的光激發電力係很弱，因此需要藉由增幅電路(運算放大器)來予以增幅。
圖9所示的受光部102，係為使用具有藍色光二極體(藍色PD)301、和紅色光二極體(紅色PD)302的2色發光LED之構成。
藍色光二極體(藍色PD)301係輸出相應於受光訊號中所含之藍色波長成分之強度的訊號，紅色光二極體(紅色PD)302係輸出相應於受光訊號中所含之紅色波長成分之強度的訊號。
藍色光二極體(藍色PD)301的輸出，係被輸出至由運算放大器所構成的增幅部303而被增幅。該增幅部303的輸出係成為藍光量訊號而被輸出。
又，紅色光二極體(紅色PD)302的輸出，係被輸出至由運算放大器所構成的增幅部304而被增幅。該增幅部304的輸出係成為紅光量訊號而被輸出。
受光部，係可將從發光部所投射之光線通過相同之生物組織內之路徑之後的光，予以接收，較為理想。因此，可在1地點進行受光的2色發光LED，係適合於此種目的。
之前參照圖5所說明過的先前型之受光部22的構成，和參照圖9所說明過的本揭露之裝置中的受光部102進行比較即可理解，參照圖9所說明過的本揭露的受光部102，係不需要開關電路或保持電路，變成較為簡易之構成。
本揭露的裝置，係將參照圖7所說明之發光部101、和參照圖9所說明之受光部102，加以組合所構成。發光部101對人體之含血管的生物組織所照射之光線的反射光或穿透光，係在受光部102中被受光。藉由解析該受光訊號，就可根據受光量的增減，來進行動脈血的脈波成分之偵測。
圖6所示之訊號處理裝置100的訊號處理部104的構成例，示於圖10。
訊號處理部104，係如圖6所示，具有：雜訊去除部
501、脈搏偵測部502、氧濃度偵測部503。
將圖9所示的受光部102的藍色光二極體(藍色PD)301的受光訊號以增幅部303進行增幅後的藍色光，和將受光部102的紅色光二極體(紅色PD)302的受光訊號以增幅部304進行增幅後的紅色光，係成為相應於各光量之電氣訊號，亦即圖示的藍色光訊號411、紅色光訊號412，而輸出至雜訊去除部501。
雜訊去除部501係進行將這些藍色光訊號411、紅色光訊號412中所含之雜訊予以去除的處理。雜訊係例如起因於測定者的人之活動而造成的雜訊，亦即起因於體動的雜訊，其特徵為，在2個訊號、亦即藍色光訊號411、紅色光訊號412中會是以共通的不規則之變動訊號而含有。
藉由解析2個訊號，摘除不規則之共通變動訊號，就可去除雜訊。雜訊去除方法係有各種，但是利用例如乘以預先設定之係數然後求取差分的方法。
在雜訊去除部501中被去除雜訊的雜訊去除藍色訊號431、雜訊去除紅色訊號432，係被輸出至脈搏偵測部502、氧濃度偵測部503。
脈搏偵測部502，係將雜訊去除藍色訊號431、雜訊去除紅色訊號432之至少任一者的訊號的規則性變動加以解析，偵測出脈搏。
亦即，取得之前參照圖1(b)所說明過的規則性波動，基於所取得到的波動而偵測脈搏511並予以輸出。
又，氧濃度偵測部503係基於雜訊去除藍色訊號
431、雜訊去除紅色訊號432的強度的對應關係，來偵測血流中的氧濃度。
圖11係利用血液中的氧化血紅素與還原血紅素之吸光特性而成的脈搏血氧儀之測定資料的圖形。
亦即，血液中的帶有氧之血紅素亦即氧化血紅素(HbO2)、和不帶氧的血紅素亦即還原血紅素(Hb)的吸光特性之差異的圖形。圖的橫軸係表示波長(Wave Length(nm))，縱軸係表示吸光度(Absorption)。
實線係表示帶有氧之血紅素亦即氧化血紅素(HbO2)的光波長對應之吸光度，
虛線係表示不帶有氧之血紅素亦即還原血紅素(Hb)的光波長對應之吸光度。
各色的波長係為：藍色光係約440nm，紅色光係約660nm，紅外光係約880nm。
在參照圖6~圖10所說明的本揭露的裝置構成中，是將約440nm之藍色光、和約660nm之紅色光，當作血管的穿透光或反射光而予以受光。
因此，血液中氧氣較多時，圖11所示之實線(HbO2)所對應之關係，例如圖示的2個波長光對應之吸光度，亦即約440nm之藍色光對應之吸光度(a1)，約660nm之紅色光對應之吸光度(a2)，
帶有反映出這些吸光度之強度的藍色光訊號、及紅色光訊號，就會被測定到。
另一方面，血液中氧氣較少時，圖11所示之虛線(Hb)所對應之關係，例如圖示的2個波長光對應之吸光度，亦即約440nm之藍色光對應之吸光度(b1)，約660nm之紅色光對應之吸光度(b2)，帶有反映出這些吸光度之強度的藍色光訊號、及紅色光訊號，就會被測定到。
如此，藍色光訊號、及紅色光訊號的強度比，係隨著血液中的氧濃度而變動。
氧濃度偵測部503係在記憶體中保持有藍色光訊號、及紅色光訊號之強度比與氧濃度的對應關係，參照該表，隨應於從雜訊去除部501所輸入之雜訊去除藍色訊號431、和雜訊去除紅色訊號432的訊號強度，而偵測出氧濃度512並予以輸出。
此外，亦可構成為，不用表格，而是藉由預先規定的演算，來算出氧濃度512。
亦即，亦可構成為，藉由使用將雜訊去除藍色訊號431、和雜訊去除紅色訊號432當作輸入參數而算出氧濃度的函數來進行演算處理，以算出氧濃度512。
此外，之前作為先前構成而說明過的使用圖3所示之發光部21、和圖5所示之受光部22的構成中，係為使用紅色光與紅外光的強度比來偵測氧濃度的構成。此時，紅
色光與紅外光的強度比，係為隨著氧濃度而反映出圖11所示之吸光度(a2)與(a3)、或(b2)與(b3)的吸光度之關係，根據該關係性來測定氧濃度。
此外，根據複數不同波長之光所對應之吸光度與氧濃度之對應關係來做的氧濃度計測處理，係可適用例如US專利：M. Konishi, T. Kisanuki, A. Yamanishi, Y. Majima：Photo Electric Oximeter,US Patent,Patent Number：3998550,1976所記載之處理。
如上述實施例中所說明，本揭露的裝置，其發光部101係如參照圖7所說明，是使用了會發出包含從藍色光(約440nm)至紅色光(約660nm)之波長之光線的白色LED201。
又，作為受光部102是使用了，如圖9所示的輸出藍色光(約440nm)對應之受光訊號的藍色光二極體(藍色PD)301、和輸出紅色光(約660nm)對應之受光訊號的紅色光二極體(紅色PD)302。
藉由如此將發光部101設計成可輸出複數波長光的單一LED，就可使測定點集中在一個場所，相較於如參照圖3所說明之從不同位置輸出不同波長光之構成，可高精度的測定。
例如藉由使測定點集中在一點，就可正確地偵測體動
所造成的雜訊，可實現高精度的雜訊去除。甚至，藉由使用同一點的測定結果，參照圖11所說明之吸光度特性所相應之氧濃度測定的精度也可更加提高。
此外，在上述實施例中，作為發光部的單一LED是使用會發出包含從藍色光(約440nm)至紅色光(約660nm)之波長之光線的白色LED201，但亦可構成為，例如，使用會發出包含從紅色光(約660nm)至紅外光(約880nm)之波長之光線的單一LED。此情況下，在受光側是使用會輸出紅色光(約660nm)對應之受光訊號的紅色光二極體(紅色PD)、和會輸出紅外光(約880nm)對應之受光訊號的紅外光二極體(紅外光PD)。藉由基於這些紅色光、紅外光的吸光度特性之差異進行解析，就可偵測出氧濃度。
其他，亦可將進行藍色~紅外光之發光的單色LED使用於發光部，在受光部設定藍色二極體和紅色二極體之構成。
如此，作為發光部係可利用各種發出含有2種以上不同波長光之光線的單一LED，在受光部係可利用，可偵測發光部中所利用之單一LED之發光訊號中所含之不同波長之光而加以輸出的複數受光元件，例如具有光二極體之各種構成。
又，作為訊號處理部104的氧濃度偵測部503之處理，雖然說明了圖11中所示的利用血液中的氧化血紅素與還原血紅素之吸光特性差異而成的脈搏血氧儀，但訊號
處理部104係不限於氧濃度偵測處理，亦可為使用其他血中成分之吸光特性來進行血中成分測定之構成。
如上述，本揭露的訊號處理裝置，係以單一的發光元件來實現發光部。又，不需要發光的切換及受光訊號的分配，相較於先前技術，消費電流較少，可實現簡單的訊號處理裝置、亦即脈波偵測裝置或脈搏血氧儀。
以上，一面參照特定實施例，一面詳解本揭露的實施例。可是在此同時，在不脫離本揭露之宗旨的範圍內，當業者可以對實施例進行修正或代用，此乃自明事項。亦即，這些僅為以例示形態來揭露本發明，不應做限定性解釋。要判斷本揭露之宗旨，應要參酌申請專利範圍欄。
此外，本說明書中所揭露的技術，係可採取如下之構成。
(1)一種訊號處理裝置，其特徵為，具有：發光部，係由輸出含有複數不同波長之光的光訊號的單一發光元件所構成；和受光部，係為將前記發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光部，是由分別輸出相應於不同波長光之受光訊號的複數受光元件所構成；和訊號處理部，係基於前記受光部所輸出的複數不同波長光的受光訊號，執行訊號處理。
(2)如前記(1)所記載之訊號處理裝置，其中，前
記發光部係為具備白色LED來作為前記單一發光元件之構成。
(3)如前記(2)所記載之訊號處理裝置，其中，前記白色LED係為，輸出含有紅色光及藍色光之複數不同波長之光的發光元件。
(4)如前記(2)或(3)所記載之訊號處理裝置，其中，前記白色LED係為，輸出含有紅色光至藍色光之複數不同波長之光的發光元件，是輸出具有在紅色光之波段、與藍色光之波段中帶有峰值之相對強度之光線的發光元件。
(5)如前記(1)~(4)任一項所記載之訊號處理裝置，其中，前記受光部係由，具有分別將不同波長光予以選擇受光之複數光二極體的複數顏色發光LED所構成。
(6)如前記(1)~(5)任一項所記載之訊號處理裝置，其中，前記受光部係為具備藍色光二極體和紅色光二極體來作為前記複數受光元件之構成。
(7)如前記(6)所記載之訊號處理裝置，其中，前記藍色光二極體係輸出相應於受光訊號中所含有之藍色波長成分之強度的訊號；前記紅色光二極體係輸出相應於受光訊號中所含有之紅色波長成分之強度的訊號。
(8)如前記(1)~(7)任一項所記載之訊號處理裝置，其中，前記訊號處理部，係輸入以對應於複數不同波長光之受光訊號為基礎的電氣訊號並進行起因於體動的
雜訊之去除，基於雜訊去除訊號而執行訊號解析。
(9)如前記(1)~(8)任一項所記載之訊號處理裝置，其中，前記訊號處理部係具有：脈搏偵測部，係相應於前記受光部之輸出而進行脈搏偵測。
(10)如前記(1)~(9)任一項所記載之訊號處理裝置，其中，前記訊號處理部係具有：氧濃度偵測部，係相應於前記受光部之輸出而進行血氧濃度之偵測。
(11)如前記(10)所記載之訊號處理裝置，其中，前記氧濃度偵測部，係基於不同波長光之偵測訊號之訊號強度之對比，而進行血氧濃度偵測。
又，於說明書中所說明之一連串處理係可藉由硬體、或軟體、或兩者的複合構成來執行。在執行軟體所致之處理的情況下，雖然是將記錄有處理程序的程式，安裝至組裝有專用硬體的電腦內的記憶體而執行，但或者亦可在能夠執行各種處理的通用電腦中安裝程式來執行。例如，程式係可預先記錄在記錄媒體中。除了從記錄媒體安裝至電腦外，還可透過LAN(Local Area Network)、網際網路這類網路而接收程式，安裝至內建的硬碟等之記錄媒體裡。
此外，說明書中所記載的各種處理，係不只是依照記載的時間順序來進行，亦可隨著執行處理之裝置的處理能力或必要，而平行或個別地進行。又，於本說明書中，所謂的系統，係為複數裝置的邏輯集合構成，各構成之裝置係不限於位在同一框體內者。
如以上說明，若依據本揭露的一實施例之構成，則可實現簡易構成與處理的光學式血流計測裝置。
具體而言，具有：發光部，係輸出含有複數不同波長之光的光訊號；和受光部，係為將發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光部，並且會將不同之複數波長光予以選擇受光；和訊號處理部，係對於受光部之受光訊號所對應之電氣訊號，執行訊號處理。發光部係具備白色LED來作為發光元件，受光部係為具備藍色光二極體與紅色光二極體之構成，訊號處理部係輸入以對應於複數不同波長光之受光訊號為基礎的電氣訊號並進行起因於體動的雜訊之去除，生成血氧濃度的偵測訊號等。
10‧‧‧人體
11‧‧‧動脈血層
12‧‧‧靜脈血層
13‧‧‧血液以外之組織
20‧‧‧光學式血流偵測裝置
21‧‧‧發光部
22‧‧‧受光部
23‧‧‧增幅部
24‧‧‧訊號處理部
30‧‧‧生物組織
50‧‧‧生物訊號
71‧‧‧開關電路
72‧‧‧紅色LED
73‧‧‧紅外色LED
81‧‧‧光二極體(PD)
82‧‧‧開關電路
83‧‧‧增幅部
84‧‧‧增幅部
100‧‧‧光學式血流偵測裝置
101‧‧‧發光部
102‧‧‧受光部
103‧‧‧增幅部
104‧‧‧訊號處理部
130‧‧‧生物組織
150‧‧‧生物訊號
201‧‧‧白色LED
301‧‧‧藍色光二極體
302‧‧‧紅色光二極體
303‧‧‧增幅部
304‧‧‧增幅部
411‧‧‧藍色光訊號
412‧‧‧紅色光訊號
431‧‧‧雜訊去除藍色光訊號
432‧‧‧雜訊去除紅色光訊號
501‧‧‧雜訊去除部
502‧‧‧脈搏偵測部
503‧‧‧氧濃度偵測部
511‧‧‧脈搏
512‧‧‧氧濃度
〔圖1〕光學式血流偵測裝置之原理的說明圖。
〔圖2〕光學式血流偵測裝置之基本構成例的說明圖。
〔圖3〕先前之發光部之構成例的說明圖。
〔圖4〕先前之發光部中所使用的單色LED的發光光譜分布之例子的說明圖。
〔圖5〕先前之受光部之構成例的說明圖。
〔圖6〕本揭露之訊號處理裝置之構成例的說明圖。
〔圖7〕本揭露之訊號處理裝置之發光部之構成例的
說明圖。
〔圖8〕圖7所示之發光部101的白色LED201的發光光譜分布之例子的圖示。
〔圖9〕本揭露之訊號處理裝置之受光部之構成例的說明圖。
〔圖10〕本揭露之訊號處理裝置之訊號處理部之構成例的說明圖。
〔圖11〕血液中的氧化血紅素與還原血紅素之吸光特性之差異的圖示。
20‧‧‧光學式血流偵測裝置
21‧‧‧發光部
22‧‧‧受光部
23‧‧‧增幅部
24‧‧‧訊號處理部
30‧‧‧生物組織
50‧‧‧生物訊號
Claims (12)
- 一種訊號處理裝置，其特徵為，具有：發光部，係由輸出含有複數不同波長之光的光訊號的單一發光元件所構成；和受光部，係為將前記發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光部，是由分別輸出相應於不同波長光之受光訊號的複數受光元件所構成；和訊號處理部，係基於前記受光部所輸出的複數不同波長光的受光訊號，執行訊號處理。
- 如請求項1所記載之訊號處理裝置，其中，前記發光部係為具備白色LED來作為前記單一發光元件之構成。
- 如請求項2所記載之訊號處理裝置，其中，前記白色LED係為，輸出含有紅色光及藍色光之複數不同波長之光的發光元件。
- 如請求項2所記載之訊號處理裝置，其中，前記白色LED係為，輸出含有紅色光至藍色光之複數不同波長之光的發光元件，是輸出具有在紅色光之波段、與藍色光之波段中帶有峰值之相對強度之光線的發光元件。
- 如請求項1所記載之訊號處理裝置，其中，前記受光部係由，具有分別將不同波長光予以選擇受光之複數光二極體的複數顏色發光LED所構成。
- 如請求項1所記載之訊號處理裝置，其中，前記受光部係為具備藍色光二極體和紅色光二極體來作為前記複 數受光元件之構成。
- 如請求項6所記載之訊號處理裝置，其中，前記藍色光二極體係輸出相應於受光訊號中所含有之藍色波長成分之強度的訊號；前記紅色光二極體係輸出相應於受光訊號中所含有之紅色波長成分之強度的訊號。
- 如請求項1所記載之訊號處理裝置，其中，前記訊號處理部，係輸入以對應於複數不同波長光之受光訊號為基礎的電氣訊號並進行起因於體動的雜訊之去除，基於雜訊去除訊號而執行訊號解析。
- 如請求項1所記載之訊號處理裝置，其中，前記訊號處理部係具有：脈搏偵測部，係相應於前記受光部之輸出而進行脈搏偵測。
- 如請求項1所記載之訊號處理裝置，其中，前記訊號處理部係具有：氧濃度偵測部，係相應於前記受光部之輸出而進行血氧濃度之偵測。
- 如請求項10所記載之訊號處理裝置，其中，前記氧濃度偵測部，係基於不同波長光之偵測訊號之訊號強度之對比，而進行血氧濃度偵測。
- 一種訊號處理方法，係屬於訊號處理裝置中所執行的訊號處理方法，其特徵為，執行：發光步驟，係由發光部，從單一發光元件輸出含有複數不同波長之光的光訊號；和 受光步驟，係為由受光部將前記發光部之發光訊號透過人體的穿透光或反射光予以受光的受光步驟，係於分別輸出相應於不同波長光之受光訊號的複數受光元件中，生成不同波長光的受光訊號；和訊號處理步驟，係由訊號處理部，基於前記受光部所輸出的複數不同波長光的受光訊號，執行訊號處理。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011290258 | 2011-12-29 | ||
| JP2012129432A JP2013150772A (ja) | 2011-12-29 | 2012-06-07 | 信号処理装置、および信号処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201338754A true TW201338754A (zh) | 2013-10-01 |
Family
ID=48697007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW101147846A TW201338754A (zh) | 2011-12-29 | 2012-12-17 | 訊號處理裝置、及訊號處理方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013150772A (zh) |
| TW (1) | TW201338754A (zh) |
| WO (1) | WO2013099509A1 (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10444067B2 (en) | 2014-10-31 | 2019-10-15 | Industrial Technology Research Institute | Optical sensing apparatus and measuring method thereof |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015129025A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | パイオニア株式会社 | 計測装置、パルスオキシメータ、計測方法、コンピュータプログラム及び記録媒体 |
| JP6415901B2 (ja) | 2014-08-27 | 2018-10-31 | 株式会社東芝 | 電子機器および制御方法 |
| CN104224198A (zh) * | 2014-10-07 | 2014-12-24 | 复旦大学 | 基于拉曼散射的多功能无创便携医疗检测装置及检测方法 |
| JP2016083030A (ja) * | 2014-10-23 | 2016-05-19 | ローム株式会社 | 脈波センサおよび半導体モジュール |
| JP2016096848A (ja) * | 2014-11-18 | 2016-05-30 | 京セラ株式会社 | 測定装置及び測定方法 |
| US9772222B2 (en) | 2014-12-08 | 2017-09-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Retainer for photoelectric sensor and photoelectric pulse wave measuring apparatus including the same |
| JP2016214512A (ja) | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 株式会社東芝 | センサ |
| JP6406135B2 (ja) * | 2015-06-10 | 2018-10-17 | Tdk株式会社 | 生体信号計測装置 |
| US10376223B2 (en) * | 2016-03-28 | 2019-08-13 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Living-body information measurement device and non-transitory computer readable medium |
| JP6821662B2 (ja) * | 2016-04-27 | 2021-01-27 | 旭化成株式会社 | 推定装置 |
| JP2018007894A (ja) | 2016-07-14 | 2018-01-18 | 京セラ株式会社 | 測定装置、測定方法及び測定プログラム |
| JP6820706B2 (ja) | 2016-09-27 | 2021-01-27 | 京セラ株式会社 | 電子装置、制御方法及びプログラム |
| KR102476707B1 (ko) * | 2018-02-05 | 2022-12-09 | 삼성전자주식회사 | 심박 센서 및 심박 센서가 임베디드된 근적외선 유기 이미지 센서 |
| JP2018134470A (ja) * | 2018-04-27 | 2018-08-30 | パイオニア株式会社 | 計測装置 |
| US12169929B2 (en) | 2019-02-22 | 2024-12-17 | Sony Group Corporation | Information processing apparatus and information processing method |
| JP2019213992A (ja) * | 2019-10-01 | 2019-12-19 | パイオニア株式会社 | 計測装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3177757A (en) * | 1960-03-29 | 1965-04-13 | American Optical Corp | Method of performing reflective oximetry |
| JPS61257629A (ja) * | 1985-05-10 | 1986-11-15 | 住友電気工業株式会社 | 血液モニタ |
| JP2003210438A (ja) * | 2002-01-22 | 2003-07-29 | Tyco Healthcare Japan Inc | オキシメーター用アダプター |
| JP4452607B2 (ja) * | 2004-03-05 | 2010-04-21 | 順一 島田 | 照明装置、フィルタ装置、画像表示装置 |
| JP5029150B2 (ja) * | 2007-06-06 | 2012-09-19 | ソニー株式会社 | 生体情報取得装置および生体情報取得方法 |
| JP5325473B2 (ja) * | 2008-06-20 | 2013-10-23 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子及び固体撮像素子 |
| JP5663900B2 (ja) * | 2010-03-05 | 2015-02-04 | セイコーエプソン株式会社 | 分光センサー装置及び電子機器 |
-
2012
- 2012-06-07 JP JP2012129432A patent/JP2013150772A/ja active Pending
- 2012-11-29 WO PCT/JP2012/080871 patent/WO2013099509A1/ja not_active Ceased
- 2012-12-17 TW TW101147846A patent/TW201338754A/zh unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10444067B2 (en) | 2014-10-31 | 2019-10-15 | Industrial Technology Research Institute | Optical sensing apparatus and measuring method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013150772A (ja) | 2013-08-08 |
| WO2013099509A1 (ja) | 2013-07-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW201338754A (zh) | 訊號處理裝置、及訊號處理方法 | |
| JP3845776B2 (ja) | 血中吸光物質濃度測定装置 | |
| JP4284674B2 (ja) | 血中吸光物質濃度測定装置 | |
| JP6393679B2 (ja) | 時間および空間変動測定値のフォーカス位置特定を改善するための分光システムおよび方法 | |
| JP3124073B2 (ja) | 血液酸素飽和度モニタ装置 | |
| CN112272538B (zh) | 用于确定对象的至少一个生命体征的系统和方法 | |
| JP2004135854A (ja) | 反射型光電脈波検出装置および反射型オキシメータ | |
| KR20150094196A (ko) | 피부 상태 진단 장치 및 이를 이용하는 피부 상태 진단 방법 | |
| US20170215747A1 (en) | Optical vital signs sensor | |
| JPH10318915A (ja) | 分光光度分析物の濃度測定を行う装置 | |
| CN101808570A (zh) | 血氧计 | |
| JP2017510324A (ja) | 反射された及び透過された光に基づき対象のバイタルサインを決定するデバイス、システム及び方法 | |
| JP2008264302A (ja) | 生体状態検出装置 | |
| CN107198529B (zh) | 具有led电流调制的血氧饱和传感器 | |
| CN103169478A (zh) | 一种血氧测量装置 | |
| Patterson et al. | Ratiometric artifact reduction in low power reflective photoplethysmography | |
| RU2696422C2 (ru) | Система и способ оптического анализа | |
| JP2017140202A (ja) | 脈波検出装置 | |
| US10477119B2 (en) | Imaging device | |
| WO2017133883A1 (en) | Optical vital signs sensor | |
| CN111991004A (zh) | 血氧饱和度测量设备、测量方法和测量装置 | |
| Bachir | Diffuse transmittance visible spectroscopy using smartphone flashlight for photoplethysmography and vital signs measurements | |
| EP3849399B1 (en) | Large dynamic range detector for gingivitis detection | |
| RU2786310C1 (ru) | Пульсовой оксиметр | |
| Lin et al. | Non-invasive SpO2 Monitoring Using Reflective PPG: A Low-Cost Calibration Method |