ES3036364T3 - Photoelectric physiological signal acquiring and processing device - Google Patents

Abstract

La presente solicitud proporciona un dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas que incluye una fuente de luz, un sensor fotoeléctrico, un circuito de adquisición, un dispositivo analógico-digital y una unidad de microprocesamiento. El circuito de adquisición incluye un módulo de conversión de corriente a voltaje, un dispositivo de filtrado y un circuito de amplificación. El sensor fotoeléctrico adquiere la luz transmitida o reflejada por la fuente de luz a través del punto de adquisición de señales fisiológicas humanas y la convierte en una señal de corriente. El módulo de conversión de corriente a voltaje convierte la señal de corriente en una señal de voltaje; el dispositivo de filtrado y el circuito de amplificación procesan la señal de voltaje secuencialmente; el dispositivo analógico-digital convierte la señal de voltaje procesada en una señal digital; y la unidad de microprocesamiento obtiene la señal fisiológica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas

Campo técnico

La presente solicitud se refiere al campo técnico de adquisición de señales fisiológicas y, en particular, a un dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas.

Antecedentes de la técnica

En la FIG. 3 se muestra una tecnología de adquisición de señales fisiológicas en las tecnologías existentes, en la que un circuito divisor de tensión está compuesto de una resistencia de valor de resistencia fijo y un fotodiodo. El fotodiodo recibe una señal óptica variada, y el circuito divisor de tensión recibe una corriente variada para obtener una señal de tensión variada. La señal de tensión obtenida de la resistencia del divisor de tensión se envía a un dispositivo analógico-digital a través de un circuito que integra filtrado y amplificación, y luego a una unidad de microprocesamiento, donde se recupera la señal fisiológica.

La precisión de la conversión forzada de corriente a tensión a través de una resistencia del divisor de tensión en las tecnologías existentes depende del valor de resistencia y de la precisión de la resistencia del divisor de tensión. Actualmente, la precisión de resistencia de la resistencia en el mercado es principalmente del 5 % o del 1 %, no superior al 0,1 %, por lo tanto, una señal de tensión calculada tendrá errores, que serán mayores después de pasar a través del circuito de amplificación, dando como resultado errores en una señal fisiológica recuperada. Además, el uso del circuito que integra filtrado y amplificación también amplificará la señal de interferencia generada por la luz de interferencia que pasa a través del fotodiodo, dando como resultado la señal de interferencia amplificada.

La longitud de onda y la intensidad de la luz usada en la adquisición de señales fisiológicas en el dispositivo de adquisición fisiológica están preestablecidas. El problema técnico presente en la tecnología existente es que una corriente inversa generada por el fotodiodo es diferente del valor preestablecido debido a una irradiación simultánea de la luz de otras longitudes de onda en el fotodiodo, interfiriendo así con la adquisición de la señal. En un experimento llevado a cabo usando una fuente de luz de interferencia con una longitud de onda bastante diferente de la de la fuente de luz preestablecida junto con el fotodiodo, se encontró que el fotodiodo no puede filtrar todas las otras luces que una luz que tiene la banda de frecuencia de radiación específica deseada, aún sufriendo cierta interferencia. Mediante la introducción de las funciones de filtrado correspondientes en el circuito diseñado para filtrar la luz de interferencia, el dispositivo de filtrado solo puede lograr una atenuación a una cierta tasa con respecto a la luz más allá de una frecuencia de corte, en lugar de filtrar completamente la luz de interferencia. Además, un método de introducción del dispositivo de filtrado en el circuito requiere conocer previamente una frecuencia luminosa de la fuente de luz de interferencia para determinar la frecuencia de corte del dispositivo de filtrado en el circuito. Si la frecuencia de la luz emitida por la fuente de luz de interferencia es similar a la señal fisiológica del cuerpo humano, la luz de interferencia no puede eliminarse introduciendo el dispositivo de filtrado en el circuito.

En la técnica anterior, se conocen algunos dispositivos como los descritos en sus respectivos documentos.

El documento de KAO YUNG-HUA Y OTROS, en"Towards maximizing the sensing accuracy of an cuffless, opticalbloodpressure sensor using a high-order front-end filte?',MICROSYSTEM TECHNOLOGIES, BERLÍN, ALEMANIA, vol. 24, n.211, 6 de abril de 2018 (06-04-2018), páginas 4621-4630, XP036614678, ISSN: 0946 7076, DOI: 10.1007/S00542-018-3877-3 [recuperado el 06-04-2018] describe un filtro de alto orden como parte de un circuitofront-endanalógico para un sensor óptico de fotopletismografía (PPG, por sus siglas en inglés) sin manguito que se desarrolla para maximizar la precisión de detección de las presiones sanguíneas (BP, por sus siglas en inglés) medidas. El dispositivo de BP consiste físicamente en diodos emisores de luz y fotodiodos (PD, por sus siglas en inglés) para detectar el cambio dinámico del volumen de sangre intravascular basándose en el principio conocido de PPG y luego calcular la BP basándose en el tiempo transitorio de pulso reflectante en una señal de PPG. Se espera que la señal de fotopletismografía (PPG) adquirida por los PD sea procesada por un excelente circuitofront-endpara reducir su ruido y desplazamiento de CC pero sin mucha distorsión para obtener una predicción precisa de BP. Estefront-endse logra en la presente memoria mediante un amplificador de transimpedancia, un filtro de paso banda crítico de orden elevado y un amplificador de ganancia programable, seguido de microprocesador y un módulo inalámbrico. El filtro de paso banda está optimizado con una banda de paso de 0,2 a 7,2 Hz, donde el paso bajo está en un 4.° orden mientras que el paso alto está en el 2.° orden. El paso bajo está diseñado para reducir el ruido, incluido aquel que se debe a la iluminación ambiental, mientras que el paso alto es para reducir la deriva de CC causada principalmente por la respiración y/o el movimiento lento del sujeto. 46 sujetos fueron probados con los filtros de orden alto diseñados en comparación con el dispositivo de referencia.

La solicitud de patente US 20040193026A1 describe métodos y dispositivos para monitorizar datos fisiológicos de manera que un profesional sanitario pueda monitorizar de manera efectiva el estado de salud de un paciente, incluidas, por ejemplo, características de flujo sanguíneo, sin tener que mantener un contacto visual constante. En el documento US 20040193026A1, un sistema de monitorización de datos fisiológicos mide al menos una característica fisiológica en donde el sistema de monitorización de datos fisiológicos comprende una unidad de sensor y una unidad de monitorización en comunicación de datos con la unidad de sensor. La unidad de monitorización tiene un módulo de sonicación que comprende un módulo generador de sonido programable para producir múltiples señales indicativas de un parámetro fisiológico y un módulo de memoria para almacenar múltiples parámetros de control para gestionar el módulo generador de sonido programable, en donde las múltiples señales producidas tienen múltiples frecuencias modificadas según al menos un valor de datos fisiológicos.

La solicitud de patente US 20150196257A1 describe un sistema y método para el procesamiento de señales para eliminar componentes de ruido no deseados que incluyen: (i) artefactos de movimiento independientes de la longitud de onda como, por ejemplo, efectos de tejido, hueso y piel, y (ii) artefactos de movimiento/componentes de ruido dependientes de la longitud de onda como, por ejemplo, pulsación y movimiento de sangre venosa debido a diversas fuentes que incluyen bomba muscular, bomba respiratoria y perturbación física.

La solicitud de patente US 20170049344A1 describe un sensor de onda de pulso, que incluye una unidad de sensor de luz dispuesta para irradiar un cuerpo vivo con luz procedente de una unidad de emisión de luz y para detectar luz reflejada o luz transmitida del cuerpo vivo por una unidad de recepción de luz, para generar una señal de corriente correspondiente a la intensidad de luz recibida, una unidad de accionamiento de pulso dispuesta para encender y apagar la unidad de emisión de luz a una frecuencia y un trabajo de marco predeterminados, un amplificador de transimpedancia dispuesto para convertir la señal de corriente en una señal de tensión, y una unidad de determinación de montaje dispuesta para llevar a cabo la determinación de montaje comparando una señal de tensión de APAGADO obtenida por el amplificador de transimpedancia durante un período de APAGADO de la unidad de emisión de luz con una primera tensión umbral predeterminada.

La patente US 9220409B2 describe un circuito de procesamiento para procesar una señal fisiológica como, por ejemplo, una señal de luz atenuada por un sujeto. La señal fisiológica puede incluir un componente deseado y un componente no deseado. Se puede llevar a cabo una primera operación de filtrado para eliminar al menos una porción del componente no deseado y se puede llevar a cabo una segunda operación de filtrado para reducir una distorsión no deseada introducida por el primer filtro. La función de transferencia del segundo filtro puede ser sustancialmente la inversa de la función de transferencia del primer filtro. Uno o más parámetros fisiológicos pueden determinarse basándose en la señal fisiológica filtrada.

La patente CN 102512178B describe un dispositivo y método de medición de oxígeno en sangre. El dispositivo comprende: una unidad de adquisición de señal de fotocorriente, una unidad de conversión de señal, una unidad de filtrado de señal de luz ambiental, una unidad de amplificación de señal de tensión, una unidad de conversión analógica a digital, una unidad de extracción de señal de forma de onda, una unidad de análisis de ruido, una unidad de procesamiento de forma de onda y una unidad de cálculo de datos de oxígeno en sangre están conectadas en secuencia según la dirección de flujo de señal, y la unidad de filtrado de señal de luz ambiental está conectada a la unidad de conversión de señal y se usa para filtrar la interferencia de la señal de luz ambiental.

La solicitud de patente US 20160296129A1 describe un aparato de detección de información biológica, que incluye un sensor que tiene un emisor de luz que irradia luz a un sujeto y un receptor de luz que recibe luz del sujeto, y una parte de contacto para estar en contacto con el sujeto. Suponiendo que la potencia de luz del emisor de luz que pasa a través de un cuerpo vivo y que entra en el receptor de luz es PS y una distancia del receptor de luz a una porción de extremo de la parte de contacto es rN, y la potencia de luz de la luz de perturbación desde el exterior de la porción de extremo que pasa a través del cuerpo vivo y que entra en el receptor de luz es PN(rN) como una función de rN, se establece una tasa de atenuación a de la luz de perturbación para satisfacer rN ^ 10 mm y a ^ PS/{PN(rN)x100}.

La patente US 5807267A provee al usuario un monitor fiable de frecuencia cardiaca que es una unidad completamente autónoma y es capaz de proveer lecturas precisas mientras el usuario se está moviendo. El uso de elementos sensores piezoeléctricos elimina el consumo de energía causado por los LED y dispositivos similares. Los medios de montaje del elemento sensor descritos en la presente memoria están diseñados para reducir en gran medida el ruido introducido en la señal de impulso por el movimiento del cuerpo. También se presenta el uso de sensores ópticos en un modo de mirada fija y sensores ópticos en un modo pulsado. Los efectos del ruido se reducen adicionalmente empleando algoritmos de procesamiento de señales digitales para encontrar el pulso cardíaco entremezclado con señales de ruido y presentar la frecuencia del pulso cardíaco en latidos por minuto en una pantalla. El dispositivo resultante permite la monitorización visual de la frecuencia cardíaca en un cuerpo humano de una manera coherente y sin errores.

El documento de MOURADIAN VAHRAM Y OTROS, en"Continuous wearable health monitoring using novel PPG optical sensor and device",2014 IEEE 10.a Conferencia internacional sobre computación inalámbrica y móvil, conexión en red y comunicaciones (WIMOB), IEEE, 8 de octubre de 2014 (08-10-2014), páginas 120 123, XP032689954 DOI: 10.1109/WIMOB. 2014.6962159 [recuperado el 18-11-2014] presenta un sensor óptico fotopletismográfico (PPG) y un dispositivo con cancelación de ruidos ópticos, eléctricos y electromagnéticos ambientales, permitiendo así que solo las señales ópticas útiles sean recibidas por el dispositivo de monitorización de la salud, y también describe una técnica de procesamiento para cancelar los ruidos ambientales aportados por artefactos ópticos, eléctricos y electromagnéticos en las señales de PPG medidas. Dicho dispositivo y método permiten mejorar el rendimiento de los sensores de PPG en comparación con los aparatos y métodos convencionales. El sensor y la metodología presentados se han integrado en un dispositivo prototipo para la monitorización no invasiva, continua, ponible, remota y móvil de signos vitales humanos como, por ejemplo, frecuencia cardíaca, saturación de oxígeno, presión sanguínea, frecuencia respiratoria, etc. Este pequeño dispositivo permite al usuario leer, almacenar, procesar y transmitir todas las mediciones realizadas usando el sensor óptico de PPG y la unidad electrónica a una ubicación remota.

La solicitud de patente WO 2011117780A1 describe un método y un dispositivo para monitorizar un parámetro vital de un paciente emitiendo luz sobre el tejido del paciente con al menos una fuente de luz y recogiendo luz que se transmite a través del tejido y/o que se refleja desde el tejido. La luz emitida se multiplexa según un esquema de multiplexación predefinido que tiene múltiples canales de multiplexación, y la luz recogida se detecta según el esquema de multiplexación predefinido, lo cual da como resultado múltiples canales de detección. Al menos uno de los canales de multiplexación está dispuesto para ser un canal de multiplexación oscuro para el que no se emite luz por la al menos una fuente de luz, lo cual da como resultado un canal de detección oscuro, y la señal de este canal de detección oscuro se usa para generar una señal de referencia para reducir la interferencia en la señal de al menos uno de los otros canales de detección.

Compendio

La invención puede resumirse por las reivindicaciones anexas.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos anexos descritos en la presente memoria están destinados a proveer una comprensión adicional de la presente solicitud y forman parte de la presente solicitud, y no forman una limitación de la presente solicitud. Los componentes en los dibujos anexos no se dibujan proporcionalmente, sino solo para ilustrar los principios de la presente solicitud. Con el fin de facilitar la ilustración y descripción de algunas partes de la presente solicitud, las partes correspondientes en los dibujos anexos pueden amplificarse, es decir, pueden volverse más grandes en comparación con otros componentes en un dispositivo a modo de ejemplo fabricado realmente según la presente solicitud. En los dibujos anexos:

La FIG. 1 es una vista de estructura de un dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas en una realización según la presente solicitud.

La FIG. 2 es una vista de estructura de un circuito de adquisición en una realización según la presente solicitud.

La FIG. 3 es una vista de estructura de un dispositivo de adquisición de señales fisiológicas en las tecnologías existentes.

La FIG. 4 es una vista esquemática de una banda de ondas de radiación de una luz que puede pasar a través de una unidad de filtrado óptico.

La FIG. 5 es una vista posicional de una fuente de luz y un dispositivo de detección fotoeléctrica en una realización según la presente solicitud.

La FIG. 6 es una vista de estructura esquemática de una fuente de luz, una unidad de filtrado óptico y un dispositivo de detección fotoeléctrica en una realización según la presente solicitud.

Descripción detallada

Con el fin de hacer que un propósito, una solución técnica y una ventaja de la presente solicitud sean más claros, lo siguiente se describirá adicionalmente en detalle a continuación con referencia a los dibujos anexos y a las realizaciones. En la presente memoria, las realizaciones esquemáticas y explicaciones de la presente solicitud solo se usan para explicar la presente solicitud y no pretenden limitarla.

En la presente solicitud, también debe observarse que para evitar la borrosidad de la presente solicitud debido a detalles innecesarios, solo se muestran estructuras y/o etapas de procesamiento estrechamente relacionadas con un esquema según la presente solicitud en los dibujos anexos, mientras que se omiten otros detalles que no están estrechamente relacionados con la presente solicitud.

Debe enfatizarse que el término "que incluye/contiene" cuando se usa en el artículo se refiere a la existencia de características, elementos, etapas o componentes, pero no excluye la existencia o la adición de una o más características, elementos, etapas o componentes distintos.

En la presente memoria, también debe observarse que, si no hay instrucciones especiales, el término "conexión" en el artículo no solo puede referirse a una conexión directa, sino también a una conexión indirecta con un objeto intermedio.

En el siguiente texto, las realizaciones de la presente solicitud se describirán con referencia a los dibujos anexos. En los dibujos anexos, los mismos signos de referencia representan los mismos o similares componentes, o las mismas o similares etapas.

Con referencia a la FIG. 1, la presente solicitud provee un dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas, que incluye una fuente 1 de luz, un dispositivo 3 de detección fotoeléctrica, un circuito 4 de adquisición, un dispositivo 5 analógico-digital y una unidad 6 de microprocesamiento. La luz que tiene una longitud de onda específica y una intensidad de luz emitida por la fuente 1 de luz y requerida para adquirir una señal fisiológica se transmite a través de o se refleja por un sitio de adquisición de señal fisiológica humana antes de irradiarse en el dispositivo 3 de detección fotoeléctrica. El dispositivo 3 de detección fotoeléctrica convierte una señal óptica en una señal de corriente y envía la señal de corriente al circuito 4 de adquisición. La señal de corriente se convierte en una señal de tensión procesada por el circuito 4 de adquisición, y la señal de tensión se emite al dispositivo 5 analógico-digital. La señal de tensión se convierte en una señal digital mediante el dispositivo 5 analógico-digital, y la señal digital se envía a la unidad 6 de microprocesamiento. La unidad 6 de microprocesamiento procesa una señal de datos para obtener la señal fisiológica. En particular, la señal fisiológica puede ser una señal de pulso o una señal de oxígeno en sangre. El sitio de adquisición de señales fisiológicas humanas se refiere a una piel que puede irradiarse por la luz emitida por la fuente 1 de luz en cualquier punto en el cuerpo humano.

La fuente 1 de luz está configurada para emitir una luz de una longitud de onda específica e intensidad de luz requerida para adquirir la señal fisiológica; y la fuente 1 de luz puede usar una única fuente de luz o múltiples fuentes de luz para emitir la luz. La luz emitida por la fuente 1 de luz incluye uno o más rayos de luz, incluidos los que tienen una longitud de onda específica y una intensidad de luz requerida para la adquisición de señales fisiológicas. La longitud de onda de la luz emitida por la fuente 1 de luz es una longitud de onda de luz preestablecida adecuada para la adquisición de señales fisiológicas, que se selecciona según un intervalo de longitud de onda de un espectro visible.

El dispositivo 3 de detección fotoeléctrica está configurado para adquirir la señal de luz formada por la luz transmitida a través de o reflejada por el sitio de adquisición de señales fisiológicas humanas, y convertir una señal de luz variada adquirida en una señal de corriente variada. La selección del dispositivo 3 de detección fotoeléctrica depende de la longitud de onda de la luz emitida por la fuente 1 de luz requerida para adquirir la señal fisiológica, y una longitud de onda pico del dispositivo 3 de detección fotoeléctrica está determinada por la longitud de onda específica de la luz emitida por la fuente 1 de luz para adquirir la señal fisiológica.

El circuito 4 de adquisición está configurado para filtrar y amplificar la señal de corriente variada para obtener una señal de tensión variada procesada. Con referencia a la FIG. 2, el circuito 4 de adquisición incluye un módulo 41 de conversión de corriente a tensión, un dispositivo 42 de filtrado y un circuito 43 de amplificación. El módulo 41 de conversión de corriente a tensión convierte una señal de corriente en una señal de tensión y emite la señal de tensión al dispositivo 42 de filtrado. El dispositivo 42 de filtrado filtra la señal de tensión y emite una señal de tensión filtrada al circuito 43 de amplificación. El circuito 43 de amplificación amplifica la señal de tensión filtrada y envía la señal de tensión amplificada al dispositivo 5 analógico-digital.

El módulo 41 de conversión de corriente a tensión es un amplificador de transimpedancia; el dispositivo 42 de filtrado es un filtro de paso banda que solo permite el paso de una señal eléctrica que tiene una banda de frecuencia específica que se genera irradiando la luz que tiene la longitud de onda específica y la intensidad de luz emitida por la fuente 1 de luz para adquirir la señal fisiológica en el dispositivo 3 de detección fotoeléctrica. Debido a la posible presencia de una luz de interferencia distinta de la luz emitida por la fuente 1 de luz en la señal óptica adquirida por un convertidor fotoeléctrico, también puede haber una señal de corriente convertida a partir de la luz de interferencia presente en una señal de corriente convertida. Por lo tanto, durante un proceso de utilización del amplificador de transimpedancia para procesar la señal de corriente variada, solo se lleva a cabo la conversión de corriente a tensión, es decir, la conversión de una señal de corriente variada en una señal de tensión variada, sin amplificar la señal de corriente variada, evitando así amplificar la señal de interferencia durante la conversión de señal. Dado que todavía puede estar la señal de tensión convertida a partir de la luz interferente presente en la señal de tensión formada por una conversión del amplificador de transimpedancia, la señal de tensión variada se filtra en primer lugar a través del filtro de paso banda, para filtrar adicionalmente la señal de tensión convertida a partir de la señal de interferencia en la señal de tensión variada, y luego se amplifica una señal de tensión filtrada por el circuito 43 de amplificación para obtener una señal de tensión variada procesada. Esto evita el problema de amplificar simultáneamente la señal de interferencia en un circuito con filtrado y amplificación integrados.

En lo anterior, cuando el dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas se utiliza para adquirir una señal de pulso, la frecuencia de la señal de pulso está en un intervalo de 0,1-40 Hz y el espectro está en un intervalo de 0-20 Hz. Por lo tanto, una banda de paso del filtro de paso banda está en un intervalo de 0,1-20 Hz, lo cual asegura que la señal de pulso pueda pasar a través y otras señales de interferencia se atenuarán.

El dispositivo 5 analógico-digital está configurado para convertir la señal de tensión procesada en una señal digital y transmitir la señal digital a la unidad 6 de microprocesamiento.

La unidad 6 de microprocesamiento está configurada para recibir la señal digital del dispositivo 5 analógicodigital y recuperar una señal fisiológica adquirida correspondiente de la señal digital recibida.

En una realización, el dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas está configurado para adquirir la señal de pulso. El dispositivo 3 de detección fotoeléctrica adopta un fotodiodo, y la fuente 1 de luz adopta un diodo emisor de luz para emitir una luz que tiene una longitud de onda específica y una intensidad de luz requerida para adquirir la señal de pulso. La fuente 1 de luz está estrechamente unida a una posición en la piel humana donde irradian rayos de luz transmitidos a través de o reflejados por un sitio de adquisición de señales de pulso humano, para adquirir la luz transmitida a través de o reflejada por un sitio de adquisición de señales de pulso humano, para minimizar la adquisición de una señal de una luz ambiental tanto como sea posible. El fotodiodo convierte una señal óptica variada adquirida en una señal de corriente variada, la señal de corriente variada se convierte en una señal de tensión variada a través del amplificador de transimpedancia, la señal de tensión variada se filtra a través del filtro de paso banda, y la señal de tensión filtrada se amplifica por el circuito 43 amplificador para obtener una señal de tensión variada procesada. La señal de tensión variada se convierte en una señal digital correspondiente a través de un convertidor analógicodigital y se transmite a la unidad 6 de microprocesamiento, la unidad 6 de microprocesamiento recupera la señal de pulso adquirida según la señal digital obtenida. En particular, un principio específico incluye utilizar la señal de tensión convertida para obtener una forma de onda de PPG correspondiente (fotopletismografía), obteniendo de este modo una señal de pulso correspondiente.

En un experimento de adquisición de señales fisiológicas, debido al hecho de que un intervalo de respuesta espectral del fotodiodo solo se refiere al intervalo de longitud de onda de una respuesta espectral más sensible del fotodiodo, no puede filtrar completamente la luz de otras longitudes de onda fuera del intervalo de respuesta espectral. Por lo tanto, la luz de diferentes longitudes de onda emitida por la fuente 1 de luz interferirá con la adquisición de señal fisiológica, dando como resultado una adquisición imprecisa de datos de señal fisiológica. La tecnología existente solo puede lograr un cierto grado de atenuación de las señales ópticas que generan interferencia con respecto a un problema de interferencia mutua entre múltiples señales ópticas de diferentes longitudes de onda, y no puede filtrar completamente la señal de interferencia, por lo que no puede resolver eficazmente el problema de interferencia descrito anteriormente. Con referencia a la FIG. 1 y la FIG. 6, el dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas descrito anteriormente incluye además una unidad 2 de filtrado óptico, que fija y cubre estrechamente el dispositivo 3 de detección fotoeléctrica. La unidad 2 de filtrado óptico adopta un filtro óptico, en el que un número del filtro óptico puede no ser necesariamente dos capas, y, en su lugar, puede seleccionarse como uno que tiene más de una capa de filtros ópticos estrechamente conectados según un escenario de uso del dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas. Mediante el filtrado de una luz ambiental, se elimina un impacto de la luz de otras longitudes de onda distintas del conjunto de longitudes de onda específicas para adquirir la señal fisiológica en la adquisición de la señal fisiológica. En particular, un intervalo de bandas que permite que la luz pase a través de cada filtro óptico de capa de un filtro óptico multicapa incluye la longitud de onda de la luz requerida para la adquisición de señales fisiológicas. Un índice de refracción de un filtro óptico de una sola capa es generalmente de alrededor del 92 %. Cuando la fuente 1 de luz solo emite la luz requerida para la adquisición de señal fisiológica, y la luz en el escenario es relativamente débil, y solo se puede seleccionar el filtro de una sola capa para proteger la luz de interferencia. Cuando la luz en el escenario de uso es relativamente caótica y la intensidad de la luz es alta, el filtro de una sola capa puede no ser capaz de proteger completamente la luz de otras longitudes de onda requeridas para la adquisición de señales fisiológicas, por lo tanto, los filtros multicapa se pueden seleccionar para proteger mejor una influencia de otras luces más allá de una longitud de onda requerida como, por ejemplo, un filtro de doble capa, un filtro de tres capas, etc.

Un principio de la unidad 2 de filtrado óptico es preparar la unidad añadiendo colorantes especiales a un sustrato de plástico o vidrio o chapar una película óptica en su superficie, para atenuar o absorber ciertas bandas de luz en una onda de luz, o seleccionar con precisión un pequeño rango de la onda de luz para pasar a través, mientras que un reflector puede absorber otras bandas de onda no deseadas. Tomando como ejemplo una longitud de onda principal seleccionada para una selección de la unidad 2 de filtrado óptico, cuando se irradian diferentes luces de las longitudes de onda en la unidad 2 de filtrado óptico, solo se permite que pasen las luces del pequeño intervalo de bandas de onda de radiación cerca de la longitud de onda principal, mientras que las luces de otras bandas de onda se absorben o reflejan. Con referencia a la FIG. 4, si la longitud de onda principal de la unidad 2 de filtrado óptico esfc,el intervalo de longitud de onda de la luz que puede pasar a través de la unidad 2 de filtrado óptico es de f1 -f2, y la intensidad de luz de otras longitudes de onda se debilitará significativamente. Una tasa de sombreado de la unidad 2 de filtrado óptico es generalmente de alrededor del 92 %, y un uso de la unidad 2 de filtrado óptico multicapa puede mejorar la tasa de sombreado y proteger mejor un impacto de otras longitudes de onda de la luz fuera de la banda de paso de la unidad 2 de filtrado óptico. El fotodiodo se basa en la longitud de onda pico del fotodiodo seleccionado. Cuando las luces de diferentes longitudes de onda se irradian en el fotodiodo, el fotodiodo tiene una respuesta espectral más sensible a la luz en las proximidades de la longitud de onda pico, y el intervalo de longitud de onda con la respuesta espectral más sensible es el intervalo de respuesta espectral del fotodiodo. En el dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas, las luces de las diferentes longitudes de onda emitidas por la fuente 1 de luz se irradian sobre el filtro óptico, y la longitud de onda pico del fotodiodo coincide con la longitud de onda principal de un filtro óptico correspondiente, de modo que el intervalo de longitud de onda de la luz que puede pasar a través del filtro óptico está dentro del intervalo de respuesta espectral de un fotodiodo correspondiente, el filtro óptico y el fotodiodo usados en combinación sirven como un blindaje secundario para la luz de interferencia, reduciendo significativamente de este modo o incluso evitando que la luz de interferencia fuera del intervalo de respuesta espectral del fotodiodo se irradie sobre el fotodiodo, afectando a una corriente inversa generada por el fotodiodo.

La selección de la unidad 2 de filtrado óptico y el dispositivo 3 de detección fotoeléctrica se seleccionan de manera correspondiente de modo que el intervalo de longitud de onda de la luz que puede pasar a través de la unidad 2 de filtrado óptico esté dentro del intervalo de respuesta espectral del dispositivo 3 de detección fotoeléctrica.

Por ejemplo, cuando la luz requerida para la adquisición de señales fisiológicas es una luz verde, según el intervalo de longitud de onda del espectro visible, un estándar de selección para establecer el fotodiodo es la longitud de onda pico de 530 nm ± 10 nm, y el estándar de selección del filtro óptico correspondiente es la longitud de onda principal de 530 nm. El filtro óptico solo permite que la luz verde con la longitud de onda de alrededor de 530 nm pase a través, y la luz verde que pasa a través del filtro óptico está dentro del intervalo de respuesta espectral del fotodiodo correspondiente, evitando así directamente que la luz de otras bandas de onda de radiación se irradie sobre el fotodiodo y asegurando una precisión de la adquisición de señal fisiológica.

Según la realización anterior, la unidad 2 de filtrado óptico se selecciona como un filtro óptico de paso de banda, y el dispositivo 3 de detección fotoeléctrica se selecciona como el fotodiodo. En primer lugar, se determinan la longitud de onda específica y la intensidad de luz correspondiente de la luz usada para adquirir la señal de pulso, y se seleccionan los tipos del filtro óptico de paso de banda y el fotodiodo según la longitud de onda de la luz emitida por la fuente 1 de luz, de modo que solo se permite que pase a través de la luz de la longitud de onda específica. En la realización, el diodo emisor de luz se usa para emitir las luces de la longitud de onda específica y la intensidad de luz para adquirir la señal de pulso, la luz emitida por la fuente 1 de luz irradia sobre el cuerpo humano en una ubicación adecuada para adquirir la señal de pulso como, por ejemplo, un lóbulo de oreja o un dedo. La señal de luz que no es absorbida por un tejido sanguíneo en el sitio de adquisición de señales de pulso a través de una transmisión o reflexión de la luz, y se irradia en el fotodiodo cubierto con el filtro óptico de paso de banda; la luz transmitida a través o reflejada emitida por la fuente 1 de luz que pasa a través del sitio de adquisición de señales de pulso humano se sombrea primero por el filtro de paso de banda, y luego se apantalla secundariamente por el fotodiodo para obtener la señal de corriente variada requerida. Debido al hecho de que la tasa de sombreado de la unidad 2 de filtrado óptico y una tasa de blindaje del fotodiodo no pueden alcanzar el 100 %, en el circuito 4 de adquisición, según la realización anterior, la señal digital obtenida puede transmitirse a la unidad 6 de microprocesamiento a través del amplificador de transimpedancia, el dispositivo 42 de filtrado, el circuito 43 de amplificación y el dispositivo 5 analógico-digital en secuencia, y la unidad 6 de microprocesamiento puede recuperar una señal de pulso adquirida según la señal digital obtenida.

Con referencia a la FIG. 1, el dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas descrito anteriormente incluye además un controlador 7 de potencia, que controla un conmutador de la fuente 1 de luz. Cuando el controlador 7 de potencia controla la fuente 1 de luz para encenderla, la fuente 1 de luz emite la luz, y la unidad 6 de microprocesamiento recibe una primera señal digital, en este momento, la señal óptica adquirida por el convertidor fotoeléctrico correspondiente a la primera señal digital incluye la luz emitida por la fuente 1 de luz y la luz de interferencia en el entorno. Cuando el controlador 7 de potencia controla la fuente 1 de luz para apagarla, la fuente 1 de luz no emite la luz, y la unidad 6 de microprocesamiento recibe una segunda señal digital, en este momento, la señal óptica adquirida por el convertidor fotoeléctrico correspondiente a la segunda señal digital incluye la luz de interferencia en el entorno; la unidad 6 de microprocesamiento procesa una diferencia entre la primera señal digital y la segunda señal digital para obtener la señal fisiológica. La señal digital correspondiente a la luz de interferencia en el entorno se resta de la luz emitida por la fuente 1 de luz y la señal digital correspondiente a la luz de interferencia en el entorno adquirida por el convertidor fotoeléctrico, eliminando así el impacto de la luz ambiental con la misma longitud de onda que la luz establecida para adquirir la señal fisiológica en la adquisición de señal fisiológica.

Según la realización anterior, el controlador 7 de potencia se selecciona como un multiplexor, que controla los conmutadores de la fuente 1 de luz y la unidad 6 de microprocesamiento, respectivamente. En primer lugar, el fotodiodo se enciende a través del multiplexor para emitir la longitud de onda específica y la intensidad de luz establecida para adquirir la señal de pulso, en este momento, la señal óptica adquirida por el dispositivo 3 de detección fotoeléctrica incluye la luz emitida por la fuente 1 de luz y transmitida a través o reflejada por el sitio de adquisición de señal de pulso humano y la luz de interferencia en el entorno, y un dispositivo 5 analógicodigital correspondiente obtiene la señal digital de un período actual y la transmite a la unidad 6 de microprocesamiento. Después, el diodo emisor de luz se apaga mediante el multiplexor, y después de que se haya desvanecido completamente la luminiscencia residual de la luz emitida por el fotodiodo, la señal óptica adquirida por el dispositivo 3 de detección fotoeléctrica incluye la luz de interferencia en el entorno, y el dispositivo 5 analógico-digital correspondiente obtiene la señal digital del período actual y la transmite a la unidad 6 de microprocesamiento. En la unidad 6 de microprocesamiento, la señal digital adquirida en un período anterior se resta de la señal digital adquirida en un período siguiente para obtener la señal digital de la que se elimina la interferencia de la luz ambiental, la unidad 6 de microprocesamiento procesa la señal digital de la que se elimina la interferencia de la luz ambiental y recupera la señal de pulso.

Un entorno de aplicación del dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas debe evitar el entorno donde la luz ambiental es demasiado intensa y una frecuencia de destello es demasiado rápida, asegurando una eficiencia de filtrado de la unidad 2 de filtrado óptico para la luz ambiental y asegurando la precisión de la adquisición de la misma longitud de onda de la luz en la luz ambiental que la luz establecida para adquirir la señal fisiológica.

Con referencia a la FIG. 5, el dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas descrito anteriormente incluye además una carcasa 8, que está envuelta en una posición fuera del dispositivo 3 de detección fotoeléctrica que no es irradiada por la luz emitida por la fuente 1 de luz y transmitida a través de o reflejada a través del sitio de adquisición de señales fisiológicas humanas.

En la realización, un tamaño de la unidad 2 de filtrado óptico es mayor que el del fotodiodo, y el fotodiodo y la unidad 2 de filtrado óptico están estrechamente unidos entre sí. La carcasa 8 cubre completamente una posición fuera de la unidad 2 de filtrado óptico y el fotodiodo que recibe luz proyectada o reflejada, asegurando que el fotodiodo no reciba las señales de luz de otras longitudes de onda tanto como sea posible, adquiriendo así señales fisiológicas más precisas.

Las personas con experiencia en la técnica deben entender que los componentes, sistemas y métodos a modo de ejemplo descritos junto con las realizaciones descritas pueden ejecutarse en el hardware, software o una combinación de los dos. Si ejecutarlos en el hardware o software depende de una aplicación específica y de las restricciones de diseño de la solución técnica. El personal profesional y técnico puede usar diferentes métodos para lograr las funciones descritas para cada aplicación específica, pero tal implementación no debe considerarse más allá del alcance de la presente solicitud. Cuando se ejecutan en el hardware, puede ser, por ejemplo, circuitos electrónicos, circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASIC, por sus siglas en inglés), firmware apropiado, complementos, tarjetas de función, etc. Cuando se ejecutan en software, los elementos de la presente solicitud son programas o segmentos de código configurados para ejecutar las tareas requeridas. Los programas o los segmentos de código pueden almacenarse en los medios legibles por máquina, o transmitirse en un medio de transmisión o enlaces de comunicación a través de las señales de datos transportadas por portadoras.

En la presente solicitud, las características descritas y/o ejemplificadas para la realización pueden usarse de la misma manera o en una manera similar en una o más realizaciones distintas, y/o combinarse o reemplazarse con las características de otras realizaciones.

Lista de signos de referencia:

1. Fuente de luz

2. Unidad de filtrado óptico

3. Dispositivo de detección fotoeléctrica

4. Circuito de adquisición

41. Módulo de conversión de corriente a tensión

42. Dispositivo de filtrado

43. Circuito de amplificación

5. Dispositivo analógico-digital

6. Unidad de microprocesamiento

7. Controlador de potencia

8. Carcasa

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas, que comprende: una fuente (1) de luz, un dispositivo (3) de detección fotoeléctrica, un circuito (4) de adquisición, un dispositivo (5) analógico-digital y una unidad (6) de microprocesamiento;

en donde una luz de una longitud de onda específica y una intensidad de luz emitida por la fuente (1) de luz para adquirir una señal fisiológica se transmite a través de o se refleja por un sitio de adquisición de señal fisiológica humana y se irradia en el dispositivo (3) de detección fotoeléctrica; el dispositivo (3) de detección fotoeléctrica convierte una señal óptica en una señal de corriente y envía la señal de corriente al circuito (4) de adquisición; la señal de corriente se convierte en una señal de tensión procesada por el circuito (4) de adquisición y la señal de tensión procesada se envía al dispositivo (5) analógico-digital; la señal de tensión procesada se convierte en una señal digital por el dispositivo (5) analógico-digital y la señal digital se envía a la unidad (6) de microprocesamiento; y la señal de datos se procesa por la unidad (6) de microprocesamiento para obtener la señal fisiológica; y

el circuito (4) de adquisición comprende un módulo (41) de conversión de corriente a tensión, un dispositivo (42) de filtrado y un circuito (43) de amplificación; el módulo de conversión de corriente a tensión convierte la señal de corriente en la señal de tensión procesada y envía la señal de tensión procesada al dispositivo (42) de filtrado; el dispositivo (42) de filtrado filtra la señal de tensión y envía una señal de tensión filtrada al circuito (43) de amplificación; y el circuito (43) de amplificación amplifica la señal de tensión filtrada y envía una señal de tensión amplificada al dispositivo (5) analógico-digital,

en donde el dispositivo comprende además una unidad (2) de filtrado óptico unida a y que cubre el dispositivo (3) de detección fotoeléctrica; y

en donde la unidad (2) de filtrado óptico y el dispositivo (3) de detección fotoeléctrica se seleccionan de manera correspondiente de modo que un intervalo de longitud de onda de la luz que pasa a través de la unidad (2) de filtrado óptico esté dentro de un intervalo de respuesta espectral del dispositivo (3) de detección fotoeléctrica,

en donde el módulo (41) de conversión de corriente a tensión es un amplificador de transimpedancia, y el amplificador de transimpedancia está configurado para convertir una señal de corriente variada en una señal de tensión variada, sin amplificar la señal de corriente variada.

2. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que la unidad (2) de filtrado óptico es un filtro óptico con una o más capas según un escenario de uso del dispositivo de adquisición y procesamiento de señales fisiológicas fotoeléctricas.

3. El dispositivo según la reivindicación 1, que comprende además un controlador (7) de potencia configurado para controlar un conmutador de la fuente (1) de luz.

4. El dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por que, cuando el controlador (7) de potencia controla la fuente (1) de luz para encenderla, la fuente (1) de luz emite la luz y la unidad (6) de microprocesamiento recibe una primera señal digital; cuando el controlador (7) de potencia controla la fuente (1) de luz para apagarla, la fuente (1) de luz no emite luz y la unidad (6) de microprocesamiento recibe una segunda señal digital; y la unidad (6) de microprocesamiento está configurada para procesar una diferencia entre la primera señal digital y la segunda señal digital para obtener la señal fisiológica.

5. El dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado por que el controlador (7) de potencia es un multiplexor que controla los conmutadores de la fuente (1) de luz y de la unidad (6) de microprocesador, respectivamente.

6. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el dispositivo (2) de detección fotoeléctrica es un fotodiodo.

7. El dispositivo según la reivindicación 1, que comprende además una carcasa (8), en donde la carcasa (8) está envuelta fuera del dispositivo (3) de detección fotoeléctrica, en una posición más allá de la irradiación de la luz emitida por la fuente (1) de luz y transmitida a través o reflejada desde el sitio de adquisición de señales fisiológicas humanas.

8. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que la luz emitida por la fuente (1) de luz comprende uno o más rayos de luz que incluyen una longitud de onda específica y una intensidad de luz requerida para la adquisición de señales fisiológicas.

9. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que la fuente (1) de luz comprende una única fuente (1) de luz o múltiples fuentes (1) de luz.

10. El dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por que la fuente (1) de luz emite una luz verde para adquirir la señal fisiológica, el fotodiodo es un fotodiodo que tiene una longitud de onda pico de 530 nm ± 10 nm, y el filtro óptico es correspondientemente un filtro óptico que tiene una longitud de onda principal de 530 nm.