光学生理信号测量装置以及信号处理方法_2

文档序号:8419581阅读:来源:国知局

[0054]本文所用的术语只是为了叙述具体实施例,而非意图限制实施例。如本文所用的单数形式“一”、“一种”及“所述”也应包括多个形式,除非文中另行明确指出。更容易理解的是,若本文使用术语“包括”和/或“包含”,则表明存在着指定的结构特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件,但并不排除存在或增加一个或一个以上的其他结构特征、整体、步骤、操作、元件、构件和/或其群组。
[0055]图1A及图1B为光学生理信号测量装置的不同视角的示意图。请同时参考图1A及图1B,光学生理信号测量装置100包括一载具110、至少两组感测单元120、130以及一信号处理单元140。两组感测单元120、130在下文中,可能会以第一感测单元120、第二感测单元130来做说明以方便区分。第一感测单元120、第二感测单元130设置在载具110上,且第一感测单元120与第二感测单元130之间夹一 Θ角,其中Θ角的角度范围介于O度?180度。举例来说,本实施例的载具110具有锥部分112以及柱体部分114,其中锥部分112是沿着柱体部分114的长度方向从柱体部分114延伸出来且锥部分112与柱体部分114在侧视方向上共有一水平面112a (在截面方向上为共有一弧面),而锥部分112还具有一斜面112b,且此斜面112b与水平面112a夹Θ角,而至少一个第一感测单元120是设置在水平面112a上且至少另一个第二感测单元130设置在斜面112b上。每一个感测单元120、130包括对应一个光源122、132以及对应的一个光接收器124、134,其中光源122、132例如是具有两种以上波长的发光二极管(LED),而光接收器124、134例如是感光二极管(photod1de)。当设置在水平面112a或者斜面112b上的感测单元120、130是多个的时候,光源122、132跟光接收器124、134是呈矩阵的方式交错排列,例如:在同一行或是同一列上,光源122、132与光接收器124、134交错排列;或者光源122、132、光接收器124、134各排成一行(或一列),且一行(或一列)的光源122、132与一行(或一列)的光接收器124、134交错排列。
[0056]本实施例的信号处理单元140包括天线142、电路板144以及加速度感测单元146,其中天线142、电路板144以及加速度感测单元146皆设置在载具110内并且彼此电连接,而第一感测单元120、第二感测单元130也与电路板144电连接。本实施例的加速度感测单元146可以是加速规或陀螺仪或其他可用以测量加速度的元件,并不以加速规为限。另外,可更在载具110中设置电池148以供电给信号处理单元140,或者也可以是利用设置电线以连接至外部电源的方式达到供电的目的。
[0057]图2为光学生理信号测量装置应用的示意图,而图3为使用光学生理信号测量装置对待测物进行测量的示意图。请同时参考图1A、图2及图3,本实施例的光学生理信号测量装置100为耳道式的光学生理信号测量装置,应用于测量时,是将此光学生理信号测量装置100置入待测物S的耳朵中。为了方便使用,因此可以将此光学生理信号测量装置100设置有耳挂150的方式(如图1B示)以方便挂在待测物S的耳朵上,或是整合在头戴式耳罩200的一侧(如图2示),而头戴式耳罩200的另外一侧210可以是用来罩住耳朵的耳罩,可用以辅助使头戴式耳罩200固定在待测物S的头上的效果。
[0058]另外,在第一感测单元120、第二感测单元130上面可更设置弹性突起160,其可以增加光学生理信号测量装置100与待测物S的耳道之间的摩擦,以达到固定光学生理信号测量装置100,同时还可提升测量精准度。
[0059]图4为两个感测单元的检测方向与晃动方向的示意图,而图5为使用此光学生理信号测量装置进行信号处理方法的步骤图。请同时参考图1A、图1B、图3及图4,以本实施例的光学生理信号测量装置100具有两组感测单元120、130为例说明,当使用此光学生理信号测量装置100时,让待测物S戴上头戴式耳罩200 —预定时间以进行测量。进行测量时,光源122、132会以朝向载具110的相反方向将光线射出。当光线穿透待测物S的血液灌流组织,光接收器124、134会接收由待测物S反射后或穿透待测物S后的信号,并且将从各个光接收器124、134所各自接收的信号回传给信号处理单元140进行处理,处理成红外光信号和红光信号,如步骤S110。此时,加速度感测单元146检测待测物S在进行测量的预定时间内是否有晃动,并且判断待测物S的晃动是否超过预定值,如步骤S120。详细来说,信号处理单元140将加速度感测单元146所检测到的晃动的结果进行处理,处理成可供电路判读的信号。
[0060]当判读待测物S的晃动并未超过预定值时,则表示在预定时间内,待测物S并没有晃动或者是晃动的范围很小而可忽略,因此可不使用降低移动干扰处理的方法,并直接计算待测物S的光学生理信号,其中上述的预定值的范围例如介于12mg至300mg,但并不以此为限,可依照所欲测量的光学生理信号的种类来设定预定值的范围。本揭露中的光学生理信号测量装置100例如为血氧浓度测量装置,而其所测量出来的光学生理信号例如为待测物(生物体)的血氧浓度值。以下的测量是以两个感测单元120、130为例子做说明,但本领域人员应知,感测单元的数量并不以两个为限制。
[0061]图6为使用者以下巴为旋转中心,固定下巴而以脸的长度为半径头部做沿着圆周左右晃动的示意图,而图7为于X、Y、Z方向上加速度感测单元检测出加速度与时间的关系图,其中线条Xl为X方向上的加速度与时间的变化、线条Yl为Y方向上的加速度与时间的变化、且线条Zl为Z方向上的加速度与时间的变化。请同时参考图5、图6及图7,第一感测单元120、第二感测单元130分别测得两组信号Setl、Set2,其中从第一感测单元120而来的经处理的红外光信号IR1、红光信号Redl (示于图8的Setl)以及从第二感测单元130而来的红外光信号IR2、红光信号Red2(示于图8的Set2)。
[0062]将红外光信号IR1、红光信号Redl、红外光信号IR2、红光信号Red2进行正规化,如图5的步骤S130,其中将红外光信号IRl正规化的方法包括挑选红外光信号IRl的最大值为1,而最小值为0,然后使其余的红外光信号IRl的数值等比例调整而获得正规化后的红外光信号N_IR1。以相同的方式,将红光信号Redl、红外光信号IR2及红光信号Red2正规化成红光信号N_Redl、红外光信号N_IR2及红光信号N_Red2。
[0063]图9为将从两组感测单元所获得的信号处理后解析出来的光学生理信号与时间的关系图。由图9可以看出,待测物S的晃动会造成光学生理信号有急速的改变。因此,在将由传感器120所检测到的信号解析并且整合后的信号Setl以及由另一传感器130所检测到的信号解析并且整合后的信号Set2中移除因为待测物S晃动而造成的错误,便可以获得新的信号New(如图4示),如图5的步骤S140。简单来说,即是将红外光信号N_IR1及红外光信号N_IR2去除动作干扰信号,且将红光信号N_Redl及红光信号N_Red2去除动作干扰信号。详细来说,经由光学生理信号测量装置100中彼此间夹Θ角的两组感测单元120、130而同时获得的经处理的红外光信号IRl及红外光信号IR2呈线性或是接近线性的关系,而红光信号Redl、红光信号Red2也是呈线性或是接近线性的关系。以两组感测单元120、130之间所夹的Θ角为45度为例子说明,藉由从不同的感测单元所得到的信号呈线性或是接近线性的关系,因此可以经由关系式:
[0064]N_IR* = (N_IRl_N_IR2)cos45。.........(I)
[0065]以从红外光信号N_IR1、红外光信号N_IR2,获得降低动作干扰信号后的新的红外光信号N_IR* ;同样的,也可以经由关系式:
[0066]N_IR* = (N_Redl_N_Red2)cos45。.........(2)
[0067]以从红光信号N_Redl、红光信号N_Red2获得降低动作干扰信号后的新的红光信号N_Red*。附带一提的是,由于两组感测单元120、130并不一定会以如图4示的共圆心的方式配置,因此可经由信号间的空间关系的倾角变化去除动作干扰信号后进
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