基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子測(cè)量領(lǐng)域，具體地指一種基于光聲效應(yīng)的測(cè)量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，心率是醫(yī)學(xué)上廣泛采用的人體健康狀況的評(píng)價(jià)參數(shù)，傳統(tǒng)的心率測(cè)量方式為聽(tīng)診器測(cè)量，然而這種方式非常不方便且誤差較大。隨后出現(xiàn)了通過(guò)測(cè)量脈搏壓力變化進(jìn)而測(cè)量心率的壓電式心率測(cè)量?jī)x，但壓電式的測(cè)量?jī)x是接觸式的，操作麻煩，靈敏度得不到保證。
[0003]心率表的測(cè)量原理常見(jiàn)的有兩種，一種是心動(dòng)電流測(cè)量法，還有一種是光電透射測(cè)量法。兩種測(cè)量方法均存在一定的缺陷。心動(dòng)電流測(cè)量法的儀器需接觸皮膚并將測(cè)量裝置佩戴在胸腔，使用十分不方便。光電透射測(cè)量法由于信號(hào)極為微弱而非常容易受到外界干擾而造成測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。而且光在組織中傳輸時(shí)，組織存在強(qiáng)散射效應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是要提供一種基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量方法及裝置。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0006]I)向生物體發(fā)射正弦連續(xù)波近紅外光光源，并接受生物體被近紅外光激發(fā)而輻射的聲波；
[0007]2)由于光聲效應(yīng)，入射的近紅外光會(huì)產(chǎn)生聲波信號(hào)，聲波探測(cè)器接收聲波信號(hào)，利用壓電效應(yīng)把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；
[0008]3)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行多點(diǎn)采樣，計(jì)算得出心率數(shù)據(jù)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述方法而設(shè)計(jì)的基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量裝置，包括中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器、信號(hào)放大器、隔直與濾波器、可編程增益放大器、微型控制器、近紅外模塊、IXD顯示屏、輔助傳感器模塊和Buzzer蜂鳴器；所述中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器、信號(hào)放大器、隔直與濾波器、可編程增益放大器、微型控制器和近紅外模塊按照信號(hào)的輸入至輸出的流向依順次相連，所述微型控制器的信號(hào)輸出端與LCD顯示屏的信號(hào)輸入端相連，所述輔助傳感器模塊的信號(hào)輸出端與微型控制器的信號(hào)輸入端相連，所述微型控制器的的信號(hào)輸出端與Buzzer蜂鳴器的信號(hào)輸入端相連。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于攜帶、操作方便、能實(shí)現(xiàn)心率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種心率測(cè)量場(chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本方法流程圖。
[0012]圖2為本測(cè)量裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為一種心率測(cè)量表結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0016]I)向生物體發(fā)射正弦連續(xù)波近紅外光光源，并接受生物體被近紅外光激發(fā)而輻射的聲波。探測(cè)器用的是近紅外發(fā)光二極管和聲波探測(cè)器即中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器，當(dāng)近紅外光穿過(guò)手腕，光吸收顆粒吸收了強(qiáng)度調(diào)制的光能，其吸收的光能轉(zhuǎn)化成熱能，在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生周期性的溫度變化，使這部分物質(zhì)及其鄰近介質(zhì)熱脹冷縮而產(chǎn)生壓力的周期性變化，從而產(chǎn)生聲波，其頻率與光調(diào)制頻率相同。中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器可以接收到聲波信號(hào)，利用壓電效應(yīng)把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，接收到的電信號(hào)有強(qiáng)有弱，強(qiáng)弱變化就是頻率，也就是心率，經(jīng)過(guò)一系列信號(hào)處理后可通過(guò)顯示屏顯示測(cè)得的心率值。在所述向生物體發(fā)射近紅外光光源，并接收所述生物體對(duì)所述近紅外光的放射光信號(hào)之后，根據(jù)所述近紅外光激發(fā)而輻射的聲波的強(qiáng)度，調(diào)節(jié)近紅外光光源的發(fā)射強(qiáng)度，提高測(cè)量裝置的準(zhǔn)確性與自適應(yīng)性?？梢圆捎靡粋€(gè)正弦連續(xù)波信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光管發(fā)射近紅外的光源，這樣對(duì)比持續(xù)點(diǎn)亮的光源來(lái)說(shuō)可以大大的節(jié)省了本技術(shù)系統(tǒng)的耗電。
[0017]2)由于光聲效應(yīng)，入射的近紅外光會(huì)產(chǎn)生聲波信號(hào)，聲波探測(cè)器接收聲波信號(hào)，利用壓電效應(yīng)把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。對(duì)聲波信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，包括轉(zhuǎn)換，比較，濾波，放大，整形等一系列的處理，并獲得對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)微處理器的數(shù)據(jù)處理，利用中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。(刪除部分)
[0018]3)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行多點(diǎn)采樣，經(jīng)過(guò)一系列信號(hào)處理后，結(jié)合相應(yīng)算法，計(jì)算獲得相應(yīng)的心率數(shù)據(jù)。例如，將此電信號(hào)與近紅外光同頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦電信號(hào)比較就可以得到聲波電信號(hào)的強(qiáng)弱變化即頻率，這就是心率數(shù)值。
[0019]向生物體發(fā)射近紅外光光源，由于近紅外光對(duì)生物體血液內(nèi)攜氧血紅細(xì)胞和去氧血紅細(xì)胞的流動(dòng)產(chǎn)生的光聲效應(yīng)，以及對(duì)血液的其他液體成分產(chǎn)生了光聲效應(yīng)，接收該近紅外光被激發(fā)的超聲波信號(hào)，并對(duì)該超聲波信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理(采樣、比較、濾波、放大)，獲得血液對(duì)應(yīng)的強(qiáng)弱變化的電信號(hào)S，再對(duì)該電信號(hào)S進(jìn)行多點(diǎn)采樣，并根據(jù)內(nèi)部算法計(jì)算得出相關(guān)的心率數(shù)據(jù)。其中，內(nèi)部算法由微型控制器分析輔助模塊提供的輔助信號(hào)而獲得。本測(cè)量方法能適應(yīng)不同的膚色、不同部位以及不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的心率測(cè)量。其中，在向生物體發(fā)射近紅外光光源，并接收所述生物體對(duì)所述近紅外光的超聲波信號(hào)之后，根據(jù)激發(fā)的超聲波信號(hào)的強(qiáng)度，結(jié)合生物體不同的檢測(cè)部位、不同的膚色，微型控制器模塊通過(guò)調(diào)節(jié)該發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度，選擇該檢測(cè)部位最適合的光源發(fā)射強(qiáng)度，從而提高裝置的自適應(yīng)性。
[0020]基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量裝置，包括中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器201、信號(hào)放大器202、隔直與濾波器203、可編程增益放大器204、微型控制器205、近紅外模塊206、IXD顯示屏207、輔助傳感器模塊208和Buzzer蜂鳴器209 ;所述中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器201、信號(hào)放大器202、隔直與濾波器203、可編程增益放大器204、微型控制器205和近紅外模塊206按照信號(hào)的輸入至輸出的流向依順次相連，所述微型控制器205的信號(hào)輸出端與LCD顯示屏207的信號(hào)輸入端相連，所述輔助傳感器模塊208的信號(hào)輸出端與微型控制器205的信號(hào)輸入端相連，所述微型控制器205的的信號(hào)輸出端與Buzzer蜂鳴器209的信號(hào)輸入端相連。所述輔助傳感器模塊208為加速度傳感器、溫度傳感器、和/或壓力傳感器。
[0021]中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器201用于接收聲波信號(hào)，并通過(guò)壓電效應(yīng)將攜帶心率信息的聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0022]隔直與濾波器203為低通濾波器；可編程增益放大器204把電信號(hào)放大；近紅外模塊206發(fā)射近紅外光；輔助傳感器模塊與Buzzer蜂鳴器用于為微型控制器205提供輔助信號(hào)例如溫度、聲音、運(yùn)動(dòng)模式等，以便于微型控制器205判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式和當(dāng)前需使用算法等輔助功能山⑶顯示屏207顯示心率等數(shù)據(jù)；微型控制器205用于計(jì)算心率。
[0023]中空多環(huán)陣列傳感器201接收到超聲波，利用壓電效應(yīng)把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，接收到的電信號(hào)有強(qiáng)有弱，強(qiáng)弱變化就是頻率，也就是心率。由于近紅外光對(duì)生物體血液內(nèi)攜氧血紅細(xì)胞和去氧血紅細(xì)胞的流動(dòng)產(chǎn)生的光聲效應(yīng)，以及對(duì)血液的其他液體成分產(chǎn)生了光聲效應(yīng)，其中，在向生物體發(fā)射近紅外光光源，并接收所述生物體對(duì)所述近紅外光的超聲波信號(hào)之后，根據(jù)激發(fā)的超聲波信號(hào)的強(qiáng)度，結(jié)合生物體不同的檢測(cè)部位、不同的膚色，微型控制器205通過(guò)調(diào)節(jié)該半導(dǎo)體激光管的發(fā)光強(qiáng)度，選擇該檢測(cè)部位最適合的光源發(fā)射強(qiáng)度，從而提高裝置的自適應(yīng)性。微型控制器模塊205可以采用一個(gè)正弦連續(xù)波來(lái)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光管302發(fā)射近紅外的光源，這樣對(duì)比持續(xù)點(diǎn)亮的光源來(lái)說(shuō)可以大大的節(jié)省了本技術(shù)系統(tǒng)的耗電，而且更能提高近紅外光的穿透性。微型控制器205用于處理后的提供輔助數(shù)據(jù)，輔助內(nèi)部算法，提升獲得相應(yīng)的心率數(shù)據(jù)可靠性。輔助傳感器模塊208用于為微型控制器205提供輔助信號(hào)，以便于微型控制器205判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式和當(dāng)前需使用算法等輔助功能。輔助傳感器模塊206包括以下一種或任意多種組合:加速度傳感器、溫度傳感器以及壓力傳感器等。如采用加速度傳感器時(shí)，微型控制器205通過(guò)加速度傳感器發(fā)送的加速度輔助數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)模式為:靜止、行走、跑步等，進(jìn)而選擇相應(yīng)的內(nèi)部算法，提高測(cè)量裝置的自適應(yīng)性。
[0024]圖3為一種心率測(cè)量表，在手表式外殼內(nèi)設(shè)有顯示屏303、控制按鈕、控制器、電池305和測(cè)量盒，超聲波檢測(cè)與心率測(cè)量電路304、聲學(xué)絕緣層、粘結(jié)板308、半導(dǎo)體激光管302、傅立葉透鏡301、透光保護(hù)膜一體化封裝于測(cè)量盒內(nèi)，構(gòu)成一體化的同軸共焦結(jié)構(gòu)。手表式外殼裝有佩戴于被檢測(cè)人員手腕上的表帶，光聲激發(fā)源和光路透鏡系統(tǒng)產(chǎn)生聚焦的激光束，穿過(guò)中空多環(huán)陣列傳感器306，射向手腕內(nèi)的血管307，實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)態(tài)聚焦掃描的光聲超聲波心率信號(hào)的探測(cè)，通過(guò)超聲波檢測(cè)與心率測(cè)量電路計(jì)算和提供手腕深度方向多個(gè)位點(diǎn)的心率結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 1)向生物體發(fā)射正弦連續(xù)波近紅外光光源，并接受生物體被近紅外光激發(fā)而輻射的聲波； 2)由于光聲效應(yīng)，入射的近紅外光會(huì)產(chǎn)生聲波信號(hào)，聲波探測(cè)器接收聲波信號(hào)，利用壓電效應(yīng)把聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 3)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行多點(diǎn)采樣，將此電信號(hào)與近紅外光同頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦電信號(hào)比較就可以得到聲波電信號(hào)的強(qiáng)弱變化即頻率，這就是心率數(shù)值。
2.一種為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法而設(shè)計(jì)的基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量裝置，其特征在于:包括中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器(201)、信號(hào)放大器(202)、隔直與濾波器(203)、可編程增益放大器(204)、微型控制器(205)、近紅外模塊(206)、IXD顯示屏(207)、輔助傳感器模塊(208)和Buzzer蜂鳴器(209);所述中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器(201)、信號(hào)放大器(202)、隔直與濾波器(203)、可編程增益放大器(204)、微型控制器(205)和近紅外模塊(206)按照信號(hào)的輸入至輸出的流向依順次相連，所述微型控制器(205)的信號(hào)輸出端與LCD顯示屏(207)的信號(hào)輸入端相連，所述輔助傳感器模塊(208)的信號(hào)輸出端與微型控制器(205)的信號(hào)輸入端相連，所述微型控制器(205)的的信號(hào)輸出端與Buzzer蜂鳴器(209)的信號(hào)輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量裝置，其特征在于:所述輔助傳感器模塊(208)為加速度傳感器、溫度傳感器、和/或壓力傳感器。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光聲效應(yīng)的心率測(cè)量方法及裝置，所述測(cè)量方法包括以下步驟：向生物體發(fā)射正弦連續(xù)波近紅外光光源，并接受生物體被近紅外光激發(fā)而輻射的聲波等；所述裝置包括中空多環(huán)陣列探測(cè)傳感器、信號(hào)放大器、隔直與濾波器、可編程增益放大器、微型控制器、近紅外模塊、LCD顯示屏、輔助傳感器模塊和Buzzer蜂鳴器等，本發(fā)明具有性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于攜帶、操作方便、能實(shí)現(xiàn)心率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種心率測(cè)量場(chǎng)合。
【IPC分類(lèi)】A61B5-0245, A61B5-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104840190
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510246579
【發(fā)明人】舒正華, 劉國(guó)棟, 謝志華
【申請(qǐng)人】江西科技師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月15日