專利名稱：一種血氧測量裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療產品技術領域，具體涉及一種血氧測量裝置和方法。
技術背景
在脈搏式無創(chuàng)血氧飽和度測量技術中，一般都是通過紅光與紅外光經過人體組織的透射光或反射光被脈搏波動調制后，利用血氧接收傳感器即光電二極管將透射光或反射光轉換為電流信號，經由后級相應的模擬電路進行放大調理，使用模數轉換器采集被脈搏搏動所調制的血氧信號，送入單片機進行相關運算，通過相應的算法完成血氧飽和度、脈率以及脈搏波形等參數的計算。
由于該技術是利用紅光和紅外光及其透射光或反射光進行檢測的技術，而所檢測到的血氧信號為一個微弱信號，所以很容易受到外界環(huán)境光的干擾，而環(huán)境光是一個相對較強的信號，使得受干擾后在血氧測量時很容易出現信號飽和現象，從而無法進行血氧飽和度及脈率的測量，特別是在院外轉運上使用時，問題會更加突出。發(fā)明內容
為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于一種血氧測量裝置和方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的 本發(fā)明一種血氧測量裝置，主要包括光電流信號采集單元，所述光電流信號采集單元用于采集被測者含有脈搏信號的光電流信號；信號轉換單元，所述信號轉換單元與光電流信號采集單元連接，用于將采集到的光電流信號轉換為相對應的電壓信號；環(huán)境光信號濾除單元，所述環(huán)境光信號濾除單元與所述信號轉換單元連接，用于濾除電壓信號中的環(huán)境光干擾信號；電壓信號放大單元，所述電壓信號放大單元與環(huán)境光信號濾除單元連接，用于對濾除環(huán)境光干擾信號后的電壓信號進行放大；模數轉換單元，所述模數轉換單元與所述電壓信號放大單元連接，用于對放大后的電壓信號進行模數轉換，得到血氧脈沖數據；波形信號提取單元，所述波形信號提取單元與所述模數轉換單元連接，用于從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號，并通過低通濾波獲得血氧脈搏波的直流分量波形信號， 同時通過帶通濾波獲得血氧脈搏波的交流分量波形信號；噪聲分析單元，所述噪聲分析單元與所述波形信號提取單元連接，用于對所述交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取交流分量波形信號的噪聲細節(jié)特征；波形處理單元，所述波形處理單元與所述噪聲分析單元連接，用于根據噪聲細節(jié)特征來動態(tài)調整波形處理的噪聲閾值，并根據噪聲閾值對交流分量波形信號進行消除噪聲； 血氧數據計算單元，所述血氧數據計算單元與所述波形處理單元連接，用于對直流分量波形信號和消除噪聲后的交流分量波形信號進行計算得到血氧測量數據。
本發(fā)明一種血氧測量方法，主要包括獲取含有脈搏信號的光電流信號，并將該光電流信號轉換為相對應的電壓信號； 通過調整電壓信號濾除環(huán)境光信號的干擾；對調整后的電壓信號進行放大，并進行模數轉換，得到血氧脈沖數據； 從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號，并通過低通濾波獲得血氧脈搏波的直流分量波形信號，同時通過帶通濾波獲得血氧脈搏波的交流分量波形信號；對所述交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取交流分量波形信號的噪聲細節(jié)特征；根據噪聲細節(jié)特征來動態(tài)調整波形處理的噪聲閾值，并根據噪聲閾值對交流分量波形信號進行消除噪聲；根據直流分量波形信號和波形處理后的交流分量波形信號進行計算得到血氧測量數據。
本發(fā)明中一種血氧測量的裝置中設有環(huán)境光信號濾除單元，使得在進行血氧測量時，不會因為環(huán)境光的干擾而導致測量信號的飽和，使得血氧測量能在各種環(huán)境下進行，大大的擴展了血氧測量裝置的使用范圍，具有極高的推廣性。


為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實施例及附圖作以詳細描述。
圖1為本發(fā)明一種血氧測量裝置一個實施例的結構原理圖； 圖2為本發(fā)明一種血氧測量裝置另一個實施例的結構原理圖； 圖3為本發(fā)明一種血氧測量裝置一個實施例的電路原理圖；圖4為本發(fā)明一種血氧測量裝置另一個實施例的電路原理圖； 圖5為本發(fā)明一種血氧測量方法一個實施例的流程圖； 圖6為本發(fā)明一種血氧測量方法另一個實施例的流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請參閱圖1至圖4，本發(fā)明一種血氧測量的裝置，主要包括光電流信號采集單元101，所述光電流信號采集單元101用于采集含有被測者脈搏信號的光電流信號；信號轉換單元102，所述信號轉換單元102與光電流信號采集單元101連接，用于將采集到的光電流信號轉換為相對應的電壓信號；信號轉換單元102包括電阻、電容、運算放大器，其中運算放大器可以采用使用單個運算放大器實現，也可以采用兩個運算放大器實現。
環(huán)境光信號濾除單元103，所述環(huán)境光信號濾除單元103與所述信號轉換單元102 連接，用于濾除環(huán)境光干擾信號；所述的環(huán)境光信號濾除單元103包括電阻、電容、運算放大器、場效應管以及單片機的I/O 口控制電平；電壓信號放大單元104，所述電壓信號放大單元104與環(huán)境光信號濾除單元103連接， 用于對濾除環(huán)境光干擾信號后的電壓信號進行放大；模數轉換單元105，所述模數轉換單元105與所述電壓信號放大單元104連接，用于對電壓信號進行放大后的信號進行模數轉換，得到血氧脈沖數據；在本發(fā)明中的模數轉換單元105采用的是分辨率為大于十六位的高分辨率模數轉換器；由于人體的脈搏信號是一種非常微弱的交流生理信號，而低分辨率的模數轉換器，輸入動態(tài)范圍較小，將無法非常精確的采集到微弱的脈搏信號，尤其是在病人的血流灌注度較弱的情況下；所以低分辨率的模數轉換器及復雜電路引入的更多電路噪聲，最終將大大影響血氧測量的準確性；而采用高分辨率的模數轉換器能極大的簡化電路的復雜程度，提高測量的準確性。
波形信號提取單元106，所述波形信號提取單元106與所述模數轉換單元105連接，用于從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號，并通過低通濾波獲得血氧脈搏波的直流分量波形信號并進行存儲，同時通過帶通濾波獲得血氧脈搏波的交流分量波形信號；噪聲分析單元107，所述噪聲分析單元107與所述波形信號提取單元106連接，用于對所述的血氧脈搏波的交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取血氧脈搏波交流分量波形信號的噪聲細節(jié)特征；波形處理單元108，所述波形處理單元108與所述噪聲分析單元連接107，用于根據噪聲細節(jié)特征來動態(tài)調整波形處理的噪聲閾值，所述噪聲閾值包括噪聲頻率閾值和噪聲幅度閾值，并依據噪聲閾值對血氧脈搏波的交流分量波形信號進行消除噪聲以實現平滑波形；血氧數據計算單元109，所述血氧數據計算單元109與所述波形處理單元108連接，用于對直流分量波形信號和波形處理后的交流分量波形信號進行計算得到血氧測量數據。
進一步，所述環(huán)境光信號濾除單元103包括信號范圍擴展模塊110，所述信號范圍擴展模塊110與信號轉換單元102連接，用于增大電壓信號的動態(tài)檢測范圍；電壓基線調整模塊111，所述電壓調整模塊111與信號范圍擴展模塊110連接，用于對該電壓信號的基線電壓值進行調整，使調整后的基線電壓值固定在預設的電壓值上；其具體過程為兩次基線電壓值的調整，第一次基線電壓值的調整為，將基線電壓值進行下調或上調，并使下調后的基線電壓值處在動態(tài)檢測范圍之內；在獲取電壓信號后，將基線電壓值調整至預設的電壓值上，從而讓電壓信號在幅度不變的情況下整體提升。優(yōu)選的，將基線電壓值上調至0V。
進一步，所述血氧測量裝置還包括信號幅度判斷單元112，放大補償倍數計算單元113，數據發(fā)送單元114;所述信號幅度判斷單元112與模數轉換單元105連接，用于判斷模數轉換后的血氧脈沖數據是否達到預設的閾值，當沒有達到預設的閾值，則驅動放大補償倍數計算單元113 ； 當已達到預設的閾值，則驅動波形信號提取單元106 ；所述放大補償倍數計算單元113與信號幅度判斷單元112和電壓信號放大單元104連接，用于當血氧脈沖數據沒有達到預設的閾值時，根據預設的閾值對電壓信號的放大補償倍數進行計算，并將該放大補償倍數發(fā)送至電壓信號放大單元，以實現對調整后的電壓信號進行重新的放大；所述數據發(fā)送單元114與血氧數據計算單元109連接，用于將血氧測量數據發(fā)送至控制終端，控制終端在后續(xù)對血氧測量數據進行顯示、存儲、打印以及報警等工作。
下面以一個實施例詳細介紹本發(fā)明一種血氧測量的方法，請參看圖5，具體流程為201.獲取光電流信號利用血氧接收傳感器獲取被檢測體上通過透射或反射所得的含有脈搏信號的光電流信號；202.光電流信號轉換為電壓信號利用電流-電壓轉換電路，將該光電流信號轉換為相對應的電壓信號；203.濾除環(huán)境光干擾通過調整電壓信號濾除電壓信號中的環(huán)境光干擾信號；204.電壓信號放大對濾除環(huán)境光干擾信號后的電壓信號進行放大；205.電壓信號模數轉換進行模數轉換，得到血氧脈沖數據；206.提取脈搏波信號從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號，并通過低通濾波獲得血氧脈搏波的直流分量波形信號，同時通過帶通濾波獲得血氧脈搏波的交流分量波形信號；在所述血氧脈搏波信號的交流分量波形信號中，包含兩路的交流分量波形信號；一路是與紅光被脈搏搏動所折射或反射相對應的血氧脈搏波的交流分量波形信號，另一路是紅外光被脈搏搏動所折射或反射相對應的血氧脈搏波的交流分量波形信號；207.噪聲分析對所述的血氧脈搏波的交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取血氧脈搏波交流分量波形信號的噪聲細節(jié)特征；208.波形處理根據噪聲細節(jié)特征來動態(tài)調整波形處理的噪聲頻率閾值和幅度閾值，并依據噪聲閾值對血氧脈搏波的交流分量波形信號進行消除噪聲以實現平滑波形；209.得到血氧測量數據根據直流分量波形信號和消除噪聲后的交流分量波形信號，通過計算得到血氧測量數據。
其中，所述血氧測量數據包括血氧飽和度數據、脈率數據、體積描記波數據。
為了能更好的了解本發(fā)明，下面以另一個實施例來對本發(fā)明進行詳細的描述，請參看圖6，具體為301.獲取光電流信號利用血氧接收傳感器獲取被檢測體上通過透射或反射所得的含有脈搏信號的光電流信號；302.光電流信號轉換為電壓信號利用電流-電壓轉換電路，將該光電流信號轉換為相對應的電壓信號；303.增加信號檢測范圍通過設置偏置電壓調節(jié)電路以調整基線的電壓，從而增大血氧信號的檢測范圍；在測量過程中，因為所接收到的電壓信號中往往疊加有環(huán)境光信號，而導致電壓信號超出檢測范圍，無法進行血氧數據的測量；而在本發(fā)明中增大了電壓信號的檢測范圍，以確保疊加有環(huán)境光信號的電壓信號也在檢測范圍之內；304.對電壓信號進行調整對該電壓信號的基線電壓值進行調整，使調整后的基線電壓值固定在預設的電壓值上；其具體過程為兩次基線電壓值的調整，第一次基線電壓值的調整為，將基線電壓值進行下調，并使下調后的基線電壓值處在動態(tài)檢測范圍之內；在獲取電壓信號后，將基線電壓值上調至預設的電壓值上，從而讓電壓信號在幅度不變的情況下整體提升。優(yōu)選的，將基線電壓值上調至0V。
電壓信號放大以預設的放大補償倍數對調整后的電壓信號進行放大；306.電壓信號模數轉換利用分辨率為十六位以上的高分辨率模數轉換器進行模數轉換，得到血氧脈沖數據；307.判斷脈搏波數據是否達到閾值判斷模數轉換后的血氧脈沖數據是否達到預設的閾值，當沒有達到預設的閾值，則進入對電壓信號的放大補償倍數進行計算；當已達到預設的閾值，則開始從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號；308.計算并修改電壓信號的放大補償倍數當沒有達到預設的閾值，根據預設的閾值對電壓信號的放大補償倍數進行計算，對預設的放大補償倍數進行修改，再根據修改后的放大補償倍數，進入對電壓信號進行放大；309.提取脈搏波信號從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號，并通過低通濾波獲得血氧脈搏波的直流分量波形信號，同時通過帶通濾波獲得血氧脈搏波的交流分量波形信號；在所述血氧脈搏波信號的交流分量波形信號中，包含兩路的交流分量波形信號；一路是與紅光被脈搏搏動所折射或反射相對應的血氧脈搏波的交流分量波形信號，另一路是紅外光被脈搏搏動所折射或反射相對應的血氧脈搏波的交流分量波形信號；310.噪聲分析對所述的血氧脈搏波的交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取血氧脈搏波交流分量波形信號的噪聲細節(jié)；其中，獲取血氧脈搏波交流分量波形信號的噪聲細節(jié)特征包括 將血氧脈搏波的交流分量波形信號從時域波形轉換至頻域波形，并通過頻譜分析獲取噪聲細節(jié)；在被測者的血流灌注微弱時，經過帶通濾波的血氧脈搏波交流分量波形上通常疊加有較高頻的隨機噪聲，比較均勻的分布在頻譜的較高的頻段，且能量小于信號能量，通過頻譜分析可獲知噪聲的頻率范圍和能量范圍，可知噪聲的周期范圍和幅度范圍，即得到噪聲細節(jié)；而模數轉換器的分辨率越高，越能夠保留小幅高頻噪聲的特征信息，噪聲的識別準確性越高。
或，在血氧脈搏波的交流分量波形信號的時域波形上進行噪聲峰值檢測，檢測出噪聲的峰值特征，轉換為噪聲的周期范圍和幅度范圍，即得到噪聲細節(jié)。
波形處理根據噪聲細節(jié)來動態(tài)調整波形處理的噪聲頻率閾值和幅度閾值，并依據噪聲閾值對血氧脈搏波的交流分量波形信號進行消除噪聲以實現平滑波形；其中，波形處理可以有兩種實現方法，一種實現方法是小波閾值去噪，根據噪聲細節(jié)特征中的噪聲的頻率特征，判斷是否需要對交流分量波形信號的小波分解的尺度進行動態(tài)調整，若需要，則進行相應的動態(tài)調整，并記錄為實時的小波分解的尺度；若不需要，則將現有的小波分解的尺度記錄為實時的小波分解的尺度，小波分解的尺度決定了信號按頻率分解的細化程度，分解尺度越小，則信號和噪聲無法明顯的劃分開來，分解尺度越大，信號波形的平滑度越大，再根據實時的小波分解的尺度和噪聲細節(jié)特征中的噪聲幅度特征，動態(tài)調整小波去噪的閾值，判斷是否達到小波去噪的閾值，保留高于小波去噪的閾值的交流分量波形信號，舍棄低于小波去噪的閾值的交流分量波形信號，得到消除噪聲后的交流分量波形信號；使得重構后的信號更準確、更接近真實的脈搏波信號；另一種實現方法是根據噪聲細節(jié)特征，動態(tài)的調整傳統(tǒng)濾波器的截止頻率、衰減系數， 得到消除噪聲后的交流分量波形信號，達到更好的消除噪聲，平滑脈搏波形的目的，從而獲得更準確、更真實的脈搏波信號；312.得到血氧測量數據根據直流分量波形信號和消除噪聲后的交流分量波形信號，通過計算得到血氧測量數據；313.發(fā)送血氧測量數據將血氧測量數據發(fā)送至控制終端，以便控制終端對血氧數據進行顯示、存儲、打印以及報警等工作。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種血氧測量裝置，其特征在于，包括光電流信號采集單元，所述光電流信號采集單元用于采集被測者含有脈搏信號的光電流信號；信號轉換單元，所述信號轉換單元與光電流信號采集單元連接，用于將采集到的光電流信號轉換為相對應的電壓信號；環(huán)境光信號濾除單元，所述環(huán)境光信號濾除單元與所述信號轉換單元連接，用于濾除電壓信號中的環(huán)境光干擾信號；電壓信號放大單元，所述電壓信號放大單元與環(huán)境光信號濾除單元連接，用于對濾除環(huán)境光干擾信號后的電壓信號進行放大；模數轉換單元，所述模數轉換單元與所述電壓信號放大單元連接，用于對放大后的電壓信號進行模數轉換，得到血氧脈沖數據；波形信號提取單元，所述波形信號提取單元與所述模數轉換單元連接，用于從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號，并通過低通濾波獲得血氧脈搏波的直流分量波形信號， 同時通過帶通濾波獲得血氧脈搏波的交流分量波形信號；噪聲分析單元，所述噪聲分析單元與所述波形信號提取單元連接，用于對所述交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取交流分量波形信號的噪聲細節(jié)特征；波形處理單元，所述波形處理單元與所述噪聲分析單元連接，用于根據噪聲細節(jié)特征來動態(tài)調整波形處理的噪聲閾值，并根據噪聲閾值對交流分量波形信號進行消除噪聲； 血氧數據計算單元，所述血氧數據計算單元與所述波形處理單元連接，用于對直流分量波形信號和波形處理后的交流分量波形信號進行計算得到血氧測量數據。
2.根據權利要求1所述的血氧測量裝置，其特征在于，所述環(huán)境光信號濾除單元包括 信號范圍擴展模塊，所述信號范圍擴展模塊與信號轉換單元連接，用于增大電壓信號的動態(tài)檢測范圍；電壓基線調整模塊，所述電壓調整模塊與信號范圍擴展模塊連接，用于對該電壓信號的基線電壓值進行調整，使調整后的基線電壓值固定在預設的電壓值上。
3.根據權利要求2所述的血氧測量裝置，其特征在于，所述血氧測量裝置還包括信號幅度判斷單元，放大補償倍數計算單元，數據發(fā)送單元；所述信號幅度判斷單元與模數轉換單元連接，用于判斷模數轉換后的血氧脈沖數據是否達到預設的閾值，當沒有達到預設的閾值，則驅動放大補償倍數計算單元；當已達到預設的閾值，則驅動波形信號提取單元；所述放大補償倍數計算單元與信號幅度判斷單元和電壓信號放大單元連接，用于當血氧脈沖數據沒有達到預設的閾值時，根據預設的閾值對電壓信號的放大補償倍數進行計算，并將該放大補償倍數發(fā)送至電壓信號放大單元，以實現對調整后的電壓信號進行重新的放大；所述數據發(fā)送單元與血氧數據計算單元連接，用于將血氧測量數據發(fā)送至控制終端。
4.一種血氧測量方法，其特征在于，包括獲取含有脈搏信號的光電流信號，并將該光電流信號轉換為相對應的電壓信號； 通過調整電壓信號濾除環(huán)境光信號的干擾；對調整后的電壓信號進行放大，并進行模數轉換，得到血氧脈沖數據；從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號，并通過低通濾波獲得血氧脈搏波的直流分量波形信號，同時通過帶通濾波獲得血氧脈搏波的交流分量波形信號；對所述交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取交流分量波形信號的噪聲細節(jié)特征；根據噪聲細節(jié)特征來動態(tài)調整波形處理的噪聲閾值，并根據噪聲閾值對交流分量波形信號進行消除噪聲；根據直流分量波形信號和消除噪聲后的交流分量波形信號，計算得到血氧測量數據。
5.根據權利要求4所述的血氧測量方法，其特征在于，所述通過調整電壓信號濾除環(huán)境光信號的干擾包括增大電壓信號的動態(tài)范圍；對該電壓信號的基線電壓進行調整，使調整后的基線電壓固定在預設的電平上。
6.根據權利要求5所述的血氧測量方法，其特征在于，所述進行模數轉換，得到血氧脈沖數據之后包括判斷模數轉換后的血氧脈沖數據是否達到預設的閾值，當沒有達到預設的閾值，則根據預設的閾值對電壓信號的放大補償倍數進行計算，并根據該放大補償倍數對調整后的電壓信號進行重新的放大；當已達到預設的閾值，則開始從血氧脈沖數據中提取出血氧脈搏波信號。
7.根據權利要求6所述的血氧測量方法，其特征在于，所述對所述交流分量波形信號進行噪聲分析，從而獲取交流分量波形信號的噪聲的細節(jié)特征具體包括將血氧脈搏波的交流分量波形信號從時域波形轉換至頻域波形，并通過頻譜分析獲取噪聲的細節(jié)特征；或，在血氧脈搏波的交流分量波形信號的時域波形上進行噪聲峰值檢測，獲取噪聲的細節(jié)特征。
8.根據權利要求7所述的血氧測量方法，其特征在于，所述根據噪聲細節(jié)特征來動態(tài)調整波形處理的噪聲閾值，并根據噪聲閾值對交流分量波形信號進行消除噪聲還包括根據噪聲細節(jié)特征中的噪聲的頻率特征，判斷是否需要對交流分量波形信號的小波分解的尺度進行動態(tài)調整，若需要，則進行相應的動態(tài)調整，并記錄為實時的小波分解的尺度；若不需要，則將現有的小波分解的尺度記錄為實時的小波分解的尺度，再根據實時的小波分解的尺度和噪聲細節(jié)特征中的噪聲幅度特征，動態(tài)調整小波去噪的閾值，判斷是否達到小波去噪的閾值，保留高于小波去噪的閾值的交流分量波形信號，舍棄低于小波去噪的閾值的交流分量波形信號，得到消除噪聲后的交流分量波形信號；或，根據噪聲細節(jié)特征，動態(tài)的調整傳統(tǒng)濾波器的截止頻率、衰減系數，得到消除噪聲后的交流分量波形信號。
9.根據權利要求8所述的血氧測量方法，其特征在于，所述血氧測量數據包括血氧飽和度數據、脈率數據、體積描記波數據。
10.根據權利要求9所述的血氧測量方法，其特征在于，所述計算得到血氧測量數據之后包括將血氧測量數據發(fā)送至控制終端。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療產品技術領域，具體涉及一種血氧測量裝置和方法。本發(fā)明包括按信號流向依次連接光電流信號采集單元，信號轉換單元，環(huán)境光信號濾除單元，電壓信號放大單元，模數轉換單元，波形信號提取單元，噪聲分析單元，波形處理單元，血氧數據計算單元，所述環(huán)境光信號濾除單元與所述信號轉換單元連接，用于濾除環(huán)境光信號的干擾；本發(fā)明中一種血氧測量的裝置中設有環(huán)境光信號濾除單元，使得在進行血氧測量時，不會因為環(huán)境光的干擾而導致測量信號的飽和，使得血氧測量能在各種環(huán)境下進行，大大的擴展了血氧測量裝置的使用范圍，具有極高的推廣性。
文檔編號A61B5/1455GK102512178SQ201110437409
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權日2011年12月23日
發(fā)明者涂婭玲, 胡士峰 申請人:深圳市理邦精密儀器股份有限公司