CN103327886A - 光学测量装置和用于光学测量的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种基于反射的光学测量装置和用于基于反射的光学测量的方法。该装置包括：照射和检测组件，其被配置为向用于测量的用户的表面部分输出光，以检测从所述用户的表面部分反射的输出光作为信号；耦合部件，其被配置为在无缆配置中耦合到个人移动处理装置；测量表面，其被配置为允许用户的表面部分接入所述测量表面；其中通过无支座的光学装置提供所述接入，从而允许用户的表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面；并且另外其中所述耦合部件被配置为将检测信号传输到所述个人移动处理装置。

Description

光学测量装置和用于光学测量的方法

技术领域

本发明宽泛地涉及基于反射（reflectance-based）的光学测量装置和用于基于反射的光学测量的方法。

背景技术

对生理特征的光学监测使用对透射通过正被测量的用户的位置的光的检测。光电体积描记（PPG）是一种光学测量技术，用于通常通过检测透射通过耳垂或指尖的光而检测活组织的微血管床中的血容量变化。当动脉搏动进入毛细血管床时，血管的容量或血液自身的特征的变化修改了毛细血管床的光学特性。PPG信号用于测量外周氧饱和度（SpO2），其为对诸如血液的流体中的氧饱和度的水平的估计。PPG信号还可以用于测量血压。

诸如脉搏血氧计的装置用于测量通过流过用户的血容量的变化发射的增强的光学搏动信号。脉搏血氧计通常具有朝向光电二极管/光电检测器的一对小的发光二极管（LED），在光电二极管与发光二极管之间放置有用户身体的半透明部分，通常为指尖或耳垂。LED照射用户的组织（例如皮肤），并且光电检测器测量与流域容积中的灌注的变化相关联的光强度的小变化。通常将在该配置中的血氧计称为透射型血氧计。来自LED的光通过组织并由光电二极管检测。一个LED为波长大约为660纳米（nm）的红光，另一个为波长大约为905、910或940nm的红外光。在这些波长处的吸收在氧合血红蛋白与其脱氧形式之间显著不同。因此，可以从对红光和红外光的吸收的比值，即在测量位置的搏动成分的红光与红外光吸收的比值，计算氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比值。

对于透射型血氧计，通常设置套筒或支座（holder），以主要用作用于光电二极管的支座以及阻挡环境光的屏蔽。已经认识到，具有套筒或支座/夹子通常迫使用于测量的用户身体的部分为固定取向。这对于用户可能是不期望的。

另一方面，除了透射型血氧计之外，还存在反射型血氧计。对于反射型血氧计，LED和光电二极管位于用户身体的半透明部分的相同侧。从将要通过光电二极管测量和检测的部分反射来自LED的光。对于反射型血氧计，环境光可能是通过光电二极管的光检测精确度的重要因素。从而，反射型血氧计通常仍需要套筒或支座/夹子，以提供屏蔽而防止环境光干扰来自LED的反射光。这对于用户可能是不期望的。

另外，对于特定类型的没有夹子的反射型血氧计，诸如贴片形式的，在血氧计的底部上仍需要屏蔽以提供环境光屏蔽。

另外，本发明人认识到，通常的血氧计具有较复杂的设计考虑，其注重如何合并有电源从而使得血氧计可以用作独立的装置。这可能延迟血氧计的开发并增加制造成本。

另外，对于血氧计，环境光可能以环境噪声的形式干扰读数。例如，诸如来自胆红素灯、荧光灯、红外光加热灯和直射阳光的环境光可能影响SpO2读数的精确度。作为简单介绍，SpO2计算基于红光（红光）和红外光（IR）PPG信号的AC和DC分量。当从用户的皮肤反射例如大约660nm的红光LED时获得红光PPG信号。当从用户的皮肤反射例如大约940nm的IR LED发射电磁波时获得IRPPG信号。

从而，如果不从PPG信号除去环境光干扰，将不能获取对红光或IR PPG信号的真实读数。这又影响SpO2的计算。通常，获得第三PPG信号，即，环境PPG。该环境PPG信号是在同时关闭IR和红光LED时通过光电检测器获得的信号。通常，进行从红光和IRPPG信号对环境信号的运行中逐点减法。然而，本发明人已经认识到，这样的处理通常是功率消耗的。对PPG信号的数字重建也通常是耗时的。本发明人还认识到，上述处理还通常要求另外的相对复杂的多路电路，例如用于红光、红外光和/或环境PPG信号的不同信号路径。

从而，考虑到上述问题，需要一种试图解决至少一个上述问题的光学测量装置和方法。还需要试图解决至少一个上述问题的噪声消除方法和系统。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种基于反射的光学测量装置，包括：照射和检测组件，其被配置为向用于测量的用户的表面部分输出光，以检测从所述用户的表面部分反射的输出光作为信号；耦合部件，其被配置为在无缆配置中耦合到个人移动处理装置；测量表面，其被配置为允许用户的表面部分接入（access）所述测量表面；其中通过无支座的光学装置提供所述接入，从而允许用户的表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面；并且另外其中所述耦合部件被配置为将检测信号传输到所述个人移动处理装置。

信号平面可以在与所述测量表面相同的平面上。

无支架的装置可以允许无屏蔽的配置，其中与所述检测信号一起传输环境光噪声。

所述装置还包括压力组件，其被配置为检测通过用户的所述表面部分施加到所述照射和检测组件的压力的量。

所述装置还包括外壳结构，用于容纳照射和检测组件，其中该外壳结构对装置提供结构刚性。

无缆配置可包括以通用串行总线（USB）端口或30针端口形式的耦合部件的耦合装置。

信号可以是光电体积描记（PPG）信号。

照射和检测组件可包括红光发光二极管（LED）、红外光LED或者二者。

可以从来自红光LED和红外光LED二者的检测信号获得用户的外周氧饱和度（SpO2）信息。

测量装置可用作到个人移动处理装置的附件。

个人移动处理装置可以是选自由以下装置构成的组中的一个：移动电话、智能电话、个人数字助理（PDA）、移动音乐播放器、平板计算机、上网本以及便携式计算机。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于基于反射的光学测量的方法，该方法包括：允许用于测量的用户的表面部分接入测量表面，其中允许所述用户的表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面；将光输出到用于测量的所述用户的所述表面部分，检测从所述用户的表面部分反射的输出光作为信号；在无缆配置中耦合到所述个人移动处理装置；以及将检测信号传输到所述个人移动处理装置。

可以在无屏蔽的配置中执行检测输出光的步骤，其中在传输步骤中与所述检测信号一起传输环境光噪声。

该方法还包括检测通过所述用户的表面部分施加的压力的量。

输出光的步骤可包括使用红光发光二极管（LED）、红外光LED或者二者。

该方法还可以包括从来自红光LED和红外光LED二者的检测信号获得用户的外周氧饱和度（SPO2）信息。

根据本发明另一方面，提供一种计算机可读数据存储介质，其上存储有用于指示处理器执行用于基于反射的光学测量的方法的计算机代码装置，该方法包括允许用于测量的用户的表面部分接入测量表面，其中允许所述用户的表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面；向用于测量的所述用户的表面部分输出光，检测从所述用户的表面部分反射的输出光作为信号；在无缆配置中耦合到所述个人移动处理装置；以及将检测信号传输到所述个人移动处理装置。

所述计算机可读数据存储介质，其中所述方法可包括在无屏蔽的配置中执行检测输出光的步骤，其中在传输步骤中与所述检测信号一起传输环境光噪声。

所述计算机可读数据存储介质，其中所述方法可包括在输出光的步骤中使用红光发光二极管（LED）、红外光LED或者二者。

所述计算机可读数据存储介质，其中所述方法还包括从来自红光LED和红外光LED二者的检测输出光获得用户的外周氧饱和度（SPO2）信息。

附图说明

通过下面仅仅通过示例方式的书面描述并结合附图，对于本领域普通技术人员来说，本发明的示例实施例将更容易理解并显而易见，在附图中：

图1示出光电体积描记（PPG）信号的图形表示；

图2为PPG信号的交流（AC）脉冲波形的图示；

图3（a）为示例实施例中的光学测量装置的示意图；

图3（b）示意示出光学测量装置的分解图；

图3（c）为示出示例实施例中的光学滤波的光学透射特征的图；

图4为示出示例实施例中的被耦合到个人移动处理装置的光学测量装置的示意图；

图5（a）到（c）分别为示例实施例中的V_原始信号、Vac信号和Vppg信号的示意图形表示；

图6为示例实施例中的用于收集来自红外光和红光照射的数据的时间波形的示意图；

图7为示出示例实施例中的用于获得用于SpO2计算的信息的电路的示意框图；

图8为示出示例实施例中在发光二极管（LED）点亮序列期间在光检测器处获得的输出的示意图示；

图9（a）为示例实施例中用于切换（toggle）红外光（IR）LED和红光（Red）LED的打开/关闭的示意时序波形图；

图9（b）为示例实施例中用于切换IR LED和红光LED的打开/关闭的备选示意时序波形图；

图10（a）为示意示出示例实施例中在模拟到数字转换器中获取的信号的图形；

图10（b）为示意示出示例实施例中在模拟到数字转换器中获取的交流（AC）信号的图形；

图11（a）为示意示出示例实施例中的滤波DC信号的图形；

图11（b）为示意示出示例实施例中的滤波AC信号的图形；

图12（a）为示意示出示例实施例中的用于环境PPG信号的滤波DC信号的图形；

图12（b）为示意示出示例实施例中的用于环境PPG信号的滤波AC信号的图形；

图13（a）为图11（a）的放大形式；

图13（b）为图11（b）的放大形式；

图14（a）为图12（a）的放大形式；

图14（b）为图12（b）的放大形式；

图15为示出示例实施例中在多个循环中获得的PPG信号的示意图；

图16为示出示例实施例中用于光学监测用户的生理特征的示例过程的示意流程图；

图17（a）为示出示例实施例中的手指检测过程的示意流程图；

图17（b）为示出示例实施例中的环境光检测过程的示意流程图；

图18为示出示例实施例中的光强度设置过程的示意流程图；

图19为示出示例实施例中的力优化过程的示意流程图；

图20为示出示例实施例中的数据收集过程的示意流程图；

图21为示出示例实施例中计算用户的生理特征的示意流程图；

图22为当施加低外部压力时血管截面的图示；

图23为当施加高外部压力时血管截面的图示；

图24为在零透壁压力状态中相比于施加的外部压力的量的测量PPG信号的振幅的图示；

图25（a）和（b）为示例实施例中的光学测量装置的展开视图；

图26为示意示出适用于实现示例实施例的计算机/服务器系统的实施例的框图；

图27示意示出示例实施例中的随时间变化的PPG信号的测量电压的图形对应于随时间变化的施加压力量的图形的图形比较；

图28（a）和（b）示意示出示例实施例中的与光学测量装置耦合的反馈单元的图形用户界面（GUI）；

图28（c）示意示出示例实施例中的用于指示用户是否应调节压力量以提供更大、更小或相同量的反馈单元的图形用户界面（GUI）；

图29（a）到（c）为示出示例实施例中的PPG波形与施加压力之间的相关性的示意图形表示；

图30（a）和（b）示意示出示例实施例中的与横向配置的光学测量装置耦合的反馈单元/个人移动处理装置；

图31（a）和（b）为示出示例实施例中的使用光学测量装置与用于测量的用户的表面部分交互的展开视图；

图32为示出示例实施例中的测量与反馈单元耦合并且利用来自压力检测组件的反馈的光学测量装置上的PPG信号的方法的示意流程图；

图33示出示例实施例中的用于实现基于压电的感测装置的简化的示例表示电路图；

图34为示出示例实施例中的用于基于反射的光学测量的方法的示意流程图；以及

图35示出在示例实施例中当切换两个LED以及同时关闭两个LED时如何在模拟到数字转换器处形成信号。

具体实施方式

这里所述的示例实施例可提供可从用户获得光电体积描记（PPG）信号的光学测量装置和方法。示例实施例中的测量是非侵入光学生理测量。

在示例实施例中，可以将基于反射的光学测量装置设置为用作到个人移动处理装置的附件。个人移动处理装置可以为移动电话、智能电话、个人数字助理（PDA）、移动音乐播放器、平板计算机、上网本或便携式计算机，然而该列表当然不是穷举的。在该功能中，附件不意味着影响个人移动处理装置的主要工作或功能。在示例实施方式中，光学测量装置优选为小于手掌尺寸的物体以便携。

测量装置包括耦合部件，该耦合部件可以在无缆配置中提供测量装置与个人移动处理装置之间的耦合。在描述中，无缆配置被认为包括不使用从个人移动处理装置延伸到光学测量装置的电线或缆线的连接。

在示例实施方式中，测量装置设置为没有支座或夹子或套筒，即，对于接合用于测量的表面部分（诸如用户的指尖），测量装置是无支座的。为测量装置设置测量表面，从而用户可利用用于测量的表面部分接入所述测量表面。通过无支座的测量装置，用户的表面部分可从单个平面中的全部方向接入测量表面。信号平面可以在与所述测量表面相同的平面上。

在示例实施方式中，测量装置用于照射用户的表面部分并检测来自该表面部分的反射光。意图作为附件的测量装置将检测光信息传输到另一个装置（例如个人移动处理装置），以进行进一步处理，例如除去环境光干扰，以进行SpO2值确定。可以理解，在测量装置不提供用于光反射的屏蔽的情况中，在测量装置处的光检测中可以允许一定程度的环境光干扰。从而，在示例实施方式中，测量装置不是处理器密集的，例如可以不需要处理器，从而可以不需要诸如电池的专用电源地起作用。从而，相比于常规装置，可以将测量装置制造为相对较小。

在示例实施方式中，与贴片型血氧计不同，测量装置基本为不可变形形式。测量装置的测量表面还优选是非粘合性的，以减少给用户带来不便的可能。

在进行对一些示例实施例的更全面的描述之前，可以有利地简单描述PPG信号的分量。

图1和图2用于简要描述PPG信号的分量。图1示出光电体积描记（PPG）信号100的图形表示，其通常可以分为两个分量：AC分量102，其由在搏动动脉血容量106中的光的吸收导致；以及DC分量104，其由通过非搏动动脉血液——即静脉血液和毛细血管血液108产生的吸收、以及组织吸收110导致。

在图1中，该AC分量102被叠加在与组织和平均血容量相关的大的准DC分量104上。该DC分量104根据呼吸、血管舒缩活动以及血管收缩波缓慢变化。通过适当的电子过滤和放大，可以提取AC分量102和DC分量104二者以用于随后的脉冲波分析。

描述了并在图2中示出PPG AC脉冲波形102的两个重要特征，其中将脉冲波形的表现定义为两个相位：作为脉冲的上升沿的第一升线相位112，以及作为脉冲的下降沿的第二降线相位114。第一相位112主要与心脏收缩相关，而第二相位114代表心脏舒张期和来自外周的波反射116。在具有健康动脉的对象的第二降线相位114中通常看到重搏切迹118。

在下文的具体描述中，将参考附图。上述附图示意地而不是限制地示出根据本发明原理的具体实施例和实施方式。对这些实施方式进行了充分详细地描述，以使得本领域技术人员能够实施本发明，并且可以理解，在不偏离本发明的范围下，可以使用其他实施方式，并且可以对各个元件进行结构变化和/或替换。从而，下面的具体描述不应被解读为具有限制意义。另外，所述的各个实施例可以以以下形式实现：在通用计算机上运行的软件的形式、专用硬件的形式、或软件和硬件的组合。

除非另外指出，在该描述中所用的术语“耦合”或“连接”旨在覆盖直接连接或通过一个或多个中间装置连接。

本文的描述在特定部分中可以被明确地或暗含地描述为用于在计算机存储器或电子电路内的数据上运算的算法和/或函数运算。这些算法描述和/或函数运算通常由信息/数据处理领域中的技术人员使用，以高效地描述。算法通常与导致期望结果的步骤的自洽序列相关。算法步骤可包括物理操控物理量，诸如能够被存储、传输、转移、组合、比较以及其他操控的电、磁或光学信号。

另外，除非另外具体指出，并且将通常从下文显而易见，本领域技术人员将理解，在本发明全文中，使用诸如“扫描”、“计算”、“确定”、“替换”、“生成”、“初始化”、“输出”等术语的讨论指的是指示处理器/计算机系统或类似电子电路/装置/部件的动作和处理，所述指示处理器/计算机系统或类似电子电路/装置/部件将被表示为所述系统内的物理量的数据操控/处理并转换为被类似地表示为该系统或其他信息存储、传输或显示装置等中的物理量的其他数据。

说明书还公开了用于执行所述方法的步骤的相关装置/设备。该设备可针对所述方法的目的被具体构造，或可以包括通用计算机/处理器或通过存储在存储部件中的计算机程序被选择性地激活或重配置的其他装置。本文所述的算法和显示不是固有地涉及任何特定计算机或其他设备。可以理解，根据本文的教导可以使用通用装置/机器。备选地，可能期望用于执行方法步骤的专用装置/设备的构造。

另外，认为描述还暗含地涵盖计算机程序，其中，显然的是，通过计算机代码可以实现本文所述的方法的步骤。可以理解，可以使用各种编程语言和编码以实现本文的描述的教导。而且，计算机程序如果可应用则不限于任何特定控制流程，并且可以在不偏离本发明范围的情况下使用不同的控制流程。

另外，计算机程序的一个或多个步骤如果可应用则可被并行和/或顺序执行。这样的计算机程序如果可应用则可被存储在任何计算机可读介质中。计算机可读介质可包括存储装置，诸如磁盘或光盘、存储器芯片、或其他适于与合适的读取器/通用计算机接口的存储装置。计算机可读介质甚至可以包括诸如在互联网系统中示例的有线介质、或者诸如在蓝牙技术中示例的无线介质。计算机程序在被加载或在合适的读取器上执行时有效地导致可实现所述方法的步骤的设备。

示例实施例还可以实现为硬件模块。模块为功能硬件单元，其被设计为与其他部件或模块使用。例如，模块可利用数字或分立电子部件实现，或者其可以形成诸如专用集成电路（ASIC）的整体电子电路的部分。本领域技术人员可以理解，示例实施例还可以实现为硬件和软件模块的组合。

在一些示例实施例中，可从来自红光LED和红外光LED二者的检测输出光获得用户的外周氧饱和度（SPO2）信息。另外，在本文的描述中，本文使用的术语“光”应广义地解释，而不仅限于可见光。本文使用的术语“光”可包括但不限于，X射线光线、可见光线、紫外光线以及红外光线。

图3（a）为示例实施例中的光学测量装置的示意图。图3（b）示意示出光学测量装置的分解图。

在示例实施例中，光学测量装置300为基于反射的装置。光学测量装置300包括装入外壳304中的照射和检测组件302。在图3（b）的分解图中，将外壳304示出为分为顶罩306和底罩308。顶罩306包括以虚线示意示出的测量表面310。测量位置/表面310被耦合到照射和检测组件302的光源312和一个或多个光检测器（例如314）。光学测量装置300还包括耦合部件316，该耦合部件可以在无缆配置中提供测量装置300与个人移动处理装置/反馈单元（未示出）之间的耦合。耦合部件316可以为接口端口的形式，诸如通用串行总线（USB）端口或用于

(Apple Computer,Inc.,Cupertino,CA)中的30针连接等。

在示例实施例中，光源312可以通过置于测量位置的用于测量的用户的表面部分（例如用户的活组织的部分）传播光。光检测器（例如314）可以检测从用户的活组织的部分反射的光。可通过耦合部件316将在光检测器（例如314）处检测到的光信息传输到个人移动处理装置（未示出），例如用于进一步处理。

在示例实施例中，可选地，可以在光学测量装置300中设置压力检测组件318。压力检测组件318可被配置为检测并向个人移动处理装置（未示出）传输在光学测量期间通过用户的身体部分向光学测量装置300施加的压力的量。压力信息可用于例如但不限于检测身体部分是否已经被置于测量装置上、以及/或者通过身体部分施加的压力是否足以获得精确读数。

光学测量装置300还可以另外集成有光学滤波器（例如320），以最小化环境光的干扰。在示例实施例中，可以使用具有光学透射特征的边缘滤波器。

图3（c）为示出示例实施例中的光学滤波的光学透射特征的图形。在该示例实施例中，将低于大约600nm的光波长滤出并阻止其到达光检测器（例如314）。这样是有效的，因为感兴趣波长仅为例如大约600nm和大约940nm的波长。备选地，可以使用针对特定感兴趣波长的滤波器。例如，可以使用这样的滤波器，其例如在组合使用时允许透过从大约600－700nm和大约900－1000nm的光。备选地，可以仅使用允许透过大约600-1000nm的单个滤波器。

图4为示出示例实施例中的被耦合到个人移动处理装置的光学测量装置400的示意图。光学测量装置400基本与参考图3（a）和（b）描述的测量装置300相同地起作用。光学测量装置400包括感测部分402，该检测部分402又包括照射和检测组件404以及可选的压力检测组件或压力/力感测部分406。照射和检测组件404包括一个或多个光电检测器（例如408）、红光LED光源410和红外光LED光源412。测量装置400示出为与个人移动处理装置414耦合，该个人移动处理装置414可以为例如但不限于

(AppleComputer,Inc.,Cupertino,CA)。

为了更好的说明，对光学测量装置400的处理模块416进行分解。处理模块416的功能可通过光学测量装置400的硬件和/或固件提供。

在使用中，在建立照射和检测组件404与个人移动处理装置414的物理连接之后，光学测量装置400中的微控制器单元（MCU）418可以在向个人移动处理装置414发送数据之前提取用于认证目的的信息。该认证处理对于

可能是特定的，因为

要求使用30针连接器的任何装置购买来自

的认证令牌。可以理解，根据个人移动处理装置414，可以进行上述的过程的变化或删除。

在

的示例中，通过来自

的30针连接器的通用异步接收器/发射器（UART）协议启用通信。从MCU418向

每8毫秒地将数据串发送到UART。

在示例实施例中，该数据由2字节的标题和10字节的有效载荷构成。该载荷被子分割为5部分，每个包括2字节的数据，即DC1(IR)、DC2(红光)、PPG1(IR)、PPG2(红光)和FS（力传感器）。该文件以HEX文件格式获得并然后被转换回电压（V）。可以理解，根据期望的应用，可以允许数据/有效载荷的变化，例如，力感测部分406是否被包括在装置400中。

参考图1，DC1和DC2提供用于PPG波形的DC分量104的信息，从而使得可以计算外周氧饱和度或SpO₂。PPG1和PPG2建立实际PPG波形，并提供用于PPG波形的AC分量102的信息。FS用于提供被施加到照射和检测组件404的压力的量的信息。下面的表1中示出了数据解码格式的示例。

表1：数据解码格式

返回到图4，在示例实施例中，LED410、412照射用于测量的用户的部分或表面部分。在光电检测器408处检测原始PPG信号。

原始PPG信号包括DC和AC分量，其都包含用于波形分析的信息。从而进行信号调节以获得用于在个人移动处理装置414处的进一步处理的信息。下面描述示例信号调节过程。

为了确定PPG信号的DC分量，在模拟到数字转换器（ADC1）422中数字化从光电检测器408获得的原始信号420。将数字化的信号相应地传输给红外光缓冲器（IR）424和红光缓冲器（红光）426，其在将整理的数据发送到处理器428之前每个可存储多达100个样本。

使用原始样本，可通过处理器428确定基线DC分量。在处理器428，计算用于Vsub（IR）和Vsub（红光）（即，DC分量）的数字值。随后通过数字到模拟转换器（DAC）430转换Vsub信号，以提供获得的数字Vsub信号432。

然后从原始信号V_原始（附图标记420）减去所确定的DC分量（Vsub）432，以获得Vac432。新的原始信号Vac432然后在第二级放大器436中经历第二级放大，以获得Vppg438，其中与V_原始420相比改善了信噪比。

当在模拟到数字转换器ADC2440中数字化时，大大增强了新的原始信号Vppg438的分辨率。

图5（a）到（c）分别为示例实施例中的V_原始信号、Vac信号和Vppg信号的示意图形表示。从原始信号V_原始减去所确定的DC分量Vsub，以获得Vac信号。新的原始信号Vac然后在第二级放大器中经历第二级放大，以获得Vppg信号，其中与图5（a）中的V_原始信号相比改善了信噪比。

图6为示例实施例中的用于收集来自红外光和红光照射的数据的时间波形的示意图。参考图4中的部件。设置MCU418的MCU时钟600以在预定间隔切换，以在相应第一间隔602和第二间隔604期间调节来自LED（IR）412和LED（红光）410的检索结果。在示例实施例中，将间隔606设置为4毫秒。然后在第三间隔608和第四间隔610等重复数据收集序列。在两个LED410、412之间的每个切换之前，获取来自ADC1422和ADC2440的数据并将其发送到至个人移动处理装置414的UART，以例如用于进一步处理。

从而，在上述示例实施例中，可以将照射和检测组件并优选还有压力检测组件集成为由外壳包封的单个紧凑型光学测量装置以用于便携式使用。从而，该外壳相比于例如常规石膏型装置（plaster-typedevice）可提供结构刚性。光学测量装置是基本不可变形的，并且可以包括基本非粘合性的测量表面。

光学测量装置可以设置为没有支座或夹子或套筒，即，该测量装置是无支座的。另外，可以对测量装置设置测量表面，从而使得用户可以利用用于测量的表面部分（诸如用户的指尖）接入该测量表面。通过无支座的测量装置，用户的表面部分可从单个平面中的全部方向接入测量表面。信号平面可以在与所述测量表面相同的平面上。

另外，可以将检测的光信息传输到另一个装置，例如反馈单元/个人移动处理装置，以进行进一步的处理。从而，测量装置不是处理器密集的，例如可以不需要处理器，从而可以不需要诸如电池的专用电源地起作用。从而，相比于常规装置，可以将测量装置制造为相对较小。

可以理解，传输到个人移动处理装置的检测的光信息或Vppg信号具有实质程度的环境光干扰。从而，在个人移动处理装置处执行环境光或噪声消除。下文关于用于SpO2计算的环境噪声消除的描述可通过软件和/或硬件模块实现。硬件模块可包括电子电路或专用应用芯片，诸如ASIC芯片。可设置诸如智能电话上的“app”或软件应用的图形用户界面（GUI）以在个人移动处理装置上运行，以实现和显示环境噪声消除。

为确定SpO2值，例如，通常通过制造商提供专用查找表。使用计算的比值R用于参考查找表以确定SpO2值。

将R定义为

$R=\frac{\frac{{\mathrm{AC}}_R}{{\mathrm{DC}}_R}}{\frac{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{IR}}}{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{IR}}}}$

其中AC、DC分别指交流和直流值。条件IR和R指分别使用红外光和红光的条件。应注意，在R计算中通常减去或除去环境光噪声。

在示例实施例中，可以提供用于噪声消除的方法和系统，例如用于SpO2测量。在一个示例实施例中，分别获得AC和DC值以用于红光PPG信号测量、IR PPG信号测量和环境PPG信号测量（其中同时关闭红光和IR LED）。确定PPG信号测量的最大和最小值。然后可以确定利用确定的最大值和最小值计算的基于比值R值的SpO2值。

有利地，在示例实施例中，可以避免用于除去环境信号干扰的对真实红光和/或IR PPG信号的信号重建。本发明人认识到，通过仅识别和使用用于SpO2计算的重要信息，可以进行有效且精确的计算。本发明人认识到，通过仅利用相应红光、IR和环境信号脉冲的最大值和最小值，可以进行对SpO2的计算。例如，通过从当打开红光LED时获得的红光PPG信号的获得最大值减去环境PPG信号的获得最大值（即当不打开LED时），可以简单地获得真实红光PPG信号（无环境噪声）的最大值。

换句话说，代替重建真实红光PPG信号（无环境信号）和真实IR PPG信号（无环境信号），有利地，在示例实施例中避免了重建，而仅获得3个PPG信号的最大值和最小值以用于获得SpO2值的分析。这可以最小化处理并消耗更少的电力。

在示例实施例中，可设置反馈单元/个人移动处理装置以从光学测量除去环境噪声信号。该装置可包括耦合部件，例如用于耦合到光学测量装置。耦合部件可接收基于基于第一光照射的检测光获得的第一信号波形、基于基于第二光照射的检测光获得的第二信号波形、以及基于检测环境光获得的第三信号波形。该装置还包括处理器模块，其可以获得第一、第二和第三信号波形中的至少两个的各个最大值和最小值；并且该处理器可以通过使用第一、第二和第三信号波形中的至少两个的最大值和最小值获得除去环境噪声的第一和第二信号波形的信号值。

图4、5和6可以涉及例如光学测量装置300的一个或多个示例实施方式/应用。图7至21可以提供光学测量装置的进一步的示例实施方式/应用。本领域技术人员可以理解，方法或算法等可具有可组合使用或彼此替换的步骤或组成。

图7为示出示例实施例中的用于获得用于SpO2计算的信息的电路的示意框图。在个人移动处理装置外部的光学测量装置中设置电路。在框704，将耦合到跨阻放大器的光电检测器（对照图4的408）布置为检测光信息。这些部件与高通滤波器模块706耦合，所述高通滤波器模块706又与电压跟随器模块708耦合。电压跟随器模块708与非反相放大器模块710耦合，该非反相放大器模块710又与非反相加法放大器模块712耦合。非反相加法放大器模块712的输出被耦合到MCU714的ADC2（对照图4的440、418）。另外，框704的输出被耦合到MCU714的ADC1（对照图4的422、418）。

图8为示出示例实施例中的在发光二极管（LED）点亮序列期间在光检测器处获得的输出的示意图示（对照图7的704）。在环境（Am）或关闭条件802期间，同时关闭IR和红光LED，从而可获得环境PPG信号804。在切换序列806期间，交替打开IR和红光LED。然后MCU可以执行基于时间的去复用，以提取各个IR和红光PPG信号。可在图11（b）中观察去复用信号的示例。可以获得IR PPG信号（实线）和红光PPG信号（虚线）。可以提供去复用信号的另一个示例，其中表示各个采样点，而不是由各个点形成的完整波形。

图9（a）为用于切换IR LED和红光LED的打开/关闭的示例示意时序波形图。图9（b）为示例实施例中用于切换IR LED和红光LED的打开/关闭的备选示意时序波形图。图9（b）是对图9（a）的修改，以使得可以获得环境PPG信号。图9（b）还示出图8的序列806内的切换序列。当同时关闭红光和IR LED时，在每个切换之间存在较短的时段Δt902，例如大约100μs。每个LED被打开大约2.9ms，例如附图标记904，这使得每个切换循环为大约6ms。这可以改善IR和红光PPG信号精确度。短时段Δt902允许从红光和IR信号条件的切换（反之亦然）之间的时间间断。这对于单个路径系统可以是有用的，其中利用相同的电路执行对红光和IR信号的检测。引入的短时段Δt902可以确保每个检测的红光和IR光信息显示其自身的特性。本发明人认识到，如果没有例如通过时段Δt902提供的间断，之前打开的LED的光信号可能仍存在于处理路径中。即，使用短时段可以降低“串扰”问题。

在一些示例实施例中，进一步调节每个IR和红光LED的强度，使得在光电检测器处的输出示出在2V-2.5V(在ADC1)之间的响应。即，本发明人认识到，通过将IR和红光LED的强度调节到光电检测器未达到饱和情况下的最大，可以尽可能地降低环境光信号的影响。在示例实施例中，饱和电压基于使用的Vcc并且大约为3.3V。

从而，本发明人认识到，相比于检测的IR和红光信号，可以最小化环境光干扰。从而，在示例实施例中，在IR和红光光源的切换序列之前或之后，可以在环境信号自身的环境检测时段中进行对环境信号的检测。

返回到图7，将来自框704的输出传输到高通滤波器模块706并又传输到电压跟随器模块708，以从PPG信号除去DC分量。通过非反相放大器模块710放大剩下的AC分量，以最大化PPG信号的峰-峰幅值。在示例实施例中，以约10-40倍的增益将AC分量放大至大约0-3.3V。然后，非反相加法放大器模块712对AC信号引入任意DC分量，使得信号关于该任意DC值振荡。

如图7所示，ADC1提供测量信号的DC部分，且ADC2提供测量信号的AC部分。

图10（a）为示出示例实施例中的在模拟到数字转换器处（对照图7的ADC1）获取的信号的图形。y轴单位为mV，x轴单位为ms。附图标记1002示出当在切换序列806（图8）期间打开红光和IR LED时获得的信号。附图标记1004示出当在关闭条件802（图8）期间关闭红光和IR LED时获得的信号。如图所示，在切换序列806（图8）期间获得的信号的振幅被表示为x'。

图10（b）为示出示例实施例中的在模拟到数字转换器处（对照图7的ADC2）获取的AC信号的图形。y轴单位为mV，x轴单位为ms。附图标记1006示出当在切换序列806（图8）期间打开红光和IR LED时的AC信号。附图标记1008示出当在关闭条件802（图8）期间关闭红光和IR LED时的AC信号。IR信号以1010处的实现示出，红光信号以1012处的虚线示出。通过图7中提供的放大，如图所示，将红光和IR检测AC信号之间的不同表示为10x'，即，已经提供了大约10倍的增益。

IR条件指仅打开IR LED的时间，而红光条件指仅打开红光LED的时间。图9（a）和9（b）示出IR和/或红光条件。即，即使包括短时段Δt902，在打开LED中的一个时的较长在前时间量的情况下，各个条件，红光或IR，仍是相关的。环境条件指不打开LED的时间，并且由于环境光条件获得信号。参考图8的附图标记802。

通过AC和DC信号部分，本发明人认识到可以进一步提取用于SpO2计算的重要信息。利用图7的电路，从图10（a）和（b）可以看出，红光和IR PPG信号的AC和DC分量大于环境PPG信号的相应分量。从而，相比于红光或IR PPG信号的贡献，环境PPG信号的贡献较小。这可以提供更精确的SpO2计算。即，在示例实施例中，可将LED照射强度调节到提供这样的检测信号的水平，该检测信号提供尽可能高的检测电压，而不使该信号饱和。可通过MCU控制强度。所述调节可确保传输到ADC1的红光和IR信号都达到显著高于传输到ADC1的环境信号的振幅水平。例如，如果在ADC1处的环境信号为大约0.5V，则在ADC1处的红光和IR信号都可以优选设置在大约2V或以上。下文参考图18对其进行更详细的描述和说明。另外，可以进行步骤以确保检测的环境光信号不会过高。下文参考图17（b）对示例步骤进行更详细的描述和说明。

基于图8所示的LED点亮序列，可以处理在ADC1和ADC2处获得的数据，以选择IR、红光和环境条件的AC和DC分量。

可以对图10（a）和（b）所示的信号进行进一步的数字信号处理步骤。图7中可能未示出用于这些处理的全部模块。在示例实施例中，将DC数据传送通过低通滤波器（例如过滤>0.8Hz）,并且可以将AC数据传送通过带通滤波器（例如过滤<0.5Hz和>30Hz）（图7中未示出）。

图11（a）为示出示例实施例中的滤波DC信号的图形。y轴单位为mV，x轴单位为ms。该图示出当在切换序列806（图8）期间打开红光和IR LED时的滤波DC信号。IR信号以1102处的实线示出，红光信号以1104处的虚线示出。

图11（b）为示出示例实施例中的滤波AC信号的图形。y轴单位为mV，x轴单位为ms。该图示出当在切换序列806（图8）期间打开红光和IR LED时的滤波AC信号。IR信号以1106处的实线示出，红光信号以1108处的虚线示出。

图12（a）为示出示例实施例中的用于环境PPG信号的滤波DC信号的图形。y轴单位为mV，x轴单位为ms。该图示出当在关闭条件802（图8）期间关闭红光和IR LED时的滤波DC信号1202。

图12（b）为示出示例实施例中的用于环境PPG信号的滤波AC信号的图形。y轴单位为mV，x轴单位为ms。该图示出当在关闭条件802（图8）期间关闭红光和IR LED时的滤波AC信号1204。

从图11（b）和12（b），识别每个循环的最大点和最小点以及对应的数据和用于这些最大和最小点的时间，见t1和t3。可以理解，可以利用任何峰值检测技术获得最大值和最小值。

图13（a）为图11（a）的放大形式，关注滤波DC信号的t₁到t₃之间的具体时段。IR信号以1302处的实线示出，红光信号以1304处的虚线示出。

图13（b）为图11（b）的放大形式，关注滤波AC信号的t1到t3之间的具体时段。IR信号以1306处的实线示出，红光信号以1308处的虚线示出。将t1和t3处的最大点数据相应地识别为IR1、R1、IR3、R3。分别见附图标记1310、1312。将t2处的最小点数据识别为IR2、R2。见附图标记1314。

图14（a）为图12（a）的放大形式，关注滤波DC信号的t1到t3之间的具体时段。

图14（b）为图12（b）的放大形式，关注滤波AC信号的t1到t3之间的具体时段。将t1和t3处的最大点数据相应地识别为A1、A3。将t2处的最小点数据识别为A2。

应注意，诸如t1、t2、t3的标记是用于表示三个时序的任意标记，并且在用于IR条件、红光条件和环境条件时是不同的。

应理解，在理想情况中，例如，具有用于全部3种条件（IR、红光和环境）并且优选还有无噪声条件的各个光电检测器和信号路径，全部峰值和波谷理论上在相同的点出现。换句话说，t1、t2和t3在表示各个条件时是相同的。在当前示例中，由于使用单个路径，在IR条件期间采样的峰值不可能对于R条件被同时测量。从而，存在峰值和波谷时间（例如t1、t2和t3）的小的差异。如果采样基于IR、红光和环境条件，即，每种条件一个样本，可以预期各个信号（IR、R和环境）的峰值和波谷（例如在t1、t2和t3）可以仅为相互偏离的一个样本。如果彼此的时序偏离太远（例如，2个或更多样本分开），根据需要，可以在计算时拒绝特定组的样本。

在这里描述的示例实施例中，由于存在切换和环境相（例如图8的806和802），不能在与R和IR峰值和波谷相同的时间获得环境信号峰值和波谷。从而，分离地“重建”和分析IR、R和环境条件的各个信号。这还可以延伸到3相序列，例如15秒的IR条件、15秒的R条件和15秒的环境条件。

通过来自图13（a）、13（b）、14（a）和14（b）的信息，可如下计算比值R：

${\mathrm{AC}}_{\mathrm{IR}}+{\mathrm{AC}}_{\mathrm{Am}}=\frac{(\mathrm{IR}1+\mathrm{IR}3)}{2}-\mathrm{IR}2$

${\mathrm{AC}}_R+{\mathrm{AC}}_{\mathrm{Am}}=\frac{(R1+R3)}{2}-R2$

${\mathrm{AC}}_{\mathrm{Avg},\mathrm{Am}}=\frac{\underset{i_{\mathrm{cycle}}}{\mathrm{\&Sigma;}}(\frac{A1+A3}{2}-A2)}{i_{\mathrm{cycle}}}$

其中DC_IR+DC_Am是在切换序列806（图8）期间正被打开的IRLED的一个循环的DC值；n_t1-t3是在t1到t3时间帧内的采样点的数目，即，获得了所述值的平均值（对于DC测量）；AC_IR+AC_Am是在切换序列806（图8）期间正被打开的IR LED的一个循环的AC值；DC_R+DC_Am是在切换序列806（图8）期间正被打开的红光LED的一个循环的DC值；AC_R+AC_Am是在切换序列806（图8）期间正被打开的红光LED的一个循环的AC值；DC_avg,Am是在关闭条件802（图8）期间检测的环境信号的平均DC值；i_cycle是用于分析所取的循环数，以及AC_avg,Am是在关闭条件802（图8）期间检测的环境信号的平均AC值。当打开两个LED时将增益（Gain）设置为相同。从而，在计算中，增益值被消掉并从而可以被设置为任意值。

本发明人已经认识到，在光强度（I）与振幅（A）之间的关系如下所示：

IαA²

I=kA²

从而，

I_signal=I_signal+am-I_am

${\mathrm{kA}}_{\mathrm{signal}}^2={\mathrm{kA}}_{\mathrm{signal}+\mathrm{am}}^2-{\mathrm{kA}}_{\mathrm{am}}^2$

$A_{\mathrm{signal}}=\sqrt{A_{\mathrm{signal}+\mathrm{am}}^2-A_{\mathrm{am}}^2}$

因此，利用上述强度与振幅关系，其中以

替换

并且分别以在来自上述方程组的DC或AC计算的i_cycle上的平均值的平方替换 $A_{\mathrm{signal}+\mathrm{am}}^2.$

${\mathrm{DC}}_{\mathrm{IR}}=\sqrt{{\left(\frac{\underset{i_{\mathrm{cycle}}}{\mathrm{\&Sigma;}}({\mathrm{DC}}_{\mathrm{IR}}+{\mathrm{DC}}_{\mathrm{Am}})}{i_{\mathrm{cycle}}}\right)}^2-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{Avg},\mathrm{Am}}^2}$ ${\mathrm{AC}}_{\mathrm{IR}}=\sqrt{{\left(\frac{\underset{i_{\mathrm{cycle}}}{\mathrm{\&Sigma;}}({\mathrm{AC}}_{\mathrm{IR}}+{\mathrm{AC}}_{\mathrm{Am}})}{i_{\mathrm{cycle}}}\right)}^2-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{Avg},\mathrm{Am}}^2}$

${\mathrm{DC}}_R=\sqrt{{\left(\frac{\underset{i_{\mathrm{cycle}}}{\mathrm{\&Sigma;}}({\mathrm{DC}}_R+{\mathrm{DC}}_{\mathrm{Am}})}{i_{\mathrm{cycle}}}\right)}^2-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{Avg},\mathrm{Am}}^2}$ ${\mathrm{AC}}_R=\sqrt{{\left(\frac{\underset{i_{\mathrm{cycle}}}{\mathrm{\&Sigma;}}({\mathrm{AC}}_R+{\mathrm{AC}}_{\mathrm{Am}})}{i_{\mathrm{cycle}}}\right)}^2-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{Avg},\mathrm{Am}}^2}$

通常，

$R=\frac{\frac{{\mathrm{AC}}_R}{{\mathrm{DC}}_R}}{\frac{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{IR}}}{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{IR}}}}$

从而，在上述示例实施例中，可以基于各个最大和最小值获得第一（例如红光）、第二（例如IR）和第三（例如环境）信号波形的直流（DC）和交流（AC）值。第三信号波形的DC和AC值可以是在多个循环上获得的平均值并基于第三信号波形的最大和最小值。可以基于利用第一和第二波形的DC和AC值和从第三信号波形获得的平均值确定比值R；并且其中比值R可用于参考查找表。

通过比值R，可以确定SpO2或血红蛋白与氧的饱和度（血液中）。即，在一些示例中，可以使用比值R以参考由制造商提供的专用查找表，以确定对应的SpO2值。该查找表可被存储在数据库中并又被装载到个人移动处理装置上，并且查找操作是自动的。

在示例实施例中，可选地，可以确定信号的质量，以对用户通知例如SpO2测量值的精确度。

可通过考虑在计算R中使用的6个参数的偏差的传播误差测量信号的质量，即

R=f(AC_ir,AC_r,AC_am,DC_ir,DC_r,DC_am)

本发明人认识到，偏差σR反映了R的计算结果的可信度。可以在个人移动处理装置的屏幕上显示计算的传播误差，以向用户通知SpO2测量的可能精确度。

备选地，代替计算的传播误差，可以显示对传播误差的代表性描述。例如，对于计算的R的平均值的高于例如30％的传播误差，可以通知用户测量的SpO2非常不精确，并且可以建议其在更适合的位置重新获取读数。作为另一个示例，对于小于例如10％的导出的传播误差，可以通知用户测量的SpO2较精确。

下面的公式示出用于确定精确度的算法。

R=f(AC_ir，AC_r,AC_am,DC_ir，DC_r,DC_am)

${\mathrm{\&sigma;}}_R^2=\left(\frac{\&PartialD;R}{\&PartialD;A{C}_{\mathrm{ir}}}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_{A{C}_{\mathrm{ir}}}^2+\left(\frac{\&PartialD;R}{{\&PartialD;\mathrm{AC}}_r}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_r}^2+\left(\frac{\&PartialD;R}{{\&PartialD;\mathrm{AC}}_{\mathrm{am}}}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{am}}}^2+\left(\frac{\&PartialD;R}{{\&PartialD;\mathrm{DC}}_{\mathrm{ir}}}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{ir}}}^2+\left(\frac{\&PartialD;R}{{\&PartialD;\mathrm{DC}}_r}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_r}^2+\left(\frac{\&PartialD;R}{{\&PartialD;\mathrm{DC}}_{\mathrm{am}}}\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{amr}}}^2$

另外，每个参数具有如下的个体偏差，

${\mathrm{DC}}_{\mathrm{ir}}={\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}+{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{ir}}}$ ${\mathrm{AC}}_{\mathrm{ir}}={\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}+{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{ir}}}$

${\mathrm{DC}}_r={\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},r}+{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_r}$ ${\mathrm{AC}}_r={\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},r}+{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_r}$

${\mathrm{DC}}_{\mathrm{am}}={\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}}+{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{amr}}}$ ${\mathrm{AC}}_{\mathrm{am}}={\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}}+{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{amr}}}$

从而，R的平均值

$R_{\mathrm{avg}}=\sqrt{\left[\frac{{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},r}}^2-{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}}}^2}{{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},r}}^2-{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}}}^2}\right]\&times;\left[\frac{{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}}^2-{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}}}^2}{{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}}^2-{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}}}^2}\right]}$

${\mathrm{\&sigma;}}_R=R_{\mathrm{avg}}\&times;\mathrm{sqrt}\left[\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{ir}}}^2}{{({\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2}+\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{ir}}}^2}{{({\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2}\\ +\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_r}^2}{{({\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},r}-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2}+\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_r}^2}{{({\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},r}-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2}\\ +\frac{{[({\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})-({\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},r}-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})]}^2\left[{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{AC}}_{\mathrm{am}}}^2\right]}{{({\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2{({\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},r}-{\mathrm{AC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2}\\ +\frac{{[({\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},r}-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})-({\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})]}^2\left[{\mathrm{\&sigma;}}_{{\mathrm{DC}}_{\mathrm{am}}}^2\right]}{{({\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},r}-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2{({\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{ir}}-{\mathrm{DC}}_{\mathrm{avg},\mathrm{am}})}^2}\end{array}\right]$

从而，可以导出

R=R_avg±σ_R

在另一个示例实施例中，可以利用最大值和最小值的平均值确定比值R。在示例实施例中，每个红光和IR PPG信号基于每个循环成对。利用平均环境信号值进行减法。可以在获得红光和IR PPG信号之前或之后获得平均环境信号值。

图15（a）为示出示例实施例中在多个循环中获得的PPG AC信号的示意图。图15（b）为示出示例实施例中在多个循环中获得的PPG DC信号的示意图。如示例所示，图15（a）和（b）中示出11个循环。循环上的红光PPG AC信号以附图标记1502示出，循环上的IR PPG AC信号以附图标记1504示出，并且环境PPG AC信号以附图标记1506示出。在图15（a）和（b）中，示出11个循环的IR和红光PPG信号以及5个循环的环境PPG信号。这是因为，用于获得环境PPG信号的时段，即环境相，短于切换相。可以理解，可以使用用于每个信号（红光、IR或环境）的任意数目的循环。循环上的红光PPG DC信号以附图标记1508示出，循环上的IR PPGDC信号以附图标记1510示出，并且环境PPG DC信号以附图标记1512示出。使用环境PPG DC和AC信号以分别获得平均环境信号值avgDC_am和avgAC_am。在实现单个路径系统的示例实施例中，在切换相之后/之前执行环境采样（对照802）。从而，图15（a）和（b）所示的环境信号已经被时间偏移以示出与红光和IR信号的对准的循环，尽管其不需要实时对准。

如下获得多个R值：

↓

↓

因此，

$R_{\mathrm{avg}}=\frac{\mathrm{\&Sigma;}(R_1+R_2+....+R_n)}{n}$

从而，对于上述示例实施例，可以基于在一个/每个循环中获得的各个最大和最小值获得第一（例如红光）、第二（例如IR）和第三（例如环境）信号波形中的至少两个的直流（DC）和交流（AC）值。第三信号波形的DC和AC值是在多个循环（例如上述11个循环）上获得的平均值。可以基于利用第一和第二信号波形的DC和AC值和从第三信号波形获得的平均值获得用于每个循环的比值R（例如R₁、R₂等）。可以基于利用用于多个循环的比值（例如R1、R2等）获得平均R值（例如R_avg）；并且其中R值（例如R_avg）可用于参考查找表。

为了计算信号质量，使用下面的公式。

$\mathrm{\&sigma;}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(R_i-R_{\mathrm{avg}})}^2}{n}}$

因此，在上述用于获得R的示例实施例中，仅提取用于SpO2确定的重要信息。这可以有利地降低电路成本、优化空间、并最小化电力消耗。

图16为示出示例实施例中用于光学监测用户的生理特征的示例过程的示意流程图。示例实施例使用包括可选的压力检测组件（对照图3的318）的光学测量装置。测量装置的照射和检测组件包括红光LED和IR LED。光学测量装置被耦合到个人移动处理装置。

在步骤1602，进行手指检测。在步骤1604，进行环境光检测。可以理解，可以同时进行手指检测和环境光检测。在步骤1606，设置LED的光强度。在步骤1608，进行力优化过程，通过其，例如，建议用户增大/减小施加到压力检测组件上的力以优化读取精确度。在步骤1610，进行数据收集。在步骤1612，在个人移动处理装置处进行对用户的生理特征的计算。

图17（a）为示出示例实施例中的手指检测过程的示意流程图。该过程可在图16的步骤1602中进行。在步骤1702，关闭红光和IRLED二者。在步骤1704，确定在压力检测组件处检测的力是否大于预应力读数（即，无负荷），以及测量装置的MCU（对照图4的418）的ADC1是否未饱和。如果步骤1704中的两个条件都未满足，则在步骤1706，个人移动处理装置被配置为警告用户将诸如手指的用于测量的表面部分置于测量装置上。如果步骤1704中的两个条件都满足，则在步骤1708，则手指检测过程结束。

图17（b）为示出示例实施例中的环境光检测过程的示意流程图。该过程可在图16的步骤1604中进行。在步骤1710，关闭红光和IR LED二者。在步骤1712，确定测量装置的MCU（对照图4的418）的ADC1是否读取例如大于约1.5V的值。如果在步骤1712中读数大于1.5V的示例值，则在步骤1714，个人移动处理装置被配置为警告用户重新放置到用于光学测量的另一个位置，因为确定环境光干扰过高。如果在步骤1712中读数小于1.5V的示例值，则在步骤1716，环境光检测过程结束。

图18为示出示例实施例中的光强度设置过程的示意流程图。该过程可在图16的步骤1606中进行。在步骤1802，执行与图9（b）所示类似的LED切换。在步骤1804，对在步骤1802中检测的光数据进行增益处理。增益可选自于例如十倍、二十倍或三十倍等。在示例实施例中，选择十倍的增益。在步骤1806，确定测量装置的MCU（对照图4的418）的ADC1是否读取例如约2.5V的值。调节LED强度直到读数到达2.5V。这可以确保当通过检测器测量时，环境光的贡献基本不大于LED的贡献。在该示例实施例中，由于环境光不能超过1.5V，并且将每个LED调节为获得约2.5V的测量值，当打开每个LED时，环境光不超过由检测器检测的光的大约60％。在步骤1808，确定测量装置的MCU的ADC2是否到达饱和，例如处于大约3.3V。如果ADC2已经达到饱和，则在步骤1810，降低LED强度，直到在步骤1812中ADC2不再饱和。

如果在步骤1808中ADC2未达到饱和，则在步骤1814，确定最大和最小数据点是否具有大于例如约300mV的差。如果在步骤1814中的差不大于例如约300mV，则在步骤1816，可以增大增益。在步骤1818，确定增益是否是三十倍。如果增益是三十倍，则在步骤1820，设置LED强度，并且结束设置过程。如果在步骤1818中增益还未到三十倍，则过程循环回步骤1814。

图19为示出示例实施例中的力优化过程的示意流程图。该过程可在图16的步骤1608中进行。还参考图27、28（a）到（c）的描述。在个人移动处理装置上对用户示出图形用户界面（GUI）。在步骤1902，在GUI上设置力条。通知用户增大光学装置的测量表面上的压力以增大力条。在步骤1904，对于特定力值计算用于获得的PPG信号的曲线下方的面积。在步骤1906，确定在步骤1904计算的面积是否相比于之前的计算减小。这将确定PPG信号的最高振幅。如果未获得最高振幅，则过程循环回步骤1902，以通知用户在光学测量装置上施加更大压力。如果获得最高振幅，则在步骤1908，获得最优力值。

图20为示出示例实施例中的数据收集过程的示意流程图。该过程可在图16的步骤1610中进行。在步骤2002，在大约30秒中执行与图8的附图标记806所示类似的LED切换。从切换序列收集PPG信号数据。在步骤2004，在大约10秒中关闭红光和IR LED以用于收集环境PPG信号数据。对照图8的附图标记802。在该示例实施例中，在比针对LED IR和红光PPG信号所取的时间短的时段上收集环境PPG信号。在步骤2006，数据收集过程结束。

图35示出在示例实施例中当切换两个LED以及同时关闭两个LED时如何在模拟到数字转换器处（对照图4的ADC1422）形成信号。在切换期间，在图35的部分（iii）示出在光电检测器PD处检测的信号。方波3502为反映基于切换时序序列的采样点的检测信号。在红光（R₁,R₂…R_n）和IR（IR₁,IR₂,…IR_n）的每个采样点，执行模拟到数字转换ADC，并且通过微控制器MCU获取所述值。如图35的部分（ii）所示，在MCU中对数据进行分离或去复用，并且可以将数据处理为分离的红光和IR PPG信号。在较大时间帧上，如图35的部分（i）所示，形成包括红光和IR的PPG信号。当关闭两个LED时，仅存在1个信号（环境），从而不分离ADC获取的值。部分（i）处的该信号通过信号调节并生成与图10（b）基本类似的信号。

图21为示出示例实施例中计算用户的生理特征的示意流程图。该过程可在图16的步骤1612中进行。在个人移动处理装置处进行计算。在步骤2102，可以计算用户的生理特征，诸如心率、呼吸速率和SpO2。在步骤2104，可基于步骤2102的计算计算健康指数。这可以为向用户示出健康状态的表。在步骤2106，可以计算传播误差。这可以示出为对用户的说明，以通知用户关于计算精确度的信息。在步骤2108，对生理特征的计算结束。

在其中光学测量装置包括可选的压力组件的示例实施例中，在无缆配置中与光学测量装置耦合的个人移动处理装置可被配置为检测并显示在光学测量期间由用户的身体部分向装置施加的压力量。当用户对光学测量装置施加适当的压力量时，可以增大检测的光学测量信号的最终信噪比，并且可以从用户获得更精确的测量。通过分析来自光学测量装置的检测的光学测量信号，并将信号的高信噪比部分与对应的施加的压力相关，可以在个人移动处理装置处实时确定最优压力。然后可以通过个人移动处理装置对用户提供指示用户正在施加的压力量是否应增大、减小或保持在相同水平的实时反馈。从而，与光学测量装置耦合的个人移动处理装置可以提供对每个个体用户定制的最优压力确定，从而获得用于每个用户的最终的最优测量信号。

如所讨论的，通过使用光学测量的对表示身体中器官的体积的变化的生理信号的获取被称为光电体积描记（PPG）。获得光学PPG信号可以与在正在测量的身体表面上施加外部压力相关。该压力与以高信噪比获得良好质量的PPG信号相关。

然而，外部施加的压力不能过大或过小，否则检测的PPG信号的质量将较低。例如，如图22中血管2200的截面所示，在相比于测量位置2202的内部动脉压力而不足地施加外部力的情况中，内部压力太低而不能获得适当的测量值，从而获得低的PPG信号。相反，如图23所示，施加过多的外部力导致血管2300在施加压力的测量位置2302堵塞，从而导致规则血流的阻力并生成歪斜的PPG信号数据。如果外部压力过小或过高，则在血管2200、2300的壁处的反应压力低，从而将观察到小PPG信号。图24为相比于施加的外部压力的量的测量PPG信号的振幅2402的图示。在范围A中的低施加压力下，振幅2402对应地低。当施加的压力增大时，在范围B中，振幅也增大。然而，当施加的压力增大超过特定点时，振幅再次减小，如范围C所示。

为获得强PPG信号，外部压力应足以最小化跨壁压力以使得外部压力等于内部压力。图24还示出了其中PPG信号的振幅处于其峰值的范围B中的范围2404。在该范围2404中，外部施加的压力与内部动脉压力瞬时平衡，从而导致零跨壁压力的状态。在零跨壁压力，动脉壁未受负荷，并且动脉将不改变尺寸。从而，在测量区域处的动脉内的血容量将不变化，并可以被精确测量以提供良好质量的PPG信号。

在示例实施例中，压力组件试图实现并保持最优压力，以在延伸的时段上获得最优PPG信号。通过经个人移动处理装置对正在测量的用户提供实时、瞬时反馈，用户能够即刻调节施加到光学测量装置的压力的量以获得最优PPG信号。然而，最优压力不仅可以是零跨壁压力状态的结果，还可以源自当光进出正在测量的用户的组织部分时光的吸收和散射路径的效果。例如，当压力过低时，光源可能不能穿透正在测量的血管周围的组织。从而，光可能不能有效地足以检测到良好的PPG信地进出手指。当压力过高时，光不能被吸收或散射，从而检测的光量不足以获得良好的PPG信号。

在一个示例实施例中，个人移动处理装置可向用户提供指示用户是否正在施加不够的压力、过高的压力或正确的压力量的反馈。至用户的反馈可以在视觉显示或可听声音的形式中为可视的或可听的，并且具体可以为对正由装置捕获的实时PPG信号的显示。该反馈还可以为更简化的显示，该显示指示用户是否应采取行动以增大或减小正施加到装置的压力的量。在另一个实施例中，反馈可以是触觉反馈的形式，其中光学测量装置在施加的压力处于最优范围时产生例如小振动。

本文所述的示例实施例可提供能够增大在用户的身体部分的测量位置处的照射区域的光学信号中的信噪比的装置和方法。示例实施例还用于检测由从测量位置反射的光和通过测量位置透射的光二者形成的光学响应。本文所述的示例实施例使用将正朝向测量位置（即，血管）的光的反射重新定向回到感兴趣区域。

在另一个示例实施例中，装置可对每个个体用户执行一系列校准步骤，以确定用于每个个体的最优压力范围。后续的捕获PPG信号的步骤将然后使用预定最优范围作为基准以获得最优PPG信号。

压力检测组件与照射和检测组件的集成可以为用户提供简单、舒适的交互，并且使用通过个人移动处理装置向用户提供实时反馈的压力检测组件改善了接收的PPG信号的质量或振幅。光学测量装置与个人移动处理装置/反馈单元连接，所述个人移动处理装置/反馈单元从光学测量装置接收PPG信号和压力测量值，并向用户提供关于正在施加的压力量的反馈。

照射和检测组件可以称为PPG传感器，并包括光源和多个光检测器，其中光源通过用户的测量位置处的活组织的部分传播光。光检测器然后检测通过用户的活组织的部分透射或从用户的活组织的部分反射的光。

在一个示例实施例中，压力检测组件是压力传感器，其检测通过用户的身体部分（诸如手指）施加的压力的量。压力传感器可以是薄膜柔性印刷电路，诸如基于压电的或压阻的感测装置，其中通过电路感测的电阻变化与施加在感测装置上的力的变化成反比。在一些示例实施例中，电路为微机电（MEMS）条。然而，可以使用任何能够感测施加的接触力的其他力测量装置。

图33示出示例实施例中的用于实现本文公开的基于压电的感测装置3300的简化的示例表示电路图。V表示电压计，R₁、R₂和R₃表示多个电阻器。部件3302表示基于压电的材料（例如，压电的或压阻的），其可以示出为一个或多个电阻器，其中的一个或多个为电阻随着施加到其的力变化的可变电阻器。技术人员可以理解，如果需要，部件3302的位置可以与R₁、R₂和R₃中的任一个互换，反之亦然。R₁、R₂、R₃和部件3302以Wheatstone桥配置连接。图33所示的桥配置是四分之一桥配置。然而，如果需要，该桥还可以以半桥或全桥的形式操作，即，以与部件3302相似的一个或多个部件分别替换R₂或R₁、R₂和R₃。还可以增加一个或多个固定或可变电阻器作为“虚拟”测力计，以根据需要和在需要时完成桥电路，以例如消除温度变化的影响。

在一个示例工作实施方式中，当桥在图33所示的四分之一配置中工作时，R₂被设置为等于部件3302未被施加力时的电阻的值。另外两个电阻器R₁和R₂被设置为彼此相等。在这样的布置中，当未对部件3302施加力时，桥对称平衡，即，电压计V指示零伏，这表示部件3302上的力为零。当正在对部件3302施加力时，其电阻变化，即，分别减小或增大，从而使得桥不平衡，并产生电压计V上的非零读数。在电压计上获得的读数然后可以被与施加在部件3302上的实际机械力相关。

压力检测组件可以包括微机电系统（MEMS）。在一个实施例中，压力检测组件包括基于压电的传感器，其通过基于由机械应力导致的材料的物理和/或电特性变化将信号相关而测量施加到材料的力。这样的材料可包括但不限于晶体、陶瓷或半导体。电特性变化可包括但不限于材料的导电性、电阻率、电阻、电容和/或生成的电荷的变化。基于压电的传感器可以选自于由以下传感器构成的组：基于压电的传感器、基于压阻的传感器、基于压电容的传感器等。在示例实施例中，力传递部件被置于压力传感器上，并将施加到其的力传递到压力传感器，而没有力传递部件的实质移位或变形。在该实施例中，尽管可能存在一些移位或变形（例如在微观中），但这些移位或变形对于人的肉眼可能是察觉不到的。

有利地，压力传感器可以被容易地安装到光学测量装置中，而不会不利地在整体紧凑性上折衷。在该实施例中，可以要求小移位或变形或基本无移位或变形地生成施加力的精确读数。这又有利地减少了用于允许任何移位或变形发生所需的测量装置中的空间量。更有利地，由于减少了涉及的移动部分，可以更少地磨损和撕裂内部部件，从而增加了装置的寿命。

如图25A中的光学测量装置的分解图所示，压力传感器2504可以放置为在PPG传感器2502下方，从而通过PPG传感器2502将通过用户手指2512施加的力平移到压力传感器2504。压力传感器2504然后采集并跟踪通过用户手指2512施加的外部力。图25B示出工作中的压力传感器2504与PPG传感器2502一起的组装图，其中用户手指25025被置于与PPG传感器2502接触。

反馈单元（对照图4的414）可以为包括处理器、存储器和可选的显示器的计算机的形式，如下文参考图26进一步所述。反馈单元从光学测量装置接收PPG信号和压力测量值，并将PPG信号与压力测量值在时间上相关，以确定提供最优PPG信号的最优压力量，如图27中所示并在下文中更详细地描述的比较PPG信号图形2702和施加压力图形2704所示。

在示例实施例中，如图28（a）和（b）所示，反馈单元2806可以设置有显示器2814。在测量PPG信号的过程期间，显示器2814可向用户提供图形用户界面（GUI）形式的视觉反馈。视觉反馈可以是对检测的PPG信号2816的实时显示，从而用户可以即刻看到改变正施加到光学测量装置2800的压力量的影响，并调节压力量直到显示最优PPG信号。显示器2814还可以提供对正施加的压力的实时图形指示2818。对施加的压力的图形显示2818可以在同一图形显示上跟踪PPG信号2816（对照例如下文的图29（a）），或者可以以置于显示的PPG信号的一侧的垂直压力状态条2820的形式显示，如图28（a）和（b）所示。状态条2820可以根据用户正施加的力的量上下移动。在该实施例中，用户识别最优PPG信号，以确定是否可以改善显示的实时PPG信号2816。然而，通过显示检测的PPG信号2816和可能的压力状态条2820，不要求反馈单元2806计算提供最优PPG信号的压力量，因为用户正在通过分析显示的PPG信号2816并在没有装置的指导下进行调节而手动执行该步骤。图28（b）示出工作中的反馈单元2806和光学测量装置2800，其中用户手指2812被置于光学测量装置2800上。

在图28（c）所示的示例实施例中，反馈单元2806可以生成并显示GUI，该GUI具有对于用户是否应调节压力量以提供更多、更少或相同量的更简化的指示。有多种方法提供这种类型的GUI。例如，可以显示符号或形状（甚至在交通灯彩色显示中可以为颜色编码的）以告知用户调节正施加的力的量。相似地，GUI可以简单地显示告知用户“施加更多压力”、“施加更少压力”或“施加相同压力量”的话。在图28（c）中，高亮盒2822可以被置于压力状态条2820上方，以识别对于特定用户应施加的压力的最优范围。在该实施例中，反馈单元2806实时分析并比较测量的PPG信号和对应的施加压力，以确定提供PPG信号的最高振幅（通常为零跨壁压力的状态）的施加压力的范围。反馈单元2806然后可以根据用户正施加在确定的范围之内、上方还是下方的压力而在显示器上向用户提供对应的指示符。

在示例实施例中，反馈单元在可以通过扬声器或其他音频输出部件向用户提供可听命令时可以不需要显示器。例如，音频装置可以简单地对用户讲话，以说出“施加更多压力”、“施加更少压力”或“施加相同压力量”。音频反馈还可以为具有不同音调或声音的乐音的形式，诸如铃声或蜂鸣声，其公知为积极的声音或消极的声音。

在另一个示例实施例中，光学测量装置可以在进行对PPG信号的实际测量之前有助于允许用户校准装置。这可以包括反馈单元要求用户在固定时段期间对光学测量装置施加多种不同的压力，在所述固定时段期间，反馈单元测量在该时段期间检测的PPG信号并确定获得最优PPG信号的施加压力的范围。例如，可要求用户在时段期间根据压力范围的分布施加压力，诸如图27的施加压力图形2704中的力分布2708。作为校准的结果，个人移动处理装置/反馈单元能够获得用于每个个体用户的施加压力的范围，而不是一般化的范围，该一般化的范围根据正在测量的个体用户可能不精确。

在一个示例实施例中，反馈单元可以是便携式装置，诸如移动电话、智能电话、个人数字助理（PDA）、平板计算机、上网本或便携式计算机，该列表当然不是穷举的。然而，反馈单元可以不需是便携式的，而可以类似地为计算机或服务器。反馈单元可以以有线或无线的方式或者通过专用连接器（诸如通用串行总线（USB））端口或用于

(Apple Computer,Inc.,Cupertino,CA)中的30针连接而与光学检测装置连接。

图30（a）和（b）示出另一个示例实施例，其中便携式装置3006可以取向为横向配置，从而用户水平地观看显示器3014，并以用户更容易将便携式装置3006保持在用户手中的方式与光学检测装置3000交互。在横向中，用户可以将手指3012置于光学检测装置3000上并更容易地观看更大时段的PPG信号3016。

反馈单元还可以包括软件或其他计算机可编程指令，其执行与以下操作相关的指令：接收和处理PPG信号、压力测量、以及生成到用户的关于检测的PPG信号与压力测量值的相关性的输出。

监测（i）来自照射和检测组件的PPG信号和（ii）来自压力组件的由个体施加的力的量从而使得光学测量装置可以获得具有高信噪比的最优PPG信号。该信噪比在光学信号中增大。光学测量装置为要在零跨壁压力获取的PPG信号作准备，零跨壁压力对于使用所述装置的每个用户是唯一的。

最终的最优PPG信号提供对通过光电体积描记检测的各种生理参数（诸如血液中的氧饱和水平）的高度精确的测量。

在另一个实施例中，光学测量装置还包括获取心脏收缩和心脏舒张的血压参数。一种用于检测参数以确定血压的选项涉及将指动脉所在的手指3112的侧面3138置于照射和检测组件3102上，31（a）和（b）所示。如图27所示，当用户根据相对于时间的预定施加力分布2708（如施加压力图形2704所示）在压力传感器3104上施加垂直向下的力时，监测PPG信号图形2702中的PPG信号2706。在该分析后面的基本原理是，识别PPG信号2706何时开始显示PPG波形（点2710）以及PPG信号何时最终消失（点2712），因为这些点与血压的最高和最底点间接相关联。另外，通过该分析，可以确定需要获得零跨壁压力的外部压力。当获得零跨壁压力时，PPG波形反映最高振幅，如PPG信号图形2702中的区域2714所示。在图27中，由于施加的压力的量遵循随时间快速增大和逐渐减小的分布2708，PPG波形2706相应地改变振幅。从而，观察相对于施加力2708的从2710到2712的整个PPG波形范围，最高振幅PPG波形2714提供对施加压力图形2704上的施加的压力的量导致零跨壁压力状态的对应位置的指示。

现在参考图32描述通过图29（a）到（c）所示的对应示例GUI使用包括压力组件并与反馈单元耦合的光学测量装置的方法的一个示例实施例。

试图获得他或她的PPG信号的用户可以首先将诸如手指的身体部分置于光学测量装置的测量/传感器表面上（S3202）。可以执行针对个体用户的装置的校准（S3204），其中要求用户在特定时段上对应于力分布2704施加压力量（参考图27）。换句话说，要求用户改变施加的压力，使得系统可以通过分析从各种施加压力获得的最终PPG波形来确定对于用户的最优压力（S3206）。还可以对用户呈现通过特定施加压力量生成的至少一个测量PPG波形，如图29（b）和（c）中的图形显示中所示。

图29（a）为示出在图29（b）和（c）的曲线下方的计算面积2910相对于施加压力2908的关系的图形显示2906。图29（b）和（c）分别是图形显示2902和2904，其示出在不同施加压力下的不同PPG波形，以及如何计算在PPG波形的曲线下方的面积。

如图29（a）所示，在图29（c）中施加的最优压力2918，即大约299mmHg，对应于在校准期间检测的PPG波形的最大面积2910（S3204）。一旦确定该最优压力，开始随后的测量时段，在该时段中，通过反馈单元要求用户在高于和低于最优压力的最优范围中施加压力（S3208）。如前文关于图28（a）所述，可以在显示器2814上在图形2818中显示正由用户施加的压力的量，从而用户可以实时看到正在施加的压力的量。还可以使用压力状态条2820显示图形2818。如果正由用户施加的力的量落在最优范围之外，则系统可以实时对其检测，并可以要求用户增大或减小施加的压力以保持在最优压力的范围内，并记录最佳可能的PPG信号质量（S3210）。

最优压力被确定为在其处测量的PPG信号具有最大波形振幅或PPG波形下方的面积2912的压力，如图29（b）所示，所述面积2912由PPG信号2914和基线2916界定。图29（a）然后图形示出PPG波形下方的面积2912相对于施加到传感器/测量表面上的压力2908的变化。如在该示例中可观察到的，最优压力2918位于大约299mmHg，其中曲线下方的面积2912处于其大约为11.63的最大值。

从而，上述示例实施例可以提供一种用于从活组织的部分获得非侵入生理测量的光学测量装置以及使用所述光学测量装置的方法，所述光学测量装置更具体包括压力检测组件，该压力检测组件被配置为通过反馈单元检测和显示在光学测量期间由用户的身体部分施加到光学测量装置的压力的量。当用户对光学测量装置施加适当的压力量时，可以增大诸如光电体积描记信号的检测的光学测量信号的最终信噪比，并且可以从用户获得更精确的测量。通过分析检测的光学测量信号，并将信号的高信噪比部分与对应的施加的压力相关，可以实时确定最优压力。然后对用户提供指示用户正在施加的压力的量是否应增加、减小或保持在相同水平的实时反馈，以连续获得最高质量信号。光学测量装置因此可以提供对每个个体用户定制的最优压力确定，从而获得用于每个用户的最终最优测量信号。

图34为示出示例实施例中的用于基于反射的光学测量的方法的示意流程图3400。在步骤3402，允许用于测量的用户的表面部分接入测量表面，其中允许所述用户的表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面。在步骤3404，将光输出到用于测量的用户的所述表面部分。在步骤3406，检测从用户的所述表面部分反射的输出光作为信号。在步骤3408，在无缆配置中将个人移动处理装置耦合。在步骤3410，将检测信号传输到个人移动处理装置。

图26为示出其上可实现本发明技术的实施例的计算机/服务器系统2600的实施例的框图。系统2600包括计算机/服务器平台2601，其包括处理器2602和存储器2603，其如本领域技术人员所知地操作以执行指令。本文使用的术语“计算机可读介质”指的是用于向处理器2602提供用于执行的指令的任何介质。另外，计算机平台2601从多个输入装置2604（诸如键盘、鼠标、触摸装置或言语命令）接收输入。计算机平台2601还另外与可拆卸存储装置2605连接，所述可拆卸存储装置2605诸如便携式硬盘驱动器、光学介质（CD或DVD）、磁盘介质或任何其他计算机可从其读取可执行代码的介质。计算机平台还可以与网络资源2606连接，该网络资源连接到互联网或其他局域公共或私人网络的组分中。网络资源2606可从网络2607上的远程位置向计算机平台提供指令和数据。到网络资源2606的连接可以是：通过无线协议，诸如802.11标准、蓝牙

或蜂窝协议，或通过物理传输介质，诸如缆线或光纤。网络资源可在与计算机平台2601分离的位置包括用于存储数据和可执行指令的存储装置。计算机与显示器2608交互以向用户输出数据和其他信息，以及从用户请求额外的指令和输入。显示器2608从而还可以用作用于与用户交互的输入装置2604。

本领域技术人员可以理解，在不偏离宽泛描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对具体实施例进行其他变化和/或修改。从而，当前实施例在所有方面都认为是说明性而非限制性的。

Claims (20)

1.一种基于反射的光学测量装置，包括：

照射和检测组件，其被配置为向用于测量的用户的表面部分输出光，以及检测从所述用户的所述表面部分反射的输出光作为信号；

耦合部件，其被配置为在无缆配置中耦合到个人移动处理装置；

测量表面，其被配置为允许所述用户的所述表面部分接入所述测量表面；

其中通过无支座的所述光学装置提供所述接入，从而允许所述用户的所述表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面；以及

另外其中所述耦合部件被布置为将检测信号传输到所述个人移动处理装置。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述单个平面在与所述测量表面相同的平面上。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述无支座的装置允许无屏蔽的配置，其中与所述检测信号一起传输环境光噪声。

4.如权利要求1到3中任一项所述的装置，还包括压力组件，其被配置为检测通过所述用户的所述表面部分施加到所述照射和检测组件的压力的量。

5.如权利要求1到4中任一项所述的装置，还包括外壳结构，用于容纳所述照射和检测组件，并且其中所述外壳结构对所述装置提供结构刚性。

6.如权利要求1到5中任一项所述的装置，其中所述无缆配置包括以通用串行总线（USB）端口或30针端口形式的所述耦合部件的耦合装置。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的装置，其中所述信号是光电体积描记（PPG）信号。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的装置，其中所述照射和检测组件包括红光发光二极管（LED）、红外光LED或者二者。

9.根据权利要求8所述的装置，其中从来自所述红光LED和所述红外光LED二者的检测信号获得所述用户的外周氧饱和度（SpO2）信息。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的装置，其中所述测量装置用作为到所述个人移动处理装置的附件。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的装置，其中所述个人移动处理装置是选自于由以下装置构成的组中的一个：移动电话、智能电话、个人数字助理（PDA）、移动音乐播放器、平板计算机、上网本以及便携式计算机。

12.一种用于基于反射的光学测量的方法，该方法包括：

允许用于测量的用户的表面部分接入测量表面，其中允许所述用户的所述表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面；

将光输出到用于测量的所述用户的所述表面部分；

检测从所述用户的所述表面部分反射的输出光作为信号；

在无缆配置中耦合到个人移动处理装置；以及

将检测信号传输到所述个人移动处理装置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在无屏蔽的配置中执行检测输出光的步骤，由此在传输步骤中与所述检测信号一起传输环境光噪声。

14.根据权利要求12或13所述的方法，还包括检测通过所述用户的所述表面部分施加的压力的量。

15.根据权利要求12到14中任一项所述的方法，其中输出光的步骤包括使用红光发光二极管（LED）、红外光LED或者二者。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括从来自所述红光LED和所述红外光LED二者的检测信号获得所述用户的外周氧饱和度（SPO2）信息。

17.一种计算机可读数据存储介质，其上存储有用于指示处理器执行用于基于反射的光学测量的方法的计算机代码模块，该方法包括：

允许用于测量的用户的表面部分接入测量表面，其中允许所述用户的所述表面部分从单个平面中的全部方向接入所述测量表面；

将光输出到用于测量的所述用户的所述表面部分；

检测从所述用户的所述表面部分反射的输出光作为信号；

在无缆配置中耦合到个人移动处理装置；以及

将检测信号传输到所述个人移动处理装置。

18.根据权利要求17所述的计算机可读数据存储介质，其中所述方法包括在无屏蔽的配置中执行检测输出光的步骤，由此在传输步骤中与所述检测信号一起传输环境光噪声。

19.根据权利要求17或18所述的计算机可读数据存储介质，其中所述方法包括在输出光的步骤中使用红光发光二极管（LED）、红外光LED或者二者。

20.根据权利要求19所述的计算机可读数据存储介质，其中所述方法还包括从来自所述红光LED和所述红外光LED二者的检测信号获得所述用户的外周氧饱和度（SPO2）信息。

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