CN107198530A - 光电信息时域相关无创血液参数监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电信息时域相关无创血液参数监测系统及方法，光源阵列设置在被监测部位的一侧，被监测部位非遮挡光场区域设置非光电传感器阵列；光电探测阵列设置在光场经过被监测部位后的光场传播区域，光电探测阵列检测到含有被监测物质信息光电信息转换传递给时域相关处理模块，时域相关处理模块将血液参数监测相关信息数据传输给参数提取模块；非光电传感器阵列将采集到的非光电传感信息传递给修正补偿模块，修正补偿模块通过非光电传感信息对监测参数进行修正补偿，得到无创血液参数数据传输给信息输出模块进行输出或显示。本发明具有方法简单、精度高、一致性好、功能丰富、适用范围广、高可靠性、灵活性强、用户体验感强、功能易于扩充等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无创血液参数监测系统，特别是一种应用于健康管理、健康监测、疾病理疗、生命科学、医疗诊断、生物技术、人机交互、行为组织、心理学、智慧感知等领域中的光电信息时域相关无创血液参数监测系统，属于无创血液参数监测技术领域。
背景技术
根据网上报道，中国的“亚健康”人群的比重已达到70%左右，随着经济的不断发展以及人们生活节奏的不断加快，无创血液参数监测技术在健康管理、健康监测、疾病理疗、生命科学、医疗诊断、生物技术、人机交互、行为组织、心理学、智慧感知等领域中具有重要学术研究意义和广泛实际应用价值。以糖尿病为例，糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损，或两者兼有引起。糖尿病时长期存在的高血糖，导致各种组织，特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害、功能障碍，血糖指标无创监测装置具有广泛应用价值。
在先技术中存在多种无创血液参数监测方法，见美国专利，名称为Non-invasivetissue glucose level monitoring,授权专利号为US6721582B2，专利授权时间为2004年04月13日,专利权人为美国Argose公司。在先技术中商业化产品参见以色列Cnoga公司GoC血糖仪、以色列Integrity applications公司的Gluco Track无创血糖仪。GlucoPred无创连续血糖检测系统是2012年由挪威著名工程控制学教授Steinar Salid及其普迪医疗研发团队应用其多年来开发的近红外在线检测技术。在先技术和产品具有相当的优点，但是存在一些本质不足：1）无创血糖监测原理上决定血糖信息检测性能有限，监测精度和一致性收到限制，且难于进一步提高；2）在测试外界环境或测试人员测试部分微动情况下，无创连续血糖监测信号存在明显波动，测试可靠性和灵活性受到本质限制、灵活性差；3功能和适用范围有限、用户体验感弱、功能难于扩充。
发明内容
本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种光电信息时域相关无创血液参数监测系统及方法，该系统具有方法简单、精度高、一致性好、功能丰富、适用范围广、高可靠性、灵活性强、用户体验感强、功能易于扩充、实现成本低等特点。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种光电信息时域相关无创血液参数监测系统，包括光源阵列、光源驱动模块、光电探测阵列、时域相关处理模块、参数提取模块、修正补偿模块、非光电传感器阵列、信息输出模块，所述光源阵列设置在被监测部位的一侧，光源阵列为具有不同发射波长的发光点构成的阵列，光源阵列与光源驱动模块相连接，被监测部位非遮挡光场区域设置非光电传感器阵列；所述光电探测阵列设置在光场经过被监测部位后的光场传播区域，光电探测阵列检测到含有被监测物质信息的多波长光场后实现具有空间位置信息和频率特性的光电信息转换，并将转换的光电信息传递给时域相关处理模块，时域相关处理模块将光电信息解调排除外界光场干扰，进行时域相关处理排除静态因素干扰，并将血液参数监测相关信息数据传输给参数提取模块；参数提取模块根据被监测参数和光电信息关联特性，采取特征提取算法，分析计算得到监测参数数值，将基于光电信息提取监测参数数值传递给修正补偿模块，非光电传感器阵列与修正补偿模块相连接，非光电传感器阵列将采集到的非光电传感信息传递给修正补偿模块，修正补偿模块通过非光电传感信息对监测参数进行修正补偿，得到无创血液参数数据传输给信息输出模块进行输出或显示。
所述监测部位为手指、手部虎口、耳垂、脚趾部位之一。
所述光源阵列为多波长二极管激光器阵列、多波长发光二极管阵列、宽光谱光源复合窄带滤光片的光源的一种。
所述的非光电传感器阵列为温度、热辐射、压电传感器构成的阵列。
一种光电信息时域相关无创血液参数监测系统的应用方法，具体步骤为：
步骤一、特种调制光束产生以及照射被监测区域
用光源驱动模块驱动调控光源阵列中不同发射波长发光点以不同的调制频率发射光束，照射被监测部位；
步骤二、多波长光电信息探测
光源阵列中不同发射波长发光点以不同的调制频率发射光束经过被监测部位，光场在被监测部位与被监测物质发生相互作用，由光电探测阵列检测到含有被监测物质信息的多波长光场，实现具有空间位置信息和频率特性的光电信息转换；
步骤三、光电信息时域相关处理
时域相关处理模块对光电信息进行空间位置相关分析分类和时域相关分析分类，被监测部位引起的光信息变化包括由于静态因素引起的变化和动态因素引起的变化，流动血液属于动态因素，皮肤、毛孔、伤疤、组织边界因素属于静态因素，时域相关处理处理模块将光电信息解调排除外界光场干扰，进行时域相关处理排除静态因素干扰，将血液参数监测相关信息数据传输给参数提取模块；
步骤四、被监测血液参数提取
参数提取模块根据被监测参数和光电信息关联特性，采取特征提取算法，分析计算得到监测参数数值，将基于光电信息提取监测参数数值传递给修正补偿模块，非光电传感器阵列将采集到的非光电传感信息传递给修正补偿模块，修正补偿模块通过非光电传感信息对监测参数进行修正补偿，得到无创血液参数数据传输给信息输出模块进行输出或显示。
本发明的有益效果是：
本发明采用基于光电信息时域相关技术，以及动态参数分析分离原理，将无创血液参数监测方法中的光电信息进行动态参数和静态参数分别分析，检测流动状态血液中痕量物质监测，排除静态参数干扰；利用非光电传感器阵列进行辅助参数检测，对血液中痕量物质监测进行状态修正；进行数据融合和分析得到无创血液参数监测结果，本发明具有方法简单、精度高、一致性好、功能丰富、适用范围广、高可靠性、灵活性强、用户体验感强、功能易于扩充、实现成本低等特点。
与现有技术相比，本发明的特点是：
1在先技术和产品具有相当的优点，但是存在一些本质不足，在先技术中无创血糖监测原理上决定血糖信息检测性能有限，监测精度和一致性收到限制，且难于进一步提高。本发明基于光电信息时域相关技术，采用动态参数分析分离原理，将无创血液参数监测方法中的光电信息进行动态参数和静态参数分别分析，检测流动状态血液中痕量物质监测，利用非光电传感器阵列进行辅助参数检测，对血液中痕量物质监测进行状态修正，具有方法简单、精度高、一致性好、功能丰富等特点；
2在先技术在测试外界环境或测试人员测试部分微动情况下，无创连续血糖监测信号存在明显波动，测试可靠性和灵活性受到本质限制、灵活性差。本发明将无创血液参数监测方法中的光电信息进行动态参数和静态参数分别分析，检测流动状态血液中痕量物质监测，排除外界静态和频率特性特异信号的干扰，进行数据融合和分析得到无创血液参数监测结果，具有适用范围广、高可靠性、灵活性强等特点；
3在先技术功能和适用范围有限、用户体验感弱、功能难于扩充。本发明充分利用了光电信息时域相关技术和无创血液参数监测原理，可以进行血液多参数动态实时监测，具有标准构架和模块化基础，具有用户体验感强、功能易于扩充、实现成本低等特点。
附图说明
图1为本发明的光电信息时域相关无创血液参数监测系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明创造作进一步说明。
本发明的光电信息时域相关无创血液参数监测系统及方法，利用光电信息时域相关技术和动态参数分析分离原理，将无创血液参数监测方法中的光电信息进行动态参数和静态参数分别分析，检测流动状态血液中痕量物质监测，排除静态参数干扰，非光电传感器阵列进行辅助参数检测，对血液中痕量物质监测进行状态修正，进行数据融合和分析得到无创血液参数监测结果。
如图1所示，一种光电信息时域相关无创血液参数监测系统，包括光源阵列2、光源驱动模块3、光电探测阵列4、时域相关处理模块5、参数提取模块6、修正补偿模块7、非光电传感器阵列8、信息输出模块9。
光源阵列2设置在被监测部位1的一侧，光源阵列2为具有不同发射波长的发光点构成的阵列，光源阵列2与光源驱动模块3相连接，被监测部位1非遮挡光场区域设置非光电传感器阵列8；所述光电探测阵列4设置在光场经过被监测部位1后的光场传播区域，光电探测阵列4检测到含有被监测物质信息的多波长光场后实现具有空间位置信息和频率特性的光电信息转换，并将转换的光电信息传递给时域相关处理模块5，时域相关处理模块5将光电信息解调排除外界光场干扰，进行时域相关处理排除静态因素干扰，并将血液参数监测相关信息数据传输给参数提取模块6；参数提取模块6根据被监测参数和光电信息关联特性，采取特征提取算法，分析计算得到监测参数数值，将基于光电信息提取监测参数数值传递给修正补偿模块7，非光电传感器阵列8与修正补偿模块7相连接，非光电传感器阵列8将采集到的非光电传感信息传递给修正补偿模块7，修正补偿模块7通过非光电传感信息对监测参数进行修正补偿，得到无创血液参数数据传输给信息输出模块9进行输出或显示。
监测部位1为手指、手部虎口、耳垂、脚趾部位之一。光源阵列2为多波长二极管激光器阵列、多波长发光二极管阵列、宽光谱光源复合窄带滤光片的光源的一种。非光电传感器阵列8为温度、热辐射、压电传感器构成的阵列。
本实施例的具体实现步骤为：
步骤（1）特种调制光束产生以及照射被监测区域，基于光电信息时域相关技术，光源阵列2设置在被监测部位1的一侧，光源阵列2是具有不同发射波长的发光点构成的阵列，光源阵列2与光源驱动模块3相连接，光源驱动模块3驱动调控光源阵列2中不同发射波长发光点以不同的调制频率发射光束，照射被监测部位1，被监测部位1非遮挡光场区域设置有非光电传感器阵列8；
步骤（2）多波长光电信息探测，光源阵列2中不同发射波长发光点以不同的调制频率发射光束经过被监测部位1，光场在被监测部位1与被监测物质发生相互作用，光电探测阵列4设置在光场经过被监测部位1后的光场传播区域，光电探测阵列4检测到含有被监测物质信息的多波长光场，实现具有空间位置信息和频率特性的光电信息转换；
步骤（3）光电信息时域相关处理，光电探测阵列4将光电信息传递给时域相关处理模块5，时域相关处理模块5对信息进行空间位置相关分析分类和时域相关分析分类，被监测部位1引起的光信息变化包括由于静态因素引起的变化和动态因素引起的变化，流动血液属于动态因素，皮肤、毛孔、伤疤、组织边界等因素属于静态因素，时域相关处理处理模块5将信息解调排除外界光场干扰，进行时域相关处理排除静态因素干扰，将血液参数监测相关信息数据传输给参数提取模块6；
步骤（4）被监测血液参数提取，参数提取模块6根据被监测参数和光电信息关联特性，采取特征提取算法，分析计算得到监测参数数值，将基于光电信息提取监测参数数值传递给修正补偿模块7，非光电传感器阵列8与修正补偿模块7相连接，将采集到的非光电传感信息传递给修正补偿模块7，修正补偿模块7通过非光电传感信息对监测参数进行修正补偿，得到无创血液参数数据传输给信息输出模块9进行输出或显示。
本实施例中被监测部位1为手指；光源阵列2为多波长二极管激光器阵列，共存在五个波长，两个为可见光波段波长，三个为红外波段波长；光电探测阵列4采用CMOS面阵传感器阵列；时域相关处理模块5采用FPGA加DSP构架；参数提取模块6采用FPGA构架；修正补偿模块7采用单片机；非光电传感器阵列8为温度、热辐射、压电传感器构成的阵列。本实施例成功实现了血液中血氧、血糖、脉搏等多参数监测，克服了现在技术不足。
本发明中机械结构、时序控制、模块构建、信号传输等均为成熟技术，本发明的发明点在于基于光电信息时域相关技术，采用动态参数分析分离原理，将无创血液参数监测方法中的光电信息进行动态参数和静态参数分别分析，检测流动状态血液中痕量物质监测，排除静态参数干扰；利用非光电传感器阵列进行辅助参数检测，对血液中痕量物质监测进行状态修正，给出方法简单、精度高、一致性好、功能丰富、适用范围广、高可靠性、灵活性强、用户体验感强、功能易于扩充、实现成本低的一种光电信息时域相关无创血液参数监测方法，本质上避免在先技术的不足。
以上所述的具体实施方式对本发明创造的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种光电信息时域相关无创血液参数监测系统，包括光源阵列（2）、光源驱动模块（3）、光电探测阵列（4）、时域相关处理模块（5）、参数提取模块（6）、修正补偿模块（7）、非光电传感器阵列（8）、信息输出模块（9），其特征在于：
所述光源阵列（2）设置在被监测部位（1）的一侧，光源阵列（2）为具有不同发射波长的发光点构成的阵列，光源阵列（2）与光源驱动模块（3）相连接，被监测部位（1）非遮挡光场区域设置非光电传感器阵列（8）；所述光电探测阵列（4）设置在光场经过被监测部位（1）后的光场传播区域，光电探测阵列（4）检测到含有被监测物质信息的多波长光场后实现具有空间位置信息和频率特性的光电信息转换，并将转换的光电信息传递给时域相关处理模块（5），时域相关处理模块（5）将光电信息解调排除外界光场干扰，进行时域相关处理排除静态因素干扰，并将血液参数监测相关信息数据传输给参数提取模块（6）；参数提取模块（6）根据被监测参数和光电信息关联特性，采取特征提取算法，分析计算得到监测参数数值，将基于光电信息提取监测参数数值传递给修正补偿模块（7），非光电传感器阵列（8）与修正补偿模块（7）相连接，非光电传感器阵列（8）将采集到的非光电传感信息传递给修正补偿模块（7），修正补偿模块（7）通过非光电传感信息对监测参数进行修正补偿，得到无创血液参数数据传输给信息输出模块（9）进行输出或显示。
2.根据权利要求1所述的光电信息时域相关无创血液参数监测系统，其特征在于：所述被监测部位（1）为手指、手部虎口、耳垂、脚趾部位之一。
3.根据权利要求1所述的光电信息时域相关无创血液参数监测系统，其特征在于：所述光源阵列（2）为多波长二极管激光器阵列、多波长发光二极管阵列、宽光谱光源复合窄带滤光片的光源的一种。
4.根据权利要求1所述的光电信息时域相关无创血液参数监测系统，其特征在于：所述的非光电传感器阵列（8）为温度、热辐射、压电传感器构成的阵列。
5.一种权利要求1-4任一所述的光电信息时域相关无创血液参数监测系统的应用方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、特种调制光束产生以及照射被监测区域
用光源驱动模块（3）驱动调控光源阵列（2）中不同发射波长发光点以不同的调制频率发射光束，照射被监测部位（1）；
步骤二、多波长光电信息探测
光源阵列（2）中不同发射波长发光点以不同的调制频率发射光束经过被监测部位（1），光场在被监测部位（1）与被监测物质发生相互作用，由光电探测阵列（4）检测到含有被监测物质信息的多波长光场，实现具有空间位置信息和频率特性的光电信息转换；
步骤三、光电信息时域相关处理
时域相关处理模块（5）对光电信息进行空间位置相关分析分类和时域相关分析分类，被监测部位（1）引起的光信息变化包括由于静态因素引起的变化和动态因素引起的变化，流动血液属于动态因素，皮肤、毛孔、伤疤、组织边界因素属于静态因素，时域相关处理处理模块（5）将光电信息解调排除外界光场干扰，进行时域相关处理排除静态因素干扰，将血液参数监测相关信息数据传输给参数提取模块（6）；
步骤四、被监测血液参数提取
参数提取模块（6）根据被监测参数和光电信息关联特性，采取特征提取算法，分析计算得到监测参数数值，将基于光电信息提取监测参数数值传递给修正补偿模块（7），非光电传感器阵列（8）将采集到的非光电传感信息传递给修正补偿模块（7），修正补偿模块（7）通过非光电传感信息对监测参数进行修正补偿，得到无创血液参数数据传输给信息输出模块（9）进行输出或显示。
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