使用光譜調(diào)制的血紅蛋白檢測和光電體積描記法
【專利摘要】一種血紅蛋白檢測裝置(100)，包括光譜可調(diào)諧發(fā)射器?檢測器單元(102)，所述光譜可調(diào)諧發(fā)射器?檢測器單元被配置為在覆蓋光譜調(diào)制間隔的不同波長處以調(diào)制頻率光譜地選擇性地并且周期性地發(fā)射或檢測電磁輻射，并且提供作為時間的函數(shù)的指示檢測到的電磁輻射的檢測器信號。所述裝置還包括信號處理單元(116)，所述信號處理單元被配置為接收所述檢測器信號和提供輸出信號，其指示形成所述調(diào)制頻率的二次或更高的偶次諧波的至少一個頻率分量對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)。所述血紅蛋白檢測裝置可以使用在光電體積描記法應(yīng)用中。
【專利說明】
使用光譜調(diào)制的血紅蛋白檢測和光電體積描記法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及血紅蛋白檢測裝置和血紅蛋白檢測方法。其還涉及光電體積描記法裝置和光電體積描記方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可以通過光電體積描記法(PPG)采集關(guān)于心血管狀態(tài)的信息，特別是諸如血氧飽和度、心率和呼吸率的血液參數(shù)。PPG涉及體積描記圖的光學(xué)采集，其是作為時間的函數(shù)的組織的體積變化的測量結(jié)果。
[0003]已知的PPG傳感器是基于血紅蛋白檢測的。US 5553615A描述了用于使用PPG技術(shù)和數(shù)據(jù)處理的紅細(xì)胞壓積，即哺乳動物血液的紅血球的(關(guān)于體積的)百分比，的直接無創(chuàng)預(yù)測的方法和裝置。所述方法包括根據(jù)波長選擇準(zhǔn)則選擇1150-2100納米之間的光譜范圍內(nèi)的多個波長。針對所使用的不同波長中的每個，必須滿足以下波長選擇準(zhǔn)則中的一個或多個:對于一個波長而言，水的吸收率在可測量的峰值處或其附近;對于至少一個波長而言，氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收率是可預(yù)測的并且表示總血紅蛋白含量;對于一個波長而言，水的吸收率大大地超過所有形式的血紅蛋白的吸收率;并且對于一個波長而言，所有形式的血紅蛋白的吸收率大大地超過水的吸收率。US 5553615A的權(quán)利要求28中所指定的方法還包括根據(jù)不同波長處的所測量的衰減的光強度值來確定紅細(xì)胞壓積預(yù)測的數(shù)據(jù)處理步驟。
[0004]反射血紅蛋白檢測技術(shù)和透射血紅蛋白檢測技術(shù)二者是公知的。常規(guī)PPG傳感器通過指定波長處的吸收測量來監(jiān)測將血液到皮膚的真皮和皮下組織的灌注。在常規(guī)血紅蛋白檢測技術(shù)中，除來自通過血液傳送的電磁輻射的信號貢獻(xiàn)外，輸出信號包括起源于其他物質(zhì)的透射和反散射的大得多的信號貢獻(xiàn)，例如組織和血液攪動，即靜脈血運動。具有運動“攪動”的低靜脈血壓在個人身體活動被觀察到。靜脈血的該局部擾動添加到檢測器信號的AC分量。
[0005]在WO 2007/140422A2中，公開了用于計算靶組織中的組織氧合(例如，氧飽和度)的方法和系統(tǒng)。在一些實施例中，方法包括:(a)將入射輻射引導(dǎo)到靶組織并且通過測量多個輻射波長處的來自靶組織的反射輻射的強度來確定靶組織的反射率光譜；(b)校正反射率光譜的所測量的強度以減少從入射輻射傳播通過的皮膚和脂肪層對其的貢獻(xiàn)；(C)基于所校正的反射率光譜，確定靶組織中的氧飽和度;和(d)輸出所確定的氧飽和度值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種允許獲得所述期望信號的特別是高貢獻(xiàn)并且可以使用在光電體積描記法的血紅蛋白檢測裝置和方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種血紅蛋白檢測裝置。所述血紅蛋白檢測裝置包括:
[0008]-光譜可調(diào)諧發(fā)射器-檢測器單元，其被配置為在覆蓋光譜調(diào)制間隔的不同波長處以調(diào)制頻率光譜地選擇性地并且周期性地發(fā)射或檢測電磁輻射，并且提供作為時間的函數(shù)的指示檢測到的電磁輻射的檢測器信號；以及
[0009]-信號處理單元，其被配置為接收所述檢測器信號和提供輸出信號，所述輸出信號指示形成所述調(diào)制頻率的二次或更高的偶次諧波的至少一個頻率分量對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)。
[0010]本發(fā)明的所述第一方面的所述血紅蛋白檢測裝置允許獲得血紅蛋白對由所述發(fā)射器-檢測器單元所提供的所述電磁輻射的所述期望響應(yīng)對所述輸出信號的有利地高貢獻(xiàn)。
[0011]跨合適地選擇的光譜調(diào)制間隔的周期性光譜調(diào)制發(fā)射或檢測引入由血紅蛋白對對應(yīng)于所述調(diào)制頻率的二次諧波或更高的偶次諧波的頻率處的所述檢測器信號的期望貢獻(xiàn)。該期望貢獻(xiàn)是可識別的并且因此是通過其頻率可與對所述檢測器信號的其他不需要的信號貢獻(xiàn)分離的，所述頻率是所述調(diào)制頻率的偶次諧波。因此，所述諧波透射率從其他物質(zhì)對所述檢測器信號的所述透射率貢獻(xiàn)獨立地確定，所述檢測器信號向具有非偶次諧波的所述檢測器信號提供貢獻(xiàn)。因此，所述血紅蛋白檢測裝置允許利用干擾其他物質(zhì)的高抑制對血紅蛋白以及因此血液的光學(xué)檢測。
[0012]其他物質(zhì)是特別是表皮、真皮、和包括生物(特別是哺乳動物，特別是人類)的脂肪的皮下組織。取決于被用于操作的所述光譜范圍，水可以或可以不屬于要被考慮的所述其他物質(zhì)。因為水在其可以干擾特別是紅外光譜區(qū)域中的測量結(jié)果透射光譜中展示的光譜特征，但是在可見光譜區(qū)域沒那么突出。
[0013]所使用的波長調(diào)制生成所述檢測器信號中的幅度調(diào)制。該轉(zhuǎn)換因此還調(diào)制被測量量。這具有以下優(yōu)點:所述檢測器信號從低頻轉(zhuǎn)移到高頻，其將所述期望的信號貢獻(xiàn)與由運動偽影所生成的不需要的貢獻(xiàn)分離。眾所周知，所測試的人員的運動生成不需要的信號貢獻(xiàn)，其現(xiàn)在可以與所述期望的信號貢獻(xiàn)分離。
[0014]另一優(yōu)點在于，所述傳感器是自校準(zhǔn)的:所述調(diào)制頻率和其諧波處的檢測器信號的幅度提供針對所述幅度的測量，換句話說，所測試的樣本的所述衰減，而所述調(diào)制頻率和其諧波處的所述調(diào)制對比度通過血紅蛋白或其他物質(zhì)提供針對吸收的測量。
[0015]術(shù)語波長此處僅用作用于對針對電磁輻射的發(fā)射或檢測的光譜位置的引用的通用術(shù)語。相反，可以使用描述電磁輻射的發(fā)射或檢測的所述光譜位置的任何量，諸如例如以eV或波數(shù)為單位提供的電磁輻射的能量。在提及“不同的”波長時，關(guān)于光譜寬度的限制不旨在將任何點處的發(fā)射或檢測的光譜限制到單個波長。眾所周知，電磁輻射的公用源提供具有某個光譜寬度的發(fā)射。而且，光譜地選擇性檢測允許每個光譜位置處的電磁輻射的某個光譜寬度。在該方面，將適合的光譜分辨率提供給所述檢測器信號的發(fā)射和檢測的任何光譜寬度是足夠的，所述光譜分辨率用于檢測由血紅蛋白對所述調(diào)制頻率的所述二次或更高的偶次諧波的顯著貢獻(xiàn)。
[0016]在以下中，將描述所述血紅蛋白檢測裝置的實施例。
[0017]所述血紅蛋白檢測裝置優(yōu)選地采用所述發(fā)射器-檢測器單元的在光譜調(diào)制間隔上的周期性光譜調(diào)諧，其中，血紅蛋白展示其透射率光譜中的特定光譜特征。該光譜特征是非線性光譜依賴性，其可以利用由至少一個偶函數(shù)所提供的顯著貢獻(xiàn)分解。眾所周知，偶函數(shù)f (X)具有性質(zhì)f(x)=f(_x)。在相同的光譜間隔中，指示要暴露于所發(fā)射和所檢測的電磁輻射的其他物質(zhì)的各自的透射率的相同的量，被繪制為波長的函數(shù)，一定不展示可以利用至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)分解的非線性光譜依賴性。如本公開中將所示的，在電磁輻射的所述光譜的各種間隔中實現(xiàn)這些準(zhǔn)則。在適于形成所述光譜調(diào)制間隔的這樣的光譜間隔中，所述血紅蛋白檢測裝置實現(xiàn)來自所述頻率域中的血紅蛋白和其他物質(zhì)的信號貢獻(xiàn)的特別高度的分離。
[0018]允許利用非線性光譜依賴性來感測光譜特征的任何度量可以被用于根據(jù)本實施例中的所述血紅蛋白檢測，所述非線性光譜依賴性可以在暴露于電磁輻射的血紅蛋白和其他物質(zhì)的響應(yīng)中通過至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)分解。通常，所述響應(yīng)包括所述電磁輻射的吸收和/或散射。指示樣本的所述吸收率和散射特性的適合的度量是例如其透射率。暴露于給定波長的電磁輻射的樣本的透射率是針對所述電磁輻射的穿過所述物質(zhì)并且因此既不經(jīng)受樣本的電磁輻射的吸收也不經(jīng)受樣本的電磁輻射的散射的強度分?jǐn)?shù)的度量。電磁輻射的不同的吸收機制以及彈性和無彈性物理散射機制本身對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是已知的，并且所述相關(guān)物質(zhì)的光譜依賴性是要么可用的要么可以通過測量結(jié)果確定。
[0019]偶函數(shù)對光譜調(diào)制間隔中的血紅蛋白透射率的光譜依賴性的分解的顯著貢獻(xiàn)生成并且因此對應(yīng)于利用所述調(diào)制頻率的至少一個偶次諧波對血紅蛋白的所述檢測器信號的顯著貢獻(xiàn)。
[0020]由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過常規(guī)工作確定用于實現(xiàn)顯著性所要求的給定偶次諧波的貢獻(xiàn)的量化。具體而言，所述光譜調(diào)制間隔的所述選擇影響針對顯著貢獻(xiàn)的所述準(zhǔn)貝1J。在僅血紅蛋白(并且沒有其他物質(zhì))提供所述檢測器信號的傅里葉譜中的調(diào)制頻率的所選擇的偶次諧波處的信號的情況下，利用檢測所述檢測器信號中的各自的諧波的存在所要求的最小幅度實現(xiàn)對所述檢測器信號的顯著貢獻(xiàn)。另一方面，在使用光譜調(diào)制間隔時，其中，不能完全實現(xiàn)該情況并且其他物質(zhì)對所選擇的偶次諧波處的所述檢測器信號有貢獻(xiàn)是已知的，可以應(yīng)用針對顯著性的其他準(zhǔn)則。具體而言，所選擇的偶次諧波的所述相對幅度與其他所選擇的諧波的所述相對幅度比較可以被用于識別所述顯著貢獻(xiàn)。在一些實施例中，如果所選擇的偶次諧波的相對幅度高于所述檢測器信號的傅里葉譜的調(diào)制頻率的所有其他諧波的那個，則給出顯著性。
[0021]在本發(fā)明的所述血紅蛋白檢測裝置的所述以上定義中，短語“繪制為波長的函數(shù)”僅被用于指向所述透射率的所述光譜依賴性。
[0022]所述發(fā)射器-檢測器單元被配置為提供光譜分辨率，其允許通過所述光譜調(diào)制間隔中的不同的光譜位置處的電磁輻射的發(fā)射和檢測來檢測偶函數(shù)對血紅蛋白的所述透射率的所述光譜依賴性的所述貢獻(xiàn)。
[0023]在一些實施例中，至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)的所述特定光譜特征可以額外地被描述為指示針對電磁輻射的透射率的量的斜率的符號的改變。換句話說，血紅蛋白的透射率光譜的斜率在所述光譜調(diào)制間隔內(nèi)從正到負(fù)或從負(fù)到正改變。在所述光譜調(diào)制間隔中，指示暴露于所述裝置的操作中的所發(fā)射的電磁輻射的其他物質(zhì)的所述透射率的所述相同量不展示各自的斜率的符號的改變。
[0024]所述斜率的符號的改變的這兩個方向適于所述光譜調(diào)制間隔的選擇。因此，在一些實施例中，由所述血紅蛋白裝置所使用的所述光譜特征是在考慮中的所述光譜調(diào)制間隔內(nèi)的所述透射率的極值(即，最大值或最小值)的出現(xiàn)。
[0025]所述光譜特征是最大值還是最小值還取決于根據(jù)血紅蛋白的所述透射率的指示所測量的所述特定量。例如，雖然血紅蛋白的吸收率指示血紅蛋白的透射率，但是物質(zhì)的吸收率和透射率通常展示相互補充的光譜特征，這意指在其中透射率展示極小值的光譜位置處，吸收率展示極大值?？梢允褂弥甘竟庾V調(diào)制間隔中的血紅蛋白的透射率的任何量。
[0026]所述血紅蛋白檢測裝置的一些實施例被配置為檢測氧合血紅蛋白，其也被稱為氧合血紅蛋白并且是具有結(jié)合氧的血紅蛋白。為了該目的，所述發(fā)射器-檢測器單元被配置為在覆蓋所述光譜調(diào)制間隔處的不同波長處，光譜地選擇性地發(fā)射或檢測電磁輻射，其中，指示氧合血紅蛋白的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，展示例如以具有相反符號的斜率的形式的偶函數(shù)對光譜依賴性的顯著貢獻(xiàn)，并且在該光譜調(diào)制間隔中，指示其他物質(zhì)(諸如表皮、真皮和皮下組織)的各自的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，不展示偶函數(shù)對所述光譜依賴性的顯著貢獻(xiàn)，例如所述各自的斜率的符號的所提到的改變。
[0027]其他實施例被配置為額外地或者備選地檢測脫氧血紅蛋白，其是沒有結(jié)合氧的血紅蛋白。為了該目的，所述發(fā)射器-檢測器單元額外地或者備選地被配置為在覆蓋光譜調(diào)制間隔處的不同波長處，光譜地選擇性地發(fā)射或檢測電磁輻射，其中，指示脫氧血紅蛋白的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，展示例如以具有相反符號的斜率的所述形式的偶函數(shù)對所述光譜依賴性的所述顯著貢獻(xiàn)，并且在該光譜調(diào)制間隔中，指示繪制為波長的函數(shù)的其他物質(zhì)(諸如例如表皮、真皮和皮下組織)的所述各自的透射率的量不展示偶函數(shù)對所述光譜依賴性的顯著貢獻(xiàn)，例如所述各自的斜率的符號的所提到的改變。
[0028]在適于氧合血紅蛋白而非脫氧血紅蛋白的所述檢測的實施例中，所述光譜調(diào)制間隔優(yōu)選地包括416nm、516nm、540nm或576nm的波長，其中，僅氧合血紅蛋白的適合的光譜特征是可用的。
[0029]在適于脫氧血紅蛋白而非氧合血紅蛋白的檢測的實施例中，所述光譜調(diào)制間隔優(yōu)選地包括434nm、736nm或758nm的波長，其中，僅脫氧血紅蛋白的適合的光譜特征是可用的。
[0030]在一些實施例中，指示所述透射率的量是傳播通過要測量的樣本的電磁輻射的強度或從要測量的樣本的區(qū)域所反散射的電磁輻射。在所述第一情況中，要測量的所述樣本是例如耳垂。在所述第二情況中，要測量的所述樣本是例如手指或手腕。在其他實施例中，可以使用這兩個量的組合。
[0031]在所述血紅蛋白檢測裝置的一個實施例中，所述光譜調(diào)制間隔(其中，指示血紅蛋白的透射率的量展示偶函數(shù)對所述光譜依賴性的顯著貢獻(xiàn)，例如具有相反符號的所述所提到的斜率)包括氧合血紅蛋白展示吸收率的局部峰值或局部最小值的波長，其可以在一些變型中采取具有共振線形狀的吸收峰的形式。
[0032 ] 提供電磁福射的光譜調(diào)制間隔的不同的適合的中心波長在416nm、512nm、542nm、560nm、576nm附近的氧合血紅蛋白的光譜地窄吸收率極值處。所述光譜調(diào)制間隔必須足夠小以避免包括所述光譜調(diào)制間隔中的不期望的光譜特征，其可以引入所述期望信號的擾動。另一方面，所述光譜調(diào)制間隔必須足夠?qū)捯栽试S所述透射率量的所述斜率的符號的所述改變的可靠的檢測。
[0033]適合的光譜調(diào)制間隔的另一適合類型的中心波長是吸收率最小值，例如兩個吸收率峰值之間的最小值。在一個這樣的實施例中，所述中心波長是684nm。氧合血紅蛋白展示該光譜區(qū)域中的吸收率的寬最小值。因此，所述光譜調(diào)制間隔適合地選擇有較大的寬度以允許所述透射率質(zhì)量的所述斜率的符號的所述改變的可靠的檢測。
[0034]所述血紅蛋白檢測裝置的實施例具有發(fā)射器-檢測器單元，其具有包括固態(tài)檢測器設(shè)備的檢測器單元，所述固態(tài)檢測器設(shè)備被配置為將所述檢測器信號提供為對應(yīng)于所述光譜調(diào)制間隔中的檢測到的電磁輻射的強度的電信號。適合的檢測器設(shè)備是適于響應(yīng)于光譜調(diào)制間隔中的電磁輻射的照射而生成電信號的光電二極管或另一設(shè)備。
[0035]最適于提供為輸出的諧波分量取決于針對所述檢測所使用的光譜特征的特性。
[0036]在一些實施例中，所述信號處理單元被配置為作為所述輸出信號提供僅所述調(diào)制頻率的所述二次諧波對所述檢測器信號的所述貢獻(xiàn)。該實施例是特別簡單的并且允許所述光譜間隔中的血紅蛋白的所述透射率的單個最大值或最小值的可靠的檢測。假使所述光譜調(diào)制間隔包括三個局部極值，即所述斜率符號的符號的3個改變，則主導(dǎo)的四次諧波被生成并且可以被用于血紅蛋白檢測。
[0037]—個實施例包括光譜對齊單元，其被配置為通過測試固定中心波長周圍的不同的候選光譜調(diào)制間隔來在執(zhí)行光譜對齊過程中控制所述調(diào)制控制單元，所述光譜調(diào)制間隔具有不同的上邊界波長或下邊界波長。而且，所述光譜對齊單元優(yōu)選地被配置為根據(jù)針對不同的候選光譜調(diào)制間隔所接收的各自的檢測器單元來確定最佳光譜調(diào)制間隔，其中，所述調(diào)制頻率的二次或更高的偶次諧波對所述檢測器信號的所述貢獻(xiàn)是相對最大的。其優(yōu)選地還被配置為將最佳光譜調(diào)制間隔選擇為針對所述調(diào)制控制單元的血紅蛋白檢測的正常操作要使用的光譜調(diào)制間隔。
[0038]不同的類型的發(fā)射器-檢測器單元可以被用于實現(xiàn)不同的實施例。
[0039]為了實現(xiàn)好的信噪比，所述發(fā)射器檢測器單元優(yōu)選地被配置為提供或檢測所選擇的光譜調(diào)制間隔內(nèi)的至少三個不同波長處的所述電磁輻射，使得所述透射率展示光譜位置之間的特別高的對比度，其中，所述透射率假定較高和較低的波長處的極致與光譜位置與所述極值的那個相比較。例如，考慮具有對應(yīng)于或相似于單個共振峰的線形狀的典型吸收特征，可以在光譜位置a)、b)和c)處適合地選擇三個波長，其中，血紅蛋白的透射率的斜率針對光譜位置a)是正的、針對光譜位置b)是負(fù)的并且針對光譜位置c)是零或在零附近，后者光譜位置對應(yīng)于光譜位置a)和b)的那些之間的波長。這樣，在給定調(diào)制時段期間，在這兩個邊緣上(外部光譜位置)并且在吸收特征的峰處或其附近(中心光譜位置)測試具有基本上偶函數(shù)貢獻(xiàn)的形成所述血紅蛋白透射率光譜的吸收特征的所述各自的極值。在這樣掃描包含透射率的極值的光譜調(diào)制間隔時，可以實現(xiàn)透射率的高對比度，這導(dǎo)致輸出信號的好的信噪比?？梢酝ㄟ^選擇波長使對比度特別是高，所述波長相比提供血紅蛋白的各自的透射率值中的特別大的差異。由于所有形式的血紅蛋白(特別是氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白和功能素亂血紅蛋白、碳氧血紅蛋白(CoHb)、尚鐵血紅蛋白(MetHb)和硫血紅蛋白(SulfHb))自身是已知的，因而適合的波長選擇是可以在所述血紅蛋白檢測裝置的特定實施例的設(shè)計階段中做出的設(shè)計選擇。
[0040]然而，應(yīng)當(dāng)注意，不要求被用于測量的所述外部光譜位置a)和b)處的所述斜率具有相反符號。其僅是作為整體應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)該要求的所選擇的光譜調(diào)制間隔。出于該點的解釋的目的，作為范例，由三個不同的所選擇的波長所覆蓋的所選擇的光譜調(diào)制間隔可以實現(xiàn)血紅蛋白物質(zhì)的所述透射率的斜率的符號的改變的要求，但是被用于測量的所有三個光譜位置(即，三個不同的波長)展示零的相應(yīng)斜率或針對所測量的這兩個外部光譜位置的正斜率或甚至針對使用在血紅蛋白的所述透射率光譜中的所有三個光譜位置的正或負(fù)斜率。僅重要的是，所選擇的光譜調(diào)制間隔包括對于與其他物質(zhì)(特別是表皮、真皮和皮下組織)的光譜特征相比較的血紅蛋白而言唯一的光譜特征，所述其他物質(zhì)暴露于在所述血紅蛋白檢測測量中所發(fā)射和檢測的電磁輻射。
[0041]在一些實施例中，所述發(fā)射器-檢測器單元包括光譜地可調(diào)諧發(fā)射器單元，其被配置為選擇性地提供不同波長處的所述電磁輻射。在這樣的實施例中，優(yōu)選地使用檢測器單元，其被配置為提供檢測器信號，其指示由所述發(fā)射器單元所發(fā)射和由血液和所述其他物質(zhì)(例如對象的表皮、真皮和皮下組織)所散射的電磁輻射的量，作為時間的函數(shù)。
[0042]可以以不同的方式實現(xiàn)具有光學(xué)地可調(diào)諧發(fā)射器單元的這樣的實施例。在所述血紅蛋白檢測裝置的一個這樣的實施例中，所述發(fā)射器單元包括至少一個可調(diào)諧固態(tài)發(fā)射器。范例是可調(diào)諧LED或可調(diào)諧OLED或可調(diào)諧激光二極管。
[0043]在包括光學(xué)地可調(diào)諧發(fā)射器單元的另一實施例中，所述發(fā)射器單元包括多個不同的固態(tài)發(fā)射器，每個提供所述光學(xué)調(diào)制間隔內(nèi)的一個固定波長，并且激活所述調(diào)制時段的相應(yīng)階段處的所述不同固態(tài)光發(fā)射器中的各自的一個。
[0044]具有光學(xué)地可調(diào)諧發(fā)射器單元的血紅蛋白檢測裝置的另一變型包括具有相互交疊的發(fā)射光譜的多個不同的固態(tài)發(fā)射器。在該變型中，所述不同的固態(tài)發(fā)射器中的每個的各自的相對強度在所述調(diào)制時段的各自的階段處變化。這可以例如利用強度控制信號來實現(xiàn)，其在一個實施例中是包括多個平行信號(每個發(fā)射器一個)的向量信號。
[0045]光譜可調(diào)諧發(fā)射器單元的又一變型包括可調(diào)諧光學(xué)濾波器，其被配置為發(fā)射跨所述光譜調(diào)制間隔的多個不同的可選擇的波長之一處的電磁輻射。在該變型中，所述發(fā)射器單元優(yōu)選地包括發(fā)射器，其被配置為提供具有覆蓋所述光譜調(diào)制間隔的固定發(fā)射光譜的所述電磁輻射。
[0046]在所述血紅蛋白檢測裝置的另一組實施例中，所述發(fā)射器-檢測器單元包括光學(xué)地可調(diào)諧檢測器單元，其被配置為選擇性地檢測不同波長處的電磁輻射和提供指示由所述發(fā)射器單元所發(fā)射的和由對象的血液和其他物質(zhì)所散射的光譜地選擇的電磁輻射的量的檢測器信號，作為時間的函數(shù)。
[0047]在該組的一個實施例中，所述檢測器單元包括可調(diào)諧光學(xué)濾波器，其被配置為例如取決于所接收的調(diào)諧控制信號，發(fā)射跨所述光譜調(diào)制間隔的多個不同的可選擇的波長之一處的所述電磁輻射。該實施例的不同的變型使用不同的可調(diào)諧濾波器備選方案，諸如光柵或棱鏡單色儀、可調(diào)諧的液晶光學(xué)濾波器或合適地選擇的光學(xué)帶通濾波器的時間序列。
[0048]在所述血紅蛋白檢測裝置的該組實施例的一些變型中，所述發(fā)射器單元包括發(fā)射器，所述發(fā)射器被配置為提供具有完全覆蓋所述光譜調(diào)制間隔的固定發(fā)射光譜的所述電磁輻射。
[0049]光譜地可調(diào)諧發(fā)射器單元與光譜地可調(diào)諧檢測器單元的組合被考慮并且對于一些實施例而言可以是有利的，例如以實現(xiàn)對所述檢測器信號的不需要的信號貢獻(xiàn)的特別高的抑制。
[0050]一些實施例還包括調(diào)制控制單元，所述調(diào)制控制單元被配置為提供調(diào)諧控制信號，其在調(diào)制頻率處是周期性的，所述調(diào)制頻率用于通過在各自的調(diào)制時段期間覆蓋所述光譜調(diào)制間隔的所述發(fā)射器-檢測器單元驅(qū)動電磁輻射的光譜地經(jīng)調(diào)制的發(fā)射或檢測。
[0051]頻率特異信號處理可以使用包括鎖定放大器的信號處理單元執(zhí)行，其接收調(diào)諧控制信號和檢測器信號。在另一實施例中，取代鎖定放大器，使用同步檢測器。在又一實施例中，使用以調(diào)制頻率的預(yù)定偶次諧波為中心的帶通濾波器。另一實施例具有信號處理單元，所述信號處理單元包括帶通濾波器與同步檢測器的鎖定放大器的組合。
[0052]應(yīng)注意到，使用在所述發(fā)射器單元和在所述檢測器單元中的部件通常具有在所述設(shè)計中需要考慮以避免不正確的檢測結(jié)果的光譜特性。例如，如果其不存在，則諸如具有所述被測量的透射率峰值周圍的某個靈敏度峰值的光電二極管的檢測器可以不正確地提出血紅蛋白的檢測。為了避免校正單元的必要性，可以通過適合的發(fā)射器和檢測器部件的適當(dāng)?shù)倪x擇來處理這樣的問題，考慮到所選擇的光譜調(diào)制間隔中的其光譜特性。然而，發(fā)射強度和檢測器靈敏度中的特定斜率可能不是可避免的。因此，在需要的情況下，本公開的任何實施例可以利用校正單元擴展，所述校正單元被配置為補償針對電磁輻射的發(fā)射或檢測所使用的所述部件的光譜特性。在所述檢測側(cè)，所述校正單元可以被實現(xiàn)為所述信號處理單元的所述初始級之一。所述校正單元校正可歸因于所述發(fā)射強度和所述檢測靈敏度的已知光譜依賴性的信號失真。另一可能性是所述發(fā)射側(cè)的光譜預(yù)均衡級(例如作為所述調(diào)諧控制單元的一部分)以用于控制由使用在調(diào)制時段中的所述不同波長處的所述發(fā)射器單元所提供的所述電磁輻射的強度。這樣，可以實現(xiàn)針對發(fā)射器特性和檢測器特性二者的補償。所述預(yù)均衡級可以基于強度的優(yōu)先級設(shè)置或者使用具有與針對所述實際血紅蛋白檢測測量結(jié)果所使用的那個相同種類的額外的檢測器的反饋環(huán)路。
[0053]在另一實施例中，所述校正單元額外地或者備選地被配置為將信號校正應(yīng)用到二次或更高的偶次諧波信號貢獻(xiàn)，其包含使用具有所述調(diào)制頻率的所述檢測器信號的該分量的實際的期望信號并且其可以因此被認(rèn)為“載波”信號。該實施例基于以下認(rèn)識:包含期望信號的所述“載波”信號和所述高頻“邊帶”信號二者可以以類似的方式由諸如運動偽影的失真影響。因此，作為所述調(diào)制頻率處所檢測的時間的函數(shù)的所述包絡(luò)幅度可以提供用于導(dǎo)出待應(yīng)用到所述“邊帶”信號的信號校正的基礎(chǔ)。在一個實施例中，所述信號校正是由縮放因子所修改的“載波”信號的包絡(luò)，其可以由日常操作適合地選擇。
[0054]血紅蛋白檢測裝置的有利的應(yīng)用案例是光電體積描記法裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面或其實施例之一的所述血紅蛋白檢測裝置，并且其還包括PPG評價單元，其接收所述輸出信號并且被配置為根據(jù)所述輸出信號并且提供心血管狀態(tài)信息，特別是血氧飽和度、心率和呼吸率。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種血紅蛋白檢測方法。所述方法包括:
[0056]-在調(diào)制頻率處周期性地提供在各自的調(diào)制時段覆蓋光譜調(diào)制間隔期間的不同波長處的電磁輻射的光譜地選擇性發(fā)射和檢測；
[0057]-提供作為時間的函數(shù)的指示檢測到的電磁輻射的檢測器信號;并且
[0058]-處理所述檢測器信號并且提供輸出信號，其指示形成所述調(diào)制頻率的二次或更高的偶次諧波的至少一個頻率分量對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)。
[0059]本發(fā)明的所述第二方面的所述方法共享本發(fā)明的所述第一方面的血紅蛋白檢測裝置的所述優(yōu)點。
[0060]所述方法的一個實施例包括:
[0061 ]-提供光譜可調(diào)節(jié)發(fā)射器-檢測器單元；
[0062]-將調(diào)諧控制信號提供給所述發(fā)射器-檢測器單元，該調(diào)諧控制信號在調(diào)制頻率處是周期性的，因此驅(qū)動覆蓋各自的調(diào)制時段期間的光譜調(diào)制間隔的不同波長處的電磁輻射的周期性光譜地選擇性發(fā)射和檢測，其中，指示電磁輻射的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，展示可以利用至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)分解的非線性光譜依賴性，并且在該光譜調(diào)制間隔中，指示要暴露于所發(fā)射和所檢測的所述電磁輻射的其他物質(zhì)的所述各自的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，未展示可以利用至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)分解的非線性光譜依賴性；
[0063]-提供作為時間的函數(shù)的指示檢測到的電磁輻射的檢測器信號;并且
[0064]-處理所述檢測器信號并且提供輸出信號，其指示形成所述調(diào)制頻率的二次或更高的偶次諧波的至少一個頻率分量對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)。
[0065]本發(fā)明的所述第二方面的所述血紅蛋白檢測方法的有利的應(yīng)用案例是光電體積描記方法，包括根據(jù)本發(fā)明的第二方面或其實施例之一的血紅蛋白檢測方法，并且還包括根據(jù)所述輸出信號來確定并且提供心血管狀態(tài)信息。
[0066]應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的所述血紅蛋白檢測裝置(也權(quán)利要求1中所限定、)根據(jù)本發(fā)明的所述第二方面或權(quán)利要求14所述的血紅蛋白檢測裝置具有特別是與根據(jù)從屬權(quán)利要求2至13中所限定的相似和/或同樣的實施例。
【附圖說明】
[0067]在附圖中:
[0068]圖1示出了血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的實施例的方框圖；
[0069]圖2示出了血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的另一實施例的方框圖；
[0070]圖3是根據(jù)本發(fā)明的血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的工作原理的圖示；
[0071]圖4和5各示出了根據(jù)本發(fā)明的血紅蛋白檢測裝置的不同的實施例的發(fā)射器單元的示意性框圖；
[0072]圖6是示出用于圖示用于本發(fā)明的血紅蛋白檢測裝置的實現(xiàn)方案的適合的光譜范圍的200納米與1000納米之間的光譜范圍中的血紅蛋白和氧合血紅蛋白的透射率特性的曲線圖；
[0073]圖7將血液的吸收性質(zhì)與黑素體、表皮和皮膚的那些相比較以用于識別用于根據(jù)本發(fā)明的血紅蛋白檢測和PPG的實現(xiàn)方案的適合的光譜區(qū)域；
[0074]圖8是圖示用于使用在PPG裝置的血紅蛋白檢測裝置的實施例中的適合的光譜調(diào)制間隔的圖6的光譜的剖面；
[0075]圖9至13示出了與圖8相同的圖6的光譜的剖面以用于圖示用于血紅蛋白檢測裝置的實施例的實現(xiàn)方案的不同的光譜調(diào)制間隔；
[0076]圖14至17示出了血紅蛋白檢測裝置的不同的實施例的實現(xiàn)方案中的相同給定光譜調(diào)制間隔中的適合的波長的不同的備選集合；
[0077]圖18至21示出了血紅蛋白檢測裝置的不同的實施例的實現(xiàn)方案中的不同光譜調(diào)制間隔的檢測器信號的頻率分布的范例；
[0078]圖22是示出血紅蛋白檢測方法的實施例的流程圖；并且
[0079]圖23是光電體積描記方法的實施例的光電體積描記方法的實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0080]圖1至3的以下描述首先轉(zhuǎn)到根據(jù)本公開的血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的實施例的結(jié)構(gòu)，如圖1和2中所示。隨后，將參考圖3中給定的這兩個實施例的工作原理的圖示描述這些實施例的功能。
[0081]圖1示出了血紅蛋白檢測裝置100和PPG裝置120的實施例的框圖。血紅蛋白檢測裝置完全由PPG裝置120包括。
[0082]血紅蛋白檢測裝置100包括光譜可調(diào)諧發(fā)射器-檢測器單元102，光譜可調(diào)諧發(fā)射器-檢測器單元102包括光譜可調(diào)諧發(fā)射器單元104和檢測器單元106。
[0083]光譜可調(diào)諧發(fā)射器單元104接收來自調(diào)制控制單元108的輸入。更具體而言，調(diào)制控制單元108向發(fā)射器單元104生成和提供調(diào)諧控制信號。調(diào)諧控制信號在調(diào)制頻率處是周期性的。在一個實施例中，調(diào)制控制單元108包括振蕩器和用于驅(qū)動發(fā)射的驅(qū)動器。驅(qū)動器是由發(fā)射器單元104而非由調(diào)制控制單元108包括的變型。
[0084]在本實施例中，提供給發(fā)射器單元104的周期性調(diào)諧控制信號用于驅(qū)動在各自的調(diào)制時段期間覆蓋光譜調(diào)制間隔的電磁輻射的光譜地經(jīng)調(diào)制的發(fā)射。響應(yīng)于所接收的調(diào)諧控制信號，發(fā)射器單元104在如由調(diào)諧控制信號所確定的不同的波長處光譜地選擇性地發(fā)射電磁輻射。然而，由調(diào)制控制單元所生成的調(diào)諧控制信號的提供不是要求?？梢圆捎糜糜谔峁┢谕闹芷谛怨庾V地經(jīng)調(diào)制的發(fā)射的其他方案。
[0085]不同的波長覆蓋光譜調(diào)制間隔。根據(jù)以下準(zhǔn)則選擇光譜調(diào)制間隔:
[0086]a)指示血紅蛋白的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，展示該光譜調(diào)制間隔內(nèi)的相反符號的斜率;以及
[0087]b)此外，指示表皮、真皮和皮下組織的各自的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，未展示該光譜調(diào)制間隔內(nèi)的各自的斜率的符號的改變。
[0088]通過虛線箭頭110指示光譜調(diào)制間隔中所發(fā)射的電磁輻射。血紅蛋白檢測裝置100工作在反散射模式中，其如此在本領(lǐng)域中是已知的。電磁輻射110發(fā)射并且傳送通過表皮、真皮以到達(dá)手指12的皮下組織(S卩，皮下組織)以便到達(dá)包含血紅蛋白的血管。血紅蛋白通常不存在于表皮、真皮和與血管不同的皮下組織的那些部分中。通過攜帶附圖標(biāo)記114的虛線箭頭在圖1中指示撞擊電磁輻射的分?jǐn)?shù)，其由手指112的被輻照的組織反散射并且在透射通過手指112的所提到的組織區(qū)域之后到達(dá)檢測器單元。通過檢測器單元106檢測反散射的電磁輻射。檢測器單元106是靈敏的，即被配置為檢測由所選擇的光譜調(diào)制間隔所覆蓋的全光譜中的所接收的電磁輻射。檢測器單元106包括例如光電二極管或光電晶體管。檢測器在提供有帶通濾波器的本實施例的一個變型中，所述帶通濾波器允許光基本上僅在所選擇的光譜調(diào)制間隔中傳遞以便拒絕環(huán)境光。但是，這不是要求。
[0089]因此，在本實施例中，通過血紅蛋白裝置100的發(fā)射器單元104提供允許根據(jù)光譜調(diào)制間隔內(nèi)的波長的手指112的所提到的組織區(qū)域的透射率的確定的光譜選擇性和可調(diào)諧能力。因此，不要求將調(diào)諧控制信號提供給檢測器單元106。
[0090]血紅蛋白檢測裝置100還包括信號處理單元116，其被配置為接收由檢測器單元所提供的檢測器信號。而且，信號處理單元116被配置為提供輸出信號，所述輸出信號指示形成調(diào)制頻率的二次或更高的諧波的至少一個頻率分量對檢測器信號的貢獻(xiàn)。在圖3的描述的上下文中將描述信號處理單元116的實現(xiàn)方案的不同的方式。
[0091]在操作中，波長調(diào)制的光被引導(dǎo)向皮膚并且其透射或反射由檢測器單元106檢測。通過信號處理單元處理檢測器信號，例如所檢測的光電流。例如，處理包括利用ADC放大和轉(zhuǎn)換到信號域。數(shù)字鎖定放大器將期望的信號與不期望的信號分離，所述數(shù)字鎖定放大器從調(diào)制控制單元接收其參考頻率，所述調(diào)制控制單元還控制可調(diào)諧發(fā)射器單元104的調(diào)制。當(dāng)然，鎖定檢測器還可以實現(xiàn)在模擬域中。
[0092]下文參考圖3還將描述以血紅蛋白檢測裝置100的不同功能單元為基礎(chǔ)的操作的細(xì)節(jié)。
[0093]血紅蛋白檢測裝置100的變型額外地包括光譜對齊單元118，其在圖1中由具有虛線輪廓的框表示以指示該單元是任選的。在參考圖3對血紅蛋白檢測裝置的操作原理的解釋之后，下文還將描述光譜對齊單元的功能。
[0094]在圖1中還圖示的另一實施例中，血紅蛋白檢測裝置100可以形成在附圖標(biāo)記120下所提及的PPG裝置的集成部件。為了根據(jù)由信號處理單元116所提供的輸出確定PPG信息，血紅蛋白檢測裝置100被擴展為通過還提供PPG評價單元112來形成PPG裝置120，所述PPG評價單元122接收由信號處理單元116所提供的血紅蛋白檢測裝置100的輸出信號并且其被配置為根據(jù)輸出信號確定并且在其輸出部提供心血管狀態(tài)信息，例如心率信息、氧飽和度信息或其他信息。
[0095]在轉(zhuǎn)到圖1中所圖示的血紅蛋白檢測裝置100和PPG裝置120的操作的詳細(xì)描述之前，將參考圖2描述血紅蛋白檢測裝置200和PPG裝置200的備選實施例。
[0096]圖2示出了血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的另一實施例的框圖。血紅蛋白檢測裝置200與圖1的那個類似。因此，以下描述主要介紹圖1和2的實施例之間的差異。
[0097]在血紅蛋白檢測裝置200中，通過血紅蛋白裝置200的檢測器單元206提供允許根據(jù)光譜調(diào)制間隔內(nèi)的波長的包括血管的組織區(qū)域的透射率的確定的光譜選擇性和可調(diào)諧能力。
[0098]因此，與圖1的血紅蛋白檢測裝置100相反，圖2的血紅蛋白檢測裝置具有發(fā)射器單元，其被配置為提供具有覆蓋預(yù)定光譜調(diào)制間隔的固定發(fā)射光譜的電磁輻射210。而且，血紅蛋白檢測裝置200的發(fā)射器-檢測器單元202的檢測器單元206是光譜地可調(diào)諧的。換句話說，其被配置為取決于調(diào)諧控制信號，提供所選擇的光譜調(diào)制間隔內(nèi)的不同波長處的電磁輻射的檢測中的光譜選擇性和可調(diào)諧能力。
[0099]圖1的實施例的另一差異在于，本血紅蛋白檢測裝置被配置為操作在透射模式中，其中，電磁輻射傳送通過組織，其以非限制性范例的方式是耳朵212的耳垂。換句話說，光譜可調(diào)諧檢測器單元被配置為提供檢測器信號，其指示由發(fā)射器單元所發(fā)射和由耳朵212的耳垂的真皮、皮下組織和血管在透射模式中所散射并且然后由檢測器單元光譜地選擇(例如，濾波)的電磁輻射的量，作為時間的函數(shù)。
[0100]應(yīng)注意到，透射和反散射模式的使用是可以獨立于針對提供光譜選擇性和可調(diào)諧能力所使用的技術(shù)做出的產(chǎn)品設(shè)計選擇。血紅蛋白檢測裝置100和200的變型被配置用于使用相應(yīng)其他的所圖示的操作模式(即，透射模式或反散射模式)的操作。
[0101]為了實現(xiàn)檢測器單元206中的光譜選擇和光譜調(diào)諧，圖2的血紅蛋白檢測裝置200的調(diào)制控制單元將調(diào)諧控制信號提供給檢測器單元206。沒有必要將調(diào)諧控制信號提供給發(fā)射器單元204。通過光譜地可調(diào)諧濾波器、通過光柵單色儀或任何其他已知技術(shù)自身可以實現(xiàn)光譜選擇和光譜調(diào)諧。
[0102]由信號處理單元216所執(zhí)行的信號處理可以與圖1的實施例的那個相同。
[0103]如在圖1的實施例中，還存在提供光譜對齊單元218的選項。
[0104]而且，在一個實施例中，血紅蛋白檢測裝置200形成PPG裝置220的組成部分，其也在圖2中圖示并且還包括PPG評價單元222，PPG評價單元222用于根據(jù)由血紅蛋白檢測裝置200所提供的輸出來確定心血管狀態(tài)信息。
[0105]圖3是根據(jù)本公開并且特別是根據(jù)圖1和2的實施例的血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的工作原理的圖示。圖3示出了表示任意線性單元中的氧合血紅蛋白的吸收光譜的曲線圖，繪制為以納米為單位的波長λ的函數(shù)。在附圖標(biāo)記302下示出了氧合血紅蛋白的吸收光譜。在圖3的曲線圖中還示出了黑色素的吸收光譜304。黑色素形成血紅蛋白檢測測量結(jié)果中并且因此也在光電體積描記法中的主要干擾物質(zhì)。黑色素被示出為這樣的干擾物質(zhì)的范例，干擾物質(zhì)包括表皮、真皮和由皮下組織所包括的并且與血紅蛋白不同的任何物質(zhì)。
[0106]光譜調(diào)制間隔306被選擇為覆蓋光譜區(qū)域，其中，作為波長的函數(shù)的血紅蛋白吸收光譜的斜率假定相反符號。在所選擇的光譜調(diào)制間隔306中，氧合血紅蛋白的吸收光譜展示具有最大值302.1的共振吸收特征。因此，在本范例中，將共振吸收特征的最大值302.1的光譜位置當(dāng)作參考波長，根據(jù)波長的吸收的斜率在較小的波長處是正的，并且吸收光譜的斜率在較大的波長處是負(fù)的。相比之下，在沒有其斜率的符號的任何改變的情況下，黑色素的吸收光譜在該光譜調(diào)制間隔中是連續(xù)遞減的。其他物質(zhì)未示出但是已知的并且可以被假定為展示類似于黑色素的行為。
[0107]在許多實施例中，實際測量的量不是吸收系數(shù)，而是指示樣本的透射率的另一量。眾所周知，以cm—1為單位的吸收系數(shù)與所測量的樣本的透射率互補。吸收越高，透射率越小。因此，所測量的樣本的透射率將假定圖3中所示的最大值302.1的光譜位置處的最小值，并且向較小和較大的波長的透射率特征的斜率在與吸收光譜相比較的透射率光譜中是相反的。然而，這沒有關(guān)系。所測量的量中的斜率的符號的改變的出現(xiàn)是重要的。
[0108]在圖1的血紅蛋白檢測裝置100中，通過發(fā)射器單元104提供并且根據(jù)調(diào)諧控制信號調(diào)制覆蓋光譜調(diào)制間隔306的所發(fā)射的電磁輻射110的波長。在圖3中所表示的說明性范例中，所提供的波長在由形成光譜調(diào)制間隔306的下限和上限的波長&和\2給定的光譜限制中周期性地并且連續(xù)性地振蕩。這通過圖3中的振蕩波形110.1圖示，其將被理解為具有對應(yīng)于調(diào)制頻率f=l/T的調(diào)制時段T的時間(在縱坐標(biāo)的方向上)的波長作為時間的函數(shù)(沿著橫坐標(biāo))的表示。通過提供電磁輻射110的振蕩光譜調(diào)制，由于光譜調(diào)制間隔306中的黑色素的幾乎線性吸收光譜，因而黑色素對所傳送的電磁輻射114以及因此對檢測器信號的貢獻(xiàn)114.2主要集中在進(jìn)入的電磁輻射的調(diào)制頻率處。相比之下，根據(jù)光譜位置302.1處的其共振吸收特征，氧合血紅蛋白對所傳送的電磁輻射114的貢獻(xiàn)114.1展示具有對應(yīng)于進(jìn)入的電磁輻射的調(diào)制頻率f的二次諧波頻率2f的頻率域中的調(diào)制時段T/2的主導(dǎo)貢獻(xiàn)的調(diào)制。
[0109]這如下地實現(xiàn):在跨越光譜調(diào)制間隔3O 6的波長的振蕩的單個時段期間，吸收302.1的共振峰值將被掃描兩次，因此將具有單個調(diào)制時段內(nèi)的振蕩的兩個時段的信號貢獻(xiàn)添加到檢測器信號。通過根據(jù)調(diào)諧控制信號的調(diào)制頻率的二次和其他偶次諧波使氧合血紅蛋白對總檢測器信號的貢獻(xiàn)是可識別的，而黑色素(和其他物質(zhì))的貢獻(xiàn)通過與調(diào)制頻率和其其他奇次諧波相同的調(diào)制頻率表征。取決于透射率的特定光譜依賴性，可以通過包括血紅蛋白的所有物質(zhì)提供高于二次諧波的小貢獻(xiàn)諧波。因此，通過將對信號處理單元116中的檢測器信號的不同的頻率貢獻(xiàn)分離，信號處理單元的輸出選擇性地提供由氧合血紅蛋白基本上單獨地所生成的頻率分量2f的貢獻(xiàn)。
[0110]因此，血紅蛋白對檢測器信號的信號貢獻(xiàn)可以由其調(diào)制頻率識別并且可以與檢測器信號的其他頻率分量分離。可以通過同步檢測或通過采用鎖定技術(shù)在信號處理單元116中實現(xiàn)分離。不同的實施例采用要么數(shù)字鎖定技術(shù)要么模擬鎖定技術(shù)。在任何情況下，信號處理單元116、216適合地還接收由如由調(diào)制控制單元108與信號處理單元116之間的對應(yīng)的箭頭所指示的調(diào)制控制單元和由調(diào)制控制單元208和信號處理單元216所提供的調(diào)諧控制信號。調(diào)制頻率被選擇為使得實現(xiàn)與由運動偽影所提供的信號貢獻(xiàn)的已知最大值頻率的清晰分離。
[0111]已經(jīng)在針對具有光譜地經(jīng)調(diào)制的可調(diào)諧發(fā)射器104的圖1的血紅蛋白檢測裝置100的實施例的情況的先前段落中描述根據(jù)本公開的實施例的血紅蛋白檢測的實現(xiàn)方案。操作原理針對光譜地經(jīng)調(diào)制的可調(diào)諧檢測器單元206與在圖2的血紅蛋白檢測裝置200中是相同的。針對在這兩種情況下，在調(diào)制控制單元108、208的控制下以周期性的方式光譜地選擇性地檢測透射率。因此，針對圖1的實施例上文所給定的解釋也適于圖2的實施例。
[0112]以圖1和2的示例性實施例的方式所描述的技術(shù)允許血紅蛋白以及因此具有干擾物質(zhì)的高抑制的血液的檢測。所采用的光譜調(diào)制導(dǎo)致檢測器信號的幅度的調(diào)制。這具有以下優(yōu)點:信號從低頻率轉(zhuǎn)移到高頻率，其將針對血紅蛋白檢測和因此針對PPG所使用的信號貢獻(xiàn)與通常發(fā)生在低頻率處的運動偽影分離。所述技術(shù)還可以被描述為創(chuàng)建載波和邊帶。邊帶包含針對PPG允許導(dǎo)出實際的PPG信號的消息，而載波不是。然而，載波和邊帶二者同樣地由諸如偽影的傳輸信道變化影響。因此，在一個實施例中，使用載波的幅度針對信道變化(運動)校正包含實際的PPG信號的邊帶信號。
[0113]而且，所采用的技術(shù)使得能夠進(jìn)行AC耦合、釋放針對信號處理所使用的電子產(chǎn)品中的有價值的動態(tài)范圍。所使用的技術(shù)的另一優(yōu)點在于:傳感器原理是自校準(zhǔn):由檢測器單元所接收的所檢測的載波信號的幅度是所測量的樣本的衰減的度量，而載波幅度的調(diào)制是針對期望的血紅蛋白檢測或PPG信息的度量。
[0114]所描述的技術(shù)還可以被用于檢測與血紅蛋白不同的物質(zhì)，通過根據(jù)給定吸收或透射率特性的它們的特性調(diào)制頻率、通過根據(jù)所描述的準(zhǔn)則適合地選擇光譜調(diào)制間隔和提供針對光譜調(diào)制間隔中的電磁輻射的光譜地選擇性和可調(diào)諧透射率信息。
[0115]圖4和5各自示出了根據(jù)本發(fā)明的血紅蛋白檢測裝置的不同的實施例的發(fā)射器單元400和500的示意性框圖。發(fā)射器單元400和500光譜地可調(diào)諧為選擇性地提供不同的所選擇的波長處的電磁輻射。因此，其適于用作圖1的血紅蛋白檢測裝置100的發(fā)射器單元106。
[0116]圖4的發(fā)射器單元400包括驅(qū)動器單元402和三個固態(tài)發(fā)射器404、406和408。固態(tài)發(fā)射器404、406和408中的每一個提供針對由血紅蛋白檢測裝置使用所選擇的光譜調(diào)制間隔內(nèi)的一個固定波長。術(shù)語“固定波長”不是指單個波長，而是指具有峰值波長和發(fā)射的適合的光譜寬度的發(fā)射光譜。在發(fā)射器單元400的一個變型中，固態(tài)發(fā)射器404、406和408的光譜寬度足夠小以允許利用所選擇的光譜調(diào)制間隔306的不同區(qū)段中的固態(tài)發(fā)射器中的每一個確定透射率信息。在一個這樣的變型中，固態(tài)發(fā)射器404、406和408不必具有任何其發(fā)射光譜的任何基本上光譜交疊使得可以測試所選擇的光譜調(diào)制間隔306內(nèi)的三個分立的光譜區(qū)域。如該范例所示，不存在獲得具有超過全部光譜調(diào)制間隔的高光譜分辨率的所選擇的光譜調(diào)制間隔306內(nèi)的透射率信息。測試光譜調(diào)制間隔的某些區(qū)段或波長以便在調(diào)制時段期間獲得足夠的信號對比度是足夠的。下文還將參考圖14至18描述針對波長選擇的不同的備選變型。
[0117]適合的固態(tài)發(fā)射器404至408的范例是發(fā)光二極管、有機發(fā)光二極管和激光二極管。其可以被提供為允許便攜式血紅蛋白檢測裝置或PPG裝置的提供的小設(shè)備。這些發(fā)射器在任何期望的波長處和具有不同的光譜帶寬特別是在可見光譜范圍內(nèi)是可商購的。
[0118]驅(qū)動器單元402以開關(guān)序列的形式接收來自調(diào)制控制單元108(未示出在圖4中)的調(diào)諧控制信號，其激活調(diào)制時段的相應(yīng)時段處的不同的固態(tài)光發(fā)射器404、406和408的相應(yīng)一個。
[0119]取代三個固態(tài)發(fā)射器，任何其他數(shù)目的固態(tài)發(fā)射器可以使用在發(fā)射器單元400中。所選擇的數(shù)目的固態(tài)發(fā)射器應(yīng)當(dāng)適合地選擇以根據(jù)上文參考圖3所給定的功能描述，獲得必要量的具有基本上僅由血紅蛋白引起的高頻分量的期望的光譜透射率信息。具有相互地非交疊發(fā)射光譜的固態(tài)發(fā)射器的數(shù)目優(yōu)選地等于或大于三，如將以圖14至18的描述的上下文中的不同范例的方式所討論的。作為使用發(fā)射具有不同波長的電磁輻射的不同固態(tài)發(fā)射器的備選方案，可以使用對應(yīng)數(shù)目的相同的寬帶發(fā)射器，每個跟隨有允許僅各自的所選擇的波長的傳輸?shù)牟煌墓庾V帶通濾波器。
[0120]在發(fā)射器單元400的備選變型中，固態(tài)光發(fā)射器404至408具有不同的峰值波長，但是交疊的發(fā)射光譜，其一起覆蓋所選擇的光譜調(diào)制間隔的期望的區(qū)段。因此，相互交疊的發(fā)射光譜可以被用于提供具有可控制的峰值波長的所選擇的光譜調(diào)制間隔內(nèi)的可調(diào)諧的總體發(fā)射光譜，其中可控制的峰值波長為單獨的固態(tài)發(fā)射器的強度的各自的加權(quán)和。在該變型中，調(diào)制控制單元108被配置為以強度控制信號的形式將調(diào)諧控制信號提供給發(fā)射器單元400，其確定調(diào)制時段處的相應(yīng)階段處的不同的固態(tài)發(fā)射器404至408中的每一個的各自的相對強度。在該變型中，具有相互交疊發(fā)射光譜的固態(tài)發(fā)射器的數(shù)目等于或大于三。較大數(shù)目的固態(tài)發(fā)射器允許實現(xiàn)具有較高的光譜分辨率的透射率信息。
[0121]在圖5中示出了發(fā)射器單元500的備選實施例。在該實施例中，光譜地覆蓋波長A1和入2之間的光譜調(diào)制間隔306的電磁輻射的單個寬帶發(fā)射器502跟隨有可調(diào)諧光學(xué)濾波器504，其被配置為取決于調(diào)諧控制信號，傳送跨所選擇的光譜調(diào)制間隔的多個不同的可選擇的波長之一處的電磁輻射?？烧{(diào)諧濾波器506是由驅(qū)動器單元506來控制的。驅(qū)動器單元接收調(diào)諧控制信號。這樣，所發(fā)射的波長的調(diào)制通過調(diào)諧光學(xué)濾波器506實現(xiàn)為光譜帶通濾波器以在調(diào)制控制單元108的控制下跨光譜調(diào)制間隔的不同波長掃描。
[0122]在這些和其他實施例中，考慮發(fā)射器-檢測器單元的光譜特性以避免檢測誤差是重要的。具體而言，應(yīng)當(dāng)注意，由發(fā)射器單元所提供的總發(fā)射的強度不包含形成可能由波長調(diào)制自身引起的調(diào)制頻率的諧波的頻率分量。因此，反饋和前饋(例如，查找表方法)可以是必要的。例如，假定使用四個發(fā)光二極管(LED)，其中，LEDl和LED3比LED2和LED4發(fā)射更高的強度。沒有該強度比的適當(dāng)?shù)男Ｕ臋z測的信號將已經(jīng)包含偶次諧波，無論是否存在所看到的血紅蛋白。因此，LED的強度在該情況中必須是平衡的。這可以使用查找表來完成。測量所發(fā)射的光強度112并且使用反饋環(huán)路使其平衡也是可能的。另一范例在可調(diào)諧濾波器的使用中。這些在其通頻帶中絕不是平的，并且將因此生成獨立于被測量的所檢測的信號中的諧波。
[0123]圖6是200納米與1000納米之間的光譜范圍內(nèi)的血紅蛋白(Hb)和氧合血紅蛋白(HbO2)的吸收性質(zhì)的曲線圖。從圖6可以看到，在藍(lán)色和綠色光譜范圍中以及684nm(紅色)周圍，吸收光譜的部分展示血紅蛋白的吸收光譜的斜率的符號的改變。吸收光譜的適合的候選特征由虛線橢圓形和標(biāo)簽A至G標(biāo)記，并且包括各自的吸收光譜的最大值或最小值。注意，對于正常健康對象而言，由于動脈血的高氧飽和度，因而血紅蛋白吸收幾乎完全由氧合血紅蛋白(Hb02)確定。然而，770納米周圍的吸收峰F對于脫氧血紅蛋白是唯一的并且可以被用于專門檢測該物質(zhì)的存在性。因此，圖6的曲線圖允許識別用于本公開的血紅蛋白檢測裝置的實施例的實現(xiàn)方案的適合的候選光譜范圍。
[0124]無論候選光譜范圍是否實際上適于實現(xiàn)方案，必須由候選光譜范圍內(nèi)的不同的吸收光譜的比較確定。因此，對圖7做出額外參考。圖7將在700下所示的血液的吸收性質(zhì)與黑素體(702)、表皮(704)和皮膚(706)的那些相比較以用于使用在識別用于根據(jù)本公開的血紅蛋白檢測和PPG的實現(xiàn)方案的適合的光譜范圍A、B、C、D和E、F和G中。針對適合的光譜范圍的優(yōu)選的中心波長近似是418nm、512nm、542nm、560nm、576nm和684nm，但是光譜中的其他非線性部分對于使用在血紅蛋白檢測裝置的實施例中也是可能的。這是如此因為任何非線性傳遞函數(shù)將總是生成較高的諧波。針對選擇上文所提到的波長的主要原因是那里發(fā)生的斜率的改變。這將給定直接倍頻，而在其他波長處，具有較低幅度的三次諧波更可能生成。
[0125]雖然在適合的光譜范圍A至E中，可以找到血紅蛋白的吸收光譜的斜率的符號的改變，但是在針對所示的干擾物質(zhì)的這些光譜范圍內(nèi)事實并非如此。
[0126]在以下中，將參考圖8至13討論基于圖7中所標(biāo)記的適合的光譜范圍C的適合的光譜調(diào)制間隔的不同的范例。
[0127]圖8是圖6的光譜的區(qū)段。其圖示了光譜范圍C中的光譜限制Lll與L12之間的適合的光譜調(diào)制間隔LI以用于使用在血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的實施例中。在圖8中并且在圖9至13中，通過完全垂直線指示光譜調(diào)制間隔LI至L6的光譜限制。為進(jìn)一步圖示本發(fā)明的實施例的工作原理，標(biāo)記三個光譜位置Pl至P3。光譜位置Pl至P3處的氧合血紅蛋白的吸收光譜的各自的切線SI至S3由虛線表示以指示這些光譜位置處的吸收光譜的各自的斜率。可以看出，斜率在光譜位置Pl處是正的、在光譜位置P3處是負(fù)的并且在光譜位置P2處是零，其中，吸收光譜形成最大值。光譜位置優(yōu)選地利用優(yōu)化所檢測的信號強度選擇并且還提供檢測器信號的期望的頻率分量處的好的調(diào)制對比度。
[0128]如圖9至13中所示的不同的光譜調(diào)制間隔L2至L6的范例所示，針對跨越光譜區(qū)域C中的光譜吸收特征的適合的光譜調(diào)制間隔存在不同的選項。為了圖形簡單性，在圖9至13中省略坐標(biāo)軸。其與圖8的那些相同，如示出氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的吸收光譜的相同區(qū)段那樣。所示的光譜區(qū)域包含光譜位置P2和P4處的氧合血紅蛋白的光譜中的兩個不同的共振吸收峰，其中的每一個可以形成圖9和10中所示的適合的光譜調(diào)制間隔L2和L3的中心波長。應(yīng)注意到，較低的波長限制L3包括光譜區(qū)域C的局部最小值。這是允許的，但是其將向奇次諧波“泄漏”能量并且因此將給定次佳調(diào)制對比度。為了獲得較好的調(diào)制對比度，應(yīng)當(dāng)避免包括局部最小值。
[0129]圖11中所圖示的另一變型使用覆蓋P2和P4處的吸收峰二者的光譜調(diào)制間隔L4。這允許通過具有調(diào)制頻率的四次諧波處的頻率分量的氧合血紅蛋白來實現(xiàn)對檢測器信號的期望的信號貢獻(xiàn)。在相同光譜調(diào)制間隔L4中，脫氧血紅蛋白展示光譜位置P5處的單個吸收峰，其生成具有調(diào)制頻率的二次諧波處的頻率分量的信號貢獻(xiàn)。這允許通過氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白獲得對檢測器信號的清楚的可分離的信號貢獻(xiàn)。由氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白所生成的檢測器信號的兩個不同的頻率分量可以由頻率濾波分離并且被用于確定氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的相對量的估計，其指示血液的氧飽和度的量。圖12和13示出了光譜調(diào)制間隔L5和L6的兩個另外的變型，其包括氧合血紅蛋白的吸收的各自的最小值。這樣的極小值同樣地適合為用于生成對檢測器信號的二次諧波貢獻(xiàn)的極大值。然而，光譜調(diào)制間隔L5中的最小值對氧合血紅蛋白獨有并且允許單獨檢測該物質(zhì)，光譜調(diào)制間隔包括光譜位置P2和P4處的氧合血紅蛋白的吸收峰以及光譜位置P5處的脫氧血紅蛋白的吸收最大值之間的最小值。取決于氧飽和度，二次諧波處的調(diào)制對比度在該變型中將是較大或較低的。這可以被用于獲得針對氧飽和度的度量。
[0130]圖14-17圖示了血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的其他變型。更具體而言，圖14至17示出了用于基于圖8的相同光譜調(diào)制間隔LI的血紅蛋白檢測裝置或PPG裝置的不同的實施例的實現(xiàn)方案的適合的波長的不同的備選集合。作為指導(dǎo)原則，波長或換句話說用于測試血紅蛋白和其他物質(zhì)的透射率的光譜位置應(yīng)當(dāng)被選擇為位于通過選擇給定光譜調(diào)制間隔LI針對血紅蛋白檢測已經(jīng)選擇的吸收特征的不同側(cè)。
[0131]應(yīng)當(dāng)指出，不要求針對測試透射率所選擇的波長的集合對應(yīng)于根據(jù)波長的透射率展示具有相反符號的斜率的光譜位置。作為范例，使用在圖14中所示的第一變型中的波長Wl至W3在跨越光譜位置P2處的吸收最大值的光譜位置處，其中，吸收(以及因此透射率)展示具有零或接近零的基本上相同的斜率。對于這些光譜位置而言，全部對應(yīng)于氧合血紅蛋白的吸收光譜中的極值。利用波長Wl至W3的選擇實現(xiàn)的調(diào)制頻率的二次諧波處的調(diào)制對比度是相對高的，其是有利的。
[0132]作為第二變型，圖15示出了光譜位置P2處的吸收峰的兩側(cè)的三個其他光譜位置處的一組測試波長W4至W6。對于所有三個測試波長W3至W6而言，氧合血紅蛋白的吸收光譜中的斜率是負(fù)的。二次諧波處的調(diào)制對比度在某種程度上低于在圖14的變型中。
[0133]圖16中所示的第三組測試波長W7至W9包括三個光譜位置，其中，氧合血紅蛋白的吸收光譜中的斜率是正的。二次諧波處的調(diào)制對比度與圖14的變型的那個類似。
[0134]第四組測試波長WlO至W12被選擇為在圍繞光譜位置P2處的吸收峰周圍緊密間隔的光譜位置處。所實現(xiàn)的調(diào)制對比度在該范例中是相對低的。
[0135]所描述的任何變型中所實現(xiàn)的調(diào)制對比度還取決于透射率測量結(jié)果的光譜分辨率。如果測試波長之間的光譜距離是較大的并且如果針對測量結(jié)果所使用的血紅蛋白的吸收特征的光譜線寬度允許，則可以使用較低的光譜分辨率，同時仍然實現(xiàn)高調(diào)制對比度。
[0136]圖18至21示出了血紅蛋白檢測裝置的不同的實施例的實現(xiàn)方案中的不同光譜調(diào)制間隔的檢測器信號的頻率分布的范例。
[0137]圖18至21中的每一個具有主曲線圖和插入曲線圖。各自的插入曲線圖是在HbO2下在圖6中所示的氧合血紅蛋白的吸收光譜的相應(yīng)區(qū)段的繪圖以圖示針對測試(并且因此檢測)氧合血紅蛋白的透射率所選擇的各自的光譜調(diào)制間隔。通過向下到達(dá)插入示圖的橫坐標(biāo)處的波長標(biāo)度的完全垂直線來指示光譜調(diào)制間隔的各自的限制。
[0138]圖18至21的各自的主曲線圖示出了不同的諧波頻率分量的相對幅度I/Imax形成對檢測器信號的貢獻(xiàn)，繪制為頻率f與調(diào)制頻率fm的比的函數(shù)。換句話說，主曲線圖圖示了示出當(dāng)在各自的所選擇的光譜調(diào)制間隔中所獲得的各自的檢測器信號中的調(diào)制頻率的不同的諧波的相對幅度的傅里葉譜。主曲線圖中所示的結(jié)果是根據(jù)基于所示的各自的吸收光譜和基于500Hz的調(diào)制頻率處的光譜調(diào)制間隔的各自的限制之間的連續(xù)正弦波長調(diào)制的模擬來導(dǎo)出的。所示的范例關(guān)于其任何潛在的參數(shù)是非限制性的。
[0139]以圖18為基礎(chǔ)的光譜調(diào)制間隔具有506.8nm的中心波長和具有其光譜限制之間的20nm的光譜寬度。該光譜調(diào)制間隔引起具有超過三次諧波的幅度的兩倍的幅度的調(diào)制頻率的二次諧波的主導(dǎo)的貢獻(xiàn)，跟隨有對一次和四次諧波的弱得多的貢獻(xiàn)和對五次和六次諧波的非常弱的貢獻(xiàn)。
[0140]為了比較，僅光譜調(diào)制間隔的輕微修改形成圖19所表示的檢測器信號的基礎(chǔ)。此處所使用的光譜調(diào)制具有506.8nm的相同中心波長而不是具有僅I Onm的減少的光譜寬度。否則，采用相同的參數(shù)。利用該修改，除二次諧波外的頻率分量的相對幅度與圖18的范例相比較強烈地減少，使得僅三次和一次諧波在傅里葉光譜中保持可見，分別具有小于0.3和小于0.2的相對貢獻(xiàn)。因此，可以通過光譜調(diào)制間隔的該修改來實現(xiàn)期望的輸出信號的優(yōu)化。
[0141]以圖20的范例為基礎(chǔ)的光譜調(diào)制間隔具有540.9nm的中心波長和具有其光譜限制之間的8nm的光譜寬度。該光譜調(diào)制間隔引起氧合血紅蛋白對由調(diào)制頻率fm的二次諧波基本上單獨確定的檢測器信號的貢獻(xiàn)。因此，該光譜調(diào)制間隔實現(xiàn)非常有利的輸出信號。這是由于以下事實:在該光譜調(diào)制間隔中，氧合血紅蛋白的吸收光譜可以幾乎完美地擬合(即，分解為)拋物線函數(shù)。
[0142]以圖21的范例為基礎(chǔ)的光譜調(diào)制間隔具有560nm的中心波長和具有其光譜限制之間的26nm的光譜寬度。該光譜調(diào)制間隔引起氧合血紅蛋白對檢測器信號的貢獻(xiàn)，即具有調(diào)制頻率fm的四次諧波處的主導(dǎo)分量，但是基本上沒有二次諧波的貢獻(xiàn)。如圖6所示，脫氧血紅蛋白(Hb)具有已經(jīng)利用拋物線函數(shù)的強貢獻(xiàn)分解的該光譜調(diào)制間隔中的吸收。因此，該實施例的檢測器信號中的二次諧波的存在將是脫氧血紅蛋白的存在的指示。因此，該光譜調(diào)制間隔可以被用于在脫氧血紅蛋白(二次諧波)與氧合血紅蛋白(四次諧波)之間進(jìn)行區(qū)分，并且通過評價頻率域中的各自的幅度，從而允許確定外圍毛細(xì)管氧飽和度(還被稱為Sp〇2)的估計。
[0143]以下描述轉(zhuǎn)到根據(jù)本公開的實施例的血紅蛋白檢測方法和PPG方法的實施例。
[0144]圖22是示出血紅蛋白檢測方法的實施例的流程圖。方法基于使用光譜可調(diào)諧發(fā)射器-檢測器單元并且包括提供周期性光譜選擇性發(fā)射和在各自的調(diào)制時段期間覆蓋光譜調(diào)制間隔的不同波長處的電磁輻射的檢測的步驟1802。例如，光譜調(diào)制間隔可以根據(jù)以下準(zhǔn)則選擇:指示血紅蛋白的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，展示可以利用至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)分解的非線性依賴性，并且在光譜調(diào)制間隔中，指示要暴露于所發(fā)射和所檢測的所述電磁輻射的其他物質(zhì)的所述各自的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，未展示可以利用至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)分解的非線性光譜依賴性。
[0145]后續(xù)步驟1804包括提供作為時間的函數(shù)的指示所檢測的電磁輻射的檢測器信號。
[0146]另一步驟1806包括處理檢測器信號并且提供輸出信號，其指示形成調(diào)制頻率的二次或更高的諧波的至少一個頻率分量對檢測器信號的貢獻(xiàn)。
[0147]該實施例的變型對應(yīng)于在上文中所描述的血紅蛋白檢測裝置的變型。
[0148]圖23是示出PPG方法的實施例的流程圖。光電體積描記方法基于執(zhí)行根據(jù)圖22的實施例的血紅蛋白檢測方法。因此，步驟1902至1906相應(yīng)地與步驟1802至1806相同。方法還包括根據(jù)輸出信號確定心血管狀態(tài)信息并且提供心血管狀態(tài)信息的步驟1908。
[0149]該實施例的變型對應(yīng)于在上文中所描述的血紅蛋白檢測裝置和PPG裝置的變型。
[0150]總之，血紅蛋白檢測裝置包括光譜可調(diào)諧發(fā)射器-檢測器單元，其被配置為在覆蓋調(diào)制頻率處的光譜調(diào)制間隔的不同波長處光譜地選擇性地并且周期性地發(fā)射或檢測電磁輻射，并且作為時間的函數(shù)提供指示所檢測的電磁輻射的檢測器信號。裝置還包括信號處理單元，其被配置為接收檢測器信號和提供輸出信號，所述輸出信號指示形成調(diào)制頻率的二次或更高的偶次諧波的至少一個頻率分量對檢測器信號的貢獻(xiàn)。血紅蛋白檢測裝置可以使用在光電體積描記法應(yīng)用中。
[0151]根據(jù)本公開的實施例，血紅蛋白檢測由暴露于經(jīng)調(diào)制的波長的血紅蛋白和其他物質(zhì)的透射率的光譜地經(jīng)調(diào)制的發(fā)射或檢測并且由諸如帶通濾波或同步檢測器或鎖定放大器的相位或頻率特異的檢測裝置來實現(xiàn)。如果暴露于電磁輻射的其他物質(zhì)不包含生成所選擇的光譜調(diào)制間隔中的偶次諧波的同樣強的非線性傳遞函數(shù)，則任何非線性傳遞函數(shù)生成偶次諧波并且可以用作用于選擇性血紅蛋白檢測。
[0152]雖然在附圖和前述描述中已經(jīng)詳細(xì)說明和描述了本發(fā)明，但是這樣的說明和描述將被認(rèn)為是說明性或示范性而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過研究附圖、說明書和隨附的權(quán)利要求書，在實踐所主張的本發(fā)明時可以理解和實現(xiàn)所公開的實施例的其他變型。
[0153]在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其他元件或步驟，并且詞語“一”或“一個”不排除多個。
[0154]單個級或其他單元可以實現(xiàn)權(quán)利要求中記載的若干項目的功能。盡管在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。
[0155]權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被被解釋為對范圍的限制。
【主權(quán)項】
1.一種血紅蛋白檢測裝置(100、200)，包括: -光譜可調(diào)諧發(fā)射器-檢測器單元(102、202)，其被配置為在覆蓋光譜調(diào)制間隔(LI至L6)的不同波長處以調(diào)制頻率(fm)光譜選擇性地并且周期性地發(fā)射或檢測電磁輻射，并且被配置為提供作為時間的函數(shù)的指示檢測到的電磁輻射的檢測器信號；以及 -信號處理單元(116、216)，其被配置為接收所述檢測器信號和提供輸出信號，所述輸出信號指示形成所述調(diào)制頻率的二次諧波或更高的偶次諧波的至少一個頻率分量對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述光學(xué)調(diào)制間隔是來自一組光譜間隔(A至G)的至少一個，在所述光譜間隔中，指示血紅蛋白(Hb、Hb02)的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，展示能夠利用通過至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)來分解的非線性光譜依賴性，并且在所述光譜調(diào)制間隔中，指示要暴露于所發(fā)射和所檢測的所述電磁輻射的其他物質(zhì)的各自的透射率的量，繪制為波長的函數(shù)，未展示能夠利用至少一個偶函數(shù)的顯著貢獻(xiàn)來分解的非線性光譜依賴性。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述光譜調(diào)制間隔包括一波長(P2)，在所述波長處，氧合血紅蛋白展示吸收率的局部峰值(A、C、E)或局部最小值(B、D)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述信號處理單元(116、216)被配置為提供所述調(diào)制頻率的所述二次諧波對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)作為所述輸出信號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血紅蛋白檢測裝置，還包括調(diào)制控制單元(108、208)，所述調(diào)制控制單元被配置為提供調(diào)諧控制信號，所述調(diào)諧控制信號在調(diào)制頻率(fm)處是周期性的，用于驅(qū)動由所述發(fā)射器-檢測器單元進(jìn)行的在各自的調(diào)制時段(T)期間覆蓋所述光譜調(diào)制間隔的對電磁輻射的光譜地經(jīng)調(diào)制的發(fā)射或檢測。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的血紅蛋白檢測裝置，還包括光譜對齊單元(118、218)，其被配置為: -通過測試給定中心波長周圍的光譜調(diào)制間隔(LI)中的不同的候選波長(Wl至W12)來在執(zhí)行光譜對齊過程中控制所述調(diào)制控制單元(108、208); -根據(jù)針對所述不同的候選波長所接收的各自的檢測器信號來確定最佳光譜調(diào)制間隔(LI至L6)，在所述最佳光譜調(diào)制間隔，所述調(diào)制頻率的所述二次諧波或更高的偶次諧波對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)是相對最大的;并且所述光譜對齊單元被配置為: -將所述最佳光譜調(diào)制間隔選擇為針對所述調(diào)制控制單元的正常血紅蛋白檢測操作要使用的所述光譜調(diào)制間隔。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述發(fā)射器-檢測器單元(102)包括: -光譜可調(diào)諧發(fā)射器單元(104)，其被配置為取決于所述調(diào)諧控制信號，選擇性地提供不同波長處的所述電磁輻射；以及 -檢測器單元(106)，其被配置為提供檢測器信號，所述檢測器信號指示由所述發(fā)射器單元所發(fā)射和由對象的血液和其他物質(zhì)所散射的電磁輻射的量，作為時間的函數(shù)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述信號處理單元包括鎖定放大器，所述鎖定放大器接收所述調(diào)諧控制信號和所述檢測器信號。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述發(fā)射器單元(104、500)包括至少一個可調(diào)諧固態(tài)發(fā)射器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述發(fā)射器單元(104、400)包括多個不同的固態(tài)發(fā)射器(404、406、408)，每個提供所述光學(xué)調(diào)制間隔內(nèi)的一個固定波長，并且在所述調(diào)制時段的各自階段激活所述不同固態(tài)光發(fā)射器中各自的一個。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述發(fā)射器-檢測器單元包括光譜可調(diào)諧檢測器單元，所述光譜可調(diào)諧檢測器單元被配置為選擇性地檢測不同波長處的所述電磁輻射和提供指示由所述發(fā)射器單元所發(fā)射的和由對象的血液和其他物質(zhì)所散射的所述光譜選擇的電磁輻射的量的檢測器信號，作為時間的函數(shù)。12.根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求11所述的血紅蛋白檢測裝置，其中，所述發(fā)射器單元或所述檢測器單元包括可調(diào)諧光學(xué)濾波器，所述可調(diào)諧光學(xué)濾波器被配置為發(fā)射跨所述光譜調(diào)制間隔的多個不同的可選擇的波長之一處的所述電磁輻射。13.—種光電體積描記裝置(120、220)，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的血紅蛋白檢測裝置(100、200)和PPG評價單元(I22、222)，所述PPG評價單元接收所述輸出信號并且被配置為根據(jù)所述輸出信號來確定心血管狀態(tài)信息并且提供所述心血管狀態(tài)信息。14.一種血紅蛋白檢測方法，包括: -在調(diào)制頻率處周期性地提供(2202)在各自的調(diào)制時段期間覆蓋光譜調(diào)制間隔(LI至L6)的不同波長處的電磁輻射的光譜選擇性的發(fā)射和檢測； -提供(2204)作為時間的函數(shù)的指示檢測到的電磁輻射的檢測器信號;并且 -處理(2206)所述檢測器信號并且提供輸出信號，所述輸出信號指示形成所述調(diào)制頻率的二次諧波或更高的偶次諧波的至少一個頻率分量對所述檢測器信號的貢獻(xiàn)。15.—種光電體積描記方法，包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的血紅蛋白檢測方法并且還包括根據(jù)所述輸出信號來確定(2308)心血管狀態(tài)信息并且提供所述心血管狀態(tài)信息。
【文檔編號】A61B5/00GK105848569SQ201580003175
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年7月15日
【發(fā)明人】O·T·J·A·韋爾默朗
【申請人】皇家飛利浦有限公司