生物信号测定系统和生物信号测定装置制造方法
【专利摘要】一种生物信号测定系统，其包括：光发射器，其发射第一光束和第二光束；光接收器，其根据通过受检者的活组织或从其反射的第一光束和第二光束的光强度，输出第一信号和第二信号；第一计算部，其根据第一信号和第二信号来获取第一光束和第二光束的光衰减；第二计算部，其根据第一光束和第二光束的光衰减来获取血液来源的光衰减；第三计算部，其根据与活组织的压迫相关的血液来源的光衰减的时间变化，来鉴定填充活组织的血液填充时间；以及输出部，其输出鉴定的血液填充时间。
【专利说明】生物信号测定系统和生物信号测定装置
[0001]与相关申请的交叉引用
[0002]本申请是基于2013年I月31日提交的先有日本专利申请N0.2013-017233并要求其优先权利益，所述专利申请的全部内容通过参考并入本文。
【背景技术】
[0003]本公开的主题内容涉及生物信号测定系统，更具体来说涉及根据从作为活体的实例的受检者获取的生物信号，来鉴定在压迫活组织后用血液填充所述活组织的时间长度(在后文中，所述时间长度被称为血液填充时间)的系统。本公开的主题内容还涉及在所述系统中使用的生物信号测定装置。[0004]血液填充时间的测定是在急诊医学领域中使用，以便判定输血的必要性/不必要性或在伤员验伤归类中确定优先级的技术。具体来说，医疗人员对所述受检者的活组织例如指尖压迫，并在所述压迫解除后目测检查皮肤颜色的变化。如果颜色在两秒内回复到初始颜色，则判定受检者处于正常状况下。然而，用手压迫活组织并目测检查皮肤颜色变化的技术，具有低的定量性。此外，容易出现由测定人员造成的误差。
[0005]因此，已提出了一种使用脉搏血氧计来测定血液填充时间的方法(例如参见JP-A-2012-115640)。具体来说，将能够使光束被吸收到血液中的波长的光束入射在活组织例如指尖上，并测定透射通过活组织的光束的强度(在后文中，所述强度被称为透射光强度)。当压迫活组织的一部分时，血液从所述部分排出，因此透射光强度增加。当压迫被解除时，所述部分被血液填充，因此透射光强度降低。根据压迫解除后直至透射光强度回复到初始水平所经过的时间长度，来鉴定血液填充时间。
[0006]活组织上压迫强度的差异可能影响血液填充时间的鉴定结果。图6A和6B示出了在改变压迫强度时进行的多次血液填充时间鉴定的结果。图6A示出了在即使将压迫解除时透射光强度也不回复到初始水平的情况下的结果。图6B示出了随着重复进行测定，透射光强度的参比值逐渐降低的情况下的结果。
[0007]据推测，图6A中示出的结果是由下述现象造成的，即通过强烈或重复地压迫，使变形的组织很难回复到初始状态，并且血液部分需要长时间才能具有初始厚度。据推测，图6B中示出的结果是由下述现象造成的，即与上述情况相反，压迫促进了血液流动，并且血液部分的厚度增加。在两种情况下，只要根据直至透射光强度回复到压迫前获得的状态所经过的时间长度来鉴定血液填充时间，则结果就不可避免地包含误差。然而，在活组织上的压迫由医疗人员手动进行，因此难以总是以恒定强度进行压迫。
【发明内容】
[0008]本公开的主题内容可以提供能够通过简单方法正确鉴定血液填充时间的技术。
[0009]可以提供一种生物信号测定系统，包括:光发射器，其被构造成发射具有第一波长的第一光束和具有第二波长的第二光束；光接收器，其被构造成根据接收到的穿过受检者的活组织或从受检者的活组织反射的所述第一光束和第二光束的光强度，分别输出第一信号和第二信号；第一计算部，其被构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减；第二计算部，其被构造成根据所述第一光束的光衰减和所述第二光束的光衰减，来获取血液来源的光衰减；第三计算部，其被构造成根据所述血液来源的光衰减与所述活组织的压迫相关的时间变化，来鉴定填充所述活组织的血液填充时间；以及输出部，其被构造成输出所述鉴定的血液填充时间。
[0010]所述第二计算部可以根据所述第一光束的光衰减与所述第二光束的光衰减之差，来获取所述血液来源的光衰减。
[0011]所述第二计算部可以对所述第一光束的光衰减和所述第二光束的光衰减应用旋转矩阵，由此获取所述血液来源的光衰减。
[0012]所述生物信号测定系统还可以包括第四计算部，该第四计算部被构造成获取将低于预定频率的频率分量从指示所述血液来源的光衰减的信号中去除后的信号，并且所述第三计算部可以根据所述第四计算部获取的信号在所述活组织的压迫被解除后的时间变化，来鉴定所述血液填充时间。
[0013]所述生物信号测定系统还可以包括第五计算部，该第五计算部被构造成获取所述第四计算部获取的信号的值的对数，并且所述第三计算部可以根据从所述对数在所述活组织的压迫被解除后的时间变化获得的回归线的梯度，来鉴定所述血液填充时间。
[0014]当所述血液来源的光衰减的变化量大于预定值时，可以自动启动由所述第三计算部进行的所述血液填充时间的测定。
[0015]所述生物信号测定系统还可以包括:指套，其适于以所述指套能够压迫所述活组织的方式附接于所述受检者；以及指套压力控制部，其被构造成控制所述指套内部的空气压力。
[0016]可以提供一种生物信号测定装置，包括:信号接收部，其被构造成接收与穿过受检者的活组织或从受检者的活组织反射的并具有第一波长的第一光束的强度相对应的第一信号，以及与穿过所述活组织或从活组织反射的并具有第二波长的第二光束的强度相对应的第二信号；第一计算部，其被构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减；第二计算部，其被构造成根据所述第一光束的光衰减和所述第二光束的光衰减来获取血液来源的光衰减；以及第三计算部，其被构造成根据所述血液来源的光衰减的与所述活组织的压迫相关的时间变化，来鉴定填充所述活组织的血液填充时间。
[0017]可以提供一种控制生物信号测定装置的方法，所述装置包括信号接收部，该信号接收部被构造成接收与穿过受检者的活组织或从受检者的活组织反射的并具有第一波长的第一光束的强度相对应的第一信号，以及与穿过所述活组织或从所述活组织反射并具有第二波长的第二光束的强度相对应的第二信号，所述方法包括:根据所述第一信号获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号获取所述第二光束的光衰减；根据所述第一光束的光衰减和所述第二光束的光衰减来获取血液来源的光衰减；根据所述血液来源的光衰减的与所述活组织的压迫相关的时间变化，来鉴定填充所述活组织的血液填充时间；以及输出所述鉴定的血液填充时间。
[0018]可以提供一种程序，其使计算机执行所述方法。
[0019]可以提供一种永久性计算机可读记录介质，其储存有使计算机执行所述方法的程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是功能框图，其示出了本公开主题内容的实施例的生物信号测定系统的构造。
[0021]图2是示出了由生物信号测定系统的第二计算部执行的处理的实例的视图。 [0022]图3A和3B是示出了由第二计算部执行的处理的另一个实例的视图。
[0023]图4A和4B是示出了由生物信号测定系统的第四计算部执行的处理的实例的视图。
[0024]图5是示出了由生物信号测定系统的第五计算部执行的处理的实例的视图。
[0025]图6A和6B是示出了在通过现有技术方法鉴定血液填充时间的情形中的问题的视图。
【具体实施方式】
[0026]本公开主题内容的实施例将参考附图进行详细描述。在下面的描述中使用的图中，对比例尺进行适当的改变以便将部件以可识别的尺寸画出。
[0027]如图1中所示，本公开主题内容的实施例的生物信号测定系统I包括测定装置10和探针20。测定装置10包括指令接收部11、控制部12、信号接收部13和显示部14。探针20具有现有技术的构造，其被附接于受检者的手指30，并包括光发射器21和光接收器22。
[0028]指令接收部11是被布置在测定装置10的外表面上的现有技术的人机界面，并被构造成能够接收由用户输入的指令，以便使测定装置10执行所需操作。
[0029]控制部12包括:执行各种计算处理的CPU ;存储各种控制程序的ROM ;用作储存数据和执行程序的工作区的RAM等，并执行测定装置10中的各种控制。控制部12可通讯地连接到指令接收部U。指令接收部11将对应于接收到的指令的信号提供到控制部12。
[0030]探针20的光发射器21可通讯地连接到测定装置10的控制部12。光发射器21可以发射具有第一波长λ I的第一光束和具有第二波长λ2的第二光束。在本实施例中，光发射器21包括发射作为第一波长λ I的实例的660nm的红色光束的发光二极管，以及发射作为第二波长λ 2的实例的940nm的红外光束的另一个发光二极管。根据从控制部12提供的控制信号，每个发光二极管在预定时刻发射光束。发射的第一光束和第二光束进入作为活组织的实例的手指30。
[0031]探针20的光接收器22被放置在可以接收到穿过手指30的第一光束和第二光束的位置处。光接收器22被构造成能够输出对应于接收到的第一光束的强度Il的第一信号SI和对应于接收到的第二光束的强度12的第二信号S2。在本实施例中，使用光电二极管作为具有这样的构造的器件。光接收器22可通讯地连接到测定装置10的信号接收部13。作为光接收器22的输出的信号S1、S2被提供给信号接收部13。
[0032]信号接收部13可通讯地连接到控制部12。信号接收部13将接收到的信号S1、S2提供给控制部12。控制部12包括第一计算部41、第二计算部42和第三计算部43。
[0033]第一计算部41被构造成根据第一信号SI获取第一光束的光衰减Al，并根据第二信号S2获取第二光束的光衰减A2。每个光衰减A1、A2被计算为在某一时间(例如，在活组织压迫期间)时接收到的第一信号SI或第二信号S2的光量与在另一时间(例如，在活组织压迫之前)时接收到的的光量之比，并由下述表达式表示:
[0034]Al=log(Il/1l) (I)
[0035]A2=log(I2/12) (2)
[0036]其中1l和12表示在参比时间(例如，活组织压迫之前)时接收到的光的量，Il和12表示在测定时接收到的光的量。后缀“I”表示第一光束，后缀“2”表示第二光束。
[0037]第二计算部42被构造成根据由第一计算部41获取的第一光束和第二光束的光衰减Al、A2来获取血液来源的光衰减。具体来说，所述部被构造成根据光衰减Al与光衰减A2之差来获取血液来源的光衰减Ab。这一处理的原理将在下面详细描述。
[0038]当压迫手指30以改变活组织的厚度时产生的光衰减的变化A，由血液厚度的变化和血液之外的组织(在后文中这样的组织被称为非血液组织)的厚度的变化引起。这一事实由下面的表达式表示:
[0039]Al=Abl+Atl=ElHbDb+ZlDt (3)
[0040]A2=Ab2+At2=E2HbDb+Z2Dt (4)
[0041]其中E表示吸收系数(dl gHcnTlHb表示血红蛋白浓度(g dr1 )，Z表示非血液组织的光衰减因子(cnT1)，D表示改变的厚度(cm)。后缀“b”表示血液，后缀“t”表示非血液组织，后缀“ I ”表示 第一光束，后缀“2”表示第二光束。
[0042]非血液组织的波长依赖性可以被忽略。因此，可以视为Z1=Z2。当从表达式(4)中减去表达式(3)时，得到下式:
[0043]A2-Al=(E2-El)HbDb (5)。
[0044]右侧仅包含血液的信息。因此，当获得光衰减Al与光衰减A2之差时,可以获取血液来源的光衰减Ab。
[0045]图2示出的图显示了在通过探针20压迫手指30的情形中，光衰减Al、光衰减A2和血液来源的光衰减Ab (=A2-A1)的时间变化。
[0046]可以看出，即使当压迫被解除时，光衰减Al、A2的值也不回复到在压迫开始之前获得的水平，并且非血液组织的变形发挥影响。还可以看出，在解除压迫后，光衰减之差(A2-A1)、即血液来源的光衰减Ab，收敛于压迫开始之前获得的水平。也就是说，由非血液组织的变形造成的影响可以通过简单的计算方法来消除，在所述计算方法中，计算用不同波长的光束照射活组织获得的光衰减之差。
[0047]第三计算部43被构造成根据由第二计算部42获取并且与手指30的压迫相关的血液来源的光衰减Ab (=A2-A1)的时间变化，来鉴定填充活组织的血液填充时间。具体来说，设定适当的阈值，在所述阈值下可以确定血液来源的光衰减Ab在一定程度上接近在压迫开始前获得的水平。然后，将从压迫被解除的时刻起直至血液来源的光衰减Ab达到所述阈值的流逝的时间长度(图2中的T)，鉴定为血液填充时间。因此，可以不受由压迫程度的差异引起的非血液组织的变形的影响，正确地鉴定血液填充时间。
[0048]作为输出部的实例的显示部14是现有技术的显示装置，其被不置在测定装置10的外表面上。显示部14可通讯地连接到控制部12。控制部12将指示由第三计算部43测定的血液填充时间T的信号S3，提供给显示部14。显示部14以适当方式显示对应于信号S3的血液填充时间T。[0049]因此，当进行将脉搏血氧计中使用的现有探针20附接到受检者的手指30并通过探针20压迫手指30的简单工作时，医疗人员可以在显示部14上辨认出正确测定的血液填充时间T。也就是说，不需准备特殊探针并进行特殊工作，即可快速并正确地鉴定血液填充时间T。
[0050]做出实施例的上述描述是为了便于理解本公开的主题内容，而并非用于限制本公开的主题内容。当然，本公开的主题内容可以被改变或改进而不背离其精神，并包括其等同物。
[0051]光接收器22并非总是需要放置在可以接收到通过手指30的光束的位置处。或者，可以使用将光接收器放置在可以接收到从手指30反射的光束的位置处的构造，并根据不同波长的光束的反射强度来获取光衰减。
[0052]第二计算部42获取血液来源的光衰减的方法，并非总是需要基于光衰减Al与光衰减A2之差来进行。图3A和3B是示出了由第二计算部42所执行的并使用旋转矩阵的方法的另一个实例的视图。
[0053]在图3A中，Y-轴指示第一光束的光衰减Al，X-轴指示第二光束的光衰减A2，并且在某一时间处的光衰减A用具有分量(A2，A1)的矢量来表示。以具有分量(Ab2，Abl)并指示血液来源的光衰减Ab的矢量与具有分量(At2, Atl)并指示非血液组织来源的光衰减At的矢量的合成矢量的形式给出矢量A。
[0054]当将矢量A在坐标空间中旋转Θ时，获得矢量Arot。可以看出，在矢量Arot的X-轴分量中消除了源自于非血液组织的分量，并且矢量Arot仅由血液来源的分量构成。这一运算由下列表达式表示:
[0055]ArotT=KAT (6)。
[0056]在上述表达式中，K和A分别由下列矩阵表示。
【权利要求】
1.一种生物信号测定系统，包括: 光发射器，该光发射器被构造成发射具有第一波长的第一光束和具有第二波长的第二光束； 光接收器，该光接收器被构造成根据接收到的穿过受检者的活组织或从所述受检查的所述活组织反射的所述第一光束和第二光束的光强度，分别输出第一信号和第二信号； 第一计算部，该第一计算部被构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减； 第二计算部，该第二计算部被构造成根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减，来获取血液来源的光衰减； 第三计算部，该第三计算部被构造成根据所述血液来源的光衰减的时间变化，来鉴定填充所述活组织的血液填充时间，所述血液来源的光衰减与所述活组织的压迫相关；以及 输出部，该输出部被构造成输出所述鉴定的血液填充时间。
2.根据权利要求1所述的生物信号测定系统，其中， 所述第二计算部根据所述第一光束的所述光衰减与所述第二光束的所述光衰减之差，来获取所述血液来源的光衰减。
3.根据权利要求 1所述的生物信号测定系统，其中， 所述第二计算部对所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减应用旋转矩阵，由此获取所述血液来源的光衰减。
4.根据权利要求1至3任一项所述的生物信号测定系统，还包括第四计算部，该第四计算部被构造成获取一信号，在该信号中将低于预定频率的频率分量从指示所述血液来源的光衰减的信号中去除，其中， 所述第三计算部根据由所述第四计算部获取的、在所述活组织的所述压迫被解除后所述信号的时间变化，来鉴定所述血液填充时间。
5.根据权利要求4所述的生物信号测定系统，还包括第五计算部，该第五计算部被构造成获取由所述第四计算部获取的所述信号的值的对数，其中， 所述第三计算部根据回归线的梯度，来鉴定所述血液填充时间，所述回归线是从在所述活组织的所述压迫解除后所述对数的时间变化获得的。
6.根据权利要求1至5任一项所述的生物信号测定系统，其中， 当所述血液来源的光衰减的变化量大于预定值时，自动启动由所述第三计算部进行的所述血液填充时间的测定。
7.根据权利要求1至6任一项所述的生物信号测定系统，还包括: 指套，该指套适于以该指套能够压迫所述活组织的方式附接于所述受检者；以及 指套压力控制部，该指套压力控制部被构造成控制所述指套内的空气压力。
8.—种生物信号测定装置，包括: 信号接收部，该信号接收部被构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号和与第二光束的强度相对应的第二信号，所述第一光束穿过受检者的活组织或从所述受检者的所述活组织反射并具有第一波长，所述第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射并具有第二波长； 第一计算部，该第一计算部被构造成根据所述第一信号来获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号来获取所述第二光束的光衰减； 第二计算部，该第二计算部被构造成根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减来获取血液来源的光衰减；以及 第三计算部，该第三计算部被构造成根据所述血液来源的光衰减的时间变化，来鉴定填充所述活组织的血液填充时间，所述血液来源的光衰减与所述活组织的压迫相关。
9.一种控制生物信号测定装置的方法，所述生物信号测定装置包括信号接收部，该信号接收部被构造成接收与第一光束的强度相对应的第一信号和与第二光束的强度相对应的第二信号，所述第一光束穿过受检者的活组织或从所述受检者的所述活组织反射并具有第一波长，所述第二光束穿过所述活组织或从所述活组织反射并具有第二波长，该方法包括: 根据所述第一信号获取所述第一光束的光衰减，并根据所述第二信号获取所述第二光束的光衰减； 根据所述第一光束的所述光衰减和所述第二光束的所述光衰减来获取血液来源的光衰减; 根据所述血液来源的光衰 减的时间变化，来鉴定填充所述活组织的血液填充时间，所述血液来源的光衰减与所述活组织的压迫相关；以及 输出所鉴定的血液填充时间。
10.一种程序，该程序使计算机执行根据权利要求9所述的方法。
11.一种永久性计算机可读记录介质，该永久性计算机可读记录介质储存有使计算机执行根据权利要求9所述的方法的程序。
【文档编号】A61B5/1455GK103961111SQ201410035901
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】平原英昭, 小林直树 申请人:日本光电工业株式会社